Stabilisering av sulfidjord
en litteratur- och
laboratoriestudie
SulfidjordStabiliseringKarakteriseringInblandningsförsökBindemedelEnaxiellt tryckförsökSkjuvhållfasthetGeoteknikBotniabananLaboratorieförsökTryckhållfasthetMeritGipsCementKalkFlygaska
Detta examensarbete ingår som den första, och utgör den laborativa delen av ett forskningsprojekt där stabilisering av sulfidjord undersöks. Syftet med arbetet var att undersöka vilken eller vilka bindemedelskombinationer respektive inblandningsmängder som är lämpligast för stabilisering av sulfidhaltiga jordar. Målet med studien är att genom laboratorieförsök finna ett eller flera bindemedel som ger en tillfredsställande stabiliseringseffekt. Resultat från tidigare utförda stabiliseringsprojekt i sulfidjord har sammanställts och utvärderats och legat till grund för den laboratoriestudie som genomförts. Laboratoriestudien omfattar en inblandningsserie där jord från fyra djup från samma provlokal använts. Laboratorieförsöken har genomförts hösten-vintern 2003-2004 och den skall följas av stabilisering i fält i forskningsprojektets senare del. Laboratorieförsök har utförts i syfte att bestämma den naturliga jordens geotekniska och markkemiska egenskaper. Inblandningsförsök har genomförts genom att tillverka provkroppar av stabiliseringsmedel och jord. Enaxiella tryckförsök har därefter utförts för att undersöka provens hållfasthetsegenskaper. Den studerade sulfidjorden är hämtad från en provlokal belägen längs Botniabanans planerade dragning i Stöcke, strax söder om Umeå. Området ligger inom sulfidjordsbältet som sträcker sig längs norrlandskusten, från Gävle i söder till Haparanda i norr. Den undersökta sulfidjorden, mellan djupen 2,5-5 m, har indelats i olika typer utifrån karakteriseringsmodell enligt Mácsik (2000). Detta som en del i arbetet att tydliggöra variationen med djupet av sulfidjordens egenskaper. I studien kunde fyra typer av sulfidjord identifieras, där den mest sulfidrika jorden hittades på djup 3,5 m. Djupen 3,5 m och 4 m är de av störst intresse eftersom de innehåller mest svavel och är således de i studien mest undersökta m.a.p. egenskaper och inblandningsförsök. Erfarenheter från tidigare projekt visar ofta på dålig stabiliseringseffekt för traditionella bindemedel som kalk/cement. Nya kombinationer med bl.a. masugnsslagg, gips och flygaska blandat med cement ger som regel bättre hållfasthetstillväxt vid stabilisering i sulfidjord. De bindemedel som har undersökts vid inblandningsförsöken i denna studie är cement, kalk, gips, merit och aska. Vid försöken undersöktes 11 bindemedelskombinationer med inblandningsmängder 100, 150, 175, 200 eller 250 kg/m3. Resultaten visar att hållfasthetstillväxten påverkas av lagringstid och inblandningsmängd. De enaxiella tryckförsöken utförda på de stabiliserade proven visar att jord från djupen 3,5 m och 4 m ger lägst hållfasthetstillväxt medan prov från djupen 2,5-3 m och 5 m uppvisar en hög hållfasthet. Av de bindemedel som undersökts ger kalk/cement/gips (KCG), i lika delar (33%), det jämnaste resultatet genom jordprofilen, dvs. minsta variationen av hållfasthet med djupet. På det mest svårstabiliserade djupet 3,5 m ger KCG 33% en maximal tryckspänning ungefär mellan 200-400 kPa där inblandningsmängden är mellan 150-250 kg/m3, vilket i jämförelse med de övriga bindemedlen är en bra hållfasthet. Hållfastheten för KCG 33 % ökar kraftigt med tiden. 90-dygnsproven med en inblandningsmängd på 150 kg/m3 ger ungefär 3 gånger så hög tryckhållfasthet, drygt 600 kPa, jämfört med 28-dygnsproven med motsvarande inblandningsmängd för djup 3,5 m. Enbart cement och cement/merit i förhållandena 70/30 och 50/50 med inblandningsmängd 150 kg/m3, var de bindemedel som gav störst stabiliseringseffekt på djup 2,5-3 m. Cement/aska 50/50, som ej undersökts i lika stor omfattning som KCG 33% utan enbart på djupen 3,5 och 4 m, ger relativt höga resultat. Kalk/cement 50/50 och kalk/cement/merit (33%) ger överlag lägst hållfasthetstillväxt. Examensarbetet visar, genom utförda laboratorieförsök, att det med rätt val av bindemedel och inblandningsmängd, finns möjligheter att kunna uppnå bra stabiliseringseffekt i sulfidjord.