文摘
研究利用工业废料,磷石膏(PG),作为膨胀土的石灰稳定添加剂。三个石灰剂量,即初始食用石灰(ICL),最佳石灰含量(共同体),且小于ICL(氯化锂),确定了稳定土的土壤正在研究。随着石灰,不同剂量的PG被添加到土壤的稳定。稳定的影响,研究了通过执行指数测试,即液限、塑性极限,收缩限制,和自由膨胀试验,在粉无侧限压缩试验标本失败留下的足迹。样品也受到扫描电子显微镜的微观结构的研究手段。的PG石灰导致可塑性和胀缩特性的改善。微观结构的研究揭示了形成致密紧凑稳定土壤的质量。
1。介绍
土壤是一种宝贵的资源,人类依赖的所有活动。日新月异,由于人类活动对土壤的压力正在增加。严重短缺的土地已站到了最前沿由于现代人的开发活动。与城市的发展,土地越来越稀缺,往往成为重要的建筑物及其他设施建设网站上存在不利的条件(1]。某些土壤极像膨胀土问题,导致广泛的岩土工程问题。膨胀土是土膨胀明显当他们接触到水和收缩水挤压出来(2]。它早就知道,膨胀土的体积变化行为导致严重的痛苦上覆结构。由于体积变化,土壤施加压力在人行道上覆结构导致裂缝,地下室地板,车道,管道,和基金会3]。不同的土壤表现出不同区段的体积变化取决于多种因素。肿胀的机理是复杂的,受到很多因素的影响:粘土矿物的类型和数量存在于土壤、粘土的比表面积,结构的土壤,和可交换的阳离子的价3]。最大的问题就出现在土壤中的蒙脱石矿物含量高。因此,这样的土壤需要修改或稳定,以使它适合建设。土壤加固法是一种常见的工程技术用于提高软弱土的物理性质,使其能够实现所需的技术要求(4]。化学稳定土的混合粉或外加剂的组合之一,泥浆,或液体5]。化学稳定导致土壤的修改通过发生化学反应之间的稳定剂和矿物在土壤中。在各种化学稳定化技术采用膨胀土、石灰稳定控制是最广泛采用膨胀土的胀缩特性(6]。最近,工业废物也被广泛采用的化学稳定剂在土壤稳定使他们的二次利用7]。然而,文献表明,石灰添加剂,一般工业废物,导致更好的稳定土(8- - - - - -14]。就是这样一个工业废料磷石膏(PG)生产化肥的植物。的实例中使用PG土壤稳定可以在文献中找到。Degirmenci et al。15)采用组合的水泥和PG稳定的土壤。Degirmenci [16也采用了PG和天然石膏生产稳定adobe土壤块。詹姆斯et al。17]研究了PG的影响作为一个独立的稳定剂在提高膨胀土的强度和索引属性。Ghosh [18)采取了石灰和PG稳定塘的火山灰和调查其压实特性。Kumar et al。19]研究了石灰和PG稳定膨润土的稳定剂组合。做了大量的工作以PG为重点;然而,在土与石灰和PG的组合工作稳定是有限的。说的一些作品已经完成组合的试验和错误的方法选择石灰内容为稳定的目的。此外,利用PG在早期的研究在土壤稳定在高剂量水平,他们把更多注意力集中在工程属性而不是索引属性。索引属性的土壤其工程性质一样重要。他们是任何土壤的工程行为的间接指标。不幸的是,并不是许多研究者关注指数稳定的土壤的性质,更重要的是给自己直接分析工程特点。为了解决上述缺点,调查的目的是评估的力量和索引属性石灰稳定膨胀土与PG混,在小剂量的不到2%。然而,本文限制本身分析石灰和PG的综合效应指标特性的土壤单独使用扫描电子显微镜(SEM)看在显微结构的水平的变化。
2。材料和方法
