Nghiên cứu tận dụng đất nạo vét từ dự án luồng tàu biển nối sông tiền vào sông hậu gia cố kết hợp tro bay làm móng kết cấu áo đường ô tô tại tỉnh trà vinh

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT TỪ DỰ ÁN LUỒNG TÀU BIỂN NỐI SÔNG TIỀN VÀO SÔNG HẬU GIA CỐ KẾT HỢP TRO BAY LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH Học viên : Phan Văn Kha, Chuyê

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHAN VĂN KHA

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT TỪ DỰ ÁN LUỒNG TÀU BIỂN NỐI SÔNG TIỀN VÀO SÔNG HẬU GIA CỐ KẾT HỢP TRO BAY LÀM MÓNG KẾT CẤU

ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHAN VĂN KHA

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT TỪ DỰ ÁN LUỒNG TÀU BIỂN NỐI SÔNG TIỀN VÀO SÔNG HẬU GIA CỐ KẾT HỢP TRO BAY LÀM MÓNG KẾT CẤU

ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Tóm tắt luận văn

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Danh mục các ký hiệu và từ viết tắt

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài 4

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐẤT ĐỂ LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TẠI TRÀ VINH 5

1.1 Tổng quan về gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ làm kết cấu áo đường ô tô, tại Trà Vinh 5

1.2.1 Gia cố bằng vôi 6

1.2.2 Gia cố bằng xi măng 8

1.2.3 Gia cố bằng tro bay 10

1.2.4 Gia cố bằng tro bay với xi măng hoặc vôi 11

1.2 Các tiêu chuẩn hiện hành về gia cố đất 11

1.3 Tham khảo một số tiêu chuẩn trong và ngoài nước 14

1.3.1 Nghiên cứu trong nước 14

1.3.2 Nghiên cứu trên thế giới 20

1.4 Tình hình sử dụng vật liệu kết cấu áo đường và làm lớp móng áo đường ô tô tại Trà Vinh 22

1.4.1 Thành phần đất gia cố (đất đào nguyên thổ) 24

1.4.2 Thành phần phế phẩm công nghiệp tro bay (Tro, xỉ) 25

1.4.3 Chỉ tiêu cơ lý hóa của xi măng 26

1.4.4 Thành phần cấp phối đá dăm 27

1.5 Các yêu cầu đối với vật liệu làm tầng móng kết cấu áo đường ôtô - các thí nghiệm (móng trên, móng dưới) 27

1.5.1 Yêu cầu về loại đá 27

1.5.2 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu CPĐD 28

1.5.3 Yêu cầu đối với vật liệu nền móng 28

động các nhà máy nhiệt điện duyên hải và đất nạo vét về trữ lượng tại các bãi

thải khu k2, 3, 4, 5, và khu k8) 29

1.7 Kết luận chương 1 30

Chương 2: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI TRỘN HỢP LÝ ĐẤT NẠO VÉT GIA CỐ - TRO BAY - XI MĂNG 31

2.1 Kinh nghiệm sử dụng tro xỉ nhiệt điện duyên hải 31

2.1.1 Khái niệm tro - xỉ 31

2.1.2 Công dụng sử dụng vật liệu tro - xỉ 31

2.1.3 Tính chất của tro bay (fly ash) 32

2.1.4 Phân loại tro bay 33

2.1.5 Đặc điểm tro bay của nhà máy nhiệt điện duyên hải 34

2.1.6 Xi măng dùng để gia cố cho cấp phối thiên nhiên tại tỉnh Trà Vinh 36

2.1.7 Một số nghiên cứu, kinh nghiệm sử dụng tro xỉ nhiệt điện Duyên Hải 36

2.2 Quy hoạch thực nghiệm 37

2.2.1 Đối với cấp phối thiên nhiên chưa gia cố 37

2.2.2 Đối với chất kết dính vô cơ 38

2.2.3 Số lượng mẫu thí nghiệm 38

2.3 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của loại cấp phối thiên sử dụng thực nghiệm 41

2.3.1 Thí nghiệm thành phần hạt hỗn hợp (TCVN 7572:2006) 41

2.3.2 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (TCVN 4201:2012) 42

2.4 Thực nghiệm và đánh giá phân tích kết quả thí nghiệm hỗn hợp cấp phối thiên nhiên gia cố đất, tro bay với chất hoạt hóa là xi măng 43

2.4.1 Thí nghiệm cường độ chịu nén TCVN 9403:2012) 43

2.4.2 Thí nghiệm ép chẻ (TCVN 8862:2011) 45

2.4.3 Thí nghiệm CBR (Dựa theo tiêu chuẩn 22TCN 332-06) 47

2.4.4 Sức kháng cắt (TCVN 4199:2012) 48

2.4.5 Thí nghiệm Mô đun đàn hồi 50

2.4.6 Thí nghiệm hệ số thấm (TCVN 4200:2012) 51

2.4.7 Tổng hợp các kết quả thí nghiệm 53

2.5 Đề xuất chọn tỷ lệ phối trộn hợp lý 53

2.5.1 Đánh giá kết quả các tổ mẫu thực nghiệm của hởn hợp Đ-T-XM (G2, G4, G6 và G8) 53

2.5.2 Nhận xét kết quả thí nghiệm 54

2.5.3 Đánh giá trữ lượng, chất lượng đất tại các bãi chứa 55

2.5.4 Đánh giá trữ lượng, chất lượng Tro bay tại các bãi chứa 55

2.6 Kết luận chương 2 55

Chương 3: ĐỀ XUẤT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TRÀ VINH SỬ DỤNG MÓNG ĐẤT NẠO VÉT GIA CỐ TRO BAY - XI MĂNG 57

3.2 Đề xuất thay lớp móng cho loại kết cấu áo đường tầng mặt cấp A1 58

3.3 Đế xuất thay lớp móng cho loại kết cấu áo đường tầng mặt cấp A2 62

3.4 Đế xuất thay lớp móng cho loại kết cấu áo đường tầng mặt cấp B1 63

3.5 Đế xuất thay lớp móng cho loại kết cấu áo đường tầng mặt cấp B2 64

3.6 Đề xuất kết cấu áo đường đặc trưng cho từng loại đường có sử dụng lớp vật liệu gia cố 67

3.7 Tính toán lún và đề xuất kết cấu áo đường đặc trưng cho từng loại đường có sử dụng lớp vật liệu gia cố 68

3.7.1 Tính toán lún đối với kết cấu áo đường cho từng loại đường có sử dụng vật liệu gia cố 68

3.7.2 Đề xuất kết cấu áo đường đặc trưng 76

3.8 Kết luận chương 3 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

1 Kết luận 78

2 Kiến nghị 79

3 Những hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

P : Tải trọng khi phá hoại mẫu

F : Tiết diện ngang trung bình của mẫu

ρ :Khối lượng riêng của đất

τ : sức chống cắt

σ : Áp lực thẳng đứng trên mặt phẳng cắt

Ech : Mô đun đàn hồi yêu cầu

ER : Mô đun đàn hồi

NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT TỪ DỰ ÁN LUỒNG TÀU BIỂN NỐI SÔNG TIỀN VÀO SÔNG HẬU GIA CỐ KẾT HỢP TRO BAY

LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH

Học viên : Phan Văn Kha, Chuyên ngành: KTXD công trình giao thông

Mã số : 85.80.205, Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Với nguồn đất thải nạo vét từ dự án Luồng tàu biển có trọng tải lớn vào sông Hậu

“nối Sông Tiền vào Sông Hậu” được đề tài nghiên cứu thực nghiệm nhằm thay thế cho vật liệu truyền thống làm móng kết cấu áo đường đang khan hiếm tại tỉnh Trà Vinh bằng cách gia cố kết hợp tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay loại F: từ nguồn kết quả phân tích tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải theo TCVN 10302:2014) và chất kết dính liên kết xi măng thông dụng tại địa phương Hỗn hợp vật liệu đất - tro bay - xi măng được quy hoạch thực nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý với đất nạo vét gia cố tro bay, xi măng trình bày trong chương 2 với tổ hợp mẫu G2, G4, G6 và G8 Qua kết quả thí nghiệm và mô phỏng sự làm việc của lớp móng vật liệu truyền thống chưa gia cố và vật liệu có gia cố trên phần mềm Plaxis, kết quả cho thấy: Giá trị CBR đạt từ 21,7% ÷ 29,5 %; mô đun đàn hồi Eđh = 250 Mpa (G6- 6% xi măng), Eđh

= 287 Mpa (G8 - 8% xi măng) đạt độ bền cấp III đối với vật liệu là đất gia cố; đảm bảo sử dụng

để làm lớp móng dưới kết cấu áo đường thay cho các lớp cấp phối thiên nhiên và lớp cấp phối đá dăm; Riêng đối với nền đường (thông thường không yêu cầu cấp độ bền hay yêu cầu nhỏ) đảm bảo sử dụng các mẫu G2 - 2% xi măng; G4 - 4% xi măng Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khảo, phục vụ công tác thiết kế các công trình xây dựng, công trình giao thông (lớp móng dưới kết cấu áo đường ô tô) tại tỉnh Trà Vinh

Từ khóa: Dự án Luồng tàu biển vào sông Hậu; móng kết cấu áo đường; tro bay; nhiệt điện

Duyên Hải; hỗn hợp vật liệu đất - tro bay - xi măng

RESEARCH TO UTILIZE DREDGE LAND FROM PROJECT FOR CONSTRUCTION INVESTMENT OF LARGE LOAD VESSELS IN AND OUT HAU RIVER COMBINED WITH FLY ASH TO

SUBGRADE OF ROAD PAVEMENT IN TRA VINH PROVINCE Abstract: With the utilize dredge land from project for construction investment of large load

vessels in and out Hau river by empirical research to replace scarcity of traditional materials making subgrade of road pavement in Tra Vinh province by reinforcementing fly ash from Duyen Hai power plant (with type F fly ash from the results of the analysis fly ash in Duyen Hai power plant according to TCVN 10302:2014) and the local common cement The soil - fly ash - cement mixture is empirical planned to determine the ratio of reasonable mixing to the dredging soil reinforced fly ash, the cement presented in Chapter 2 with the sample combination G2, G4, G6 and G8 Through the results of the experiment and simulating the work of the traditional or reinforced of subgrade of road pavement on the Plaxis software, the results showed: The value of CBR reaches from 21.7% ÷ 29.5%; elastic modulus of G6 (6% cement) is 250 Mpa and G8 (8% cement) is 287 Mpa; the reinforced material of subgrade of road pavement has endurance level III make sure to use the base to subgrade of road pavement instead of the natural gravel layer and macadam; As for the road base (usually not required or requested reliability level small) to ensure use templates G2 - 2% cement; G4 - 4% cement The research results of the study can serve as a basis for reference, serving the design of buildings, transport works (subgrade of road pavement)

in Tra Vinh province

Keyword: Project for construction investment of large load vessels in and out Hau river; subgrade of road pavement; Duyen Hai power plant; soil - fly ash - cement mixture

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.2 Phân loại vôi theo 02 chỉ tiêu cơ bản là hàm lượng CaO+MgO 8

2.1 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây 33

2.6 Các chỉ tiêu dung trọng, độ ẩm mẫu hỗn hợp vật liệu 42 2.7 Tổng hợp kết quả nén đơn trục mẫu hỗn hợp vật liệu 44 2.8 Kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ (Rec) hổn hợp vật liệu 46

