Поведение вулканического пепла

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 14524 (2022) Цитировать эту статью

1155 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Вулканический пепел (ВП) – один из побочных продуктов эксплозивных извержений вулканов. Благодаря своим цементирующим свойствам их можно использовать в качестве стабилизатора грунта в качестве экологически чистого метода стабилизации грунта. В данной работе исследовано влияние ВА как добавки (до 20%) на поведение глинистого грунта при испытаниях на одномерное сжатие и одноосное сжатие. С этой целью исследуется влияние процентного содержания VA, условий отверждения, т.е. оптимального содержания влаги (OMC) и насыщенного образца, а также времени отверждения на модуль одометра и прочность на одноосное сжатие (UCS). Результаты показывают, что добавление VA постоянно увеличивает UCS в условиях насыщения. Однако это улучшение является значительным для дополнительных 5% VA в состоянии OMC и вызывает улучшение UCS на 325%. Максимальное улучшение UCS происходит при добавлении 20% ВА в насыщенном состоянии. Также было обнаружено, что смеси ВА и почвы более устойчивы при низких уровнях стресса, а модуль эдометра увеличивается с добавлением ВА. Длительное время отверждения приводит к увеличению количества изготовленных связей за счет пуццолановой реакции. Дополнительный ВА не оказывает существенного влияния на параметры консолидации, особенно при кратковременном времени отверждения.

В течение последних десятилетий при улучшении почвы и стабилизации проектов дорожного строительства учитывались экологически чистые подходы в отношении ограничений и доступных источников. Принятые решения предусматривают использование геосинтетических материалов1,2,3, добавление полимера/биополимера в почву4,5,6 или добавление различных видов отходов, таких как шины или измельченное стекло7,8,9,10 ,11. Согласно предыдущим исследованиям, стабилизация грунта является важным и экономически эффективным методом обеспечения устойчивости дорог12. Химическое улучшение почв является одним из наиболее распространенных методов, которые могут быть адаптированы к окружающей среде и затратам проекта. В настоящее время химические улучшения осуществляются с использованием вяжущих материалов, таких как цемент, известь и пуццоланы12,13,14,15,16.

Несмотря на то, что цемент и известь обладают высокими эксплуатационными характеристиками и эффективностью в стабилизации грунта, в процессе производства или использования может возникнуть ряд экологических проблем, таких как деградация и загрязнение12,17. В последние годы в связи с проблемами, связанными с содержанием цементно-известковых смесей в почвах, среди инженеров получило распространение использование экологически чистых отходов. Учитывая предыдущие усилия, использование пуццоланов в качестве материала для улучшения почвы становится популярной темой среди исследователей, поскольку оно практически не вызывает негативных экологических проблем12,17. Пуццоланы представляют собой материалы на основе кремния, которые различаются в зависимости от способа их производства (летучая зола, вулканический пепел, шелуха и т. д.). Использование пуццоланов может быть эффективным для снижения загрязнения воздуха, а также для экономии энергии и выбросов парниковых газов17,18.

Недавно были исследованы возможности использования отходов, производимых сельскохозяйственными полями и промышленными предприятиями, а именно летучей золы, шлаков, шин, стекла и зерновой оболочки8,19,20,21,22,23,24,25,26. Летучая зола и вулканический пепел (VA), которые соответственно выбрасываются в результате угольных печей и извержений вулканов, могут быть выбраны в качестве подходящей замены цемента/извести, а также могут использоваться для стабилизации почвы. Ряд исследователей изучали поведение ВА в различных условиях. Чтобы оценить улучшение почвы с помощью дополнительных вяжущих материалов, необходимо оценить связь между частицами и прочностные свойства27. С этой целью могут быть проведены стандартные традиционные испытания, такие как испытания на прямой сдвиг, трехосные испытания, одноосные испытания на ограниченное сжатие и определение коэффициента подшипника Калифорнии (CBR). Добавление пуццоланов в почвенную массу может улучшить такие свойства почвы, как прочность, угол трения, сцепление и CBR21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33.