مطالعه آزمایشگاهی مقایسه تثبیت خاک رس کائولینیت با سیمان و غبار کوره سیمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

3 دانشگاه صنعتی امیر کبیر

چکیده

یکی از مسائل مهم در اجرای پروژه‌های عمرانی وجود خاک‌های رسی با مقاومت پایین و مشکلات ژئوتکنیکی ناشی از آن است. تثبیت شیمیایی با مواد افزودنی مانند سیمان از روش‌های متداول بهسازی خاک‌های رسی است. با وجود تاثیر قابل‌قبول سیمان در بهبود مقاومت خاک، به‌دلیل آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از فرایند تولید این ماده، در سال‌های اخیر محققین به دنبال مصالح جایگزین سیمان با آلودگی کمتر و صرفه اقتصادی بوده‌اند. یکی از این مصالح، غبار کوره سیمان است. غبار کوره سیمان یک محصول جانبی تولید سیمان پرتلند است که در محل خروجی گازهای آزاد شده کوره سیمان توسط فیلترهای پارچه‌ای یا رسوب‌کننده الکترواستاتیکی جمع‌آوری می‌شود. در این مقاله به مقایسه پارامترهای ژئوتکنیکی خاک رس کائولینیت تثبیت‌شده با سیمان و غبار کوره سیمان پرداخته می‌شود. به‌این‌منظور آزمایش‌های حدود اتربرگ، تراکم، مقاومت فشاری محصورنشده و نسبت باربری کالیفرنیا بر نمونه‌های حاوی 5 ،10 و 15 درصد سیمان و غبار کوره سیمان (نسبت به وزن خشک خاک) انجام شد. نتایج نشان داد که سیمان و غبار کوره سیمان مقاومت خاک را افزایش می‌دهند و مقاومت فشاری محصورنشده نمونه با 15 درصد غبار کوره سیمان برابر با مقاومت نمونه با 10 درصد سیمان پس از 28 روز عمل‌آوری می‌باشد. آنالیز میکروسکوپ الکترونی‌روبشی نمونه‌های حاوی سیمان و غبار کوره سیمان نشان داد که به‌دلیل تشکیل ژل کلسیم سیلیکات هیدرات، حفره‌ها کاهش یافته و اتصال بین ذرات خاک بیشتر شده‌است که منجر به افزایش مقاومت می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Laboratory study on stabilization of kaolinite clay with cement and cement kiln dust

نویسندگان [English]

