مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

امکان‌سنجی استفاده از باطله زغال‌سنگ به‌عنوان جایگزین بخشی از سیمان در تثبیت خاک‌ ماسه سیلت‌دار با رویکرد مکانیکی و ریزساختاری

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی، گروه عمران، واحد آیت اله آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
2 استادیار، گروه عمران، واحد آیت اله آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
3 استادیار، گروه عمران، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
10.22065/jsce.2026.583885.3993
چکیده
در این پژوهش، تأثیر جایگزینی سیمان با باطله زغال‌سنگ (در مقادیر ۰، 5، 10، 15 و ۲۰ درصد وزنی سیمان) بر مشخصات مکانیکی و ریزساختاری خاک ماسه سیلت‌دار تثبیت‌شده با 3 و 6 درصد سیمان در سنین 14 و 90 روز موردبررسی قرار گرفت. بدین منظور، آزمایش‌های تراکم پراکتور استاندارد، مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم، سرعت امواج تکانه فراصوتی و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. نتایج نشان داد که برای نمونه‌های تثبیت‌شده با 3 درصد سیمان، در تمامی سنین ، افزودن باطله زغال‌سنگ موجب کاهش پارامترهای مکانیکی شد. برای نمونه‌های تثبیت‌شده با شش درصد سیمان، جایگزینی سیمان با ۵ درصد باطله زغال‌سنگ به‌عنوان مقدار بهینه، منجر به بهبود چشمگیر پارامترهای مقاومتی و افزایش سرعت انتقال امواج ماسه سیلت‌دار در سن 90 روز شد. تحلیل تصاویر SEM تأیید کرد که در این درصد جایگزینی، وقوع واکنش‌های پوزولانی فعال و مصرف هیدروکسید کلسیم منجر به تشکیل ژل‌های ثانویه کلسیم سیلیکات هیدرات و کلسیم سیلیکات آلومینات شده و با پر کردن حفره‌های موئینه، ماتریسی منسجم ایجاد می‌کند. در مقابل، افزایش میزان جایگزینی به ۲۰ درصد به دلیل کاهش فازهای چسباننده، منجر به افزایش تخلخل ریزساختاری و افت محسوس مشخصات مکانیکی گردید. یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد که استفاده از مقادیر بهینه باطله زغال‌سنگ، ضمن ارتقای کیفیت تثبیت خاک، راهکاری مؤثر برای کاهش مصرف سیمان و مخاطرات زیست‌محیطی ناشی از باطله‌های معدنی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Feasibility study of using coal waste as a partial replacement of cement in the stabilization of silty sand soil with a mechanical and microstructural approach

نویسندگان English

Forough Salehi 1
Saman Soleimani Kutanaei 2
Ali Seyedkazemi 2
Ehsan Kashi 3
1 Ms student, Department of Civil Engineering, Am.C., Islamic Azad University, Amol, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Am.C., Islamic Azad University, Amol, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Sha.c., Islamic Azad University, Amol, Iran
چکیده English

In this research, the effect of replacing cement with coal waste (at 0, 5, 10, 15, and 20% by weight of cement) on the mechanical and microstructural properties of sand-silt soil stabilized with 3% and 6% cement at ages of 14 and 90 days was investigated. To this end, standard proctor test, unconfined compressive strength, indirect tensile strength, ultrasonic pulse velocity, and scanning electron microscopy (SEM) tests were conducted. The results showed that for specimens stabilized with 3% cement, in all ages, adding coal waste caused a reduction in mechanical parameters. For specimens stabilized with 6% cement, substituting cement with 5% coal waste as the optimal amount led to a significant improvement in strength parameters and an increase in the wave transmission velocity of the sand-silt soil at 90 days of age. Analysis of SEM images confirmed that at this substitution percentage, the occurrence of active pozzolanic reactions and the consumption of calcium hydroxide led to the formation of secondary calcium silicate hydrate and calcium aluminosilicate hydrate gels, and by filling capillary pores, created a coherent matrix. Conversely, increasing the substitution amount to 20% due to the reduction of binding phases, led to an increase in microstructural porosity and a noticeable decrease in mechanical properties. The findings of this research show that the use of optimal amounts of coal waste, while enhancing soil stabilization quality, is an effective solution for reducing cement consumption and environmental hazards arising from mineral waste.

کلیدواژه‌ها English

Soil stabilization
Coal waste
Microstructure
Cement
Mechanical parameters
Ultrasonic pulse velocity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 14 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 08 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 31 شهریور 1405