Nghiên cứu giải pháp thi công hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm geopolymer

Qua đó nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm geopolymer trong thực tế.. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn hy vọng sẽ là một trong những tà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ hướng dẫn 1: PGS.TS Nguy ễn Minh Tâm

Cán bộ hướng dẫn 2: TS Lê Anh Tu ấn

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Bùi Trường Sơn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 22 tháng 07 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Tô Văn Lận Ch ủ tịch hội đồng

2 GS.TSKH Nguy ễn Văn Thơ Thành viên Ph ản biện 1

3 PGS.TS Bùi Trường Sơn Thành viên Ph ản biện 2

4 PGS.TS Tr ần Tuấn Anh Thành viên

5 TS Trương Quang Hùng Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

K Ỹ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 60580204

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu giải pháp thi công hình thành cọc đất tro bay

ho ạt hóa kiềm - Geopolymer

II NHI ỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình hình thành của vật liệu Geopolymer

2 Nghiên cứu quy trình thi công cọc xi măng đất, áp dụng vào thi công cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm – Geopolymer

3 Thực nghiệm, chế tạo cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm thực tế ngoài hiện trường

4 Đánh giá cường độ của cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm ngoài hiện trường

5 Ứng dụng mô phỏng thiết kế công trình thực tế

III NGÀY GIAO NHI ỆM VỤ : 11/01/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ : 17/06/2016

V H Ọ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Minh Tâm

PGS.TS Nguy ễn Minh Tâm TS Lê Anh Tu ấn PGS.TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS.Nguyễn Minh Tâm

và Thầy TS Lê Anh Tuấn Thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài và Thầy góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu, cũng như cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật xây dựng, đặc biệt là Bộ môn Địa cơ – Nền móng, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến công ty Kyowa Nhật Việt đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện Luận văn này

Ngoài ra, tôi xin cám ơn gia đình của mình đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp tôi có thể yên tâm hoàn thành luận văn này

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

Vũ Quốc Bảo

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn là sự tiếp nối các công trình nghiên cứu đi trước, nhằm hiểu rõ hơn về ứng

xử của vật liệu geopolymer trong thực tế Các nghiên cứu trước đây về cọc đất geopolymer cũng đã được nghiên cứu rất nhiều Đề tài gần nhất là cọc đất hoạt hóa

bằng tro trấu của học viên Nguyễn Tấn Nô Do đó, để có thể phát triển đột phá cho

đề tài này, luận văn sẽ đi thực hiện chế tạo cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm thực tế

ngoài hi ện trường Qua đó nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hình thành

cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm geopolymer trong thực tế Cuối cùng, luận văn sẽ

tổng kết các kết quả thí nghiệm và đánh giá về cường độ cọc

Các kết quả nghiên cứu trong luận văn hy vọng sẽ là một trong những tài liệu tham khảo hữu ích nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thiết kế và thi công sau này cho các công trình đặt trên nền đất yếu, sử dụng phương pháp gia cố nền

bằng cọc đất hoạt hóa bằng tro bay

ABSTRACT

This thesis is considered as a continuation of the previous research, in order to obtain the better comprehensive the behavior of geopolymer in reality The previous research of soil – geopolymer piles have also studied widely on the world The recent research is belong to Nguyễn Tấn Nô, it’s about improve soft soil using alkaline activation of rice husk ash Therefore, to develop breakthrough for this thesis, author will fabricate deep mixing pile of alkaline activated fly ash on field Thereby, researching for a technological process for making deep mixing pile of alkaline activated fly ash in pratice Finally, the thesis will summarize the experimental results and appreciate the intensity of this pile

The research results of this thesis will be one of the useful reference in order to make favorable condition for design and construction of the building placed on soft soil, using deep mixing pile of alkaline activated fly ash for ground improvement

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của

Thầy PGS.TS Nguyễn Minh Tâm và Thầy TS Lê Anh Tuấn

Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên

cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

Vũ Quốc Bảo

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu và hướng nghiên cứu 3

3 Phương pháp nghiên cứu 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU GEOPOLYMER 5

1.1 Lịch sử phát triển của vật liệu Geopolymer 5

1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển công nghệ Geopolymer 6

1.2.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới 6

1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước 8

1.3 Kết luận chương 9

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÌNH THÀNH VẬT LIỆU GEOPOLYMER 10

