İzmir Bay reserves high amount of residual alluvial deposits generated by Meles River at its stream mouth. These carried sediments with high water content and low bearing capacity are unsuitable in terms of engineering purposes. In-situ soil stabilization with deep soil mixing method is considered to improve properties of soil in this location. This method is widely used especially over Scandinavia, Japan and North America. Basically, the method covers mixing appropriate binder into the soil to improve soil profile according to the engineering needs. For this purpose, soil samples were initially provided from the site, classification tests were performed and optimum ratios of lime and cement binders were determined. Following, specimens representing the in-situ soil conditions were prepared and cured to be able to determine their engineering properties. Unconfined compression tests and vane shear tests were applied to evaluate the stabilization performance of binders on samples with different curing periods. Scanning electron microscope was used to observe time-dependent bonding progress of binders in order to validate the results. Utilization of 4% lime and 4% cement mixture for the long-term performance and 8% lime and 8% cement mixture for short term performance were suggested for the stabilization of Meles Delta soils. Development of CSH and CAH in a gel form as well as CSH crystals were clearly observed on SEM images of treated specimens.
본 연구에서 비소로 오염된 토양에 함유된 비소를 안정화시키기 위하여 4종류의 안정화제를 이용 처리하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 안정화 처리에 사용된 오염토는 약알칼리성을 띄고 있으며, 입도분포 결과 사토계열이였고 57.5%의 비소가 무정형 및 비결정형 철/알루미늄 수산화물형태로 존재했다. 안정화 실험 결과 소석회/포틀랜드시멘트 혼합 안정화처리가 모든 안정화 처리와 비교 했을 때 현저한 우의를 보였으며 총 함량 30%로 토양오염 우려기준 20 mg/kg('나'지역)을 통과 하였다. 소석회/$FeCl_3{\cdot}6H_2O$ 혼합 이용시 효율적인 비소 저감효과룹 기대할 수 없었으며 소석회/NaOH는 효과적이었으나 소석회/포틀랜드시멘트 보다는 효율성이 제한적 이였다. 소석회/포틀랜드시멘트 혼합 안정화 처리 후 연속추출결과는 처리 전 오염토와 비교했을 때 특이적 흡착과 잔류대의 증가를 보였다. 특히 25wt%+10wt% 처리 시료에서 잔류태의 증가는 2배가 넘어 (16%에서 35.7%) 매우 안정적인 비소 존재 형태를 보여 비소 용출농도 저감에 현저하게 기여한 것으로 판단된다.
An experimental program was performed to study the effects of cement stabilization on the geotechnical characteristics of sandy soils. Stabilizing agent included lime Portland cement, and was added in percentages of 2.5, 5 and 7.5% by dry weight of the soils. An analysis of the mechanical behavior of the soil is performed from the interpretation of results from unconfined compression tests and direct shear tests. Cylindrical and cube samples were prepared at optimum moisture content and maximum dry unit weight for unconfined compression and direct shear tests, respectively. Samples were cured for 7, 14 and 28 days after which they were tested. Based on the experimental investigations, the utilization of cemented specimens increased strength parameters, reduced displacement at failure, and changed soil behavior to a noticeable brittle behavior.
Analytical and numerical modeling of soft or problematic soils stabilized with lime and cement require a number of soil parameters which are usually obtained from expensive and time-consuming laboratory experiments. The high shear strength of lime and cement stabilized soils make it extremely difficult to obtain high quality laboratory data in some cases. In this study, an alternative method is proposed, which uses the unconfined compressive strength and estimating functions available in literature to evaluate the shear strength parameters of the treated materials. The estimated properties were applied in finite element model to determine which estimating function is more appropriate for lime and cement treated granular soils. The results show that at the mid-range strength of the stabilized soils, most of applied functions have a good compatibility with laboratory conditions. However, application of some functions at lower or higher strengths would lead to underestimation or overestimation of the unconfined compressive strength.
This paper presents an investigation on the properties of two types of cement kiln dust (CKD)-stabilized dredged sediments, silt and clay with a comparison to hydrated lime stabilization. Unconfined compressive strength (UCS) and California bearing ratio (CBR) tests were conducted to examine the optimal stabilizer content and classify the type of highway material. A strength development model of treated dredged sediments was performed. The influences of various stabilizer types and sediment types on UCS were interpreted with the aid of microstructural observations, including X-ray diffraction and scanning electron microscopy analysis. The results of the tests revealed that 6% of lime by dry weight can be suggested as optimal content for the improvement of clay and silt as selected materials. For CKD-stabilized sediment as soil cement subbase material, the use of 8% CKD was suggested as optimal content for clay, whereas 6% CKD was recommended for silt; the overall CBR value agreed with the UCS test. The reaction products calcium silicate hydrate and ettringite are the controlling mechanisms for the mechanical performance of CKD-stabilized sediments, whereas calcium aluminate hydrate is the control for lime-stabilized sediments. These results will contribute to the use of CKD as a sustainable and novel stabilizer for lime in highway material applications.
