پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

تثبیت پایدار خاک‌های رسی بستر راه با ژئوپلیمر حاصل از ترکیب پودر شیشه زائد و پسماند کلسیم کاربید با رویکرد زیست‌محیطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشجوی دکتری ژئوتکنیک، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهیدباهنر کرمان، ایران
10.22034/tri.2026.570391.3429
چکیده
در سال‌های اخیر، استفاده از پسماندهای صنعتی و شهری در بهسازی خاک‌های مشکل‌دار—به‌ویژه خاک‌های رسی بستر راه‌ها—به‌عنوان یک استراتژی پایدار و دوست‌دار محیط‌زیست در مهندسی ژئوتکنیک مورد توجه قرار گرفته است. خاک‌های رسی به‌دلیل خصوصیات نامطلوبی همچون تورم‌پذیری بالا، نشست قابل‌توجه، ظرفیت باربری پایین و حساسیت به تغییرات رطوبتی، اجرای پایدار راه‌ها را با چالش‌های جدی مواجه می‌سازند. روش‌های سنتی تثبیت خاک، از جمله مصرف سیمان و آهک، علاوه بر هزینه‌بر بودن، سهم قابل‌توجهی در مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای—به‌ویژه دی‌اکسید کربن—دارند و با اصول توسعه پایدار همخوانی کاملی ندارند. در این زمینه، بازیافت پسماندهای جامد شهری و صنعتی نه تنها به‌عنوان جایگزینی هوشمندانه برای مواد مصرفی سنتی عمل می‌کند، بلکه گامی مؤثر در جهت کاهش حجم ضایعات، صرفه‌جویی در منابع معدنی و حرکت به‌سوی اقتصاد چرخشی محسوب می‌شود. در این پژوهش، از ترکیب پودر شیشه زائد (به‌عنوان پسماند شهری غنی از سیلیس) و پسماند کلسیم کاربید (حاصل فرآیند تولید گاز استیلن در صنایع شیمیایی) در قالب یک سیستم ژئوپلیمری برای تثبیت خاک رسی استفاده شده است. برای ارزیابی عملکرد این ترکیب، آزمایش‌های ژئوتکنیکی و مطالعات ریزساختاری انجام شد. یافته‌ها نشان داد که نمونه‌های خاک تثبیت‌شده با 15 درصد پودر شیشه زائد و 7 درصد پسماند کلسیم کاربید بیشترین بهبود را در پارامترهای مکانیکی از خود نشان دادند. همچنین، تحلیل‌های میکروسکوپی تأیید کردند که تشکیل محصولات ژئوپلیمری در ماتریس خاک، تراکم ساختاری و کاهش تخلخل مؤثر را به‌دنبال داشته است. این پژوهش نه تنها از دیدگاه فنی-مکانیکی، بلکه از منظر زیست‌محیطی و مدیریت پسماند، اهمیت بالایی دارد؛ چرا که استفاده از این ترکیب دوگانه می‌تواند همزمان چالش‌های فنی بهسازی بستر رسی راه و دغدغه‌های زیست‌محیطی ناشی از تجمع پسماندها را مدیریت کند. در نتیجه، یافته‌های این مطالعه می‌تواند زمینه‌ساز کاربرد گسترده‌تر مواد زائد در پروژه‌های زیرساختی پایدار و کم‌کربن باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Sustainable Stabilization of Roadbed Clay Soils Using Geopolymer Derived from Waste Glass Powder and Calcium Carbide Residue: An Environmentally Friendly Approach

نویسنده English

Seyed Ali Mortazavi Ravari
PhD Candidate of Civil Engineering Department, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
چکیده English

In recent years, the use of industrial and municipal waste materials in stabilizing problematic soils—particularly clayey roadbeds—has emerged as a sustainable and environmentally friendly strategy in geotechnical engineering. Clay soils exhibit unfavorable characteristics such as high swell potential, significant settlement, low bearing capacity, and moisture sensitivity, posing serious challenges to sustainable road construction. Conventional soil stabilization methods, including the use of cement and lime, are not only costly but also contribute significantly to energy consumption and greenhouse gas emissions—especially CO₂—making them less compatible with sustainable development principles. In this context, recycling solid urban and industrial wastes serves not only as an intelligent alternative to traditional binders but also as an effective step toward reducing waste volume, conserving natural resources, and advancing the circular economy. This study investigates the application of a geopolymer system combining waste glass powder (WGP)—a silica-rich urban waste—and calcium carbide residue (CCR)—a by-product of acetylene gas production—for the stabilization of clay soil. A series of geotechnical tests and microstructural analyses were conducted to evaluate the performance of this composite. Results showed that soil samples stabilized with 15% WGP and 7% CCR exhibited the highest improvement in mechanical properties. Microscopic analyses confirmed the formation of geopolymeric gels (C-A-S-H and C-S-H), which enhanced structural densification and reduced effective porosity. This research holds dual significance: from both a technical-mechanical and an environmental-waste management perspective, as the synergistic use of these two wastes simultaneously addresses geotechnical challenges of soft clay stabilization and environmental concerns related to waste disposal. Therefore, the findings of this study can pave the way for broader utilization of waste-derived materials in sustainable, low-carbon infrastructure projects.

کلیدواژه‌ها English

Roadbed clay
Waste glass powder
Calcium carbide residue
Geopolymer
Waste materials

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 09 خرداد 1405