مشخصات مکانیکی و دوام بستر رسی تثبیت شده با ترکیب باطله سنگ‌آهن و آهک شکفته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان

3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان

10.22075/jtie.2020.18494.1410

چکیده

از جمله راهکارهای مناسب برای برخورد با خاک‌های کم مقاومت و مسئله‌دار در راهسازی، تثبیت خاک است. از طرفی بهره‌گیری از ضایعات معدنی ازجمله باطله سنگ‌آهن در مصالح ساختمانی به دلایل زیست‌محیطی و اقتصادی در چند سال اخیر مدنظر قرارگرفته است. هدف این تحقیق تثبیت خاک رس سرخه با استفاده از آهک شکفته و باطله سنگ‌آهن است. برای این منظور، نمونه‌هایی با 0، 2، 4 و 6 درصد آهک هیدراته و 0، 10، 20 و 30 درصد باطله سنگ‌آهن در سه درصد رطوبت مختلف (بهینه، سمت مرطوب و سمت خشک) متراکم و آماده و سپس جهت انجام آزمایش مقاومت فشاری تک‌محوری (UCS) به مدت 7، 28 و 56 روز عمل‌آوری شدند. آزمایش مقاومت فشاری تک‌محوری نشان داد که با فرض ثابت بودن درصد باطله، افزایش درصد آهک تا یک مقدار مشخص (4%) باعث افزایش مقاومت فشاری و مدول یانگ می‌گردد و پس از آن سبب کاهش مقاومت فشاری و مدول یانگ نمونه‌ها می‌شود. نتایج این تحقیق همچنین نشان داد که مقاومت فشاری تک‌محوری و مدول یانگ، با افزایش درصد رطوبت تراکم کاهش می‌یابد و برعکس با کاهش درصد رطوبت این دو پارامتر افزایش می‌یابند. مقاومت فشاری نمونه‌های 7 روزه، 28 روزه و 56 روزه با توجه به درصد آهک و درصد رطوبت تراکم به ترتیب افزایش 84 الی 259 درصدی، 97 الی 290 درصدی و 110 الی 342 درصدی از خود نشان داد. نتایج آزمایش دوام در برابر سیکل‌های ذوب و یخبندان نشان داد که افزایش درصد باطله سنگ‌آهن تا یک مقدار مشخص (بین 2 الی 4 درصد) باعث کاهش افت وزنی و حجمی می‌شود و پس از آن، افت وزنی و حجمی افزایش می‌یابد. با لحاظ نمودن دو معیار مقاومت فشاری و مقاومت در برابر سیکل‌های ذوب و یخبندان، درصد بهینه آهک به ترتیب برای جایگزینی 20 و 10 درصد باطله برابر با 2 و4 درصد تعیین گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mechanical Properties and durability of clayey subgrade stabilized with iron ore mine tailing and hydrated lime

نویسندگان [English]

  • Ali Reza Ghanizadeh 1
  • Mehdi Zolfaghari 2
  • Hanie Abbaslou 3
1 Department of Civil Engineering, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
2 M.S Student, Department of Civil Engineering, Sirjan, University of Technology, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Sirjan University of Technology
چکیده [English]

An appropriate solution for dealing with low-resistance and problematic soils is stabilization of the soil. Also, exploitation and use of mineral resources generates a lot of mine tailings. Increasing the production of these tailings has created a significant concern for the mining authorities, regarding to achieve more depot space and environmental issues caused by waste deposits. The purpose of this research is to stabilize red clay with hydrated lime and iron ore mine tailings. For this purpose, samples with 0, 2, 4 and 6% lime and 0, 10, 20 and 30% of iron ore tailings dense and prepared in three percent moisture content (optimum, wet side and dry side). In order to perform unconfined compression strength (UCS), the specimens were treated for 7, 28 and 56 days. Unconfined compressive strength test showed that by increasing lime content up to a specific value, the UCS increases, and increasing the amount of lime content to more than it will reduce the UCS of samples when the content of iron ore mine tailing remains constant. In addition, the UCS and elastic modules decrease with increasing moisture content and vice versa. The UCS of the 7-day, 28-day and 56-day samples increses 84 to 259%, 97 to 290% and 110 to 342%, respectively, in terms of lime percentage, Iron ore mine tailing percentage and moisture content. Also, the freezing and thawing test showed that by increasing the iron ore mine tailing up to a specific value (2 to 4%), reduces the weight and volume loss of samples, and after that the weight and volume loss increase. Results of this study confirms that the optimum percentage of hydrated lime is 2 and 4%, regrading to 20 and 10 percentage of tailing, respectively by considering both UCS and freezing and thawing criteria.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clay soil
  • Iron ore mine tailing
  • Hydrated lime
  • strength and durability
توکلی کلاگری، ا.، شوش پاشا، ع. و دهستانی، م. 1395. "تثبیت خاک رس با استفاده از آهک و باطله ذغال سنگ". چهارمین کنگره بین‌المللی عمران، معماری و توسعه شهری، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.
تیموری، ا. و تیموری یانسری، م. 1393. "تثبیت خاک و مصالح شنی با آهک در طرح روسازی". ماهنامه بین‌المللی راه و ساختمان، 97: 12-19.
حسینی، ر.، رهنماراد، ج. و سلوکی، ح. 1393. "بررسی تثبیت خاک با استفاده از آهک به‌منظور بهبود خصوصیات مهندسی خاک‌های ریزدانه برای اهداف راه­سازی در دشت سیستان". اولین همایش ملی معماری، عمران و محیط‌زیست شهری.
روح‌بخشان، آ. و کلانتری، ب. 1393. "تثبیت خاک رس با آهک و پودر ضایعات سنگی". نشریه مهندسی عمران و محیط‌زیست، 48(4): 429-438.
نظام‌آبادی، ب. و قاسمی، م. 1395- الف. "بررسی تأثیر ضایعات معدن سنگ‌آهن بر مقاومت فشاری شفته‌آهک". سومین کنفرانس بین‌المللی دستاوردهای نوین پژوهشی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، تهران.
نظام‌آبادی، ب. و قاسمی، م. 1395- ب. "بررسی تأثیر ضایعات معدن سنگ‌آهن بر مقاومت ملات ماسه سیمان". سومین کنفرانس بین‌المللی دستاوردهای نوین پژوهشی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، تهران.
AASHTO. 2004. “Moisture-density relations of soils using a 2.5-kg (5.5-lb) rammer and a 305-mm (12-in.) drop”. The National Academies Press.
Abedi Koupai, J., Norouzian, K. and Abbasi, N. 2015. “Evaluation of durability and stability of clay soils stabilized using hydrated lime nearby hydraulic structures”. J. Water Soil Sci., 19(73): 249-261.
Asgari, M. R., Baghebanzadeh Dezfuli, A. and Bayat, M. 2015. “Experimental study on stabilization of a low plasticity clayey soil with cement/lime. Arab. J. Geosci., 8(3): 1439-1452.
ASTM. 2008. “Test method for shrinkage factors of soils by the mercury method”. D427-04, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2010. “Standard specification for quicklime and hydrated lime for soil stabilization”. C977-10, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2010. “Standard test methods for laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock by mass”. D2216-10, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2011. “Standard specification for fly ash and other pozzolans for use with lime for soil stabilization”. C593-06, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2012. “Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using standard effort (12400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3))”. D698-12, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2013. “Standard test method for pH of soils”. D4972-13, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2014. “Standard test methods for specific gravity of soil solids by water pycnometer”. D854-14, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2015. “Standard practice for classification of soils and soil-aggregate mixtures for highway construction purposes”. D3282-15, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2016. “Standard test method for particle-size analysis of soils”. D422-63, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2016. “Standard practice for dry preparation of soil samples for particle-size analysis and determination of soil constants”. D421-85, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2016a. “Standard test method for California bearing ratio (CBR) of laboratory-compacted soils”. D1883-16, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2016b. “Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soil”. D2166-16, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2017a. “Standard test methods for liquid limit, plastic limit, and plasticity index of soils”. D4318-17e1, West Conshohocken, PA, United States.
