Organic soils pose significant challenges in geotechnical engineering due to their high compressibility and low stability, which can result in issues like differential settlement, rutting, and pavement deformation. This study explores effective methods for stabilizing organic soils. Rather than conventional ordinary Portland cement (OPC), the focus is on using environmentally friendly calcium sulfoaluminate (CSA) cement, known for its rapid setting, high early strength development, and environmental benefits. Mechanical behavior is analyzed through 1-D free swell, unconfined compressive strength (UCS), and bender element (BE) tests. Microstructural analyses, including Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM), characterize the soil mixed with CSA cement. Experimental results demonstrate improved soil properties with increasing cement dosage and curing periods. A notable strength increase is observed in soil samples with 15% cement content, with UCS doubling after 7 days. This trend aligns with shear wave velocity results from the BE test. SEM and FTIR spectroscopy reveal how CSA cement hydration forms hydrated calcium silicate gel and ettringite, enhancing soil properties. CSA cement is recommended for reinforcing organic subgrade soil due to its eco-friendly nature and rapid strength gain, contributing to improved durability.
James Innocent Ocheme;Sakiru Olarewaju Olagunju;Ruslan Khamitov;Alfrendo Satyanaga;Jong Kim;Sung-Woo Moon
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.1
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pp.41-51
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2023
Cementitious materials such as Ordinary Portland Cement (OPC), fly ash, lime, and bitumen have been employed for soil improvement over the years. However, due to the environmental concerns associated with the use of OPC, substituting OPC with calcium sulfoaluminate (CSA) cement offers good potential for ground improvement because it is more eco-friendly. Although earlier research has investigated the stabilizing effects of CSA cement-treated sand, no attempt has been made to examine soil behavior under high confining pressure. As a result, this study aimed to investigate the shear strength and mechanical behavior of CSA cement-treated sand using a consolidated drained (CD) triaxial test with high confining pressure. The microstructure of the examined sand samples was investigated using scanning electron microscopy. This study used sand with CSA cement contents of 3%, 5%, and 7% and confining pressures of 0.5, 1.0, and 1.5 MPa. It revealed that the confining pressures and CSA cement content significantly affected the stress-strain and volumetric change behavior of CSA cement-treated sand at high confining pressures.
Cement treated Soil has superior characteristics as pavement-base including strength, curability, hardness, freezing resistance. However drying shrinkage of Cement treated base has been indicated as disadvantage, since reflection crack of surface layer is induced from drying shrinkage of cement treated base. This study propriety about low-shrinkage cement treated base that can control shrinkage of cement and control reflection crack at asphalt overlay & concrete slab.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2002.10a
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pp.345-348
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2002
The dredged soils of rural streams can be treated with cement for recycling. It is very important to know whether the treated soils have achieved some required qualities for further treatments if the soils are mixed with cement. In this study, fall-cone test was used to examine changes in workability and compactibility during an curing time of soil-cement mixture. Test results showed that fall-cone apparatus can be satisfactorily used for this purpose. Although there was some difference of initial curing time and cement contents, the engineering properties of treated soils were little affected.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.45
no.6
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pp.144-152
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2003
Laboratory experiments were carried out to investigate the influence of pore water contamination on the treatment effect of sandy soil which was solidified by Portland cement. In the experiments, setting time of hydraulic cement that was mixed with contaminated mixing water was measured using Vicat equipment and observed the tendency of setting process with the kind of contaminants, organic or inorganic components. It was shown that organic contaminants of the mixing water affect largely on the initial setting process of hydraulic cement and inorganics, expecially heavy metals, did not affect on the initial setting process, otherwise it was appeared that setting time of the sandy soil that was contaminated with inorganic components was apparently faster than the sandy soil that did not include inorganic components even though organic concentrations was relatively low level (COD=200∼300) in the mixing water. The results of unconfined compression strength test (UCST) were well consistent with the results of Vicat equipment test.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.22
no.3
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pp.60-74
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1980
Soil-cement mixtures involve problems in it's durability in grain size distribution and mineral composition of the used soils as well as in cement content, compaction energy, molding water content, and curing. As an attempt to solve the problems associated with durability of weathered granite soil with cement treated was investigated by conducting tests such as unconfined compression test, it's moisture, immers, wet-dry and freeze-thaw curing, mesurement of loss of weight with wet-dry and freeze-thaw by KS F criteria and CBR test with moisture curing on the five soil samples different in weathering and mineral composition. The experimental results are summarized as follows; The unconfined compressive strength was higher in moisture curing rather than in the immers and wet-dry, while it was lowest in freeze-thaw. Decreasing ratio of unconfined compressive strength in soil-cement mixtures were lowest in optimum moisture content or in the dry side rather than optimum moisture content with freeze-thaw. The highly significant ceofficient was obtained between the cement content and loss of weight with freeze-thaw and wet-dry. It was possible to obtain the durability of soil-cement mixtures, as the materials of base for roads, containing above 4 % of cement content, above 3Okg/cm$_2$ of unconfined compressive trength with seven days moisture curing or 12 cycle of freeze-thaw after it, above 100% of relative unconfined compressive strength, 80% of index of resistance, below 14% of loss of weight with 12 cycle of wet-dry and above 1. 80g/cm$_2$ of dry density.
