مقایسه عملکرد سیمان، سرباره کوره ذوب‌آهن (GGBS) و GGBS فعال شده در بهسازی یک خاک رسی

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 12، دوره 35، شماره 3 - شماره پیاپی 39، آذر 1401، صفحه 89-106   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2022.74908.1115

نویسندگان

امیر جهانی^* ؛ علی رییسی استبرق؛ حسین خواجه پور؛ محدثه امینی

دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه تهران.

چکیده

در این کار پژوهشی، اثر سیمان، سرباره دانه‌ای کوره ذوب‌آهن (GGBS) و سرباره فعال‌شده با اکسیدمنیزیم (MgO) به‌عنوان مواد افزودنی در بهسازی یک خاک رسی مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفتند. برای فعال‌سازی GGBS از اکسیدمنیزیم با نسبت اختلاط 3 (سرباره) به 1 (اکسیدمنیزیم) استفاده گردید. بهسازی خاک در درصدهای وزنی 5، 10 و 15 از مواد افزودنی مذکور انجام شد. آزمایش‌های حدود اتربرگ و تراکم استاندارد روی خاک‌های اختلاط‌یافته با مواد افزودنی مذکور انجام شد. همچنین نمونه‌های لازم از این مواد اختلاط‌یافته جهت تعیین مقاومت تک‌محوری و بررسی ریزساختار خاک با انجام آزمایش میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تهیه گردید. مقاومت نمونه-های تهیه شده در زمان‌های عمل‌آوری 7، 14 و 28 روز تعیین گردیدند. نتایج نشان داد که مقاومت نمونه‌ها تابعی از درصد مواد افزودنی مورد استفاده و زمان عمل‌آوری می-باشد. علاوه بر این مقایسه نتایج نشان داد که در درصد مشخص و زمان عمل‌آوری معین، مقاومت نمونه‌های بهسازی شده با سرباره از نمونه‌های حاوی سرباره فعال شده کمتر می‌باشد. همچنین با بررسی و تحلیل نتایج آزمایشSEM مشخص شد که با افزودن مواد افزودنی مذکور به خاک رسی، مواد سیمانته‌کننده‌ای در اثر عمل متقابل آنها با خاک طی فرآیند شیمیایی تشکیل می‌شود که منجر به اتصال ذرات خاک و مواد افزودنی به یکدیگر و در نتیجه تشکیل جسمی با مقاومت بالا می‌گردد. همچنین در این پژوهش ارزیابی اقتصادی برای بهسازی خاک با مواد افزودنی مذکور انجام شد و مناسب‌ترین ماده افزودنی جهت این امر پیشنهاد گردید.

