The effect of expanded perlite and metakaolin on the physicochemical properties of collapsible soils

Mohammad Ali  Khodabandeh; Katalin Kopecskó; Gábor Nagy

doi:10.59258/hk.17080

Mohammad Ali Khodabandeh Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geológiai és Geotechnikai TanszékVízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék https://orcid.org/0000-0002-6168-9687
Kopecskó Katalin Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geológiai és Geotechnokai Tanszék https://orcid.org/0000-0002-7169-966X
Nagy Gábor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geológiai és Geotechnikai TanszékVízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék https://orcid.org/0000-0003-4124-8937

Kulcsszavak: Roskadásveszélyes talaj, stabilizáció, Zéta-potenciál, perlit, metakaolin

Absztrakt

A roskadásveszélyes talajok, mint például a lösz, olyan problémás talajok, amelyek természetes állapotban telítetlenek, és természetes nedvességtartalmuk mellett jó teherbíró képességűek, de telítve váratlanul összeomlanak, és veszélyt jelentenek a ráépült épületekre. A tanulmány vizsgálja a kémiai stabilizátorok, köztük a perlit és a metakaolin hatását az összeomló talajok fizikai-kémiai viselkedésére, különösen a Zéta-potenciál értékére és a talaj morfológiájára. A természetes talaj és a kezelt talaj tulajdonságai összevethetők a Zéta-potenciál mérési tesztsorozat segítségével, az eredmények validálására pedig pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) vizsgálatok szolgáltak. Az eredmények szerint a perlit és a metakaolin megváltoztatta a löszös talaj tulajdonságait. Az eredmények azt mutatták, hogy a talajok abszolút Zéta-potenciálja megnőtt perlit és metakaolin hozzáadása után, ami a perlittel vagy metakaolinnal kevert talajok nagyobb diszperzitását jelzi. A pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) azt mutatta, hogy a kezeletlen minták laza szerkezetűek, kiterjedt pórusokkal, míg a kezelt minták sűrű és egyenletes szerkezetűek, részecskék átrendeződésével. SEM felvételek igazolták a geopolimer gél kialakulását a talajmátrixban, amely jelentős mértékben hozzájárul a metakaolinnal stabilizált minták mechanikai tulajdonságainak javításához. A mikroszerkezeti- és termékösszetétel-elemzések szerint a metakaolin által generált szilikát-aluminát kolloid fokozta a sima talaj pelyhes egységei közötti cementációt, a metakaolin által stabilizált sima talaj talajszerkezete pedig sűrűbb volt.

Szerző életrajzok

Mohammad Ali Khodabandeh , Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geológiai és Geotechnikai TanszékVízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék

Mohammad Ali Khodabandeh 1991-ben született Jajarmban, Iránban. Középiskolai tanulmányait a Garmeh-i Saadi Gimnáziumban fejezte be Iránban. 2014-ben végzett a Shahrood-i Iszlám Szabadegyetemen, ahol építőmérnöki diplomát szerzett. Ezután, 2016-ban szerzett MSc diplomát a Shahrood-i Műszaki Egyetemen geotechnikai mérnöki szakon. 2019 óta a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszékén dolgozik doktori fokozatának elérésén, ahol oktatási és kutatási feladatokat lát el. Doktori disszertációja a "Lösz talajok roskadási hajlama és szilárdsági paraméterei" témában készül. Okleveles építőmérnök, geotechnikus, kutató és a Szeizmológiai Társaság tagja. ORCID: 0000-0002-6168-9687

Kopecskó Katalin , Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geológiai és Geotechnokai Tanszék

KOPECSKÓ KATALIN a BME Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszékének egyetemi docense. 1990-ben szerzett vegyészmérnöki diplomát, 2004-ben betontechnológia szakmérnöki diplomát; 2006-ban PhD fokozatot Építőmérnöki tudományterületen. Számos tárgyat oktat építőmérnök hallgatóknak BSc, MSc és PhD képzésben. Kutatási területei: röntgendiffrakció (XRD), termikus elemzések (TG/DTG/DTA), pásztázó elektronmikroszkópia (SEM), valamint Zéta potenciál vizsgálat anyagtudományi alkalmazása, romlási folyamatok és tartósság, agyag, cementkötésű anyagok, alkáli aktivált és geopolimer kötőanyagok, biomineralizáció, A fib TG7.8, a RILEM TC 302-CNC és az MSZT/MB 102 (Cement és mész) munkabizottságok, valamint nemzetközi konferenciák tudományos bizottságának tagja.

Nagy Gábor, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Geológiai és Geotechnikai TanszékVízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék

NAGY GÁBOR 1988-ban született Szombathelyen, középiskolai tanulmányait a kőszegi Jurisich Miklós Gimnáziumban végezte. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen szerzett okleveles építőmérnöki diplomát BSc szinten 2011-ben, MSc diplomát 2013-ban kapott. 2013 óta a BME Geotechnika, majd Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszék munkatársa, ahol mind oktatási, mind kutatási feladatokat lát el, 2017-ben védte meg PhD disszertációját „Árvízvédelmi gátak diszperzitása” címmel. Okleveles építőmérnök, geotechnikai tervező, a Magyar Mérnöki Kamara, a Magyar Geotechnikai Egyesület tagja

Hivatkozások

Ahmed, M.D., Hamza, N.A. (2015). Effect of metakaolin on the geotechnical properties of expansive Soil. Journal of Engineering, 21(12), pp. 29-45. https://doi.org/10.31026/j.eng.2015.12.03

Al Bakri, A.M., Kamarudin, H., Bnhussain, M., Nizar, I.K., Rafiza, A.R., Zarina, Y. (2012). The processing, character-ization, and properties of fly ash-based geopolymer concrete. Rev. Adv. Mater. Sci, 30(1), pp. 90-97.