ASTM. 2017b. “Standard practice for classification of soils for engineering purposes (unified soil classification system). D2487-17, West Conshohocken, PA, United States.
Basha, E. A. R., Hashim, Mahmud, H. B. and Muntohar, A. S. 2005. “Stabilization of clay and residual soils using cement-rice husk ash mixtures”. Constr. Build. Mater., 19(6): 448-453.
Bastos, L. A. D. C., Silva, G. C., Mendes, J. C. and Peixoto, R. A. F. 2016. “Using iron ore tailings from tailing dams as road material”. J. Mater. Civ. Eng., 28(10): 1-9.
1-       Beckham, T. L. and Hopkins, T. C. 1998. “Use of hydrated lime byproduct for stabilization of subgrade soils”. Kentucky Transportation Center Research Report.
Bell F. G. 1996. “Lime stabilization of clay minerals and soils”. Eng. Geol., 42(4): 223-237.
Boz, A., Sezer, A., Özdemir, T., Hızal, G. E. and Dolmacı, Ö. A. 2018. “Mechanical properties of lime-treated clay reinforced with different types of randomly distributed fibers”. Arab. J. Geosci., 11(6): 122-136.
Collins, R. J. and Ciesiellski, S. K. 1993. “Recycling and use of waste materials or byproducts in highway construction”. NCHRP Synthesis of Highway Practice, Transportation Research Board, 92 p.
Consoli, N. C., Montardo, J. P., Prietto, P. D. M. and Pasa, G. S. 2002. “Engineering behavior of sand reinforced with plastic waste”. J. Geotech. Geoenviron. Eng., 128(6): 462-472.
Dhar, S. and Hussain, M. 2019. “The strength and microstructural behavior of lime stabilized subgrade soil in road construction”. Int. J. Geotech. Eng., DOI: 10.1080/19386362.2019.1598623.
Etim, R., Eberemu, A. and Osinubi, K. 2017. “Stabilization of black cotton soil with lime and iron ore tailings admixture”. Transport. Geotech., 10: 85-95.
Garzón, E., Cano, M., OKelly, B. C. and Sánchez-Soto, P. J. 2016. “Effect of lime on stabilization of phyllite clays”. Appl. Clay Sci., 123: 329-334.
Goecker, W., Moh, Z., Davidson, D. and Chu, T. 1956. “Stabilization of fine and coarse-grained soils with lime-fly ash admixtures”. Highway Res. Board Bull., 129: 63-82.
Goodarzi, A. R. 2017. “Effect of curing temperature and SiO2-nanoparticles on the engineering properties of lime treated expansive soil”. Modares Civ. Eng. J., 17(3): 132-144.
Harichane, K., Ghrici, M. and Kenai, S. 2011. “Effect of curing time on shear strength of cohesive soils stabilized with combination of lime and natural pozzolana”. Int. J. Civ. Eng., 9(2): 90-96.
Harish, G. 2017. “Studies on stabilization of black cotton soil using lime”. Int. Res. J. Eng. Technol., 4(6): 1725-1727.
Harris, P., Von Holdt, J., Sebesta, S. and Scullion, T. 2006. “Recommendations for stabilization of high-sulfate soils in Texas”. Transport. Res. Record, 1952(1): 71-79.
Hossain, K., Lachemi, M. and Easa, S. 2007. “Stabilized soils for construction applications incorporating natural resources of papua new guinea”. Resour., Conserv. Recy., 51(4): 711-731.
Indiana Department of Transportation. 2008. “Design procedures for soil modification or stabilization”. Office of Geotechnical Engineering, Indianapolis, IN.
Jahandari, S., Saberian, M., Zivari, F., Li, J., Ghasemi, M. and Vali, R. 2019. “Experimental study of the effects of curing time on geotechnical properties of stabilized clay with lime and geogrid”. Int. J. Geotech. Eng., 13(2): 172-183.
Khemissa, M. and Mahamedi, A. 2014. “Cement and lime mixture stabilization of an expansive overconsolidated clay”. Appl. Clay Sci., 95: 104-110.
Kuranchie, F. A. 2015. “Characterization and applications of iron ore tailings in building and construction projects”. PhD Dissertation, Edith Cowan University.
Li, H. B. 2014. “Experimental research on performance of road base with cement stabilized iron tailings sand”. Appl. Mech. Mater., 513-517: 60-64.
Miura, N., Horpibulsuk, S. and Nagaraj, T. S. 2002. “Engineering behavior of cement stabilized clay at high water content”. Soils Found., 41(5): 33-45.
Moses, G., Saminu, A. and Oriola, F. O. P. 2012. “Influence of compactive efforts on compacted foundry sand treated with cement kiln dust”. Civ. Environ. Res., 2: 11-24.
Nagaraj, H. B. and Shreyasvi, C. 2017. “Compressed stabilized earth blocks using iron mine spoil waste- an explorative study”. Proced. Eng., 180: 1203-1212.
Noohu, N. K. 2017. “Effect of lime on geotechnical properties of marine clay”. Int. J. Innov. Res. Sci. Eng. Technol., 6(4).
O’Flaherty, C. A. 1988. “Highway volume 2: Highway Engineering”. Edward Arnold, London.
Oriola, F. and Moses, G. 2010. “Groundnut shell ash stabilization of black cotton soil”. Electron. J. Geotech. Eng., 15(1): 415-428.
Osinubi, K. J. 2000. “Stabilization of tropical black clay with cement and pulverized coal bottom ash admixture”. PP. 289-302. In: Cheuler, D., Sandra, L. H. and Chang, N. Y. (Eds.), Advances in Unsaturated Geotechnics, ASCE GSP, No. 99.
Osinubi, K. J., Yohanna, P. and Eberemu, A. O. 2015. “Cement modification of tropical black clay using iron ore tailings as admixture”. Transport. Geotech., 5: 35-49.
Osinubi, K. J., Etim, R. K. and Eberemu, A. O. 2017. “Stabilization of black cotton soil with lime and iron ore tailings admixture”. Transport. Geotech., 10: 85-95.
Sridevi, G., Sahoo, S. and Sen, S. 2019. “Stabilization of expansive soil with red mud and lime”. In: Thyagaraj, T. (Ed.), Ground Improvement Techniques and Geosynthetics, Lecture Notes in Civil Engineering, Vol. 14, Springer, Singapore.
Texas Department of Transportation. 2002. “Soil-lime testing”. Tex-121-E, Manual of Testing Procedures, Austin, TX.
Xu, S. 2013. “Research on application of iron tailings on road base”. Adv. Mater. Res., 743: 54-57.