بررسی آزمایشگاهی تاثیر میکروسیلیس و حرارت در افزایش مقاومت و دوام مخلوط‌های خاک – سیمان در احداث سدهای آبخیزداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، مرکز تحقیقات، آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اهواز، ایران.

2 گروه سازه، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

10.22034/nawee.2024.463241.1088
چکیده
با توسعه پروژه‌های آبخیزداری و کمبود مصالح، نیاز به استفاده از مصالح مناسب، در دسترس و ارزان بیشتر می‌شود. خاک-سیمان یکی از مصالحی است که به این منظور چندین دهه استفاده شده لیکن تاثیر میکروسیلیس و حرارت محیط بر پارامترهای مقاومت و پایداری این مخلوط کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش خاک و آب مورد استفاده از حوضه بالادست سد کرخه تهیه شد. آزمایش‌های مشخصات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک و آب طبق استاندارد های ASTM انجام شد. مخلوط‌های استوانه‌ای مختلف خاک- سیمان- میکروسیلیس تحت رطوبت بهینه مخلوط به روش آشتو اصلاحی ساخته شد. آزمایش‌های تر و خشک شدن و مقاومت فشاری نمونه‌های 7، 14 و 28 روزه در دمای °C27 و °C40 و شرایط رطوبتی 7 و 14 روزه طبق استاندارد‌های ASTM انجام شد. تحلیل نتایج با نرم افزار آماری SAS نشان داد سیمان، میکروسیلیس و بخصوص حرارت تاثیر بسزایی در افزایش مقاومت و دوام مخلوط دارند و طبق ضوابط USBR از کلیه مخلوط‌های مورد بررسی در احداث پروژه‌های آبخیزداری می‌توان استفاده کرد. همچنین نتایج تحقیق نشان داد که امکان احداث سدهای آبخیزداری با استفاده از مخلوط خاک – سیمان – میکروسیلیس با هزینه حدود 50 درصد سنگ و سیمان و یا بتن وجود دارد که می تواند تحولی شگرف برای احداث سدهای آبخیزداری در آینده باشد و همچنین استفاده از این مخلوط باعث کاهش تخریب های زیست محیطی و استفاده از خاک موجود در محل احداث سدها و همچنین باعث افزایش سرعت در اجرای عملیات آبخیزداری می شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Laboratory Studies on the Effect of Silica Fume and Curing Heat on Strength and Durability Soil-Cement Mixtures

نویسندگان English

ARAM SAMETZADEH 1
alireza khaloo 2
hamzeh saeediyan 1
1 Department of Soil Conservation and Watershed Management Research, Khuzestan Agricultural and Natural Resource Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Ahvaz, Iran.
2 Department of Structural Engineering, faculty of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Developing construction projects and shortage of based materials have increased the necessity of using cheap and available materials. For this aims soil-cement has used for the last several decades, but there are limited studies on the effect of silica fume and curing temperature on the mixture. In this laboratory, study soil and water used were from upstream basin of Karkheh dam. Physical, mechanical and chemical tests for soil and water were performed according to the ASTM criteria. Different cylindrical samples of soil-cement-S.F mixtures at optimum moisture were made based on modified AASHTO method. Samples were cured at 27°C and 40°C in 7 and 14 days in humid room. Wetting and drying tests also compressive strength testes at 7, 14 and 28 days were performed. Statistical analysis of results with SAS software showed that the increase of cement, S.F, and special curing temperature enhanced strength and durability of the mixtures. According to the USBR criteria, all samples can be used in construction projects. Also, the research results showed that it is possible to construct watershed management dams using a mixture of soil-cement-microsilica at a cost of about 50% of stone, cement or concrete, which can be a dramatic development for the construction of watershed management dams in the future, and also the use of this mixture reduces environmental degradation and the use of soil at the dam construction site and also increases the speed of watershed management operations.