2.1 Tổng quan về vật liệu Geopolymer 10

2.2 Cơ sở hóa học hình thành Geopolymer từ đất yếu và tro bay 10

2.3 Kết luận chương 15

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÌNH THÀNH CỌC ĐẤT TRO BAY HOẠT HÓA KIỀM 16

3.1 Nghiên cứu quy trình hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm 16

3.1.1 Quy trình công nghệ 16

3.2 Kết luận chương 25

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 27

4.1 Số liệu địa chất 27

4.1.1 Tổng quan khu vực khoan khảo sát 27

4.1.2 Điều kiện địa chất công trình 27

4.1.3 Đánh giá điều kiện địa chất công trình 29

4.2 Thí nghiệm đánh giá cường độ, chất lượng cọc đất tro bay Geopolymer 29

4.2.1 Khoan lấy mẫu cọc thử 29

4.2.2 Thí nghiệm UU 31

4.2.3 Thí nghiệm cắt trực tiếp 36

4.3 Phân tích kết quả thí nghiệm 39

4.4 Kết luận chương 41

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG VÀO TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 42

5.1 Tính toán độ lún cho nền đường công trình nâng cấp tuyến đường Lương Định Của 42

5.1.1 Vị trí thi công 42

5.1.2 Điều kiện địa chất 42

5.1.3 Khả năng chịu tải trọng theo vật liệu 44

5.1.4 Tải trọng 44

5.1.5 Cấu tạo hệ cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm 46

5.1.6 Tính toán độ lún 46

5.1.7 Kết luận 49

5.2 Mô phỏng tính toán độ lún cho nền đường công trình nâng cấp tuyến đường Lương Định Của bằng phần mềm Plaxis 49

5.2.1 Thông số đầu vào 49

5.2.2 Mô phỏng 51

5.3 Kết luận chương 54

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 55

6.1 Kết luận 55

6.2 Kiến nghị và hướng phát triển đề tài 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 60

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 80

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 Sản lượng tiêu thụ xi măng trên thế giới 2

Hình 2 Dự báo sản lượng và tiêu thụ tro bay trên thế giới 2

Hình 2.1 Cấu trúc Sialate 11

Hình 2.2 Cấu trúc Sialate – siloxo 12

Hình 2.3 Cấu trúc Sialate – disiloxo 12

Hình 2.4 Cấu trúc Sialate link 13

Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng quá trình hoạt hóa kiềm 15

Hình 3.1 Bao tro bay Phả Lại (loại 1 tấn) 17

Hình 3.2 Bao vảy NaOH khô (loại 25 kg) 17

Hình 3.3 Can dung dịch Na2SiO3 (loại 30 lít – 40 kg) 18

Hình 3.4 Cẩu tro bay lên và đổ vào bồn trộn 20

Hình 3.5 Xả tro bay và đổ dung dịch Na2SiO3 vào bồn khuấy 20

Hình 3.6 Đổ vảy NaOH vào bồn khuấy 20

Hình 3.7 Dung dịch bị phun trào do quá trình thăng hoa của NaOH 21

Hình 3.8 Pha chế sẵn dung dịch NaOH 10 mol/lít trong thùng, can 21

Hình 3.9 Đổ dung dịch NaOH nguội còn 50o C và Na2SiO3 vào bồn khuấy 22

Hình 3.10 Đổ tro bay vào dung dịch NaOH và Na2SiO3 22

Hình 3.11 Bắt đầu tiến hành khoan cọc tro bay geopolymer 23

Hình 3.12 Bảng điện tử thể hiện thông số khi thi công cọc tro bay 24

Hình 3.13 Lấy một số mẫu hỗn hợp trộn` 24

Hình 3.14 Lỗ khoan cọc tro bay geopolymer khi hoàn thành 24

Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ thi công hình thành cọc đất tro bay geopolymer 25