İzmir Bay reserves high amount of residual alluvial deposits generated by Meles River at its stream mouth. These carried sediments with high water content and low bearing capacity are unsuitable in terms of engineering purposes. In-situ soil stabilization with deep soil mixing method is considered to improve properties of soil in this location. This method is widely used especially over Scandinavia, Japan and North America. Basically, the method covers mixing appropriate binder into the soil to improve soil profile according to the engineering needs. For this purpose, soil samples were initially provided from the site, classification tests were performed and optimum ratios of lime and cement binders were determined. Following, specimens representing the in-situ soil conditions were prepared and cured to be able to determine their engineering properties. Unconfined compression tests and vane shear tests were applied to evaluate the stabilization performance of binders on samples with different curing periods. Scanning electron microscope was used to observe time-dependent bonding progress of binders in order to validate the results. Utilization of 4% lime and 4% cement mixture for the long-term performance and 8% lime and 8% cement mixture for short term performance were suggested for the stabilization of Meles Delta soils. Development of CSH and CAH in a gel form as well as CSH crystals were clearly observed on SEM images of treated specimens.
PURPOSES : It is to evaluate lightweight soil as a subgrade material based on mechanical tests and calculation of pavement performance. METHODS : In this research, various contents of cement and air foam are used to make lightweight soil using wasted dredged soil. Uniaxial compressive strength test is conducted to evaluate strength of 7 and 28 day cured specimens. Secant modulus was calculated based on the stress and strain relationship of uniaxial compressive strength test. Resilient modulus test was measured using by repeated triaxial compression test. The measured resilient modulus was used in layered elastic program to predict fatigue and rutting life at a given pavement structure. RESULTS : Uniaxial compressive strength increases as cement content increases but decrease as air foam content increases. Resilient modulus also increases as cement content increases and decrease as air foam content decrease. CONCLUSIONS : It is concluded that dredge clay soil can be used as subgrade layer material using by lightweight treated soil method.
Kholdebarin, Alireza;Massumi, Ali;Davoodi, Mohammad
Earthquakes and Structures
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v.10
no.1
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pp.179-190
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2016
A single rigid footing constructed on sandy-clay soil was modeled and analyzed using FLAC software under static conditions and vertical ground motion using three accelerograms. Dynamic analysis was repeated by changing the elastic and plastic parameters of the soil by changing the percentage of cement grouting (2, 4 and 6 %). The load-settlement curves were plotted and their bearing capacities compared under different conditions. Vertical settlement contours and time histories of settlement were plotted and analyzed for treated and untreated soil for the different percentages of cement. The results demonstrate that adding 2, 4 and 6 % of cement under specific conditions increased the dynamic bearing capacity 2.7, 4.2 and 7.0 times, respectively.
Yilmaz, Yuksel;Cetin, Bora;Kahnemouei, Vahid Barzegari
Geomechanics and Engineering
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v.12
no.6
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pp.935-948
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2017
An experimental program was conducted to investigate the effects of the static compaction pressure, cement content, water/cement ratio, and curing time on unconfined compressive strength (UCS) of the cement treated sand. UCS were conducted on samples prepared with 4 different cement/sand ratios and were compacted under the lowest and highest static pressures (8 MPa and 40 MPa). Each sample was cured for 7 and 28 days to observe the impact of curing time on UCS of cement treated samples. Results of the study showed the unconfined compressive strength of sand increased as the cement content (5% to 10%) of the cement-sand mixture and compaction pressure (8 MPa to 40 MPa) increased. UCS of sand soil increased 30% to 800% when cement content was increased from 2.5% to 10%. Impact of compaction pressure on UCS decreased with a reduction in cement contents. On the other hand, it was observed that as the water content the cement-sand mixture increased, the unconfined compressive strength showed tendency to decrease regardless of compaction pressure and cement content. When the curing time was extended from 7 days to 28 days, the unconfined compressive strengths of almost all the samples increased approximately by 2 or 3 times.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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