تأثیر نانوذرات بنتونیت بر تغییر خصوصیات ژئوتکنیکی ماسه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری زمین شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس تهران

2 استادیار،‌ گروه زمین‌شناسی مهندسی دانشکده علوم پایه دانشگاه تربیت مدرس nikudelm@yahoo.com

3 عضو هیات علمی گروه زمین‌شناسی، دانشگاه تربیت مدرس تهران

چکیده

ویژگی­های مهندسی مخلوط­های خاکی مختلف، تحت تأثیر رفتار هر یک از اجزا می­باشد. در این تحقیق تأثیر ذرات نانوبنتونیت بر ویژگی­های مهندسی مخلوط نانوبنتونیت ماسه بررسی شده است. این مخلوط می­تواند به عنوان مصالح مصرفی در ساخت لندفیل­ها مورد استفاده قرار گیرد. برای ارزیابی تأثیر ذرات نانوبنتونیت روی رفتار مکانیکی مخلوط نانوبنتونیت ماسه (NBS)، آزمایشات تراکم استاندارد، برش مستقیم و نفوذپذیری بر روی 10 نمونه انجام گردید. نمونه­ها با نسبت 0 تا 10 درصد نانوبنتونیت به ترتیب در مقابل 100 تا 90 درصد ماسه آماده سازی شده و مورد آزمایش تراکم قرار گرفت. وزن واحد حجم حداکثر و درصد رطوبت بهینه بدست آمده و سپس نمونه ها برای آزمایش برش مستقیم آماده سازی شدند. بر اساس نتایج برش مستقیم، بالاترین میزان چسبندگی مربوط به نمونه 5 درصد نانوبنتونیت و بالاترین زاویه اصطکاک داخلی مربوط به نمونه 9 درصد نانوبنتونیت بدست آمد. دو نمونه 5 و 9 درصد نانوبنتونیت برای آزمایش نفوذپذیری به روش ثابت انتخاب شده و در 4 حالت 90، 100، 110 و 120 درصد تراکم حداکثر، آزمایشات انجام شدند.
نتایج تحقیق نشان می­دهد که با افزایش درصد نانوبنتونیت تا درصد مشخصی و همچنین افزایش درصد تراکم، میزان نفوذپذیری کاهش یافته و پارامترهای مقاومتی تغییر می­نماید. بیشترین کاهش نفوذپذیری در 9 درصد نانوبنتونیت به دست آمده است. با افزایش درصد نانوبنتونیت تا 5 درصد، مقدار چسبندگی افزایش می­یابد، اما افزایش بیشتر نانوبنتونیت باعث افزایش زاویه اصطکاک داخلی می­گردد. در نمونه 5 درصد نانوبنتونیت با افزایش تراکم، تا 110 درصد، نفوذپذیری کاهش اندکی نشان می­دهد، اما در 120 درصد کاهش نفودپدیری چشمگیر است. درنمونه 9 درصد، کاهش نفوذپذیری با افزایش درصد تراکم کاهش قابل ملاحظه ای نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Influence of Nano Bentonite on Geotechnical Characteristics of Sand

نویسندگان [English]

  • Mina Sanayeai Kermani 1
  • Mohammadreza Nikudel 2
  • Ali Uromei 3
1 دانشجوی دکتری زمین شناسی مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس تهران
2 Assistant professor, Department of Engineering Geology, Tarbiat Modares University, nikudelm@modares.ac.ir
3 عضو هیات علمی گروه زمین‌شناسی، دانشگاه تربیت مدرس تهران
چکیده [English]

Engineering characteristics of different soil mixture are influenced by each of components. In this research the influence of nano bentonite on engineering behavior of nano bentonite- sand mixture (NBS) are investigated.
An experimental study involving, compaction test, direct shear and permeability tests was carried out to investigate mechanical behavior and hydraulic conductivity of NBS. different nano bentonite- sand mixtures were prepared. The maximum dry unit weights and corresponding optimum water contents were obtained. According to the results of direct shear test, the highest cohesion (c) and highest internal friction angle (φ) was selected and the permeability tests were performed in 4 states of compaction, include 90, 100, 110 and 120 % maximum dry unit weight.
The results show that permeability decreases by increasing nano bentonite and compaction degree. The lowest permeability is related to sample with 9% nano-bentonite. The cohesion increases by increasing nano bentonite content till 5%, but after that the internal friction angle is increases. The effect of nano-particles is more than compaction on permeability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano bentonite
  • Sand
  • Permeability
  • compaction
  • Direct shear test

رفیعی نیا، ا.، نیکودل، م. ر.، ارومیه­ای، ع.، 1394. تأثیر کانی­شناسی و اندازه ذرات رس­های بنتونیتی (میکرو تا نانو) بر ویژگی­های زمین­شناسی مهندسی و کاربرد آن­ها مطالعه موردی رس­های دشت سه قلعه خراسان جنوبی، دانشگاه تربیت مدرس.

