The thermal conductivity and viscosity(or workability) of graphite-added bentonite grouts and cementitious grouts have been evaluated and compared to determine the suitability of these materials for backfilling vertical boreholes of ground heat exchangers. Seven bentonite grouts from different product sources and a portland cement grout with various mixture ratios were considered in this paper. As a new additive for grout, we choose graphite which has high thermal conductivity. The bentonite grouts indicate that the thermal conductivity and viscosity increase with the content of bentonite or with an addition of Graphite compared with that of silica sand. In case of cementitious grout also increase the thermal conductivity and decrease the workability dramatically though an addition of Graphite. Therefore, we cautiously select the amount of graphite and mixture ratio of bentonite and cement considering not only thermal conductivity but also viscosity for the optimum condition of backfilling material.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.1231-1238
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2010
Recently, the utilization of recycled aggregates for backfilling a power transmission pipeline trench has been increasing due to the issues of eco-friendly construction and shortage of natural aggregate resource. It is important to investigate the physical and thermal properties of the recycled aggregates that can be used as a backfill material. This study presents the thermal properties of two types of recycled aggregates with various particle size distributions. The thermal properties of the recycled aggregate were measured using the transient hot wire method and the probe method after performing the standard compaction test using an automatic compactor. Similar to silica sand, the thermal resistivity of the recycled aggregates decreased when the water content increased. This study shows that the recycled aggregate can be a promising backfill material substituting for natural aggregate when backfilling the power transmission pipeline trench.
In order to characterize the thermal conductivity and viscosity of grout materials used for backfilling ground heat exchangers, nine bentonite grouts and cement grouts being adapted in the United State have been considered in this study. The bentonite grouts indicate that the thermal conductivity and viscosity increase with the content of bentonite or filler (silica sand). In addition, material segregation can be observed when the viscosity of grout is relatively low. The saturated cement grouts appear to possess much higher thermal conductivity than the saturated bentonite grouts, and the reduction of thermal conductivity in the cement grouts after drying specimens is less than the case of the bentonite grouts. Maintaining the moisture content of grouts is a crucial factor in enhancing the efficiency of ground heat exchangers.
In order to characterize the thermal conductivity and viscosity of grout materials used for backfilling ground heat exchangers, nine bentonite grouts and cement grouts being adapted in the United State have been considered in this study. The bentonite grouts indicate that the thermal conductivity and viscosity increase with the content of bentonite or filler (silica sand). In addition, material segregation can be observed when the viscosity of grout is relatively low. The saturated cement grouts appear to possess much higher thermal conductivity than the saturated bentonite grouts, and the reduction of thermal conductivity in the cement grouts after drying specimens is less than in case of the bentonite grouts. Maintaining the moisture content of grouts is a crucial factor in enhancing the efficiency of ground heat exchangers.
This paper presents the results of a laboratory study on the thermal conductivity of sand(silica, quartzite, limestone, sandstone, granite and masonry sand)-water mixtures used in ground heat exchanger backfilling materials. Nearly 260 tests were performed in a thermal conductivity measuring system to characterize the relationships between the thermal conductivity of mixtures and the water content. The experimental results show that the thermal conductivity of mixtures increases with increasing dry density and with increasing water content. The most widely used empirical prediction models for thermal conductivity of soils were found inappropriate to estimate the thermal conductivity of unsaturated sand-water mixtures. An improved model using a exponential relationship to compute the thermal conductivity of dry sands and empirical relationship to assess the normalized thermal conductivity of unsaturated sand-water mixtures is presented.
Use of recycled aggregates that are constituents of concrete or asphalt-based structures has become popular because the recycling is an eco-friendly way to overcome the depletion of natural aggregates. In order to adopt the recycled aggregates for backfilling a power transmission pipeline trench, their thermal resistivity should be low enough to prevent thermal runaway in the transmission system. In this study, a series of laboratory tests with QTM-500 and KD2 Pro was performed to measure the thermal resistivity of recycled aggregates prepared from various sources. Relationships between the thermal resistivity of recycled aggregates and the water content have been obtained with consideration of compaction effort. Similar to natural soils, the thermal resistivity of the recycled aggregates decreases with increasing the water content. In addition, this study compared the experimental data with conventional prediction models for the thermal resistivity in the literature, which suggests the availability of the recycled aggregates as backfill material substituting for natural aggregates when backfilling the power transmission pipeline trench.