Hình 4.1 Xác định vị trí cọc thử 30

Hình 4.2 Máy khoan cọc thử 30

Hình 4.3 Mẫu khoan được lưu trữ từng mét 31

Hình 4.4 Mẫu khoan được lấy ra khỏi ống lưu trữ 31

Hình 4.5 Chuẩn bị mẫu thử 32

Hình 4.6 Đặt mẫu vào buồng nén 33

Hình 4.7 Biểu đồ lực dính c uu thay đổi theo độ sâu 34

Hình 4.8 Biểu đồ góc ma sát trong φ uu thay đổi theo độ sâu 34

Hình 4.9 Biểu đồ cường độ chịu nén q u thay đổi theo độ sâu thí nghiệm UU 35

Hình 4.10 Biểu đồ lực dính c thay đổi theo độ sâu 37

Hình 4.11 Biểu đồ góc ma sát trong φ thay đổi theo độ sâu 38

Hình 4.12 Biểu đồ cường độ chịu nén q u thay đổi theo độ sâu thí nghiệm cắt trực tiếp 39

Hình 5.1 Vị trí thi công 42

Hình 5.2 Bố trí hệ cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm Ф800a1300 46

Hình 5.3 Mặt cắt địa chất 51

Hình 5.4 Quá trình mô phỏng 54

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Phần trăm khối lượng (%) thành phần hóa học của tro bay 16

Bảng 3.2 Phần trăm khối lượng (%) dung dịch Na2SiO3 17

Bảng 3.3 Khối lượng vật liệu để thi công cọc đường kính 80cm, dài 5m 19

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu tiêu chuẩn 28

Bảng 4.2 Bảng kết quả thí nghiệm UU 33

Bảng 4.3 Bảng kết quả q u của thí nghiệm UU 35

Bảng 4.4 Bảng kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp 36

Bảng 4.5 Bảng kết quả q u của thí nghiệm cắt trực tiếp 38

Bảng 5.1 Tổng hợp các chi tiêu của đất nền 43

Bảng 5.2 Bảng kết cấu áo đường tải nặng 45

Bảng 5.3 Độ lún S 2 48

Bảng 5.4 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ΔS tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình 49

Bảng 5.5 Tổng hợp thông số đầu vào của đất nền 50

Bảng 5.6 Thông số nhập vào Plaxis của vùng nền gia cố 50

γw Khối lượng riêng tự nhiên

γd Khối lượng riêng khô

γsat Khối lượng riêng bão hòa

γsub Khối lượng riêng đẩy nổi

n Độ rỗng

eo Hệ số rỗng

φ Góc ma sát trong

c Lực dính

φuu Góc ma sát trong không thoát nước

cuu Lực dính không thoát nước

UU Unconsolidated undrained

E Module biến dạng

qu Cường độ sức kháng nén đơn

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở khu vực miền Nam nước ta, những năm gần đây được nhà nước ưu tiên phát triển kinh tế và đời sống rất nhiều Đi kèm với sự phát triển đó không thể thiếu những dự

án công trình dân dụng cũng như hạ tầng giao thông Nhưng đặc điểm địa chất ở khu vực miền Nam nước ta là rất bất lợi để thi công không phù hợp cho việc xây

dựng các dự án lớn Do đó, các biện pháp xử lý nền đất yếu được đưa ra như : gia

tải trước với cọc cát và bấc thấm, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi …

Gần đây đã có một số nghiên cứu về tro trấu và tro bay để chế tạo cọc đất – Geopolymer Tuy nhiên, những nghiên cứu đó chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm, chưa có ý nghĩa thực tiễn cao cũng như xác định tính khả thi của việc thi công ngoài hiện trường Do đó, cần thiết phải có nghiên cứu về quy trình công nghệ

sản xuất cọc đất – Geopolymer, đánh giá tính khả thi, ảnh hưởng của điều kiện thực

tế đến việc chế tạo và sản xuất

Ngoài ra, khi thi công cọc xi măng đất truyền thống, thành phần xi măng Portland chiếm một khối lượng đáng kể, có vai trò làm chất kết dính Tuy nhiên, xi măng Portland là nguyên liệu truyền thống từ lâu đời và tiêu thụ khối lượng rất lớn tài nguyên thiên nhiên, khoáng sản để sản xuất như : đá vôi, than đốt, điện … kèm theo đó là thải ra lượng lớn khí thải gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường Hơn nữa, để đáp ứng được nhu cầu của cọc xi măng đất cũng như bảo vệ môi trường, ngày nay chúng ta có thể sử dụng “cọc đất hoạt hóa geopolymer từ tro bay”

