Assessment of the geotechnical and microstructural characteristics of lime stabilised expansive soil with bagasse ash

Liet Dang, Hadi Khabbaz

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Soil Mechanics and Foundations (Ground Improvement)

ABSTRACT: Bagasse ash is a readily available waste by-product of the sugar-cane refining industry; its improper disposal can cause adverse environmental impacts. Therefore, bagasse ash is considered in this assessment to investigate the possibility of utilising it as an additive for stabilisation of expansive soils. This study aims to assess the improvement in geotechnical properties of expansive soil stabilised with various contents of bagasse ash and lime. The geotechnical characteristics of stabilised soil were examined through a series of unconfined compressive strength (UCS) tests of untreated and treated soil specimens for various curing periods of 3, 7, 28, and 56 days. A preliminary study on the microstructure development of untreated and treated soils was also conducted using scanning electron microscopy (SEM) technique. The results of the UCS tests reveal that the additions of hydrated lime alone, and combined hydrated lime-bagasse ash improved the compressive strength and the stiffness of stabilised soil remarkably. The significant strength development of lime treated soils with bagasse ash was observed not only at the initial stage of 28 days of curing but also at the subsequent 28 days irrespective of additive content. However, for soil samples treated with hydrated lime alone, the predominant strength gain was obtained at the initial stage of 28 days of curing. Subsequently, the compressive strength remained almost constant when curing time exceeded 28 days. The outcomes of the SEM analysis indicate the change in microstructure of the stabilised soils and the formation of new cementitious compounds of Calcium-Silicate-Hydrate (C-S-H). The findings of this study reveal that the application of hydrated lime and bagasse ash combination, as reinforcing construction materials, enhances the geotechnical properties of expansive soil. Using bagasse ash combined with lime can address the coming environmental impacts of bagasse ash disposal, while providing cost-effective and alternative construction materials for sustainable infrastructure development.

RÉSUMÉ: La cendre de bagasse est un sous-produit de déchets facilement disponible de l'industrie du raffinage de la canne à sucre; son élimination inadéquate peut entraîner des impacts environnementaux négatifs. Par conséquent, la cendre de bagasse est considérée dans cette évaluation pour étudier la possibilité de l'utiliser comme additif pour la stabilisation des sols expansifs. Cette étude vise à évaluer l'amélioration des propriétés géotechniques du sol expansif stabilisé avec diverses teneurs en cendres de la bagasse et chaux. Les caractéristiques géotechniques du sol stabilisé ont été examinées au moyen d'une série d'essais de résistance à la compression non confinée (UCS) d'échantillons de sol non traités et traités pendant diverses périodes de cure de 3, 7, 28 et 56 jours. Une étude préliminaire sur le développement de la microstructure des sols non traités et traités a également été réalisée à l'aide de la technique de microscopie électronique à balayage (MEB). Les résultats des tests UCS révèlent que les ajouts de chaux hydratée seule et de cendre de chaux-bagasse hydratée combinée améliorent remarquablement la résistance à la compression et la rigidité du sol stabilisé. Le développement significatif de la force des sols traités à la chaux avec de la cendre de bagasse a été observé non seulement au stade initial de 28 jours de durcissement, mais également au cours des 28 jours suivants, indépendamment de la teneur en additif. Cependant, pour les échantillons de sol traités avec de la chaux hydratée seule, le gain de résistance prédominant a été obtenu au stade initial de 28 jours de durcissement. Par la suite, la résistance à la compression est restée presque constante lorsque le temps de durcissement a dépassé 28 jours. Les résultats de l'analyse MEB indiquent la modification de la microstructure des sols stabilisés et la formation de nouveaux composés cimentaires de calcium-silicate-hydrate (C-S-H). Les résultats de cette étude révèlent que l'application de la chaux hydratée et de la combinaison de cendre de bagasse, en tant que matériaux de construction renforçant, améliore les propriétés géotechniques du sol expansif. L'utilisation de la cendre de bagasse associée à la chaux peut permettre de faire face aux impacts environnementaux futurs de l'élimination des cendres de bagasse, tout en fournissant des matériaux de construction rentables et alternatifs pour le développement d'infrastructures durables.

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