کلیدواژه‌ها

بهسازی خاک رسی؛ سیمان؛ سرباره کوره ذوب‌آهن؛ اکسیدمنیزیم؛ سرباره فعال شده

مراجع

1. Parsons, R. L. and Milburn, J. P., "Engineering behavior of stabilized soils", Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 1837, No. 1, pp. 20-29, (2003).
2. Sherwood, P., "Soil stabilization with cement and lime: State of the Art Review", HMSO, London, (1993).
3. Jones LD. and Jefferson I., "Expansive soils", ICE Publishing, London, pp. 413–441, (2012).
4. Al-Rawas, A. A., Hago, A. W. and Al-Sarmi, H., "Effect of lime, cement and Sarooj (artificial pozzolan) on the swelling potential of an expansive soil from Oman", Building and Environment, Vol. 40, No. 5, pp. 681–687, (2005).
5. Khemissa, M. and Mahamedi, A., "Cement and lime mixture stabilization of an expansive over consolidated clay", Applied Clay Science, Vol. 95, pp. 104–110, (2014).
6. Little, D.N. and Nair, S., "Recommended practice for stabilization of subgrade soils and base materials", The National Academies Press, Washington, DC., (2009).
7. Abu-Farsakh, M., Dhakal, S. and Chen, Q., "Laboratory characterization of cementitiously treated/stabilized very weak subgrade soil under cyclic loading", Soils and Foundations, Vol. 55, No. 3, pp. 504–516, (2015).
8. Higgins, D., "Briefing: GGBS and sustainability", Construction Materials, Vol. 160, No. 3, pp. 99–101, (2015).
9. Yi, Y., Liska, M. and Al-Tabbaa, A., "Properties of Two Model Soils Stabilized with Different Blends and Contents of GGBS, MgO, Lime, and PC", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 26, No. 2, pp. 267–274, (2014).
10. Makarchian, M. and Naderi, H., "Effect of moisture on the CBR resistance of stabilized soil with lime and Ground Granulated Blast-furnace Slag (GGBS) in the vicinity of sulfate", Proceedings of the 5th National Congress on Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran, (2010).
11. Lee, A. R., "Blastfurnace and Steel Slag. Production properties and uses", Edward Arnold Publishers Ltd., London, (1974).
12. Wild, S., Kinuthia, J. M., Jones, G. I. and Higgins, D., "Effects of partial substitution of lime with ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the strength properties of lime-stabilised sulphate-bearing clay soils", Engineering Geology, Vol. 51, No. 1, pp. 37-53, (1998).
13. Yadu, L. and Tripathi, R. K., "Effects of Granulated Blast Furnace Slag in the Engineering Behaviour of Stabilized Soft Soil", Procedia Engineering, Vol. 51, pp. 125–131, (2013).
14. Pathak, A. K., Pandey, V., Murari, K. and Singh, J. P., "Soil stabilisation using ground granulated blast furnace slag", Int. Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 4, No. 5, pp. 164-171, (2014).
15. Shalabi, F. I., Asi, I. M. and Qasrawi, H. Y., "Effect of by-product steel slag on the engineering properties of clay soils", Journal of King Saud University - Engineering Sciences, Vol. 29, No. 4, pp. 394–399, (2017).
16. Shi, C., Krivenko, P.V. and Roy, D., "Alkali-activated cements and concretes", Taylor and Francis, London, (2006).
17. Yi, Y., Liska, M. and Al-Tabbaa, A., "Properties and microstructure of GGBS-MgO pastes", Advances in Cement Research, Vol. 26, No. 2, pp. 114–122, (2014).
18. Jegandan, S., Liska, M., Osman, A. A-M. and Al-Tabbaa, A., "Sustainable binders for soil stabilization", Proceeding of the Institution of Civil Engineers, Ground Improvement, Vol. 163, No. 1, pp. 53–61, (2010).
19. Yi, Y., Liska, M. and Al-Tabbaa, A., "Initial Investigation into the Use of GGBS-MgO in Soil Stabilisation", Proceedings of the 4th International Conference on Grouting and Deep Mixing, New Orleans, pp. 444–453, (2012).
20. Taylor, A. W., "Physico-Chemical Properties of Soils: Ion Exchange Phenomena", Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Vol. 85, No. 2, pp. 19–30, (1959).
21. Dash, S. K. and Hussain, M., "Lime Stabilization of Soils: Reappraisal", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 24, No. 6, pp. 707–714, (2012).
22. Wild, S., Kinuthia, J. M., Robinson, R. B. and Humphreys, I., "Effects of ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the strength and swelling properties of lime-stabilized kaolinite in the presence of sulphates", Clay Minerals, Vol. 31, No. 3, pp. 423–433, (1996).
23. Akinmusuru, J. O., "Potential beneficial uses of steel slag wastes for civil engineering purposes", Resources, Conservation and Recycling, Vol. 5, No. 1, pp. 73–80, (1991).
24. Kézdi, A., "Stabilized earth roads (development in geotechnical engineering)", Elsevier Scientific, New York, (1979).
25. Deng, S. P. and Tabatabai, M. A., "Effect of tillage and residue management on enzyme activities in soils: III. Phosphatases and arylsulfatase", Biology and Fertility of Soils, Vol. 24, No. 2, pp. 141–146, (1997).
26. Estabragh, A. R., Beytolahpour, I. and Javadi, A. A., "Effect of Resin on the Strength of Soil-Cement Mixture", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 23, No. 7, pp. 969-976, (2011).
27. Estabragh, A. R., Khatibi, M. and Javadi, A. A., "Effect of Cement on Treatment of a Clay Soil Contaminated with Glycerol", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 28, No. 4, pp. 04015157-10, (2016).
28. Oti, J. E., Kinuthia, J. M. and Bai, J., "Using slag for unfired-clay masonry-bricks", Proceedings of the Institution of Civil Engineers -Construction Materials, Vol. 161, No. 4, pp. 147–155, (2008).
29. Oti, J. E., Kinuthia, J. M. and Bai, J., "Developing unfired stabilised building materials in the UK", Proceeding of the Institution of Civil Engineers- Engineering Sustainability, Vol. 161, No. 4, pp. 211–218, (2008).
30. Nidzam, R. M. and Kinuthia, J. M., "Sustainable soil stabilisation with blastfurnace slag – a review", Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Construction Materials, Vol. 163, No. 3, pp. 157–165, (2010).
31. Kinuthia, J.M., "Property changes and mechanisms in lime-stabilised kaolinite in the presence of metal sulphates", PhD thesis, University of Glamorgan, UK, (1997).
32. Shi, C. and Day, R. L., "Chemical activation of blended cements made with lime and natural pozzolans", Cement and Concrete Research, Vol. 23, No. 6, pp. 1389–1396, (1993).
33. Richardson, I. G., Brough, A. R., Groves, G. W. and Dobson, C. M., "The characterization of hardened alkali-activated blast-furnace slag pastes and the nature of the calcium silicate hydrate (C-S-H) phase", Cement and Concrete Research, Vol. 24, No. 5, pp. 813–829, (1994).
34. Jin, F., Gu, K. and Al-Tabbaa, A., "Strength and hydration properties of reactive MgO-activated ground granulated blastfurnace slag paste", Cement & Concrete Composites, Vol. 57, pp. 8–16, (2015).
35. Gu, K., Jin, F., Al-Tabbaa, A., Shi, B., Liu, C. and Gao L., "Incorporation of reactive magnesia and quicklime in sustainable binders for soil stabilization", Engineering Geology, Vol. 195, pp. 53–62, (2015).