بررسی اثرنانوذرات بر فرآیند خودترمیمی خاک های رسی

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد

چکیده

لایه های رسی متراکم به عنوان یکی از متداول ترین لایه های نفوذناپذیر در اکثرسازه  های ژئوتکنیکی مانند سدهای خاکی و مراکز دفن زباله های شهری و رادیواکتیو کاربرد دارند. به دلیل خصوصیات ژئوتکنیکی خاص، این لایه ها در طول عمر خود به وسیله ترک خوردگی دچار آسیب می گردند این ترک ها باعث افزایش نفوذپذیری لایه و کاهش کارایی آن می گردد.

با توجه به لزوم آگاهی و شناخت عوامل موثر بر پایداری سازه های ژئوتکنیکی ساخته شده با این لایه ها در این پژوهش سعی شده است تا با استفاده از خاصیت خودترمیمی خاک های رسی گامی در جهت بهبود عملکرد خاک ها در شرایط مختلف برداشته شود.

در تحقیق حاضر با انجام آزمایشات متعدد نشان داده شده است که می توان با افزایش مقاومت خاک های رسی، سرعت ترمیم ترک را بیشتر کرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزودن نانو رس مونتموریلونیت به خاک باعث افزایش مقاومت نهایی آن می شود؛ گذشت زمان تاثیر این افزایش مقاومت را در روند ترمیم ترک ایجاد شده توسط دستگاه در نمونه ها کاملا آشکار می کند.

فهرست مطالب

عنوان                                                                        صفحه

فصل اول-کلیات

1-1- مقدمه............................... 2

1-2- اهداف پژوهش......................... 3  

1-3- ساختار پژوهش........................ 3

فصل دوم-پیشینه تحقیق

2-1- مقدمه............................... 6

2-2- تاریخچه نانوفناوری.................. 6

2-3- دلایل استفاده از فناوری نانو......... 7

2-4- نانو فناوری و مهندسی ژئوتکنیک....... 9

 2-5-بررسی های انجام گرفته در مورد پدیده خود ترمیمی     13

2-6-جمع بندی............................. 18

فصل سوم- ویژگی های خاک های رسی

3-1- مقدمه............................... 21

3-2- کانی های رسی و طبقه بندی آنها....... 21

3-3- تورم و انقباض در خاک های رسی........ 23

3-4- واگرایی خاک های رسی................. 24

3-5- ماهیت ترک خوردگی.................... 25

3-5-1- تقسیم بندی ترک ها بر اساس ماهیت ترک 26

3-5-2- تقسیم بندی ترک ها براساس عامل اصلی خرابی    27

3-5-3- جلوگیری از ترک خوردگی............. 29

3-6- روش های مواجه با خاک های واگرا...... 30

3-6-1-روش های طراحی و اجرای مناسب........ 31

3-7- ویژگی های مونتموریلونیت(بنتونیت).... 32

3-8-فرآیند خودترمیمی..................... 33

3-9- جمع بندی............................ 34

فصل چهارم- روش تحقیق

4-1-مقدمه................................ 37

4-2- مواد مصرفی.......................... 37

4-2-1-خاک رسی............................ 37

4-2-2-نانو رس مونتموریلونیت اصلاح نشده.... 38

4-3- تعیین حد خمیری و حد روانی........... 38

4-4- تعیین درصد واگرایی.................. 40

4-4-1-آزمایش کرامب....................... 40

4-4-2-آزمایش هیدرومتری مضاعف............. 41

4-5- آماده سازی مقاومت فشاری تک محوری.... 42

4-6-جمع بندی............................. 44

فصل پنجم- بیان نتایج و تفسیر داده های آزمایشگاهی

5-1- مقدمه............................... 46

5-2- آزمایش کرامب........................ 47

5-3- آزمایش هیدرومتری مضاعف.............. 47

5-4- آزمایش مقاومت فشاری محصور نشده...... 48

5-5- صحت آزمایشات انجام گرفته............ 75

5-6- تعیین درصد بهینه نانو رس مونتموریلونیت اصلاح نشده   76

فصل ششم- نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه گیری.......................... 79

6-2- پیشنهادات........................... 82

منابع.................................... 106

فهرست شکل ها

عنوان                                                                        صفحه

شکل 3-1- کانی رس............................ 21

شکل 3-2- (a) چهار وجهی سیلیکا، (b) ورق های سیلیکا، (c) هشت وجهی تک آلومینیوم،

 (d) ورق های آلومینیوم....................... 22

شکل3-3- ساختمان کائولینیت،ایلیت و مونتموریلونیت  23

شکل3-4- نمونه های مختلف ترک ایجاد شده در اثر از دست دادن رطوبت 26

شکل3-5- ترک های ایجاد شده در طی زمان........ 27

شکل3-6-مونتموریلونیت........................ 32

شکل3-7-ترک ترمیم یافته...................... 33

شکل 4-1- آزمایش دانه بندی خشک وتر........... 37

شکل 4-2- تعیین حدود اتربرگ.................. 39

شکل4-3-..................................... آزمایش کرامب 41

شکل4-4- آزمایش هیدرومتری مضاعف.............. 42

شکل 4-5- ساخت نمونه همگن.................... 44

شکل 5-1- تغییرات نمونه خاک با 5/2 درصد نانورس بعد از دوماه با میکروسکوپ

 الکترونیSEM................................ 75

شکل 5-2- تغییرات نمونه خاک با 5/2 درصد نانورس بعد از یکماه با میکروسکوپ

 الکترونیSEM................................ 75

شکل 5-3- وجود نانو رس مونتموریلونیت در محل ترک بعد از دو ماه در نمونه

 با 5/2درصد نانو رس با میکروسکوپ الکترونیFESEM   76

فهرست جدول ها

عنوان                                                                        صفحه

