INVESTIGATION OF SWELLING AND SHRINKAGE CHARACTERISTIC OF SEDIMENTARY SOIL STABILIZED BY CEMENT AND FLY ASH.

Abstract

Nowadays, the road construction has been lacked of crushed rock and lateritic soil which are used in base course and subbase course of road structure. It might be because in the construction area, there were hardly any material or inferior quality according to the standards of the Department of Highways or Department of Rural Roads. Therefore, the improvement of these materials is necessary for road construction by mixing cement to make the material have the better quality by considering only the compressive strength and not taking into account the problem of soil shrinkage. Consequently, the objective of this study is to investigate the shrinkage behavior of soil by using cement and fly ash as a mixed by mixing soil with 0-10% and 0-20% of cement and fly ash, respectively. The cylinder soil samplings were prepared with modified compaction method. Afterward, measured the volumetric shrinkage by using image processing method. The set of imaging tool was developed to be able to measure shrinkage in 3D and the samplings were not subjected to damage. Calibrating the tool accuracy provides 99.03% and coefficient of determination (R2) were 0.8. In this research, the shooting time of photo range is between 1 to 120 days. After that the Photoshop software was used to measure the shrinkage of each sampling in comparison with the sediment soil. The results showed that when mixing cement at the ratio of 3 and 5% by weight, it could not reduce the shrinkage which has shrinkage value more than sediment soil. This is because the amount of cement was not enough to cause hydration reaction. But if increasing the amount of cement to a ratio of 7 and 10%, the shrinkage were reduced. When the soil mixed with cement at 7 and 10% and with fly ash at the ratio of 5, 10, 15 and 20%, respectively, that it could reduce the rate of shrinkage. The best ratio that reduces the shrinkage was the ratio of cement mixture 7% and fly ash 20% (C7F20) with the shrinkage rate equal to 1.20% at a period of 28 days compared to sediment soil which can reduce the shrinkage up to 80%. Considering the standard of strength characteristics of the Department of Highways, these mixed soils passed their standard and can be used as base course and subbase course of road structure. In addition, this research also studied the free swelling of sediment soil mixed with cement and fly ash at the same ingredient rate as the shrinkage testing. From the swelling testing, every ratio of ingredient can reduce the swelling rate. The swelling rate were 0.2 - 1.4% which were different from the sediment soil with swelling rate at 3.5%. The mixture ratio that causes the least swelling was sediment soil mixed with 7% cement and 5% fly ash (C7F5) with a swelling rate of 0.2% which 94.3% reduction.

