توصيفگر ها :
خاك مسلح , مقاومت برشي سطح مشترك , آزمايش تك محوري , آزمايش برش مستقيم , فناوري پلاسما , اصلاح سطح الياف
چكيده فارسي :
پايداري هر سازه به ويژگي‌هاي مقاومتي خاكي كه بر روي آن ساخته مي‌شود بستگي دارد. اگر خاك زيرين به‌اندازه كافي پايدار نباشد تا بارهاي منتقل شده را تحمل كند، انواع مختلفي از شكست مانند نشست سازه، ترك‌ها و غيره رخ مي‌دهد. براي حل اين مشكل، اصلاح خاك ضروري است. خاك ماسه لاي‌دار از انواع خاك‌هاي مشكل‌ساز در طبيعت است كه به دليل مقاومت برشي كم و نشست‌هاي ناهمسان نياز به بهسازي دارد. ازروش‌هاي به‌صرفه، پركاربرد و دوستدار محيط‌زيست براي بهبود ويژگي‌هاي خاك استفاده از الياف در خاك است. الياف به دو دسته طبيعي و مصنوعي تقسيم مي‌شوند؛ استفاده از الياف طبيعي به دليل مسائل زيست محيطي براي بهسازي خاك بهتر است. وجود الياف طبيعي سلولزي در خاك به دليل خاصيت جذب آب الياف، باعث ايجاد پيوند موقت بين خاك و الياف شده كه به‌محض از دست رفتن آب جذب شده توسط الياف، پيوند بين خاك و الياف گسسته شده و باعث افت خواص فيزيكي و مكانيكي خاك مي‌شود. الياف طبيعي مورد استفاده، الياف كنف با طول 12ميليمتر و قطر 40 ميكرون با استحكام كششي 800 مگاپاسكال مي‌باشد. در اين پژوهش به منظور كاهش آبدوستي از روش اصلاح سطح به وسيله فناوري نوين پلاسما و از پوشش رزين به‌منظور افزايش چسبندگي و سطح درگيري بين خاك و الياف استفاده شد. پلاسما روشي است كه با القاي يك نيروي الكترومغناطيسي به ماده گازي، ماده را به فاز چهارمي از حالت ماده يا همان پلاسما وارد مي‌كند؛ فناوري پلاسما سبب ايجاد گروه‌هاي عاملي مختلف بر روي سطح منسوجات بدون تغيير در خواص اوليه آن‌ها مي‌شود. پارامترهاي حاصل از آزمايش‌هاي برش مستقيم، برونكشي الياف، تك‌محوري و زاويه تماس در اين مطالعه بررسي شد. آزمايش‌هاي برش مستقيم بر روي نمونه‌هاي مسلح با اين نوع الياف در تنش‌هاي نرمال 70، 120 و 170 كيلوپاسكال انجام و نتايج آن با نمونه‌هاي مسلح با الياف كنف ساده مقايسه گرديد. با توجه به اينكه حالت بحراني جداشدن الياف از خاك زماني اتفاق مي‌افتد كه الياف آب از دست داده باشد؛ آزمايش‌ها در شرايط رطوبتي خشك و بهينه انجام شد. نتايج نشان داد حضور الياف در خاك مقاومت برشي خاك را به‌طور چشمگيري افزايش داده است و براي نمونه‌هاي تهيه شده با الياف اصلاح سطح شده در حالت مرطوب و خشك، چسبندگي افزايش يافت. اين افزايش در حالت تر براي نمونه‌هاي مسلح با الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما، الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما پوشش داده شده با رزين، الياف پوشش داده شده با رزين به ترتيب 5/1، 34/1، 02/1 برابر نمونه‌هاي مسلح با الياف اصلاح سطح نشده و بدون پوشش است. همچنين در حالت خشك چسبندگي الياف پلاسماشده پوشش رزين، الياف پوشش داده شده با رزين و الياف پلاسماشده 38/3، 36/2 و 46/1 برابر نمونه مسلح با الياف كنف اصلاح نشده است. جهت ارزيابي آبگريزي الياف از آزمايش زاويه تماس استفاده شده است. آزمايش برونكشي الياف و تصويربرداري توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي براي بررسي پيوند بين الياف و خاك نيز انجام شده است. نتايج آزمايش برونكشي الياف براي حالت تر نشان مي‌دهد كه در حالتي كه الياف فقط با رزين پوشش داده شده تنش برشي سطح مشترك بسيار كاهش مي‌يابد؛ اما براي خاك مسلح به بقيه حالت‌ها تفاوت چنداني مشاهده نمي‌شود. در حالت خشك بيشترين افزايش در مقاومت برشي مربوط به الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما پوشش رزين با مقاومت برونكشي 690 كيلوپاسكال بوده و پس آز آن الياف پوشش داده شده با رزين، الياف اصلاح سطح شده به روش پلاسما و الياف ساده قرار دارند كه به ترتيب تنش برشي بيشينه 374، 26/70 و 40 كيلوپاسكال را ثبت كرده‌اند. زاويه تماس براي الياف اصلاح شده به روش پلاسما 113 درجه و براي الياف اصلاح سطح نشده 64/55 درجه به دست آمد. زاويه بيش از 90 درجه نشان‌دهنده آبگريزي الياف است. در مرحله دوم اين تحقيق به‌منظور بررسي تاثير مقدار الياف بر ويژگي‌هاي خاك، آزمايش‌هاي تكميلي برش مستقيم و تك‌محوري در مقادير 5/0، 1 و 5/1 درصد الياف براي الياف پلاسماشده پوشش داده شده با رزين انجام شد. نتايج آزمايش تك‌محوري نشان داد كه درحالت خشك 1 درصد الياف سبب افزايش 3/2 برابري مدول يانگ نسبت به 5/0 درصد الياف شد و پس از آن كاهش جزئي با افزايش الياف به 5/1 درصد مشاهده شد. براي حالت مرطوب با افزايش مقدار الياف، مدول يانگ افزايش يافت. همچنين مقاومت فشاري محدود نشده براي مقادير 5/0، 1 و 5/1 درصد الياف به ترتيب 72، 328 و 410 كيلوپاسكال براي حالت تر و 960، 3203 و 4036 كيلوپاسكال براي حالت خشك ثبت شد.
چكيده انگليسي :
The stability of any structure depends on the properties of the soil it is built on. If the underlying soil is not stable enough to bear the transferred loads, various types of failures such as excessive settlements may occur. A common approach to enhance soil properties involves the inclusion of natural fibers into the soil. Natural cellulose fibers in the reinforced soil make a temporary bond with soil grains, which may be lost when the absorbed water in fibers evaporates, leading to reinforcement deficiency. This research study attempts to overcome this deficiency through the modification of the fiber surface. The fibers used in this study are jute fibers of 12 mm in length and 40μm in diameter. To reduce the fiber hydrophilicity, the surface modification technique through plasma technology was applied. Resin coating was also used to enhance the adhesion and interaction between the soil and fibers. Plasma technology creates various functional groups on textile surfaces without altering their primary properties. The parameters resulting from direct shear tests, fiber pulling, and uniaxial, and contact angle measurements were investigated in this study. Direct shear tests were conducted on modified fiber-reinforced specimens and the results were compared with specimens reinforced with plain fibers. Given that the critical state of fiber detachment from the soil occurs when the fibers have lost their water content, the tests were performed on both moist and dried samples. The results indicated that the presence of fibers in the soil significantly increased the soil's shear strength. The samples prepared with surface-modified fibers showed increased cohesion in both moist and dry conditions. In moist conditions, the cohesion of plasma-modified fiber-covered samples, resin-coated plasma-modified fiber-covered samples, and resin-coated fibers increased by 1.5, 1.34, and 1.02 times, respectively, compared to specimens reinforced with plain fibers. Additionally, in dry conditions, the cohesion of plasma-modified resin-coated fibers, resin-coated fibers, and plasma-modified fibers was 3.38, 2.36, and 1.46 times higher, respectively, in comparison to samples reinforced with plain fibers. The results of the fiber pulling test in moist conditions showed a significant decrease in the interface shear strength when the fibers were solely coated with resin. Under dry conditions, the highest increase in shear strength was observed for plasma-modified resin-coated fibers, with a pulling strength of 690 kPa. The contact angle for plasma-modified surface fibers was measured at 113 degrees indicating the hydrophobic nature of the modified fibers. In the last phase of this study, additional direct shear and uniaxial tests were conducted at fiber contents of 0.5%, 1%, and 1.5% for plasma-modified resin-coated fibers to investigate the impact of fiber content on soil properties. The uniaxial test results showed that under dry conditions, the inclusion of 1% fiber caused a 2.3-fold increase in Young's modulus compared to the 0.5% fiber content, followed by a slight reduction with increasing fiber content to 1.5%. Furthermore, unconfined compressive strength for fiber contents of 0.5%, 1%, and 1.5% was recorded as 72, 328, and 410 kPa for moist conditions, and 960, 3203, and 4036 kPa for dry conditions, respectively.
