Saberian, Mohammad;Moradi, Mojtaba;Vali, Ramin;Li, Jie
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.6
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pp.553-562
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2018
Road construction is becoming increasingly important in marine and desert areas due to population growth and economic development. However, the load carrying capacity of pavement is of gear concern to design and geotechnical engineers because of the poor engineering properties of the soils in these areas. Therefore, stabilization of the soils is regarded as an important issue. Besides, due to the fuels combustion and carbonate decomposition, cement industry generates around 5% of global $CO_2$ emission. Thus, using bentonite as a natural pozzolan in soil stabilization is more eco-friendly than using cement. The aim of this research is to experimentally study of the stabilized marine and desert sands using deep mixing method by ordinary Portland cement and sodium bentonite. Different partial percentages of cement along with different weight percentages of sodium bentonite were added to the sands. Unconfined compression test (UCS), Energy Dispersive X-ray (EDX), and Scanning Electron Microscope (SEM) were conducted on the specimens. Moreover, a mathematical model was developed for predicting the strength of the treated soils.
BACKGROUND: Ammonia gas emitted from nitrogen fertilizers applied in agricultural land is an environmental pollutant that catalyzes the formation of fine particulate matter (PM2.5). A significant portion (12-18%) of nitrogen fertilizer input for crop cultivation is emitted to the atmosphere as ammonia gas, a loss form of nitrogen fertilizer in agricultural land. The widely practiced method for fertilizer use in agricultural fields involves spraying the fertilizers on the surface of farmlands and mixing those with the soils through such means as rotary work. To test the potential reduction of ammonia emission by nitrogen fertilizers from the soil surface, we have added N, P, and K at 2 g each to the glass greenhouse soil, and the ammonia emission was analyzed. METHODS AND RESULTS: The treatment consisted of non-fertilization, surface spray (conventional fertilization), and soil depth spray at 10, 15, 20, 25, and 30 cm. Ammonia was collected using a self-manufactured vertical wind tunnel chamber, and it was quantified by the indophenol-blue method. As a result of analyzing ammonia emission after fertilizer treatments by soil depth, ammonia was emitted by the surface spray treatment immediately after spraying the fertilizer in the paddy soil, with no ammonia emission occurring at a soil depth of 10 cm to 30 cm. In the upland soil, ammonia was emitted by the surface spray treatment after 2 days of treatment, and there was no ammonia emission at a soil depth of 15 cm to 30 cm. Lettuce and Chinese cabbage treated with fertilizer at depths of 20 cm and 30 cm showed increases of fresh weight and nutrient and potassium contents. CONCLUSION(S): In conclusion, rather than the current fertilization method of spraying and mixing the fertilizers on the soil surface, deep placement of the nitrogen fertilizer in the soil at 10 cm or more in paddy fields and 15 cm or more in upland fields was considered as a better fertilization method to reduce ammonia emission.
Sung-Chang Hong;Min-Wook Kim;Jin-Ho Kim;Seong-Jik Park
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.42
no.1
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pp.28-34
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2023
Nitrogen fertilizers applied to agricultural lands for crop cultivation can be volatilized as ammonia. The released ammonia can catalyze the formation of ultrafine dust (particulate matter, PM2.5), classified as a short-lived climate change pollutant, in the atmosphere. Currently, one of the prominent methods for fertilizer application in agricultural lands is soil surface application, which comprises spraying the fertilizers onto the soil surface, followed by mixing the fertilizers with the soil. Owing to the low nitrogen absorption rate of crops, when nitrogen fertilizers are applied in this manner, they can be lost from land surfaces through volatilization. Therefore, investigating a new fertilization method to reduce ammonia emissions and increase the fertilizer utilization efficiency of crops is necessary. In this study, to develop a method for reducing ammonia emissions from nitrogen fertilizers applied to soil surfaces, deep fertilization was conducted using a newly developed deep fertilization device, and ammonia emissions from barley, garlic, and onion fields were examined. Conventional fertilization (surface application) and deep fertilization (soil depth of 25 cm) were conducted for analysis. The fertilization rate was 100% of the standard fertilization rate used for barley, and deep fertilization of N, P, and K fertilizers was implemented. Ammonia emissions were collected using a wind tunnel chamber, and quantified subsequently susing the indole-phenol blue method. Ammonia emissions released from the basal fertilizer application persisted for approximately 58 d, beginning from approximately 3 d after fertilization in conventional treatments; however, ammonia was not released from deep fertilization. Moreover, barley, garlic, and onion yields were higher in the deep fertilization treatment than in the conventional fertilization treatment. In conclusion, a new fertilization method was identified as an alternative to the current approach of spraying fertilizers on the soil surface. This new method, which involves injecting nitrogen fertilizers at a soil depth of 25 cm, has the potential to reduce ammonia emissions and increase the yields of barley, garlic, and onion.
Kim, Young-Seok;Cho, Yong-Sang;Kang, In-Cheol;Kim, In-Sup
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.1294-1300
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2009
Recently, excavations in highly congest urban area have been increased. For the excavations conducted in extremely narrow spaces, we have been developing a novel soil reinforcement system of temporary retaining walls by using deep cement mixing method. The developing method installs largerdiameter ($\Phi$=300~500mm) and shorter reinforcement blocks than previous reinforcement system for mobilizing friction with soils, therefore it has advantages of not only shortening the length of reinforcement system but also reducing the amount of reinforcement. In this study, we performed a numerical analysis of the new reinforcement system by using a commercial finite element program, and evaluated the behavior of the reinforced retaining wall system under various conditions of the length, the diameter, the spacing, and the angle of the reinforcement system.
