بررسي خواص مكانيكي خاك ماسه‌ لاي دار مسلح با الياف كنف اصلاح سطح شده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

پايداري هر سازه به ويژگي‌هاي مقاومتي خاكي كه بر روي آن ساخته مي‌شود بستگي دارد. اگر خاك زيرين به‌اندازه كافي پايدار نباشد تا بارهاي منتقل شده را تحمل كند، انواع مختلفي از شكست مانند نشست سازه، ترك‌ها و غيره رخ مي‌دهد. براي حل اين مشكل، اصلاح خاك ضروري است. خاك ماسه لاي‌دار از انواع خاك‌هاي مشكل‌ساز در طبيعت است كه به دليل مقاومت برشي كم و نشست‌هاي ناهمسان نياز به بهسازي دارد. ازروش‌هاي به‌صرفه، پركاربرد و دوستدار محيط‌زيست براي بهبود ويژگي‌هاي خاك استفاده از الياف در خاك است. الياف به دو دسته طبيعي و مصنوعي تقسيم مي‌شوند؛ استفاده از الياف طبيعي به دليل مسائل زيست محيطي براي بهسازي خاك بهتر است. وجود الياف طبيعي سلولزي در خاك به دليل خاصيت جذب آب الياف، باعث ايجاد پيوند موقت بين خاك و الياف شده كه به‌محض از دست رفتن آب جذب شده توسط الياف، پيوند بين خاك و الياف گسسته شده و باعث افت خواص فيزيكي و مكانيكي خاك مي‌شود. الياف طبيعي مورد استفاده، الياف كنف با طول 12ميليمتر و قطر 40 ميكرون با استحكام كششي 800 مگاپاسكال مي‌باشد. در اين پژوهش به منظور كاهش آبدوستي از روش اصلاح سطح به وسيله فناوري نوين پلاسما و از پوشش رزين به‌منظور افزايش چسبندگي و سطح درگيري بين خاك و الياف استفاده شد. پلاسما روشي است كه با القاي يك نيروي الكترومغناطيسي به ماده گازي، ماده را به فاز چهارمي از حالت ماده يا همان پلاسما وارد مي‌كند؛ فناوري پلاسما سبب ايجاد گروه‌هاي عاملي مختلف بر روي سطح منسوجات بدون تغيير در خواص اوليه آن‌ها مي‌شود. پارامترهاي حاصل از آزمايش‌هاي برش مستقيم، برونكشي الياف، تك‌محوري و زاويه تماس در اين مطالعه بررسي شد. آزمايش‌هاي برش مستقيم بر روي نمونه‌هاي مسلح با اين نوع الياف در تنش‌هاي نرمال 70، 120 و 170 كيلوپاسكال انجام و نتايج آن با نمونه‌هاي مسلح با الياف كنف ساده مقايسه گرديد. با توجه به اينكه حالت بحراني جداشدن الياف از خاك زماني اتفاق مي‌افتد كه الياف آب از دست داده باشد؛ آزمايش‌ها در شرايط رطوبتي خشك و بهينه انجام شد. نتايج نشان داد حضور الياف در خاك مقاومت برشي خاك را به‌طور چشمگيري افزايش داده است و براي نمونه‌هاي تهيه شده با الياف اصلاح سطح شده در حالت مرطوب و خشك، چسبندگي افزايش يافت. اين افزايش در حالت تر براي نمونه‌هاي مسلح با الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما، الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما پوشش داده شده با رزين، الياف پوشش داده شده با رزين به ترتيب 5/1، 34/1، 02/1 برابر نمونه‌هاي مسلح با الياف اصلاح سطح نشده و بدون پوشش است. همچنين در حالت خشك چسبندگي الياف پلاسماشده پوشش رزين، الياف پوشش داده شده با رزين و الياف پلاسماشده 38/3، 36/2 و 46/1 برابر نمونه مسلح با الياف كنف اصلاح نشده است. جهت ارزيابي آبگريزي الياف از آزمايش زاويه تماس استفاده شده است. آزمايش برونكشي الياف و تصويربرداري توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي براي بررسي پيوند بين الياف و خاك نيز انجام شده است. نتايج آزمايش برونكشي الياف براي حالت تر نشان مي‌دهد كه در حالتي كه الياف فقط با رزين پوشش داده شده تنش برشي سطح مشترك بسيار كاهش مي‌يابد؛ اما براي خاك مسلح به بقيه حالت‌ها تفاوت چنداني مشاهده نمي‌شود. در حالت خشك بيشترين افزايش در مقاومت برشي مربوط به الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما پوشش رزين با مقاومت برونكشي 690 كيلوپاسكال بوده و پس آز آن الياف پوشش داده شده با رزين، الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما و الياف ساده قرار دارند كه به ترتيب تنش برشي بيشينه 374، 26/70 و 40 كيلوپاسكال را ثبت كرده‌اند. زاويه تماس براي الياف اصلاح شده به روش پلاسما 113 درجه و براي الياف اصلاح سطح نشده 64/55 درجه به دست آمد. زاويه بيش از 90 درجه نشان‌دهنده آبگريزي الياف است. در مرحله دوم اين تحقيق به‌منظور بررسي تاثير مقدار الياف بر ويژگي‌هاي خاك، آزمايش‌هاي تكميلي برش مستقيم و تك‌محوري در مقادير 5/0، 1 و 5/1 درصد الياف براي الياف پلاسماشده پوشش داده شده با رزين انجام شد. نتايج آزمايش تك‌محوري نشان داد كه درحالت خشك 1 درصد الياف سبب افزايش 3/2 برابري مدول يانگ نسبت به 5/0 درصد الياف شد و پس از آن كاهش جزئي با افزايش الياف به 5/1 درصد مشاهده شد. براي حالت مرطوب با افزايش مقدار الياف، مدول يانگ افزايش يافت. همچنين مقاومت فشاري محدود نشده براي مقادير 5/0، 1 و 5/1 درصد الياف به ترتيب 72، 328 و 410 كيلوپاسكال براي حالت تر و 960، 3203 و 4036 كيلوپاسكال براي حالت خشك ثبت شد.

223460

ژئوتكنيك

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان