Исследование влияния сосредоточенного внесения осушающих агентов на механическую прочность глинистого грунта

Актуальность. В современной практике строительства все больше внимания уделяется качеству сооружения земляного полотна автомобильных дорог. При этом в большинстве регионов Российской Федерации существует дефицит природных строительных материалов требуемого качества. В связи с этим актуальность приобретают методы стабилизации природных глинистых грунтов для доведения их свойств до требований нормативной документации.

Цель работы заключается в исследовании влияния сосредоточенного внесения осушающих агентов на механическую прочность глинистого грунта.

Задачами исследования являются: изучение влияния введения химических добавок на механические показатели глинистого грунта, а также влияния перерыва между смешением и уплотнением смеси.

Материалы и методы. Предлагаемый метод сосредоточенного внесения осушающих агентов (извести, активной золы-уноса и их комбинаций, в т. ч. с добавками), помимо осушающей функции, может потенциально улучшать механические свойства глинистых грунтов, т. е. выполнять функцию укрепления грунта. Для проверки этой гипотезы были проведены исследования по определению предела прочности на сжатие образцов глинистого грунта (суглинка легкого пылеватого), обработанного гидратированной известью в количестве 2, 4 и 6 % по массе, гидратированной высококальциевой золой-уносом в количестве 4, 8 и 12 % по массе, а также комбинацией гашеной извести и химических добавок-ускорителей (CaCl2, FeSO4, NaOH в количестве 0,5 и 1,0 % от массы сухого грунта). Для учета влияния перерыва между перемешиванием смеси и уплотнением также были проведены соответствующие экспериментальные исследования.

Результаты и выводы. Установлено, что повышение прочности глинистого грунта после внесения извести отмечается даже при малых дозировках, причем она существенно превосходит (на 194 %) эффект от внесения золы-уноса. Добавки CaCl2 и NaOH существенно ускоряют набор прочности образцов, а внесение FeSO4 улучшает кинетику набора прочности на первом этапе (до 7 суток) и в дальнейшем вызывает полное разрушение структуры материала. Исследование по изучению влияния перерывов до уплотнения также показало существенное снижение прочности при разрыве во времени между внесением агентов и уплотнением.

1. Yi Dong, Ning Lu, Patrick J. Fox. Drying-Induced Consolidation in Soil // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2020. № 146 (9). P. 1-14. https://doi.org/10.1061/ (ASCE)GT.1943-5606.0002327

2. Jebali H., Prikha W., Bouassida M. Assessment of Carillo’s Theory for Improved Tunis Soft Soil by Geodrains // Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2013. P. 2509-2512.

3. Manish V. Shah, Arvind V. Shroff. Soil-Structur Soil-Structure Inter e Interaction of Soft Cla action of Soft Clay Using Pr y Using Prefabricated V efabricated Vertical Geodrains Under Seismic Stresses // Missouri University of Science and Technology. 2010. № 5.53а. P. 1-8.

4. Sven Hansbo. Consolidation of clay, with special reference to influence of vertical sand drains // Swedish geotechnical institute proceedings. 1960. № 18. P. 1-166.

5. Leelamanie D.A.L. Changes in Soil Water Content with Ambient Relative Humidity in Relation to the Organic Matter and Clay // Tropical Agricultural Research and Extension. 2010. № 13. P. 6-10. https://doi.org/10.4038/tare.v13i1.3130

6. Lucas Martina, Vahid Alizadehb, Jay Meegodaa. Electro-osmosis treatment techniques and their effect on dewatering of soils, sediments, and sludge: A review // Soils and Foundations. 2019. № 59. P. 407-418. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2018.12.015

7. Estabragh A.R., Naseh M., Javad A.A. Improvement of clay soil by electro-osmosis technique // Electrochimica Acta. 2015. № 95. P. 32-36. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.03.019

8. Jayasekera S. Electrokinetics to Modify Strength Characteristics of Soft Clayey Soils: A Laboratory Based Investigation // Applied Clay Science. 2015. V. 181. № 6. P. 39-47.

9. Ali Akbar Firoozi, C. Guney Olgun, Ali Asghar Firoozi, Mojtaba Shojaei Baghini. Fundamentals of soil stabilization // International Journal of Geo-Engineering. 2017. № 26. P. 1-16. https://doi.org/10.1186/s40703-017-0064-9

10. Chang-Yu Ou, Shao-Chi Chien, Yi-Guang Wang. On the enhancement of electroosmotic soil improvement by the injection of saline solutions // Applied Clay Science. 2009. № 44. P. 130-136. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000819

11. Abdullah W.S., Al-Abadi A.M. Cationic - electrokinetic improvement of an expansive soil // Applied Clay Science. 2010. № 47. P. 343-350. https://doi.org/10.1016/j.clay. 2009.11.046

