محمدرضا شعبانیان

محمدرضا شعبانیان


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

        

پایان ­نامه برای دریافت درجه کارشناسی‌ارشد در رشته مهندسي عمران گرایش مکانیک خاک و پی        

 

عنوان:

تاثیر تغییرpH  اولیه بنتونیت

 بر فرایند نشست­پذیری آن در حضور آلاینده­های آلی


استاد راهنما:

دکتر وحیدرضا اوحدی

 

اساتید ممتحن:

دکتر محمد ملکی

دکتر مهدی اثنی عشری

 

پژوهشگر:

محمدرضا شعبانیان

 

سالن آمفی تئاتر دانشکده­ی مهندسی

30 شهریور 139




 

چكيده:

        استفاده از خاک‌های رسی و خصوصاً بنتونیت در پروژه‌های ژئوتکنیک و ژئوتکنیک زیست‌محیطی، همچون مراکز دفن مهندسی زباله مرسوم بوده و علت آن نیز قابلیت این خاکها در جذب و نگهداری آلاینده­های زیست محیطی، دسترسی مناسب به این مصالح در محل‌های دفن پسماند و همچنین هزینه کمتر آن‌ها نسبت به سایر روش‌ها است. بنتونیت خاکی تورم‌پذیر و تشکیل‌شده از تعداد زیادی کانی‌های مختلف رسی و غیر رسی است، که مهم‌ترین و عمده‌ترین کانی رسی آن مونت‌موریلونیت است. کانی مونت‌موریلونیت دارای پتانسیل تورمی زیاد، سطح مخصوص بزرگ، شکل‌پذیری مطلوب و هدایت هیدرولیکی کم است. از این رو بنتونیت از اهمیت قابل توجهی برای صنعت، فعالیت‌های زیست‌محیطی و عمرانی به ‌عنوان، جاذب و موانع انتقال آب و آلودگی برخوردار است.

تاکنون تحقیقات گسترده­ا‌ی در زمینه‌ی بررسی مشخصات و خصوصیات خاک‌های رسی در حضور محلول‌های اسیدی و بازی صورت گرفته، اما بررسی مشخصات ژئوتکنیکی این خاک‌ها پس از تغییر pH اولیه‌ی آن‌ها، محدود به نظر می‌رسد؛ این در حالی است که تحقق این امر دور از انتظار نیست. حضور کانی‌های رسی باpH ­های متفاوت به دلیل شرایط مختلف شکل‌گیری کانی‌های رسی و نیز عوامل خارجی ازجمله: تغییرpH  شیرابه‌ها‌ی مراکز دفن مهندسی زباله با گذشت زمان، باران‌های اسیدی و وجود برخی معادن از یک‌سو و حضور گسترده‌ی آلاینده‌های آلی در محیط، ازجمله: مراکز دفن مهندسی زباله و همچنین نشت لوله‌های انتقال و مخازن مایعات نفتی از سوی دیگر ضرورت انجام این پژوهش را نشان می‌دهد.

در این پژوهش به‌منظور دستیابی به اهداف مشخصی ازجمله: تعیین تأثیر تغییرpH  اولیه بنتونیت بر فرآیند نشست‌پذیری آن در حضور آلاینده‌های آلی و تعیین تأثیر توأم pH اولیه و ثابت دی‌الکتریک بر خصوصیات تحکیمی بنتونیت، در گام نخست تأثیر تغییر pH اولیه و در گام دوم تأثیر دو آلاینده‌ی آلی اتانول و استیک‌اسید بر برخی مشخصات ژئوتکنیکی بنتونیت مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته­است؛ در گام پایانی نیز تأثیر توأمان تغییر pH اولیه و آلاینده‌‌های آلی بر برخی خصوصیات ژئوتکنیکی بنتونیت، مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته­است.

