Laboratory Behavior of Sand-Bentonite Mixtures

Abstract

In the engineering field, sand bentonite mixture is frequently used as a liner or barrier material for projects like hydraulic and waste containment construction whenever there exists a dearth of naturally existing clay at a particular site. The engineering properties of sand-bentonite mixtures are an active area of study. This study aims to develop methods for producing sand bentonite mixture which can be used as a waste-disposal liner. In the study, bentonite was chosen to be the admixture and the beach sand taken from the Famagusta Bay in North Cyprus was the main material. Different sand-bentonite mixes (10% B - 90% S (M1), 15% B - 85% S (M2), and 20% B - 80% S (M3)) were created by increasing the sand-bentonite mixture's bentonite concentration from 10% to 20% by dry weight. The Atterberg’s limit compaction, swelling and compressibility attributes of sand-bentonite mixtures were studied. Furthermore, the hydraulic-conductivity, suction, and volume change characteristics of sand-bentonite mixtures were investigated. The ASTM standard was used for all testing. Test results indicate that M3 (the mixture with the highest bentonite content) had the highest values for percentage swell, coefficient of vertical consolidation (cv), hydraulic conductivity (k) and suction values. Increased unconfined compressive and tensile strength was attained with higher bentonite concentration. A raise in the bentonite content also increases the volume change of the sand-bentonite mixtures. The most significant shift in the volume of the sand-bentonite mixtures was obtained for M3 soil. Findings indicate that all geotechnical features of sand-bentonite mixtures were shown to be affected by an increase in bentonite concentration.

ÖZ: Mühendislik alanında, bir sahada doğal olarak oluşan kil eksikliği olduğunda, hidrolik ve atık muhafaza inşaatı gibi projeler için genellikle bir astar/bariyer malzemesi olarak kum-bentonit karışımları kullanılır. Kum-bentonit karışımlarının mühendislik özellikleri aktif bir çalışma alanıdır. Bu çalışmanın amacı, atık bertaraf astarı olarak kullanıma uygun kum-bentonit karışımlarının üretilmesi için yöntemler geliştirmektir. Bu çalışmada katkı maddesi olarak bentonit seçilmiş ve ana malzeme Kuzey Kıbrıs Gazimağusa Plajı'ndan alınan sahil kumu olmuştur. Bentonit içeriği kum-bentonit karışımının kuru ağırlığının %10'dan %20'sine kadar değiştirilerek farklı kum-bentonit karışımları (%10 B - %90 S (M1), %15 B - %85 S (M2) ve %20 B - %80 S (M3)) hazırlanmıştır. Kum-bentonit karışımlarının Atterberg limitleri, sıkışma, şişme ve sıkıştırılabilirlik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca kum-bentonit karışımlarının hidrolik iletkenlik, emme ve hacim değiştirme özellikleri araştırılmıştır. Tüm testler için ASTM standardı kullanıldı. Test sonuçları, M3'ün (en yüksek bentonit içeriğine sahip karışım), şişme yüzdesi, dikey konsolidasyon katsayısı (cv), hidrolik iletkenlik (k) ve emme değerleri için en yüksek değerlere sahip olduğunu göstermektedir. Bentonit içeriğindeki artışla birlikte serbest basınç ve çekme mukavemetinde artış elde edilmiştir. Artan bentonit içeriği, kum-bentonit karışımlarının hacim değişimini de artırmıştır. Kum-bentonit karışımlarının hacmindeki en yüksek değişim M3 zemin için elde edilmiştir. Bulgular, kum-bentonit karışımlarının tüm geoteknik özelliklerinin bentonit konsantrasyonundaki artıştan etkilendiğini göstermektedir.