پوریا رسولی
پوریا رسولی
دانشکده مهندسی
گروه آموزشی مهندسی عمران
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک
عنوان:
فرآيند اندرکنش بنتونیت، آلايندههای فلز سنگین و خاکستر بادی از منظر درشتساختاری و ريزساختاری
استاد راهنما:
پروفسور وحیدرضا اوحدی
اساتید داور:
دکتر محمد ملکی، دکتر جواد طاهرنژاد
نگارش:
پوریا رسولی
مکان: سالن آمفیتئاتر دانشکده مهندسی
زمان: سهشنبه 9 مهرماه 1397، ساعت 17:30
Bu-Ali Sina University
Faculty of Engineering
Department of Civil Engineering
Thesis submitted for Master of Science in Civil Engineering Geotechnical
Title
Interaction Process of Bentonite, Heavy Metal Contaminants, and Fly Ash from Macro and Micro Structural Point of View
Supervisor:
Vahid Reza Ouhadi (Prof.)
Professors of the Referee:
Mohammad Maleki (Ph. D), Javad Tahernezhad (Ph.D)
By:
Pouria Rasouli
Location: Amphitheater of Faculty of Engineering
Time: Tuesday, October 1, at 5:30 pm
چكيده: با گسترش روز افزون جوامع بشری و افزایش میزان تولید آلایندههای فلزات سنگین، نیاز اساسی به جلوگیری از گسترش و انتقال این آلایندهها امری ضروری است. انتخاب روش دفن ایمن آلایندههای فلزات سنگین در اولویت است. کاربرد خاک بنتونیت بهعنوان جاذب طبیعی آلاینده، در مباحث ژئوتکنیک زیست محیطی زیاد است از جمله میتوان به لایه رسی در مراکز دفن زباله اشاره کرد. خصوصیات لایه رسی در مراکز دفن زباله تحت تأثیر مشخصات شیرابهها (غلظت و نوع فلزات سنگین) در طول زمان تغییر میکند که این با افزایش نفوذپذیری موجب ناکارآمدی لایه رسی مرکز دفن میشود. تحقیقات متعددی در رابطه با اصلاح ناپایداری مشخصات لایه رسی تحت تاثیر مشخصات شیرابه از طریق اضافه کردن افزودنیهایی مانند ماسه و خاکستربادی، توسط محققین در دست انجام است. خاکستر بادی پسماند ناشی از سوزاندن زغال سنگ در نیروگاههای برقی حرارتی است. تولید بسیار زیاد این پسماند معضلات زیست محیطی بسیاری بهمراه داشته است و دفن ایمن آن نیز بسیار پرهزینه است. بنابراین بهترین شیوه، استفاده مجدد از این پسماند با توجه به خصوصیات آن، در مصالح و سازههای مهندسی است. خصوصیاتی از خاکستربادی که در مباحث ژئوتکنیک و ژئوتکنیک زیست محیطی اهیمت دارد، خواص پوزولانی و وزن مخصوص کم آن است. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی انواع مختلف خاکستر بادی، میتوان آنرا به طورکلی در دو کلاس F و C طبقهبندی کرد.
استفاده از خاکستر بادی کلاس F در تثبیت خاکهای رسی با دامنه خمیری زیاد مانند بنتونیت بسیار مورد توجه محققین بوده و تحقیقات زیادی نیز در این زمینه صورت گرفته است. ولی تحقیقات انجام شده در رابطه با اندرکنش خاک بنتونیت حاوی خاکستر بادی در تماس با آلودگی فلزات سنگین بسیار اندک بوده است. با توجه به آنکه استفاده از ترکیب بنتونیت- خاکستر بادی میتواند موجب بهبود خصوصیات بنتونیت برای استفاده در لایههای رسی مراکز دفن زباله شود، بنابراین هدف این تحقیق بررسی نقش خاکستربادی کلاس F در تغییر خصوصیات مهندسی بنتونیت همچنین تاثیر آلودگی فلز سنگین سرب بر خصوصیات ترکیب درصدهای مختلف خاکستر بادی با بنتونیت، از منظر درشت ساختاری و ریزساختاری است.