نتایج حاصل از این پژوهش نشان‌دهنده‌ی آن است که در صورت کاهش pH اولیه بنتونیت، حد روانی، نشست پذیری، و ظرفیت بافرینگ خاک کاهش‌یافته، همچنین رسوب نمونه‌ها در محلول سوسپانسیون با سرعت بیشتری صورت می­گیرد. بر اساس نتایج پژوهش حاضر در صورت کاهش pH اولیه بنتونیت، به ازای تغییرpH  اولیه‌ی 10 (pH اولیه‌ بنتونیت طبیعی) به 8 و 2، حد روانی نمونه‌ها به ترتیب 110 و 200 واحد، و نسبت تخلخل اولیه آن‌ها به ترتیب 30% و 72% کاهش ‌یافته است. همچنین، تغییر pH اولیه‌ی خاک از حالت طبیعی به محدوده‌ی اسیدی منجر به تشکیل خوشه‌های بزرگ‌تر متشکل از تعداد بیشتری ذرات به هم چسبیده شده و درنتیجه متوسط اندازه ذرات خاک را افزایش داده است، به‌گونه‌ای که، فراوان‌ترین قطر ذرات برای نمونه بنتونیت طبیعی mμ 3 بوده؛ درحالی‌که این مقدار برای نمونه‌های با pH اولیه‌ی 6، 4 و 2 به ترتیب برابر mμmμ 5 و mμ 10 بوده است. بنابراین رفتار بنتونیت با کاهش pH اولیه‌ی آن، به سمت رفتار خاک‌های دانه‌ی پیش ‌رفته و حل‌شدگی کانی‌های رسی افزایش ‌یافته است. همچنین با کاهشpH اولیه‌ی نمونه‌ها ناشی از حضور یون هیدروژن، خاک به شرایط پایدار رسیده و هر آنچه فاصله‌ی pH اولیه‌ی تثبیت شده‌ی خاک از pH طبیعی آن بیشتر شده، میزان پایداری خاک و به‌تبع آن مقاومت در مقابل تغییرات مشخصات سیال منفذی ناشی از حضور آلاینده‌های آلی افزایش یافته است. به‌گونه‌ای که حضور آلاینده‌های آلی تغییر قابل ‌ملاحظه‌ای در خصوصیات ژئوتکنیکی ازجمله رفتار تحکیمی، حد روانی و رسوب‌گذاری بنتونیت ایجاد نمی‌کند.


 

واژه­های کلیدی:  pHاولیه خاک، رس، بنتونیت، محلول‌های اسیدی و بازی، آلاینده‌های آلی اتانول و استیک‌اسید، نشست پذیری‌.


Abstract:

           The use of clayey soils and specifically bentonite in geotechnical and geo-environmental projects such as landfill projects is very common. This is mainly due to the capability of these types of soils for contaminant adsorption and retention, their availability, and their lower cost for practical use in comparison to the other alternatives. Montmorillonite is a swelling soil that composes from different clay and non-clay minerals. Bentonite is the major fraction of bentonite. Bentonite has a large swelling potential, noticeable specific surface area, suitable deformability, and low hydraulic conductivity. For these properties, it has a noticeable importance for use in industrial, geo-environmental, and civil engineering projects as an adsorbent,  barrier for prevention of water and for prevention of contaminant transport.

 There have been numerous researches in evaluation of characteristics and properties of clayey soils in the presence of acidic and alkaline electrolytes. However, the study of geotechnical properties of these types of soils after variation of their initial pH is very limited. Such a change in the initial pH of soil might happens in different ways. The presence of clay minerals with different pH due to the environmental condition for soil formation, and external conditions such as change in pH of leachate of waste disposal sites, acidic rains, and disposal of different organic contaminants, and leakage of oil reservoirs are cases that justify the importance of this research.

The main objectives of this research includes: 1) The determination of influence of initial pH aviations of bentonite upon its settlement at the exposure to organic contaminant. 2)The determination of initial pH and de-electric constant on the consolidation properties of bentonite. To achieve these objectives, three steps has been taken in this research: At the first step the influence of initial pH variations and in the second step the impact of two organic material, acetic acid and ethanol, upon some of the geotechnical properties of bentonite has been studies. At the third step of this research the influence of simultaneous effect of pH variation and organic contaminant upon some of the geotechnical properties of bentonite has been laboratory studies.

