Skip to main content
SUPERVISOR
Seyedmadi Hejazi,Seyed Mehdi Abtahi Forooshani,Hamid Hashemalhosseini
سیدمهدی حجازی (استاد مشاور) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما) حمید هاشم الحسینی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hadi Fatehigelab
هادی فاتحی گلاب

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Experimental Invstigation in Geotechnical Behavior of Granular Soil Stabilized by Sodium Caseinate Salt and Casein Biopolymer
Improvement of soil quality has always been of interest to civil engineers. Dune Sand from the desert environment is the most important sediment deposits that have great variation in different parts of the world an important loss. Loose granular soils and sediments sand are categorized as poor soils. Due to their weak capacity, high permeability, as well as some issues in the excavation and digging process, they are problematic in construction. Although cement and chemical polymers have a good performance in soil treatment, they have many detrimental impacts on the environment and spread greenhouse gasses into the atmosphere.So that the use of biopolymers as additives for soil stabilization would be a great solution to reduce environmental problems. In this study, the role of different biopolymers in geotechnical activities has been presented. Casein biopolymer as a new material for soil treatment has been introduced and geotechnical parameters of dune sand treated casein has been investigated. The Unconfined Compression, Direct Shear Soil, and California Bearing Ratio (CBR) tests were performed. Also, the microstructural behavior of sand treated casein was studied by Scanning Electron Microscopy (SEM) images. Uniaxial compressive tests were used for studying the effects of biopolymer contents, curing time, curing temperature, and milk fat content in soil improvement. The shear parameters and the casein usage in road construction projects were investigated by direct shear and CBR tests. Casein biopolymer was made in two types: Casein and Sodium Caseinate; the UCS was increased up to 1570.39 kPa and 1709.3 kPa for 5% of Casein and Sodium Caseinate, respectively. Internal friction angle also rose from 36.66 degrees for untreated sand to 45.98 degrees for casein (1%) treated sand and 42.94 degrees for sodium caseinate (1%) treated sand while cohesion was also increased greatly for both biopolymers treated sand. CBR results show that casein and sodium caseinate could be very useful in improvement of subgrade layers of roads. Overall, because casein can be made from spoiled milk and have a great performance in increasing geotechnical parameters, the use of casein would be a new and great opportunity for soil stabilization and resolve the ecological issues of other additives. Keywords Soil improvement, Loose Sand, Casein Biopolymer, Unconfined Compressive Test, Direct Shear Test, California Bearing Ration Test, SEM
بهبود کیفیت خاک‌ها از دیرباز مورد توجه مهندسان عمران قرارگرفته است. رسوبات ماسه‌بادی از مهم‌ترین رسوبات محیط‌های کویری هستند که دارای پراکندگی زیادی در نقاط مختلف جهان می‌باشند. خاک‌های دانه‌ای سست و رسوبات ماسه‌بادی گروهی از خاک‌های نامساعد هستند که به دلیل ضعف در تراکم‌پذیری، ظرفیت باربری پایین، نفوذپذیری بالا و همچنین مسائلی که در گودبرداری و حفاری در این خاک‌ها وجود دارد، برای عملیات اجرایی مشکلاتی را در همراه دارند. سیمان، آهک و پلیمرهای متداول امروزی از نفت خام ساخته می‌شوند که با توجه به محدود بودن منابع نفتی و ضررهایی که برای محیط‌زیست دارند قابل‌جایگزینی با بیوپلیمر هستند که از منابع تجدید پذیر قابل استحصال می‌باشند و ضرر خیلی کمی را روی محیط‌زیست به همراه دارند. باید به این نکته اشاره کرد که از بیوپلیمرها می‌توان برای ساخت باندهای فرودگاه، کنترل ماسه‌های روان اطراف ریل‌های راه‌آهن در نواحی ساحلی و کویری با پوشش ماسه‌ای، کنترل گردوغبار در مسیر جاده‌های دسترسی، زیرسازی جاده‌ها، تثبیت شانه‌های خاکی و برنامه‌ریزی جهت بیابان‌زدایی و ایجاد پوشش گیاهی در نواحی کویری سود جست. در این پژوهش، علاوه بر ارائه پیشینه‌ی نسبتاً مفصل در مورد نقش بیوپلیمرها در طول زمان بر روی تثبیت خاک‌های نامساعد، بیوپلیمر زیست سازگار کازئین معرفی و نقش آن در بهبود خواص ژئوتکنیکی خاک ماسه‌بادی بررسی می‌گردد. با توجه به روند استحصال این بیوپلیمر، نقش سدیم هیدروکسید نیز به‌عنوان یک ماده مؤثر در تولید رزین کازئین بررسی شد و همه آزمایش‌ها در دو حالت رزین کازئین بدون سدیم هیدروکسید و کازئین با سدیم هیدروکسید صورت گرفت. از آزمایش تک‌محوری برای بررسی نقش مقدار افزودنی، تأثیر زمان، تأثیر دما و تأثیر میزان اسیدهای چرب شیر بر روی تثبیت خاک ماسه‌بادی با کازئین استفاده‌شده است. نتایج آزمون تک‌محوری حاکی از تأثیر قابل‌ملاحظه این بیوپلیمر در تقویت مشخصات ژئوتکنیکی ماسه‌بادی دارد. افزایش درصد افزودنی تا 5 درصد بررسی گردید; با ازدیاد آن مقدار مقاومت نیز افزایش یافت که برای 5 درصد به 39/1570 و 3/1709 کیلو پاسکال به ترتیب برای کازئین بدون سدیم هیدروکسید و کازئین با سدیم هیدروکسید رسید. همچنین، آزمایش برش مستقیم برای بررسی تأثیر رزین کازئین بر روی بهبود پارامترهای مقاومت برشی انجام شد که نتایج حاصله نشان از اثر مثبت بیوپلیمر کازئین داشته است. زاویه اصطکاک داخلی از 66/36 درجه برای خاک معمولی، به 98/45 و 94/42 درجه به ازای 1درصد افزودنی به ترتیب برای کازئین بدون سدیم هیدروکسید و کازئین با سدیم هیدروکسید افزایش یافت. میزان چسبندگی نیز به ازای این میزان رزین تا 35/124 و 85/145 کیلو پاسکال رشد کرد. به‌علاوه، آزمون نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) انجام شد و تأییدی بر نتایج آزمایش‌های تک‌محوری و برش مستقیم می‌باشد. برای بررسی چگونگی بهبود پیوندهای بین ذرات نیز از تصاویر میکروسکوپ الکترونی استفاده شد. بیوپلیمر کازئین ازلحاظ اقتصادی نیز با توجه به مسائل مختلف و ضررهای ناشی از دیگر مواد خصوصاً سیمان روی محیط‌زیست به‌صرفه می‌باشد. کلمات کلیدی: اصلاح خاک ماسه‌بادی، رزین کازئین، بیوپلیمر، آزمایش مقاومت فشاری محصور نشده، آزمایش برش مستقیم، آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا، میکروسکوپ الکترونی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی