خلاصه

فناوری نانو علمی است که موارد استفاده آن در مهندسی ژئوتکنیک به وضوح روشن نیست و تحقیقاتی اگرچه محدود اما مفید در این حوضه صورت گرفته است. در تحقیق حاضر با هدف بررسی مجزا و مقایسه عملکرد نانو سیلیس و میکرو سیلیس بر رفتار و پارامترهای مقاومتی ماسه سیلیسی فیروزکوه حاوی آهک، آزمایشهای سه محوری مونوتونیک بر روی نمونه هایی با عمل آوری های متفاوت انجام شده. نتایج حاصل نشان داده است که افزودن همزمان آهک با میکروسیلیس یا نانوسیلیس موجب افزایش چشمگیر پارامترهای مقاومتی خاک و بهبود رفتار ماسه شده است. با مقایسه روند تغییرات مقاومتی ماسه حاوی آهک تحت افزودنی میکروسیلیس و نانوسیلیس مشاهده می شود که تاثیر افزودن نانوسیلیس نسبت به میکروسیلیس در درصدها و دوره های عمل آوری یکسان بسیار محسوس تر می باشد.

کلمات کلیدی : نانوسیلیس، میکروسیلیس، آهک، سه محوری مونوتونیک

۱٫ مقدمه

اصلاح پارامترهای رفتاری خاکهای مختلف یکی از مسائل مهم پیش روی پژوهشگران در مهندسی ژئوتکنیک میباشد. اضافه نمودن پاره ای از افزودنی ها به خاک، به عنوان یکی از روشهای مؤثر در بهبود برخی از مشخصه های رفتاری خاک مانند پارامترهای مقاومتی، نفوذپذیری و خودترمیمی، به ویژه در بعضی از سازه های ژئوتکنیکی نظیر سدهای خاکی، خاکریزهای جاده ها، شیروانی های مصنوعی، مراکز دفن زباله و.. همواره مد نظر بوده است. افزودنی های متداول همچون سیمان، آهک، کلسیم کلرید، خاکستر بادی، قیر، گوگرد در مطالعات پژوهشگران مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار آن، نانومواد که حائز ویژگی های منحصر به فردی هستند و استفاده از آنها در دیگر شاخه های علوم مهندسی منجر به تحولاتی بنیادی شده است، در مهندسی ژئوتکنیک نیز مورد توجه قرار گرفته است. نانو تکنولوژی واژه ای است کلی که به فناوری پیشرفته ای در مقیاس حدود ۱ تا ۱۰۰ نانو متر اطلاق میشود. مواد در محدوده ی نانو اغلب رفتار فیزیکی بسیار متفاوتی با اتم ها و مواد توده ای از خود نشان میدهند. خصوصیات مواد نانو مقیاس را نمی توانضرورتاً با توجه به ویژگیهای مواد در مقیاسهای بزرگتر پیش بینی کرد. یکی از مهمترین خواص نانو ذرات نسبت سطح به حجم بسیار بالای آن ها میباشد. به عبارتی اتم های موجود در سطح، کسر بالای اتم های تشکیل دهنده ی یک ذره را تشکیل میدهند، لذا این نسبت علیرغم اندازه و شکل تقریبا یکنواخت اتم ها، باعث خواص کاملا متفاومت نانو ذرات در مقایسه با مواد بالکی شده است.[۱]

-۱دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران

-۲ استادیار گروه مهندسی عمران دانشگاه تهران

-۳ دانشیار گروه مهندسی عمران دانشگاه تهران

-۳ دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران

۱

افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث میشود که عملکرد اتم های واقع در سطح ، اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم های درون حجم ذرات در خواص آنها داشته باشند. در نتیجه به دلیل داشتن سطح ویژه بسیار بالا و بارهای سطحی، حتی درصورت استفاده بسیارکم از این ذرات در محیط خاک، رفتار فیزیکی-شیمیایی و خصوصیات مهندسی خاک را به طور ویژه و قابل توجه تحت تأثیر قرار میدهند.[۲]

.۲ مطالعات آزمایشگاهی

در این مطالعه تغییر خصوصیات مهندسی ماسه فیروزکوه تحت تاثیر آهک به همراه نانو سیلیس و میکرو سیلیس مورد بررسی قرار گرفته است که مشخصات مصالح مورد استفاده در این تحقیق در ذیل آورده شده است.

• آهک

آهک مورد استفاده از نوع آهک شکفته میباشد یا به عبارتی آهک مرده میباشد Ca(OH)2 که ترکیبات شیمیایی آن در جدول۱ آمده است.

جدول-۱ مشخصات آهک شکفته مورد استفاده
Cao MgO Al2O3 Fe2O3 Ca(OH)2 رنگ
۲% ۰٫۹۰% ۰٫۵۰% ۰٫۲۰% ۹۰% سفید

• نانو سیلیس

در تحقیق حاضر از سیلیس آمورف و آبدوست با هدف بالابردن واکنش پذیری استفاده شده است. جدول۲ به بیان مشخصات فیزیکی نانو سیلیس میپردازد. در جدول۳ نتایج درصد خلوص و در شکل۱ نمودار XRD نانو سیلیس آورده شده است. عمده ی خواص نانو سیلیس همانند توزیع اندازه ذرات، چگالی ویژه، سطح مخصوص ویژه ساختار متخلخل و فعالیت آنها (گروه های سیلانول سطحی) وابسته به روش ساخت آنها میباشد.[۳]

جدول-۲ مشخصات فیزیکی نانوسیلیس

ساختار درصد چگالی دانه- چگالی رنگ مساحت اندازه دانه- فرمول
خلوص های جامد ظاهری سطح ویژه ها شیمیایی

آمورف ۹۹% ۲٫۴ ۰٫۱ سفید ۱۸۰-۶۰۰ ۲۰-۳۰ SiO2
g/cm3 g/cm3 m2/g nm

جدول – ۳ خروجی آزمایش درصد خلوص نانو سیلیس
Fe Na Ca Ti SiO2 ترکیب
<20ppm <50ppm <70ppm <120ppm >99% درصد

۲