최근 연안지역에서의 대형건설공사 증가로 인해 대규모의 연약지반처리 공사가 많이 이루어지고 있다. 이로 인해, 흙에 시멘트나 석회를 첨가하여 안정성과 내구성을 증대시키는 고화안정처리공법이 연약지반 현장의 표층처리에 빈번히 사용되고 있다. 고소성, 고압축성의 초연약 점성토를 대상으로 한 고화처리 연구는 그 동안 많이 이루어져 왔으나 상대적으로 낮은 소성성과 압축성을 가진 실트질 점성토를 대상으로 한 고화처리 연구는 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 송도 지역의 저소성 실트질 점성토를 배합 함수비, 개량재 배합비, 양생 기간을 변화시키며 시멘트와 생석회로 고화처리하고, 일축압축 시험 및 평판재하시험을 통하여 강도 특성을 파악하였다. 일축 압축 시험과 평판 재하 시험으로부터 상당히 일치하는 강도 특성 결과를 얻었으며, 이를 바탕으로 개량토를 매립지 표토층으로 이용하였을 경우 건설 장비의 주행성을 평가하였다. 이상의 결과로부터 송도 지역 점성토를 고화 처리하는 최적의 조건을 얻을 수 있었다.
연약지반의 점토퇴적물을 시멘트와 함께 생석회, 소석회, 석고, 고령토, 제올라이트, 규조토 등의 광물재료를 혼합하여 고화 반응시킨 후 양생시간에 따른 물성변화와 반응생성물을 조사하였다. 그 결과, 시멘트로는 포틀랜드 시멘트보다는 슬래그시멘트가 점토의 고화반응에 따른 강도발현이 큰 것으로 나타났다. 그리고 슬래그시멘트와 함께 각종 광물재료와 고화 반응시킨 실험결과에서는, 석고가 가장 높은 강도발현을 나타냈다 따라서 슬래그시멘트와 석고에 대해 이들의 혼합비를 달리하여 고화 실험을 수행하였다. 그 결과, 슬래그시멘트 $70\%$, 석고 $30\%$의 비율에서 가장 좋은 강도발현을 보이는 것으로 나타났다. 이 실험의 고화반응물에서는 에트린자이트 등의 반응생성물이 포함되었다. 이것은 석고가 슬래그시멘트의 효율적인 수화반응을 촉진시켜서 높은 강도 발현에 기여 한 것으로 생각된다. 이러한 실험 결과는 연약지반의 안정화 처리에 유용한 자료로 이용될 것으로 보인다.
One of the most important factors that should be considered for using any ground improvement technique is the stability of stabilized soil and the durability of the provided solution for getting the required engineering properties. Generally, most of the earth structures that are constructed on clayey soils are exposing movements due to the long periods of drying or wetting cycles. Over time, environmental changes may result in swells or settlements for these structures. In order to mitigate this problem, this research has been performed on mixtures of high plasticity clay with traditional additives such as lime, cement and non-traditional additives such as polypropylene fiber. The purpose of the research is to assess the most appropriate ground improvement technique by using commercially available additives for resisting the developed desiccation cracks during the drying process and resisting the volume changes that may result during wet/dry cycles as an attempt to simulate the changes of environmental conditions. The results show that the fiber-reinforced samples have the lowest volumetric deformation in comparision with cement and lime stabilized samples, and the optimum fiber content is identified as 0.38%. In addition, the desiccation cracks were not visible on the samples' surface for both unreinforced and chemically stabilized samples. Regarding cracks resistance resulting from the desiccation process, it is observed, that the resistance is connected with the fiber content and increases with the increase of the fiber inclusion, and the optimum content is between 1% and 1.5%.
In tropical regions, lateritic soil is frequently used in road embankment. However, it is one of the sources of road failure owing to its low strength. Generally, cement and lime are used as stabilizers for lateritic soil, but they are not environmentally friendly. Some studies try to use eggshells, for they are food waste and share the same chemical composition as lime. Previous researchs have shown that eggshell powder could enhance the strength of lateritic soil. This research investigated the effect of particle size of the eggshell powder and the effect of the protein-membrane presence in the eggshell on stabilizing capacity of soil. Through laboratory tests, unconfined compressive strength was examined for various particle sizes. The particle size of eggshell powder ranging between 150 ㎛ and 88 ㎛ was appropriate size that made an excellent stabilizer at 3% concentration. On the other hand, the protein-membrane reduced the stabilizing ability of the eggshell powder when the content of eggshell powder is less than 4% in soil. Numerical analysis of road embankment was performed based on the results obtained in the laboratory tests. It is shown that the eggshell powder has improved the stability of the sub-base of the road embankment.
석회 및 시멘트에 의한 안정처리는 이미 일반화 되어있지만 본 연구는 해안지역에서 토질안정처리를 할 경우 염분이 처리토의 강도발현에 미치는 영향에 관한 문제를 검토하였다. 실험 분석한 결과 시료토의 염분함량은 PH변화와는 거의 관계가 없으며 석회나 시멘트 첨가량 10%에서 석회의 PH는 12.4, 시멘트는 11.6에 근접하였다. 또한 양생기간이 7일 이상인 경우 시간이 경과할수록 PH 와 Ca++이온 농도가 감소함을 볼 수 있었고 첨가량 10%의 처리토를 90일 양생한 후 X-ray회절 분석한 결과 NaCl 8%함유의 처리토가 0%함유의 것보다 Tobermonite, Etringite등의 반웅 생성 peak가 감소함을 확인할 수 있었다. 석회와 시멘트 처리토를 2$0^{\circ}C$와 5$^{\circ}C$로 양생 했을 때 2$0^{\circ}C$로 양생한 것이 5$^{\circ}C$로 양생한 것보다 일축압축강도가 크고, 기건양생의 처리토가 수침양생의 것보다 압축 강도가 컸다. 그리고 2~4%의 염분함량은 처리토의 일축압축강도를 촉진시키거나 강도발현을 저해하지 않았으나 8%의 경우에는 강도발현이 저하됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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