پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

بررسی آزمایشگاهی تأثیر محیط‌های شور بر رفتار مکانیکی خاک ماسه‌ای تثبیت‌شده با رزین پلیمری در بستر روسازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
تأثیر نمک و شوری بر عملکرد رزین پلیمری در تثبیت ماسه روان، حوزه‌ای حیاتی در تحقیقات مهندسی ژئوتکنیک، به‌ویژه در کاربردهای روسازی است. ماسه روان، که با توزیع اندازه ذرات بین 1/0 تا 5/0 میلی‌متر و حساسیت به روانگرایی شناخته می‌شود، چالش‌های قابل‌توجهی برای تثبیت ایجاد می‌کند. این پژوهش با استفاده از آزمایش‌های مقاومت فشاری تک‌محوری (مطابق استاندارد ASTM D2166) ، به بررسی آزمایشگاهی اثرات غلظت‌های مختلف نمک (0%، 10% و 20%) بر ماسه روان تثبیت‌شده با درصدهای متفاوت رزین آکریلیک (5%، 5/7% و 10%) می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش سطح شوری، رابطه‌ای معکوس و نامطلوب با خواص مکانیکی نمونه‌های تثبیت‌شده دارد. در محیط عاری از نمک (0%)، افزایش پلیمر از 5% به 10%، مقاومت فشاری را به طور چشمگیری از 16/3 به 90/6 مگاپاسکال افزایش داد. در مقابل، در محیط با 20% نمک، مقاومت فشاری به‌طور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و در غلظت 5% پلیمر به 04/2 مگاپاسکال رسید. اما افزایش غلظت نمک در یک درصد پلیمر ثابت، باعث افت محسوس سختی گردید. انرژی شکست نیز در محیط بدون نمک با افزایش پلیمر (از 04420/0 به 09408/0) افزایش یافت ، در حالی که در غلظت 20% نمک، مقادیر انرژی کاهش یافت و در 5% پلیمر به 04188/0 رسید. افزون بر این، مدل‌سازی آماری (RSM) با ضریب تعیین 99% (R2 ≈ 0.99) دقت بالای پیش‌بینی نتایج را تأیید کرد. همچنین تحلیل «نسبت چقرمگی به سختی» نشان داد که محیط شور با ایجاد فشار اسمزی و اختلال در پیوندهای عرضی، رفتار مصالح را ترد و شکننده کرده و عمر خستگی روسازی را کاهش می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Study on the Mechanical Behavior of Polymer Resin Stabilized Sand under Saline Conditions for Pavement Applications

نویسندگان English

Amirali Rafiei 1
Seyed Mohammad Hossein Hosseini Manesh, 2
Mohammad Mehdi Khabiri 3
1 M.Sc., Student, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.
2 M.Sc., Student, Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, Iran.
چکیده English

The influence of salt and salinity on polymer resin performance in quicksand stabilization is a critical area of research in geotechnical engineering, particularly for pavement applications. Quicksand, characterized by its particle size distribution between 0.1 mm and 0.5 mm and its susceptibility to liquefaction, presents significant stabilization challenges. This study, using unconfined compressive strength tests (in accordance with ASTM D2166), experimentally investigates the effects of different salt concentrations (0%, 10%, and 20%) on quicksand stabilized with varying percentages of acrylic resin (5%, 7.5%, and 10%). Results indicate that increasing salinity levels have an inverse and detrimental relationship with the mechanical properties of the stabilized samples. In a salt-free environment (0%), increasing the polymer from 5% to 10% significantly raised the compressive strength from 3.16 MPa to 6.90 MPa. Conversely, in a 20% salt environment, the compressive strength decreased considerably, reaching 2.04 MPa at a 5% polymer concentration. The elastic modulus (E50) also demonstrated a similar pattern; increasing the polymer percentage at any constant salinity level led to increased stiffness (e.g., at 0% salt, from 98.05 MPa to 236.86 MPa), but increasing the salt concentration at a constant polymer percentage caused a noticeable drop in stiffness. Failure energy also increased with more polymer in the salt-free environment (from 0.04420 to 0.09408), whereas at 20% salt concentration, the energy values decreased, reaching 0.04188 at 5% polymer. Furthermore, statistical modeling using Response Surface Methodology (RSM) confirmed high prediction accuracy with a coefficient of determination of 99% (R2 ≈ 0.99).