本研究中使用的材料包括天然土壤,熟石灰,和PG。本研究中使用的自然土壤获得Tiruvallur Thatthamanji村庄,泰米尔纳德邦,印度。土壤的属性都在实验室进行检测,如表所示1。各种测试土壤包括液限和塑限(20.],收缩限度[21),比重(22),粒度分布(23),普罗克特压实(24),UCC强度(25],pH值(26按照规范进行的印第安标准(BIS)。
2.1。石灰
石灰是一个广义的概念,它包括生石灰(曹),水化或氢氧化钙(Ca(哦)2),而碳酸盐岩酸橙(CaCO3]。熟石灰和生石灰是最常用的形式的石灰土稳定。碳酸盐岩石灰土壤稳定不是首选,因为它的惰性。然而,碳酸盐的形式石灰蛋壳粉采用土壤稳定导致改善土壤性质(27]。本研究中采用的石灰生产的实验室级氢氧化钙奥好化学品印度私人有限。实验室级采用石灰为了有一个更好的控制结果。
2.2。磷石膏(PG)
PG是一种工业废料制造过程中产生的肥料生产磷酸湿酸法(15,28]。全球年产PG估计在100 - 280吨(28,29日]。印度每年产生约1100万吨的PG (30.]。PG含有天然放射性物质像ra - 22615,16,28,31日),这可能是其在几个国家禁止的原因(28]。然而,在印度,在2009年,印度原子能管理委员会规定见其指令(01/09号)出售PG建设目的不需要批准提供了活动的ra - 226浓度小于1.0 Bq / g (30.]。PG在这项研究中的应用是来自化肥厂科罗曼德国际有限公司,位于Ennore北钦奈,印度。PG在实验室确定的比重是2.48。图1显示采用的材料的微观结构研究中获得使用扫描电子显微镜(SEM)。研究中采用的材料的化学成分如表所示2。
2.3。方法
序贯方法采用实验调查涉及材料制备和表征,测定石灰内容和PG含量稳定,实验室试验研究,最后得出结论与显微结构的检查。
2.3.1。材料的制备和表征
调查得到的土壤是准备各种实验室测试按照国际清算银行代码(32]。从制造商获得的熟石灰作为提供。工业废料往往他们根据他们的特点和污染来源的变化在存储。因此,为了达到一致性的废料用于稳定过程,从处理获得PG网站被彻底粉碎,混合使用抹子手动。为了进一步减少变化和提高反应的废弃物,BIS 75 -微米是筛分筛,只有细分数被用于调查。这之后,材料受到特征来确定它们的属性。土壤受到岩土特征来确定其指标和工程特性。所有的材料受到x射线荧光光谱仪测试来确定他们的化学成分。PG光谱仪测试发送到先进的分析仪器设备在印度科技学院的孟买,孟买,从压碎,混合,已筛样品。
2.3.2。石灰和PG含量测定
材料的特性后,下一步涉及确定石灰稳定所需内容。这次调查采用石灰含量测定的科学方法稳定而不是通常的试验和错误的方法。三个石灰剂量确定土样的化学稳定性。一个是最初的消费石灰(ICL)确定使用含铅和严峻的pH值测试(33]。25克的土壤样本中每个被塑料瓶和帽与石灰混合在增加0.5%的体重。100毫升蒸馏水是添加到每个瓶子,他们动摇,持续30秒。混合物是反复动摇30秒每隔10分钟一段1小时按照ASTM代码(34]。校准酸度计是用于确定现场施工的pH值的解决方案。的最低比例的石灰土壤pH值为12.4的比例近似石灰稳定土。二是最佳石灰内容(共同体)决定通过执行无侧限压缩(UCC)测试按照国际清算银行的代码25)对土壤与增加石灰混合内容和治愈了2天。作者早些时候也一个类似的过程用于确定共同体(35- - - - - -37]。共同体的决心,UCC样本准备的最佳含水量和最大干密度获得标准普罗克特压实试验。石灰含量样品被干重增加。石灰的内容产生的最大力量是作为共同体。第三个石灰内容作为一个值小于ICL(氯化锂)为了了解石灰低于最低要求的影响。PG的数量(0.25%,0.5%,1%,和2%)使用固定随机,但仅限于小剂量。
