Lightweight Foamed Soil (LWFS) could be the substitute of normal soils used in backfill to earth structures and embankment materials far soft ground improvement in port and harbor project because of its effectiveness in settlement reduction and earth pressure decrease due to its lightness. A series of triaxial and unconfined compression tests were performed to investigate behaviors of LWFS composed of dredged soils, cement and air foam, and cured at underwater conditions. The density of LWFS will increase if LWFS is cured at underwater conditions because high water pressure makes air foam disappear or demolish during the curing compared with LWFS cured at normal air conditions. This paper is to find the mechanical behaviors of LWFS cured at seawater depth of 5.0 m and 10.0 m, respectively, which simulates underwater curing conditions by underwater pressure simulator chamber developed during this study. In addition, new normalized factor formula, which takes account of mixing design conditions determining compressive strength of LWFS, was proposed to consider mixing design factor fur LWFS.
The mechanical characteristics of Light-Weighted Foam Soil(LWFS) are investigated in this research. LWFS is composed of the dredged soil from offshore, cement and foam to reduce the unit-weight and increase compressive strength. For this purpose, the unconfined compression tests and triaxial compression tests are carried out on the prepared specimens of LWFS with various conditions such as initial water contents, cement contents, curing conditions and confining stresses. The test results of LWFS indicated that the stress-strain relationship and the compressive strength are strongly influenced by the cement contents rather than the intial water contents of the dredged soils. On the other hand, the stress-strain relationship from triaxial compression test has shown strain-softening behavior regardless of curing conditions. The stress-strain behavior for the various confining stress exhibited remarkable change at the boundary where the confining stress approached to the unconfined compression strength of LWFS. In order to obtain the ground improvement of the compressive strength above 200kPa, the required LWFS mixing ratio is found to be 100%~160% of the initial water contents of dredged soil and 6.6% of cement contents.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.2
no.3
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pp.247-254
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2014
The present study prepared lightweight foam-soil concrete mixtures classified into three groups. Considering the sustainablility, workability, and compressive strength development of such concrete, high-volume supplementary cementitious materials (SCMs) were used as follows: 20% cement, 15% fly ash, and 65% ground granulated blast-furnace slag. As main test parameters selected for achieving the compressive strength of 1MPa and dry density of $1,000kg/m^3$, the unit solid content (dredged soil and binder) ranged between 900 and $1,807kg/m^3$, and soil-to-binder ratio varied between 3.0 and 7.0. Test results revealed that the flow of the lightweight foam-soil concrete tended to decrease with the increase of unit soil content. The compressive strength of such concrete increased with the increase with the unit binder content, whereas it decreased as soil-to-binder ratio increased, indicating that the compressive strength can be formulated as a function of its dry density and soil-to-binder ratio.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6C
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pp.259-265
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2012
This paper investigates engineering characteristics of lightweight soils mixed with air foam and tire powder. Lightweight soils could be used as foundation materials, back-fills of reducing vibrating or abutment, and so on. Unconfined and triaxial compression tests were carried out to analyze strength and deformation characteristics of lightweight soils by changing target moist unit weight and cement contents. In comparison with strength characteristics of two different kinds of lightweight soils with same most unit weights ($13kN/m^3$), unconfined compression tests showed similar compressive strength, however, triaxial compression tests showed that compressive strength of lightweight soils mixed with waste tire powder was relatively larger strength than that of lightweight soils mixed with air foam because of elasticity of waste tire powder. Also, unconfined and triaxial compressive strengths of most of lightweight soils increase with increases of moist unit weight and cement contents. However, the strength of lightweight soils mixed with air foam under $11kN/m^3$, when moist unit weight exceeds a certain cement contents, decreases even though cement contents increase because of the effect in a void gap of air foam.
A series of unconfined compression tests were carried out firstly to investigate mechanical behaviors of Lightweight Foamed Soil (LWFS) which is composed of dredged soils, cement and air foam. And secondly, to compare the difference of mechanical characteristic of LWFS with previous research conclusions (Yoon & Kim,2004) by using different dredged soils sampled at Joong-Ma in Gwangyang harbor area. Based on numberous laboratory experiments, it was found that deformation coefficient $(E_{50})$ of LWFS increases with increasing cement contents but decreases with increasing initial water contents of dredged soils. Appropriate regression formula (normalizing factor scheme) which considers relationship between LWFS composing elements, initial water contents of dredged soils, cement, air foam, and uniaxial compression strength or LWFS is proposed for practical applications. Finally, it was clear that, to apply LWFS method to practical projects, certain laboratory test would be necessary to take considerations of soil locality because mechanical charac-teristics of LWFS were surely dependent upon their sampled locations and properties.
