بررسی خواص دینامیکی خاک ریزدانه با خاصیت خمیری کم تثبیت شده با آهک و خاکستر بادی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: بررسی خواص دینامیکی خاک ریزدانه با خاصیت خمیری کم تثبیت شده با آهک و خاکستر بادی

ارائه دهنده: Provider: حامد رفیعی - رشته عمران

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محمد ملکی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر وحیدرضا اوحدی - دکتر مسعود مکارچیان

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 1401/06/30 ساعت 10 الی 12

مکان ارائه: Place of presentation: دانشکده مهندسی

چکیده: Abstract: با افزایش سریع جمعیت و افزایش شهرنشینی، مهندسان در بعضی مناطق با کمبود زمین مناسب برای اجرای پروژه‌های عمرانی مواجه هستند. یکی از راه‌های مناسب برای بهبود خواص ژئوتکنیکی خاک‌های با خواص مهندسی نامطلوب موجود در سایت پروژه‌های عمرانی، تثبیت شیمیایی خاک با افزودنی‌هایی نظیر آهک و خاکستر بادی است. آهک مصالحی در دسترس و مقرون به‌صرفه است. همچنین خاکستر بادی ماده‌ای زائد است که از سوختن زغال سنگ در نیروگاه‌های حرارتی تولید انرژی تولید می‌شود و دفع آن در طبیعت باعث ایجاد مشکلات زیست‌محیطی می‌شود. استفاده از آهک و خاکستر بادی علاوه بر بهبود خواص مهندسی خاک، باعث کاهش مشکلات زیست‌محیطی و اقتصادی در پروژه‌های عمرانی می‌شود. مطالعات مروری نشان می‌دهد افزودن خاکستر بادی به خاک تثبیت شده با آهک نقش مثبتی را در خصوص افزایش مقاومت محدود نشده ایفا می‌کند. با این همه، مطالعات کمی در زمینه تأثیر آن بر خواص دینامیکی چون مدول برشی صورت پذیرفته است. در صنعت حمل و نقل که بستر ضعیف خاک تحت تثبیت قرار می‌گیرد، مطالعه انتشار امواج ناشی از ارتعاش وسائط نقلیه سنگین، قطار و ...، همچنین تحلیل خاکریزهای تثبیت شده زیر اثر ارتعاش ناشی از زلزله با داشتن اطلاع از خواص دینامیکی مصالح تثبیت شده امکان‌پذیر است. در پژوهش کنونی، تأثیر درصدهای مختلف آهک (3، 5 و 7 درصد وزنی خاک) و درصدهای مختلف خاکستر بادی رده F (5، 10 و 15 درصد وزنی خاک) بر خواص خاک با خاصیت خمیری کم مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا آزمایش‌های مقدماتی و سپس آزمایش‌های اصلی جهت مشخص شدن پارامترهای خاک انجام گرفت. آزمایش‌های مقدماتی شامل دانه‌بندی، تعیین حدود اتربرگ، تراکم استاندارد و چگالی ویژه و آزمایش‌های اصلی شامل سه‌محوری استاتیکی، المان خمشی و سه‌محوری سیکلی است. نمونه‌های مربوط به آزمایش‌های اصلی با استفاده از نتایج حاصل از آزمایش تراکم استاندارد و با توجه به وزن مخصوص خشک حداکثر و درصد رطوبت بهینه ساخته شدند و پس از 28 روز عمل‌آوری مورد آزمایش قرار گرفتند. برای ارزیابی بیشتر فرایند تثبیت، مطالعه ریزساختاری نیز با انجام آزمایش‌های تعیین pH، پراش پرتو ایکس (XRD) و تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت گرفت. نتایج آزمایش سه‌محوری استاتیکی روی نمونه‌های 28 روزه تحت تنش‌های محصور کننده 0، 100، 200 و 400 کیلوپاسکال نشان داد که افزایش مقدار آهک از 3 به 5 درصد باعث افزایش 06/55 درصدی مقاومت محصور نشده می‌شود اما با افزایش مقدار آهک از 5 به 7 درصد، مقاومت محصور نشده 41/10 درصد کاهش می‌یابد. افزودن خاکستر بادی به ترکیب خاک-آهک باعث افزایش شدت واکنش‌های پوزولانی و افزایش چشمگیر