Soft soil ground is a crucial factor limiting the development of the construction of transportation infrastructure in coastal areas. Soft soil is characterized by low strength, low permeability and high compressibility. However, the ordinary treatment method uses Portland cement to solidify the soft soil, which has low early strength and requires a long curing time. Microbially induced carbonate precipitation (MICP) is an emerging method to address geo-environmental problems associated with geotechnical materials. In this study, a method of bio-cementitious mortars consisting of MICP and cement was proposed to stabilize the soft soil. A series of laboratory tests were conducted on MICP-treated and cement-MICP-treated (C-MICP-treated) soft soils to improve mechanical properties. Microscale observations were also undertaken to reveal the underlying mechanism of cement-soil treated by MICP. The results showed that cohesion and internal friction angles of MICP-treated soft soil were greater than those of remolded soft soil. The UCS, elastic modulus and toughness of C-MICP-treated soft soil with high moisture content (50%, 60%, 70%, 80%) were improved compared to traditional cement-soil. A remarkable difference was observed that the MICP process mainly played a role in the early curing stage (i.e., within 14 days) while cement hydration continued during the whole process. Micro-characterization revealed that the calcium carbonate filling the pores enhanced the soft soil.
In this study, a blast furnace slag with the alkaliphilic microorganism (Bacillus halodurans) alkaline activator was used to cement natural soils in the field. A low-cost and massive microbial solution for cementation of field soils was produced and compared with existing microbial culture in terms of efficiency. A field soil was prepared for three different cementation areas: a cemented ground with microbial alkaline activator (Microbially-treated soil), a cemented ground with ordinary Portland cement (Cement-treated soil), and untreated ground (Non-treated soil). The testing ground was prepared at a size of 2.6 m in width, 4 m in length, and 0.2 m in depth. After 28 days, a series of unconfined compression tests on the cement-treated and microbially-treated soils were carried out. On the other hand, a torvane test was carried out for non-treated soil. The strength of field soils treated with microorganism was 1/5 times lower than those of cement-treated soil but is 6 times higher than non-treated soil. The pH measured from microbially-treated soil was about 10, which is lower than that of cement-treated soil (pH = 11). Therefore, it is more eco-friendly than Portland cemented soils. The C-S-H hydrates were found in both cement- and microbially-treated soils through SEM-EDS analyses and cement hydrates were also found around soil particles through SEM analysis.
Al-Bared, Mohammed A.M.;Harahap, Indra S.H.;Marto, Aminaton;Abad, Seyed Vahid Alavi Nezhad Khalil;Ali, Montasir O.A.
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.4
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pp.427-437
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2019
Waste materials are being produced in huge quantities globally, and the usual practice is to dump them into legal or illegal landfills. Recycled tiles (RT) are being used in soil stabilisation which is considered as sustainable solution to reduce the amount of waste and solve the geotechnical problems. Although the stabilisation of soil using RT improved the soil properties, it could not achieve the standard values required for construction. Thus, this study uses 20% RT together with low cement content (2%) to stabilise soft soil. Series of consolidated undrained triaxial compression tests were conducted on untreated and RT-cement treated samples. Each test was performed at 7, 14, and 28 days curing period and 50, 100, and 200 kPa confining pressures. The results revealed an improvement in the undrained shear strength parameters (cohesion and internal frication angle) of treated specimens compared to the untreated ones. The cohesion and friction angle of the treated samples were increased with the increase in curing time and confining pressure. The peak deviator stress of treated samples increases with the increment of either the effective confining pressures or the curing period. Microstructural and chemical tests were performed on both untreated and RT-cement treated samples, which included field emission scanning electron microscopic (FESEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and energy dispersive X-ray spectrometer (EDX). The results indicated the formation of cementation compounds such as calcium aluminium hydrate (C-A-H) within the treated samples. Consequently, the newly formed compounds were responsible for the improvement observed in the results of the triaxial tests. This research promotes the utilisation of RT to reduce the amount of cement used in soil stabilisation for cleaner planet and sustainable environment.