ในปัจจุบันการก่อสร้างถนนหลายพื้นที่ขาดแคลนวัสดุประเภทหินคลุกและดินลูกรังที่เป็นชั้นพื้นทางกับชั้นรองพื้นทาง เพราะในพื้นที่ก่อสร้างมีปริมาณวัสดุน้อยหรือด้อยคุณภาพตามมาตรฐานของกรมทางหลวง การก่อสร้างทางจึงได้นำวัสดุในพื้นที่ดังกล่าวมาปรับปรุงคุณภาพโดยนำปูนซีเมนต์มาผสมเพื่อทำให้วัสดุมีคุณสมบัติที่ดีขึ้น โดยพิจารณาจากค่ากำลังรับแรงอัดเท่านั้น แต่มิได้คำนึงถึงปัญหาด้านการหดตัวของดินที่เกิดจากการปรับปรุงด้วยปูนซีเมนต์ ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อทำการก่อสร้างแล้วเสร็จและใช้งานถนนไปในช่วงระยะหนึ่ง ความเสียหายจากการหดตัวของดินผสมปูนซีเมนต์จะมีลักษณะเป็นรอยแตกตามยาวและตามขวางที่ชั้นผิวทาง ดังนั้นงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพฤติกรรมการหดตัวของดินผสมปูนซีเมนต์และเถ้าลอย โดยผสมปูนซีเมนต์กับดินที่ 0-10% และผสมเถ้าลอยที่ 0-20% โดยตัวอย่างถูกเตรียมด้วยวิธีการบดอัดตัวอย่างดินแบบสูงกว่ามาตรฐาน ขึ้นเป็นรูปทรงกระบอก แล้วทำการวัดการหดตัวเชิงปริมาตรด้วยวิธีภาพถ่าย ชุดเครื่องมือถ่ายภาพที่ใช้ในงานวิจัยนี้ ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อให้สามารถวัดการหดตัวในรูปแบบ 3 มิติได้ โดยที่ตัวอย่างไม่ถูกการกระทบกระเทือนและชุดการทดสอบการถ่ายภาพนี้ได้นำมาสอบเทียบความถูกต้องกับวัสดุที่รู้ปริมาตรแน่นอน ควบคู่กับการใช้เวอร์เนียคาริเปอร์ พบว่ามีค่าความถูกต้องมากที่สุดถึง 99.03 % และมีค่าสัมประสิทธิ์แสดงการตัดสินใจ (Coefficient of Determination) R2 = 0.8 โดยการนำไปใช้งานได้กำหนดช่วงเวลาในการถ่ายภาพที่ช่วงเวลา 1 – 120 วัน ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์วัดค่าการหดตัวของตัวอย่างแต่ละส่วนผสมเปรียบเทียบกับดินเปล่าที่ไม่มีสารผสม ผลการทดสอบพบว่าเมื่อผสมปูนซีเมนต์ที่อัตราส่วน 3 และ 5% โดยน้ำหนักไม่สามารถช่วยลดการหดตัวได้ โดยมีค่าการหดตัวมากกว่าดินเปล่า ทั้งนี้เนื่องจากปูนซีเมนต์ที่อัตราส่วน 3 และ 5% เป็นปริมาณปูนซีเมนต์ที่มีน้อยเกินไปที่จะเพียงพอทำให้เกิดปฏิกิริยาไฮเดรชัน แต่ถ้าเพิ่มปริมาณปูนซีเมนต์ขึ้นเป็นอัตราส่วน 7 และ 10% แล้วทำการวัดการหดตัวด้วยภาพถ่ายพบว่า สามารถช่วยลดการหดตัวลงได้ เมื่อนำดินผสมปูนซีเมนต์ที่ 7 และ 10% แล้วผสมเถ้าลอยที่อัตราส่วน 5 10 15 และ 20% ตามลำดับแล้วนำไปถ่ายภาพวัดการหดตัว พบว่าสามารถลดอัตราการหดตัวได้ อัตราส่วนที่ช่วยลดการหดตัวได้ดีที่สุด คือ อัตราส่วนผสมปูนซีเมนต์ 7% และเถ้าลอย 20% (C7F20) โดยมีอัตราการหดตัวเท่ากับ 1.20 % ที่ระยะเวลา 28 วัน เปรียบเทียบกับดินเปล่าสามารถลดการหดตัวลงได้มากถึง 80% เมื่อนำไปเปรียบเทียบคุณสมบัติด้านกำลังของกรมทางหลวงแล้วผ่านมาตรฐาน สามารถนำไปใช้เป็นวัสดุชั้นรองพื้นทางได้ และการวัดค่าการบวมตัวแบบอิสระควบคู่ไปกับการวัดการหดตัวของอัตราส่วนผสมข้างต้น พบว่าทุก ๆ อัตราส่วนผสมสามารถลดอัตราการบวมตัวได้ ค่าการบวมตัวอยู่ที่ 0.2 – 1.4 % แตกต่างจากดินตะกอนเปล่าซึ่งมีค่าการบวมตัวอยู่ที่ 3.5 % อัตราส่วนผสมที่ทำให้เกิดการบวมตัวน้อยที่สุดคือดินตะกอนผสม ปูนซีเมนต์ 7 %แล้วผสมเถ้าลอย 5% (C7F5) มีอัตราการบวมตัวเท่ากับ 0.2 % คิดเป็น 94.3 %