پایان‏نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک

 

عنوان:

تأثیر پلیمر مایع بر رفتار مکانیکی خاک‌های شیستی

ستاد راهنما:

دکتر عباس قدیمی

 

اساتید داور:

پروفسور وحیدرضا اوحدی

دکتر مسعود مکارچیان

 

نگارش:

میثم محمدی

 

 

 

 

تاریخ و ساعت دفاع : ‏شنبه 07/07/1397 ساعت 18:00

مکان: آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

 

 

Thesis submitted for Master of Civil Engineering, Geotechnical

 

 

The Effect of Liquid Polymer on the Mechanical Properties of the Schist Soils

 

 

Supervisor:

Dr. Abbas Qadimi (Ph. D)

 

By:

Meysam mohammadi

 

 

September , 2018  

 

 

چكيده:

خاک‌ها در طبیعت به شکل‌های مختلفی یافت می‌شوند و هر یک دارای ساختار، جنس، نحوه شکل‌گیری و رفتار متفاوتی هستند. در این بین، شناسایی و مطالعه رفتار ژئوتکنیکی خاک‌های مسئله‌دار اهمیت زیادی دارد. توجه کافی در بررسی و اتخاذ تصمیمات صحیح در مواجه شدن با این خاک‌ها می‌تواند موجب جلوگیری از بروز خسارات جبران ناپذیر شود. از جمله خاک‌های مسئله‌دار می‌توان به شیست‌ها اشاره کرد. شیست‌ها از جمله سنگ‌های دگرگونی هستند که مقاومت برشی آن‌ها در مواجه با آب به‌شدت کاهش می‌یابد. یکی ازروش‌های مورد استفاده برای بهبود رفتار مقاومتی خاک‌های مسئله‌دار تثبیت است. استفاده از مواد پلیمری و به‌ویژه پلیمر مایع جهت تثبیت خاک‌ها در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. یکی از اهداف این پژوهش، تجزیه و تحلیل پارامترهای مقاومت برشی خاک شیستی در اثر افزایش میزان رطوبت و نیز بررسی چگونگی بهبود رفتار این نوع خاک در اثر افزودن پلیمر است. در این مطالعه دو نوع خاک شیستی با طبقه‌بندی SM و ML با افزودن پلیمر مایع غیر پایه آبی رزین اپوکسی بیس فنول A و نیز پلیمر پایه آبی سیلیکات سدیم مورد آزمایش واقع شده‌اند. مقدار پلیمر افزوده شده به نمونه‌ها 0، 2، 4، 6 و 8 درصد وزن خاک خشک و دوره عمل‌آوری آن‌ها 1، 7، 14، 28 و 90 روز، در نظر گرفته شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهند که در اثر افزودن پلیمر رزین اپوکسی به هر دو نوع خاک، وزن مخصوص خشک حداکثر و مقدار رطوبت بهینه کم می‌شود. این در حالی است که افزودن پلیمر سیلیکات سدیم تا مقدار بهینه موجب افزایش وزن مخصوص خشک حداکثر و در مقادیر بیش از این موجب کاهش وزن مخصوص و کاهش رطوبت بهینه شده است. همچنین نمونه‌های ساخته شده توسط دو نوع آزمایش مقاومت فشاری تک محوری و برش مستقیم مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهند که افزایش میزان پلیمر تا مقدار بهینه (حدود 6 درصد)، موجب افزایش مقاومت فشاری محدود نشده نمونه‌ها و نیز کاهش کرنش در لحظه گسیختگی می‌شود. اما افزودن پلیمر بیش از مقدار بهینه، موجب کاهش مقاومت می‌شود. به‌عنوان‌مثال برای خاک نوع SM در دوره عمل‌آوری 90 روزه، میزان مقاومت نمونه‌های فاقد پلیمر در مقایسه با نمونه‌های دارای 6 درصد پلیمر از مقدار 18/425 کیلو پاسکال به 35/1665 کیلو پاسکال افزایش پیدا کرده است. همچنین نتایج آزمایش‎های برش مستقیم بیانگر افزایش مقدار چسبندگی و کاهش زاویه اصطکاک داخلی نمونه‌ها در اثر افزایش میزان پلیمر است، به‌طوری‌که بیشترین مقدار چسبندگی و کمترین مقدار زاویه اصطکاک داخلی در اثر افزودن 8 درصد پلیمر اتفاق می‌افتد. به‌عنوان‌مثال در خاک نوع SM دارای رزین اپوکسی در دوره عمل‌آوری 28 روزه، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی در نمونه‌های دارای 6 درصد پلیمر نسبت به نمونه‌های فاقد پلیمر به ترتیب 137 برابر افزایش و 65/0 برابر کاهش نشان می‌دهند. افزایش زمان عمل‌آوری از جمله پارامترهای تأثیرگذار در کسب مقاومت نمونه‌ها بوده و با افزایش زمان عمل‌آوری و تکمیل شدن فرآیند پلیمریزاسیون، مقاومت نمونه‌ها به حداکثر مقدار خود رسیده است. در نهایت نحوه قرارگیری ذرات قبل و بعد از افزودن پلیمرها و تأثیر این دو نوع ماده بر افزایش مقاومت نمونه‌ها، با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی تصویربرداری و نتایج بیانگر افزایش پیوندها بین دانه‌های خاک در اثر افزایش میزان پلیمر است.