Ladle furnace (LF) slag, waste from the steel-making process, was incorporated to improve the compressive strength of soil cement. LF slag was mixed to replace the cement in the soil-cement samples with wt% ratio 20:0, 15:5, and 10:10 of cement and slag, respectively. LF slag in the range of 5, 10, and 20 wt% was also separately added to the 20-wt% cement-treated soil samples. The soil-cement mixed LF slag samples were incubated in a plastic wrapping for 7, 14, and 28 days. The strength of soil cement was highly developed to be higher than the standard acceptable value (0.6 MPa) after incorporating slag into soil cement. The mixing of LF slag resulted in more hydration products for bonding soil particles, and hence improved the strength of soil cement. With the LF slag mixing either a replacement or additive materials in soil cement, the LF slag to cement ratio is considered to be less than 1, while the cement content should be more than 10 wt%. This is to promote a predominant effect of cement hydration by preventing the partially absorbed water on slag particles and keeping sufficient water content for the cement hydration in soil cement.
Tropical organic soils having more than 65% of organic matters are named "peat". This soil type is extremely soft, unconsolidated, and possesses low shear strength and stiffness. Different conventional and industrial binders (e.g., lime or Portland cement) are used widely for stabilisation of organic soils. However, due to many factors affecting the behaviour of these soils (e.g., high moisture content, fewer mineral particles, and acidic media), the efficiency of the conventional binders is low and/or cost-intensive. This research investigates the impact of different constituents of cement-sodium silicate grout system on the compressibility behaviour of organic soil, including settlement and void ratio. A microstructure analysis is also carried out on treated organic soil using Scanning Electron Micrographs (SEM), Energy Dispersive X-ray spectrometer (EDX), and X-ray Diffraction (XRD). The results indicate that the settlement and void ratio of treated organic soils decrease gradually with the increase of cement and kaolinite contents, as well as sodium silicate until an optimum value of 2.5% of the wet soil weight. The microstructure analysis also demonstrates that with the increase of cement, kaolinite and sodium silicate, the void ratio and porosity of treated soil particles decrease, leading to an increase in the soil density by the hydration, pozzolanic, and polymerisation processes. This research contributes an extra useful knowledge to the stabilisation of organic soils and upgrading such problematic soils closer to the non-problematic soils for geotechnical applications such as deep mixing.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.43
no.3
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pp.77-84
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2001
A few study has been performed on the durability of subbase treated with geo-cement for the farm road although many papers for the road treated with soil-cement were published. The objectives of the study are to develop the stabilizing method of subbase using additives of cement groups and 2nd additives such as gypsum and MgO, etc. A series of test was performed to investigate possible mixing ratios with geo-cement A, B, C, D and 2nd additives on the various soft soils from the rice paddy. Based on test results, durability index was greatly affected by geo-cement D which was mainly composed with gypsum. Compressive strength of clayey soil such as Soil I was less than threshold strength(30kgf/$\textrm{cm}^2$) but the strength was increased as addition of gypsum and MgO. It is recommended that geo-cement for soil stabilization has to be carefully chosen because strength characteristics of subbase are varied not only with soils but also with addition of geo-cement and 2nd additives. The developed method in this study can be used subbase treatment of low-cost agricultural roads.
Al-Bared, Mohammed A.M.;Harahap, Indra S.H.;Marto, Aminaton;Abad, Seyed Vahid Alavi Nezhad Khalil;Mustaffa, Zahiraniza;Ali, Montasir O.A.
