En laboratoriestudie av styrke og stivhet i kalksementstabilisert leire

Abstract

I Norge er vanlig å benytte kalksementpeler for å stabilisere områder med bløt og/eller sensitiv leire. Ved innblanding av bindemidler som kalk, sement, CKD eller Multisem i leirer øker styrken og stivheten slik at grunnen oppnår bedre stabilitet og bæreevne. Utfordringen med metoden er at produksjon av bindemidler medfører store klimautslipp som resulterer i at byggebransjen står for store deler av CO2-utslippet i Norge. Masteroppgaven omhandler en laboratoriestudie der bakgrunnen er å redusere bindemiddelmengden ved kalksementstabilisering. I masteroppgaven benyttes det en ny prosedyre utviklet av KlimaGrunn for preparering av kalksementprøver i laboratoriet. Laboratorieprosedyren gjør det mulig å forhåndsbestemme densiteten i prøvene, i tillegg til at prøvene herder ved 20◦C og ikke 8◦C slik som i gjeldene prosedyrer. Da det i tidligere studier er observert at oppnådd densitet i laboratorieprøver har betydning for oppnådd skjærfasthet, er det i denne masteroppgaven gjennomført en kontrollert studie der effekten av ulike innbyggingsdensiteter er undersøkt. Densiteten er variert ved å tilsette ulike mengder leire og bindemiddel i et gitt volum. Ved bruk av leire fra områder der det tidligere er installert kalksementpeler gir dette grunnlag for å sammenligne laboratorieprøver med kalksementprøver fra felt. I laboratoriearbeidet er det også brukt bender element for å undersøke korrelasjoner mellom oppnådd skjærfasthet og skjærbølgehastighet i laboratorieprøvene. Det er til sammen preparert 54 prøver med to ulike leirer fra Leinstrand sør for Trondheim og Lilleby øst i Trondheim. 36 av prøvene er tilsatt 45 og 80 kg/m3 B80/CEMI og preparert med densitet 1,7, 1,8 og 1,9 g/cm3, mens 18 av prøvene er tilsatt lik mengde og type bindemiddel som kalksementpeler i felt og preparert med densitet 0-10% lavere enn in-situ densitet. Førstnevnte med fokus på å studere effekten av ulike innbyggingsdensiteter og sistnevnte for å sammenligne laboratoriepreparerte prøver med prøver fra felt. Prøvene er testet i enaksialapparat for bestemmelse av skjærfasthet og deretter i bender element for tolkning av skjærbølgehastighet. Herdetiden er satt til 28 døgn for alle prøvene. Resultatene viser at oppnådd skjærfasthet i laboratorieprøvene i stor grad er avhengig av innbyggingsdensitet, der endring av densitet fra 1,7 g/cm3 til 1,9 g/cm3 kan gi 25-40% økning i skjærfasthet avhengig av type leire og bindemiddel. Effekten av ulike innbyggingsdensiteter er svært stor og en viktig parameter for å unngå over- eller underdimensjonering av styrke og stivhet i laboratorietesting. Til tross for ny laboratorieprosedyre oppnår prøver fra felt høyere skjærfastheter enn laboratorieprøver. Resultatene fra felt har imidlertid store spredninger som antas å være forårsaket av inhomogenitet på grunn av innblandingsarbeid. For å oppnå større samsvar mellom felt og laboratorieprøver bør spredningen av skjærfastheter i feltprøver reduseres. Det er ikke funnet gode korrelasjoner mellom skjærbølgehastighet og skjærfasthet ved bruk av bender element i denne studien. Da testing med bender element medfører usikkerheter, antas det at inputverdier eller forstyrrelser/bakgrunnsstøy er årsaken til resultatet. Det anbefales blant annet å utføre bender element-forsøk med høyere frekvenser for å oppnå gode korrelasjoner mellom skjærbølgehastighet og skjærfasthet slik som sett i tidligere studier.