مقایسه تأثیر پسماندهای صنعتی (غبار کوره سیمان، خاکستربادی و سرباره کوره آهن‌گدازی) بر پارامترهای تراکمی و نسبت باربری کالیفرنیا در خاک‌های رسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران.

چکیده

هدف از این تحقیق، مقایسه تأثیر پسماندهای صنعتی شامل غبار کوره سیمان (CKD)، خاکستربادی (FA) و سرباره کوره آهن‌گدازی (GGBFS) بر تثبیت خاک‌های رسی است. برای تثبیت شیمیایی خاک‌ها، مقدار بهینه CKD، 10-20 درصد، خاکستربادی رده C، 20-25 درصد و GGBFS، 20-30 درصد پیشنهاد شده است. با در نظر گرفتن مقدار pH خاک با درصدهای مختلف مواد افزودنی، مقدار افزودنی‌ها برای مقایسه بهتر، یکسان و برابر با 20 درصد انتخاب شد. آزمایش‌های تراکم استاندارد و نسبت باربری کالیفرنیا بر نمونه‌ها انجام شد. جهت بررسی اثر ریزساختاری مواد افزودنی، نمونه­ها تحت آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش پرتوی ایکس (XRD) قرار گرفتند. نتایج نشان داد که غبار کوره سیمان و خاکستربادی موجب کاهش دانسیته خشک حداکثر و افزایش درصد رطوبت بهینه خاک می­شوند. در حالی که سرباره کوره آهن‌گدازی، درصد رطوبت بهینه نمونه را کاهش و دانسیته خشک حداکثر را افزایش داد. نسبت باربری کالیفرنیا در خاک تثبیت­شده با CKD، FA و GGBFS به ترتیب 7/21، 3/13 و 7/15 برابر خاک خالص بود. منطبق بر نتایج آنالیز SEM و XRD، افزایش مقاومت در خاک تثبیت­شده، ناشی از واکنش­های پوزولانی و ایجاد محصولات سیمانتاسیون و در نتیجه اتصال ذرات خاک و تثبیت­کننده­ها و پُر شدن فضاهای خالی می­باشد. هر چه میزان آهک آزاد در تثبیت­کننده بیشتر باشد، افزایش مقاومت در خاک، بیشتر خواهد بود. در پروژه‌های اجرایی، عواملی مانند زمان تأخیر (زمان بین اولین تماس ماده افزودنی با آب و کوبیدن نهایی مخلوط) و میزان رطوبت که بر پارامترهای مقاومت تأثیر می‌گذارند، باید در نظر گرفته شوند. همچنین مسائل زیست‌محیطی مانند قابلیت واکنش‌پذیری و نفوذ این مواد به آب‌های زیرزمینی، حائز اهمیت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Comparative Study on the Effect of Cement Kiln Dust, Fly Ash, and Ground Granulated Blast Furnace Slag on Compaction Characteristics and California Bearing Ratio of Clay Soils

نویسنده [English]

  • Sadegh Ghavami
Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

The objective of this study is to compare the effectiveness of industrial wastes including cement kiln dust (CKD), fly ash (FA), and ground granulated blast furnace slag (GGBFS) for stabilization of clay soils. To chemically stabilize the soil, optimal amounts of CKD (10%-20%), class C FA (20%-25%) and GGBFS (20%-30%) have been suggested. Considering the soil pH value with different percentages of additives, the amount of each additive was considered the same (20%) for better comparison. Standard compaction and California Bearing Ratio (CBR) tests were conducted on the mixtures. To investigate the microstructural effect of additives, the samples were subjected to scanning electrocleen microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Results showed that CKD and FA decreased maximum dry density and increased optimum moisture content. Meanwhile, GGBFS decreased optimum moisture content of the samples and increased maximum dry density. The CBR in soil stabilized with CKD, FA, and GGBFS was 21.7, 13.3, and 15.7 times that of pure soil, respectively. According to the results of the SEM and XRD analysis, the increase in strength in the stabilized soil is caused by pozzolanic reactions and creation of cementation products, and as a result, binding of soil particles and stabilizers and filling of the pores. The higher the amount of free lime in the stabilizer, the greater the increase in soil strength. In practical projects, factors such as delay time (the time between the first contact of the additive and water and the final compaction of the mixture) and moisture content that affect the strength parameters should be considered. Also, environmental issues, such as potential of these additives to enter groundwater, are important.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cement Kiln Dust
  • Fly Ash
  • Ground Granulated Blast Furnace Slag
  • Compaction Parameters
  • California Bearing Ratio