This research is the result of investigating engineering characteristics of slime generated during construction of deep mixing method. Mechanical characteristics of slime have been studied through literature review and laboratory tests of unconfined compression test, permeability test and settling tests were performed. As result of field observation of slime being generated, slime started to be produced right after flight auger was penetrated into a ground and its amount was increased in progress. Unconfined compressive strength of specimen with slime obtained from in field was measured in the range of $929.7{\sim}3,509.8kN/m^2$ and the value of unconfined compressive strength was found to be changed significantly with mixing ratio of soil, cement and binder. Permeability of them was measured in the range of $4.53{\times}10^{-7}{\sim}6.62{\times}10^{-6}cm/sec$ so that the mixture was appropriate as a impervious barrier. It was also know that the value of permeability was changed with the mixing ratio of binder. As test results of solidifying slime specimen prepared in the laboratory, good quality of cement mixture with coarse soil of sand were produced, compared with fine soils of silt and clay.
There is a lot of method to manage the insanitary landfill but vertical cutoff walls have been widespreadly used and were installed into the subsurface to act as a barrier to horizontal groundwater flow, The stabilized material such as specialized cement or mixed soil with additives has been generally applied for the materials of the deep soil mixing barrier in korea. The amount of the stabilized material is dependent on the field conditions, because the mixing ratio of the material and the field soil should achieve a requirement in the coefficient of permeability, lower than 1.0$\times$$10^{7}$cm/sec. This study determined the quantity and optimized function ratio of the stabilized material in the formation process of the mixed barrier that was added with stabilized material on the field soil classified into SW-SC under USCS (Unified Soil Classification System). After that the fly ash and lime were selected as an additives an that could improve the function of the stabilized material and then the method to improve the functional progress in the usage of putting into the stabilized material as an appropriate ratio was studied and reviewed. The author used the flexible-wall permeameter for measuring the permeability and unconfined compressive strength tester for compressive strength, and in the view of environmental engineering the absorption test of heavy metals and leaching test regulated by Korean Waste Management Act were performed. As the results, the suitable mixing ratio of the stabilized material in the deep soil mixing barrier was determined as 13 percent. To make workability easy, the ratio of stabilized material and water was proven to be 1 : 1.5. With the results, the range of the portion of the additives(fly ash : lime= 70 : 30) was proven to be 20-40% for improving the function of the stabilized material, lowering of permeability. In heavy metal absorption assessment of the mixing barrier system with the additives, the result of heavy metal absorption was proved to be almost same with the case of the original stabilized material; high removal efficiency of heavy metals. In addition, the leaching concentration of heavy metals from the leaching test for the environmental hazard assessment showed lower than the regulated criteria.
Kim, Ah-Ram;Chang, Il-Han;Cho, Gye-Chun;Shim, Sung-Hyun;Kang, Yeoun-Ike
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09b
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pp.61-67
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2010
Thick soft clay deposits which are generally located at the west and south coast of the Korean peninsula have complicated characteristics according to their orientation and formation history. Thus, several geotechnical problems could possibly occur when those soft clay deposits are used as foundations for marine structures. Deep cement mixing (DCM) method is one of the most widely used soft soil improvement method for various marine structures, nowadays. DCM method injects binders such as cement into the soft ground directly and mixes with the in-situ soil to improve the strength and other geotechnical properties sufficiently. However, the natural impacts induced by dynamic motions such as ocean waves, wind, typhoon, and tusnami give significant influences on the stability of marine structures and their underlaying foundations. Thus, the dynamic properties become important design criteria to insure the seismic stability of marine structures. In this study, the dynamic behavior of cemented Busan clay is evaluated. Laboratory unconfined compression test and resonant column test are performed on natural in-situ soil and cement mixed specimens to confirm the strength and strain-dependent dynamic behavior variation induced by cement mixing treatment. Results show that the unconfined compressive strength and shear modulus increase with curing time and cement content increment. Finally, the optimized cement mixing ratio for sufficient dynamic stability is obtained through this study. The results of this study are expected to be widely used to improve the reliability of seismic design for marine structures.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.93-100
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2002
Vertical reinforcement of soft soils using the deep mixing method has received increasing applications. In this study, the theory of elasticity and plasticity including the upper bound theorem of limit analysis were used to derive the equations for obtaining composite elastic properties and shear strength parameters. The developed equations were validated using the finite element computer program SAGE CRISP. The analysis involved 4 different cases-two different type of soil and replacement ratios. Tile results of the analysis show that the proposed equations could determine the properties of composite material for practical applications.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.793-808
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2009
This paper presents procedure and prediction method of internal and external stabilities when designing D.C.M, with main factors to be considered, such as chemical reaction of additive, physical properties of stabilized body and mixing strength. Results show that through case studies, a design unconfined compressive strength of stabilized body (hereafter referred to as 'compressive strength') directly depends on the quantity of cement, which is decided by laboratory test, and the compressive strength enormously affects internal and external stabilities. So laboratory mixing test to obtain the compressive strength for design allowable stress should be given careful considerations.
Kim, Keeseok;Lee, Dongwon;Lee, Jaewon;Kwon, Yongkyu;Yu, Jihyung;Hoang, Truong Xuan;Jung, Chanmuk;Min, Kyongnam
Resources Recycling
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v.27
no.5
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pp.38-48
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2018
Deep cement mixing method (DCM) is used to improve the quality of various ground type and its technical development proceeding based on performance improvements of solidification materials and mixing techniques with ground soil. In this study, it was possible to improve silty clay ground soil had 1 to 3 MPa compressive strength using solidification material that composed mainly circulating fluidized bed combustion (CFBC) power plant fly ash and reduce standard deviation of strengths from over 1.0 MPa to 0.322 MPa using improved auger bits in field test to forming more uniform bulbs than in case of using existing auger bit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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