12. Amir Hossein Vakili, Mohammad Kaedi, Mehdi Mokhberi, Mohamad Razip bin Selamat, Mahdi Salim. Treatment of highly dispersive clay by lignosulfonate addition and electroosmosis application // Applied Clay Science. 2018. № 152. P. 1-8. https://doi.org/10.1016/J.CLAY.2017.11.039

13. Prusinski J., Bhattacharja S. Effectiveness of Portland Cement and Lime in Stabilizing Clay Soils // Transportation Research Record. 1999. №. 1652. P. 215-227. https://doi.org/10.3141/1652-28

14. Ramdane Bahar, Mouloud Benazzoug, Said Kenai. Durability of earth stabilized material // Key Engineering Materials. 2014. № 600. P. 495-503. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ KEM.600.495

15. Young-sang Kim, Thien Quoc Tran, Gyeong-o Kang, Tan Manh Do. Stabilization of a residual granitic soil using various new green binders // Construction and Building Materials. 2019. № 223. P. 724-735. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.019

16. John E. Sani, Roland Kufre Etim, Alexander Joseph. Compaction Behaviour of Lateritic Soil- Calcium Chloride Mixtures // Geotech Geol Eng. 2018. P. 1-20. https://doi.org/10.1007/s10706-018- 00760-6

17. Ramana Murty V., Hari Krishna P. Amelioration of Expansive Clay Slopes Using Calcium Chloride // Journal of materials in civil engineering. 2007. P. 19-25. https://doi.org/10.1680/GRIM.2006.10.1.39

18. Bahram Ta'negonbadi, Reza Noorzad. Stabilization of clayey soil using lignosulfonate // Transportation Geotechnics. 2017. P. 1-38. https://doi.org/10.1016/J. TRGEO.2017.08.004

19. Слободчикова Н.А. Научные основы подбора состава грунтов, укрепленных известью // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2017. № 4. С. 1-7.

20. Little D.N. Handbook for Stabilization of Pavement Subgrades and Base Courses with Lime, Kendall. Hunt Publishing Company, Dubuque, Iowa, 1995. 219 p.

21. Lawrence W., Timothy Shevlin, Stave Tutokey, Joel Beeghly. The Effects of Various Lime Products for Soil Drying // Technical Report Carmeuse Lime Company. 2007. P. 1-10.

22. Emmanuel Sunday Ajayi. Improv Effect of Lime Variation on the Moisture Content and Dry Density of Lateritic Soil in Ilorin, Nigeria // Int. J. Forest, Soil and Erosion. 2012. №. 2 (4). P. 159-162.

23. Noor S.T., Uddin R. Effect of Lime Stabilization on the Alteration of Engineering Properties of Cohesive Soil // Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2019. P. 1257-1267. https://doi.org/10.1007/978- 981-10-8016-6_88

24. Mamatha K.H., Dinesh S.V. Resilient modulus of black cotton soil // International Journal of Pavement Research and Technology. 2017. P. 1-41. https://doi.org/10.1016/j.ijprt.2017.01.008

25. Mavroulidou M., Zhang X., Michael J. Gunn, Cabarkapa Z. Water Retention and Compressibility of a Lime-Treated, High Plasticity Clay // Geotech Geol Eng. 2013. P. 1171-1185. https://doi.org/10.1007/s10706-013-9642-6

26. Khattab S.A.A., Al-Mukhtar M., Fleureau J.-M. Long-Term Stability Characteristics of a Lime-Treated Plastic Soil // Journal of materials in civil engineering. 2007. P. 358-366. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2007)19:4(358)

27. Bhaskar C.S. Chittoori, Anand J. Puppala, Aravind Pedarla. Addressing Clay Mineralogy Effects on Performance of Chemically Stabilized Expansive Soils Subjected to Seasonal Wetting and Drying // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2018. P. 1-25. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001796

28. López-Laraa T., Hernández-Zaragozaa J.B., Horta-Rangela J., Rojas-Gonzáleza E., LópezAyalab S., Castañob V.M. Expansion reduction of clayey soils through Surcharge application and Lime Treatment // Case Studies in Construction Materials. 2017. №. 7. P. 102-109. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2017.06.003

29. Guillaume Stoltz, Olivier Cuisinier, Farimah Masrouri. Weathering of a lime-treated clayey soil by drying and wetting cycles // Engineering Geology. 2014. №. 181. P. 281-289. https://doi.org/10.1016/J. ENGGEO.2014.08.013

30. Asmaa Al-Taie, Disfani M., Evans R., Arulrajah A. Collapse and Swell of Lime Stabilized Expansive Clays in Void Ratio-Moisture Ratio-Net Stress Space // Int. J. Geomech. 2019. № 19. P. 1-15. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001488

31. Pat Harris, Tom Scullion, Stephen Sebesta. Hydrated lime stabilization of sulfate-bearing soils in texas // Technical Report Documentation Page. 2004. № FHWA/TX-04/0-4240-2. P. 46.