 The results of this study show that in the case of reduction in initial pH of bentonite, the liquid limit, settlement affinity and buffering capacity of soil decreases. In addition, the sedimentation of soil in electrolyte suspension happens with larger velocity. Based on the results of the current research, in the case of reduction of soil pH of bentonite from 10 to 8 and 2, the liquid limits of samples decrease 110 and 200 units. Furthermore, in such a case the initial void ratio of soil shows 30 and 72% reduction, respectively. In addition, the change of initial pH of soil to the acidic pH causes the formation of more aggregated particles, consequently an increase in the average size of clay particles. For instance, while the most occurrence size of natural bentonite was 3 µm, this quantity for samples with initial pH of 6, 4, and 2 was 4µm, 5µm, and 10 µm, respectively. This behaviour has been attributed to the change in bentonite behaviour from clayey behaviour to the granular behaviour and to the increase in the solubility of clay particles. Furthermore, the reduction in initial pH of soil causes a stable condition in soil behaviour in which the further exposure of soil to the organic contaminant does not make a noticeable change in geotechnical properties of soil such as consolidation, plasticity behaviour and sedimentation properties of bentonite.


Keywords: Initial pH of Soil; Clay; Bentonite; Acidic and Alkaline Electrolytes; Ethanol and Acetic Acid Organic Contaminants; Settlement Affinity


1- مشخصات فردي :                                                                                                                               

    Personal Details

محل تولد: همدان

تاریخ تولد :92/6/1662

نام : محمدرضا  نام خانوادگی: شعبانیان

 

 mohamadreza.shabanian@yahoo.com:پست الکترونیکی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9- سوابق تحصیلی :

 معدل

 

 

 

کشور/ شهر محل  تحصیل

نام واحد

 آموزشی

 مدت تحصیل

 گرایش

رشته

 تحصیلی

مقطع

 تحصیلی

 تا

 از

 

61

/88

 

 ایران/همدان

 

دانشگاه بوعلی سینا

 

 

16

 

 

88

 

 

عمران

 

 

عمران

 

 لیسانس

 

68

/88

 

 ایران/همدان

 

دانشگاه بوعلی سینا

 

 

19

 

 

16

 

خاک و

 پی

 

عمران

 

 فوق لیسانس

 

 

 

دانشگاه محقق

 

 

 

19

 

خاک و 

 پی

 

عمران

 

 دکترا

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-  سوابق حرفه اي :

  لطفا در صورت داشتن سابقه کار، شرح شغل وظایف محوله در هریک از سمت های ذکر شده را در انتهای رزومه مرقوم فرمایید.

پاره وقت/ تمام وقت /مشاوره

نوع فعالیت )قراردادی ،

پیمانی، رسمی و (... 

سمت

مدت همکاری

نام سازمان / شرکت

مجموع به ماه

تا

از

ماه

سال

ماه

سال

مشاوره

 

مشاور

 98

 1

 19

 1

 18

سنگر سازان

 

 

4-  دوره هاي آموزش زبان خارجی وکامپیوتر:

میزان ساعات دوره

سال

 محل آموزش

 

 نام دوره

 

681

 

 

18

 

 

سازمان آموزش فنی حرفه ای کشور

 

 

متره و برآورد

 

661

 

18

 

 

سازمان آموزش فنی حرفه ای کشور

 

 

ETABS

 

 

661

 

 

16

 

 

سازمان آموزش فنی حرفه ای کشور

 

 

SAFE

 

 

18

 

 

11

 

 

سازمان آموزش فنی حرفه ای کشور

 

 

بازرسی چشمی

 

 

vt

جوش

                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         5- سوابق علمی _ پژوهشی   :

 

 

              

             

محل چاپ یا ارائه

نام نویسنده یا نویسندگان

 

زمان انتشار

ارائه کنفرانس

نام کتب و مقالات منتشر شده

 

دکتر محسن تدین ،پارسا مهجری ،محمدرضا شعبانیان

 6916

اولین کنفرانس ملی صنعت بتن

بررسی تاثیر شکل

سنگدانه بر مقاومت

فشاری بتن

 

 

 

دکتر وحیدرضا

اوحدی، محمدرضا شعبانیان

 6919

دهمین کنگره

بینالمللی مهندسی عمران

تاثیر تغییر pH  اولیه بنتونیت بر برخی مشخصات

ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیستمحیطی آن

                 

 

6-    عناوین افتخارات:

 

 

رتبه ی اول در دوره  کارشناسی

 

رتبه ی دوم در دوره  کارشناسی ارشد

 

پذیرش بدون آزمون در دوره کارشناسی ارشد