nhằm thay thế hoàn toàn chất kết dính có nguồn gốc từ xi măng Portland

Theo nghiên cứu của ICR [1] (International Cement review), sản lượng tiêu thụ

xi măng trên thế giới (Hình 1) đạt cực đại vào năm 2006 Dự báo năm 2016 cũng sẽ đạt được khoảng 400 triệu tấn, tính riêng cho khu vực Châu Á Ngoài ra, theo nghiên cứu của Siegfried Konig [2] tại Global Mining Investment Conference 2010 thì sản lượng và tiêu thụ tro bay trên thế giới (Hình 2) chênh nhau rất lớn, tro bay

còn tồn đọng rất nhiều Tận dụng được phế thải công nghiệp từ các nhà máy nhiệt điện để ứng dụng vào công tác xây dựng sẽ góp phần rất lớn vào việc bảo vệ môi trường, đúng với xu hướng cuộc sống xanh của ngày hôm nay

Từ những yêu cầu cấp thiết nêu trên, cần thiết phải có nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sử dụng tro bay theo công nghệ geopolymer để làm cọc đất xử lý

nền đất yếu, đáp ứng được nhu cầu trong thực tế xây dựng cũng như góp phần sử

dụng nguyên liệu phế thải, bảo vệ môi trường

Hình 1.Sản lượng tiêu thụ xi măng trên thế giới

Hình 2.Dự báo sản lượng và tiêu thụ tro bay trên thế giới

2 Mục tiêu và hướng nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm geopolymer Dựa vào quy trình vừa xây dựng, thực nghiệm chế tạo cọc geopolymer ngoài hiện trường Tiến hành thí nghiệm nghiên

cứu sự thay đổi của cường độ cọc theo thời gian Sử dụng kết quả thí nghiệm để mô

phỏng, thiết kế công trình thực tế

3 Phương pháp nghiên cứu

Dựa vào mục tiêu và hướng nghiên cứu mà luận văn đưa ra, tác giả thực hiện nghiên cứu bằng hai phương pháp: lý thuyết và thực nghiệm

 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý địa chất khu vực đất yếu cần xử lý, ứng dụng

kết quả vào tính toán ổn định nền bằng cọc đất

 Chế tạo cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm theo hàm lượng từ các nghiên cứu trước đó

 Thí nghiệm kiểm tra cường độ cọc được chế tạo

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu mà tác giả cần tìm hiểu để hoàn thành mục tiêu và hướng nghiên cứu đề ra bắt đầu từ việc đọc các tài liệu, công trình nghiên cứu đi trước về lĩnh vực vật liệu geopolymer, tìm ra các hàm lượng tối ưu cũng như những yêu cầu

cần thiết trong quá trình tổng hợp nên vật liệu Tiếp theo, cần tìm hiểu về máy móc, thiết bị, khả năng thi công cọc đất trong điều kiện hiện tại Từ đó, kết hợp những

kiến thức đó lại để cho ra được quy trình công nghệ hình thành cọc đất tro bay

geopolymer phù hợp với thực tế Thực hiện khoan lõi cọc geopolymer đã chế tạo, thí nghiệm và tổng hợp kết quả Cuối cùng, sử dụng kết quả có được để đi mô

phỏng công trình thực tế để đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng cọc đất tro bay geopolymer trong thực tiễn của ngành xây dựng, gia cố đất nền

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn

Trên cơ sở nghiên cứu và thực nghiệm, đề tài luận văn đưa được lý thuyết về vật

liệu geopolymer vào chế tạo cọc thực tế

Đóng góp hiệu quả vào việc phát triển công nghệ cọc đất geopolymer vào xử lý

nền đất yếu trong thực tế, ứng dụng cho khu vực xử lý nói riêng và khu vực miền Nam nói chung

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU GEOPOLYMER

1.1 L ịch sử phát triển của vật liệu Geopolymer

Ngành công nghệ vật liệu Geopolymer ra đời từ những năm 1960, nhưng được quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn từ những năm 1972 đến nay Hiện tại, đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng Geopolymer vào các ngành công nghệ vật liệu hiện đại (vật liệu cách nhiệt, vật liệu chống cháy, chất kết dính, bê tông geopolymer…) được giới thiệu và sử dụng rộng rãi trên thế giới

