مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

بررسی مقاومت فشاری محصورنشده و رفتار ریزساختاری خاک ماسه‌ای ورزنه‌ی تثبیت‌شده با ژئوپلیمر بر پایه‌‌ی پودر آجر بازیافتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 محقق پسادکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
2 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
10.22065/jsce.2026.559445.3873
چکیده
خاک‌های ماسه‌ای بددانه‌بندی‌شده به ‌دلیل پایداری و ظرفیت باربری پایین، نیازمند بهسازی مؤثر برای بهبود عملکرد ژئوتکنیکی هستند. تثبیت این نوع خاک‌ها با مصالح سیمانی سنتی مانند آهک و سیمان، علاوه بر هزینه‌ی بالا، موجب انتشار قابل توجه دی‌اکسیدکربن و آسیب‌های زیست‌محیطی می‌شود. ازاین‌رو، ژئوپلیمرها به ‌عنوان چسباننده‌های پایدار بر پایه‌ی منابع آلومینوسیلیکاتی، جایگزینی مؤثر و سازگار با محیط زیست برای تثبیت خاک به شمار می‌روند. در این پژوهش، به‌ منظور بررسی رفتار مکانیکی خاک تثبیت‌شده با چسباننده‌ی ژئوپلیمری، به بررسی رفتار تک‌محوری خاک ماسه‌ای منطقه ورزنه استان اصفهان با ژئوپلیمر بر پایه‌ی پودر آجر بازیافتی پرداخته شده است. روش تحقیق، شامل ترکیب خاک با سه درصد وزنی مختلف از چسباننده (۱۰، ۲۰ و ۳۰ درصد) و چهار نسبت محلول فعال‌ساز به چسباننده (0.5، 0.75، 1 و 1.5) بود. فعال‌ساز قلیایی از ترکیب محلول هیدروکسید سدیم ۸ مولار و سیلیکات سدیم تهیه شد. نمونه‌ها در دوره‌های عمل‌آوری ۷، ۱۴ و ۲۸ روزه، تحت آزمایش مقاومت فشاری محصورنشده و تحلیل‌های ریزساختاری با روش‌های SEM و‌ XRD قرار گرفتند. با توجه به نتایج، ژئوپلیمر مورد استفاده، سبب افزایش مقاومت فشاری خاک نسبت به نمونه‌ی شاهد گردید. بیشترین مقاومت فشاری برابر با 15.6 مگاپاسکال، در ترکیب حاوی 20 درصد پودر آجر بازیافتی و نسبت فعال‌ساز به چسباننده‌ی 1، پس از ۲۸ روز عمل‌آوری حاصل شد که تقریباً دو برابر مقاومت حداکثر در نمونه‌های تثبیت‌‌شده با ۱۱ درصد سیمان پرتلند بوده و برتری مکانیکی سیستم ژئوپلیمری را نشان می‌دهد. نسبت A/B برابر با 1، با ایجاد تعادل مناسب در قلیاییت محیط، انحلال مؤثر فازهای آلومینوسیلیکاتی و تشکیل ماتریس متراکم‌تر ژل N–A–S–H را فراهم نمود. نتایج تحلیل ریزساختاری نیز تشکیل این ژل و کاهش تخلخل را تأیید کردند. با توجه به نتایج این مطالعه، ژئوپلیمرهای مبتنی بر پسماند می‌توانند به‌ عنوان جایگزینی پایدار و سازگار با محیط زیست برای تثبیت خاک مورد استفاده قرار گیرند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of Unconfined Compressive Strength (UCS) and Microstructural Behavior of Sandy Soil from Varzaneh Stabilized with Recycled Brick Powder-Based Geopolymer

نویسندگان English

Ashkan Qolipour Nourozi 1
Alireza Ardakani 2
1 Postdoctoral Researcher, Faculty of Technical and Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Technical and Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده English

Poorly-graded sandy soils require effective stabilization due to their low stability and bearing capacity. Stabilizing such soils with conventional cementitious binders like lime and portland cement raises construction costs and emits high levels of carbon dioxide. Geopolymers, sustainable binders derived from aluminosilicate sources, offer an effective and ‌

eco-friendly alternative. This study investigates the mechanical and microstructural behavior of sandy soil from Varzaneh, Isfahan, stabilized with a geopolymer based on recycled brick powder (RBP). The experimental program comprised three binder contents (10%, 20%, and 30% by dry soil weight) and four activator-to-binder ratios (0.5, 0.75, 1.0, 1.5). The alkaline activator was prepared by mixing 8 M sodium hydroxide with sodium silicate solution. Specimens were cured for 7, 14 and 28 days and tested for unconfined compressive strength and microstructural characteristics using SEM and XRD. Results showed that the compressive strength of samples stabilized by RBP-based geopolymer improved compared with the untreated soil; the mixture containing 20% RBP with an activator-to-binder ratio of 1 cured for 28 days achieved the highest strength of 15.6 Mpa, which is approximately twice the maximum strength obtained from specimens stabilized with 11% Portland cement, demonstrating the superior mechanical performance of the geopolymer system. The A/B ratio equal to 1 established an appropriate balance in the system’s alkalinity, enabling effective dissolution of aluminosilicate phases and promoting the formation of a denser N–A–S–H gel matrix. Microstructural analysis results also confirmed the formation of this gel and the reduction in porosity. Based on the findings, geopolymers derived from construction and demolition waste may serve as sustainable, environmentally friendly alternatives to conventional stabilizers in geotechnical and civil engineering applications.

کلیدواژه‌ها English

Soil improvement
Geopolymeric binder
Recycled Brick Powder (RBP)
Unconfined compressive strength (UCS)
Microstructural analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 23 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 26 اسفند 1404
  • تاریخ پذیرش 15 اردیبهشت 1405