بررسی پارامترهای خاک رس با پلاستیسیته کم آلوده به سرب و روی و تثبیت شده با متاکائولن

کاظم زاده, میکائیل; زاد, امیرعلی; یزدی, مریم; چمنی, علی

doi:10.22091/cer.2022.7756.1349

بررسی پارامترهای خاک رس با پلاستیسیته کم آلوده به سرب و روی و تثبیت شده با متاکائولن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

² گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

10.22091/cer.2022.7756.1349

چکیده

آلودگی خاک در اثر عوامل مختلف یکی از معضلات دنیا در کشورهای مختلف به خصوص کشورهای صنعتی است که مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در این تحقیق از متاکائولن برای تثبیت خاک رس با خاصیت خمیری کم (CL) آلوده به نیترات سرب و نیترات روی استفاده شده است. پژوهش حاضر شامل دو مرحله اصلی است. مرحله اول به بررسی آزمایشهای شناسایی و مقاومتی خاک پایه با هدف شناسایی بحرانی ترین غلظت خاک آلوده و خاک آلوده به نیترات سرب و نیترات روی به نسبت 1:1 و با غلظت های 1000، 5000 و ppm 10000 با مدت زمان عمل آوری 7 روز میپردازد. نتایج به دست آمده در مرحله اول نشان داد افزایش غلظت آلاینده بر روی پارامترهای ژئوتکنیکی خاک اثر منفی می گذارد که از این موارد می توان به کاهش حداکثر مقاومت فشاری تک محوری و کاهش نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) خاک اشاره کرد. هدف این مرحله شناسایی بحرانی ترین غلظت خاک آلوده بود که میزان ppm 10000 بدست آمد. مرحله دوم به بررسی نتایج آزمایش های انجام شده بر روی خاک آلوده به غلظت ppm 10000 و تثبیت آن با متاکائولن با میزان 5% وزنی و با مدت زمان عمل آوری 7 و 14و 28 روز میپردازد. منظور از مدت زمان عمل آوری، بررسی تاثیر زمان بر پارامترهای مختلف خاک نظیر LL، PL، PI، وزن مخصوص خشک. در مدت زمان حضور متاکائولن در خاک می باشد. به طور کلی با توجه به نتایج بدست آمده از این آزمایشات، حداکثر مقاومت فشاری تک محوری و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) خاک با افزایش زمان عمل آوری افزایش یافته است. با افزایش مدت زمان عمل آوری چسبندگی خاک افزایش می یابد و به تبع آن مقاومت فشاری خاک افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.2783140.1401.8.2.5.0

موضوعات

روش‌های عددی و آزمایشگاهی

عنوان مقاله [English]

Stabilization of Lead and Zinc Contaminated Clay Soils with Metakaolin

نویسندگان [English]

Michael Kazemzadeh ¹
Amirali Zad ²
Maryam Yazdi ²
Ali Chamani ¹

¹ Department of Civil Engineering, Islamic Azad University, Central Tehran Branch, Tehran, Iran

² Department of Civil Engineering, Islamic Azad Uinversity, Central Tehran Branch, Tehran, Iran

چکیده [English]

Soil pollution due to various factors is one of the world's problems in different countries, especially industrialized countries, which has attracted much attention in the form of various researches. To solve this problem, in this study, metakaolin was used to stabilize low-plasticity (CL) clay contaminated with lead and zinc nitrate. The present study consists of two main stages. The first stage examines the soil to identify the most critical concentrations of contaminated soils and soils contaminated with lead nitrate and zinc nitrate in a ratio of 1: 1 and with concentrations of 1000, 5000 and 10000 ppm with a curing time of 7 days. The results obtained in the first stage showed that increasing the concentration of pollutants has a negative effect on soil geotechnical parameters, which can be reduced to the maximum uniaxial compressive strength and reduced soil CBR resistance. This step aimed to identify the most critical concentration of contaminated soil, which was 100 ppm. The second stage examines the resistance tests of contaminated soil with a concentration of 10000 ppm and its stabilization with metakaolin at a rate of 5% by weight and with a curing time of 7, 14 and 28 days. The purpose of curing time is to investigate the effect of time on soil geotechnical parameters during the presence of metakaolin in the soil. In general, according to the results of these experiments, the maximum uniaxial compressive strength and soil CBR strength increased with increasing curing time. As the curing time increases, the soil adhesion increases and consequently the compressive strength of the soil increases.

کلیدواژه‌ها [English]

lead(II) nitrate. Zinc nitrate
metakaolin
Soil contamination

مراجع

[1] Batis, G., Pantazopoulou, P., Tsivilis, S., & Badogiannis, E. (2005). The effect of metakaolin on the corrosion behavior of cement mortars. Cement and concrete composites, 27(1), 125-130.

[2] Sakr, M. A., Shahin, M. A., & Metwally, Y. M. (2009). Utilization of lime for stabilizing soft clay soil of high organic content. Geotechnical and Geological Engineering, 27(1), 105-113.

[3] Hossain, K. M. A., & Mol, L. (2011). Some engineering properties of stabilized clayey soils incorporating natural pozzolans and industrial wastes. Construction and building Materials, 25(8), 3495-3501.

[4] Kolovos, K. G., Asteris, P. G., Cotsovos, D. M., Badogiannis, E., & Tsivilis, S. (2013). Mechanical properties of soilcrete mixtures modified with metakaolin. Construction and Building Materials, 47, 1026-1036.

[5] Al-Swaidani, A., Hammoud, I., & Meziab, A. (2016). Effect of adding natural pozzolana on geotechnical properties of lime-stabilized clayey soil. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 8(5), 714-725.

[6] Wianglor, K., Sinthupinyo, S., Piyaworapaiboon, M., & Chaipanich, A. (2017). Effect of alkali-activated metakaolin cement on compressive strength of mortars. Applied Clay Science, 141, 272-279.

[7] Ghadir, P., & Ranjbar, N. (2018). Clayey soil stabilization using geopolymer and Portland cement. Construction and Building Materials, 188, 361-371.

[8] Harichane, K., Ghrici, M., & Kenai, S. (2018). Stabilization of Algerian clayey soils with natural pozzolana and lime. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62(1), 1-10.

[9] Alpaslan, B., & Yukselen, M. A. (2002). Remediation of lead contaminated soils by stabilization/solidification. Water, Air, and Soil Pollution, 133(1), 253-263.

[10] Resmi, G., Thampi, S. G., & Chandrakaran, S. (2011). Impact of lead contamination on the engineering properties of clayey soil. Journal of the Geological Society of India, 77(1), 42-46.

[11] Li, J. S., Xue, Q., Wang, P., & Li, Z. Z. (2015). Effect of lead (II) on the mechanical behavior and microstructure development of a Chinese clay. Applied Clay Science, 105, 192-199.

[12] Karkush, M. O., & Al-Taher, T. A. A. (2017). Geotechnical evaluation of clayey soil contaminated with industrial wastewater. Archives of civil engineering, 63(1).

[13] Abidoye, A. O., Afolayan, O. D., & Akinwumi, I. I. (2018). Effects of lead nitrate on the geotechnical properties of lateritic soils. International Journal of Civil Engineering and Technology, 9(7), 522-530.

[14] Chu, Y., Liu, S., Wang, F., Cai, G., & Bian, H. (2017). Estimation of heavy metal-contaminated soils’ mechanical characteristics using electrical resistivity. Environmental Science and Pollution Research, 24(15), 13561-13575.

[15] Sun, Y. J., Ma, J., Chen, Y. G., Tan, B. H., & Cheng, W. J. (2020). Mechanical behavior of copper-contaminated soil solidified/stabilized with carbide slag and metakaolin. Environmental Earth Sciences, 79(18), 1-13.

[16] Wang, L., Cho, D. W., Tsang, D. C., Cao, X., Hou, D., Shen, Z., ... & Poon, C. S. (2019). Green remediation of As and Pb contaminated soil using cement-free clay-based stabilization/solidification. Environment international, 126, 336-345.

[17] Wang, L., Chen, L., Tsang, D. C., Zhou, Y., Rinklebe, J., Song, H., ... & Ok, Y. S. (2019). Mechanistic insights into red mud, blast furnace slag, or metakaolin-assisted stabilization/solidification of arsenic-contaminated sediment. Environment international, 133, 105247.

[18] Zhou, X., Zhang, Z. F., Yang, H., Bao, C. J., Wang, J. S., Sun, Y. H., ... & Su, C. (2021). Red mud-metakaolin based cementitious material for remediation of arsenic pollution: Stabilization mechanism and leaching behavior of arsenic in lollingite. Journal of Environmental Management, 300, 113715.