Alternative binders for improvement of soft soils - a geoenvironmental approach

Abstract

Miljøspor fra menneskelige aktiviteter begynner å utgjøre mange problemer i vår nåværende verden. I mellomtiden kan sivilingeniør og spesifikt geoteknikk, som er ansvarlig for et bredt utvalg av menneskeskapte aktiviteter i vårt omgivende miljø, skape både kort- og langtidseffekter, og det er et stadig økende behov for å korrigere metodene og mønstrene i disse feltene for å bygge en grønnere og mer bærekraftig fremtid. Denne studien prøver å takle disse problemene i et av områdene innen geoteknikk med høy miljøbelastning, det vil si jordstabilisering gjennom tørr dypblandingsteknikk. Den nevnte metoden brukes dominerende i Norge og har vist seg å være ansvarlig for høye miljøspor på grunn av at den bruker mye sement og kalk. Hovedmålet er derfor å redusere mengden sement og / eller kalk ved å erstatte dem med avfall. Denne rapporten tar sikte på å gjenbruke treaske, som er et biprodukt som er igjen fra vedforbrenning og for øyeblikket bare havner på deponier. For å fullt ut vurdere dette potensialet ble aske, som ble delt i flue og bunnaske, fysisk og kjemisk karakterisert da de kom inn i laboratoriet. Ulike tester, inkludert geotekniske tester og kjemiske karakteriseringstester, ble utført på forskjellige blandingskombinasjoner av aske, sement og hurtigleiren til Tiller-Flotten for å finne blandingene med best mekanisk ytelse. Udrenert skjærstyrke ble valgt som indikator for hvor godt en prøve utfører. Dette ble deretter fulgt av å vurdere miljøbelastningene til disse blandingene via en standard livssyklusvurdering (LCA) -metodikk for å finne den mest bærekraftige blandingen i denne sammenheng. Likevel ble det konkludert med at bunnaskeblandinger overgår flyveaskeblandinger når det gjelder mekanisk respons. Dette ble deretter støttet av det faktum at flyveasedelen er kjemisk ikke-reaktiv, mens de kjemiske sammensetningene av bunnaske avslørte at bunnasken kunne erstatte kalk med suksess. LCA-metoden avslørte da at miljøkostnadene i forhold til oppnådd mekanisk respons kan ligge i et akseptabelt område for bunnaske, og når man sammenligner med tradisjonelle kalk / sementblandinger, kan det konkluderes med at bruk av treaske kan gi en bærekraftig fremtid for jordstabilisering i Norge hvis det produseres tilstrekkelig mengde aske

Environmental footprints left from human activities are starting to pose numerous problems in our current world. Meanwhile, civil engineering and, specifically, geotechnical engineering, responsible for a wide variety of manmade activities in our surrounding environment, can create both short- and long-term effects, and there is an ever-increasing need to correct the methods and patterns in these fields to build a greener and more sustainable future. The present study is trying to tackle these issues in one of the areas in geotechnical engineering with high environmental loads, that is, soil stabilization through dry deep mixing technique. The mentioned method is dominantly being used in Norway and is proved to be responsible for high environmental footprints due to the fact that it is using a high amount of cement and lime. The main objective is hence to reduce the amount of cement and/or lime via substituting them using waste material. This report aims to reuse wood ash, which is a by-product left from wood combustion and is currently only ending up at landfills. To fully assess this potential, ashes, which were split into the fly and bottom ash, were physically and chemically characterized as they received into the laboratory. Different tests, including geotechnical tests and chemical characterization tests, were performed on different mixture combinations of ashes, cement, and the quick clay of Tiller-Flotten to find the mixtures with the best mechanical performance. Undrained shear strength was chosen as the indicator of how well a sample is performing. This was then followed by assessing the environmental loads of these mixtures via a standard Life Cycle Assessment (LCA) methodology to find the most sustainable mixture in this context. Nevertheless, it was concluded that bottom ash mixtures are outperforming fly ash mixtures in terms of mechanical response. This was then supported by the fact that the fly ash portion is chemically non-reactive, while the chemical compositions of bottom ashes revealed the bottom ash portion could replace lime successfully. The LCA methodology then revealed that the environmental costs relative to the obtained mechanical response may sit in an acceptable range for bottom ashes, and when compared to traditional lime/cement mixtures, it could be concluded that the use of wood ash can source a sustainable future for soil stabilization in Norway if sufficient amount of ashes is produced