بررسی آزمایشگاهی تاثیر نانوذرات بر خصوصیات مهندسی خاک های ماسه ای

در این مطالعه با بررسی های آزمایشگاهی و با بکارگیری آزمایشات مکانیک خاک، تأثیر تعدادی از نانو ذرات بروی خصوصیات مهندسی خاک های ماسه ای مورد مطالعه قرار گرفته است. نانو ذرات انتخابی شامل نانورس (مونتمریلونیت اصلاح شده na+)، نانوسیلیس و نانو اکسید روی می باشند.نانورس نیز در مهندسی ژئوتکنیک بسیار شناخته شده می باشد چراکه این نانو از جنس خاک رسی می باشد که خصوصیات آن نیز شناخته شده می باشد. به منظور بررسی آزمایشگاهی تأثیر این نانو ذرات بر خصوصیات مختلف خاک، آزمایشات مختلفی را انتخاب کردیم. بدین صورت که به منظور بررسی تأثیر نانو ذرات نام برده بر خصوصیات خمیری خاک از آزمایش حدود اتربرگ استفاده کردیم. در این آزمایش به مقدار 2% وزنی از نانو ذرات در توده خاک استفاده نمودیم و سپس میزان تغییرات بوجود آمده در خصوصیات خمیری خاک را با آزمایش حدود اتربرگ مورد بررسی قرار دادیم. در آزمایشات مقاومتی به منظور بررسی تأثیر نانو ذرات بر خصوصیات مقاومت خاک، آزمایشات مقاومت فشاری تک محوری، برش مستقیم و مقاومت برشی سه محوری (تحکیم یافته زهکشی شده) را بکار گرفتیم. در این آزمایشات از درصد های مختلف وزنی از نانو ذرات استفاده نمودیم تا میزان تغییرات بوجود آمده با افزایش درصد نانو ذرات را مورد بررسی قرار دهیم. در ادامه تأثیر نانو ذرات بر خصوصیات مقاومتی خاک های ماسه ای تثبیت شده با سیمان را مورد ارزیابی قرار دادیم. به این منظور آزمایشات نسبت باربری کالیفرنیا و مقاومت فشاری تک محوری را بروی مخلوط ماسه-سیمان و نیز مخلوط با درصد های مختلف وزنی از هریک از نانو ذرات انجام دادیم. درصد های انتخابی را بر اساس مطالعات قبلی صورت گرفته در زمینه استفاده از نانو ذرات در مصالح ساخت و ساز مختلفی از جمله بتن، ملات و قیر انتخاب کردیم. درصد های انتخابی نانو ذرات در آزمایشات تثبیت ماسه با سیمان عبارتند از 5/0، 1، 5/1، 2، 3 و 5 درصد وزن سیمان مصرفی در مخلوط ماسه-سیمان. درصد سیمان بکاررفته در مخلوط ماسه-سیمان به منظور تثبیت خاک 7% وزنی خاک ماسه ای خشک در نظر گرفته شد. این آزمایشات با درصد های مختلف نام برده از نانو ذرات بروی مخلوط ماسه-سیمان انجام گرفت تا درصد بهینه نانو ذرات به منظور بهبود خصوصیات مکانیکی مخلوط ماسه-سیمان روشن گردد. در تمامی این آزمایشات بحث بسیار مهم در ارتباط با استفاده نانو ذرات در توده خاک به منظور مشاهده تأثیراتشان، پراکندگی مناسب این ذرات در توده خاک بود. لذا به این منظور از دو روش مکانیکی برای پراکندن نانو ذرات استفاده نمودیم که عبارتند از: استفاده از آسیاب گلوله ای و استفاده از دستگاه اولتراسونیک به همراه میکسر با سرعت بالا. در روش اولتراسونیک ابتدا نانو ذرات در آب به کمک اشعه ماوراء صوت در آب پراکنده شدند. سپس به کمک یک میکسر با سرعت بالا مخلوط نانو ذرات-آب به خاک اضافه شدند. با توجه به تحقیقات انجام گرفته در زمینه استفاده از این دو روش مکانیکی برای پراکندن نانو ذرات معلوم شد که روش استفاده از آسیاب گلوله ای نسبت به اولتراسونیک از کارایی بیشتری در زمینه پراکندن نانو ذرات برخوردار است . لذا در ادامه آزمایشات به منظور پراکندن نانو ذرات در توده خاک از آسیاب گلوله ای استفاده شد.