اصلاح خواص حرارتي و هيدروليكي خاك با استفاده از نانوسيليكا آيروژل جهت كاهش اثر يخبندان بر روسازي راه

يخبندان در خاك در مناطق سردسير، مهم‌ترين عامل خرابي و كاهش كارايي روسازي راه‌ها و ساير سازه‌هاي خاكي مي‌باشد. هدف از اين تحقيق، معرفي روشي جديد براي كاهش اثرات نامطلوب يخبندان در خاك است. در اين روش، يك عايق حرارتي سازگار با رطوبت براي ممانعت از نفوذ هواي سرد در خاك بستر تهيه شد. براي تهيه‌ اين عايق، از مخلوط خاك و سيليكا آيروژل كه يك نانومواد با هدايت حرارتي بسيار كم و آبگريزي فوق‌العاده زياد مي‌باشد استفاده گرديد. سيليكا آيروژل با نسبت‌هاي 0.5، 1 و 2 درصد وزني با خاك مخلوط شد و هدايت حرارتي، آبگريزي، نفوذپذيري، درصد رطوبت در حالت اشباع و دوام در برابر چرخه‌هاي انجماد- ذوب اين مخلوط‌ها مطالعه شد. در اين مطالعه، مشاهده شد كه به دليل آبگريز بودن سيليكا آيروژل، مخلوط‌هاي خاك- آيروژل نيز به طور چشم‌گيري آبگريز مي‌شوند و جذب آب در آنها به طور قابل توجهي كاهش مي‌يابد. به طوري‌ كه ميزان رطوبت در حالت اشباع در خاك بدون سيليكا آيروژل حدود چهار برابر ميزان رطوبت در مخلوط خاك- آيروژل مي‌باشد. به همين جهت، مرطوب شدن مخلوط‌هاي خاك- آيروژل تأثير چنداني در افزايش هدايت حرارتي آنها ندارد. از سوي ديگر، مشاهده شد كه نفوذپذيري خاك بدون سيليكا آيروژل حدود 21 برابر نفوذپذيري مخلوط خاك- آيروژل است، كه نشان‌دهنده كاهش چشم‌گير نفوذپذيري مخلوط‌هاي خاك- آيروژل مي‌باشد. به‌علاوه، چرخه‌هاي اشباع شدن- خشك شدن و انجماد- ذوب و همچنين قرار گرفتن در معرض جريان‌هاي سيلابي، هيچ تأثيري بر هدايت حرارتي مخلوط‌هاي خاك- آيروژل نداشت. با توجه به ويژگي‌هاي حرارتي و هيدروليكي مخلوط‌هاي خاك- آيروژل، مي‌توان آنها را به عنوان عايق حرارتي سازگار با رطوبت، براي مقابله با اثرات نامطلوب يخبندان در خاك، مناسب دانست و معرفي كرد.