Chemical stabilization of a soft soil with multiwall carbon nanotubes

The chemical stabilization of a soil is dependent on a wide range of parameters, being the most important ones associated to the soil properties (size distribution, plasticity characteristics, organic matter content, chemical composition, pH) and cementitious materials (type, quantity). The nanoparticles are not a cementitious material but once introduced in a soil they are expected to reduce the interparticles’ spacing, which will promote the construction of a stronger and stiffer soil skeleton matrix together with the cementitious materials, therefore improving the mechanical properties of the soil. In order to maximize the benefits of the nanoparticles (multiwall carbon nanotubes, MWCNT) added to a stabilized soil it is crucial to overcome the problems related with particle agglomeration. Thus, it was defined a screening strategy which comprises the characterization of the MWCNT (zeta potential and size), the definition of the aqueous medium with surfactant addition, the characterization of the surfactant (molecular weight and hydrodynamic radius) and the application of energy to promote the particles’ dispersion. The quality of the suspension, in terms of particles’ dispersion, was evaluated trough the analysis of the particle size distribution given by dynamic light scattering (DLS). After, a series of performance tests with cement Portland and MWCNT were conducted. The preliminary results from the unconfined compressive strength tests (UCS) have shown the high potential of adding multiwall carbon nanotubes to a chemically stabilized soil. The results have also pointed out the importance of the nanoparticles stabilization process.

La stabilisation chimique d’un sol dépend d’un large nombre de paramètres, les plus importantes étant les associés avec les propriétés du sol (distribution des grains, les caractéristiques de plasticité, teneur en matière organique, composition chimique, pH) et des matériaux à base de ciment (type, quantité). Les nanoparticules ne sont pas un matériau à base de ciment, mais une fois introduites dans un sol, elles devraient permettre de réduire l’espacement interparticles, ce qui avec les matériaux à base de ciment favorisera la construction d’une matrice solide plus résistant et plus rigide, donc d’améliorer des propriétés mécaniques du sol. Afin de maximiser les avantages des nanoparticules (nanotubes de carbone multi-paroi, MWCNT) ajouté à un sol stabilisé, il est crucial de surmonter les problèmes liés à l’agglomération des nanoparticules. Ainsi, il a été défini une stratégie de dépistage qui comprend la caractérisation de l’MWCNT (potentiel zêta, et de taille), la définition du milieu aqueux avec addition de l’agent tensioactif, la caractérisation de l’agent tensioactif (de poids moléculaire et de rayon hydrodynamique) et l’application d’énergie pour promouvoir la dispersion des nanoparticules. La qualité de la suspension, en fonction de la dispersion des particules, a été évaluée au moyen de l’analyse de la distribution de taille des particules donnée par diffusion de lumière dynamique (DLS). Après, une série d’essais de comportement le matériau avec du ciment Portland et MWCNT a été réalisée. Les résultats préliminaires des essais de résistance en compression simple (UCS) ont montré le fort potentiel de l’addition de nanotubes de carbone multi-paroi sur un sol stabilisé chimiquement. Les résultats ont également souligné l’importance du processus de stabilisation de nanoparticules.