2.11 Tổng hợp kết quả thí nghiệm hỗn hợp Đ - T – X 53 2.13 So sánh chỉ tiêu cơ lý của vật liệu gia cố TCNV 10379-2014 54

3.1 Tính toán Etb của kết cấu hỗn hợp vật liệu giảm chiều dày 58 3.2 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb’ 59 3.3 Tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tính Etb’ 61 3.4 Thông số của các lớp vật liệu trong kết cấu Nguyễn Đáng 68 3.5 Tính chất cơ lý các lớp đất nền mô phỏng trong Plaxis 69 3.6 Tính chất cơ lý các lớp vật liệ kết cấu áo đường mô phỏng trong

DANH MỤC CÁC HÌNH

1 Tổng quan Dự án Luồng cho tàu trọng tải lớn vào sông Hậu 1

1.2 Cường độ nén Rn nhóm mẫu 1 ở các ngày tuổi khác nhau 18 1.3 Mô đun đàn hồi Eđh nhóm mẫu 1 ở các ngày tuổi khác nhau 19 1.4 Sức chịu tải CBR nhóm mẫu 1 ở ngày tuổi 28 19 1.5 Biểu đồ nén trục đơn của đất hỗn hợp tro bay (a) nhà máy

1.6 Biểu đồ sức kháng cắt của đất hỗn hợp tro bay (a) nhà máy

1.7 Biểu đồ hệ số thấm của đất hỗn hợp theo hàm lượng tro bay 21 1.8 Biểu đồ sức kháng nén của đất hỗn hợp ở thời gian 1 ngày và 7

1.9 Khu bãi chứa thải K5- DA Luồng tàu (đào nguyên thổ) 25

2.1 Các silo chứa tro bay sau khi được thu gom bằng hệ thống tĩnh

2.3 Biểu đồ đầm chặt proctor - đường bảo hòa mẫu hỗn hợp vật liệu 42 2.4 Thí nghiệm cường độ chịu nén tuổi mẫu 14, 28, 56 và 90 ngày 44 2.5 Biểu đồ quan hệ cường độ chịu nén đơn trục (mẫu G2,G4,G6,

2.7 Biểu đồ cường độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu hỗn hợp vật liệu 46 2.8 Thí nghiệm CBR của hổn hợp G2, G4,G6,G8 (28 ngày) 47 2.9 Biểu đồ sức chịu tải CBR mẫu hỗn hợp mẫu G2, G4,G6,G8 48

2.11 Mẫu thí nghiệm sức kháng cắt, nén nhanh là mẫu dao vòng 49

2.13 Biểu đồ quan hệ môđun đàn hồi hỗn hợp Đ-T-X 51

3.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu nền-

3.2 Kết cấu áo đường tầng mặt A1 tại Trà Vinh 58 3.3 Kết cấu ao đường tầng mặt A1 thay thế bằng vật liệu đất gia cố 58

3.4 Kết cấu áo đường tầng mặt A2 đang sử dụng 62 3.5 Kết cấu ao đường tầng mặt A2 sử dụng móng trên bằng vật liệu

3.6 Kết cấu ao đường tầng mặt B1 đang sử dụng 63 3.7 Kết cấu ao đường tầng mặt B1 sử dụng móng bằng vật liệu đất

3.8 Kết cấu ao đường tầng mặt B2 đang sử dụng 64 3.9 Kết cấu ao đường tầng mặt B2 thay thế bằng vật liệu đất gia cố

3.13 Mực nước ngầm theo báo cáo địa chất ở độ sâu -1,8m 72 3.14 Độ lún nền đường cho trường hợp 1 – S=30.87mm 72 3.15 Mặt cắt ngang mô phỏng cho trường hợp 2 - 1 72 3.16 Mực nước ngầm theo báo cáo địa chất ở độ sâu -1,8m 73 3.17 Độ lún nền đường cho trường hợp 2 - 1 – S=28.93mm 73 3.18 Mặt cắt ngang mô phỏng cho trường hợp 2-2 73 3.19 Mực nước ngầm theo báo cáo địa chất ở độ sâu -1,8m 74 3.20 Độ lún nền đường cho trường hợp 2-2 – S=28,76mm 74 3.21 Mặt cắt ngang mô phỏng cho trường hợp 3-1 74 3.22 Mực nước ngầm theo báo cáo địa chất ở độ sâu -1,8m 75 3.23 Độ lún nền đường cho trường hợp 1 – S=27.05mm 75 3.24 Mặt cắt ngang mô phỏng cho trường hợp 3-2 75 3.25 Mực nước ngầm theo báo cáo địa chất ở độ sâu -1,8m 76 3.26 Độ lún nền đường cho trường hợp 3-2 – S=26,64mm 76

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong bối cảnh phát triển kinh tế, xã hội của đất nước nói chung thì tỉnh Trà Vinh là một trong các tỉnh có tiền năng phát triển trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long Nhằm thúc đẩy các nguồn lực kinh tế - xã hội phát triển và ưu tiên việc phát triển kinh tế lên hàng đầu nên tỉnh Trà Vinh được Chính phủ, các Bộ ngành quan tâm đầu tư xây dựng trên địa bàn tỉnh, cụ thể là huyện Duyên Hải (nay thị xã Duyên Hải) được đầu tư xây dựng mới với 02 dự án trọng điểm Quốc gia, với tổng mức đầu tư hàng chục ngàn tỷ đồng và quy mô đầu tư xây dựng cho từng dự án hàng trăm hecta diện tích đất như sau:

Thứ nhất: Dự án Luồng cho tàu biển có trọng tải lớn vào sông Hậu “nối Sông

Tiền vào Sông Hậu” đóng vai trò rất quan trọng đến sự phát triển kinh tế - xã hội của

tỉnh Trà Vinh và một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL); là lối ra, huyết mạch ổn định lâu dài, giúp hàng hóa xuất nhập khẩu của tỉnh Trà Vinh và khu vực ĐBSCL được vận chuyển thẳng bằng tàu có trọng tải lớn từ sông Hậu đi các nơi mà không phải trung chuyển lên các cảng khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.Từ đó, giúp nâng cao sự thu hút đầu tư vào các khu công nghiệp, khu kinh tế của tỉnh; giảm chi phí vận chuyển, tăng sức cạnh tranh hàng hóa của khu vực, giảm áp lực, vận tải đường bộ, giảm tai nạn, ùn tắc, áp lực lên hệ thống ngành Giao thông vận tải (GTVT) đường bộ trong khu vực Được Bộ GTVT phê duyệt tại Quyết định số 3744/QĐ-BGTVT ngày 30/11/2007 và điều chỉnh tại Quyết định số 2368/QĐ-BGTVT ngày 09/8/2013 với mục tiêu xây dựng luồng cho tàu biển có trọng tải 10.000 DWT đầy tải

và tàu 20.000 DWT giảm tải vào các cảng trên sông Hậu Dự án đi qua địa bàn 02 huyện là huyện Duyên Hải và huyện Trà Cú, tỉnh Trà Vinh, bao gồm Huyện Duyên Hải có 05 xã: xã Dân Thành, Long Vĩnh, Long Khánh, Long Toàn và Ngũ Lạc; huyện Trà Cú gồm 04 xã: Định An, Đại An, Đôn Xuân và Đôn Châu

Hình 1 Tổng quan Dự án Luồng cho tàu trọng tải lớn vào sông Hậu

“nối Sông Tiền vào Sông Hậu”

Thứ hai: Dự án Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải nhằm nâng cao chất lượng phục

vụ sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống sinh hoạt Được Chính phủ đã ban hành kèm theo Quyết định số 1208/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011- 2020, dự kiến theo kế hoạch dự án sau khi hoàn thành, đưa vào hoạt động các tổ máy (03 tổ máy), đến năm 2020 với tổng công suất đạt khoảng 36.000 MW, điện sản xuất trên 150 tỷ kWh (chiếm khoảng 50 % sản lượng điện sản xuất) và đến năm 2030 công suất nâng lên khoảng là 72.000 MW, mức tiêu thụ hàng trăm triệu tấn than và thải ra môi trường khoảng chục triệu tấn tro xỉ, lượng lớn khí SOx độc hại Dự án được triển khai trên địa bàn xã Dân Thành, huyện Duyên Hải (nay

là thị xã Duyên Hải);

Hình 2 Tổng quan khu Nhiệt điện Duyên Hải

Từ đó, cho thấy Tỉnh Trà Vinh rất có tiền năng phát triển, theo đó cũng được Trung ương ưu tiên đầu tư quy hoạch xây dựng nông thôn mới và trong giai đoạn gấp rút hoàn thiện mạng lưới hạ tầng giao thông nông thôn là một trong những tiêu trí khó đạt theo bộ tiêu chí của nông thôn mới và mục tiêu đặt ra là đến năm 2020 cơ bản hoàn thành xây dựng nông thôn mới

Từ các vấn đề nêu trên, học viên quan tâm và thực hiện chọn đề tài “Nghiên cứu

tận dụng đất nạo vét từ Dự án Luồng tàu biển nối Sông Tiền vào Sông Hậu gia cố kết hợp tro bay làm móng kết cấu áo đường ô tô tại tỉnh Trà Vinh” Việc nghiên

cứu bằng thực nghiệm, kết hợp lý thuyết tính toán bằng số liệu cụ thể để từ kết quả tính toán, học viên sẽ đưa ra những nhận định và các đề xuất, kiến nghị nhằm sử dụng lại các nguồn vật liệu thải đất, tro bay và xi măng tạo ra sản phẩm hổn hợp ứng dụng vào công trình xây dựng, công trình giao thông đạt hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật nhằm giảm tải về diện tích đất làm các bãi chứa thải; đồng thời hạn chế ảnh hưởng các yếu tố môi trường tại địa phương

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu tạo ra nguồn nguyên vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ để thay thế cho vật liệu truyền thống làm móng kết cấu áo đường khan hiếm hiện nay tại tỉnh Trà Vinh

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Nghiên cứu thành phần tro bay, xác lập quan hệ tỷ lệ chất liên kết

- Hổn hợp tro bay, chất liên kết lợp lý và đất nạo vét làm tăng cường độ hổn hợp đảm bảo về kinh tế - kỹ thuật

- Từ mô phỏng sự làm việc của lớp móng gia cố và theo tiêu chuẩn, đề xuất chiều dày hợp lý của lớp đất móng gia cố tương ứng cho từng loại kết cấu áo đường ô tô tại Trà Vinh

- Sử dụng nguyên liệu sẵn có tại địa phương như đất, tro bay để nghiên cứu, ứng dụng vào ngành xây dựng Nhằm giảm giá thành xây dựng công trình, tiết kiệm được quỷ đất làm các bãi chứa thải và góp phần làm giảm yếu tố môi trường vì chất thải tro bay phải được xử lý, chôn lấp

3 Đối tượng nghiên cứu

- Nguồn thải đất thải nạo vét từ dự án Luồng tàu biển vào sông Hậu “nối Sông

Tiền vào Sông Hậu”; Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải và chất kết dính liên

kết xi măng thông dụng tại địa phương;

- Các nguồn cấp phối thiên truyền thống thường được sử dụng làm móng áo đường tại Trà Vinh (qua tìm hiểu, nghiên cứu thì tỉnh Trà Vinh không có mỏ cấp phối thiên nhiên mà phải vận chuyển từ các mỏ khác); Nghiên cứu tham khảo về kết quả các tỷ lệ phối trộn hổn hợp một số vật liệu gia cố (tro bay, đất, và vôi, xi măng), một

số các chỉ tiêu cơ lý của hổn hợp;

5 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin;

- Thu thập từ các bài báo, báo cáo kết quả về vật liệu cấp phối thiên nhiên gia cố chất liên kết vô cơ;

- Thu thập tài liệu, số liệu và đặc tính, tính chất liên quan đến đất, tro bay, xi măng và chất phụ gia tạo liên kết;

- Tài liệu nghiên cứu các công nghệ gia cố móng cấp phối thiên nhiên đất bằng chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi);

- Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của hổn hợp vật liệu đất, tro bay, xi măng và các chỉ tiêu liên quan;

- Mô phỏng sự làm việc của lớp móng vật liệu truyền thống chưa gia cố và vật liệu có gia cố trên phần mềm Plaxis

- Tính hiệu quả về kinh tế giữa cấp phối thiên nhiên về tiến độ, sử dụng vật liệu tại địa phương và giải quyết bài toán xử lý các bãi chứa tro bay, đất thải

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài

6.1.Ý nghĩa khoa học

Đánh giá mức độ ổn định, ứng suất và biến dạng của liệu gia cố (khả năng làm

việc của hỗn hợp nhằm tăng sức chịu tải của nền đất - móng dưới áo đường ô tô);

Đề xuất chiều dày lớp móng gia cố hợp lý đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật

6.2.Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khảo, phục vụ công tác thiết kế các công trình xây dựng, công trình giao thông (lớp móng kết cấu áo đường ô tô), góp phần tận dụng được các nguồn nguyên vật liệu thải sẳn có taị địa phương từ

02 dự án nêu trên, nhằm giảm thiểu các yếu tố ô nhiễm môi trường, tiết kiệm diện tích đất dùng làm bãi chứa thải; ứng dụng nguồn nguyên vật liệu mới vào công trình xây dựng góp phần tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên có xu hướng cạn kiệt, khan hiếm, bảo đảm phát triển bền vững

- Từ kết quả nghiên cứu giúp chủ đầu tư, các đơn vị tư vấn thiết kế có thêm phương án so sánh, lựa chọn tối ưu và giải quyết bài toán xử lý, gia cố nền móng đường trên nền đất yếu (móng kết cấu áo đường ô tô) do biến đổi khí hậu

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐẤT ĐỂ LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG

KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TẠI TRÀ VINH

1.1 Tổng quan về gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ làm kết cấu áo đường ô tô, tại Trà Vinh

Thực tế hiện nay các loại vật liệu được dùng trong xây dựng đường ô tô truyền thống như đá, cấp phối thiên nhiên, sỏi đỏ, … đạt yêu cầu chất lượng ngày càng trở nên khan hiếm, khó khai thác Với xu hướng phát triển sử dụng nguyên vật liệu tại địa phương, cấp phối thiên nhiên khi gia cố thay thế các vật liệu truyền thống bằng các chất kết dính vô cơ là việc làm rất có ý nghĩa và quan trọng

Chất kết dính vô cơ là những vật liệu dạng hạt mịn (bột) khi trộn với nước hoặc dung môi thích hợp cho hỗn hợp dẻo có thể gắn kết các vật liệu rời lại với nhau (thủy hóa) Bao gồm một số chất là xi măng, xi măng kết hợp tro bay, và vôi (vôi nghiền),

các loại phụ gia (nếu có)

Để quá trình hoạt hóa diễn ra trong vật liệu gia cố khác nhau, còn tùy thuộc vào tính chất của loại vật liệu gia cố, chất kết dính tạo liên kết, tỷ lệ gia cố, và các chất phụ gia; các quá trình hoạt hóa, thủy hóa như sau:

* Quá trình hóa học

Xảy ra trong quá trình hoạt hóa Hiđrát (xi măng), sự tương tác về thành phần hạt,

sự trùng hợp của chất tổng hợp gây ra sự tương tác hóa học với những chất hoạt hóa, biến cứng khác nhau

* Quá trình hóa lý

Xảy ra trong quá trình trao đổi chất thủy hóa giữa các phần tử hạt mịn (xi măng, tro bay, ) phân tán chất hoạt tính cation hoặc anion và xi măng hóa

* Quá trình lý hóa và cơ học

Sự liên kết các thành phần hổn hợp trộn lẫn tro bay, xi măng hay các chất liên kết

và phụ gia khác Việc tạo nên độ ẩm, đầm nén tốt lớn nhất của hổn hợp đất khi đã gia

cố, việc bảo dưỡng ở trong một điều kiện về độ ẩm, nhiệt độ, thời gian… thích hợp cho việc thủy hóa biến cứng

Các tương tác xảy ra trong quá trình gia cố là rất phức tạp, khác nhau và liên quan chặt chẽ với nhau trong điều kiện thích hợp Khi nghiên cứu đất gia cố chúng ta phải kết hợp các quá trình hoạt hóa tạo điều kiện cho đất gia cố trở thành một vật liệu xây dựng có tính toàn khối đảm bảo về cường độ cao, ổn định nước, nhiệt

Đất xây dựng gia cố chất kết dính vô cơ là hổn hợp trộn đều một tỷ lệ nhất định chất kết dính vô cơ hoặc các hóa chất hoạt hóa (nếu có) với vật liệu ở một độ ẩm tốt nhất, đầm chặt được hỗn hợp đảm bảo cường độ nhất định, khi đó các loại vật liệu sẽ mất đi tính chất đặc trưng của nó như tính trương nở của thành phần sét trong các loại vật liệu Đồng thời chất kết dính vô cơ đảm bảo cho tính chất cơ lý của vật liệu, thay đổi cường độ cao hơn bình thường và có khả năng liên kết chặt với các loại chất kết dính vô cơ xi măng để tạo nên một kết cấu khối, biến cứng vững chắc và ổn định trong nước, đảm bảo sử dụng trong điều kiện thủy nhiệt phức tạp

Sau khi biến cứng đất xây dựng trong điều kiện bảo dưỡng, đất gia cố có độ bền

và các chỉ tiêu cơ lý thỏa mãn các trị số yêu cầu kỹ thuật (theo tiêu chuẩn TCVN

10379:2014 - Gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ, hóa chất hoặc gia cố tổng hợp, sử

dụng trong xây dựng đường bộ thi công và nghiệm thu);

Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của đất xây dựng gia cố

Yêu cầu Chỉ tiêu

Độ bền cấp I Độ bền cấp II Độ bền cấp III

1 Độ bền khi nén (Mpa)

- Đối với mẫu 28 ngày ở độ ẩm

- Đối với mẫu 7 ngày ở độ ẩm bão

2 Độ bền chịu ép chẻ (Mpa)

Đối với mẫu 28 ngày ở độ ẩm bão

Không cần thí nghiệm Cấp độ bền của vật liệu gia cố được quy định theo trị số mô đun đàn hồi tính toán tương ứng 3 cấp độ bền:

+ Độ bền cấp I khi môđun đàn hồi đạt 400 Mpa

+ Độ bền cấp II khi môđun đàn hồi đạt 350 Mpa

+ Độ bền cấp III khi môđun đàn hồi đạt 200 Mpa

1.2.1 Gia cố bằng vôi

Vôi là vật liệu truyền thống dùng để gia cố, cải tạo đất chua phèn, đất có hàm lượng sét (hàm lượng hạt < 0,005mm) và phù sa (<0,0074mm) cao, lực dính cao Các loại đất có thành phần hạt > 25% lọt qua sàn 0,074mm và chỉ số dẻo (PI) >10% sử dụng vôi để gia cố, cải tạo là tốt nhất

Một số phản ứng xảy ra khi vôi được bổ sung vào đất sét với độ ẩm tốt nhất của hỗn hợp

Các phản ứng này là trao đổi cation, keo tụ, phản ứng cacbonat và phản ứng pozzolanic Trao đổi cation và phản ứng keo tụ xảy ra ngay lập tức sau khi trộn hỗn hợp và các phản ứng này gây ra thay đổi ngay lập tức cường độ, chỉ số dẻo và độ tơi xốp của đất Cacbonat hóa là phản ứng của khí carbon dioxide trong pha khí của đất với vôi, tính gắng kết tương đối yếu

Phản ứng Pozzolanic xảy ra giữa vôi và silic, alumin của khoáng sét và sản xuất vật liệu có tính kết dính bao gồm calci silicate-hydrat và hydrat canxi nhôm Kết quả

về lâu dài của phản ứng pozzolanic (phương trình (1) và (2) là tăng cường độ của đất

Tỷ lệ các phản ứng pozzolanic phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ

Phương trình phản ứng pozzolanic:

Ca(OH)2 + SiO2 -> CaO - SiO2 - H2O (1)

Ca(OH)2 + Al2O3 -> CaO - Al2O3 - H2O (2)

a Yêu cầu đối với đất xây dựng

- Đất dùng để gia cố vôi thường là các loại đất được phép dùng để đắp nền đường (theo TCVN 9436:2012);

- Các loại đất thuộc nhóm A1-A3 (AASHTO M145-91-2004) gia cố vôi kém hiệu quả Các nhóm A4- A7 gia cố vôi có hiệu quả hơn;

- Các loại đất có giới hạn chảy nhỏ hơn 55% và chỉ số dẻo IP lớn hơn 4 đều có thể gia cố vôi;

- Các loại đất có tính axít, đất có nhiều mùn gia cố vôi sẽ có hiệu quả cao hơn gia

cố xi măng nếu cùng một tỷ lệ chất liên kết

b Yêu cầu đối với vôi

- Vôi dùng để gia cố đất tốt nhất là loại vôi sống hoặc là vôi thủy hóa;

- Vôi bột nghiền: Vôi sống (CaO) là loại vôi sau khi nung không bị ảnh hưởng của độ ẩm được sản xuất bằng cách nghiền ngay (hoặc được bảo quản không bị ẩm) đóng thành bao kín Vôi sống dùng để gia cố đất có hiệu quả nhất vì hoạt tính mạnh;

- Vôi tôi: Vôi sau khi nung được tôi no nước thành hỗn hợp nhão;

- Vôi tả: Vôi thủy hóa Ca(OH)2 là dạng vôi bột (vôi sau khi nung tự hút ẩm), loại vôi này hoạt tính kém, thời gian hình thành cường độ kéo dài và khó thi công nên ít dùng;

- Ngoài ra có thể dùng loại vôi sống không nghiền (dạng cục) xếp trong thùng chứa và xối nước để tưới trên nền đất đã chuẩn bị để trộn và gia cố đất;

Vôi được phân loại chất lượng theo 2 chỉ tiêu cơ bản là hàm lượng (CaO + MgO)

và độ mịn theo Bảng 2 Sử dụng loại nào tùy theo điều kiện kinh tế kỹ thuật cụ thể và

do thiết kế quy định (Tiêu chuẩn TCVN 10379:2014 - Gia cố đất bằng chất kết dính vô

cơ, hóa chất hoặc gia cố tổng hợp, sử dụng trong xây dựng đường bộ thi công và nghiệm thu)

Bảng 1.2 Phân loại vôi theo 02 chỉ tiêu cơ bản là hàm lượng CaO+MgO Loại vôi Hàm lượng

- Yêu cầu bảo quản với vôi: Vôi bột nghiền dùng để gia cố đất cần được bảo quản và chống ẩm tốt (không đặt trực tiếp trên đất và phải có mái che) Thời gian bảo quản vôi tôi không nên quá 50 ngày

1.2.2 Gia cố bằng xi măng

Xi măng có các thành phần hóa học tương tự vôi nên sử dụng xi măng để gia cố đất xây dựng, cát, cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên cũng là một giải pháp truyền thống được áp dụng

Đất xây dựng gia cố xi măng là hỗn hợp có các quá trình phản ứng lý - hóa phức tạp với hàm lượng nước tối ưu Xi măng có thể được sử dụng để gia cố bất kỳ loại đất nào, trừ các loại đất có hàm lượng hữu cơ >2% hoặc có độ PH<5,3%

Quá trình phản ứng lý - hóa của việc gia cố đất bằng xi măng khác với nguyên lý đóng rắn của bê tông Đóng rắn của bê tông chủ yếu là xi măng thực hiện tác dụng thủy giải và thủy hóa trong cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ, do đó tốc độ đóng rắn rất nhanh Khi dùng xi măng gia cố đất, do lượng xi măng trộn vào đất rất ít (chỉ chiếm 7% đến 15% trọng lượng đất gia cố), phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng hoàn toàn thực hiện trong môi trường có hoạt tính nhất định - sự quay kín của đất, do đó tốc độ đóng rắn chậm và tác dụng phức tạp, cho nên quá trình tăng trưởng cường độ xi măng gia cố đất cũng chậm hơn bê tông

Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng đất là xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại, các phản ứng chủ yếu của chúng là:

- Phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng: xi măng phổ thông chủ yếu do các chất Oxyd và Oxyd Calci, Oxyd Silic lần lượt tạo thành các khoáng vật xi măng khác nhau: Silicat tricalci, Aluminat tricalci, Silicat dicalci, … Khi dùng xi măng gia cố đất yếu, các khoáng vật trên bề mặt xi măng nhanh chóng xảy ra phản ứng thủy giải và thủy hóa với nước trong đất yếu tạo thành các hợp chất như Hydroxyd Calci, Silicat calci ngậm nước, Aluminat calci ngậm nước, … theo các công thức sau:

Xi măng + Nước = CSH-gel + Hydroxyd calci

- Tác dụng của hạt đất sét với các chất thủy hóa của xi măng: sau khi các chất thủy hóa của xi măng được tạo thành, tự thân nó trực tiếp đóng rắn, hình thành bộ khung xương đá xi măng, tiếp đến phản ứng với các hạt đất sét có một hoạt tính nhất định ở xung quanh

- Tác dụng cacbonat hóa: Hydroxyd Calci trôi nổi trong chất thủy hóa xi măng có thể hấp thụ Cacbonic trong nước và trong không khí sinh ra phản ứng Cacbonat tạo thành Cacbonat Calci không tan trong nước

a Yêu cầu đối với đất

Đất dùng để gia cố xi măng trước hết phải là các loại đất được phép dùng để đắp nền đường (theo tiêu chuẩn TCVN 9436:2012 Nền đường ô tô - Thi công và nghiệm thu)

Các loại đất sau đây không dùng để gia cố:

- Đất bùn, đất lẫn than bùn (nhóm A8 theo AASHTO M145);

- Đất mùn lẫn hữu cơ có thành phần hữu cơ quá 10%, đất có lẫn cỏ và rễ cây, lẫn rác thải sinh hoạt (AASHTO T267 - 86);

- Đất lẫn các thành phần muối dễ hòa tan quá 5% (xác định theo TCVN 7572 - 15:2006 );

- Đất sét có độ trương nở cao vượt quá 3%;

- Đất sét nhóm A-7-6 (theo AASHTO M145) có chỉ số nhóm từ 20 trở lên;

- Độ pH <4 (xác định theo TCVN 4506 : 2012);

- Không nên dùng loại đất có giới hạn chảy lớn hơn 45, chỉ số dẻo IP > 27 và lượng hạt sét quá 30% để gia cố xi măng;

b Yêu cầu đối với xi măng

- Xi măng thường dùng trong đất gia cố xi măng là các loại xi măng Pooclăng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 2682:2009 hoặc xi măng Pooclăng hỗn hợp có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:2009

Yêu cầu xi măng dùng để gia cố đất có mác từ 30 MPa trở lên

- Tùy thuộc vào chức năng của các lớp kết cấu và trên cơ sở số liệu thí nghiệm có thể sử dụng các loại xi măng có mác nhỏ hơn 30 MPa (xi măng xuống cấp, xi măng địa phương) để gia cố đất Xi măng mác thấp chỉ nên dùng để gia cố với đất làm lớp dưới của móng hoặc làm móng của mặt đường cấp thấp Để đảm bảo điều kiện thi công, thời gian bắt đầu ninh kết của xi măng không được nhỏ hơn 2 giờ và thời gian ninh kết xong không lớn hơn 12 giờ

1.2.3 Gia cố bằng tro bay

Tro bay là một loại puzơlan nhân tạo có các silic oxít, nhôm oxít, canxi oxit, manhê oxít và lưu huỳnh oxít Là loại vật liệu không tự kết dính, nhưng khi ở dạng mịn và trong điều kiện độ ẩm phù hợp, sẽ phản ứng với Canxi Hydroxit (vôi) ở nhiệt

độ bình thường tạo ra các sản phẩm kết dính như xi măng Ngoài ra, có thể chứa một lượng than chưa cháy, yêu cầu không được quá 6% trọng lượng tro bay Tro bay càng mịn càng tốt Đường kính của phần lớn các hạt nằm trong khoảng nhỏ hơn 1 µm tới

+ Các tính chất khác: Hoạt tính Pozzolan (Phản ứng Pozzolan: Là hiện tượng xảy

ra khi xi măng đông đặc thành bê tông, một phần vôi tự do không được phản ứng còn sót lại sẽ kết hợp với nước và thành phần chính của tro bay là Silica, Ôxit nhôm gây nên phản ứng chậm, có tác dụng làm tăng cường độ của xi măng kể từ sau 28 ngày) Tro bay được phân thành 02 loại là F và C (theo ASTM C618) Tro bay loại C có chứa một phần lớn Oxit Canxi và có khả năng tự dính kết nhanh khi trộn với nước Tro bay loại F thường không có tính tự dính kết và thông thường sử dụng với vôi hoặc các chất phụ gia khác để cải tạo và ổn định đất Do đặc tính kết dính kết tuyệt vời của nó, phần lớn lượng Tro bay loại C được sử dụng để ổn định và gia cố đất nền mềm yếu Vật liệu gia cố Tro bay có khả năng kháng Sunfat, phản ứng với Canxi oxit, cải thiện đặt tính thi công, chống thấm tốt, tăng cường độ, giảm nhệt đối với bê tông , giảm co ngót và khả năng kháng kiềm cao

Việc sử dụng phụ gia tro bay trong xây dựng đường đã được nghiên cứu bước đầu và chưa được ứng dụng nhiều trong sản xuất Dưới đây là một số ứng dụng cần nghiên cứu về vấn đề này [Phạm Huy Khan]

+ Trong việc xây dựng các loại mặt đường cứng (đường ô tô và mặt đường sân bay), cũng có các yêu cầu như đối với các loại công trình khác sử dụng bê tông Những vấn đề cơ bản ở đây là : Yêu cầu về cường độ, về không chế phát sinh nhiệt chống nứt, về công tác đầm lèn bê tông vv Nếu nghiên cứu sử dụng phụ gia tro bay chắc chắn sẽ đạt hiệu quả cao

+ Với tính chất của tro bay, nếu chúng chiếm 1 tỷ lệ hợp lý trong chất dính kết của cấp phối đá dăm sẽ tăng độ dính kết, giảm độ phân tầng cho cấp phối đá dăm, tăng cường độ cho vật liệu

+ Trong bê tông nhựa, theo các tài liệu của Mỹ, tro bay còn làm phụ gia cho bê tông nhựa, giảm lượng nhựa đồng thời tăng ổn định dính bám giữa các cốt liệu, chống hoá già cho bê tông nhựa

+ Trong đất gia cố, nếu dùng đất gia cố với tro bay sẽ có cường độ khá cao, loại vật liệu này hoàn toàn có thể sánh với gia cố vôi và một số hoá chất chất khác Loại đất gia cố này dùng làm móng đường hoặc gia cố lề, mái dốc ta luy sẽ có hiệu quả cao

vì độ ổn định và tính dính kết của nó

1.2.4 Gia cố bằng tro bay với xi măng hoặc vôi

Tro bay là một loại puzơlan nhân tạo, Puzơlan chứa nhiều oxit silic vô định hình

có hoạt tính, tức là có tác dụng ở nhiệt độ thường với Ca (OH)2 sinh ra khi xi măng thủy hoá để tạo thành CaO.SiO2.nH2O bền vững ngay cả khi ẩm ướt và ở trong nước

Và với tro bay loại F thì không thể sử dụng riêng để gia cố vì nó không tự phản ứng tạo liên kết mà cần phải có chất hoạt hóa là xi măng hoặc là vôi để tạo ra sản phẩm có tính chất kết dính Loại hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp gia cố pozzolanic (PSMs)

Là loại vật liệu không tự kết dính, nhưng khi ở dạng mịn và trong điều kiện độ ẩm phù hợp, sẽ phản ứng với Ca(OH)2 - Canxi Hydroxit (vôi) ở nhiệt độ bình thường tạo ra các sản phẩm kết dính như xi măng

1.2 Các tiêu chuẩn hiện hành về gia cố đất

Tiêu chuẩn TCVN 10379 - 2014: Gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ, hóa chất hoặc gia cố tổng hợp, sử dụng trong xây dựng đường – bộ thi công và nghiệm thu [14] (Soil stablized with inorganic substances, chemical agent or reinforced composite for road contruction and quality control)

+ Tính chất cơ lý, hóa của chất kết dính vô cơ và hóa chất;

+ Tính chất cơ lý của hỗn hợp đất và chất kết dính: độ ẩm tốt nhất, khối lượng thể tích khô lớn nhất, độ bền nén, độ bền kéo khi uốn, mô đun đàn hồi, độ ổn định đối với nước và độ hút nước

- Trên cơ sở của số liệu thí nghiệm có xét tới các nhân tố ảnh hưởng của điều kiện thiên nhiên ở khu vực xây dựng cần chọn liều lượng chất kết dính hợp lý và phương pháp gia cố thích hợp để đảm bảo độ bền theo yêu cầu, độ ổn định khi cần thiết và chọn phương án tổ chức thi công phù hợp với điều kiện thực tế của vật liệu và thiết bị sẵn có

- Để đảm bảo cho việc gia cố đạt hiệu quả cao và thi công thuận lợi, việc sử dụng một hay nhiều chất kết dính và chất phụ gia, hóa chất để gia cố đất phải dựa theo kết quả thí nghiệm Trong trường hợp này, cần phải so sánh kinh tế - kỹ thuật và điều kiện

Độ bền cấp I khi môđun đàn hồi đạt 400 MPa

Độ bền cấp II khi môđun đàn hồi đạt 350 MPa

Độ bền cấp III khi môđun đàn hồi đạt 200 MPa

Riêng đất gia cố vôi với giới hạn cấp độ bền (theo môđun đàn hồi) có trị số nhỏ hơn 350 MPa

- Để tính toán kết cấu áo đường có mặt và móng đất gia cố bằng chất kết dính vô

cơ, hóa chất hoặc gia cố tổng hợp cần có các thông số vật liệu để tính toán Trị số thông số của mô đun đàn hồi của đất gia cố có thể xác định theo tiêu chuẩn thiết kế mặt đường hoặc tiến hành thí nghiệm theo TCVN 9843:2013

- Để đảm bảo mức độ tin cậy và an toàn của kết cấu, trị số mô đun của lớp gia cố dùng để tính toán kết cấu áo đường phải lấy bằng trị số trung bình của 3 tổ hợp đến 6

tổ hợp mẫu khi thí nghiệm Bảng 1.4 Chỉ tiêu cơ lý của đất gia cố

- Không được sử dụng trực tiếp các loại đất dưới đây để đắp bất cứ bộ phận nào của nền đường:

+ Đất bùn, đất than bùn (nhóm A-8 theo AASHTO M145)

+ Đất mùn lẫn hữu cơ có thành phần hữu cơ quá 10%, đất có lẫn cỏ và rễ cây, lẫn rác thải sinh hoạt (AASHTO T267-86);

+ Đất lẫn các thành phần muối dễ hòa tan quá 5% (cách thí nghiệm xác định xem phụ lục D);

+ Đất sét có độ trương nở cao vượt quá 3,0% (thí nghiệm xác định độ trương nở theo 22 TCN 332-06);

+ Đất sét nhóm A-7-6 (theo AASHTO M145) có chỉ số nhóm từ 20 trở lên; Khi không có các loại đất khác, phải có biện pháp cải tạo các loại đất nói trên để dùng làm vật liệu đắp nền đường như: loại bỏ các thành phần bất lợi, xử lý đất xấu bằng cách trộn thêm vôi, trộn thêm cát hoặc áp dụng các biện pháp tăng thêm độ chặt đầm nén, hạn chế nước thấm nhập Các biện pháp nói trên phải được đánh giá thông qua thử nghiệm ở trong phòng, ở hiện trường và phải được phê duyệt theo các quy định về quản lý dự án

+ Loại đất và sức chịu tải của vật liệu đắp nền đường phải thõa mãn các yêu cầu quy định, phải đạt độ chặt đầm nén theo bảng dưới đây Bảng 1.5 Độ chặt đầm nén yêu cầu đối với nền đường (phương pháp đầm nén tiêu chuẩn TCN 333-06);

- Không được dùng đất bụi nhóm A-4 và A-5 (theo phân loại ở AASHTO M145)

để xây dựng các bộ phận nền đường dưới mức nước ngập hoặc mức nước ngầm và không nên dùng chúng trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường;

- Vật liệu đắp nền phải có sức chịu tải CBR nhỏ nhất như qui định tại Bảng 3 sức chịu tải (CBR) tối thiểu (TCVN 9436: 2012 – nền đường ô tô thi công và nghiệm thu);

- Kích cỡ hạt lớn nhất của các hạt sỏi cuội, đá lẫn trong đất áp dụng cho trường hợp đắp đất lẫn đá là 100 mm khi đắp trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường

và là 150 mm khi đắp phạm vi dưới khu vực tác dụng Khi đắp trong phạm vi dưới khu vực tác dụng bằng đá loại cứng vừa và cứng (cường độ chịu nén trên 20 MPa) thì cỡ hạt lớn nhất còn có thể cho phép bằng 2/3 bề dày đầm nén lớp đất lẫn đá lúc thi công Nếu là đá loại mềm hoặc có nguồn gốc từ đá phong hóa mạnh (cường độ chịu nén từ

20 MPa trở xuống) thì kích cỡ hạt lớn nhất có thể bằng với bề dày đầm nén nhưng trị

số sức chịu tải CBR của chúng vẫn phải đạt yêu cầu qui định tại bảng 1.2

- Phân loại đất đắp nền đường (Theo TCVN 5747-1993) Bảng 1.4, 1.5 Phân loại đất hạt thô;

- Phân loại đất theo AATO USCS theo bảng 1.6 đưa ra bốn nhóm đất chính gồm: hạt thô, hạt mịn, đất hữu cơ và bùn Việc phân loại được thực hiện bằng cách cho mẫu đất qua sàng 75mm, kết quả thí nghiệm được biểu diễn trên hệ toạ độ log hoặc dùng bảng biểu Những hạt có đường kính tương đương lớn hơn 300 mm được gọi là đá tảng, còn những hạt nằm trong phạm vi từ 75mm đến 300 mm được gọi là cuội sỏi Đất được phân loại là hạt thô, cát hay sỏi nếu chúng chứa > 50% trọng lượng hạt trên sàng No.200 (0.075 mm) và được phân loại là đất hạt mịn nếu chúng chứa > 50% trọng lượng hạt dưới sàng No.200 Đất hữu cơ hoặc bùn thì có thể phân biệt dễ dàng bằng mắt thường Việc phân chia chi tiết hơn được minh họa trong bảng 1.6 Bảng phân loại tên đất, ký hiệu và phạm vi kích thước hạt theo USCS;

Đất hạt thô được phân chia thành sỏi, sỏi pha, cát và cát pha Chúng được phân loại là sỏi nếu chứa > 50% trọng lượng hạt trên sàng No.4 (4.75 mm) và được phân loại là cát nếu chứa > 50% trọng lượng hạt dưới sàng No.4 Sỏi (G) và cát (S) tiếp tục được phân chia thành những nhóm nhỏ hơn, GW and SW, GP and SP, GM and SM,

GC and SC, phụ thuộc vào cấp phối và bản chất các hạt

7 Công thức đánh giá các loại đất

- D10- Kích thước đường kính hạt mà lượng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 10%, còn gọi là đường kính có hiệu;

- W1- Giới hạn chảy (%);

- Wp- giới hạn dẻo (%);

- Ip - chỉ số dẻo (%) Ip = w i -w p

- Tiêu chuẩn TCVN 4054: 2005: Đường ô tô – yêu cầu thiết (Higdway –

Specifications for design).Bảng 26 Chọn tầng mặt

- Tiêu chuẩn TCVN - 10380: 2014: Đường Giao thông nông thôn - Yêu cầu thiết

kế (Rural roads - Specificcations for design)

Kết cấu mặt đường

-Đường GTNT thuộc loại đường ít xe (lưu lượng xe quy đổi trong một ngày đêm £ 200) nên kết cấu mặt đường cho phép lấy theo định hình Kết cấu mặt đường GTNT điển hình xây dựng mới và cải tạo tùy theo cấp hạng kỹ thuật của đường tham khảo ở Phụ lục B

- Đối với đường GTNT loại A được lấy tương đương đường cấp VI TCVN 4054:05, kết cấu mặt đường được lựa chọn và tính toán thiết kế theo “Yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế mặt đường mềm”

- Đối với đường GTNT loại A, loại B khi có trên 15% tổng lưu lượng xe là xe tải nặng (tải trọng trục lớn hơn 6000kg) thì kết cấu mặt đường có thể được lựa chọn và tính toán thiết kế theo “Yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế mặt đường mềm”

1.3 Tham khảo một số tiêu chuẩn trong và ngoài nước

1.3.1 Nghiên cứu trong nước

Trong nước (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, đặc biệt phải nêu cụ thể được những kết quả KH&CN liên quan đến đề tài mà các cán bộ tham gia đề tài đã thực hiện Nếu có các đề tài cùng bản chất

đã và đang được thực hiện ở cấp khác, nơi khác thì phải giải trình rõ các nội dung kỹ thuật liên quan đến đề tài này; Nếu phát hiện có đề tài đang tiến hành mà đề tài này có thể phối hợp nghiên cứu được thì cần ghi rõ Tên đề tài, Tên Chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì đề tài đó)

- Tình hình nghiên cứu sử dụng lớp đất gia cố tro bay và xi măng hoặc chất hoạt hoát tương tự để làm lớp vật liệu san nền, đắp nền đường và lớp móng kết cấu áo đường ôtô tại Việt Nam

Mục tiêu đề tài luôn hướng đến việc tận dụng thiết bị thi công sẵn có để thi công lớp đất - tro bay - phụ gia liên kết vô cơ Hiện nay để áp dụng giải pháp này, có thể vận dụng TCVN 10379:2014 - Gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ, hóa chất hoặc

gia cố tổng hợp, sử dụng trong xây dựng đường - thi công và nghiệm thu; với điều kiện cụ thể về vật liệu sử dụng trong nghiên cứu

Qua nghiên cứu, làm việc với các doanh nghiệp chuyên thi công hạ tầng giao thông tại khu vực miền Tây và tỉnh Trà Vinh như Doanh nghiệp Nguyễn Trình, Doanh nghiệp Đông Anh, Doanh nghiệp Hà Tâm, Doanh nghiệp Vạn Thành khẳng định hoàn toàn thi công lớp vật liệu này với thiết bị thi công sẵn có

Phạm Huy Khang đã có bài báo tổng quan về "Tro bay và ứng dụng trong xây dựng đường ôtô và sân bay trong điều kiện việt nam" [22], trình bày những nghiên cứu mới nhất về tro bay đang được tiến hành ở Việt Nam trong lĩnh vực xây dựng giao thông nói chung và trong xây dựng đường ô tô và sân bay nói riêng Ưu điểm và tác dụng của tro bay đối với bê tông xi măng được trình bày rõ đặc biệt là với bê tông khối lớn, yêu cầu cường độ cao và bền sunfat Trong trường hợp thêm tro bay vào hỗn hợp cấp phối đá dăm sẽ cải thiện độ dính kết, cường độ, giảm độ phân tầng; Khi dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa sẽ giảm lượng nhựa sử dụng đồng thời tăng ổn định dính bám giữa các cốt liệu, chống hoá già cho bê tông nhựa Đặc biệt nếu dùng đất gia cố với tro bay sẽ có cường độ khá cao, loại vật liệu này hoàn toàn có thể sánh với gia cố vôi và một số hoá chất chất khác Loại đất gia cố này dùng làm móng đường hoặc gia

cố lề, mái dốc ta luy sẽ có hiệu quả cao vì độ ổn định và tính dính kết của nó

Liên quan đến việc tận dụng tro bay gia cố nền đất yếu, ngày 28/11/2015 Hội thảo về “Xây dựng tiêu chuẩn xử lý nền đất yếu - Phương pháp xử lý nông và giới thiệu công nghệ xử lý nền đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối” do các chuyên gia Phần Lan chuyển giao công nghệ cho Công ty CP Phát triển công nghệ xanh bền vững - BCX; sử dụng tro bay, xi măng, thạch cao, vôi làm chất kết dính gia cố toàn khối nông với đất yếu bề mặt để nền đất yếu có sức chịu tải cao hơn; công nghệ đã được áp dụng thử nghiệm tại dự án khu đô thị The Manor Central Park - Hà Nội Nghiên cứu ban đầu của chính nhóm tác giả đã cho thấy việc chỉ sử dụng tro bay của nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải gia cố đất yếu cho cường độ rất thấp, hàm lượng tro bay đạt đến 45%, cường độ kháng nén qu chỉ đạt 0,31 Mpa ; nghiên cứu tiếp tục của nhóm khi nếu cho thêm hàm lượng xi măng khoảng 3-10%, cường độ cải thiện nhiều, đạt đến 1,6 Mpa

- Tình hình nghiên cứu sử dụng tro xỉ san nền các khu quy hoạch, đắp nền, móng đường ôtô tại Việt Nam

Bùi Anh Tuấn [12] đã thử nghiệm trong phòng, sử dụng tro bay tại nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn, Thái Nguyên gia cố cát đen sông Hồng, với hàm lượng tro bay đến 20%, hàm lượng xi măng 3% cho cường độ chịu nén 1,1 Mpa ở 28 ngày tuổi mẫu, lớn hơn 5 lần so với mẫu cát đen gia cố 3% xi măng (không có tro bay)

Tương tự, Nhóm nghiên cứu của Châu Trường Linh [20] đã làm nghiên cứu quy

mô hơn, sử dụng tro bay hàm lượng 0, 10, 20, 30, 40% tại nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1 gia cố vào cát đen tại cầu Cổ Chiên, thêm phụ gia xi măng 3, 5 và 7%; kết quả thí nghiệm nén không hạn chế nở hông cho kết quả từ 0,93 đến 3,6 ở mẫu bảo dưỡng

28 ngày tuổi, và cường độ tiếp tục phát triển ở 56 và 90 ngày, tăng trung bình khoảng 1,2 lần so với mẫu 28 ngày tuổi; thí nghiệm ép chẻ từ 0,1 đến 0,62 MPa, và tiếp tục phát triển ở mẫu 56 và 90 ngày, tăng trung bình 1,3 - 1,4 lần; thí nghiệm mô đun đàn hồi từ 103,8 Mpa đến 374 MPa, đều vượt độ bền cấp III quy định của vật liệu gia cố theo TCVN 10379-2014; thí nghiệm xác định sức chống cắt cho góc nội ma sát ϕ từ 31o đến 39o, lực dính C biến đổi từ 0,496 đến 0,734 kG/cm2, kết quả thí nghiệm sức chịu tải CBR từ 85,14% đến 196,36% Tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cho thấy mẫu đạt cường độ cao nhất với hàm lượng tro bay 25%, và tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng xi măng Do vậy tùy theo yêu cầu của công trình, vị trí sử dụng lớp vật liệu là đắp nền đường, san nền hoặc móng mặt đường ôtô, có thể lựa chọn tỉ lệ xi măng làm phụ gia gia cố phù hợp

Những nghiên cứu bước đầu của nhóm nghiên cứu với hỗn hợp xỉ - tro bay với phụ gia là bột vôi sống Nghệ An hoặc xi măng Holcim có hàm lượng biến đổi từ 2 đến 8% cho cường độ kháng nén không hạn chế nở hông khá ấn tượng, từ 1,3 đến 2,45 Mpa, có thể mở ra triển vọng xử lý được khối lượng lớn phế phẩm tro xỉ Các chỉ tiêu

cơ lý khác đang được tiếp tục nghiên cứu

a Nghiên cứu của ThS Trần Văn Tuấn, 2017 [7]

+ Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải gia cố cấp phối thiên nhiên làm móng đường tại tỉnh Trà Vinh làm tăng khả năng chịu tải của đất và có các chỉ tiêu kỹ thuật cao (có thể đạt độ bên cấp III) đảm bảo làm lớp móng đường thay thế cho lớp móng bằng cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên

+ Thành phần cốt liệu tạo mẫu gồm: cấp phối nhiên nhiên, Tro bay, xi măng + Tạo mẫu: Đúc mẫu hình trụ đường kính 101.6x116.4 mm

+ Mẫu đất hỗn hợp nghiên cứu của đề tài này gồm cát đen, tro bay, xi măng (cát đen) Các chỉ tiêu được nghiên cứu trên 03 loại mẫu đất hỗn hợp khác nhau về tỷ lệ khối lượng (cát đen+ tro bay 0% đến 40% + xi măng 3%, 5% và 7%)

Xác định cường độ chịu nén một trục không hạn chế nở hông với số lượng mẫu chế tạo là 75 mẫu tổ mẫu (xác định ở các tuổi 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày)

Bảng 1.3 Tổng hợp cường chịu nén của đất hỗn hợp

Tuổi mẫu

TT Thành phần Chỉ tiêu cơ lý 7

ngày

14 ngày

28 ngày

56 ngày

90 ngày

Tro: 0% Cường độ chịu nén (MPa) 0,06 0,43 0,68 0,82 0,84 Tro: 10% Cường độ chịu nén (MPa) 0,18 0,62 0,93 1,14 1,21 Tro: 20% Cường độ chịu nén (MPa) 0,42 0,87 1,20 1,46 1,64 Tro: 30% Cường độ chịu nén (MPa) 0,53 0,98 1,35 1,61 1,74

1 3%

Tro: 40% Cường độ chịu nén (MPa) 0,33 0,83 1,15 1,43 1,54 Tro: 0% Cường độ chịu nén (MPa) 0,55 1,02 1,29 1,40 1,52 Tro: 10% Cường độ chịu nén (MPa) 1,54 2,05 2,56 2,77 2,92 Tro: 20% Cường độ chịu nén (MPa)

Tro: 30% Cường độ chịu nén (M

2 5%

Tro: 40% Cường độ chịu nén (MPa)

2,38 2,10 1,85

3,20 2,85 2,39

3,87 3,50 2,81

4,31 4,00 3,06

4,66 4,10 3,15 Tro: 0% Cường độ chịu nén (MPa) 1,14 1,86 2,59 3,02 3,21 Tro: 10% Cường độ chịu nén (MPa) 1,28 2,35 2,98 3,45 3,62 Tro: 20% Cường độ chịu nén (MPa) 2,31 3,43 4,32 5,05 5,59 Tro: 30% Cường độ chịu nén (MPa) 2,21 3,14 3,72 4,36 4,77

3 7%

Tro: 40% Cường độ chịu nén (MPa) 2,15 2,96 3,60 4,22 4,54

Hình 1.1 Biểu đồ cường độ chịu nén theo thời gian

+ Kết quả như sau:

Mẫu tỷ lệ 3%XM tro bay 0% đến 30% 28 ngày tuổi có Rn = 0.68 - 1.35 MPa tăng đến 98%, còn tro bay 40% có Rn = 1.15 MPa thì cường độ giảm so với hàm lượng tro bay 30%

Mẫu tỷ lệ 5%XM tro bay 0% đến 20% 28 ngày tuổi có Rn = 1.29 - 3.87 MPa tăng đến 200% còn tro bay 30%, 40% có Rn = 2.81, 3.50 MPa thì cường độ giảm so với hàm lượng tro bay 20%

Mẫu tỷ lệ 7%XM tro bay 0% đến 20% 28 ngày tuổi có Rn = 2.59 - 4.32 MPa tăng đến 66% còn tro bay 30%, 40% có Rn = 3.60, 3.72 MPa thì cường độ giảm so với hàm lượng tro bay 20%

Cường độ chịu nén của đất hỗn hợp tăng theo hàm lượng tro bay và xi măng theo thời dưỡng hộ, Hàm lượng tro bay gia cố có hiệu quả cao đến 20% và tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng; mặt khác tỉ lệ này cho thấy vai trò của tro bay với hàm lượng hợp lý sẽ phản ứng với xi măng và thành phần hạt mịn trong đất tạo thành khối rắn chắc, toàn khối và độ rỗng nhỏ Điều này chứng tỏ vật liệu sẽ có tính chịu lực cao, và kháng nước tốt

Vật liệu gia cố có môđun đàn hồi đều vượt độ bền cấp III theo quy định của vật liệu gia cố (TCVN 10379-2014: Gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ, hóa chất hoặc gia

cố tổng hợp, sử dụng trong xây dựng đường bộ thi công và nghiệm thu) Đặc biệt đến hàm lượng tro bay 20% và hàm lượng xi măng 5-;-7% (5%XM+20% tro bay, Eđh = 376,00 MPa; 7%XM+20%, Eđh = 437,00 MPa) thì mô đun đàn hồi của vật liệu gia cố đạt độ bền cấp II và cấp I đảm bảo để sử dụng làm lớp móng của công trình cấp I, II

b Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi Anh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí,

2015 [12]

+ Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro bay Nhà máy Nhiệt điện Cao Ngạn kết hợp với xi măng PC30 chế tạo vật liệu tự đầm thông qua các chỉ tiêu cơ bản liên quan đến kỹ thuật đường bộ để đánh giá khả năng thay thế vật liệu đất đắp truyền thống: Độ linh động, cường độ chịu nén (Rn), sức chịu tải CBR, mô đun đàn hồi (Eđh) Tỷ lệ phối trộn: 5% xi măng + 95% tro bay, 10% xi măng + 90 % tro bay, 20% xi măng + 80% tro bay

Mẫu thí nghiệm Rn được đúc trong khuôn lập phương kích thước 70,7x70,7x70,7 (mm), bảo dưỡng ẩm hàng ngày và thí nghiệm với các tuổi mẫu 7, 28, 56 ngày Kết quả thí nghiệm thể hiện tại Hình 1.2

Hình 1.2 Cường độ nén Rn nhóm mẫu 1 ở các ngày tuổi khác nhau

Mẫu thí nghiệm Eđh được đúc trong khuôn D=101,60mm và H = 63,50mm (Marshall), bảo dưỡng ẩm hàng ngày và thí nghiệm với các tuổi mẫu 7, 28, 56 ngày Kết quả thí nghiệm thể hiện tại Hình 1.3

Hình 1.3 Mô đun đàn hồi Eđh nhóm mẫu 1 ở các ngày tuổi khác nhau

Mẫu thí nghiệm CBR được đúc trong khuôn D = 152,40mm và H = 177,80mm, mẫu được bảo dưỡng ẩm hàng ngày, sau khi đạt 28 ngày tuổi tiến hành ngâm bão hòa

4 ngày để tiến hành nén Kết quả thể hiện tại Hình 1.4

Hình 1.4 Sức chịu tải CBR nhóm mẫu 1 ở ngày tuổi 28

Mẫu tỷ lệ 5%XM có CBR = 9.86% và E = 79.00 MPa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ 10%XM có CBR = 32.56% và E = 107.23 MPa theo quy định 22 TCN211-06 tương đương với các lớp vật liệu đất đắp K95, K98 Các loại tỷ lệ này có thể được định hướng sử dụng trong công tác đắp trả tại các vị trí khó thi công (diện thi công hẹp) trong công tác xây dựng, duy tu, bảo dưỡng hoặc sửa chữa đường ô tô

Mẫu tỷ lệ 20%XM có CBR=76,74% và E=235.00 Mpa 28 ngày tuổi theo quy định 22 TCN 211-06 tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2 Loại tỷ lệ này có thể định hướng sử dụng trong công tác đắp trả tại vị trí các lớp móng kết cấu áo đường trong duy tu, bảo dưỡng hoặc sửa chữa

Khả năng ứng dụng của mẫu tỷ lệ 20% XM khó có thể xem xét khi tính đến chỉ tiêu về kinh tế Để sử dụng được vật liệu tự đầm để thay thế lớp móng đường truyền thống cần nghiên cứu theo phương án tạo bộ khung cốt liệu cho hỗn hợp nhằm tăng cường độ và giảm lượng xi măng

Các kết quả trong chương trình thí nghiệm bước đầu khẳng định khả năng sử dụng tro bay trong chế tạo vật liệu tự đầm Việc chế tạo vật liệu này có ý nghĩ vô cùng

quan trọng trong việc thanh thải tro thải cho các nhà máy nhiệt điện cũng như góp phần vào nhu cầu thực tiễn trong công tác thi công đường ô tô

1.3.2 Nghiên cứu trên thế giới

a Nghiên cứu của Salgado R và cộng sự, 2007 [16]

- Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu mẫu đất hỗn hợp của tro bay và tro đáy với tỷ lệ hỗn hợp khác nhau (50, 75, và 100% hàm lượng tro bay theo trọng lượng), tro đáy có cỡ hạt trên rây 200, mẫu chế bị được đầm chặt tương đối R = 95%

- Kết quả như sau:

+ Dung trọng của đất hỗn hợp có giá trị nhỏ hơn đất nguyên trạng, dao động thường từ 17 - 20 kN/m3

+ Hệ số thấm của đất hỗn hợp từ 13x10-7 đến 33x10-8 m/s; hệ số thấm giảm khi tăng hàm lượng tro bay

+ Tính nén : sự khác biệt của tính nén do khác nhau của tro bay

Hình 1.5 Biểu đồ nén trục đơn của đất hỗn hợp tro bay (a) nhà máy Wabash

River và nhà, máy A B Brown

+ Tính kháng cắt: Góc ma sát trong của đất hỗn hợp dao động trong một phạm vi rộng (từ 28o - 48°); so sánh được sức kháng cắt thậm chí cao hơn so với cát ở các cấp

độ nén tương tự

Hình 1.6 Biểu đồ sức kháng cắt của đất hỗn hợp tro bay (a) nhà máy Wabash

River và (b) nhà máy A B Brown

+ Sử dụng đất hỗn hợp để làm vật liệu đắp có lợi thế hơn đất nguyên trạng do có dung trọng khô nhỏ hơn

b Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả Tanaya Deb và Sujit Kumar Pal, 2014 [17]

- Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu cơ tính của đất hỗn hợp tro bay để ứng dụng làm vật liệu xây dựng

- Thành phần cốt liệu tạo mẫu gồm: Đất sét và tro bay với tỷ lệ về khối lượng khô như sau:

- Fly ash contents <°o)

Hình 1.7 Biểu đồ hệ số thấm của đất hỗn hợp theo hàm lượng tro bay

+ Sức kháng nén ở ngày đầu tiên là 210,66 - 193,88; 200,75 - 184,00; 191,30 - 175,73; 181,35 - 165,69 và 171,00 - 156.00 kPa ứng với tỷ lệ phần trăm của tro bay

10, 15, 20, 25 và 30% và Sức kháng nén ở ngày thứ 7 là 253,13 225,19; 239,13 216,07; 222,60 - 210,56; 208,89 - 192,52 và 192,2 - 175,05 kPa tương ứng hàm lượng tro bay 10, 15, 20, 25 và 30%

-LS-t-ECF

Hình 1.8 Biểu đồ sức kháng nén của đất hỗn hợp ở thời gian 1 ngày và 7 ngày

+ Tác giả kiến nghị đối với đất hỗn hợp có hàm lượng tro bay 30% hoặc cao hơn có thể được sử dụng như vật liệu san lấp, đất đắp kè trong lĩnh vực xây dựng địa kỹ thuật

c Nghiên cứu của tác giả Santosh Dhakar 1, S K Jain [21]

Nội dung nghiên cứu: Ổn định đất sử dụng tro bay, Lime & xi măng

Đất bông đen được coi là đất có vấn đề vì nó cho thấy sự thay đổi khối lượng lớn

do thay đổi độ ẩm của nó thay đổi khối lượng này gây thiệt hại lây lan rộng để xây dựng và đường đòi ổn định của đất như trước khi xây dựng

Các giấy hiện điều tra hiệu quả của việc ổn định khác nhau đại lý viz vôi, xi măng, tro bay với đất cho việc cải thiện tính itsengineering Các mẫu đất được thu thập

từ các huyện Morena, thay mặt Madhya Pradesh, để nhìn vào hiệu quả tương đối, và đến tỷ lệ thích hợp ổn định (1) Vôi, (2) Xi măng, (3) Tro bay một mình và kết hợp (1) Vôi-xi măng, (2) Xi măng-Tro bay, (3) Tro bay chanh được sử dụng để ổn định đất Số lượng đại lý ổn định dao động từ 2% đến 10% trọng lượng đất và hiệu quả hoạt động được đánh giá bằng cách quan sát sự thay đổi trong tính chất kỹ thuật khác nhau như giới hạn lỏng, hạn chế nhựa và dẻo Index

1.4 Tình hình sử dụng vật liệu kết cấu áo đường và làm lớp móng áo đường ô tô tại Trà Vinh

Trong khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long nói chung, cụ thể tại tỉnh Trà Vinh phần lớn nền đất chủ yếu là các loại đất bùn hữu cơ, đất á sét, đất sét và cát giồng, đá rất khan hiếm, cho nên việc xử lý nền, móng đường là rất được quan tâm, trú trọng và rất cần thiết Do đó việc xử lý tận dụng các nguồn nguyên vật liệu tại địa phương trong công trình xây dựng nói chung và xây dựng nền móng đường ô tô nói riêng đã đặt ra

để nghiên cứu Yêu cầu cơ bản đặt ra là xử lý nền móng đường ô tô đảm bảo khả năng chịu tải để thay thế các loại vật liệu truyền thống, vừa đảm bảo tính ổn định lâu dài và đẩy mạnh phát triển hạ tầng giao thông của tỉnh góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế

xã hội địa phương

Các loại kết cấu áo đường thường dùng trong xây dựng đường khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Trà Vinh nói riêng cho đến nay:

Lớp mặt: Phổ biến nhất là các loại bê tông nhựa (đặc biệt là bê tông nhựa nóng), láng nhựa, thấm nhập nhựa, bê tông xi măng, đối với đường cấp thấp có sử dụng các loại cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm làm lớp mặt, hiện nay trên địa bàn tỉnh cũng chưa có sử dụng loại vật liệu nào mới ngoài các loại trên…

- Lớp móng trên: Thấm nhập nhựa, cấp phối đá dăm các loại I, loại II tùy theo cấp đường, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, đá macadam, các loại đá kẹp đất dính (đối với đường cấp thấp),…

- Lớp móng dưới: Cấp phối đá dăm các loại I, loại II tùy theo cấp đường, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, đá macadam, các loại đá kẹp đất dính (đối với đường cấp thấp),…

- Lớp nền đường (lớp móng áo đường): Cát đen (được khai thác ở sông Cổ Chiên, sông Hàm luông và Vĩnh Long), kết hợp lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách giữa nền cát và lớp đá cấp phối đá dăm

- Lớp đất đắp nền:

+ Đối với vật liệu đắp nền đường không có quy chuẩn cấp phối đất Thông thường vật liệu đắp nền đường phổ biến là đất lẫn đá, ngoài ra còn đất đồi, đá lẫn đất Đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đường, có phổ biến ở các nơi Thành phần của nó rất phức tạp, tính chất phụ thuộc vào tỉ lệ các thành phần hạt, thành phần vật liệu khoáng chất và trạng thái của đất (độ ẩm) Ngoài đất ra có khi còn gặp đá trong thi công nền đường

+ Nền đắp đất lẫn đá: Đất lẫn từ 30% đến dưới 70% đá các loại có kích cỡ từ 50mm cho đến kích cỡ lớn nhất cho phép quy định;

* 100mm khi đắp trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường;

* 150mm khi đắp phạm vi dưới khu vực tác dụng của nền đường;

* Khi đắp trong phạm vi dưới khu vực tác dụng bằng loại đá cứng vừa và cứng (cường độ chịu nén trên 20MPa) thì cỡ hạt lớn nhất còn có thể cho phép bằng 2/3 bề dày đầm nén lớp đất lẫn đá lúc thi công Nếu là đầm nén hặc có nguồn gốc từ đá phong hóa mạnh (cường độ chịu nén từ 20 MPa trở xuống) thì kích cỡ lớn nhất có thể bằng bề dày đầm nén nhưng trị số sức chịu tải CBR của chúng vẫn phải đạt yêu cầu quy định

Nền đắp đất: đất các loại có thể lẫn < 30% khối lượng đá, cuội sỏi có kích cỡ từ 19mm trở lên cho đến cỡ hạt lớn nhất là 50mm Vật liệu đắp loại này có thể xác định được độ chặt tiêu chuẩn ở trong phòng thí nghiệm theo 22 TCN 333-06

- Nền đắp đá: Các loại đá với kích cỡ từ 37,5mm trở lên chiếm ≥ 70% khối lượng

* Qua tìm hiểu đã thu thập các nguồn, trữ lượng vật liệu thường dùng trong xây dựng kết cấu áo đường và móng áo đường, Có thể cung cấp cho việc thi công xây dựng như sau:

- Cát Cổ Chiên: Khai thác trên sông Cổ Chiên và sông Hàm Luông, với khoảng

10 điểm khai thác diện tích 668,8 ha, trữ lượng khoảng 30 triệu m³

- Cát sông Vĩnh Long: Khai thác trên sông Tiền ở hạ lưu cách cầu Mỹ Thuận khoảng 3 km và khu vực trên sông Cổ Chiên Cát được khai thác chủ yếu bằng gàu từ

các xà lan khai thác cát, vận hành bằng hệ thống xích để đưa gàu lên xuống Độ sâu khai thác cát là 1 mét bên dưới đáy sông, khối lượng khai thác khoảng 2.000.000m³/năm Tại khu vực này, cát được bồi lại trong khoảng 60 ngày, đôi khi có lúc lên đến 90 -120 ngày

- Tuy nhiên việc khai thác nguồn cát sông này ngày càng khan hiếm, cạn kiện gây khó khăn cho việc thi công xây dựnh công trình, công trình giao thông và ảnh hưởng đến việc sạt lỡ một số khu vực khai thác

2 Mỏ cát dùng cho bê tông:

- Cát Hồng Ngự (Tân Châu cũ): Dọc theo sông Tiền, từ thượng lưu (ở Tân Châu – tỉnh An Giang) đến hạ lưu (ở Vĩnh Long) nhưng chất lượng cát phụ thuộc theo mùa (thô về mùa mưa và mịn về mùa khô) Độ sâu của việc đào khai thác không quá 1.0m dưới đáy sông Cát ở đây sẽ được tái tạo lại sau khi khai thác khoảng thời gian dài một

số điểm lên đến 6 – 7 tháng có thể khai thác lại

1.4.1 Thành phần đất gia cố (đất đào nguyên thổ)

Đất gia cố (đất thải) là phụ phẩm của Dự án Luồng tàu biển sau khi nạo vét, đào thải phần nguyên thổ được chứa tại các bãi chứa, về thành phần mẫu đất không nguyên trạng và được lấy ngẫu nhiên tại khu bãi chứa (khu k5) Được biết từ dự án thì phần đào mới nguyên thổ khoảng 9,0km, với khối lượng đất thải khoảng trên 12,9 triệu m3

và khối lượng sa bồi hàng năm khi thông luồng 30 ngàn m3/năm Khi tiến hành lấy mẫu đất thí nghiệm được lấy một cách ngẫu nhiên (mẫu không nguyên trạng), tại khu bãi chứa thải để chọn số tổ mẫu cần thiết thí nghiệm về các chỉ tiêu quy định TCVN - 7572-02 và các thí nghiệm theo TCVN 10379: 2014 Các kết quả thí nghiệm được thực hiện phân tích, đánh giá trong phòng thí nghiệm về những chỉ tiêu cơ lý có liên quan và được quy định theo các tiêu chuẩn sử dụng

Hình 1.9 Khu bãi chứa thải K5- DA Luồng tàu (đào nguyên thổ)

1.4.2 Thành phần phế phẩm công nghiệp tro bay (Tro, xỉ)

Tro bay là phụ phẩm của các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu khoáng (than đá) Công nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện phổ biến nhất là đốt bằng lò đốt kiểu tầng sôi Phần hạt tro mịn bay theo dòng khí thải bị lắng lại trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện gọi là “tro bay”

Qua tìm hiểu thực tế từ Ban giám đốc nhà máy, các tổ hợp nhà máy gồm nhà máy sử dụng công nghệ của Trung Quốc và nhà máy sử dụng công nghệ cận hiện đại của Nhật Bản; nguồn than: khoảng 20 - 30% dùng than Quảng Ninh, 70 - 80% dùng than nhập từ Indonesia

Hình 1.10 Khu lò chứa tro bay và xỉ than

Tiến hành lấy mẫu tro bay, mẫu tro bay được lấy một cách ngẫu nhiên, gián đoạn

từ các silo chứa xuống của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải sau đó chọn mẫu ngẫu nhiên, để thí nghiệm các chỉ tiêu cơ - lý - hóa của tro bay Các kết quả thí nghiệm được thực hiện phân tích tại Trung tâm thí nghiệm Quatest 2 theo phương pháp phân tích phổ hồng ngoại, ngoài ra mẫu đối chứng được thực hiện tại phòng thí nghiệm Trung tâm kỹ thuật đường bộ 3 bằng phương pháp hóa học và nung; Các kết quả trong các lần thí nghiệm cho số liệu chỉ tiêu cơ lý tương đương nhau

Hình 1.11 Mẫu Tro bay đi thí nghiệm

Thành phần hóa học và một số chỉ tiêu cơ - lý – hóa của tro bay (Theo số liệu đánh giá sơ bộ - từ các kết quả thí nghiệm đã được đánh giá)

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ – lý – hóa của tro bay thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.4 Các chỉ tiêu cơ – lý – hóa của tro bay STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thử Đơn vị Giá trị

5 Hàm lượng mất khi nung TCVN 8262:2009 % 8,27

6 Hàm lượng SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 TCVN 8262:2009 % 81,60

Với kết quả thí nghiệm trên, theo TCVN 10302:2014 đánh giá tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thuộc loại C

- Kết quả phân tích thành phần tro, xỉ theo QCVN 07:2009/BTNMT ngày 16 tháng

11 năm 2009 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại thì xác định rằng tro, xỉ của Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1

có chứa các thành phần không vượt ngưỡng chất thải nguy hại – Kết quả trích nguồn

1.4.3 Chỉ tiêu cơ lý hóa của xi măng

Bên cạnh các loại phụ gia có thể tạo Phản ứng thủy hóa như Vôi, NaOH, Xi măng được lựa chọn để làm phụ gia vì trong xi măng có hàm lượng CaO lớn (62- 67%) phổ biến tại địa phương, công nghệ thi công đơn giản (áp dung TCVN 10186- 2014) Dựa vào phản ứng dưới đây cho thấy hiệu quả khi sử dụng xi măng tác dụng với tro bay và xỉ than có chứa lượng lớn SiO2 để tạo ra hợp chất hóa rắn tạo cường độ cho vật liệu

2SiO2 + 3Ca(OH)2 → 3CaO.2SiO2.3H2O

Xi măng thường dùng trong gia cố hỗn hợp là các loại xi măng Pooc lăng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với quy định tại TCVN 2682:1999 hoặc xi măng Pooc lăng

hỗn hợp có các đặc trưng phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:1997 Xi măng sử dụng trong hỗn hợp xỉ than tro bay có mác không nhỏ hơn 30 MPa, với thành phần hóa học của xi măng:

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của Xi măng [18]

Oxit SiO 2 Al 2 O 3 CaO Fe 2 O 3 MgO SO 3 K 2 O Na 2 O

CPĐD loại II – là cấp phối hạt được nghiền từ đá nguyên khai hoặc sỏi cuội, trong đó cở hạt nhỏ hơn 2,36mm có thể là vật liệu hạt tự nhiên không nghiền nhưng khối lượng không vượt quá 50% khối lượng CPĐD Khi CPĐD được nghiền từ sỏi cuội thì các hạt trên sàng 9,5mm ít nhất 75% số hạt có từ hai mặt vỡ trở lên; CPĐD loại II được sử dụng làm lớp móng dưới của kết cấu áo đường có tầng mặt loại A1

và làm lớp móng trên cho tầng mặt loại A2 hoặc B1 theo “Quy trình thiết kế áo đường mềm” 22 TCN 211-06 hoặc làm lớp móng theo tiêu chuẩn “Tiêu chuẩn thiết

kế mặt đường mềm” 22 TCN 274-01

1.5 Các yêu cầu đối với vật liệu làm tầng móng kết cấu áo đường ôtô - các thí nghiệm (móng trên, móng dưới)

1.5.1 Yêu cầu về loại đá

Các loại đá gốc được sử dụng để nghiền sang làm cấp phối đá dăm phải có cường

độ nén tối thiểu phải đạt 60MPa nếu dùng cho lớp móng trên và 40MPa nếu dùng cho lớp móng dưới Không được dùng đá xay có nguồn gốc từ đá sa thạch (đá cát kết, bột kết) và diệp thạch (đá sét kết, đá sít)

1.5.2 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu CPĐD

- Thành phần hạt của vật liệu CPĐD được quy định tại Bảng 1.12 Thành phần hạt của cấp phối đá dăm

Việc lựa chọn loại CPĐD (theo cỡ hạt danh định có đường kính lớn nhất Dmax

quy ước) phải căn cứ vào chiều dày thiết kế của lớp móng và phải được ghi rõ trong hồ

sơ thiết kế kết cấu áo đường và chỉ dẫn kỹ thuật của công trình

- Cấp phối loại Dmax = 37,5 mm thích hợp dùng cho lớp móng dưới;

- Cấp phối loại Dmax = 25 mm thích hợp dùng cho lớp móng trên;

- Cấp phối loại Dmax = 19 mm thích hợp dùng cho việc bù vênh và tăng cường trên các kết cấu mặt đường cũ trong nâng cấp, cải tạo

1.5.3 Yêu cầu đối với vật liệu nền móng

Các chỉ tiêu cường độ gạch đá được quy định tại bảng 1.5

Bảng 1.7 Cường độ gạch đá làm nền móng Tên gạch đá Cường độ kháng ép cực hạn (kg/cm 2 )

Với đá hộc xô bồ yêu cầu cạnh dài nhất của viên đá không đươc lớn hơn 3 lần chiều rộng, chiều rộng nhỏ nhất không được dưới 15cm

Với đá có gia công vuông vắn thì chiều dài viên đá bằng 1,5 đến 3 lần chiều dày, chiều rộng bằng 1 ÷ 2 lần chiều dày

Nên dùng loại đá cứng, tốt và gia công vuông vắn để đảm bảo cường độ vòm và giảm mạch vữa tuy nhiên đá càng cứng, càng khó gia công, đồng thời phải có thợ đá

có chuyên môn thì mới làm được, do đó ảnh hưởng đến giá thành và tốc độ thi công

Để khắc phục khó khan này có thể dùng đá hộc xô bồ để xây các cống vòm nhỏ Nếu dùng đá hộc xô bồ thì khi xây cần chèn them đá dăm nhỏ vào các mạch để tiết kiệm xi măng và tang cường độ cho các mạch vữa lớn

- Vữa để xây vành vòm phải cần có cấp bằng hoặc lớn hơn 75, vữa để xây thân cống có thể dùng loại cường độ thấp hơn

- Nền móng: có thể đặt trực tiếp trên nền đất thiên nhiên, đáy hố móng phải rải một lớp đá dăm hay sỏi sạn dày (15 ÷ 20)cm và đầm chặt, ứng suất cho phép của đất nền ở đáy móng phải ≥ 1,5kg/cm2 Nếu đặt móng trên tầng đá thì phải cạo bỏ lớp đá phong hóa đi

Đất đắp đỉnh vòm không được dưới 50cm

- Với bê tông, yêu cầu vật liệu theo đúng những quy định của quy phạm hiện hành

1.6 Phương hướng sử dụng nguồn vật liệu thải (tro bay trong quá trình hoạt động các nhà máy nhiệt điện duyên hải và đất nạo vét về trữ lượng tại các bãi thải khu k2, 3, 4, 5, và khu k8)

- Từ nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi Anh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí, 2015: + Mẫu tỷ lệ 5%XM có CBR = 9.86% và E = 79.00 Mpa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ

10%XM có CBR = 32.56% và E = 107.23 Mpa theo quy định 22 TCN211-06 tương

đương với các lớp vật liệu đất đắp K95, K98 Các loại tỷ lệ này có thể được định hướng

sử dụng trong công tác đắp trả tại các vị trí khó thi công (diện thi công hẹp) trong công tác xây dựng, duy tu, bảo dưỡng hoặc sửa chữa đường ô tô

+ Mẫu tỷ lệ 20%XM có CBR=76,74% và E=235.00Mpa 28 ngày tuổi theo quy

định 22 TCN 211-06 tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2 Loại tỷ lệ

này có thể định hướng sử dụng trong công tác đắp trả tại vị trí các lớp móng kết cấu áo đường trong duy tu, bảo dưỡng hoặc sửa chữa

+ Khả năng ứng dụng của mẫu tỷ lệ 20% XM khó có thể xem xét khi tính đến chỉ tiêu về kinh tế Để sử dụng được vật liệu tự đầm để thay thế lớp móng đường truyền thống cần nghiên cứu theo phương án tạo bộ khung cốt liệu cho hỗn hợp nhằm tăng cường độ và giảm lượng xi măng

- Tham khảo theo kết luận từ bài nghiên cứu "Geotechnical Propertes of Fly Ash

and Soil Mixtures for Use in Highway Embankments" của Fabio Santos, Lin li, Yadong

Li và Farshad Amini; ấn phẩm “Engineering principles of ground modification” của Manfred R.Hausmann ; bài nghiên cứu “Fly Ash Amended Soil as Highway Base

Matersals” của Ahmet H.Aydilek, Member, Sunil Arora cho thấy rằng nếu sử dụng tro

bay để gia cố đất với hàm lượng tro bay lớn hơn 20%, hàm lượng xi măng thay đổi từ 3% , 5% và 7% so với khối lượng đất gia cố sẽ đạt được hiệu quả cao trong quá trình gia cố bằng tro bay với chất hoạt hóa là xi măng

Với kết quả định hướng cho hàm lượng tro bay gia cố như đã nêu trên, học viên mạnh dạn đề xuất sử dụng vật liệu thực nghiệm với hàm lượng là Tro bay 40%, hàm lượng xi măng theo tỷ là 2%, 4%, 6% và 8% và tương ứng tỷ lệ còn lại là đất Như vậy

ta tiến hành chế tạo mẫu, thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý có liên quan của hổn hợp về cường độ chịu nén, cường độ kéo khi ép chẻ, cắt phẳng, CBR, mô đun đàn hồi (MR), Các mẫu khi tiến hành thực nghiệm về các chỉ tiêu ở tuổi mẫu 28 ngày và đối với mẫu nén ở các tuổi mẫu 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày và 90 ngày Tất cả các mẫu chế bị

ta đều quan sát và kết quả được thể hiện ở các Chương 2, Chương 3

Như vậy loại vật liệu gia cố được chọn cho nghiên cứu là loại đất (đất đào nguyên thổ), tro bay được khai thác từ 02 dự án Luồng tàu biển và các tổ hợp nhà máy nhiệt điện Duyên Hải hàng năm thải ra hàng trăm triệu tấn tro thải và đất hàng chục ngàn khối đất nạo vét, sa bồi tại các bãi chứa thải tại địa phương và chất hoạt hóa là Xi măng Pooc lăng Hà Tiên PC40 thông dụng tại Trà Vinh

Nói chung Trà Vinh là một tỉnh thuộc Miền Tây Nam bộ, với tài nguyên khoáng sản chủ yếu là cát sông, cát giồng (nhưng trữ lượng không lớn có giới hạn) và phần lớn