Improving the remoulded shear strength of a quick clay using biochar

Abstract

In the pursuit of finding a less carbon-intensive binder alternative to cement, an ongoing research project in Norway is investigating the effect on properties of various soft soils when substituting parts of the cement with industrial by-products and biochars. This paper considers how three biochars influence the soil properties of a Norwegian quick clay when acting as the only binder. The practical application would first and foremost be to ease the handling and transportation of excavated quick clay by increasing its remoulded shear strength. The laboratory study determined that the biochar that yielded the lowest shear strength when added alongside cement had the distinctly largest positive influence when added alone. At a quantity of 100 kg/m3, this particular biochar, made from calcinated sewer sludge, increased the fall cone shear strength of the remoulded clay from an average of 2.3 kPa to 85.0 kPa after 28 days of storage, and to above 100 kPa after 90 days. The follow-up unconfined compression tests only revealed shear strengths of 19.5-31.4 kPa, indicating serious method-dependency. Nevertheless, the calcinated sewer sludge biochar appears as a sustainable binder option to lime and cement when aiming at improving the shear strength of already excavated sensitive soils.

Dans la recherche d'une alternative de liant moins intensive en carbone que le ciment, un projet de recherche en cours en Norvège étudie l'effet sur les propriétés de divers sols souples lors du remplacement de parties du ciment par des sous-produits industriels et des biochars. Cet article examine comment trois biochars influencent les propriétés du sol d'une argile rapide norvégienne lorsqu'ils agissent comme seul liant. L'application pratique serait principalement de faciliter la manipulation et le transport de l'argile rapide excavée en augmentant sa résistance au cisaillement remaniée. L'étude en laboratoire a déterminé que le biochar qui a donné la plus faible résistance au cisaillement lorsqu'il était ajouté avec du ciment a eu l'influence positive la plus marquée lorsqu'il était ajouté seul. À une quantité de 100 kg/m3, ce biochar particulier, issu de la calcination des boues d'égout, a augmenté la résistance au cisaillement du cône de chute de l'argile remaniée d'une moyenne de 2,3 kPa à 85,0 kPa après 28 jours de stockage, et à plus de 100 kPa après 90 jours. Les tests de compression non confinée de suivi n'ont révélé que des résistances au cisaillement de 19,5 à 31,4 kPa, indiquant une sérieuse dépendance à la méthode. Néanmoins, le biochar de boues d'égout calcinées apparaît comme une option de liant durable par rapport à la chaux et au ciment lorsqu'on vise à améliorer la résistance au cisaillement des sols sensibles déjà excavés.