En laboratoriestudie av styrke og stivhet i kalksementstabilisert leire
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3022374Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
I Norge er vanlig å benytte kalksementpeler for å stabilisere områder med bløt og/eller sensitiv leire. Ved innblanding av bindemidler som kalk, sement, CKD eller Multisem i leirer øker styrken og stivheten slik at grunnen oppnår bedre stabilitet og bæreevne. Utfordringen med metoden er at produksjon av bindemidler medfører store klimautslipp som resulterer i at byggebransjen står for store deler av CO2 -utslippet i Norge. Masteroppgaven omhandler en laboratoriestudie der bakgrunnen er å redusere bindemiddelmengden ved kalksementstabilisering.
I masteroppgaven benyttes det en ny prosedyre utviklet av KlimaGrunn for preparering av kalksementprøver i laboratoriet. Laboratorieprosedyren gjør det mulig å forhåndsbestemme densiteten i prøvene, i tillegg til at prøvene herder ved 20°C og ikke 8°C slik som i gjeldene prosedyrer. Da det i tidligere studier er observert at oppnådd densitet i laboratorieprøver har betydning for oppnådd skjærfasthet, er det i denne masteroppgaven gjennomført en kontrollert studie der effekten av ulike innbyggingsdensiteter er undersøkt. Densiteten er variert ved å tilsette ulike mengder leire og bindemiddel i et gitt volum. Ved bruk av leire fra områder der det tidligere er installert kalksementpeler gir dette grunnlag for å sammenligne laboratorieprøver med kalksementprøver fra felt. I laboratoriearbeidet er det også brukt bender element for å undersøke korrelasjoner mellom oppnådd skjærfasthet og skjærbølgehastighet i laboratorieprøvene.
Det er til sammen preparert 54 prøver med to ulike leirer fra Leinstrand sør for Trondheim og Lilleby øst i Trondheim. 36 av prøvene er tilsatt 45 og 80 kg/m³ B80/CEMI og preparert med densitet 1,7, 1,8 og 1,9 g/cm³, mens 18 av prøvene er tilsatt lik mengde og type bindemiddel som kalksementpeler i felt og preparert med densitet 0-10% lavere enn in-situ densitet. Førstnevnte med fokus på å studere effekten av ulike innbyggingsdensiteter og sistnevnte for å sammenligne laboratoriepreparerte prøver med prøver fra felt. Prøvene er testet i enaksialapparat for bestemmelse av skjærfasthet og deretter i bender element for tolkning av skjærbølgehastighet. Herdetiden er satt til 28 døgn for alle prøvene.
Resultatene viser at oppnådd skjærfasthet i laboratorieprøvene i stor grad er avhengig av innbyggingsdensitet, der endring av densitet fra 1,7 g/cm³ til 1,9 g/cm³ kan gi 25-40% økning i skjærfasthet avhengig av type leire og bindemiddel. Effekten av ulike innbyggingsdensiteter er svært stor og en viktig parameter for å unngå over- eller underdimensjonering av styrke og stivhet i laboratorietesting. Til tross for ny laboratorieprosedyre oppnår prøver fra felt høyere skjærfastheter enn laboratorieprøver. Resultatene fra felt har imidlertid store spredninger som antas å være forårsaket av inhomogenitet på grunn av innblandingsarbeid. For å oppnå større samsvar mellom felt og laboratorieprøver bør spredningen av skjærfastheter i feltprøver reduseres. Det er ikke funnet gode korrelasjoner mellom skjærbølgehastighet og skjærfasthet ved bruk av bender element i denne studien. Da testing med bender element medfører usikkerheter, antas det at inputverdier eller forstyrrelser/bakgrunnsstøy er årsaken til resultatet. Det anbefales blant annet å utføre bender element-forsøk med høyere frekvenser for å oppnå gode korrelasjoner mellom skjærbølgehastighet og skjærfasthet slik som sett i tidligere studier. Lime cement columns are commonly used in Norway to stabilize the ground in areas with soft and/or sensitive clay. By mixing binders such as lime, cement, CKD or Multicem with clay, the stability and bearing capacity can be significantly improved. A problem with this method is that the binder production causes large greenhouse gas emissions and the construction industry in Norway accounts for large parts of the CO2-emissions. In this master's thesis a laboratory study has been carried out, with the aim of reducing the amount of binder in lime cement columns.
In the master's thesis a new procedure developed by KlimaGrunn for preparation of lime cement samples in the laboratory is used. The procedure makes it possible to predetermine the density of the samples and the curing temperature is 20°C, and not 8°C as in current procedures. Previous studies have observed that the density in laboratory samples influence the shear strength. The effect of different densities in laboratory samples has therefore been studied. The density is varied by adding different amounts of clay and binder in a given volume. Using clay from areas where lime cement columns previously have been installed, gives a basis for comparing laboratory samples with lime cement samples from the field. Bender element test is also used to investigate correlations between shear strength and shear wave velocity in the laboratory samples.
A total of 54 samples have been prepared with two different clays form Leinstrand south of Trondheim and Lilleby east in Trondheim. 36 of the samples are added 45 and 80 kg/m³ B80/CEMI and are prepared with a density of 1,7, 1,8 and 1,9 g/cm³. 18 of the samples have the same amount and type of binder as lime cement columns in field and are prepared with a density 0-10% lower than in-situ density. The former with focus on the effect of different densities and the latter to compare laboratory samples with samples from fields. The curing time is set to 28 days for all samples.
The results show that shear strength in the laboratory samples highly depends on the density, where a change in density from 1,7 g/cm³ to 1,9 g/cm³ can give a 25-40% increase in shear strength depending on the type of clay and binder. Change in density have a big impact on the strength and is an important parameter to avoid over- or under dimensioning of strength and stiffness in laboratory testing. Despite the new laboratory procedure, samples from the field obtain higher shear strengths than laboratory samples. However, the results from the fields have large spreads that are believed to be caused by inhomogeneity due to bad interference. Correlations between shear strength and shear wave velocity is not found in this thesis. Testing with bender element entails uncertainties and it is assumed that input values or disturbances have affected the result. Among other things, it is recommended to perform bender element tests with higher frequencies to achieve better correlations between shear wave velocity and shear strength as seen in previous studies.