  • Sadegh Ghavami 1
  • Hamid Jahanbakhsh 2
  • Fereydoon Moghaddasnezhad 3
1 PhD candidate, School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
2 PhD Student, Department of Civil Engineering and Environmental, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Considering the geotechnical problems caused by low strength, clayey soils are important in construction projects. Chemical stabilization with additives such as cement is a common method to improve the engineering properties of clay soils. In spite of the acceptable effects of cement on the strength of soils, the cost of this additive and its destructive effects on the environment should be of concern. This has led the researchers to use by-products and waste materials. Cement Kiln Dust (CKD) is a powdery byproduct of the Portland cement manufacturing process. In this paper, the geotechnical parameters of cement and cement kiln dust stabilized kaolinite clay are compared. For this purpose, Atterberg limits, standard proctor, unconfined compressive strength, and California bearing ratio tests were conducted on specimens containing 5, 10 and 15% cement and CKD (by dry weight of the soil). The results show that the cement and cement kiln dust increase soil strength. It was seen that the unconfined compressive strength of the specimen with 15% CKD is equal to the specimen with 10% cement after 28 days of curing. It is evident from the scanning electron microscopy analysis of specimens containing cement and CKD that calcium silicate and aluminate hydration products reduce the volume of the void spaces and join the soil particles, leading the strength to increase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil Stabilization
  • Cement
  • Cement Kiln Dust
  • Geotechnical Parameters
  • Scanning electron microscope
[1] W.A. Dunlap, J.A. Epps, B. Biswass, B.M. Gallaway, United States Air Force Soil Stabilization Index System-A Validation, TEXAS A AND M UNIV COLLEGE STATION, 1975.
[2] E. Basha, R. Hashim, H. Mahmud, A.J.C. Muntohar, b. materials, Stabilization of residual soil with rice husk ash and cement, 19(6) (2005) 448-453.
[3] A.A. Al-Rawas, A. Hago, H.J.B. Al-Sarmi, Environment, Effect of lime, cement and Sarooj (artificial pozzolan) on the swelling potential of an expansive soil from Oman, 40(5) (2005) 681-687.
[4] M. Asgari, A.B. Dezfuli, M.J.A.J.o.G. Bayat, Experimental study on stabilization of a low plasticity clayey soil with cement/lime, 8(3) (2015) 1439-1452.
[5] S.H. Bahmani, B.B. Huat, A. Asadi, N.J.C. Farzadnia, B. Materials, Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement, 64 (2014) 350-359.
[6] A. Herzog, J.K.J.H.R.R. Mitchell, Reactions accompanying stabilization of clay with cement, (36) (1963).
[7] D. Bergado, L. Anderson, N. Miura, A. Balasubramaniam, Soft ground improvement in lowland and other environments, in, AsCE, 1996.
[8] J.J.G. Croft, The influence of soil mineralogical composition on cement stabilization, 17(2) (1967) 119135.
[9] R. Feiz, J. Ammenberg, L. Baas, M. Eklund, A. Helgstrand, R.J.J.o.C.P. Marshall, Improving the CO2 performance of cement, part I: utilizing life-cycle assessment and key performance indicators to assess development within the cement industry, 98 (2015) 272-281.
[10] A.M.J.J.o.C.P. Rashad, An exploratory study on highvolume fly ash concrete incorporating silica fume subjected to thermal loads, 87 (2015) 735-744.
[11] F.M. Nejad, M. Habibi, P. Hosseini, H.J.J.o.C.P. Jahanbakhsh, Investigating the mechanical and fatigue properties of sustainable cement emulsified asphalt mortar, 156 (2017) 717-728.
[12] Z.A.J.E.S. Baghdadi, Jeddah, Scientific Publication Center, King Abdul Aziz University, Utilization of kiln dust in clay stabilization, 2 (1990) 153-163.
[13] Z. Baghdadi, M. Fatani, N.J.J.o.M.i.C.E. Sabban, Soil modification by cement kiln dust, 7(4) (1995) 218-222.
[14] G.A. Miller, S.J.C. Azad, b. materials, Influence of soil type on stabilization with cement kiln dust, 14(2) (2000) 89-97.
[15] K. Carlson, F. Sariosseiri, B.J.G. Muhunthan, G. Engineering, Engineering properties of cement kiln dustmodified soils in Western Washington State, 29(5) (2011) 837-844.
[16] R. Siddique, Waste materials and by-products in concrete, Springer Science & Business Media, 2007.
[17] S. Peethamparan, J. Olek, J.J.C. Lovell, c. research, Influence of chemical and physical characteristics of cement kiln dusts (CKDs) on their hydration behavior and potential suitability for soil stabilization, 38(6) (2008) .518-308
[18] W.J. McCoy, R. W. Kriner, Use of waste kiln dust for soil Consolidation, Lehigh Portland Cement Co., Allentown, Pennsylvania, U.S.A., 1971
[19] A.J. Alrubaye, M. Hasan, M.Y.J.I.J.o.G.E. Fattah, Stabilization of soft kaolin clay with silica fume and lime,11(1)(2017) 90-96.
[20] M. Kamon, S.J.J.o.g.e. Nontananandh, Combining industrial wastes with lime for soil stabilization, 117(1) (1991) 1-17.
[21] ASTM D05-4318. Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2005.
[22] ASTM D11-2487. Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011.
[23] ASTM D02-854. Standard Test Method for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2002.
[24] ASTM D00-698a. Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2000.
[25] ASTM D2166 / D2166M13-. Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013.
[26] ASTM D99-1883. Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of Laboratory-Compacted Soils. ASTM International, West Conshohocken, PA, 1999.
[27] F.M. Nejad, A. Modarres, Soil stabilization with waterproof cement for road applications. Amirkabir J. Civil Eng., 42 (1) (2010) 63-5.
[28] J. Milburn, R. Parsons, Performance of soil stabilization agents, University of Kansas, Lawrence, 2014; Report no. K-TRAN: KU8-01.