Assessment of Volume Change and Microstructure of Calcareous Soils Contaminated with Sulfuric and Phosphoric Acids. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Master_Thesis_Ammar_Alshammari_bound_copy.pdf Download (15MB) | Preview

Arabic Abstract

تلوث التربة هو قضية خطيرة ناجمة عن الأنشطة غير المرغوب فيها الصناعة مثل تسرب المواد الكيميائية وسوء التخلص من النفايات. يعتبر تلوث التربة بالأحماض تعتبر مشكلة شائعة في صناعات الأسمدة والبتروكيماويات، وتحدث هذه المشكلة عندما تتسرب الأحماض من المصانع أو يتم التخلص منها بطريقة خاطئة وتتفاعل مع المواد الفعالة مثل التربة الجيرية. وتتفاقم هذه المشكلة عندما تتفاعل الأحماض المتسربة مع التربة الجيرية وتنتفخ أساسات المضخات والأنابيب التي تنقل مثل هذه الأحماض، وبالتالي تؤدي إلى المزيد من التسريبات. من الممكن أن تتغير كل خواص التربة بسبب التلوث بالأحماض وخاصة الحجم. ونتيجة لذلك، فإن جميع المنشأت والبنى التحتية في محيط التربة الملوثة سوف تعاني جيشان غير مرغوب. من ناحية أخرى عند ازدياد كميات الحمض المتسرب سوف تتحلل وتنجرف التربة وذلك قد يؤدي إلى خلق فراغات كبيرة وهبوطات في التربة. معظم أنواع التربة المستخدمة لقواعد الطريق وتحت الأرصفة والممرات الخرسانية في المنطقة الشرقية من المملكة العربية السعودية هي من التربة الجيرية، والتي تعتبر عرضة لتغير الحجم عندما تتلوث بالأحماض. وعلاوة على ذلك، هناك مصانع بتروكيميائية ومصانع اسمدة عديدة في هذه المنطقة تنتج وتستخدم أحماضاً مختلفة. يهدف هذا البحث إلى دراسة تغير الحجم والبناء المجهري في التربة الجيرية بسبب التفاعل مع حمض الكبريت وحمض الفوسفور، حيث يتم اختبار تراكيز مختلفة من الأحماض مع نوعين من التربة الجيرية المستخدمة على نطاق واسع في شرق المملكة العربية السعودية. وبذلك يكون الربط بين تركيز الحامض ومقدار انتفاخ التربة هو النتيجة الرئيسية لهذا البحث، مع الأخذ بعين الاعتبار التغيرات في التركيب الكيميائي والمجهري للتربة. تم استخدام حمض الكبريت وحمض الفوسفوريك للتفاعل مع اثنين من التربة الجيرية في المختبر تحت ظروف معينة وثابتة. تم تحضير عينات التربة في قوالب مصنوعة من البولي إثيلين عالي الكثافة، والتي يمكن لها أن تتحمل الأحماض الشديدة. ثم بعد ذلك، تم وضع هذه القوالب في حاويات كبيرة و جُهزتّ بأدوات لقياس تغير الحجم. بعد تلويث العينات بالحمض، تم عمل التحليل التركيبي و تم ايضاً تقييم القوة. كان لتغير حجم العينات وتركيز الأحماض علاقة نسبية باستثناء حالة حمض الكبريت مع التربة الجيرية غير اللدنة. حدث هذا الأمر لأن تركيز حمض الكبريت العالي بشدة مع العناصر الكربونية في التربة أدى إلى انسداد الفتحات وعدم نفاذ الحمض لكامل العينة. وعلاوة على ذلك، فُسّرتْ جميع نتائج انتفاخ العينات مع التحليل المجهري والتحليل التركيبي وتغيّر القوة للعينات.

English Abstract

Soil contamination is a serious issue caused by faulty industrial activities such as chemical leakage and poor waste disposal. Acid contamination of soils is a common problem within fertilizer and petrochemical industries. The problem occurs when leaked or wrongly-disposed acids infiltrate to the ground and react with active materials like carbonate soils. The problem is aggravated when the leaking acids interact with carbonate soil causing swelling of the foundations of pumps and pipes handling such acids and thus leading to more leaks. All soil properties could be alerted due to acid contamination, especially the volume. Consequently, all structural facilities and infrastructures in the vicinity of the contaminated soils will experience unfavorable upheaval. On the other hand, when the leaked quantities are large, soil washouts may result in creating large voids and subsequent subsidence. In eastern Saudi Arabia, most of the soils used for road bases and under pavement and walkways are calcareous in nature. These carbonate soils are susceptible to large volume change when attacked by acids. Moreover, there are huge petrochemical and fertilizer industries in the area that produce or utilize different acids. This research was intended to examine the volume and microstructural changes of calcareous soils due to interaction with sulfuric and phosphoric acids. Thus, the correlation between acid concentrations and swelling is very important to investigate taking into account the changes in mineralogy and microstructure. Sulfuric and phosphoric acid were utilized to react with two calcareous soils in the laboratory under controlled conditions. Soil samples were prepared in high-density polyethylene (HDPE) molds, which can resist aggressive acids. Then, these molds were placed in large containers and instrumented with linear variable differential transformer (LVDT) to measure volume change. After acidification, the contaminated samples were subjected to compositional analysis and strength assessment. Volume change and acid concentration were proportional except the case of sulfuric acid with the non-plastic marl. This happened because high concentration sulfuric acid reacted severely with carbonate minerals resulting in a blockage of the way for the acid to infiltrate into the whole sample. Moreover, all of expansion outcomes were interpreted with morphological and compositional analysis and strength assessment of contaminated samples.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Geotechnical Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Aiban, Saad
Committee Members:	Saleh, Tawfik and Al‑Amoudi, Omar
Depositing User:	AMMAR ALSHAMMARI (g200760590)
Date Deposited:	06 Aug 2017 09:47
Last Modified:	31 Dec 2020 09:11
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140427