Khởi đầu của vật liệu Geopolymer là việc thành lập viện Geopolymer tại Pháp vào năm 1972 Tất cả xuất phát từ ý tưởng cần tìm ra một loại vật liệu có khả năng

chống cháy và chịu nhiệt độ cao, Joseph Davidovits đã phát hiện ra hệ nguyên liệu bao gồm đất sét, cao lanh có thể tương tác với dung dịch kiềm hoạt hóa NaOH ở

100 – 150oC để tạo ra hợp chất mới là hydrosodialite

Ứng dụng đầu tiên của vật liệu Geopolymer vào năm 1973 - 1976 là để chế tạo các tấm panel gỗ cách nhiệt bằng cách phủ hai bề mặt của tấm panel gỗ với hợp

chất silic – aluminosilicate sau khi xử lý qua quá trình gia nhiệt

Những năm sau đó, vật liệu Geopolymer được ứng dụng và chế tạo thành công

gạch nung ở nhiệt độ thấp L.T.G.S (Low temperature geopolymeric setting) Gạch này được sản xuất bằng cách trộn hỗn hợp đất sét cao lanh trong dung dịch kiềm

hoạt tính cao Gạch này có khả năng chịu nhiệt đến 1000oC, tính hút nước thấp

Với lý thuyết của Joseph Davidovits, Lone Star (công ty xi măng của Mỹ) đã nghiên cứu và chế tạo thành công một loại chất kết dính mới, bằng cách kết hợp nguyên liệu sét và dung dịch kiềm hoạt tính cao, tạo ra chất kết dính vô cơ có khả năng đóng rắn nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt có tên gọi là xi măng polymer

Vào năm 2008, viện Geopolymer đã xuất bản lần đầu tiên cuốn sách

Geopolymer chemistry and applications, khái quát toàn bộ kiến thức tổng quát về công nghệ Geopolymer Từ đó, các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu Geopolymer được phát triển rộng rãi trên toàn thế giới

1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển công nghệ Geopolymer

1.2.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới

Karim et al (2015) [3] đã nghiên cứu về mẫu vữa thay thế cho xi măng bằng các

vật liệu phế thải như xỉ thép, tro bay và tro trấu Các mẫu được tạo thành với tỷ lệ

khối lượng nguyên vật liệu khác nhau Đối với xỉ thép (40, 50, 55, 60, 70%), với tro

trấu (10, 20, 30%), với tro bay (20, 30, 35, 40%) và sử dụng các dung dịch hoát hóa

gồm NaOH, Ca(OH)2, KOH có nồng độ thay đổi là 1.0, 2.5, 5.0, 7.5 mol/lít Mẫu được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng và thời gian nén mẩu là 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày

và 28 ngày Kết quả cường độ chịu nén lớn nhất đối với mẫu lập phương 50x50x50mm theo tiêu chuẩn ASTM C109 đạt 42.24 MPa với thành phần nguyên

liệu là 40% xỉ thép, 30% tro bay, 30% tro trấu, 2.5 mol/lít dung dịch NaOH ở 28 ngày bảo dưỡng

Partha Sarathi Parhi (2014) [4] nghiên cứu về gia cố đất trương nở bằng tro bay

hoạt hóa kiềm Nghiên cứu trình bày ảnh hưởng của dung dịch kiềm hoạt hóa kết

hợp với tro bay loại F để gia tăng các chỉ tiêu cơ lý của đất trương nở Dung dịch NaOH được sử dụng có nồng độ lần lượt là 10, 12.5, 15 mol/lít Tỷ lệ

Na2SiO3/NaOH = 1 Phần trăm khối lượng của tro bay/(tro bay + đất) = 20, 30, 40% Hiệu quả được đánh giá dựa vào thí nghiệm nén đơn trục cho mẫu thử ở chu

kỳ 3,7 và 28 ngày Tất cả các mẫu thử đều được phân tích khoáng chất với XRD Ngoài ra, nghiên cứu còn đánh giá tính lưu biến của hỗn hợp tro bay hoạt hóa kiềm (được xem như dung dịch vữa) bằng thời gian đông kết, độ chặt và độ nhớt Tất cả được so sánh với dung dịch vữa xi măng thông thường