In this study, after the installation of a subsea pipeline, backfilling was performed in the trenched area. During these operations, a stability problem in the subsea pipeline occurred. The pipeline was directly impacted by environmental loading such as waves and currents that were caused by backfill material when scouring or sediment transport and siltation was carried out. Therefore, this study reviewed whether trenching was necessary, and conducted research into an indigenous seabed property that contains granular soil. A study of cohesive soil was also conducted in order to cross-correlate after calculating the values of the critical Shields parameter relevant to elements of the external environment such as waves and current, and the shear Shields parameter that depends on the actual shearing stress. In case of 1), sedimentation or erosion does not occur. In the case of 2), partial sedimentation or erosion occurs. If the case is 3), full sedimentation or erosion occurs. Therefore, in the cases of 1) or 2), problems in structural subsea pipeline stability will not occur even if partial sedimentation or erosion occurs. This should be reflected particularly in cases with granular and cohesive soil when a reduction in shear strength occurs by cyclic currents and waves. In addition, since backfilling material does not affect the original seabed shear strength, a set-up factor should be considered to use a reduced of the shear strength in the original seabed.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.3
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pp.277-286
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2009
A suitability of a thixotropic grout developed in this study has been examined through laboratory tests on strength, segregation, and viscosity. The thixotropic grout is a mixture of two types of liquid components. The A-liquid component consists of cement, water, and MG-A and the B-liquid component consists of scarlet, water, and MG-B. Unconfined compressive strength of specimens prepared with a prefer mix-proportion satisfied a design criteria for the backfilling of tail voids. A material segregation phenomenon under water condition was not observed in the thixotropic grout whereas it was observed in the existing silica-type grout. In addition, viscosity tests have been rallied out on the thixotropic grout to verify the capability of a long-distance delivery in the field. Both the A-liquid component and the B-liquid component maintained a viscosity of below 2,000 cP for 120 minutes. This experimental result confirms that two liquid components guarantees a long-distance delivery in tile field application.
Han, WooJin;Kim, Sang Yeob;Lee, Jong-Sub;Byun, Yong-Hoon
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.4
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pp.407-415
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2019
A controlled low strength material (CLSM) is a highly flowable cementitious material used for trench backfilling. However, when applying vertical loads to backfilled trenches, shear failure or differential settlement may occur at the interface between the CLSM and natural soil. Hence, this study aims to evaluate the characteristics of the interface friction between the CLSM and soils based on curing time, gradation, and normal stress. The CLSM is composed of fly ash, calcium sulfoaluminate cement, sand, silt, water, and an accelerator. To investigate the engineering properties of the CLSM, flow and unconfined compressive strength tests are carried out. Poorly graded and well-graded sands are selected as the in-situ soil adjacent to the CLSM. The direct shear tests of the CLSM and soils are carried out under three normal stresses for four different curing times. The test results show that the shear strengths obtained within 1 day are higher than those obtained after 1 day. As the curing time increases, the maximum dilation of the poorly graded sand-CLSM specimens under lower normal stresses also generally increases. The maximum contraction increases with increasing normal stress, but it decreases with increasing curing time. The shear strengths of the well-graded sand-CLSM interface are greater than those of the poorly graded sand-CLSM interface. Moreover, the friction angle for the CLSM-soil interface decreases with increasing curing time, and the friction angles of the well-graded sand-CLSM interface are greater than those of the poorly graded sand-CLSM interface. The results suggest that the CLSM may be effectively used for trench backfilling owing to a better understanding of the interface shear strength and behavior between the CLSM and soils.
Underground cavities could induce road subsidence, which have been frequently observed in urban areas. Therefore, adequate backfilling materials and the restoring methods of the cavities are required to prevent the road subsidence. The objective of this paper is to evaluate the suitability of backfilling methods using foaming lightweight grouting materials considering the flow values, unit weights, and air contents at slurry and expanded states, and unconfined compressive strengths. The grouting materials consist of water, cement, and foaming agent whose proportions of water, cement, and foaming agent are 25: 25: 1.0 and 25: 25: 1.2. The flow values of the two materials are greater than 200 mm, and their unconfined compressive strengths at 28 days age are smaller than 1.3 MPa. From the results, the two proportions of materials are expected to be effectively used as a backfilling material. However, the material components should be carefully mixed because poor mix of these materials could induce non-homogeneous distribution of air bubbles. The unexpectedly non-homogeneous distribution of air bubbles may induce significant cracks or additional cavities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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