کلیدواژه‌ها English

Keywords: Soil
Cement
Silica fume
Compressive strength
Wetting and drying
اولی­پور، م.، مستعار، م.، حسینی دهدشتی، ع. 1392. بررسی تاثیر سیکل­های یخ­زدگی بر روی خاک رس تثبیت شده با سیمان و میکروسیلیس، هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده شهید نیکبخت، دانشگاه زاهدان.
بیت اله پور چهار محالی، ا.، و رئیسی استبرق، ع.  1389. تعیین درصد بهینه سیمان در ملات خاک- سیمان برای تثبیت کانالهای آبیاری، سومین همایش ملی مدیریت شبکه های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران، دانشکده مهندسی علوم آب، اهواز.
جانعلی زاده، ع.، باقر پور، ا. 1382. تثبیت خاک­های ریزدانه بوسیله افزودن میکروسیلیکا به همراه آهک یا سیمان، ششمین کنفرانس بین المللی مهندسی عمران. دانشگاه صنعتی اصفهان.
رحیمی، ح.، فکور، ک. 1373. بررسی و مقایسه استحکام خاک مالچ و خاک سیمان در سازه­های آبی ، شماره ثبت 96/73، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، ص 1.
رحیمی، ح.، عباسی، ن.، 1374. استفاده از موزائیک خاک سیمان برای پوشش کانالهای آبیاری، شماره ثبت 436/74، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، مؤسسه تحقیقات فنی ومهندسی کشاورزی، ص 100 تا 109.
رحیمی، ع.، شفاعی بجستان، م.، و ارشم، ع.، 1385. بررسی امکان استفاده از مخلوط خاک (مارن سازند آغاجاری) سیمان در احداث سازه های آبخیزداری، هفتمین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران، اهواز.
سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور.، 1382. دستورالعمل تثبیت لایه های خاکریز و روسازی راه­ها، انتشارات سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، تهران، نشریه شماره 268، ص 1 تا 7 و 48.
صامت زاده، آ.، 1390. بررسی کاربرد خاک- سیمان- میکروسیلیس در پروژه­های عمرانی، شماره ثبت 27676، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، ص 19 تا 16 و ص 26 تا 53.
صامت زاده، آ.، خالو، ع.، زرفام، پ.، 1391. بررسی تاثیر حرارت بر افزایش مقاومت فشاری مخلوط­های خاک و سیمان، نهمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.
طباطبایی، ا.، 1373. روسازی راه، مرکز نشر دانشگاهی، تهران، چاپ چهارم، ص 143.
عصاره مستقیم، ل.، اولی­پور، م.، 1391. ارزیابی مقاومت خاک­های غیر­چسبنده (دشت حمیدیه)، تثبیت شده با سیمان و میکروسیلیس و مقایسه آن با افزودن خاک رس در تراکم­های مختلف، سومین سمینار ملی مسائل ژئوتکنیکی شبکه­های آبیاری و زهکشی، موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی.
مقیمی راد، ا.، 1385. بررسی تاثیر تثبیت و بهسازی در کرنش خاک تحت بار ترافیکی، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران ، دانشگاه شهید چمران اهواز، ص 14 تا 16.
مستعار، م، ایزدیار، پ.، رحیمی، م.،1400. بررسی تاثیر افزودن میکروسیلیس بر روی خاک رس تثبیت شده با سیمان، دوازدهمین کنفرانس ملی مهندسی عمران، معماری و شهرسازی،شیروان.
 
