The Stabilization with Cement of Weathered and Sulphate-Bearing Clays
Authors: Sherwood P. T. 
Published: October 2009

Synopsis

This Paper describes the results of an investigation undertaken to study the influence of the chemical properties of a clay on its strength when stabilized with cement. The samples of clay examined were taken from a profile through clay at Stewartby, Bedfordshire. It was found that the profile consisted of 3–4 ft of boulder clay overlying two lower layers, both of Oxford Clay.

The principal factors affecting the strength appeared to be the clay, sulphate, and organic contents of the samples. The boulder clay, having a low clay and organic content and no sulphate, could be satisfactorily stabilized with 10% of ordinary Portland cement. Neither of the other layers could be stabilized, however, owing to their high clay and sulphate contents, although the lower layer, which contained a large amount of organic matter and less sulphate, was rather better, possibly because of the flocculating effect of the organic matter on the clay.

Because of the high sulphate contents of the samples, further tests were made to find the effect of sulphates on cement-stabilized clay. These tests showed that the effect of sulphates only became apparent when the clay-cement was immersed in water, when 1·0% of calcium sulphate or 0·75% of magnesium sulphate (expressed as SO3) incorporated in the clay led to complete disintegration of the clay-cement mixture. When sulphate-free clay-cement mixtures were immersed in aqueous sulphate solutions as little as O·2% sulphate (as SO3) in the surrounding solution caused disintegration. The substitution of sulphate-resistant cement for ordinary Portland cement in these experiments did not effect much improvement.

It is concluded that until further knowledge has been obtained about the damage caused by sulphates, soils containing them should not be used for soil-cement stabilization.

Cet article décrit les résultats d'une enquête entreprise pour étudier l'influence des proprietés chimiques de l'argile sur sa propre résistance une fois stabilisé avec du ciment. Les échantillons d'argile examinés furent prélevés d'une coupe dans de l'argile a Stewartby, comté de Bedford. On découvrit que la coupe était constituée de 3 à 4 pieds d'argile de moraine à blocs recouvrant deux couches inférieures, toutes deux d'argile d'oxford.

Les facteurs principaux affectant la résistance semblèrent être l'argile. le sulfate et les contenus organiques des échantillons. L'argile de moraine à blocs ayant une faible teneur en argile et en contenus organiques, et pas de sulfate, put être stabilisee de manière satisfaisante avec 10% de ciment Port-land ordinaire. Pourtant aucune des autres couches ne put être stabilisée, du fait de leur haute teneur en argilc et en sulfate, quoique la couche inférieure, qui contenait une grande quantité de matière organique et moins de sulfate, fût bien meilleure, peut-être à cause de l'effet de floconnement sur l'argile de la matière organique. A cause de la haute teneur en sulfate des échantillons, on procéda à d'autres essais afin de découvrir quel effet les sulfates ont sur l'argile stabilisée par le ciment. Ces essais montrèrent que les effets des sulfates ne devinrent apparents que lorsque le mélange argile-ciment fut immersé dans l'eau, et que 1·0% de sulfate de calcium ou 0·75% de sulfate de magnésium (sous forme SO3) incorporé dans l'argile amena la déintegration complète du mélange argile-ciment. Lorsque des mélanges argile-ciment non sulfates furent immersés dans des solutions aqueuses de sulfate, pas plus de 0·2% de sulfate (sous forme SO3) ne fut nécessaire dans la solution environnante pour causer la déintégration. Dans ces expériences le remplacement du ciment Portland ordinaire par du ciment réistant à l'effet du sulfate n'apporta guère d'amélioration.

On conclut que, jusqu'à ce que de plus amples connaissances sur les détériorations causées par les sulfates soient obtenues, les sols les contenant ne devraient pas être employés pour la stabilisation sol-ciment.