محمدزاده ثانی، ا.، عربانی، م، خداپرست حقی، ا.، جمشیدی چناری، ر.، 1389. تأثیر نانورس بر روی خصوصیات ژئوتکنیکی ماسه­های رس­دار. چهارمین همایش مهندسی ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایران.

Al-zubaidi, N. S., Alwasiti, A. A., Mahmood, D., 2017. A comparison of nano bentonite and some nano chemical additives to improve drilling fluid using local clay and commercial bentonites. Egyptian Journal of Petroleum. 26, 811-818.

ASTM., 2007. Annual Book of ASTM Standards, ASTM International, West Conshohocken.

Bergaya, F., Lagaly, G., 2000. General introduction: clays, clay minerals and clay science, in: F. Bergaya, B.K.G. Theng, G. Lagaly (Eds.), Handbook of Clay Science, Elsevier, Amsterdam, pp. 1–18.

Borgesson, L., Johannesson, L.-E., Gunnarsson, D., 2002. Influence of soil structural in homogeneities on the behavior of backfill materials based on mixtures of bentonite and crushed rock. Presented at the Workshop on Clay Microstructure and its Importance to Soil Behavior, Lund, Sweden, Oct 15th to 17th.

Brigatti, F., Galan, E., Theng, B.K.G. 2006. Structures and mineralogy of clay minerals, in: F. Bergaya, B.K.G. Theng, G. Lagaly (Eds.), Handbook of Clay Science, Elsevier, Amsterdam, pp. 19–86.

British Standards Institute, BS 1377, 1990. Methods of Test for Soils for Civil Engineering Purposes. HMSO, London.

Darvishi, Z., Morsali, A., 2011. Synthesis and characterization of nano bentonite by solvothermal method, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 377, pp. 15-19.

Dixon, N., Murry, E J., Jones, D.R.V., 1998. The design and control of bentonite enriched soils, geotechnical engineering of landfills. Thomas Telford, London, 160p.

Grim, R.E., 1968. Clay Mineralogy, 2nd ed. McGraw-Hill, New York.

Iravanian, A., Bilsel, H., 2016. Tensile Strength Properties of Sand-bentonite Mixtures Enhanced with Cement. Advances in Transportation Geotechnics 3. The 3rd International Conference on Transportation Geotechnics (ICTG 2016)

Jo, H.Y., Katsumi, T., Benson, C.H., Edil, T.B., 2001. Hydraulic conductivity and swelling of nonprehydrated GCLs permeated with single-species salt solutions. J. Geotech. Geoenviron. Eng. 127 (7), 557–567.

Kananizadeh, N., Ebadi, T., Khoshniat, S. A., Mousavirizi, S. E., 2011. The positive Effects of nano clay on Hydraulic conductivity of compacted Kahrizak clay permeated with landfill leachate. Clean-Soil, Air Water, 39(7), 605-611.

Kolstad, D., Benson, C., Edil, T., 2004. Hydraulic conductivity and swell of nonprehydrated geosynthetic clay liners permeated with multispecies inorganic solutions. J. Geotech. 130, 1236–1249.

Komine, H., 2004. Simplified evaluation for swelling characteristics of bentonites. Eng. Geol. 71, 265 279.

Manning, D. A. C., 1995. Introduction to Industrial Minerals, Springer, Dordrecht.276 p.

Mitchell, J.K., 1993. Fundamentals of Soil Behavior, 2nd ed. Wiley, New York.

Mitchell, J.K., Soga, K., 2005. Fundamentals of Soil Behavior. 3rd Edition. John Wiley & Sons.

Montanez, J.E.C., 2002. Suction and Volume Changes of Compacted Sand-Bentonite Mixtures. PhD thesis, University of London, Imperial College of Science, London, England.

Murray, H. H., 1999. Applied clay mineralogy today and tomorrow. Clay Mineral 34, 39-49.  .

Nanoor.com

Steward, D. I., Studds, P. G., Cousense, T. W., 2003. The factors controlling the engineering properties of bentonite-enhanced sand. Applied Clay Science 23, 97–110.

Taheri Shakib, J., Kanani V., Pourafshari, P., 2016. Nano-clays as additives for controlling filtration properties of water– bentonite suspensions. Journal of Petroleum Science and Engineering, 138, 257-264.

Tay, Y.Y., Stewart, D.I., Cousens, T.W., 2001. Shrinkage and desiccation cracking in bentonite– sand landfill liners. Engineering Geology 60, 263– 274.

US EPA, 2012. US Environmental Protection Agency. US Environ. Prot. Agency 1, 1-15.

Van Olphen, H., An Introduction to Clay Colloid Chemistry for John Wiley & Sons, New York, 1977.

Yee Soong, Tran X. Phuoc, Minking K. Chyu, David K. Lyons, 2009. in: Technique Annual Meeting of AIChE.

Yong, R.N., 1999b. Overview of modelling of clay microstructure and interactions for prediction of waste isolation barrier performance. Engineering Geology 54, 83–91.