ارزيابي تغييرات ريزساختاري و پارامترهاي مقاومتي ماسه‌هاي سيلتي تثبيت شده با نانو كلوئيد سيليكا

Evaluation of Effective Strength Parameters and Micro Structural Variations of Silty Sands Stabilized with Nano Colloidal Silica

به منظور بررسي رفتار ماسه ­هاي سيلتي تثبيت شده با نانو كلوئيد سيليكا، 32 نمونه، تحت آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده قرار گرفته و ريزساختار تعدادي نمونه، توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بررسي شده است. نمونه ­هاي آزمايش مقاومت تك­ محوري، شامل مخلوط ماسه و مقادير صفر، 10، 20 و 30 درصدي سيلت بوده و به روش رسوب ­گذاري در محلول­هاي كلوئيد سيليكا با غلظت 5، 10 و 15 درصد وزني، تهيه شده ­اند. دوره عمل­ آوري نمونه­ ها نيز، 3 تا 30 روز در نظر گرفته شده است. با وجود اين كه در شرايط طبيعي، ماسه­ ها و سيلت­ ها فاقد چسبندگي و مقاومت فشاري محدود نشده مي­باشند، ولي مقاومت فشاري نمونه ­هاي مختلف تثبيت شده آن­ها، در محدوده قابل توجه 25 تا 240 كيلوپاسكال قرار مي­گيرد. ملاحظه مي­شود در تمامي شرايط متفاوت تثبيت، بين افزايش مقاومت فشاري نمونه ­ها با افزايش غلظت كلوئيد سيليكا و افزايش طول مدت عمل­آوري، رابطه­اي خطي برقرار است. اگر چه با كاهش زمان گيرش كلوئيد، از شدت تأثير زمان عمل ­آوري، كاسته مي­شود. همچنين در شرايط يكسان تثبيت، نمونه­ هاي ماسه سيلتي با 10 درصد سيلت، بيشترين مقاومت فشاري را در بين ديگر نمونه ­ها دارند. از طرفي ديگر، تفاوت شكل و سطوح ذرات ماسه -سيلت طبيعي و تثبيت شده، توسط تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي به وضوح آشكار مي­گردد، به طوري كه مشخص مي­شود سطح ذرات تثبيت شده، داراي توده ­هاي لايه ­اي از كلوئيد سيليكا مي­باشند.

Saturated deposits of sands and silty sands are liquefiable during earthquakes. One of the new methods proposed for non-disruptive mitigation of liquefaction risk at developed sites is passive site stabilization. It involves slow injection of colloidal silica at the edge of a site and delivery of the stabilizer to the target location using natural groundwater flow [1]. Colloidal silica is an aqueous suspension of microscopic silica (SiO2) particles produced from saturated solutions of silicic acid [2]. The particles size can range in size from 2 to 100 nm, although the particle size is fairly constant in a given suspension. During manufacturing, colloidal silica solutions are stabilized against gelation so they can have long induction periods during which the viscosity remains fairly low up to a few months. A few studies have investigated the behavior of sands stabilized with colloidal silica. Persoff et al. measured short term strength of about 430 kPa at concentration of 20 wt% colloidal silica [3]. Gallagher and Mitchell found the baseline unconfined compressive strength ranged from 32 to 222 kPa in period of 7-30 days at sands samples treated with 5-20 wt% colloidal silica. They also did a series of cyclic triaxial tests and found that for passive site remediation, a 5 wt% concentration of colloidal silica is expected to be able to adequately mitigate the liquefaction risk of loose sands [4]. The stabilization of loose silty sand with colloidal silica has not been studied comprehensively so the present study was undertaken to investigate the unconfined compressive strength and microstructure analysis of silty sands stabilized with colloidal silica.