Yun Yong Kim et al (2014) [5] nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng,

nồng độ dung dịch kiềm hoạt hóa đến cường độ của mẫu geopolymer So sánh kết

quả với mẫu vữa sử dụng xi măng Portland Mẫu vữa geopolymer sử dụng tro trấu

với dung dịch hoạt hóa NaOH có nồng độ mol/lít lần lượt là 7, 8, 9, 10 và Na2SiO3được lấy theo tỷ lệ Na2SiO3 = 2.5, tỷ lệ tro trấu/cát = 1:2 Mẫu được bảo dưỡng ở

60oC trong 24 giờ, sau đó để ở nhiệt độ phòng So sánh với mẫu xi măng Portland

có tỷ lệ nước/xi măng = 0.45, bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng Kết quả cường độ chịu nén của mẫu (kích thước 100x100x100mm) tăng theo thời gian bảo dưỡng là 7, 14,

28 ngày và đạt giá trị lớn nhất là 45 MPa khi mẫu có bảo dưỡng 24 giờ ở 60o

C Trong khi mẫu vữa xi măng đạt giá trị 25 MPa

Patimapon Sukmak et al (2013) [6] đã nghiên cứu về những hệ số ảnh hưởng đến quá trình phát triển cường độ của geopolymer đất sét – tro bay Nghiên cứu này tìm hiểu về sự phát triển cường độ với sự khác nhau về tỷ lệ nguyên vật liệu (tro bay/đất sét, Na2SiO3/NaOH, dung dịch/tro bay), kích cỡ mẫu và nhiệt độ bảo dưỡng cho mẫu geopolymer đất sét – tro bay Kết quả cho thấy rằng hàm lượng dung dịch

hoạt hóa tốt nhất cho mẫu geopolymer đất sét – tro bay là Na2SiO3/NaOH = 0.7 cho

tất cả các mẫu thử Tỷ lệ tối ưu cho dung dịch/tro bay là 0.6, với tro bay/đất sét là 0.3 Và tỷ lệ dung dịch/tro bay là 0.5 thì tro bay/đất sét là 0.3

Nuno Cristelo et al (2013) [7] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của dung dịch kiềm

hoạt hóa kết hợp với tro bay loại F để ổn định nền đất yếu Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm nén đơn trục và kết quả của thí nghiệm được so sánh với mẫu được kết hợp

với xi măng Khảo sát các mẫu với tỷ lệ phần trăm theo khối lượng đất + tro bay là 20%, 30%, 40%, kết hợp với tỷ lệ Na2SiO3/NaOH = 2, tương ứng với nồng độ mol dung dịch NaOH lần lượt là 10, 12.5, 15 mol/lít Thí nghiệm nén đơn trục được thực

hiện với mẫu theo chu kỳ 7, 28, 90 và 365 ngày, và phần lớn mẫu trộn được phân tích khoáng chất với XRD Kết quả cho thấy sự gia tăng cường độ ở mẫu thử khi tỷ

lệ dung dịch hoạt hóa/tro bay giảm (cường độ lớn nhất đạt 43.4 MPa) Ngoài ra, cường độ sức kháng nén đơn giữa mẫu thử tro bay và mẫu thử xi măng sau 28 ngày

bảo dưỡng là gần như nhau Tuy nhiên, với mẫu thử tro bay, cường độ chỉ đạt 20 – 40% so với cường độ lớn nhất (365 ngày) Trong khi đó, mẫu thử xi măng đạt được

80 – 90% cường độ tối đa

Nuno Cristelo et al (2011) [8] đã nghiên cứu về sử dụng dung dịch tro bay hoạt hóa kiềm để gia cố đất yếu Nghiên cứu xác định cường độ chịu nén khi trộn tro bay

với đất cho ra mẫu thí nghiệm đường kính 38mm và cao 76mm Ngoài ra, thực hiện

trộn mẫu lớn ngoài hiện trường để có mẫu đường kính 69mm, cao 96mm So sánh

kết quả trong điều kiện bảo dưỡng 90 ngày, nồng độ dung dịch NaOH là 12.5 mol/lít, phần trăm theo khối lượng của tro bay là 30%, 40% Kết quả so sánh tương quan cường độ chịu nén của mẫu hiện trường/mẫu trong phòng là 1.05, 0.87, 032 (tương ứng với mẫu ngoài hiện trường là 6.6 MPa, 15.3 MPa, 9.1 MPa)

