اصلاح خواص حرارتی و هیدرولیکی خاک با استفاده از نانوسیلیکا آیروژل جهت کاهش اثر یخبندان بر روسازی راه

یخبندان در خاک در مناطق سردسیر، مهم ترین عامل خرابی و کاهش کارایی روسازی راه ها و سایر سازه های خاکی می باشد. هدف از این تحقیق، معرفی روشی جدید برای کاهش اثرات نامطلوب یخبندان در خاک است. در این روش، یک عایق حرارتی سازگار با رطوبت برای ممانعت از نفوذ هوای سرد در خاک بستر تهیه شد. برای تهیه این عایق، از مخلوط خاک و سیلیکا آیروژل که یک نانومواد با هدایت حرارتی بسیار کم و آبگریزی فوق العاده زیاد می باشد استفاده گردید. سیلیکا آیروژل با نسبت های 5/0، 1 و 2 درصد وزنی با خاک مخلوط شد و هدایت حرارتی، آبگریزی، نفوذپذیری، درصد رطوبت در حالت اشباع و دوام در برابر چرخه های انجماد- ذوب این مخلوط ها مطالعه شد. در این مطالعه، مشاهده شد که به دلیل آبگریز بودن سیلیکا آیروژل، مخلوط های خاک- آیروژل نیز به طور چشم گیری آبگریز می شوند و جذب آب در آنها به طور قابل توجهی کاهش می یابد. به طوری که میزان رطوبت در حالت اشباع در خاک بدون سیلیکا آیروژل حدود چهار برابر میزان رطوبت در مخلوط خاک- آیروژل می باشد. به همین جهت، مرطوب شدن مخلوط های خاک- آیروژل تاثیر چندانی در افزایش هدایت حرارتی آنها ندارد. از سوی دیگر، مشاهده شد که نفوذپذیری خاک بدون سیلیکا آیروژل حدود 21 برابر نفوذپذیری مخلوط خاک- آیروژل است، که نشان دهنده کاهش چشم گیر نفوذپذیری مخلوط های خاک- آیروژل می باشد. به علاوه، چرخه های اشباع شدن- خشک شدن و انجماد- ذوب و همچنین قرار گرفتن در معرض جریان های سیلابی، هیچ تاثیری بر هدایت حرارتی مخلوط های خاک- آیروژل نداشت. با توجه به ویژگی های حرارتی و هیدرولیکی مخلوط های خاک- آیروژل، می توان آنها را به عنوان عایق حرارتی سازگار با رطوبت، برای مقابله با اثرات نامطلوب یخبندان در خاک، مناسب دانست و معرفی کرد.