مراجع

Ahmaruzzaman, M. 2010. “A review on the utilization of fly ash”. Progress in Energy and Combustion Science, 36(3): 327–363.
Al-Homidy, A. A., Abd El Aal, A. K., Nabawy, B. S. & Radwan, A. E. 2024. “Effect of adding cement kiln dust on the effective geotechnical properties of sand dunes in Najran–Sharourah, Kingdom of Saudi Arabia: a laboratory study”. Journal of Material Cycles and Waste Management, 26: 373–391.
Al-Homidy, A. A., Dahim, M. H., & Abd El Aal, A. K. 2017. “Improvement of geotechnical properties of sabkha soil utilizing cement kiln dust”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 9(4): 749–760.
Amouzadeh Omrani, M. 2023. “Laboratory comparison of mechanical properties of emulsified cold recycled asphalt containing cement kiln dust and steel slag with recycled asphalt containing cement”. Journal of Transportation Infrastructure Engineering, 9(3): 57-79.
Bagheri, A. R., Zanganeh, H. and Moalemi M. M. 2012. “Mechanical and durability properties of ternary concretes containing silica fume and low reactivity blast furnace slag”. Cement Concrete Compos., 34: 663-670.
Chamling, P. K., Biswal, D. R. and Sahoo, U. C. 2021. “Effect of moulding water content on strength characteristics of a cement-stabilized granular lateritic soil”. Innovat. Infrastruct. Solut., 6(82).
Çokça, E. 2001. “Use of class C fly ashes for the stabilization of an expansive soil”. J. Geotech. Geoenviron. Eng., 127(7): 568-573.
Das, B., Prakash, S., Reddy, P. S. R. and Misra, V. N. 2007. “An overview of utilization of slag and sludge from steel industries”. Resour., Conserv. Recy., 50: 40-57.
Dayalan, J. 2016. “Comparative study on stabilization of soil with ground granulated blast furnace slag (GGBS) and fly ash”. Int. Res. J. Eng. Tech., 3: 2198-2204.
Edil, T. B., Acosta, H. A. and Benson, C. H. 2006. “Stabilizing soft fine-grained soils with fly ash”. J. Mater. Civ. Eng., 18(2): 283-294.
Ehrenberg, A. 2010. “Granulated blast furnace slag state of the art and potentials for the future”. The 6th European Slag Conference, Madrid.
Eisa, M. S., Basiouny, M. E., Mohamady, A. and Mira, M. 2022. “Improving weak subgrade soil using different additives”. Mater., 15(13): 4462.
Ghavami, S. and Rajabi, M. 2021. “Investigating the influence of the combination of cement kiln dust and fly ash on compaction and strength characteristics of high-plasticity clays”. J. Civ. Eng. Mater. Appl., 5(1): 9-16.
Ghavami, S. and Hosseini Fani, M. 2023. “Compaction, hydraulic, and consolidation characteristics of reinforced clays with carpet waste”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 9(1): 107-118.
Ghavami, S., Jahanbakhsh, H. and Moghadas Nejad, F. 2021. “Laboratory evaluation on the effectiveness of polypropylene fibers on the strength behavior of CKD-stabilized Soil”. Geotech. Geol., 17(1): 465-470.
Ismaiel, H. 2013. “Cement kiln dust chemical stabilization of expansive soil exposed at El-Kawther Quarter, Sohag Region, Egypt”. Int. J. Geosci., 4(10): 1416-1424.
Jahanbakhsh, H., Mobini, M., Ghavami, S. and Moghadas Nejad, F. 2020. “Investigation the effect of cement kiln dust on the mechanical properties of cement emulsified asphalt mortar containing GGBFS and fly ash for high-speed railway ballastless track”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 6(3): 47-67.
Ma, S., Yao, Y., Bao, P. and Guo, C. 2023. “Effects of moisture content on strength and compression properties of foundation soils of cultural relics in areas flooded by the Yellow River”. Front. Mater., 10: 1186750.
Mallela, J., Quintus, H. V. and Smith, K. L. 2004. “Consideration of lime-stabilized layers in mechanistic-empirical pavement design”. The National Lime Association.
Muhmed, A., Mohamed, M. and Khan, A. 2022. “The impact of moisture and clay content on the unconfined compressive strength of lime treated highly reactive clays”. Geotech. Geolog. Eng., 40: 5869-5893.
Mujtaba, H., Aziz, T., Farooq, K., Sivakugan, N. and Das, B. M. 2018. “Improvement in engineering properties of expansive soils using ground granulated blast furnace slag”. J. Geolog. Soc. India, 92(3): 357-362.
Sharma, R. K. 2017. “Laboratory study on stabilization of clayey soil with cement kiln dust and fiber”. Geotech. Geolog. Eng., 35(5): 2291-2302.
Shirkhanloo, S., Najafi, M., Kaushal, V. and Rajabi, M. 2021. “A comparative study on the effect of class C and class F fly ashes on geotechnical properties of high-plasticity clay”. Civ. Eng., 2(4): 1009-1018.
Taha, R., Al-Rawas, A., Al-Harthy, A. and Al-Siyabi, H. 2001. “Use of cement by-pass dust in soil stabilization”. Eng. J. Univ. Qatar, 14: 61-76.
Tharun, A. and Reddy, M. S. 2017. “Flexible pavement design and material characteristics”. Int. J. Magaz. Eng., Tech., Manag. Res., 4(3): 317-325.
Thomas, A., Tripathi, R. K. and Yadu, L. K. 2018. “A Laboratory investigation of soil stabilization using enzyme and alkali-activated ground granulated blast-furnace slag”. Arab. J. Sci. Eng., 43: 5193-5202.
Turan, C., Javadi, A. A. and Vinai, R. 2022. “Effects of class C and class F fly ash on mechanical and microstructural behavior of clay soil-A comparative study”. Mater., 15(5): 1845.
Wang, D., Tawk, M., Indraratna, B., Heitor, A. and Rujikiatkamjorn, C. 2019. “A mixture of coal wash and fly ash as a pavement substructure material”. Transport. Geotech., 100265.
Yadu, L. and Tripathi, R. K. 2013. “Effects of granulated blast furnace slag in the engineering behaviour of stabilized soft soil”. Proc. Eng., 51: 125-131.
Zhao, G., Yan, D., Ren, G., Zhu, Z., Wu, T., Ding, S., Shi, M. and Fan, H. 2023. “Influence of ground granulated blast furnace slag on the dispersivity and mechanical property of dispersive soil”. Constr. Build. Mater., 409: 134036.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 24 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری: 07 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش: 07 شهریور 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار