بررسي تأثير نانو‌كربنات كلسيم بر مقاومت فشاري ماسه رس‌دار با درصدهاي مختلف رس

Evaluation of the Effect of Nano CaCO3 on the Compressive Strength of Sandy Clay Soil with Different Percentage of Clay

امروزه استفاده از نانوذرات در بهسازي خاك‌ها، يكي از روش‌هاي مورد توجه محققين در حوزه ژئوتكنيك مي‌باشد. در اين مقاله اثر نانوكربنات كلسيم بر خصوصيات ژئوتكنيكي خاك ماسه رس‌دار با درصد‌هاي مختلف رس مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور سه نوع خاك ماسه رس‌دار به ترتيب با 10، 20 و 30 درصد رس در چهار درصد مختلف نانو شامل 0/3، 0/7، 1/1 و 1/5 و در سه زمان مختلف عمل‌آوري 7، 14 و 28 روز، تحت آزمايش مقاومت فشاري تك‌محوري قرار گرفته‌اند. همچنين در اين مطالعه با استفاده از الگوريتم مديريت داده‌ها به روش گروهي (GMDH)، به ارائه رابطه ­اي جهت پيش‌بيني مقاومت تك‌محوري خاك پرداخته شده است. در ادامه به منظور بررسي ريز‌ساختاري نمونه‌هاي بهسازي شده با نانوCaCO3، نمونه ­ها با استفاده از آزمايش XRD و SEM تحت آناليز قرار گرفته‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه افزودن نانو‌كربنات كلسيم به نمونه‌هاي مورد آزمايش، باعث افزايش بيشتر مقاومت فشاري تك محوري و مدول سكانت مي‌گردد كه اين افزايش با افزايش زمان عمل­آوري ادامه مي ­يابد. همچنين بر اساس نتايج بدست آمده در خاك‌هاي با 10 و 20 درصد رس، 0/7 درصد نانوكربنات كلسيم و در خاك با 30 درصد رس، 1/1 درصد نانوكربنات كلسيم به عنوان درصد بهينه شناخته شده ­اند. بررسي‌هاي ريزساختاري انجام شده با انجام آناليز XRD وSEM نشان‌دهنده پرشدگي بهتر در بين نمونه‌ها پس از افزودن نانوكربنات كلسيم بوده و علاوه بر آن تشكيل بافت‌هاي كريستالي كلسيم سيليكات هيدرات در سطح نمونه‌ها پس از افزودن نانوكربنات كلسيم مشاهده مي‌شود. از سوي ديگر تحليل انجام شده بر روي نتايج آزمايشگاهي، منجر به ارائه رابطه‌اي به منظور پيش­ بيني مقاومت تك‌محوري خاك ماسه رس‌دار بهسازي شده با نانوكربنات كلسيم با خطاي نسبي كمتر از 5 درصد گرديده است.

Nanoparticles and nano-reinforcement are extensively used in geotechnical engineering and there are various reports on the effect of nanomaterials on the improvement of the engineering properties of various soil types. The effect of nano calcium carbonate (nano CaCO3) on the geotechnical properties of sandy clay (SC) soil containing different levels of clay was investigated. To this end, three types of SC soil containing 10, 20, and 30% clay and 0.3, 0.7, 1.1, and 1.5% nanoparticles were cured for 7, 14, and 28 days and then placed under uniaxial compression test. Also, the experimental results were numerically analyzed by group method of data handling (GMDH) using an artificial neural network. The samples were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) tests. According to the results, adding nano CaCO3 to SC soils, caused an increase in the uniaxial compressive strength and secant modulus. Moreover, the compressive strength obviously increased over time. An optimum nanoparticle level of 0.7% was obtained for the soils containing 20% and 10% clay. The corresponding nano CaCO3 level for the soil containing 30% clay was 1.1%. The effect of nano CaCO3 as an effective additive on the ultimate compressive strength of the soil was investigated by XRD and SEM evaluations. The results indicated an increase in the crystallinity of particles after adding CaCO3 nanoparticles. Finally, based on numerical analysis of the experimental result, a correlation was obtained to predict the uniaxial compressive strength of the improved SC soil with a mean error of 4%.