کلیدواژه‌ها English

Pavement
Quicksand stabilization
Salinity Effects
Polymer resin
Soil improvement
-Ahmadullah, T. & Chrysochoou, M. (2024). Relationship between strength development and pozzolanic reactions in lime stabilized kaolinite. International Journal of Geo-Engineering, 15(1), 11.
-Ajorloo, A. M., Mroueh, H., & Lancelot, L. (2012). Experimental investigation of cement treated sand behavior under triaxial test. Geotechnical and Geological Engineering, 30(1), 129–143.
-Baldovino, J. A. Parra, J. D. T., & Nuñez de la Rosa, Y. E. (2025). Effects of Sodium Chloride in Soil Stabilization: Improving the Behavior of Clay Deposits in Northern Cartagena, Colombia. Sustainability, 17(19), 8715.
-Coelho, L. M., Guimarães, A. C. R., Azevedo, A. R. G. d., & Monteiro, S. N. (2024). Sustainable reclaimed asphalt emulsified granular mixture for pavement base stabilization: Prediction of mechanical behavior based on repeated load triaxial tests. Sustainability, 16(13), 5335.
-Duncan, J. M., & Chang, C. Y. (1970). Nonlinear analysis of stress and strain in soils. Journal of The Soil Mechanics And Foundations Division, 96(5), 1629–1653.
-Firoozi, A. A., Guney Olgun, C., Firoozi, A. A., & Baghini, M. S. (2017). Fundamentals of soil stabilization. International Journal of Geo-Engineering, 8(1), 26.
-Giosuè, C., Belli, A., Mobili, A., Citterio, B., Biavasco, F., Ruello, M. L., & Tittarelli, F. (2017). Improving the impact of commercial paint on indoor air quality by using highly porous fillers. Buildings, 7(4), 110.
-He, M., Zhou, F., Wang, L., & Gao, F. (2024). Experimental study on Atterberg limits and shear strength properties of saline clay based on microscopic pore characteristics. Environmental Earth Sciences, 83(24), 682.
-Hosseini Manesh, S. M. H., Khabiri, M. M., & Rafiei, A. (2025). Investigation of the effects of recycled concrete aggregates and emulsified asphalt on the improvement of sandy soil performance. Waste Forum (1), 79–93.
-Li, J., Lin, H., Liu, J., & Fang, J. (2023). Macro-micro characteristics of geopolymer-stabilized saline soil in seasonal frozen soil region. Case Studies in Construction Materials, 19, e02496.
-Payne, G. H. (1966). The effect of epoxy resins on the durability and unconfined compressive strength of an A-1B Soil.
-Puppala, A. J., Talluri, N., Congress, S. S. C., & Gaily, A. (2018). Ettringite induced heaving in stabilized high sulfate soils. Innovative Infrastructure Solutions, 3(1), 72.
-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.
-Rollings, R. S., Burkes, J. P., & Rollings, M. P. (1999). Sulfate attack on cement-stabilized sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 125(5), 364–372.
-Surarak, C., Likitlersuang, S., Wanatowski, D., Balasubramaniam, A., Oh, E., & Guan, H. (2012). Stiffness and strength parameters for hardening soil model of soft and stiff Bangkok clays. Soils and Foundations, 52(4), 682–697.
-Wang, L., Yao, Y., Li, J., Liu, K., & Wu, F. (2023). A state-of-the-art review of organic polymer modifiers for slope eco-engineering. Polymers, 15(13), 2878.
-Zhu, Y., Yu, X., Gao, L., Chen, J., & Cotugno, M. D. (2019). Unconfined Compressive Strength of Aqueous Polymer‐Modified Saline Soil. International Journal of Polymer Science (1), 9137069.