Utilization of Industrial by-products in Ground Improvement Applications

Alireza Mohammadinia, Alireza Foroughi

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoCalgary 2022: 75th Canadian Geotechnical Conference

Session: T14

RÉSUMÉ: Avec le progrès technologiques des équipements d'amélioration géotechnique des sols, le malaxage profond in situ est considéré comme une méthode rapide d'amélioration des sols. Cependant, le coût financier d'un dosage élevé de ciment ainsi que l'empreinte carbone de la stabilisation chimique à l'aide de ciment Portland limitent l'utilisation généralisée de cette technologie. Le laitier broyé et les cendres volantes de classe F sont des exemples de sous-produits riches en alumine, silice et calcium. Des solutions alcalines de silicate et d'hydroxyde ont été utilisées pour produire un gel d'aluminosilicate avec des gels C-S-H à température ambiante et créer des caractéristiques de résistance similaires et même supérieures à celles des échantillons stabilisés au ciment Portland. L'utilisation de sous-produits industriels tels que les scories et les cendres volantes permette de valorise ces sous-produits, mais peut également contribuer à la durabilité des projets de construction. De plus, les avantages financiers du remplacement du ciment Portland par des liants alternatifs à faible coût peuvent encourager les entrepreneurs à utiliser ces sous-produits. Cette recherche étudie les différences dans la rhéologie et la microstructure du sable meuble stabilisé et des argiles limoneuses avec des scories et des cendres volantes activées par un alcali et donne un aperçu des différences dans les techniques de stabilisation des dépôts sableux et argileux. La sensibilité à l'humidité, le dosage du liant, la taille des particules, la porosité et les conditions de durcissement des matériaux stabilisés sont comparés entre les deux matériaux parents. De plus, afin de comprendre le phénomène de désolidarisation du ciment dans la zone entourant la colonne de sol en béton traité, la vitesse des ondes de cisaillement a été utilisée pour corréler la détérioration des liaisons entre le massif en béton et le sol environnant sous contrainte. Une cellule de consolidation unidimensionnelle a été utilisée pour mesurer les changements de vitesse de cisaillement et de porosité d'échantillons légèrement stabilisés, représentant les matériaux dans la zone de frottis, sous différents confinements au chargement ko pour reconnaître la chute rapide de la vitesse de cisaillement comme signe de désolidarisation du ciment dans premiers stades de défaillance. Cette enquête fournit un aperçu plus approfondi de l'interaction sol-ciment dans une gamme allant de la colonne de sol en béton traité à la zone de frottis transformant la charge sur le sol environnant en optimisant la teneur en liant, la vitesse de mélange, en s'adaptant à la teneur en humidité naturelle qui à son tour augmente le niveau de confiance dans l'utilisation de cette méthode rapide d'amélioration du sol avec des matériaux durables.

ABSTRACT: With technological advances in ground improvement equipment, in-situ deep mixing is considered as a fast method of ground improvement. However, the financial cost of high cement dosage along with carbon footprint of chemical stabilization using Portland cement restrains the widespread use of this technology. Ground granulated slag and class F fly ash are examples of under-utilized waste powders that are rich in Alumina, silica and calcium. Alkaline silicate and hydroxide solutions have been used to produce Aluminosilicate gel along with C-S-H gels at room temperature and create strength characteristics similar and even higher to that of Portland cement stabilized specimens. Utilization of industrial by-products such as slag and fly ash not only redirects these by-products from landfills but also can improve the sustainability of the construction projects. In addition, the financial benefits of replacing Portland cement with alternative low-cost binders can encourage the contractors to utilize these waste materials. This research investigates differences in the rheology and microstructure of the stabilized loose sand and silty clays with alkali-activated slag and fly ash and provides insights into differences in stabilization techniques in sandy and clayey deposits. The moisture sensitivity, binder dosage, particle size, porosity and curing condition for stabilized materials are compared between the two parent materials. Additionally, in order to understand decementation in the smear zone surrounding the treated soilcrete column, the shear wave velocity was used to correlate the deterioration of bonds between the soilcrete and the surrounding soil with stress level. A one-dimensional consolidation cell was used to measure the changes of shear velocity and porosity of lightly stabilized samples, representing the materials in the smear zone, under different confinements at ko loading to recognize the rapid drop of shear velocity as a sign of decementation in early failure stages. This investigation provides a deeper insight into soil-cement interaction in a range from treated soilcrete column to the smear zone transforming the load to the surrounding soil by optimization of binder content, speed of mixing, adapting to the natural moisture content which in turn increases the level of confidence in utilizing this quick method of ground improvement with sustainable materials.

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