Laboratory investigation of mechanical behaviour of cement-treated Edmonton clay subjected to freeze/thaw cycles

ABSTRACT: Since the 1930s, cement has been used as a binder to enhance the mechanical properties of soft soils, and research on mixtures of cement and soft soils has been documented for many kinds of earthwork. However, the literature is limited to clays with high moisture content, low binder contents, ambient conditions, and short-term stability. The present research investigates the development of strength in soils cemented with a high content of cement (i.e. soilcrete) served as a deep mixing foundation for heavy load and subjected to severe weather conditions in the long-term point of view. The soil is Edmonton clay with low plasticity and 21.8% moisture content. As the seasonal temperature change is vast, it is critical to inspect the mechanical properties of the soilcrete subjected to freeze/thaw (F/T) cycles in the cold regions. A temperature control system was built to conduct the F/T cycles with cylinder samples. To simulate the heat transform in situ, dry sand was selected as the medium to transfer the heat instead of the commonly-used air. Unconfined compressive strength (UCS) tests were carried out at different curing ages, after exposure to different F/T cycles, and under various freezing temperatures. Changes in the strength, the weight of specimens, stress-train behaviour, and the modulus were monitored after exposure to different F/T cycles with different temperatures. Results show that the strength increases with the curing age and decreases with the F/T cycles. The weight loss of the specimen gradually increased with the F/T cycles. The soilcrete behaves similarly to an overconsolidated clay and reaches peak strength at strains lower than 3%.

RÉSUMÉ: Depuis les années 1930, le ciment a été utilisé comme liant pour améliorer les propriétés mécaniques des sols mous, et la recherche sur les mélanges de ciment et de sols mous a été documentée pour de nombreux types de terrassements. Cependant, la littérature se limite aux argiles à forte teneur en eau, à faible teneur en liant, aux conditions ambiantes et à la stabilité à court terme. La présente recherche étudie le développement de la résistance dans les sols cimentés avec une teneur élevée en ciment (c'est-à-dire du béton de sol) servant de fondation de mélange en profondeur pour des charges lourdes et soumis à des conditions météorologiques sévères à long terme. Le sol est de l'argile d'Edmonton avec une faible plasticité et une teneur en eau de 21,8%. Comme le changement de température saisonnier est considérable, il est essentiel d'inspecter les propriétés mécaniques du béton du sol soumis à des cycles de gel / dégel (F / T) dans les régions froides. Un système de contrôle de la température a été construit pour effectuer les cycles F / T avec des échantillons de cylindres. Pour simuler la transformation de la chaleur in situ, le sable sec a été choisi comme milieu pour transférer la chaleur au lieu de l'air couramment utilisé. Des tests de résistance à la compression non confinée (UCS) ont été effectués à différents âges de durcissement, après exposition à différents cycles F / T et sous différentes températures de congélation. Les changements dans la résistance, le poids des spécimens, le comportement du train de contraintes et le module ont été surveillés après exposition à différents cycles F / T avec différentes températures. Les résultats montrent que la résistance augmente avec l'âge de durcissement et diminue avec les cycles F / T. La perte de poids de l'échantillon a progressivement augmenté avec les cycles F / T. Le béton du sol se comporte de manière similaire à une argile surconsolidée et atteint une résistance maximale à des déformations inférieures à 3%.