Undersøkelse av styrkeutviklingen i sementstabiliserte masser med ulike blandingsforhold og sementtyper - Jetpeling og blandingsforsøk i laboratoriet

Abstract

Denne bacheloroppgaven undersøker hvordan styrkeutviklingen i sementstabiliserte masser påvirkes av ulike vann/sement-forhold (v/c) og sementtyper, med særlig fokus på miljøsementens potensial i jetpeling. Studien er basert på jordprøver fra Bane NOR sin jernbaneutbygging i Moss, et prosjekt med utfordrende grunnforhold og krav til gode geotekniske løsninger.

For å undersøke dette ble laboratorieforsøk gjennomført på prøver før og etter stabilisering med normalsement (CEM II/B-M 42.5 R) og miljøsement (CEM II/B-S 52.5 N), ved varierende v/c-forhold. Prøvene ble herdet under kontrollerte forhold og testet for udrenert trykkfasthet, ved hjelp av enaksialt trykkforsøk. Metodene som ble benyttet, inkluderer også måling av vanninnhold, densitet og udrenert skjærstyrke, gjennomført på geoteknisk laboratorium i tråd med relevante standarder. Dette ga et grunnlag for å klassifisere jordprøvene og beregne riktig blandingsforhold til stabilisering.

Resultatene fra sementstabilisering ble vurdert med tanke på udrenert trykkfasthet, sammenholdt med Bane NOR sitt krav på minimum 5 MPa for feltutførte jetpeler. I tillegg ble andre faktorer for styrke som effekten av herdetemperatur og naturlige overlagringstrykk diskutert.

Funnene viser at miljøsement oppnår tilfredsstillende styrke selv ved høyere v/c-forhold, og demonstrerte en gjennomsnittlig trykkfasthet på 5.07 MPa. Dette tilsier at miljøsement kan være et teknisk egnet og miljøvennlig alternativ, særlig i masser med høyere andel silt og sand. Normalsement viste en tydeligere nedgang i styrke ved økende v/c, noe som gjør miljøsement mer robust under varierende blandeforhold. Et viktig moment i vurderingen er at laboratorieforsøkene ikke fullt ut gjenspeiler feltforhold, hvor høyere temperaturer og naturlig trykk gir andre herdebetingelser.

Oppgaven konkluderer med at miljøsement har gode forutsetninger for bruk i jetpeling med tanke på teknisk ytelse. Det anbefales videre forskning på langtidsholdbarhet og optimalisering av blandeforhold, spesielt ved bruk i områder med høyt naturlig vanninnhold, og større andeler av leire og silt.

This bachelor thesis investigates how strength development in cement-stabilized soils is influenced by variations in the water-to-cement ratio (w/c) and cement type, with particular focus on the potential of environmentally friendly cement in jet grouting applications. The study is based on soil samples collected from Bane NOR’s railway development project in Moss, an area characterized by challenging ground conditions and demanding technical requirements.

To investigate this, laboratory tests were carried out on samples both before and after stabilization with standard cement (CEM II/B-M 42.5 R) and environmental cement (CEM II/B-S 52.5 N), using a range of w/c-ratios. The samples were cured under controlled conditions and tested for unconfined compressive strength using uniaxial compression tests. The methodology also included measurements of water content, density, and undrained shear strength, performed in a geotechnical laboratory in accordance with relevant standards. This provided a basis for classifying the soil samples and calculating appropriate mixing ratios for stabilization.

The results from stabilization were evaluated with respect to unconfined compressive strength, benchmarked against Bane NOR’s field requirement of a minimum of 5 MPa for jet grouted columns. Additionally, the effects of curing temperature and natural overburden pressure were considered.

The findings show that environmental cement achieves satisfactory strength even at higher w/c ratios, with an average compressive strength of 5.07 MPa. This suggests that it may be a technically viable and environmentally preferable alternative, particularly in soils with higher silt and sand content. Standard cement exhibited a more pronounced reduction in strength with increasing w/c ratio, indicating that environmental cement may be more robust under varying mixing conditions. A key consideration is that laboratory conditions do not fully replicate field environments, where elevated temperatures and in-situ pressure lead to different curing conditions.

The thesis concludes that environmental cement has strong potential for use in jet grouting, offering good technical performance, cost advantages, and reduced environmental impact. Further research is recommended on long-term durability and optimization of mixing ratios, especially for use in areas with high natural water content and higher proportions of clay and silt.