Ajorloo, A.M. 2010. Characterization of the Mechanical Behavior of Improved Loose Sand for Application in Soil-Cement Deep Mixing, NO d,ordre 40352, Pour obtenir le grade de Docteur, de I, Universite de LILLE 1, pp 112, 2010.
Beitollahpour Chaharmahali, A., Raeisi Estabragh, A. 2010. Determination of the Optimal Percentage of Cement in Soil-Cement Mortar for Stabilization of Irrigation Canals, 3rd National Conference on Irrigation and Drainage Network Management, Shahid Chamran University, Faculty of Water Science Engineering, Ahvaz.
Fares, Y. A. 2007. Soil-Cement Protects Upstream Embankment of Reservoir Against Erosive Wave Action, Government Engineering, http://govengr.com/articlesJan07/tampa.pdf, 2007.
Hansen, K. D. 1986. Soil-Cement for Embankment Dams, Bulletin 54, International Commission on Large Dams (ICOLD), Paris, 1986.
Janalizadeh, A., Bagherpour, A. 2003. Stabilization of fine-grained soils by adding microsilica with lime or cement, 6th International Conference on Civil Engineering. Isfahan University of Technology.
Kowalski, T. E., Starry, D.W. 2007. Modern Soil Stabilization Techniques Characterization and Improvement of Soil and Materials Session, Characterization and Improvement of Soil and Materials Session Conference, Saskatchewan, Canada, Transportation Association of Canada, Oct 2007.
Management and Planning Organization of Iran. 2003. Instructions for Fixing Embankment Layers and Road Pavements, Publications of the Management and Planning Organization of Iran, Tehran, No. 268, pp. 1-7 and 48.
Moghimi Rad, A. 2006. Investigating the Effect of Stabilization and Improvement on Soil Strain under Traffic Load, M.Sc. Thesis in Civil Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, pp. 14-16.
Mostaar, M., Izadyar, P., Rahimi, M. 2021. Investigating the Effect of Microsilica Addition on Cement-Stabilized Clay, 12th National Conference on Civil Engineering, Architecture and Urban Planning, Shirvan.
Olapour, M., Mostaar, M., Hosseini Dehdashti, A. 2013. The Effect of Frost Cycles on Clay Stabilized with Cement and Microsilica, 7th National Congress on Civil Engineering, Faculty of Shahid Nikbakht, University of Zahedan.
Osareh Mostaghim, L., Olapour, M. 2012. Evaluation of Resistance of Non-Stick Soils (Hamidieh Plain), Stabilized with Cement and Microsilica and Comparison with Clay Addition at Different Densities, 3rd National Seminar on Geotechnical Issues of Irrigation and Drainage Networks, Agricultural Engineering Research Institute.
Rahimi, A., Shafaei Bajestan, M., Arsham, A., 2006. Investigation of the Feasibility of Using Soil Mixture (Marl of Aghajari Formation) - Cement in the Construction of Watershed Management Structures, 7th International Seminar on River Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz.
Rahimi, H., Abbasi, N. 1995. Use of Soil-Cement Mosaic for Covering Irrigation Canals, Registration No. 436/74, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Agricultural Technical and Engineering Research Institute, Pp. 100-109.
Rahimi, H., Fakour, K. 1994. Investigation and Comparison of Soil-Mulch and Soil-Cement Strengths in Water Structures, Registration No. 73/96, Agricultural Education and Extension Organization (AREEO), Agricultural Technical and Engineering Research Institute, Pp. 1.
Sametzadeh, A. 2011. Investigation of the Application of Soil-Cement-Microsilica in Civil Projects, Registration No. 27676, Islamic Azad University, Dezful Branch, pp. 19-16 and pp. 26-53.
Sametzadeh, A., Khaloo, A., Zarfam, P. 2012. The Effect of Heat on Increasing Compressive Strength of Soil and Cement Mixtures, 9th International Congress on Civil Engineering, Isfahan University of Technology.
Tabatabaei, A. 1994. Road Pavement, University Publishing Center, Tehran, 4th edition, p. 143.
USBR., 1990. Embankment Dams, Soil-Cement Slope Protection, Chapter 17, U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation. Denver Office, USA, 1990.
Zarijawi, M. K. 2009. Effect of adding cement and silica fume with cement on compaction properties and shear strength of clayey soil, Al-Qadisiya journal for engineering sciences, Vol. 2, No. 2, pp. 253-257, 2009.
Zerahtanlahoni, A., Tajdini, M. 2022. Effect of Adding Nano-Sio2 Particles and Silica Fume on the Physical Parameters of Soil-Cement Materials,7th.International Conference on Researches in Science & Engineering & 4th.International Congress on Civil, Architecture and Urbanism in Asia.