تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

مطالعه درشت ساختاری و ریزساختاری بنتونیت تثبیت‌شده با ژئوپلیمر بر پایه پودر شیشه بازیافتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای مهندسی عمران، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.
2 استاد عمران، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.
3 استادیار عمران، دانشکده فنی و مهندسی کبودرآهنگ، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
چکیده
افزودنی‌های شیمیایی و پلیمری با تغییر ویژگی‌های مقاومتی و بهبود ریزساختار، می‌توانند رفتار خاک‌های رسی را بهبود بخشند. در این پژوهش، از یک ژئوپلیمر بر پایه پودر شیشه بازیافتی برای اصلاح مقاومت و پاسخ ساختاری یک خاک رسی متورم‌شونده استفاده شد. خاک مورد آزمایش، بنتونیتی بود که کانی رسی غالب آن مونت‌موریلونیت بود. نمونه‌های تثبیت‌شده با درصدهای مختلف ژئوپلیمر (بر حسب وزن خشک) ساخته شدند و به مدت ۷ و ۲۸ روز عمل‌آوری شدند. تحلیل‌های ریزساختاری و کلان‌ساختاری هر دو انجام گرفت. یافته‌ها نشان داد که میزان بهینه پودر شیشه بازیافتی، ۱۵ درصد وزن خشک خاک است. نمونه‌های حاوی ۴۰ درصد ژئوپلیمر، بیشترین شکل‌گیری فازهای آمورف و تغییرات در الگوهای پراش اشعه ایکس را از خود نشان دادند. نتایج به‌دست‌آمده برای تثبیت خاک‌های رسی متورم‌شونده یا مسئله‌دار کاربرد دارد. بررسی‌ها حاکی از پاسخ مقاومتی غیریکنواخت بود: مقاومت فشاری تک‌محوره از 1/2 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع (خاک تثبیت‌نشده) به 19/23 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع در ۱۵ درصد پودر شیشه بازیافتی افزایش یافت، در ۲۰ درصد به 43/12 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع کاهش پیدا کرد و سپس در ۴۰ درصد به 22/63 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع جهش یافت (مقادیر مربوط به ۲۸ روز عمل‌آوری). افزایش مقاومت در ۲۸ روز به‌طور پیوسته بیشتر از ۷ روز بود و با افزایش درصد پودر شیشه بازیافتی، رفتار نمونه‌ها از حالت نرم (شکل‌پذیر) به حالت ترد تغییر کرد. از منظر محیط زیستی و اقتصادی، این نتایج به دلیل استفاده از مواد دوست‌دار محیط زیست و اجزای حاصل از پسماند، حائز اهمیت ویژه‌ای هستند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Macrostructural and Microstructural Study on the Bentonite stabilized using Recycled Glass Powder-Based Geopolymer

نویسندگان English

Alisina Mobasherzadeh Mahani 1
Seyed Morteza Marandi 2
Salaheddin Hamidi 3
1 Ph.D. Candidate in Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 Professor of Civil Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
3 Assistant Professor of Civil Engineering, Kaboudarahang Faculty of Technology and Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
چکیده English

Chemical and polymeric additives can improve the behavior of clayey soils by altering strength characteristics and refining microstructure. In this work, a recycled glass powder–based geopolymer was employed to modify the strength and structural response of an expansive clay. The tested soil was a bentonite whose dominant clay mineral was montmorillonite. Stabilized samples were prepared with varying geopolymer contents by dry weight and cured for 7 and 28 days. Both microstructural and macrostructural analyses were carried out. The findings indicated that the optimal recycled glass powder content was 15% of the dry soil weight. Samples containing 40% geopolymer exhibited the most pronounced formation of amorphous phases and changes in X‑ray diffraction patterns. The results are applicable to the stabilization of expansive or problematic clay soils. Results showed a non-monotonic strength response: UCS increased from 2.1 kg/cm² (untreated) to 23.19 kg/cm² at 15% RGP, dropped to 12.43 kg/cm² at 20%, then surged to 63.22 kg/cm² at 40% RGP (28-day values). Strength gains were consistently greater at 28 days than at 7 days, and samples shifted from ductile to brittle behavior with increasing RGP content. From environmental and economic standpoints, the outcomes are of particular interest due to the use of eco‑friendly materials and waste‑derived components.

کلیدواژه‌ها English

Bentonite Stabilization
Microstructure properties
Recycled glass powder
Sustainable Engineering
Unconfined compressive strength