Soil stabilization using date palm ash

Abstract

يُعد تثبيت التربة من التقنيات الشائعة لمعالجة مشاكل التربة، ويتميز بمزايا عديدة مقارنة بعملية استبدال التربة، منها انخفاض التكلفة وسرعة التنفيذ. من بين تقنيات التثبيت المقترحة، يُعد استخدام المواد البوزولانية أحد الحلول الواعدة. وعلى الرغم من التشابه في آلية التحسين والخصائص النهائية من حيث الصلابة والهشاشة بين التربة المعالجة بالمواد البوزولانية وتلك المعالجة بالإسمنت، فإن هذا البحث يهدف إلى تقييم مدى جدوى استخدام رماد النخيل كمصدر للتفاعلات البوزولانية في تحسين خصائص التربة وجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات الإنشائية. تم إجراء سلسلة من التجارب باستخدام أربع نسب مختلفة من رماد مخلفات النخيل كمادة مضافة إلى التربة، وتم تقييم الأداء من خلال اختبارات الضغط والشد الغير المحصور. أظهرت النتائج أن الخليط المحتوي على 30% من رماد النخيل قدّم أعلى مقاومة ضغط وشد عند المقارنة مع الخلطات ذات النسب الأقل (25%، 20%). ومع ذلك، بعد فترات معالجة أطول (14 و28 يومًا)، أظهرت الخلطات التي تحتوي على 25% و30% من رماد النخيل تطورًا ملحوظًا في المقاومة، في حين بقيت الخلطة ذات النسبة 15% دون المستوى المطلوب، بسبب عدم كفاية كمية الرماد اللازمة لتكوين المادة الهلامية الإسمنتية (CSH) . تقدم هذه الدراسة رؤى جديدة حول إمكانية استخدام المواد البوزولانية، مثل رماد النخيل، في تثبيت التربة، مؤكدةً أهمية التركيب المعدني للتربة المستضيفة، والذي يلعب دورًا مؤثرًا في فعالية التثبيت وسلوك المادة الرابطة الناتجة.

Soil stabilization is a well-known technique for addressing soil-related issues, offering advantages such as lower cost and faster implementation compared to soil replacement. Among the proposed stabilization methods, the use of pozzolanic materials has gained attention. Although the strengthening mechanism and the final characteristics—such as hardness and brittleness—are similar to those observed in cement-stabilized soils, this study aims to investigate the feasibility of utilizing palm ash as a precursor for pozzolanic reactions in order to enhance soil properties for various engineering applications. Four different percentages of palm ash were used to stabilize the soil, and the resulting mixtures were evaluated using unconfined compressive strength (UCS) tests. The results revealed that the mixture containing 30% palm ash exhibited the highest compressive strength compared to those with 25% and 20%. However, after extended curing periods of 14 and 28 days, the mixtures with 25% and 30% palm ash achieved significantly higher strength levels than the one with 15%, as the lower ash content was insufficient to produce the required cementitious gel (calcium silicate hydrate, CSH). This study provides new insights into soil stabilization using pozzolanic materials, offering a relatively novel and efficient approach. The mineral composition of the host soil plays a critical role in the stabilization process, as it affects the behavior of the binding material formed through pozzolanic reactions.

La stabilisation des sols est une technique bien connue pour traiter les problèmes liés aux sols, offrant des avantages tels qu’un coût réduit et une mise en œuvre rapide par rapport au remplacement du sol. Parmi les méthodes proposées, l’utilisation de matériaux pouzzolaniques suscite un intérêt croissant. Bien que le mécanisme de renforcement et les caractéristiques finales — telles que la dureté et la fragilité — soient similaires à celles observées dans les sols stabilisés au ciment, cette étude vise à évaluer la faisabilité de l’utilisation de la cendre de palmier comme précurseur des réactions pouzzolaniques afin d’améliorer les propriétés du sol pour diverses applications en génie civil. Quatre pourcentages différents de cendre de palmier ont été utilisés pour stabiliser le sol, et les mélanges obtenus ont été évalués à l’aide d’essais de compression non confinée. Les résultats ont montré que le mélange contenant 30 % de cendre de palmier présentait la résistance à la compression la plus élevée par rapport à ceux contenant 25 % et 20 %. Toutefois, après des périodes de cure prolongées de 14 et 28 jours, les mélanges avec 25 % et 30 % de cendre de palmier ont atteint des niveaux de résistance nettement supérieurs à celui contenant 15 %, en raison d’une quantité insuffisante de cendre pour produire le gel cimentaire (silicate de calcium hydraté – CSH). Cette étude offre de nouvelles perspectives sur la stabilisation des sols à l’aide de matériaux pouzzolaniques, en proposant une approche relativement nouvelle et efficace. La composition minéralogique du sol hôte joue un rôle essentiel dans le processus de stabilisation, influençant le comportement du liant formé par les réactions pouzzolaniques.