فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

پایدارسازی شیمیایی خاک‌های ماسه‌سیلتی با پلیمر استایرن–اکریلیک: رویکردی ژئوتکنیکی و محیط‌زیستی در تثبیت و کاهش گردوغبار جاده‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه محیط زیست،‌ دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان،‌ ایران

2 پژوهشگر مستقل، پژوهشکده علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 گروه محیط زیست، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان

چکیده
خاک‌های سطحی ماسه‌سیلتی به‌عنوان یکی از نمونه‌های شاخص خاک‌های ضعیف ژئوتکنیکی، به دلیل مقاومت برشی پایین، حساسیت زیاد به فرسایش و قابلیت بالای رهایش گردوغبار، از چالش‌های مهم در مهندسی راه و مدیریت محیط‌زیست محسوب می‌شوند. این پژوهش با هدف بررسی اثر کوپلیمر استایرن–اکریلیک بر بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی این خاک‌ها انجام شد. نمونه‌های خاک با سه سطح ۲٫۵، ۵ و ۷٫۵ درصد وزنی از این پلیمر تهیه گردیدند. آزمایش‌های تراکم پروکتور، حدود آتربرگ و جمع‌شدگی خطی، و سپس آزمون‌های مقاومت فشاری محصورنشده (UCS) و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) پس از دو دوره عمل‌آوری ۷ و ۲۱ روزه انجام گرفت. افزودن پلیمر سبب کاهش اندک وزن مخصوص خشک حداکثر از ۱٫۷۹ g/cm³ در نمونه شاهد به ۱٫۷۲–۱٫۷۷ g/cm³ شد، در حالی که رطوبت بهینه از ۸٪ به ۸٫۵–۹٫۶٪ افزایش یافت. همچنین حدود روانی از ۲۰٪ به ۲۱–۲۳٪ و حد پلاستیک از ۱۲٪ به ۱۳–۱۴٪ افزایش پیدا کرد و شاخص پلاستیسیته تقریباً ثابت ماند (۸–۹٪). نتایج نشان داد مقاومت UCS پس از ۲۱ روز برای تیمارهای ۲٫۵، ۵ و ۷٫۵ درصد به ترتیب ۱٫۱۸، ۱٫۶۴ و ۲٫۰۳ مگاپاسکال بود، در حالی که نمونه شاهد تنها ۰٫۷۹ مگاپاسکال داشت. همچنین CBR از ۷٫۸٪ در نمونه شاهد به ۱۱٫۲٪، ۱۵٪ و ۱۸٫۵٪ افزایش یافت. بر این اساس، تیمار ۷٫۵٪ پس از ۲۱ روز به‌عنوان درصد بهینه معرفی می‌شود که علاوه بر افزایش مقاومت و ظرفیت باربری، کاهش انتشار گردوغبار جاده‌ای را نیز به همراه دارد.