مقاومت فشاری نمونه‌ها می‌شود. افزودن 15 درصد خاکستر بادی به خاک تثبیت شده با 5 درصد آهک باعث افزایش 16/78 درصدی مقاومت فشاری محصور نشده می‌شود. علاوه‌بر این تثبیت خاک باعث کاهش کرنش نظیر گسیختگی می‌شود. با توجه به نتایج، ترکیب بهینه برای تثبیت خاک ریزدانه با نشانه خمیری کوچک (CL-ML)، ترکیب دارای 5 درصد آهک و 15 درصد خاکستربادی است. با افزایش تنش محصور کننده نیز مقاومت فشاری و کرنش نظیر گسیختگی افزایش می‌یابد. برای بررسی اثر درصدهای مختلف آهک و خاکستر بادی بر مدول برشی حداکثر خاک تثبیت شده، آزمایش المان خمشی تحت تنش‌های محصور کننده 0، 100، 200 و 400 کیلوپاسکال انجام شد. نتایج نشان داد که ترکیب حاوی 5 درصد آهک و 15 درصد خاکستر بادی دارای بیشترین مقدار مدول برشی حداکثر و بهینه‌ترین ترکیب برای تثبیت خاک مورد استفاده در این تحقیق است. مدول برشی حداکثر خاک تثبیت شده با 5 درصد آهک و 15 درصد خاکستر بادی نسبت به خاک تثبیت نشده تحت تنش‌های محصورکننده 0، 100، 200 و 400 کیلوپاسکال به ترتیب 5/207، 8/180، 2/164 و 4/151 درصد افزایش یافته است. برای ارزیابی بیشتر فرایند تثبیت، آزمایش‌های تعیین pH، XRD و SEM انجام شد. نتایج آزمایش تعیین pH نشان داد که افزودن آهک و خاکستر بادی باعث افزایش pH محیط واکنش شده که این امر باعث حل شدن آلومین و سیلیکای موجود در خاک و مهیا شدن شرایط برای انجام واکنش‌های پوزولانی می‌شود. منحنی‌های پراش پرتو ایکس کاهش شدت قله‌های مربوط به کائولینیت و تشکیل قله‌های جدید مربوط به ترکیبات سیمانی را نشان دادند. تشکیل قله‌های جدید نشان‌دهنده تشکیل هیدرات سیلیکات کلسیم (CSH) و هیدرات آلومینات کلسیم (CAH) بر اثر واکنش‌های پوزولانی است. با توجه به تصاویر SEM خاک تثبیت نشده دارای حفرات و ترک‌های زیاد است. اما با افزودن آهک و خاکستر بادی و تشکیل CSH و CAH حفرات توسط این ترکیبات سیمانی پر شده و ساختار خاک به‌صورت متراکم در می‌آید. پس از تعیین ترکیب بهینه، نمونه‌های ساخته شده با ترکیب بهینه 5 درصد آهک و 15 درصد خاکستر بادی با اعمال تنش محصور کننده 100 کیلوپاسکال تحت سیکل‌های بارگذاری قرار گرفتند. نتایج حاصل از آزمایش سه‌محوری سیکلی نشان داد که نمونه‌ها طی بارگذاری سیکلی نرم‌شوندگی سیکلی و کاهش مقاومت را تجربه می‌کنند. با توجه به نتایج با افزایش تعداد سیکل‌های بارگذاری شاخص نرم‌شوندگی کاهش می‌یابد که نشان دهنده افزایش نرم‌شوندگی سیکلی با افزایش تعداد سیکل‌های بارگذاری است. همچنین پارامتر نرم‌شوندگی که نشان دهنده نرخ نرم‌شوندگی سیکلی است تا 100 سیکل اول افزایش می‌یابد و سپس کم می‌شود. این امر نشان دهنده این است که نرم‌شوندگی در سیکل‌های اولیه بارگذاری دارای نرخ بیشتری است و سریع‌تر اتفاق می‌افتد. نمونه‌ها پس از اعمال سیکل‌های بارگذاری برای تعیین مقاومت پساسیکلی تحت بارگذاری استاتیکی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مقاومت نمونه‌ها پس از اعمال 100، 200، 1000، 2000 و 3000 سیکل بارگذاری به ترتیب 15/2، 43/7، 17/14، 84/22 و 34/32 درصد نسبت به مقاومت نمونه بدون تجربه بارگذاری سیکلی، کاهش یافته است. کاهش مقاومت و نرم‌شوندگی سیکلی در نمونه‌ها پس از اعمال سیکل‌های بارگذاری به دلیل تخریب پیوندهای سیمانی تشکیل شده بر اثر واکنش‌های پوزولانی و ایجاد ریزترک‌ها طی بارگذاری سیکلی است.

فایل: ّFile: تنزيل فایل