برای این منظور غلظتهای متفاوت فلز سنگین سرب به ترکیبات بنتونیت حاوی 5 و 30 درصد خاکستر بادی افزوده شده است. بنتونیت حاوی غلظتهای متفاوت فلز سنگین سرب نیز به عنوان نمونه مرجع برای بررسی اثر افزودن خاکستر بادی در تحقیق، استفاده شده است. همچنین به منظور فهم مکانیزم اندرکنش خاکستر بادی و آلودگی، خصوصیات نمونه خاکستر بادی با افزایش غلظت آلودگی نیز بررسی شده است. به منظور بررسی فرایند اندرکنش از منظر درشت ساختاری، آزمایشهایی مانند حدود اتربرگ، تراکم، مقاومت فشاری محدود نشده و هیدرومتری بر روی نمونهها انجام شده است. همچنین به منظور بررسی اثر فرایندها از منظر یزساختاری نیز آزمایشهایی مانند اندازهگیری ظرفیت بافرینگ، رسوب و XRD بر روی نمونهها انجام شده است.
نتایج آزمایش حدود اتربرگ بتونیت با افزودن خاکستر بادی نشان میدهد که در زمان عملآوری 4 روزه، افزودن 30 درصد خاکستر بادی به بنتونیت موجب کاهش حد روانی و دامنه خمیری بنتونیت بترتیب از 319 به 222 و از 275 به 184 درصد شده است. همچنین افزودن 30 درصد خاکستر بادی موجب تغییر طبقهبندی بنتونیت بر اساس نمودار کاساگراند نشده است و همچنان نتقطه نظیر خاک در ناحیه CHو نزدیک خط U باقی مانده است که بیانگر عدم تغییر قابل توجه در رفتار بنتونیت در نتیجه افزودن خاکستر بادی است. بررسی نتایج آنالیز XRD ترکیب بنتونیت- 30 درصد خاکستر بادی نیز نشان میدهد که در افزودن خاکستر بادی حتی پس از گذشت 30 روز از ترکیب خاکستر بادی با بنتونیت نیز فاز جدید تشکیل نشده است. همچنین افزودن 30 درصد خاکستر بادی موجب جابهجایی نقطه نظیر قله مونتموریلونیت نشده است ولی موجب کاهش مقدار شدت قله اصلی مونتموریلونیت طی زمان عمل آوری 4 روزه، از 1511 به 1410 (Cps) شده است. حد روانی بنتونیت با افزایش آلاینده سرب تا غلظت 3 (cmol/kg-soil) دارای روند افزایشی است و مقدار حد روانی بنتونیت از 319 به 415 درصد افزایش یافته است. افزودن غلظت 3 تا 200 (cmol/kg-soil) آلاینده سرب موجب کاهش حد روانی و دامنه خمیری نمونههای بنتونیت و بنتونیت- خاکستر بادی شده است، با این تفاوت که تا غلظت 10 (cmol/kg-soil) مقدار حد روانی نمونهها بیشتر از مقدار حد روانی نمونههای بدون آلاینده است. روندی مشابه نیز برای تغییرات شاخص خمیری (PI) نمونهها با افزایش غلظت آلودگی مشاهده شده است. افزودن 200 (cmol/kg-soil) آلاینده سرب به نمونه بنتونیت-30 درصد خاکستر بادی موجب تغییر طبقه-بندی خاک از CH به MH شده است. آلاینده فلز سنگین سرب موجب تغییر در ساختار خاک و در غلظتهای زیاد موجب حل شدگی کانیهای رسی میشود. این مطلب از جابهجایی قله اصلی نظیر مونتموریلونیت با افزایش غلظت آلودگی و کاهش شدید شدت قله اصلی مونتموریلونیت نمونههای حاوی 200 (cmol/kg-soil) آلاینده فلز سنگین سرب در آنالیز XRD به خوبی مشهود است. همچنین افزودن آلاینده سرب موجب تغییر ساختار خاک بنتونیت و بنتونیت-خاکستر بادی از پراکنده به درهم شده است. بنابراین افزودن غلظتهای 20 تا 200 (cmol/kg-soil) سرب، به نمونههای بنتونیت و بنتونیت-خاکستر بادی موجب رسوب کامل این نمونهها در مدت زمان 24 ساعت شده است. بررسی نتایج مقاومت فشاری محدود نشده (UCS) نمونه-ها نیز نشان میدهد، افزایش خاکستر بادی تا 30 درصد به دلیل تراکم بهتر، موجب افزایش مقاومت فشاری محدود نشده، شده است. ولی افزایش زمان عمل آوری نمونهها از 7 تا 90 روز، تغییر قابل توجه و معنا داری