Experimental study on time-dependent behavior of improved sand with Portland Cement and Metakaolin in different loading conditions.

نوع: Type: thesis

مقطع: Segment: masters

عنوان: Title: Experimental study on time-dependent behavior of improved sand with Portland Cement and Metakaolin in different loading conditions.

ارائه دهنده: Provider: setayesh rostami

اساتید راهنما: Supervisors: Dr M.Maleki

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: Dr Ohadi & Dr Qadimi

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: 2025

مکان ارائه: Place of presentation: 43

چکیده: Abstract: خاک‌های ماسه‌ای با تراکم کم در مواجهه با مسیرهای مختلف بارگذاری، به‌ویژه بارهای سیکلی، دچار تغییرشکل‌های قابل‌توجهی می‌شوند. در چنین شرایطی، انتقال مستقیم بار سازه به اسکلت سست ماسه غالباً قابل توجیه نیست. بهبود خواص مکانیکی ماسه‌های سست از طریق تثبیت با سیمان پرتلند از گذشته مورد توجه و تحقیق قرار گرفته و در بسیاری از پروژه‌های عمرانی به‌کار رفته است. با این حال، به دلیل مشکلات عمدتاً زیست‌محیطی ناشی از مصرف بالای سیمان، جایگزینی بخشی از آن با سایر افزودنی‌ها نظیر متاکائولین مطرح و بررسی شده است. افزودن سیمان به‌تنهایی یا همراه با سایر افزودنی‌ها منجر به ایجاد باندها و پیوندهای بین‌دانه‌ای در خاک ماسه‌ای شده و باعث افزایش سختی و مقاومت برشی می‌گردد. با این وجود، نتایج مطالعات نشان می‌دهد که در صورت اعمال بارهای زیاد یا تناوبی، این باندها که ماهیتی شکننده دارند، مستعد گسستگی بوده و همین امر موجب تحمیل تغییرشکل‌های موضعی یا کلی به خاک تثبیت‌شده می‌شود. همچنین بررسی‌ها حاکی از آن است که تحت اثر بارگذاری، تغییرشکل‌های ناشی از گسست پیوندها با گذر زمان توسعه می‌یابد که از اهمیت بالایی برخوردار است. از سوی دیگر، تغییرشکل‌های خزشی به تاریخچه بارگذاری پیشین وابسته‌اند؛ موضوعی که کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در تحقیق حاضر، روند توسعه تغییرشکل‌های وابسته به زمان در نمونه‌های ماسه تثبیت‌شده با ترکیبات مختلف سیمان و متاکائولین، پس از تجربه سیکل‌های گوناگون بارگذاری در ترازهای مختلف تنش، مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این تحقیق، به بررسی اثرات ترکیب‌های مختلف سیمان و متاکائولین بر رفتار خزشی خاک‌های ماسه‌ای پرداخته شده است. برای تثبیت خاک‌های ماسه‌ای از درصدهای مختلف سیمان و متاکائولین استفاده شد. ترکیب‌های مختلف عبارتند از: 90% خاک + 10% سیمان، 90% خاک + 5/2% سیمان + 5/7% متاکائولین، 90% خاک + 5% سیمان + 5% متاکائولین و 90% خاک + 5/7% سیمان + 5/2% متاکائولین. آزمایش‌های مختلفی از جمله دانه‌بندی، تعیین وزن مخصوص، آزمایش‌های سه محوری استاتیکی و سیکلی، و آزمایش‌های حدود روانی و خمیری برای ارزیابی ویژگی‌های مکانیکی و خزشی نمونه‌ها انجام شد. نمونه‌ها به‌مدت 28 روز تحت شرایط کنترل‌شده برای تثبیت اولیه قرار گرفتند و پس از آن برای انجام آزمایش‌های مختلف آماده شدند. نتایج نشان دادند که تا حدود ۵ درصد جایگزینی سیمان با متاکائولین، بهبود قابل قبولی در خواص مکانیکی و رفتار خزش خاک‌های ماسه‌ای تثبیت‌شده مشاهده شد. ترکیب‌هایی که حاوی ۵% متاکائولین و ۵% سیمان عملکرد نسبتاً خوبی در برابر بارگذاری‌های سیکلی و کاهش خزش نشان دادند. در آزمایش‌های ۴۰۰ سیکل بارگذاری و باربرداری، مقاومت نمونه‌های ماسه‌ای با 5% سیمان و 5% متاکائولین برابر ۲۴۳۱ کیلوپاسکال بود که به‌طور قابل‌توجهی از نمونه‌هایی که درصد بالاتری از متاکائولین داشتند، مانند 5/2% سیمان و 5/7% متاکائولین، بیشتر بود. در ترکیب‌هایی که درصد متاکائولین بیشتر از ۵ درصد بود، مانند 5/2% سیمان و 5/7% متاکائولین، کاهش قابل‌توجهی در مقاومت و افزایش خزش مشاهده شد. به‌ویژه در آزمایش‌های ۴۰۰ سیکل بارگذاری و باربرداری، نمونه‌های 5/2% سیمان و 5/7% متاکائولین دچار گسیختگی شدند. نتیجه‌گیری کلی این تحقیق این است که استفاده از متاکائولین تا حدود ۵ درصد به‌عنوان جایگزین سیمان، بهبود قابل قبولی در مقاومت خاک‌های ماسه‌ای در برابر بارگذاری‌های طولانی‌مدت و پدیده خزش به‌دنبال دارد. با این حال، با افزایش درصد متاکائولین به بالاتر از ۵ درصد، مقاومت کاهش یافته و تأثیر منفی بر پدیده خزش و بارگذاری‌های سیکلی مشاهده شد.