1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước

Võ Thế Ân (2015) [9] đã nghiên cứu cường độ chịu nén của mẫu geopolymer tro bay hoạt hóa kiềm có tỷ lệ Na2SiO3/NaOH = 0.5, 1.0, 2.0, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa liquid/tro bay = 0.35, 0.40, 0.45 và bảo dưỡng ở nhiệt độ khác nhau Kết quả nghiên

cứu cho thấy, cường độ chịu nén của mẫu đạt giá trị lớn nhất khi Na2SiO3/NaOH = 0.5, Liquid/tro bay = 0.45, nhiệt độ bảo dưỡng tối ưu là 90o

C

Nguyễn Tấn Nô (2015) [10] đã nghiên cứu cường độ chịu nén của mẫu geopolymer tro trấu hoạt hóa kiềm để gia cố nền đất yếu Nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén, module biến dạng của mẫu sau 7, 14, 28 ngày bảo dưỡng ở nhiệt

độ phòng từ các mẫu có hàm lượng tro trấu theo khối lượng lần lượt là 30%, 40%

và 50% Cường độ chịu nén tốt nhất đạt được là 1550 kPa với tỷ lệ tro trấu/khối

lượng = 50%, tỉ lệ dung dịch hoạt hóa/(đất + tro trấu) = 0.4

Nguyễn Tấn Hưng et al.(2015) [11] đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sét

và phương pháp bảo dưỡng đối với cường độ nền đất yếu gia cố bằng tro bay hoạt hóa kiềm theo công nghệ geopolymer Nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén của

mẫu thử với tỷ lệ dung dịch Na2SiO3/NaOH = 1, liquid/tro bay = 0.7 với nồng độ dung dịch NaOH là 10 mol/lít dành cho đất có hàm lượng sét ít đạt được cường độ cao nhất

Huỳnh Hoàng Min (2013) [12] nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sét đến cường độ mẫu geopolymer tro bay, với tỉ lệ tro bay chiếm 10%, tỷ lệ dung dịch hoạt hóa Na2SiO3/NaOH = 0.5, 1.0, 2.0 Mẫu thử được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng trong 3 giờ, sau đó tháo khuôn và đem đi sấy ở nhiệt độ 60, 80, 100, 120o

C trong

thời gian 6, 8, 10, 12 giờ Kết quả rút ra cho thấy rằng cường độ chịu nén của mẫu tăng khi thời gian bảo dưỡng tăng và đạt giá trị lớn nhất là 7.27 MPa với mẫu bảo

dưỡng ở 60o

C, tỷ lệ Na2SiO3 = 1 và bảo dưỡng 12 giờ Ngoài ra, cường độ chịu nén

mẫu tăng khi nhiệt độ bảo dưỡng mẫu tăng với giạ trí là 12.34 MPa cho mẫu có

Na2SiO3/NaOH = 1 và bảo dưỡng 12 giờ Cuối cùng là cường độ chịu nén của mẫu tăng khi hàm lượng sét giảm, giá trị lớn nhất đạt được là 7.2 MPa khi hàm lượng sét chiếm 13.29%, tỷ lệ Na2SiO3/NaOH = 1 và bảo dưỡng 12 giờ

1.3 Kết luận chương

Qua tìm hiểu về các công trình nghiên cứu đi trước, có thể thấy rằng phần lớn nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu ứng xử của vật liệu geopolymer, phân tích cường độ thay đổi theo hàm lượng các chất trong hỗn hợp Tuy nhiên, các nghiên

cứu trên hoàn toàn được thực hiện trong phòng thí nghiệm Việc ứng dụng vật liệu

mới vào để xử lý nền, cải tạo đất chưa được thực hiện

Vì những hạn chế vừa nêu trên, đề tài luận văn này được ra đời nhằm mở ra một

hướng nghiên cứu mới, thực hiện thi công cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm trong thực

tế nhằm xem xét khả năng thi công ngoài hiện trường với các công nghệ sẵn có Hơn nữa, có thể đánh giá được cường độ cọc geopolymer thi công ngoài thực tế

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÌNH THÀNH VẬT LIỆU GEOPOLYMER

2.1 Tổng quan về vật liệu Geopolymer

Khái niệm về “Geopolymer” lần đầu tiên được sử dụng bởi giáo sư Joseph Davidovits vào năm 1979 Nguyên lý chế tạo của geopolymer là dựa vào phản ứng

của các vật liệu alumino silicat [13] Nguyên liệu chính gồm 2 thành phần :