در مقادیر UCS نمونههای بنتونیت حاوی درصدهای مختلف خاکستر بادی ایجاد نکرده است. افزودن خاکستر بادی به بنتونیت تحت غلظتهای متفاوت آلودگی فلز سنگین سرب موجب شده است که مقاومت فشاری محدود نشده نمونههای حاوی 30 درصد خاکستر بادی نسبت به نمونه بنتونیت افزایش یابد. همچنین افزودن 30 درصد خاکستر بادی به بنتونیت تاثیر زیادی بر ظرفیت بافرینگ بنتونیت نداشته است بطوریکه ظرفیت بافرینگ بنتونیت از حدود 140 (cmol/kg-soil) با افزودن 30 درصد خاکستر بادی به حدود 120 (cmol/kg-soil) رسیده است و ترکیب بنتونیت-30 درصد خاکستر بادی همچنان ظرفیت بافرینگ زیادی دارد. بنابراین به نظر میرسد، استفاده از خاکستر بادی میتواند موجب بهبود خصوصیات بنتونیت به خصوص در تماس با آلودگی فلز سنگین سرب شود.
واژههای کلیدی: بنتونیت، خاکستر بادی، آلاینده فلز سنگین سرب، حدود اتربرگ، UCS
Abstract:
With the development of human societies and the increase in the production of different type of waste, especially heavy metal contaminants, it is essential to prevent the spread and transfer of these contaminants to soil and ground water. The choice of safe dumping method for heavy metals is one of the priorities. The application of bentonite soil as a natural contaminant absorber is high in environmental geotechnical projects, including the clay liner in landfill sites. The clay liner properties in landfills are affected by the characteristics of the leachate (concentration and type of heavy metals) over time, which increase the permeability due to the soil-contaminant interaction. Several investigations have been carried out by investigators regarding the instability of clay liner specifications under the influence of leachates characteristics by adding additives such as sand and fly ash. Residual fly ash produces from coal burning in thermal power plants. The huge production of this waste has caused many environmental problems and its safe burial is also very costly. Therefore, the best trend is the reuse of this waste according to its characteristics, in engineering materials and structures. The important properties of fly ash in the geotechnical and environmental geotechnical topics are pozzolanic properties and low specific gravity. Due to the physical and chemical properties of different types of fly ash, it can be generally classified in two classes F and C.
Even though there have been several researches on the use of flay ash in the mixture with bentonite there are only a few research on the investigation of bentonite-fly ash interaction with heavy metal contaminant. Considering that the use of mixture of bentonite-fly ash composition can improve the properties of bentonite for application in clay liner of landfill sites, therefore, the purpose of this study was to investigate the role of class F fly ash in the change of engineering properties of bentonite as well as the effect of heavy metal contaminant of Pb on this interaction process, from macro and micro structural point of view.