واژه های کلیدی: شیست، تثبیت، پلیمر مایع، چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی، SEM

 

 

Abstract:

               Soils are found in nature in various forms, with different types, textures, formations and behaviors. It is important to identify and study the geotechnical behavior of problematic soils among them. Sufficient attentions to decision makings in dealing with these types of soils can prevent irreparable damages. Schistic soils are among the problematic soils. They are originated from the metamorphic types of rocks, and their shear strength decreases sharply when are exposed to the water. Stabilization is one of the methods used to improve the behavior of problematic soils. The use of polymer materials and especially liquid polymers as modern stabilizers, has received substantial attentions in the recent years. One of the objectives of this research is to analyze the behavior of schistic soils due to the increase in their moisture and polymer content. Two types of schistic soils, classified as SM and ML, are tested by adding the non water based liquid polymer of epoxy resin base phenol A and the water based polymer of sodium silicate. Zero, 2, 4, 6 and 8 percent dry weight of polymers are added to the samples and treatment periods of 1, 7, 14, 28 and 90 days are adopted. The results show that by adding the epoxy resin polymer to the both types of these soils, the maximum dry weight and the moisture content decrease, while by adding the sodium silicon polymer, the maximum dry weight is increased up to the optimum point, and both the maximum dry weight and the value of optimum water contents are decreased after that point. The samples were also tested in uniaxial compression and direct shear tests apparatuses. The results of these tests show that increasing the polymer contents up to their optimal amount of about 6%, leads to the increase in the unconfined compressive strength of the samples and decreases the value of the strain observed at the peak of strength. But adding polymers beyond their optimum, results in decreasing strength. For example, for SM-type soil at the 90-days treatment period, the strength of non-polymerized sample has increased from 425.18 to 1665.35 kPa by adding 6% polymer. The results of the direct shear tests indicated that the cohesion values and the internal friction angles are increased due to the increase in the polymer content. The highest values of cohesion values and internal friction angles are gained by adding 8% of the polymers. In the SM-type soil samples treated with epoxy resin polymer in the 28-day treatment period, the cohesion and the internal friction angle of samples with 6% polymer are 137 times higher and 0.65 folds lesser respectively, compared to the non polymeric ones. Increasing curing time is effective in obtaining strength in the samples. By increasing the curing time and completing the polymerization process, the samples’ strength reaches its maximum. Finally, the orientation of the particles and their packing, before and after the addition of the polymers, and the effect of these materials on the strength of the samples, were studied using SEM imaging, with results showing an increase in the binding of soil particles due to the increase in the amount of polymer.

 

Key words: Schist, Stabilization, Liquid polymer, Cohesion, Internal friction angle, SEM

 

 

رزومه

موبایل: 09189091126

نرم افزارها

طراحی ساختمان های فلزی و بتنی با استفاده از نرم افزار Etabs

طراحی پی های پیشرفته با استفاده از نرم افزار Safe

طراحی پروژه‌های خاکی با استفاده از نرم افزار Geostudio

 

رزومه کاری

مدیر کنترل کیفیت شرکت ایلیا بتن