کلیدواژه‌ها


1. Archibong, G. A., Sunday, E. U., Akudike, J. C., Okeke, O. C., & Amadi, C. (2020). A review of the principles and methods of soil stabilization. International Journal of Advanced Academic Research| Sciences6(3), 2488-9849.
2.    Fondjo, A. A., Theron, E., & Ray, R. P. (2021). Stabilization of expansive soils using mechanical and chemical methods: a comprehensive review. Civ Eng Archit9(5), 1295-1308.
3.    Anburuvel, A. (2024). The engineering behind soil stabilization with additives: a state-of-the-art review. Geotechnical and Geological Engineering42(1), 1-42.
4.    Shinde, B., Sangale, A., Pranita, M., Sanagle, J., & Roham, C. (2024). Utilization of waste materials for soil stabilization: A comprehensive review. Progress in Engineering Science1(2-3), 100009.
5.    Huang, J., Kogbara, R. B., Hariharan, N., Masad, E. A., & Little, D. N. (2021). A state-of-the-art review of polymers used in soil stabilization. Construction and Building Materials305, 124685.
6.    Parihar, N. S., & Gupta, A. K. (2024). Stabilization of expansive soils using Non-conventional waste stabilizers: A review. Indian Geotechnical Journal54(3), 971-997.
7.    Bai, Y., Liu, J., Xiao, H., Song, Z., Ma, K., & Deng, Y. (2023). Soil stabilization using synthetic polymer for soil slope ecological protection. Engineering Geology321, 107155.
8.    Boaventura, N. F., Sousa, T. F. D. P., & Casagrande, M. D. T. (2023). The application of an eco-friendly synthetic polymer as a sandy soil stabilizer. Polymers15(24), 4626.
9.    Almajed, A., Lemboye, K., & Moghal, A. A. B. (2022). A critical review on the feasibility of synthetic polymers inclusion in enhancing the geotechnical behavior of soils. Polymers14(22), 5004.
10.   Fatehi, H., Ong, D. E., Yu, J., & Chang, I. (2023). The effects of particle size distribution and moisture variation on mechanical strength of biopolymer-treated soil. Polymers15(6), 1549.
11.Debbarma, K., Saha, S., & Sarkar, P. P. (2023). Application of vinyl acrylic co-polymer on subgrade and sub base pavement stabilization. Materials Today: Proceedings.
12.Albalasmeh, A. A., Hamdan, E. H., Gharaibeh, M. A., & El Hanandeh, A. (2021). Improving aggregate stability and hydraulic properties of Sandy loam soil by applying polyacrylamide polymer. Soil and Tillage Research206, 104821.
13.Golhashem, M. R., & Uygar, E. (2020). Volume change and compressive strength of an alluvial soil stabilized with butyl acrylate and styrene. Construction and Building Materials255, 119352.
14. Anburuvel, A. (2024). The engineering behind soil stabilization with additives: a state-of-the-art review. Geotechnical and Geological Engineering42(1), 1-42.
15.  Bai, Y., Liu, J., Xiao, H., Song, Z., Ma, K., & Deng, Y. (2023). Soil stabilization using synthetic polymer for soil slope ecological protection. Engineering Geology321, 107155.
16.Boaventura, N. F., Sousa, T. F. D. P., & Casagrande, M. D. T. (2023). The application of an eco-friendly synthetic polymer as a sandy soil stabilizer. Polymers15(24), 4626.
17. Hamza, M., Nie, Z., Aziz, M., Ijaz, N., Akram, O., Fang, C., ... & Madni, M. F. (2023). Geotechnical behavior of high-plastic clays treated with biopolymer: macro–micro-study. Environmental Earth Sciences82(3), 91.
18. Mehrpajouh, A., Ghasemzadeh, H., & Pishvaei, M. (2021). Effect of the glass transition temperature of acrylic polymers on physical and mechanical properties of kaolinite clay and sandy soil. Journal of Materials in Civil Engineering33(5), 04021062.
19.  Abd, T. A., Fattah, M. Y., & Aswad, M. F. (2021). Improvement of soft clayey soil by bio-polymer. Engineering and Technology Journal39(08), 1301-1306.
20.  Kumar, P., Puppala, A. J., Tingle, J. S., Chakraborty, S., & Sarat Chandra Congress, S. (2022). Resilient characteristics of polymer emulsion-treated sandy soil. Transportation Research Record2676(9), 526-538.
21.  Kolay, P. K., Dhakal, B., Kumar, S., & Puri, V. K. (2016). Effect of liquid acrylic polymer on geotechnical properties of fine-grained soils. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering2(4), 29.