For this purpose, different concentrations of heavy metal Pb have been added to bentonite samples containing 5 and 30% fly ash. Bentonite containing different concentrations of heavy Pb metal is also used as a reference sample to study the effect of adding fly ash in the interaction process. In addition, in order to understand the interaction mechanism of fly ash and contaminant, the specimens of the fly ash with increasing concentration of contamination are also investigated. In order to investigate the interaction process from macro structural point of view, experiments including atterberg limits, compaction, unconfined strength compression test and hydrometer test were carried out. Furthermore, in order to investigate the micro structural point of view of these interactions, experiments including buffering capacity, sedimentation and XRD were performed.
Results of the atterberg limits tests of mixture of bentonite-30% fly ash after 4 days treatment showed that the liquid limit and plasticity index reduced from 319 to 222 and 275 to 184%, respectively. Moreover, the addition of 30% of the fly ash does not change the classification of bentonite according to the Casagrande plasticity chart (PI versus LL), and the soil remains in the CH region near the U line, which indicates no significant change in the behavior of bentonite as a result of adding fly ash. In general, as fly ash content increases, both LL and PI decrease for all the specimens. Analysis of the XRD results indicates that by addition of 30% fly ash to bentonite, the new phase is not formed even after 30 days curing. Besides, the addition of 30% of the fly ash has not caused the displacement of the montmorillonite peak, but has reduced the intensity of the main montmorillonite peak during the 4 days treatment period, from 1511 to 1410 (Cps) in XRD analysis. Increasing the concentration of Pb contaminant in bentonite to 3 (cmol/kg-soil) has increased the liquid limit of bentonite from 319 to 415%. The liquid limit and plasticity index of bentonite and mixture of bentonite-fly ash samples have reduced by increasing the heavy metal concentration from 3 to 200 (cmol/kg-soil) in bentonite. A similar process has been observed for changes in the plasticity index (PI) of samples with increasing of Pb concentrations. Furthermore, addition of 200 (cmol/kg-soil) Pb contaminant to bentonite-30% of fly ash has changed soil classification from CH to MH. Besides, high concentrations of Pb, leads to the dissolution of clay minerals. This is clearly evident from the displacement of the main peak in XRD analysis, such as montmorillonite, with increasing concentrations of contamination and reduction in the intensity of the montmorillonite peak. Furthermore, the addition of lead contaminants has directed to a change in the soil structure of bentonite and mixture of bentonite-fly ash from dispersed to flocculated/aggregated. Therefore, addition of concentrations of 20 to 200 (cmol/kg-soil) heavy metal Pb contaminant to bentonite and mixture of bentonite-fly ash samples resulted in complete sedimentation of these samples within 24 hours. Investigation of unconfined compressive strength (UCS) results also shows that the increase of fly ash content to 30%, due to better compaction, increased the unconfined compressive strength. However, increasing the curing time of the specimens from 7 to 90 days did not significantly change the UCS values of bentonite specimens containing different percentages of fly ash. The results show that adding fly ash to bentonite under varying concentrations of heavy metal contamination leads to an increase in the unconfined compressive strength of samples containing 30% of fly ash as compared to bentonite samples. Moreover, addition of 30% fly ash to bentonite did not have a significant effect on bentonite buffering capacity, so that the bentonite buffering capacity from about 140 (cmol/kg-soil) was reached by adding 30% of the fly ash to 120 (cmol/kg-soil) which is quite enough. Therefore, it seems that the use of fly ash can improve the properties of bentonite, especially in contact with heavy metal Pb contamination.
Keywords: Bentonite, Fly ash, Lead heavy metal contaminant, Soil Microstructure and Macrostructure.