2.3.3。试验研究
代替研究指标特性通过直接混合土样与石灰和PG, UCC样本和治愈各种组合指定时间。这确保了土壤充分修改由于材料内的化学反应发生。UCC测试样本由混合土,石灰,PG在干旱条件下以不同的比例。众所周知,添加石灰土壤导致减少最大干密度和最佳含水量增加。因此,水分密度关系获得所有三个石灰内容通过焦特布尔的迷你压实试验。根据辛格和Punmia [38焦特布尔迷你压实试验的结果是接近标准的普罗克特压实实验误差的限制范围内。密度和含水率的压实试验中获取的值是固定的UCC样品的制备。样本模的分模38毫米和76毫米直径高度使用静态压实。他们然后脱模,治愈了化学反应进行一段密封聚乙烯覆盖28天。UCC的准备测试样品如图2。在养护期结束后,样品受到连续轴向加载,直到样品失败了。所有的标本都紧张的应变率0.625毫米/分钟。失败的样本然后晒干,碾碎,粉进行指标特性测试。然而,强度测试的结果讨论了早期的论文作者(39]。这项工作涉及的PG的影响土壤的索引属性。指数测试稳定土壤样品都是按照国际清算银行有关代码完成。
2.3.4。微观结构研究
失败的测试样本的显微结构的研究对理解的变化由于稳定土壤结构。
3所示。结果与讨论
基于含铅和严峻的考验,最低数量的石灰改性土(ICL)为5.5%。共同体决定UCC测试为7%。采用氯化锂含量3%。土壤样本稳定使用这三种石灰内容和具有与PG在不同剂量和混合指数研究了固化土的属性。
3.1。石灰稳定土的PG对塑性的影响
的PG石灰稳定土导致修改界限含水量的土壤。图3显示了添加PG对3%石灰稳定土的可塑性。可以看出添加PG的可塑性的影响3%石灰稳定土是通过修改液限。的PG几乎没有影响土壤的可塑性。由于添加0.25% PG,减少土壤的液限从63.76%降至50.96%。在PG的进一步增加,有一个轻微的增加,液限为53.13% 2% PG之外。这种效果是直接反映在固化土的塑性明显相似的曲线。然而,它可以注意到至少18.88%达到0.25% PG的可塑性。然而,对于所有的价值观PG,固化土的可塑性小于纯石灰稳定土的。所有添加的PG,稳定土的塑性指数躺在18.88%到19.45%的范围而3%石灰稳定土的可塑性是31.2%。在类似的研究中由詹姆斯和Pandian [40],增加陶瓷粉尘(CD)作为石灰添加剂导致增加塑性极限最初跟着减少进一步的CD。可塑性指数显著降低石灰含量低于ICL的时候。
图4显示了PG对5.5%石灰稳定土的可塑性。石灰稳定在5.5%,PG的加入导致了最初的减少固化土的液限,紧随其后的是相同的液限的增加进一步PG。液限降低48.92% 0.25% PG,在其上增加到53.67% PG增加2%。根据Sivapullaiah Jha [41),减少液体限制添加石灰粉煤灰稳定土是由于更换钠离子和钙离子,降低双扩散层,增加孔隙流体的电解质浓度。PG,化学硫酸钙,也作为一个来源的钙离子,从而导致类似的对土壤的影响。另一方面,PG的增加导致了整体增加塑性极限后略有下降0.25% PG。5.5%石灰稳定土的塑性极限从37.24%下降到36.4%,0.25% PG在进一步增加,但增加的PG为40.06% 2% PG之外。合并后的结果中可以看到一个初始塑性指数增加,减少由于液限。然而,整体提高塑性指数仍低于5.5%的石灰稳定土的可塑性。仔细观察,可塑性水平低12.52%和11.57%的被PG为0.25%和0.5%,分别。在早先的工作中,添加CD ICL内容导致显著的可塑性降低在只有一个特定剂量的CD (40]。
PG 7%石灰稳定土的效果如图5。很明显,除了PG - 7%石灰稳定土达到降低可塑性通过修改液限和塑限。的PG - 7%石灰稳定土的结果在最初的液限降低,然后增加稳定PG含量更高。最少的液限46.75%达到1% PG之外的价值。Kumar et al。19发现添加8% PG 8%石灰稳定膨润土导致增加固化土的液限。PG对塑性极限的影响是一致的增加与PG增加内容。塑性极限逐渐从纯粹的石灰稳定土为36.47%上升到43.22% PG增加2%。由于这一点,有一个显著减少土壤塑性,降低较高的PG含量1%和2%更高。1% PG,可塑性是4%左右。Kumar et al。19)发现的PG的可塑性石灰稳定膨润土是边际。Nwadiogbu和Salahdeen42)发现,石灰和槐豆浪费火山灰导致塑性极限的增加和减少塑性相比普通刺槐豆浪费灰稳定。
图6比较这三个lime-PG稳定土壤组合的可塑性。减少与更大的可塑性大石灰内容。考虑这三个石灰内容,可以看出,在较低3%和5.5%的石灰内容,减少可塑性较低剂量的PG然而,在更高的石灰含量7%,减少塑性PG除了转向更高的一面。这一趋势表现出塑性的特点和趋势是一致的,PG混在石灰稳定土的强度(39]。在这个研究中,詹姆斯和Pandian发现,0.25%,0.5%,和1% PG的最佳剂量为3%,5.5%,和7%石灰稳定土,分别为最大强度。在目前的调查,最优塑性值也达到上述剂量的PG石灰。
图7显示的情节的各种组合lime-PG固化土的塑性图BIS分类。上面的处女地阴谋谎言裙在塑性图如图所示。然而,立即添加石灰改善土的性质及其分类变化。它甚至可以看出,添加3%石灰土的分类结果改变的高塑性粘土和淤泥。PG与氯化锂的内容情节的组合都是淤泥的高塑性区。5.5%的石灰,可塑性,但仍有进一步降低的情节在同一个区域的集群在集群LICL-PG组合,0.25%和0.5% PG ICL的异常内容。连同7% lime-PG结合情节的淤泥区中间可塑性。例外的情况7%石灰稳定是0.25% PG位于区域的边界线和中间可塑性高。PG的石灰,可以注意到,一般来说,石灰内容负责移液限和可塑性,而PG随石灰含量的影响。较低的石灰含量氯化锂和ICL, PG影响液限超过塑性从情节点的横向移动。 James et al. [17)发现,当PG是作为一个独立的稳定剂用于膨胀土,它影响了液限超过塑性极限。在共同体中,PG影响液限和可塑性都从对角线的情节点转移。在塑性图,情节点的变化表明,石灰有重大贡献改变塑性相比PG。然而,被声称是PG点仍有能力进一步降低石灰稳定土的可塑性。Calik和Sadoglu43)发现,添加石灰soil-perlite系统导致其分类变化从高塑性粘土,淤泥中到高可塑性。詹姆斯et al。17]发现添加50% PG膨胀土分类变化源于高塑性粘土低塑料淤泥。Kalkan就“同名同姓(44]发现添加30%硅灰对膨胀土导致分类从高塑性粘土低塑性粘土组。萨瓦特(2)发现,除了30%的CD的膨胀土分类的变化源于高塑性粘土低塑性粘土。然而,在目前的情况下,由于石灰的存在,PG的用量小于上述作品,其中大量的废料添加实现分类的变化。因此,可以得出结论:PG的辅助添加剂石灰稳定膨胀土可以进一步提高石灰的效果已经明显改变可塑性。但这PG的影响减少石灰含量增加时从修改情节点的距离的三个石灰内容考虑研究。
3.2。PG对石灰稳定土的胀缩的影响
土的胀缩特性是一个很好的指标,其体积变化的行为。差的土壤胀缩特性通常是有问题的,难以处理。伊藤和阿扎姆45)在他们的研究中得出结论,肿胀属性在给定初始饱和度可以使用免费的结果估计肿胀试验和胀缩试验相结合。在目前的研究中,一个简单的自由膨胀试验和收缩极限试验研究了土壤的胀缩特性。图8显示了石灰稳定土自由膨胀。
可以看出,除了PG石灰稳定土的影响其膨胀。添加0.25% PG氯化锂石灰含量导致减少土壤的膨胀,但进一步提高PG含量增加导致固化土的膨胀。然而,在更高的5.5%和7%,石灰内容PG是边际的影响。提高PG的影响导致最初增加膨胀但随着PG含量达到最佳的用量,减少肿胀。然而,膨胀的顺序是纯粹的石灰稳定土。石灰稳定土的3%,膨胀降低了0.5%,从50%到31.8% PG,而5.5%和7%石灰稳定土,至少膨胀发生在剂量的1% PG。lime-PG稳定在5.5%,膨胀减少从24.6%降至23.6%,7% lime-PG稳定,同样的变化从8%降至7.1%。尽管最佳剂量稍早些时候从价值观、建立的一般趋势低PG剂量较低的石灰含量和更高的PG剂量石灰含量更高实现膨胀控制仍然是维护。早些时候詹姆斯et al。17]发现膨胀土改良的PG作为一个独立的稳定器的自由膨胀土从100%减至20%增加50% PG。瑞士et al。46)发现的另外的5%天然石膏和5%稻壳灰生产膨胀控制与4%的石灰。萨瓦特和南达47]发现添加25%大理石粉尘10%稻壳灰固化土没有产生膨胀压力。詹姆斯和Pandian [40]发现添加CD石灰稳定土导致显著减少自由膨胀土的石灰含量低。Yilmaz和Civelekoglu1)发现,10%石膏能够降低膨润土的膨胀从64.9%降至19.8%。
自由膨胀测试的结果,其中添加0.25% PG导致自由膨胀率增加5.5%和7%石灰稳定,是与可塑性测试的结果不一致。自由膨胀指数测试是一个非常简单的测试产生的结果精度较低的相比其他膨胀潜力测试。以了解是否有任何大的个人测试数据的偏差0.25% PG除了由于实验误差导致错误的平均值,标准差(SD)的自由膨胀测试数据计算。0.25% PG 3%石灰的SD是至少3.53相比,最大7.07 1%和2% PG。5.5%和7%的石灰稳定,相应的SD对最大值0.25% PG分别为4.77和1.84,19.24和6.18 PG为2%和0.5%,分别。0.25%的SD是四个PG组合中最低的3%和7%石灰稳定而第二最低5.5%的石灰稳定。因此,可以看出,显示,至少0.25%的SD PG组合变化表明更亲密的个人所有组合的结果,意味着减少错误由于散射的数据点。更准确的膨胀潜力测试可以揭示逆行趋势背后的真正原因在自由膨胀测试。
图9显示了石灰稳定土的收缩极限与PG混。可以看出,PG石灰稳定土的增加土壤的收缩极限。增加收缩限制在石灰含量低而名义,在更高的石灰5.5%和7%的内容,增加具有重要意义。然而,两者之间的差异是边际。石灰含量3%,土壤的收缩极限稳步增加从17.3%到18.9% 2% PG。5.5%石灰稳定,添加PG导致收缩限制从27.2%增加到32.9%,2% PG,增长了5.7%。石灰稳定在7%,可以看出PG变更导致增加收缩限制从30.7%到34% PG增加1%。增加收缩限制导致减少的范围土壤可以在失去水分进行收缩。因此,添加PG减少石灰稳定土的体积变化区。詹姆斯et al。17)发现增加PG膨胀土收缩导致了增加土壤的极限。Okagbue [48)发现,添加木灰膨胀土导致减少石灰稳定土的线性收缩类似。他还提到了早期研究建立涂层的粘土碎屑由硅酸钙凝胶中形成火山灰反应减少膨胀和收缩的原因。独立的PG稳定相比,石灰和PG的存在导致少量的PG足以改变土的胀缩特性由于火山灰反应。