Geomechanics and Engineering
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v.19
no.1
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pp.37-47
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2019
The main objective of this study is to evaluate and compare the efficiency of ordinary Portland cement (OPC) in enhancing the unconfined compressive strength of soft soil alone and soft soil mixed with recycled tiles. The recycled tiles have been used to treat soft soil in a previous research by Al-Bared et al. (2019) and the results showed significant improvement, but the improved strength value was for samples treated with low cement content (2%). Hence, OPC is added alone in this research in various proportions and together with the optimum value of recycled tiles in order to investigate the improvement in the strength. The results of the compaction tests of the soft soil treated with recycled tiles and 2, 4, and 6% OPC revealed an increment in the maximum dry density and a decrement in the optimum moisture content. The optimum value of OPC was found to be 6%, at which the strength was the highest for both samples treated with OPC alone and samples treated with OPC and 20% recycled tiles. Under similar curing time, the strength of samples treated with recycled tiles and OPC was higher than the treated soil with the same percentage of OPC alone. The stress-strain curves showed ductile plastic behaviour for the untreated soft clay and brittle behaviour for almost all treated samples with OPC alone and OPC with recycled tiles. The microstructural tests indicated the formation of new cementitious products that were responsible for the improvement of the strength, such as calcium aluminium silicate hydrate. This research promotes recycled tiles as a green stabiliser for soil stabilisation capable of reducing the amount of OPC required for ground improvement. The replacement of OPC with recycled tiles resulted in higher strength compared to the control mix and this achievement may results in reducing both OPC in soil stabilisation and the disposal of recycled tiles into landfills.
Cement treating technique, such as deep mixing method, has been used widely to stabilize the dredged clayey soil for many years. Despite of its effectiveness in treating soil by cement, several efforts have also been made to try to reduce the side effect of the cement that used to stabilize the dredged clay. However, authors considered that more detailed study on the physical and mechanical properties of lean-mixed soil-cement has been required to establish the design procedure to apply the practical problems. Therefore, in this study, the curing time and mixing ratio was used as key parameters to estimate the physical and mechanical properties including long-term behavior. The unconfined strength of lean-mixed soil-cement increase continuously during curing period, 270 days, while increasing rate becomes low in ordinary cement-treated dredged clay. We also concluded that cement-treated dredging clay shows apparent quasi overconsolidation behavior even in low cement proportion. By this study, fundamental approach was carried out for effective reuse of very soft dredged clayey soil both in mechanical and environmental aspect. It can be also expected that this study can propose a basic design data to use the lean-mixed soil cement.
Kim, Young-Sang;Jeong, Hyun-Chel;Huh, Jung-Won;Jeong, Gyeong-Hwan
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.1159-1164
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2006
In this paper an artificial neural network model is developed to estimate the unconfined compression strength of Deep Cement Mixing(DCM) treated soil. A database which consists of a number of unconfined compression test result compiled from 9 clay sites is used to train and test of the artificial neural network model. Developed neural network model requires water content of soil, unit weight of soil, passing percent of #200 sieve, weight of cement, w-c ratio as input variables. It is found that the developed artificial neural network model can predict more precise and reliable unconfined compression strength than the conventional empirical models.
Use of cement in stabilizing the sulfate-bearing clay soils forms ettringite/ thaumasite in the presence of moisture leads to excessive swelling and causes damages to structures built on them. The development and use of non-traditional stabilisers such as alkali activated ground granulated blast-furnace slag (AGGBS) and enzyme for soil stabilisation is recommended because of its lower cost and the non detrimental effects on the environment. The objective of the study is to investigate the effectiveness of AGGBS and enzyme on improving the volume change properties of sulfate bearing soil as compared to ordinary Portland cement (OPC). The soil for present study has been collected from Tilda, Chhattisgarh, India and 5000 ppm of sodium sulfate has been added. Various dosages of the selected stabilizers have been used and the effect on plasticity index, differential swell index and swelling pressure has been evaluated. XRD, SEM and EDX were also done on the untreated and treated soil for identifying the mineralogical and microstructural changes. The tests results show that the AGGBS and enzyme treated soil reduces swelling and plasticity characteristics whereas OPC treated soil shows an increase in swelling behaviour. It is observed that the swell pressure of the OPC-treated sulfate bearing soil became 1.5 times higher than that of the OPC treated non-sulfate soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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