نام: پوریا
نام خانوادگی : رسولی
جنسیت : مرد
وضعیت تاهل : مجرد
رشته تحصیلی : عمرانش
آدرس ثابت : ایران – استان همدان – شهرستان همدان – شهرک الوند – بلوار گلستان–کوچه گلستان 4 – پلاک 21
تلفن ثابت : 3 873 254 0813
تلفن همراه :3552 402 0918
رایانامه : p.rasouliii@gmail.com
تارخ تولد : 11/01/1371
ملیت : ایرانی
محل تولد: همدان
سابقه تحصیلی :
کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران-مهندسی ژئوتکنیک دانشگاه بوعلی سینا همدان (با معدل 48/15)
دانشجوی کارشناسی رشته عمران در دانشگاه ملایر ( با معدل93/14)
دیپلم ریاضی و فیزیک با معدل 20/16
درس مورد علاقه دوره کارشناسی : تحلیل سازه
مقالات:
· پوریا رسولی ، واحد قیاسی ، احمد هنرجو ، "تحلیل و طراحی شمع" دومین کنفرانس ملی مهندسی عمران، ملایر، 4 بهمن ماه سال 1393، دانشگاه ملی ملایر
· وحید رضا اوحدی، مرتضی دیرانلو، پوریا رسولی، " تأثیر خاکستر بادی بر خصوصیات مکانیکی و ریزساختاری خاکهای رسی" کنگره بین المللی دانشگاه تهران، اردیبهشت 97، دانشگاه تهران
· پوریا رسولی ، واحد قیاسی ، احمد هنرجو ، "Pile Static Design Methods: A Review" دومین کنفرانس ملی مهندسی عمران، ملایر، 4 بهمن ماه سال 1393، دانشگاه ملی ملایر
مقام ها :
مقام اول سازه پل های ماکارونی دانشگاه ملایر 1390
سوابق کاری :
کارآموزی به مدت 240 ساعت در شرکت صنعت بتن بریس (قطعات پیش ساخته تراورس بتنی)
مهارت ها:
Welding Research & Engineering (Visual Testing Level 2)
Welding Research & Engineering (Liquid Penetrant Testing Level 2)
تحلیلگر و طراح سازه های سه بعدی با برنامه ETABS
تحلیلگر و طراح پی با برنامهSafe
آشنایی با نرم افزارهای SAP2000 , AutoCAD
آشنایی با نرم افزارهای Office
ساخت وطراحی پل های ماکارونی
معرف : محسن مقدم – 1 765 627 0918
mohsen.moghadam1990@yahoo.com
به گزارش بسنا، مراسم افتتاحیه این پروژه با حضور محمدعلی زلفیگل وزیر علوم، تحقیقات و فناوری و دکتر علیرضا قاسمیفرزاد استاندار همدان، معاونان وزارتخانههای علوم و مسئولان استانی و ریاست...
دفتر هدایت استعدادهای درخشان دانشگاه بوعلیسینا فهرست اسامی دانشجویان برگزیده آموزشی پژوهشی پانزدهمین همایش سالانه دفتر هدایت استعدادهای درخشان سال ۱۴۰۲ را منتشر کرد. اسامی دانشجویان...
بهراد توتونچی دبیر انجمن علمی دانشجویی مهندسی عمران دانشگاه بوعلی سینا، در جلسه ای با حضور نمایندگان دانشگاه های سراسر کشور، با کسب اکثریت آرا انتخابات، به عنوان دبیر...
در هشتمین نشست از دوره یازدهم هیأت ممیزه دانشگاه بوعلیسینا، آقای دکتر علیرضا حاتمی دارای مدرک دکتری در رشته مهندسی برق با ر أ ی اعضاء از مرتبه...
بدینوسیله انتخاب آقای دکتر آرش فتاح الحسینی را به عنوان پژوهشگر برگزیده دانشگاه در گروه فنی و مهندسی به ایشان و خانواده علمی دانشکده مهندسی تبریک عرض نموده و از خداوند متعال...
بدینوسیله انتخاب دو تن از دانشجویان دانشکده مهندسی مهندس راضیه چهارمحالی در مقطع دکتری رشته مهندسی مواد شاخه خوردگی و مهندسی سطح و مهندس امین نظری در مقطع...
بدینوسیله انتخاب سه عضو هیات علمی دانشکده مهندسی جناب آقایان دکتر جواد بهنامیان ، دکتر حسن علم خواه و دکتر محسن گودرزی در...