This study was especially conducted to find out the characteristics of the lightweight air-mixed soil (slurry density 10 kN/$m^3$) containing silt related to water. Compression strength, permeability, and capillary height of the lightweight air-mixed soil were studied, and also to support these studies, the structure of that soil was analyzed in detail. Air bubbles of various sizes are inside the lightweight air-mixed soil, and its distribution in a location is almost constant. A numerous tiny pores are inside the air bubbles so that the lightweight air-mixed soil can be saturated with water. Porosity is also estimated through the image analysis. Peak strength of the lightweight air-mixed soil is not dependent on water, but behavior of stress-strain is affected by the water. Permeability is about $4.857{\times}10^{-6}cm/sec$, which is a little bit higher than the clay's permeability. Capillary rise occurs rapidly at the beginning of the test until the lapse of 100 minutes and then its increase rate becomes slow. The capillary rise causes the increase of the density of the lightweight air-mixed soil, and thus it is required to pay attention to this phenomenon during structure design and maintenance of the lightweight air-mixed soil.
Lightweight Foamed Soil (LWFS) is a useful material for underground pipe backfill because of reusability of excavated soil and no compaction effect. In this research, a pilot test is carried out and monitoring results are analyzed to investigate behaviors of a flexible pipe, when LWFS is applied as a backfill material. Simultaneously, they are compared with another test case which is backfilled with Saemangeum dredged soil. As a result, the vertical earth pressure of the case backfilled with LWFS slurry presents that decreases as much as 25.6% in comparison with dredged soil and it is only within 10% after solidification. In case backfilled with dredged soil, the horizontal earth pressure is more than 3.6 times of the case used by LWFS and the vertical and horizontal deformation is more than 3.2 and 2.6 times of the case, respectively. It presents excellent effects on earth pressure and deformation reduction of LWFS. The stresses measured at the upper side of the pipe generally present compressive aspects in case backfilled with dredged soil. However, they present tensile aspects in case of LWFS. It is because of negative moment occurred at the center of the pipe due to the buoyancy from LWFS slurry. Conclusively, LWFS using Saemangeum dredged soil is very excellent material to use near the area in comparison with the dredged soil. However, the countermeasure to prevent the buoyancy is required.
Strength and compressibility characteristics of Light-Weighted Foam Soil (LWFS) are experimentally investigated in the paper. LWFS is composed of the dredged soils, cement and air foam to reduce unit-weight and to increase compressive strength. For these purposes, both unconfined compression tests and triaxial compression tests are carried out fer artficially prepared specimens of LWFS with various initial water contents, cement contents, mixing ratio of silty dredged soils and different confining stresses. The experimental results of LWFS indicate that the stress-strain relationship and the compressive strength are strongly influenced by cement contents rather than intial water contents of the edged soils. In this paper, the normalizing scheme considering the ratio of initial water contents, cement contents, and air foam contents has been proposed to evaluate the relationship between compressive strength of LWFS and a normalized factor.
This study is experimentally investigated for characteristics of lightweight air-trapped soils with uniform quality. Previously, EPS (Expanded PolyStyrene) blocks are often used as lightweight embankment, but many problems such as the level difference and cracks were caused by plastic (creep) deformation. So, a new material development is urgent. By means of alternatives, lightweight air-mixed soil using in-situ soils has been developed and applied to fields. In comparison with EPS block, lightweight air-mixed soil has less plastic (creep) deformation in long period, but the strength characteristics are different according to the soils where they are obtained. Therefore, the quality management of lightweight air-mixed soil is very difficult. Therefore in this study, characteristics of lightweight air-trapped soil using a manufactured sand with uniform quality are investigated. To found out the compression and tensile characteristics of lightweight air-tapped soils, unconfined compression test and splitting tensile test are conducted on the specimens prepared with different unit weight, cement-sand ratio and air-pore.
In order to determine the variability of environmental characteristics of lightweight air-foamed soil using marine clay according to freezing-thawing and soaking conditions, unconfined compressive strength of the lightweight air-foamed soil samples made by changing the amount of cement under curing conditions of outdoor low temperature, underground or indoor wetting were observed. Compressive strength was not increased under freezing-thawing (temperature range of $-9.1^{\circ}C{\sim}17.2^{\circ}C$) regardless of the amount of cement but the more cement using, it was increased rapidly by underground curing conditions within 30 cm beneath ground level. Therefore, it is necessary to install insulation layer cutting off exterior cold air after construction of lightweight air-foamed soil in condition of freezing-thawing. Bulk density was increased too small under the long-time soaking condition, it tended to decrease rapidly when samples were dried up and had below 6% of water contents. But variability of compressive strength and bulk density was very small for preventing drying and keeping its wet state. The lightweight air-foamed soil that installed beneath ground water level or covered by soil can be evaluated as a long-term reliable construction material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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