Optimalisering av innblandingsmengder i ulike leirer ved kalksementpeling
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2779458Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
I Norge er det vanlig å benytte kalksementpeler for å stabilisere grunnen i områder med bløt og/eller sensitiv leire. Brent kalk og sement, evt. andre bindemidler, blandes med leire slik at den får økt fasthet og stivhet. Et stort problem med denne metoden er at bindemiddelproduksjon medfører store klimagassutslipp, og det er dermed ønskelig å redusere utslippene knyttet til kalksementpeling. Dette kan gjøres enten ved å benytte mer klimavennlige bindemidler, eller ved å redusere mengden bindemiddel i selve pelene. I denne masteroppgaven undersøkes ulike faktorer som er av betydning for fasthetsutviklingen i kalksementpeler, for å øke forståelsen av hvordan innblandingsmengden kan optimaliseres for ulike leirer. Ettersom motivasjonen er å redusere klimagassutslipp knyttet til kalksementpeling, belyses også fordelene ved å øke innholdet av filterstøvet LKD (Lime Kiln Dust) i bindemiddelet.
Studert litteratur viser at vanninnhold, plastisitet, kornstørrelsesfordeling, organisk innhold, sulfidinnhold, saltinnhold, aktivitet, mineralogiske egenskaper og pH-verdi kan være av stor betydning for fasthetsutviklingen i stabiliserte leirer. I tillegg er andre faktorer som type bindemiddel, innblandingsmengde, innblandingsarbeid, herdetid og herdeforhold viktige. Norske erfaringer viser bl.a. at vanninnhold og plastisitetsindeks er viktige egenskaper for fasthetsutviklingen. Hvordan ulike egenskaper påvirker fasthetsutviklingen i norske leirer er imidlertid lite dokumentert, og dermed presenteres et datagrunnlag med resultater fra norske laboratoriestabiliserte prøver. Datagrunnlaget viser at andre egenskaper også kan være av stor betydning.
Resultatene viser at de høyeste fasthetene oppnås av kvikkleirer. Kvikkleirer har blitt utsatt for utvasking av saltvann, som medfører redusert plastisitetsindeks og uomrørt skjærfasthet, samt økt sensitivitet. Dette indikerer at den gode fasthetsutviklingen enten kan skyldes at innblandingsarbeidet er mindre krevende i slike leirer, eller at saltinnholdet er av stor betydning. Resultatene viser at tradisjonelle innblandingsmengder er konservative for kvikkleirer, og det bør derfor være mulig å redusere innblandingsmengden. Resultatene viser også at økning av LKD-andelen i kalksement ikke gir vesentlige forskjeller i oppnådd fasthet ved stabilisering av kvikkleire, og klimagassutslipp kan dermed også reduseres på denne måten.
Noen leirer oppnår god fasthetsøkning ved økning av innblandingsmengde, mens andre leirer oppnår meget begrenset fasthetsøkning. Dette kan bl.a. skyldes at bindemiddelet har blitt ujevnt fordelt i leira, eller at det har blitt tilført for stor mengde kalk. Det finnes et optimalt kalkinnhold som er ulikt for alle leirer, og tilførsel av kalk over det optimale kalkinnholdet kan medføre at fastheten utvikles i et lavere tempo, evt. at fastheten reduseres.
Fasthetsutviklingen i kalksementstabiliserte masser er avhengig av mange faktorer, og ikke alle er nevnt i denne masteroppgaven. Disse faktorene kan kombineres på utallige måter, og det er dermed meget utfordrende å undersøke hvordan innblandingsmengden kan optimaliseres for ulike leirer. For å øke forståelsen anbefales det å utføre en kontrollert laboratoriestudie for å undersøke hvordan hver enkelt egenskap påvirker fasthetsutviklingen i stabiliserte masser. Lime cement columns are commonly used in Norway to stabilize the ground in areas with soft and/or sensitive clay. Quicklime and cement, or other binders, are mixed with clay to increase its strength, stiffness and load bearing capacity. A major problem with this method is that binder production results in large greenhouse gas emissions, and it is therefore desirable to reduce the emissions associated with lime cement columns. This can be done either by using more climate-friendly binders, or by reducing the amount of binder in the columns. In this master's thesis, various factors that are important for the strength development in lime cement columns are investigated, to increase the understanding of how the binder amount can be optimized for different clays. As the motivation is to reduce greenhouse gas emissions associated with lime cement columns, the benefits of increasing the amount of LKD (Lime Kiln Dust) in the binder are also highlighted.
The studied literature shows that water content, plasticity, grain size distribution, organic content, sulfide content, salinity, activity, mineralogical properties and pH value can be of great importance for the strength development in stabilized clays. In addition, other factors such as type and amount of binder, mixing method, curing time and curing conditions are important. Norwegian experience shows that water content and plasticity index are important properties for the strength development. However, how different properties affect the strength development in Norwegian clays is little documented, and thus a small data base with results from Norwegian laboratory stabilized samples are presented. The data base shows that other properties can also be of great importance.
The results show that the highest strengths are achieved by quick clays. Quick clays have been subjected to leaching, resulting in reduced plasticity index and remolded shear strength, as well as increased sensitivity. This indicates that the good strength development can either be due to that the mixing of soil and binder is being less demanding in such clays, or that the salinity is of great importance. The results show that traditional amounts of binder are conservative for quick clays, and it should therefore be possible to reduce the binder amount. The results also show that increasing the proportion of LKD in lime cement does not lead to significant differences in the strength achieved by stabilized quick clay, and greenhouse gas emissions can thus also be reduced in this way.
Some clays achieve good strength gains by increasing the amount of binder, while other clays achieve a very limited increase in strength. This may be because the binder has been unevenly distributed in the clay, or that too much lime has been added. There is an optimum lime content that is different for all clays, and the addition of lime above the optimum lime content can cause the strength to develop at a slower rate, or even reduce the strength.
The strength development in lime cement stabilized soils depends on many factors, and not all of them are mentioned in this master's thesis. These factors can be combined in a countless number of ways, and it is therefore very challenging to investigate how the amount of binder can be optimized for different types of clay. To increase the understanding, it is recommended to conduct a controlled laboratory study to investigate how each property affects the strength development in the stabilized soil.