Ion migration associated with lime piles: a review

Abstract

This paper aims to present a critical review, and in many cases a reinterpretation, of the literature on calcium and hydroxide ion migration from a lime source, a phenomenon commonly termed ‘lime migration’. The relevance of this review extends from the classical mix-in-place surface or deep stabilisation techniques to cases in which ion migration is relied upon to treat an intact soil mass, such as in lime slurry pressure injection and lime piles. The phenomena causing migration, and means of their modelling, are presented to provide a context for a discussion of the findings from various laboratory and field experimental studies. The paper concludes that ion migration is not well researched, other than in contaminated ground applications, and is commonly overlooked in ground improvement technique design. Nevertheless, by piecing together the evidence from many studies a clear pattern of the effects of, and influences on, ion migration emerges. It is apparent, for example, that the degree and rate of migration depend strongly on the initial water content (the presence of water in the soil is essential for ion migration) as well as on curing time, soil mineralogy and the presence of gradients other than the chemical gradient. The strong relationship between the chemical and physical influences on ‘lime migration’ and its effects indicate the requirement of both physical and chemical testing to allow a more integrated approach to research and practical application in this area. Cet article présente une revue critique, et dans de nombreux cas une réinterprétation, de la littérature disponible sur la migration des ions hydroxyde et calcium issus d'une source de chaux, un phénomène couramment appelé « migration de la chaux ». La portée de cette revue s'étend des techniques classiques de surface de malaxage en place ou de stabilisation profonde aux cas pour lesquels la migration ionique est prévue pour traiter une masse de sol intacte, tels que l'injection sous pression de boues de chaux et les pieux de chaux. Les phénomènes à l'origine de la migration, et les moyens de leur modélisation, sont présentés pour fournir un contexte de discussion sur les résultats obtenus par différentes études expérimentales de laboratoire et de terrain. Il en est conclu que la recherché sur la migration ionique n'est pas trés développée autrement que pour des applications de sol contaminé, et est généralement ignorée en géotechnique d'amélioration des sols. Toutefois, en rassemblant les observations de nombreuses études, on peut distinguer clairement une tendance en ce qui concerne les effets de la migration ionique et les facteurs qui l'influencent. On peut observer, par exemple, que le taux et la vitesse de migration dépendent fortement de la teneur initiale en eau (la présence en eau dans le sol est essentielle pour la migration ionique), de même que du temps de mûrissement, de la minéralogie du sol et de la présence de gradients autres que chimiques. Larelation importante qu existe entre les influences physiqueset chimiques agissant sur la « migration de la chaux » et ses effets souligne la nécessité de réaliser des essays chimiques et physiques afin d'adopter une approche intégrée pour la recherche et les applications pratiques dans ce domaine.