بررسي بهبود مقاومت يخبندان خاك لاي‌دار به كمك روش پلاسما و آيروژل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

با گسترش شهرنشيني و توسعه صنعت در دهه‌هاي اخير، نياز به ساخت و سازهاي مهندسي و بهسازي لايه‌هاي زيرين خاك به منظور افزايش مقاومت خاك و كنترل عوامل اقليمي و محيطي خطرساز افزايش يافته است. بالازدگي خاك در اثر يخبندان يكي از چالش‌هاي رايج مهندسي ژئوتكنيك در مناطق سردسير محسوب مي‌شود. وجود خاك ريزدانه مستعد يخ‌زدگي، نفوذ دماي انجماد و آب در خاك از علل مؤثر بر بالازدگي يخبندان محسوب مي‌شود. روش‌هايي مانند جايگزيني خاك‌هاي درشت‌دانه به جاي ريزدانه، استفاده از مواد با هدايت حرارتي پايين و كاهش نفوذپذيري خاك با مصالحي چون سيمان، آهك و خاكستر بادي از جمله روش‌هايي هستند كه براي كنترل يخ‌زدگي خاك به كار گرفته مي‌شوند. با توجه با مشكلات مواد شيميايي براي محيط زيست و حجم عمليات خاكي زياد در برخي از روش‌هاي رايج، در اين تحقيق با استفاده از سيليكا آيروژل، به عنوان نانو مواد ابر عايق حرارتي، ژئوتكستايل با هدايت حرارتي پايين و ماده آبگريز براي جلوگيري از نفوذ آب، ساختار تركيبي جديدي براي كنترل يخ‌زدگي خاك طراحي شد. خاك مورد استفاده در اين مطالعه، پس از انجام آزمايش‌هاي شناسايي از نوع ماسه لاي‌دار طبقه‌بندي گرديد. سيليكا آيروژل در سه مقدار 35/0، 7/0 و 4/1 درصد وزني ماده آبگريز و ژئوتكستايل در0، 1 و2 لايه خاك در چيدمان‌هاي مختلف بر روي سطح خاك مورد استفاده قرار گرفتند. نمونه‌هاي خاك در سه ارتفاع 10،5 و15 سانتي متر ساخته شده و سيليكا آيروژل پراكنده شده در ماده‌آبگريز و لايه‌هاي ژئوتكستايل در چيدمان‌هاي متفاوت بر روي سطح نمونه‌ها قرار داده شدند. طراحي آزمايش‌ها به روش تاگوچي(TODE) انجام شد و در نهايت با استفاده از تحليل تاگوچي ساختار بهينه براي پوشش عايق حرارت به‌دست‌آمد. با وارد كردن دماي 5- به سطح بالايي نمونه، تغييرات دماي انتهاي نمونه ثبت و ميزان افت دما محاسبه شد. بر اساس تحليل تاگوچي، حالت بهينه شامل 7/0 درصد سيليكا آيروژل، 2 لايه ژئوتكستايل در نمونه به ارتفاع 5 سانتي‌متري نمونه تعيين گرديد. معلوم شد كه تأثير ژئوتكستايل در كاهش گراديان حرارتي در نمونه‌ها بيشتر از سيليكا آيروژل است. باتوجه به نتايج آزمايش، استفاده از سيليكا آيروژل 7/0 درصد به تنهايي سبب كاهش14 درصدي گراديان حرارتي نسبت به نمونه طبيعي خاك مي‌شود. در حالت بهينه يعني استفاده از دولايه ژئوتكستايل همراه با سيليكا آيروژل 7/0 درصد سبب كاهش 34 درصدي گراديان حرارتي مي‌شود كه تفاوت چنداني با حالت كاربرد دولايه ژئوتكستايل همراه با سيليكا آيروژل 4/1 درصد، در كاهش گراديان حرارتي ندارد. همچنين بر مبناي نتايج حاصل مشخص گرديد كه هرچه ارتفاع نمونه بيشتر شود، تأثير عايق بر روي كاهش گراديان حرارتي كمتر مي‌شود.

223724

ژئوتكنيك

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان