文摘

在膨胀土体积变化是地球中遇到一个问题在世界各地工作。这是著名的液压结构或基础受到长时间接触水分。粘土作为路基,基金会的这种行为,填埋,或回填材料造成不良的结构功能和失败。为了防止这种情况,研究了粘质土壤为可能的潜力和体积变化程度的扩张。因此,稳定问题的土壤。在这部作品中,粘土质高度稳定膨胀土分类为A-7-6土壤和高塑性粘土含量高是在实验室条件下进行的。治疗运动试验使用quicklime-activated稻壳灰(QARHA),水化lime-activated稻壳灰(HARHA)和calcite-activated稻壳灰(CARHA)利率为1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%。在治疗三钙化合物生产三组治疗实验标本,塑性指数观察和记录和肿胀的潜力进行了评估采用塑性指数法(PIM)。结果显示一致的改善对土壤的性质的不同活性掺合料。虽然CARHA的利用率和HARHA改善中等膨胀土的粘性土,粘性土处理大大改善了与一个潜在的高度膨胀土少23.35%到0.59%的膨胀与最后一个潜在QARHA增加10%。 Finally, QARHA was adjudged as the best binding composite due to the highest rate of reduction recorded with its utilization.

1。介绍

土壤修改或改进是一个流行的方法广泛应用于用于工程用途的土的稳定问题[1- - - - - -3]。该方法广泛应用于岩土和geoenvironmental领域由于实质性改进记录在机械、力量、一致性和分级膨胀土的性质(3,4]。土壤稳定可能是机械,提高土壤特性通过机械手段来达到强化质量或化学物质,即化学或有机添加剂混合代表土壤改善这些属性通过被动的方式(2]。然而,在土壤稳定协议取得成功,化学稳定或修改方法是伴随着一个机械的过程(3,4]。这是通过应用compactive努力添加剂对土壤达到最后的结果,是强度增益和致密化4]。常用的各种添加剂绑定如水泥已经在过去的几十年里(3]。这个过程,虽然老传统,已经观察到通过环境影响评估研究与环境危害(3]。这是因为相关的温室气体排放与建筑水泥的生产和利用活动作为粘结剂。除了对环境的影响经历了在水泥的使用和相关建设费用高,水泥糊剂、水泥混凝土和水泥处理土壤表现出不可接受的收缩和裂纹势(4,5]。这使得水泥弱势绑定材料在施工工程。近年来,寻找更环保的建筑材料,可以替代水泥部分或完全导致了研究辅助胶结材料(SCM)或火山灰6,7]。这些是建筑材料发生在自然和他们不与温室效应有关,建设成本高,因为他们得到了免费的(3,8- - - - - -10),而在这方面,火山灰材料曾被观察到非晶态和非生物降解的,具有火山灰特性与高铝硅酸盐的内容符合要求的火山灰按照相应标准(6,7]。进一步调查还成立了,灰来源于固体废物的直接燃烧材料是良好的供应链管理,与软土混合后提高了建设性质(7,8]。评估可持续性的火山灰在geoenvironmental努力,固体废物材料如稻壳、甘蔗蔗渣,棕榈,木薯皮、棕榈仁,蜗牛壳,玉黍螺壳,椰子壳,棕榈油纤维、废轮胎、鸡蛋壳、豆壳,和磨碎的椰子肉已经烧灰。这些灰烬,来自这些固体废物材料,一直在利用各种粘质土壤的稳定的实验调查。这些都是研究灰对软土的工程性质的影响利用作为基础材料,垃圾填埋场衬垫和覆盖材料和回填。这些调查取得了显著改善土壤,这满足了基本要求建筑材料为基础材料的使用。在一本“可持续土壤重构(8),作者给熊的好处利用灰作为建筑材料改善膨胀土的特性,由于他们的绑定属性7,11]。Onyelowe et al。9,10,12进行评论),固体废物的回收和重用过程材料获得火山灰土壤稳定和稳定物价和封存期间释放的排放控制焚烧机制。在他们的发现,不同的相关文献进行了综述,认为是支持灰的方法推导,同时保持一个生态友好的气氛。这些骨灰已经显示成功的结果,因为他们的铝硅酸盐内容,形成铝酸钙水合物和硅酸钙水合物电离粘性土的水分。这个过程称为煅烧反应。这是电离的过程粘性土,在翻倍扩散层阶段,当混有水分,与钙离子反应(Ca2 +)的电离的化合物添加剂形成絮体和在膨胀土建立strength-gain矩阵负责加强。添加剂的钙化合物提供丰富的钙煅烧过程中膨胀土稳定氧化钙(生石灰/氧化钙),氢氧化钙(熟石灰/精疲力竭的石灰),和碳酸钙(方解石)。在最近的过去,Rimme和格陵兰岛(13)进行了一项实验工作的膨胀行为粘性土改性方解石。这是最早的煅烧和碳化过程对土壤稳定工作。这项工作表明,方解石可以作为很好的建筑材料,补充粘合剂。在之前的会议论文,Lasledj和Al-Mukhtar14]在熟石灰的影响在高膨胀性粘土的工程性质。这项工作表明,高膨胀性粘土可以用作地基土的技术上加强稳定熟石灰。很快et al。15]调查使用细菌引起的方解石沉淀土壤特性改善施工的目的。这项研究的结果还表明,方解石可以利用提高塑料和膨胀土的膨胀特性。Hafshejani和贾法里16]研究方解石的影响在一些选定的土壤的性质。这项工作的结果表明,方解石提高煅烧和碳化反应土壤稳定过程。这进一步帮助土壤形成加强化合物和凝聚粒子的土壤。此外,Yazarloo et al。17)进行了一项研究方解石对精益粘土的塑料性能的影响。结果也被证明是非常,方解石具有电离时绑定属性的土壤水分。另一个工作,产生了显著的影响在geoenvironmental努力是由Amadi和Okeiyi18),他们认为生石灰和熟石灰的影响高度膨胀土的特性。比较分析的结果的实验室工作判定生石灰显示更好的工程特性和更好的选择为粘质土壤稳定。此外,在工作发表在“案例研究在建筑材料中,有一个简短的沟通的煅烧粘土使火山灰Almenares et al。19]。这项工作的结果表明,活性与方解石火山灰可以在工业规模生产。石灰也被证明是一个很好的约束力的材料在研究由Baldovino et al。20.)提高一致性和粘性土的强度特性。哈斯和里特21土壤改良利用生石灰)进行了研究,利用其长期对土壤特性的影响。在相同的研究中,治疗碳化影响土壤也被检查。在早些时候发表的作品,牧师等。22]证明了石灰石/方解石的能力改善膨胀粘土质土壤的潜力。石灰是观察到持续改善土壤性质与比例增加检查。庇隆et al。23和刘et al。24),分别从事的生物修复干燥开裂造成的膨胀粘土土壤利用方解石诱导通过biotechnical过程。结果显示显著改善粘性土的潜力。这些化合物是已知富含钙的化合物电离状态,可以提高土壤中煅烧反应稳定。然而,这些材料也被认为是刻薄的,也可以作为灰碱催化剂材料来提高灰的火山灰活动。这种ash-calcium化合物结合形成地质聚合物粘结剂(加仑桶),它已经被先前的研究结果显示在应用程序的地质聚合物水泥(GPC)土壤改性和稳定,这种混合形式改良土壤高收缩裂缝,高温、耐硫酸盐的攻击。里维拉et al。1)进行了一项研究粘性土稳定通过碱胶凝材料的应用激活(即。,讥讽地激活)。在这个工作中,氢氧化钠和Na2SiO3被用来激活补充绑定材料和活性混合用于稳定土。这项工作的结果显示大幅改善压实,压缩和弯曲性能的土壤。同样在2020年,Onyelowe et al。25)进行了一项研究指数和粘质土壤的压实特性处理猎物尘埃激活与氢氧化钠和Na2SiO3。结果还显示显著改善土壤干密度的最佳水分。此外,治疗代表土的塑性降低增加比例的添加剂。

当膨胀土用作衬底在灵活的人行道上,他们正逐渐暴露于水分攻击通过毛细管/吸行动或径流迁移失败的人行道上的裂缝或肺气肿。这种结构性异常发生,粘质土壤经验肿胀和结构的变化,以及更多的水分从高于或低于渗流的基础,它经历长时间的曝光和可塑性潜能,成正比的肿胀的潜力,是受损的。路面结构最终失败。相反,当路面潜在膨胀粘土质材料基于主流的环境条件进行修改,与抗风化的添加剂、水力约束条件似乎并没有任何问题。这是本研究的差距承诺关闭,利用钙化合物和激活灰材料在膨胀土的改性提高塑性条件和肿胀的潜力。陈(26)报道,肿胀的潜力之间的关系作为一个因变量和塑性指数和粘土活动作为独立变量;因此,阿太堡的分析方法估算肿胀的潜力极限实验或塑性指数法(PIM)应用于这项工作。就足够了,这个研究工作的重点是研究新材料的应用在软土的稳定组合路面基础的目的。陈(26还提出一个肿胀的潜在限制0%至12.6%,这对应于中低肿胀潜在一致性对土壤被认为是用作路面压实路基。

2。材料和方法

2.1。材料
2.1.1。生石灰(曹)

生石灰是发白的水溶性腐蚀性材料熔点为2613°C,沸点2850°C,密度3.34克/厘米3,pH值为12.4。它有一个立方岩盐结构和晶体在室温下。它是来自燃烧的石灰岩,所以它被称为氧化钙(27]。它解离为离子的钙和氧气在方程(1)。出于这个原因,它有一个丰富的供应的钙煅烧和粘性土偶极子矿物质火山灰反应。在水溶液中,它变成了水分与石灰和这是它的pH值的原因是很难确定的。它具有绑定属性,满足适当的标准的要求(6,7]。这个晶体是在市场上获得和存储安全使用。

2.1.2。氢氧化钙(Ca(哦)2)

熟石灰是生石灰化学结合在水中和曹46 - 48%,33 - 34%氧化镁(分别),和15 - 17%的水化学结合。这是一个水晶,不易燃烧的,无味的无机粉末,溶于水在环境温度。它的熔点是580°C,沸点2850°C,密度2.21克/厘米3。其密度小于生石灰(3.34克/厘米3)由于其水条件,创建毛孔在固体的结构27]。刻薄的pH值为12.8,具有火山灰特性,这使得它很好的补充或替代粘结剂在土木工程和地球的工作。它解离为离子的钙和羟基在方程(2),这个属性增强的能力煅烧的偶极子矿物粘土质土壤稳定过程的火山灰反应。从化学商店获得和保持在室温下用于这项研究工作。符合规定的标准条件适当的设计规范6,7]。

2.1.3。方解石(CaCO3)

方解石是一个水晶白色石灰石,熔点1339°C,分解在沸点和密度为2.71克/厘米3。它的密度比氢氧化钙(2.21克/厘米3)和密度小于生石灰(3.34克/厘米3)。碱,溶于水,pH值为9.91 (27]。它解离为离子的钙和碳酸盐岩在方程(3)。它存在于各种形式如粉笔、石灰石、粘土。这是一个波特兰水泥生产的主要组成部分。这种无机化合物被发现是一个很好的建筑材料与绑定属性有助于土壤稳定。这种化合物对煅烧和碳化粘性土在地球工作稳定使用。方解石的主题研究geoenvironmental工程领域的职业,尤其是在地球和粘性土稳定工作。影响这么多领域,专家已经进一步诱导其降水与细菌物种为了避免碳足迹,因为它利用的无机形式。从化学商店获得和使用存储在目前的研究工作。

2.1.4。稻壳灰(RHA)

RHA源自的直接燃烧稻壳Abakaliki收集的大米加工厂,尼日利亚。火山灰根据研究满足需求的火山灰材料依照国际英国标准BS 8615 - 1 (2019) (6)和美国ASTM标准测试和材料C618 [7由于铝的存在2O3、SiO2,菲2O3其化学氧化物的成分。二氧化硅和氧化铝的释放激活稻壳灰触发器的火山灰反应通过水化和煅烧粘土质soil-adsorbed复杂界面,介绍了数据的稳定点1和2。


图1
火山灰稻壳灰和稳定土的成分。

图2
生石灰水合作用路径,形成碳化熟石灰,aluminate-silicate-hydrates在煅烧的土壤的钙。
2.1.5节讨论。粘性土

的粘性土作为代表土壤实验工作收集从一个深度1米的取土坑位于恩胧,名为Abia状态。代表(自然)土壤准备按照英国标准国际BS1377 [28)和实验室工作在室温下储存,和对待土壤准备按照英国标准国际BS1924 [29日]。土壤是用橡胶杵了消除肿块和晒干的48小时。之后,300克的晒干的天然土壤收集和与不同比例的混合剂准备实验标本。

2.2。方法

基本的实验室实验按照国际(英国标准的条件28)如下:土壤粒度分析和稻壳灰,界限含水量试验(液限取决于传播的样品杯黄铜Cassagrande装置和应用开槽太分裂。槽时的含水率关闭1.27厘米25吹杯被记录为液体的极限。三个样本测试,平均计算),压实试验,土壤比重测试和加州承载比试验,使代表土壤和稻壳灰的特性。氧化的化学成分测试的土壤和稻壳灰是用x射线衍射方法进行通过测试三个标本和平均计算。设置应用的识别和表征化合物根据他们的氧化物组成按重量。这样做是通过获得x射线获得的双波/粒子性质的信息化合物的晶体材料。这些基本的测试在实验室条件下进行了按照英国标准国际BS1377 [28]。稻壳灰是激活使用三个化合物的钙依照Davidovits的要求(30.]。三组激活稻壳灰与腐蚀性绑定激活,曹,Ca(哦)2,CaCO3,通过混合5%重量的稻壳灰的激活化合物达到quicklime-activated稻壳灰(QARHA),水化lime-activated稻壳灰(HARHA)和calcite-activated稻壳灰(CARHA),分别。这些复合材料的激活稻壳灰(QARHA、HARHA CARHA)中利用(参考测试)的比例为0%,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,和10%按重量修改粘性土的干土稳定过程。界限含水量(液限( )和塑性极限( ))行为的煅烧RHA修改粘性土固化24小时后观察到实验使用Cassagrande装置按照设计标准(31日,32]。从观察到的测试结果,塑性指数( )从方程(计算4)和肿胀的潜力( )同样计算从方程(5)[33- - - - - -35]。 在哪里 塑性指数, 液限, 是塑性极限, 是肿胀的潜力。

3所示。结果与讨论

3.1。材料的表征

粘性土的基本特征代表了在表1和2和图3。从基本的测试结果,可以推断土壤有45%的粒子通过筛分粒度0.075毫米,液限66%,天然含水量为14%。上述特性表明,土壤是一种A-7-6集团根据AASHTO分类(36,37),分选差的粘土含量高(CH)据南加州大学系统。此外,土的塑性指数显示,45%的土壤是高度塑料和加载的应用程序。代表粘性土也有肿胀的潜力,这是一个功能可塑性的23.35%,这意味着土壤高度膨胀(38]。土壤的MDD被观察到1.25克/厘米3在OMC的16%。这说明土壤很多孔,同意其肿胀的潜力和广阔的条件。同时,土壤被观察到的比重为1.43,表明土壤中的有机物质存在。这些属性特征的土壤问题和高膨胀土很不适合地球的工作。

表1
描述粘性土的性质。
表2
测试材料的粒度分布(PSD)。

图3
粘性土的粒度分布曲线和稻壳灰。

表3介绍了化学氧化土壤和稻壳灰成分的代表。结果表明,土壤Na2O高氧化成分按重量的土壤。这种氧化导致土壤的膨胀状态。铁素体组成丰富的红色粘性土和导致火山灰反应在稳定工作7]。此属性支持高粘性土的膨胀势。相反,铝硅酸盐的稻壳灰高,满足最低要求的火山灰按照相应的设计标准(7]。

表3
氧化化学添加剂的组成材料。
3.2。一致性指数和肿胀的潜力粘性土与煅烧改性稻壳灰

在一般的指导注意,图4显示具体的水化反应路径,煅烧、碳化和火山灰反应土壤处理和稳定。粘性土的塑性/一致性限制的稻壳灰激活与曹(quicklime-activated稻壳灰;QARHA)呈现在图5。它可以观察到的增加比例的添加剂(CaO-activated稻壳灰)带来大量减少粘性土的可塑性。例如,添加1% QARHA固体的重量,对土壤的适应性与参考测试相比减少了11.1% QARHA 0%。进一步治疗,另外的5% QARHA,可塑性降低了20.8%相比,添加4% QARHA和可塑性与参考测试相比减少57.8% QARHA 0%。这减少塑性增加QARHA QARHA保持到最后的比例10%,记录减少77.8%相比,参考测试QARHA 0%。这种行为是由于火山灰效应的增加土壤添加剂,必须增加水化反应并最终减少液体限制在成核表面粘土表面吸附的水分。同样重要的是要注意,肿胀的潜力减少处理土壤以同样的速度正比例的可塑性,因为他们回应。这也表明,膨胀势与QARHA比例的增加减少。首先,重要的是要注意,处理土壤从高度减少塑料(˃17%)中塑料(7 - 17%)6% QARHA加法和保持这种一致性,直到添加10% QARHA加法和这同意之前的发现(33,37]。同样,肿胀潜在改进参考测试低膨胀高度膨胀23.35% 0.59% 10%添加QARHA [33]。这些实质性改进的可塑性和肿胀的潜力治疗的粘性土的QARHA是由于铝硅酸盐化合物的活化反应释放RHA用生石灰的煅烧行动。偶极子之间的阳离子交换反应负离子的粘性土和钙处理阳离子活性掺合料改善水化沿着稳定路径。这进一步改善堵塞的形成和絮体在土壤处理,最终降低塑性条件和肿胀的潜力土壤持续治疗。生石灰的结合和加强RHA形成的成核点和表面区域的双扩散层内偶极子粘土矿物,从而产生Ca-Al-Si-H,可以观察到在先前的研究4]。这种化合物负责粘土质矿物的絮凝。这种行为也有可能是由于长期水化长期水合生石灰的足迹。结果,减少比例生石灰比例较高的持续增加,如减少索引记录上面所示。这进一步提高了肿胀可能呈现在图6。这个结果符合先前的研究的结果用生石灰制成的粘合剂在粘土稳定。改进的另一个原因这一成就都肿胀的潜力和可塑性的处理土壤的QARHA是治疗改善了土壤的密度更密集的掺合料,这是组合的生石灰(密度3.34克/厘米3)和RHA(密度2.13克/厘米3)。最后,个人的胶结性能添加剂导致了改进的体积变化和承载属性记录在粘性土。这个观察同意早期作品(38]。


图4
具体的水化反应路径,煅烧,碳化,土壤和火山灰反应治疗。

图5
生石灰的界限含水量行为(曹)、氢氧化钙(Ca(哦)2),方解石- (CaCO3-)激活稻壳灰(QARHA、HARHA CARHA)治疗粘质土壤。

图6
肿胀的潜在行为生石灰(曹)、氢氧化钙(Ca(哦)2),方解石- (CaCO3-)激活稻壳灰(QARHA、HARHA CARHA)治疗粘质土壤。

稻壳灰的激活与Ca(哦)2(水合lime-activated稻壳灰(HARHA))也研究和有一个一致的可塑性和肿胀的潜力减少治疗与添加HARHA增加粘性土,如数据所示5和6。减少治疗的可塑性是6.7%的1%相比HARHA HARHA参考测试为0%。添加HARHA 5%,塑性下降8.1%到4%比例添加和减少24.4%相比,参考测试HARHA 0%,最后,添加HARHA 10%,可塑性是减少53.3%相比,参考测试HARHA 0%。还要注意对粘性土保持高度的可塑性塑料一致性,但始终从基准测试的45%减少到21%,HARHA增加10%。同样,肿胀的潜力HARHA土壤大幅持续减少,整个治疗过程。这种行为是由于熟石灰的约束力和铝硅酸盐混合稻壳灰。煅烧反应,随后火山灰反应由于离子交换和水化反应了这种改进的可塑性HARHA土壤可能的治疗。相对,而新增的1%的比例降低HARHA 6.7%参考测试相比,添加1% QARHA是11.1%。此外,HARHA加成10%,它记录了一个百分比减少53.3%,而QARHA记录77.8%相比,参考测试。这种行为的HARHA是由于改进的水化反应,利用水分形成絮体在稳定协议。 But this later blend recorded a value below that of QARHA addition because QARHA being a hybrid composite of quicklime that requires more moisture than hydrated lime based composites, its rate of hydration in the soil stabilization procedure is always higher. This result places QARHA as a better construction binding material for the stabilization of clayey soils. This was due to the fact that QARHA had longer term hydration due to the presence of quicklime than HARHA which had hydrated lime in its composition. The rate of activation between CaO and RHA in the formation of QARHA was higher than that between Ca (OH)2和RHA HARHA由于更长期的形成水合生石灰在QARHA所引起的。QARHA也有更高的密度成分由于其组成和曹的密度因此产生更好的结果在提高塑性和肿胀的潜力对粘性土与中等高度的23.35%膨胀HARHA 3.64%至10%。这是在协议与以前的工作和观察21]。

在数据5和6对粘性土的可塑性和肿胀的潜力与增加的calcite-activated稻壳灰(CARHA)。添加1%的添加剂,可塑性降低到6.7%的比例相比,参考结果(0%添加剂),等于使用HARHA观察结果。进一步的添加剂,减少塑性比例在4% 7.5% 3%相比,体重增加CARHA CARHA记录,和7%左右和8%按重量CARHA之外,对土壤的适应性的改善搬到比例减少10.3%左右。除了这种行为,改善治疗土的可塑性是一致的,直到添加添加剂的重量的10%。肿胀的潜力与CARHA行为治疗,高度膨胀的粘性土改良潜力的23.35%与2.50%的潜在媒介广泛的协议与以前的研究结果(33,34]。原因比较,CARHA加成5%,比例相比,塑性下降幅度0%的参考测试CARHA是35.6%。此外,CARHA治疗10%,塑性降低的百分比为60.0%。一般来说,比例减少HARHA的可塑性,CARHA,和QARHA粘性土为1%,5%,和10%的比例是6.7%,24.4%和53.3,6.7%,35.6%,60.0%,11.1%,57.8%,和77.8%,分别。这些都是通过土壤稳定的煅烧和火山灰反应路径呈现在图4。结果还表明,肿胀的潜在影响更多的QARHA复合配方,持续高度膨胀土的膨胀潜力降低23.35%(15 - 25%)更少0.59%的膨胀土(0 - 1.5%)在协议与以前的研究结果33,39- - - - - -42]。

4所示。结论

煅烧的影响和火山灰反应粘土质高度膨胀土的可塑性和肿胀潜力调查,以下是总结说:(我)代表观察土壤通过实验室研究高度膨胀,高度塑料,列为一个A-7-6土壤粘粒含量高。(2)稻壳灰是激活三钙化合物形成QARHA, HARHA, CARHA复合材料。(3)这些复合材料是利用将膨胀土在不同比例和观察结果。(iv)治疗的效果的肿胀和塑性行为观察治疗。(v)三复合添加剂影响的土壤类似的模式减少肿胀的潜力和可塑性的土壤条件。(vi)在所有三个添加剂改善粘性土的属性在大量模式中,QARHA被认为是最好的结合建筑材料相比HARHA和CARHA对土壤的影响。(七)HARHA,一般来说,这三个组合,QARHA CARHA,能够提高对膨胀土的膨胀势大幅降低下面的值在标准允许的范围内,这是在0%和12.6%之间提出了压实土材料用作路面基础(路基)材料。这证明了激活稻壳灰的潜力作为一个可持续发展的建筑材料在路面的基础。

数据可用性

支持的数据结果包含在本文考虑出版,如果有进一步的信息需要关于本文,肯尼迪博士Onyelowe Kamapala国际大学应联系乌干达,或通过电子邮件:(电子邮件保护)。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突或人际关系可能出现影响工作报告。