براساس اطلاعات پایگاه شاخصهای اساسی علم (ESI)، حضوردکتر محمد حسن مرادی از گروه مهندسی برق دانشکده مهندسی در زمره پژوهشگران پراستناد یک درصد برتر دنیا استمرار پیدا کرد. ...
بدینوسیله انتخاب اعضا محترم هیات علمی سرکار خانم دکتر سموئی (گروه مهندسی صنایع)، جناب آقایان دکتر بابائی (گروه مهندسی عمران)، دکتر حاتمی (گروه مهندسی برق)، دکتر ختن لو (گروه مهندسی...
بدینوسیله انتخاب چهار عضو هیات علمی دانشکده مهندسی جناب آقای دکتر جواد بهنامیان از گروه مهندسی صنایع به عنوان پژوهشگر اول برگزیده، جناب آقای دکتر حسن علم خواه از گروه...
به گزارش بسنا و به نقل از سازمان سنجش، آزمون مرحله نهایی بیست و هشتمین دوره المپیاد علمی دانشجویی کشور با حضور نفرات برگزیده آزمون کارشناسی ارشد (متمرکز) و آزمون غیرمتمرکز المپیاد در دانشگاههای...
به اطلاع دانشجویان محترم می رساند سایت کامپیوتر کارشناسی دانشکده مهندسی به دلیل انجام ثبت نام دانشجویان کارشناسی ورودی 1402 از شنبه 1402/7/22 به مدت یک هفته تعطیل می باشد.
به گزارش بسنا و به نقل از معاونت علمی فناوری ریاست جمهوری، در هشتمین دوره تجلیل از سرآمدان علمی کشور در سال ۱۴۰۲ که با حضور معاون علمی و فناوری و اقتصاد دانشبنیان رئیسجمهور و وزیر علوم...
به اطلاع دانشجویان ورودی جدید تحصیلات تکمیلی (ارشد و دکترا) می رساند، یکشنبه 23 مهر ساعت 11 الی 13 در محل آمفی تئاتر دانشکده مهندسی جلسه معارفه با هیات رییسه دانشکده برگزار می شود. ...
بر اساس اطلاعات جدید نمایه استنادی معتبر scopus ۲۰۲۳، با بررسی مقالات مربوط به ۲۰۲۲، 4 عضو هیات علمی و 1 دانش آموخته دانشکده مهندسی و با بررسی کل مقالات مربوط به سال های مختلف، 1 نفر از اعضای هیات...
نظر به مراتب تعهد، تخصص و تجارب ارزشمند جناب آقای دکتر حسن علم خواه و بنا به پیشنهاد رئیس دانشکده مهندسی، به موجب ابلاغی ایشان با حفظ سمت آموزشی به مدت 2 سال به عنوان...
در حکمی از طرف ریاست دانشگاه آقای دکتر امیرسامان خیرخواه به عنوان مدیر گروه رشته مهندسی صنایع منصوب گردید. در این حکم آمده است : « با احترام و آرزوی توفیق الهی، نظر به مراتب تعهد و تجارب...
در حکمی از طرف ریاست دانشگاه آقای دکتر صالح رازینی به عنوان مدیر گروه رشته مهندسی برق منصوب گردید. در این حکم آمده است : « با احترام و آرزوی توفیق الهی، نظر به مراتب تعهد و تجارب ارزنده...
قابل توجه دانشجویان مصاحبه دکتری: آخرین مهلت شرکت در مصاحبه دکتری برای کلیه رشته ها اعم از برق، کامپیوتر، مواد، صنایع و مکانیک برای دانشجویانی که موفق به انجام مصاحبه...
بدینوسیله فرزندان افتخار آفرین دانشکده مهندسی در سال 1401 را معرفی نموده و با عرض تبریک برای این عزیزان موفقیت روزافزون مسالت می نماید. ...