اثر کامپوزیت هیبریدی بنتونیت-آلژینات سدیم-نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی

چکیدهسابقه و هدف: افزایش بهره برداری از منابع خاک و گسترش فعالیت های کشاورزی و صنعتی معمولا منجر به تخریب ساختاری و کاهش کیفیت فیزیکی و مکانیکی خاک می شود. اما کاهش استفاده از خاک به دلیل محدودیت منابع آب، می تواند فشار وارد بر خاک را کاهش داده و در نتیجه، روند تخریب ساختاری آن را کندتر نماید. این مسئله به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک که با محدودیت منابع آب و خاک مواجه هستند، اهمیت بیشتری پیدا می کند. یکی از راهکارهای نوین برای بهبود ویژگی های مکانیکی خاک، استفاده از مواد افزودنی طبیعی و سازگار با محیط زیست است. در این راستا، کامپوزیت های هیبریدی با قابلیت اصلاح ساختمان خاک و افزایش پایداری آن، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده اند. بنتونیت به دلیل خاصیت تورمی و جذب بالای آب، آلژینات به عنوان یک پلیمر زیستی و نانوسلولز به دلیل خواص مکانیکی و زیست تخریب پذیری برجسته، از جمله مواد موثر در بهبود ویژگی های مکانیکی خاک محسوب می شوند. هدف از این پژوهش، بررسی اثر کامپوزیت هیبریدی متشکل از بنتونیت، آلژینات و نانوسلولز بر برخی ویژگی های فیزیکی و حدود اتربرگ یک خاک لسی در استان گلستان است. این مطالعه به منظور بهبود پایداری ساختاری و افزایش مقاومت خاک در برابر تنش های مکانیکی و فرسایش انجام شده است.مواد و روش ها: در این پژوهش، کامپوزیت های هیبریدی مختلف شامل ۵۰ درصد بنتونیت/ ۳۰ درصد آلژینات سدیم/ ۲۰ درصد نانوسلولز (B۵۰/A۳۰/N۲۰)، ۷۰ درصد بنتونیت/ ۲۰ درصد آلژینات سدیم/ ۱۰ درصد نانوسلولز (B۷۰/A۲۰/N۱۰) و ۸۰ درصد بنتونیت/ ۱۵ درصد آلژینات سدیم/ ۵ درصد نانوسلولز (B۸۰/A۱۵/N۰۵) به کار گرفته شد. پس از آماده سازی نمونه ها، آزمون های رطوبت خاک، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) و حدود اتربرگ شامل حد روانی، حد خمیری، شاخص خمیری و ضریب انبساط و انقباض (COLE) به منظور ارزیابی تاثیر این کامپوزیت ها انجام شد. نمونه ها در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی آماده سازی و مورد بررسی قرار گرفتند. داده های به دست آمده از آزمون ها با استفاده از روش های آماری تحلیل شدند تا میزان بهبود ویژگی های مکانیکی خاک در پاسخ به درصدهای مختلف افزودنی ها ارزیابی شود.یافته ها: یافته های این مطالعه نشان داد که کامپوزیت بنتونیت/ آلژینات سدیم/ نانوسلولز اثرات قابل توجهی بر خصوصیات مکانیکی و فیزیکی خاک دارد. نتایج بررسی ها نشان داد که ترکیب B۸۰/A۱۵/N۰۵ منجر به افزایش حد روانی و خمیری خاک شد که به خاصیت جذب آب بالاتر و بهبود انسجام ساختاری نسبت داده شد. شاخص خمیری نیز با افزایش سهم بنتونیت و نانوسلولز در فرمولاسیون کامپوزیت ها افزایش یافت و بیشترین مقدار (۸۱/۱۵ گرم بر گرم) با کاربرد ۳ درصد کامپوزیت B۸۰/A۱۵/N۰۵ مشاهده شد. از سوی دیگر، کاربرد ۳ درصد از کامپوزیت B۵۰/A۳۰/N۲۰ کمترین مقدار را در ضریب انبساط و انقباض (COLE) با مقدار ۰۲/۰ داشت. همچنین، این ترکیب باعث افزایش رطوبت خاک و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) گردید که حاکی از بهبود پایداری ساختار خاک و ظرفیت نگهداری آب بود. نتیجه گیری: یافته های این پژوهش نشان می دهد که این کامپوزیت ها به عنوان اصلاح کننده های موثر می توانند برای بهبود ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک مورد استفاده قرار گیرند. بسته به نیازهای عملکردی، انتخاب درصدهای بهینه ترکیبات می تواند منجر به بهبود ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک شود و کارایی آن را در شرایط مختلف محیطی افزایش دهد. این امر می تواند در کاربردهای مختلفی در کشاورزی، محیط زیست و مدیریت منابع طبیعی مفید واقع شود. علاوه بر این، استفاده از این کامپوزیت ها در اصلاح خاک های ضعیف (بهبود عناصر غذایی و ظرفیت نگهداری آب) و افزایش بهره وری کشاورزی، می تواند به عنوان یک روش پایدار در راستای تحقق اهداف کشاورزی مدرن و توسعه پایدار مورد توجه قرار گیرد. در آینده، تحقیقات بیشتر در خصوص بهینه سازی ترکیب و مقادیر دقیق این مواد، همچنین بررسی اثرات طولانی مدت آنها بر محیط زیست و اکوسیستم های مختلف، می تواند به درک بهتر از پتانسیل های کاربردی این کامپوزیت ها و گسترش استفاده از آنها در حوزه های مختلف کمک کند.

کلیدواژه ها:

بهساز خاک ، بنتونیت ، حدود اتربرگ ، خاک لسی ، ضریب انبساط و انقباض