3.3。微观结构的研究PG混在石灰稳定土
图10显示了土壤稳定的微观结构的比较和不同内容的石灰最佳剂量的PG。有一个清楚地表明,添加PG导致固化土的微观结构的修改。在3%与0.25% PG石灰,可以看出,土壤颗粒的聚合。5.5%石灰稳定0.5% PG,土壤颗粒的聚集更明显是由于更多的石灰和PG用于反应。在7%与1% PG石灰稳定土,土壤基质展品密集,紧凑似的质量微观结构。
(一)
(b)
(c)
文献表明,增加PG石灰土稳定导致被称为钙矾石的矿物的形成49- - - - - -52),已报道负责表现不佳和增强的强度增加。改善组织的另一个原因是由于存在的PG加速火山灰反应(49- - - - - -51]。在目前的调查,增加PG石灰稳定土的可塑性和胀缩产生积极的结果。显微结构表明,土壤结构有明显变化由于添加石灰和PG。很多早期作品报告,钙矾石矿物形成于石灰/水泥稳定硫酸肥沃的土壤有细长针/杆状的结构(41,53- - - - - -56]。密切观察和比较的文献揭示了微观结构与早期的出现似乎是什么形成钙矾石矿物在目前研究中,如图11。然而,钙矾石的形成理论可以更好的研究和加强通过矿物学研究使用XRD分析。
4所示。结论
在这项研究中,PG被用作添加剂石灰稳定土,以研究其影响的可塑性和胀缩石灰稳定土和理解系统的变化。基于测试的结果和文献,可以总结如下:(我)的PG导致塑性特征的改善由于降低液限和塑性极限。较低的石灰含量3%和5.5%,塑性的改善是通过降低液限对塑性而没有太多影响,石灰含量较高为7%,PG影响液限和塑限达到降低可塑性。尽管固化土的可塑性的改进,改进的规模更小比通过石灰。(2)可塑性较低的石灰内容,优化改善PG实现低剂量而石灰含量更高,实现最优改进PG含量更高,这是符合强度成果在早先的研究中,加强这一事实更PG利用率随着石灰含量增加,发生火山灰反应。(3)增加lime-PG组合导致土壤分类的变化土壤的高塑性粘土,淤泥的中间可塑性。然而,PG内容,因此,在实现这一变化的贡献低石灰的存在是由于后者的统治地位。(iv)的PG石灰稳定土导致土的胀缩特性的改善。减少在膨胀只有在低石灰含量显著而在高石灰含量5.5%和7%,减少自由膨胀的边际。PG石灰稳定土的增加土壤的收缩极限,这是名义在石灰含量低3%,但重要的更高的石灰含量为5.5%和7%。(v)引入PG石灰稳定土催促火山灰反应导致固化土的微观结构的变化,密集紧凑的质量。微观结构的变化增加与增加lime-PG固化土的内容。因此,可以看出,添加PG石灰稳定土可以有益提高塑性,固化土的胀缩特性和微观结构的固化土的行为的改善。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者要感谢泰戈尔的管理工程学院提供的设施和m . Sasi Kumar先生实验室老师,土壤工程实验室,和学生B.E.学位,土木工程,帮助实验室检测工作。他们还要感谢r . Selvarajan先生,安娜大学纳米科学和技术中心钦奈,帮助SEM研究和先进的分析仪器设备,IIT-Bombay,孟买,光谱仪测试。