مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تکامل ریزساختار و رفتار مهندسی خاک متورم‌شونده تثبیت‌شده با افزودنی‌های پوزولانی تحت شرایط خورنده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
2 دکتری مهندسی عمران–ژئوتکنیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان، همدان، ایران
3 کارشناس ارشد مهندسی عمران–ژئوتکنیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
10.22065/jsce.2026.591851.4073
چکیده
خاک‌های سدیم‌اسمکتایت به دلیل تورم زیاد، افت مقاومت و کاهش دوام در محیط‌های مهاجم، از مهم‌ترین چالش‌های پروژه‌های ژئوتکنیکی به‌شمار آمده‌اند. در این پژوهش، به‌منظور بهبود عملکرد مهندسی، کنترل تورم و افزایش دوام شیمیایی، خاک با ترکیب آهک–میکروسیلیس تثبیت شد. نوآوری پژوهش در ارزیابی هم‌زمان عملکرد مکانیکی، رفتار تورمی، دوام شیمیایی و تحلیل ریزساختاری و تبیین ارتباط آن‌ها با نسبت‌های مولی Ca/Si و Si/Al در ترکیب‌های مختلف تثبیت‌کننده بود. بدین‌منظور، نمونه‌ها با ۴ تا ۱۶ درصد تثبیت‌کننده و ۴۰ تا ۹۰ درصد جایگزینی میکروسیلیس تهیه شدند و پس از عمل‌آوری در سنین ۷، ۲۸ و ۵۶ روز، تحت آزمایش‌های مقاومت فشاری تک‌محوره و تورم آزاد قرار گرفتند. همچنین، دوام نمونه‌های ۲۸ روزه در محیط‌های اسیدی، سولفاتی، نمکی و قلیایی ارزیابی و ریزساختار آن‌ها با استفاده از SEM بررسی شد. نتایج نشان داد ترکیب حاوی ۱۰ درصد تثبیت‌کننده و ۵۰ درصد جایگزینی میکروسیلیس، مقاومت فشاری را در ۲۸ روز به 3/06 مگاپاسکال و در ۵۶ روز به 3/36 مگاپاسکال افزایش داد و تورم آزاد را از ۷۳ درصد به حدود ۳ درصد کاهش داد. جایگزینی بیش از ۶۰ درصد میکروسیلیس موجب افت حدود ۳۰ درصدی مقاومت شد و بیشترین کاهش مقاومت در محیط اسیدی (حدود ۶۷ درصد) مشاهده گردید. بررسی‌های ریزساختاری، توسعه ساختار متراکم‌تر را نشان داد و تحلیل نسبت‌های مولی Ca/Si و Si/Al، که به‌عنوان شاخص‌های کمکی تغییرات ترکیب شیمیایی مخلوط‌ها مورد استفاده قرار گرفتند، اطلاعات تکمیلی در خصوص تغییرات مقاومت، کنترل تورم و دوام شیمیایی فراهم کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Microstructural Evolution and Engineering Behavior of Expansive Soil Stabilized with Pozzolanic Additives under Corrosive Conditions

نویسندگان English

Hassan Sharafi 1
HamidReza Akbari 2
Fatemeh Moradi Saraeilani 3
1 Associate Professor, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
2 Ph.D. in Geotechnical Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University, Hamedan Branch, Hamedan, Iran.
3 M.Sc. in Geotechnical Engineering, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده English

Na-smectite soils, owing to their high swelling potential, strength loss, and reduced durability under aggressive environments, have been recognized as one of the major challenges in geotechnical engineering. In this study, the soil was stabilized with a lime–silica fume (LSF) binder to improve its engineering performance, control swelling, and enhance chemical durability. The novelty of this study lies in the integrated evaluation of mechanical performance, swelling behavior, chemical durability, and microstructural characteristics, together with elucidating their relationships with the calculated Ca/Si and Si/Al molar ratios in different stabilizer mixtures. To this end, specimens containing 4–16 wt.% stabilizer and 40–90% silica fume replacement were prepared and subjected to unconfined compressive strength (UCS) and free swelling tests after curing periods of 7, 28, and 56 days. In addition, the chemical durability of the 28-day specimens was evaluated under acidic, sulfate, saline, and alkaline environments, and their microstructures were examined using scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the mixture containing 10 wt.% stabilizer with 50% silica fume replacement achieved a UCS of 3.06 MPa after 28 days and 3.36 MPa after 56 days, while reducing the free swelling from 73% to approximately 3%. Increasing the silica fume replacement beyond 60% resulted in an approximately 30% reduction in strength, whereas the greatest strength loss (approximately 67%) occurred under acidic conditions. Microstructural observations revealed the development of a denser soil matrix, while analysis of the calculated Ca/Si and Si/Al molar ratios, used as complementary indicators of changes in the chemical composition of the mixtures, provided additional insight into the observed changes in strength, swelling control, and chemical durability.

کلیدواژه‌ها English

Na-smectite
Pozzolanic materials
Silica fume
Aggressive environments
Swelling
Microstructure

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 29 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 02 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 26 شهریور 1405