Calik, U., Sadoglu, E. (2014/a). Engineering properties of expansive clayey soil stabilized with lime and perlite. https://doi.org/10.12989/gae.2014.6.4.403

Calik, U., Sadoglu, E. (2014/b). Classification, shear strength, and durability of expansive clayey soil stabilized with lime and perlite. Natural hazards, 71(3), pp. 1289-1303. https://doi.org/10.1007/s11069-013-0950-1

Farahani, E., Emami, H., Fotovat, A., Khorassani, R. (2019). Effect of different K: Na ratios in soil on a dispersive charge, cation exchange, and Zeta potential. Eur. J. Soil Sci. 70 (2), pp. 311-320. https://doi.org/10.1111/ejss.12735

Hanegbi, N., Katra, I. (2020). A clay-based geopolymer in loess soil stabilization. Applied Sciences, 10(7), 2608. https://doi.org/10.3390/app10072608

Khodabandeh, M.A., Nokande, S., Besharatinezhad, A., Sadeghi, B., Hosseini, S.M. (2020). The effect of acidic and alkaline chemical solutions on the behavior of collapsible soils. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 64(3), pp. 939-950. https://doi.org/10.3311/PPci.15643

Khodabandeh, M.A., Nagy G. (2022). Collapse potential of loess soils contaminated by synthetic and landfill leachates. In Symposium of the Macedonian Association for Geotechnics (pp. ISRM-MAG). ISRM.

Khodabandeh, M.A., Nagy G., Török Á. (2023a). Stabilization of collapsible soils with nanomaterials, fibers, poly-mers, industrial waste, and microbes: Current trends. Construction and Building Materials, 368, 130463. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130463

Khodabandeh, M.A., Kopecskó K., Nagy G. (2023b). Strength properties of collapsible soils stabilized by innovative materials, Proceedings of the 17th Danube European Conference on Geotechnical Engineering (17DECGE), Bucha-rest, Romania.

Li, S., Li, Y., Huang, X., Hu, F., Liu, X., Li, H. (2018). Phosphate fertilizer enhancing soil erosion: effects and mech-anisms in a variably charged soil. Journal of Soils and Sediments, 18(3), pp. 863-873. https://doi.org/10.1007/s11368-017-1794-1

Mehta, A, Siddique, R. (2017). Sulfuric acid resistance of fly ash-based geopolymer concrete. Constr Build Mater 2017, 146, pp. 136-43. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2017.04.077

Muhammad, A., Yusuf, A., Umar, M. (2020). Assessment of lateritic soil stabilized using metakaolin. Journal of Ge-otechnical Studies, 5(1), pp. 15-26. http://doi.org/10.5281/zenodo.3676443

Nokande, S., Khodabandeh, M.A., Hosseini, S.S., Hosseini, S.M. (2020). Collapse Potential of Oil-Contaminated Loessial Soil (Case Study: Golestan, Iran). Geotechnical and Geological Engineering, 38(1), pp. 255-264. https://doi.org/10.1007/s10706-019-01014-9

Nokande, S., Khodabandeh, M. A., Besharatinezhad, A., Nagy, G., Török, Á. (2022). Effect of Oil Contamination on the Behavior of Collapsible Soil. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 66(3), pp. 775-784. https://doi.org/10.3311/PPci.19636

Parameswaran, T.G. (2017). Factors Controlling the Dispersivity of Soils and the Role of Zeta Potential (Doctoral dissertation).

Ogila, W.A.M., Eldamarawy, M.E. (2022). Use of Cement Kiln Dust for Improving the Geotechnical Properties of Collapsible Soils. Indian Geotechnical Journal, 52(1), pp.70-85.

Siddiqua, S., Bigdeli, A. (2022). Utilization of MgCl2 solution to control collapse potential of soil. Transportation Geotechnics, 33, p.100731. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2022.100731

Tabarsa, A., Latifi, N., Meehan, C. L., & Manahiloh, K. N. (2018). Laboratory investigation and field evaluation of loess improvement using nano clay–A sustainable material for construction. Construction and Building Materials, 158, 454-463.

Xu, P., Zhang, Q., Qian, H., Yang, F., Zheng, L. (2021). Investigating the mechanism of pH effect on saturated permeability of remolded loess. Engineering Geology, 284, 105978. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105978

Zamani, M., Badv, K. (2019). Assessment of the geotechnical behavior of collapsible soils: a case study of the Mo-hammad-Abad railway station soil in Semnan. Geotechnical and Geological Engineering, 37(4), pp. 2847-2860. https://doi.org/10.1007/s10706-018-00800-1

Zhang, HY., Kodur, V., Wua, B., Cao, L., Wang, F. (2016). Thermal behavior and mechanical properties of geopol-ymer mortar after exposure to elevated temperatures. Constr Build Mater; 109. pp. 17-24. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.01.043

Zhang, M., Zhao, M., Zhang, G., Nowak, P., Coen, A., Tao, M. (2015). Calcium-free geopolymer as a stabilizer for sulfate-rich soils. Applied Clay Science, 108, pp. pp. 199-207. https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.02.029

Roskadásveszélyes talajok tulajdonságainak vizsgálata perlittel és metakaolinnal történő talaj-kezelés hatására

Absztrakt

Szerző életrajzok

Hivatkozások