22. Onyejekwe, S., & Ghataora, G. S. (2015). Soil stabilization using proprietary liquid chemical stabilizers: sulphonated oil and a polymer. Bulletin of Engineering Geology and the Environment74(2), 651-665.
23.Tiwari, N., Satyam, N., & Patva, J. (2020). Engineering characteristics and performance of polypropylene fibre and silica fume treated expansive soil subgrade. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering6(2), 18.
24.  Karim, H., & Al-Soudany, K. (2018). Improving geotechnical properties of clayey soil using polymer material. In MATEC Web of Conferences (Vol. 162, p. 01002). EDP Sciences.
25. Theng, B. K. G. (1982). Clay-polymer interactions: summary and perspectives. Clays and clay minerals30(1), 1-10.
26. Abdalla Mohamed, S. W. (2004). Stabilization of Desert Sand Using Water-Borne Polymers.
27.Roberts, K., Kowalewska, J., & Friberg, S. (1974). The influence of interactions between hydrolyzed aluminum ions and polyacrylamides on the sedimentation of kaolin suspensions. Journal of Colloid and Interface Science48(3), 361-367.
28. Chang, I., Im, J., & Cho, G. C. (2016). Geotechnical engineering behaviors of gellan gum biopolymer treated sand. Canadian Geotechnical Journal53(10), 1658-1670.
29.Indraratna, B., Muttuvel, T., Khabbaz, H., & Armstrong, R. (2008). Predicting the erosion rate of chemically treated soil using a process simulation apparatus for internal crack erosion. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering134(6), 837-844.
30. Zhang, T., Liu, S., Cai, G., & Puppala, A. J. (2015). Experimental investigation of thermal and mechanical properties of lignin treated silt. Engineering Geology196, 1-11.
31. Liu, J., Feng, Q., Wang, Y., Bai, Y., Wei, J., & Song, Z. (2017). The Effect of Polymer‐Fiber Stabilization on the Unconfined Compressive Strength and Shear Strength of Sand. Advances in materials science and Engineering2017(1), 2370763.
32. Liu, J., Qi, X., Zhang, D., Feng, Q., Wang, Y., & Kanungo, D. P. (2017). Study on the permeability characteristics of polyurethane soil stabilizer reinforced sand. Advances in Materials Science and Engineering2017(1), 5240186.
33.  Bai, Y., Liu, J., Song, Z., Chen, Z., Jiang, C., Lan, X., ... & Kanungo, D. P. (2019). Unconfined compressive properties of composite sand stabilized with organic polymers and natural fibers. Polymers11(10), 1576.
34. Liu, J., Bai, Y., Song, Z., Lu, Y., Qian, W., & Kanungo, D. P. (2018). Evaluation of strength properties of sand modified with organic polymers. Polymers10(3), 287.
35.  Liu, J., Chen, Z., Song, Z., Bai, Y., Qian, W., Wei, J., & Kanungo, D. P. (2018). Tensile behavior of polyurethane organic polymer and polypropylene fiber-reinforced sand. Polymers10(5), 499.
36. Mousavi, F., Abdi, E., & Rahimi, H. (2014). Effect of polymer stabilizer on swelling potential and CBR of forest road material. KSCE Journal of Civil Engineering18(7), 2064-2071.
37.  Kavak, A., Bilgen, G., & Mutman, U. (2010). In-situ modification of a road material using a special polymer. Scientific Research and Essays5(7), 2547-2555.
38. Khalotia, D., Sen, P., & Chaturvedi, D. (2022, October). Use of Polyethylene and Cement Material Is for Strengthening of Soil. In International Conference on Recent Advances in Civil Engineering (pp. 351-367). Singapore: Springer Nature Singapore.
39.Aswad, M. F., Al-Gharbawi, A. S., Fattah, M. Y., Mustfa, R. H., & Hameed, H. R. (2024). Improvement of clayey soil characteristics using poly acrylamide geopolymer. Transportation Infrastructure Geotechnology11(4), 1673-1690.
40.Rajabi, A. M., & Ghasemi, F. (2025). The Effect of Polyester Resins on the compressive and shear strength of Clayey Sand Soil: An Experimental Study. Civil Engineering Infrastructures Journal.

  • تاریخ دریافت 06 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 06 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 23 آذر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 01 دی 1404
  • تاریخ انتشار 01 دی 1404