جدول2-1- حدود خمیری، روانی و دامنه ی خمیری خاک با درصدهای مختلف افزودنی

 MMN و بنتونیت............................. ..11

جدول4-1-مشخصات فیزیکی و شیمیایی نانورس مونتموریلونیت اصلاح نشده .38

جدول 4-2-مشخصات خاک رس مورد استفاده......... .39

جدول 5-1-تعداد آزمایش های انجام شده......... .46

جدول 5-2-نتایج آزمایش کرامب................. .47

جدول 5-3-نتایج آزمایش هیدرومتری مضاعف....... .47

جدول5-4-مقایسه مقاومت نهایی بدست آمده ازآزمایش تک محوری برای نمونه های خاک

با درصدهای مختلف افزودنی.................... .48

جدول 5-5- تغییرات    در زمان براساس میزان ماده افزودنی .49

جدول 5-6- تغییرات و E50در زمان 3 روز براساس میزان ماده افزودنی................................................ .54

جدول 5-7- تغییرات و E50 در زمان 7 روز براساس میزان ماده افزودنی................................................ .59

جدول 5-8- تغییرات و E50 در زمان14 روز براساس میزان ماده افزودنی................................................ .64

جدول 5-9- تغییرات و E50 در زمان28 روز براساس میزان ماده افزودنی................................................ .69

جدول 5-10- تغییرات و E50در زمان60 روز براساس میزان ماده افزودنی................................................ .74

فهرست نمودارها

عنوان                                                                        صفحه

نمودار2-1- حدود خمیری ، روانی و دامنه ی خمیری با درصدهای مختلف نانو رس.............................................. ................11

نمودار 2-2- نتایج آزمایش مقاومت فشاری محدود نشده با درصد های مختلف نانو رس..................12.....................

نمودار2-3- میزان دبی خروجی در طول آزمایش در بنتونیت 10% و رطوبت 18%................................................ ................15

نمودار2-4- بررسی زمان رسیدن به خود ترمیمی کامل برای نمونه هایخاک طبیعی، خاک

 طبیعی با 10% بنتونیت، خاک طبیعی با 20% بنتونیت،خاک طبیعی با 30% بنتونیت......................................... ...............16

نمودار2-5- تغییرات میزان جریان با زمان سپری شده  ...............16

نمودار2-6- ارتباط جریان بحرانی با عمق ترک... ...............17

نمودار2-7- ارتباط جریان بحرانی با نسبت   ...............17

نمودار3-1-تاثیر رطوبت در نشست خاک........... ...............30

نمودار4-1-منحنی دانه بندی................... ...............38

نمودار5-1-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................50

نمودار5-2-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی بعد از 3 روز..............50

نمودار5-3-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................51

نمودار5-4- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی بعد از 3 روز.............51

نمودار5-5- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه........................................................................................................................52

نمودار5-6- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی بعد از 3 روز..........52

نمودار5-7-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه..........................................................................................................................53

 نمودار5-8- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی بعد از 3 روز.............53

نمودار5-9-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................55

نمودار5-10-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی بعداز7 روز ............55

نمودار5-11 -تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه........................................................................................................................56

نمودار5-12- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی بعد از 7 روز.........56

نمودار5-13-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.......................................................................................................................57

نمودار5-14 تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی بعد از 7 روز......57

نمودار5-15- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.......................................................................................................................58

نمودار5-16- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی بعد از 7 روز........58

نمودار5-17-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه........................................................................................................................60

نمودار5-18-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی بعداز14 روز ........60

نمودار5-19- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با1% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................61

نمودار5-20-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با1% افزودنی بعد از 14 روز.........61

نمودار5-21-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی در مرحله اولیه بعد

 از ساخت نمونه..............................................................................................................................62

نمودار5-22- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی بعد از 14 روز....62

نمودار5-23- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................63

. نمودار5-24- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی بعد از 14 روز......63

نمودار5-25-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................65

نمودار5-26-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی بعداز28 روز ..........65

نمودار5-27- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه...........................................................................................................................66

نمودار5-28- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی بعد از 28 روز..........66

نمودار5-29- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه............................................................................................................................67

نمودار5-30- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی بعد از 28 روز.......67

نمودار5-31- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه............................................................................................................................68

نمودار5-32- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی بعد از28 روز.........68

نمودار5-33-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه..........................................................................................................................70

نمودار5-34-تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه بدون افزودنی بعداز60 روز ...........70

نمودار5-35- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................71

نمودار5-36- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 1% افزودنی بعد از 60 روز........71

نمودار5-37- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه.........................................................................................................................72

نمودار5-38- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5/2% افزودنی بعد از 60 روز.....72

نمودار5-39- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی در مرحله اولیه

بعد از ساخت نمونه..........................................................................................................................73

نمودار5-40- تغییرات مقاومت فشاری محصور نشده برای نمونه با 5% افزودنی بعد از 60 روز.........73

نمودار6-1- مقاومت نهایی بدست آمده در آزمایش تک محوری برای نمونه های با

درصدهای مختلف مواد افزودنی.................. ..............79

نمودار6-2- تغییرات  با توجه به زمان ودرصد ماده افزودنی................................................ ..............80