مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارزیابی مبتنی بر عملکرد ملات‌های ژئوپلیمری مبتنی بر سرباره و متاکائولن برای تثبیت مکانیکی خاک سیلتی آلوده به نفت

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران،دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران
3 استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه فناوری عراق، بغداد، عراق
4 دانشیار، گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
10.22065/jsce.2026.590072.4051
چکیده
آلودگی ناشی از نفت خام چالش‌های زیست‌محیطی و ژئوتکنیکی قابل‌توجهی ایجاد می‌کند، به‌ویژه در مناطق نفت‌خیز که ساخت‌وساز در سایت‌های آلوده غالباً اجتناب‌ناپذیر است. نفوذ هیدروکربن رفتار مهندسی خاک‌ها را تغییر می‌دهد و منجر به کاهش مقاومت، کاهش سختی، و کاهش ظرفیت باربری می‌شود. در این مطالعه، تثبیت مکانیکی خاک آلوده به نفت خام با استفاده از دو دوغاب ژئوپلیمر تهیه‌شده از سرباره و متاکائولن بررسی شد. نمونه‌های خاک با 5%، 10% و 15% نفت خام (بر حسب وزن خشک) آلوده شدند و با مقادیر 5%، 10%، 15% و 20% ژئوپلیمر بهسازی شدند که در مجموع 28 مخلوط آزمایشی را به‌وجود آورد. اثرات بهسازی از طریق آزمون‌های حدود اتربرگ، ویژگی‌های تراکم [رطوبت بهینه (OMC) و وزن مخصوص خشک حداکثر (وزن مخصوص خشک حداکثر)] و مقاومت فشاری محصورنشده (UCS) ارزیابی شد. نتایج نشان دادند که آلودگی با نفت خام عملکرد خاک را به‌طور معنی‌داری تضعیف کرد، در حالی که افزودن ژئوپلیمر، خواص مهندسی آن را به‌طور چشمگیری و به‌صورت وابسته به مقدار مصرف بهبود داد. مقاومت فشاری محصورنشده 28 روزه در مقایسه با خاک آلوده بهسازی‎نشده تقریباً 710%–15% افزایش یافت؛ به‌طوری‌که در محدوده مقادیر ژئوپلیمر بررسی‌شده (5 تا 20 درصد)، بیشترین بهبود مقاومت در مقدار 20 درصد ژئوپلیمر مشاهده شد. شاخص خمیری (PI) تقریباً 90%–42% کاهش یافت. وزن مخصوص خشک حداکثر (MDD) در خاک‌های آلوده، بسته به درصد آلودگی نفتی و نوع ژئوپلیمر، از حدود 5% کاهش تا حدود 11% افزایش یافت، در حالی که رطوبت بهینه (OMC) تقریباً 10% تا 30% کاهش پیدا کرد. ژئوپلیمر بر پایه سرباره، در مقایسه با ژئوپلیمر بر پایه متاکائولن، افزایش مقاومت بیشتری را در سنین اولیه و در بسیاری از شرایط آزمایش نشان داد. این عملکرد می‌تواند با ترکیب شیمیایی مواد اولیه و احتمال تشکیل سریع‌تر محصولات واکنش کلسیم‌دار مرتبط باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Performance-Based Evaluation of Slag- and Metakaolin-Geopolymer Slurries for Mechanical Stabilization of Oil-Contaminated Silty Soil

نویسندگان English

Thaer Abdulridha Atia Aldawi 1
Niloofar Salemi 2
Mayyadah Shanan Abed 3
Seyed Alireza Zareei 4
1 PhD student, Department of Civil Engineering, Isf. C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
2 Assistant Profesoor, Department of Civil Engineering, Isf. C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 Professor,, College of Materials Engineering, Iraq University of Technology, Baghdad, Iraq
4 Associate Profesoor, Department of Civil Engineering, Isf. C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
چکیده English

Crude oil contamination poses significant environmental and geotechnical challenges, particularly in oil-producing regions where construction on polluted sites is often unavoidable. Hydrocarbon infiltration alters the engineering behavior of soils, leading to reductions in strength, stiffness, and bearing capacity. In this study, the mechanical stabilization of crude oil-contaminated soil was investigated using two geopolymer slurries prepared from slag and metakaolin. Soil specimens were contaminated with 5%, 10%, and 15% crude oil (by dry weight) and treated with geopolymer contents of 5%, 10%, 15%, and 20%, resulting in 28 experimental mixtures. The effects of treatment were evaluated through Atterberg limits, compaction characteristics (optimum moisture content and maximum dry density) and unconfined compressive strength tests. The results indicated that crude oil contamination significantly deteriorated soil performance, while geopolymer addition markedly improved its engineering properties in a dosage-dependent manner. The 28-day unconfined compressive strength increased by approximately 15–710% compared to untreated contaminated soil. Within the investigated geopolymer contents (5–20%), the greatest strength improvement was observed at 20% geopolymer content. The plasticity index decreased by nearly 42%–90%. The maximum dry density (MDD) of the oil-contaminated soils varied depending on the oil contamination level and geopolymer type, ranging from approximately 5% decrease to 11% increase, while the optimum moisture content (OMC) decreased by approximately 10–30%. Slag-based geopolymer exhibited a faster reaction rate and greater strength enhancement than the metakaolin-based system, attributed to the formation of a denser cementitious gel structure.

کلیدواژه‌ها English

crude-oil contaminated soil
stabilization
slag based-geopolymer
metakaolin-based geopolymer
geotechnical properties

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 30 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 21 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 23 مهر 1405