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Microstructural investigations as a key for understanding the chemo-mechanical response of lime-treated soils

Russo Giacomo
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2019
Numero:
1
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 1/2019
DOI:
10.19199/2019.1.0557-1405.100

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Indagini microstrutturali come strumento di interpretazione del comportamento chimico-meccanico di terreni trattati a calce. 

Nell’articolo si è evidenziato il ruolo delle indagini microstrutturali nello studio del comportamento chimico-meccanico di terreni trattati con calce. A tale scopo sono state considerate due argille di diversa natura mineralogica (caolino Speswithe e una bentonite calcica). Le modifiche mineralogiche e microstrutturali indotte nel tempo dall’addizione di calce sono state monitorate all’aumentare mediante diffrazione a raggi X (XRD), analisi termo-gravimetriche (TGA), microscopia a scansione di elettroni (SEM) e porosimetrie a intrusione di mercurio (MIP). Nel caso del caolino trattato con calce, si è osservato come la riorganizzazione microstrutturale (flocculazione) dovuta alle reazioni di scambio cationico caratterizzi il comportamento del terreno trattato nel breve termine, mentre la bassa reattività della caolinite comporta la lenta precipitazione di nuove fasi idrate dovute all’attività pozzolanica. Di contro, nel caso della bentonite si è osservato come per l’elevata reattività lo scambio cationico e lo sviluppo di reazioni pozzolaniche avvenga su una scala temporale confrontabile. I risultati delle indagini alla microscala sono stati direttamente collegati a evidenze sperimentali alla scala dell’elemento di volume dei campioni trattati, consentendo una comprensione del comportamento meccanico delle argille trattate in funzione dell’evoluzione chimico-fisica del sistema argilla-calce-acqua.

In the paper the role of microstructural investigations in understanding the chemo-mechanical response of lime-treated soils has been evidenced. Two lime-treated clays of different mineralogy (namely kaolinite and Ca-montmorillonite) have been considered for this study. The time dependent mineralogical and microstructural changes induced by lime addition have been monitored at increasing curing time by means of X-Ray Diffraction (XRD), Thermo-Gravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM) Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). In the short term, flocculation phenomena due to the cation exchange reactions control the microstructural features of lime-treated kaolin. The low reactivity of kaolinite clay minerals to pozzolanic reactions was detected as a delay in precipitation of new hydrated phases. The chemo-physical evolution of lime-treated bentonite depends on the combined effect of cation exchange and pozzolanic reactions which develop with a comparable time scale. Results of micro-scale investigations have been directly linked to experimental evidences at volume scale of the samples, allowing the understanding of mechanical behaviour of treated clays as function of the chemo-physical evolution of clay-lime-water system. 

Keywords: soil structure, lime treatment, microstructure analyses, chemo-physical evolution, mechanical behaviour.