 Nguyên liệu alumino silicat có Si và Al [13]: nguốn gốc từ nhiên như meta caolanh hoặc sản phẩm phế thải của công nghiệp như tro bay, xỉ

 Chất kiểm như NaOH, KOH, Ca(OH)2 [13]

Khi cho 2 thành phần chính tác dụng với nhau và tiến hành bảo dưỡng ở nhiệt

độ phòng, vật liệu alumino silicat nhanh chóng hòa tan vào dung dịch kiềm để tạo thành tứ diện SiO4 và AlO4 Trong quá trình phản ứng, nước dần dần tách ra và

những cụm tứ diện SiO4 và AlO4 liên kết nhau bằng nguyên từ oxi và tạo ra những monomer Si-Si và Si-Al ở pha lỏng Quá trình đa trùng ngưng các monomer tạo thành khung mạng alumino silicat 3 chiều Cuối cùng, quá trình sẽ liên kết các hạt

rắn vào mạng geopolymer và đóng rắn toàn bộ hệ thống trong cấu trúc polymer rắn

cuối cùng

2.2 Cơ sở hóa học hình thành Geopolymer từ đất yếu và tro bay

Davidovits (1978) đã sử dụng thuật ngữ geopolymer để giới thiệu loại polymer

vô cơ mới, được tổng hợp từ các khoáng vật thuộc nhóm alumino silicat Thành

phần chủ yếu của geopolymer là các nguyên tố Si2+

, Al3+ và O2- có nguồn gốc từ các khoáng tự nhiên như đất yếu, cao lanh hay sản phẩm từ sản xuất công nghiệp như tro bay, xỉ lò cao, tro trấu

Cấu trúc hóa học vô định hình của geopolymer cơ bản được tạo thành từ mạng lưới cấu trúc những alumino silicat hay còn gọi là poly – sialate Sialte là viết tắt

của Si-O-Al Các cầu nối poly – sialate tạo thành các bộ khung không gian vững

chắc bên trong cấu trúc Khung sialate bao gồm những tứ diện SiO4 và AlO4 được ghép xen kẹp với nhau bằng các nguyên tố oxy Những ion dương như Na+

hay K+

nằm trong các lỗ rỗng nhằm cân bằng điện tích

Công thức thực nghiệm của poly – sialate :

M n [(SiO 2 ) z AlO 2 ] n wH 2 O (2.1) Trong đó:

M – các cation kim loại kiềm hay kiềm thổ

n – mức độ polymer hóa

z = 1, 2, 3 … cao nhất là 32

Khảo sát thực nghiệm tỷ lệ Si/Al, trạng thái poly – sialte [14] bao gồm những

loại sau:

 Khi Si/Al=1: Sialate, poly-sialate (-Si-O-Al-O-) dạng chuỗi hoặc vòng, là kết

quả của quá trình polymer hóa các monome (OH) 3 -Si-O-Al-(OH) 3 sialate) Cấu trúc phân tử của loại sialate này được thể hiện như Hình 2.1

Hình 2.2 Cấu trúc Sialate – siloxo

 Khi Si/Al=2: Sialate-siloxo, poly (sialte-siloxo) (-Si-O-Al-O-Si-O-) được xem

là sản phẩm giữa quá trình kết hợp của ortho-sialate và ortho-silicic, acid

Si(OH) 4 Khi đó, cấu trúc phân tử của sản phẩm tổng hợp sẽ bao gồm 3 loại

và được thể hiện như trong Hình 2.2

 Khi Si/Al=3: Sialate-disiloxo, poly (sialte-disiloxo)(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)

được xem là sản phẩm giữa quá trình kết hợp giữa hai orthosialte và ortho

silicic, acid Si(OH) 4 Hình 2.3 biểu diễn trạng thái liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc của sialate-disiloxo

Hình 2.3 Cấu trúc Sialate – disiloxo

 Khi Si/Al >3: Sialte link, poly (sialate-multisiloxo), loại này gồm một

Si-O-Al nằm giữa hai chuỗi poly (siloxonate), hoặc hai poly (silanol), hoặc poly (sialate) Hình 2.4 thể hiện cấu trúc của sialate link

Hình 2.4 Cấu trúc Sialate link

 Quá trình tổng hợp để tạo thành vật liệu geopolymer được gọi là quá trình geopolymer hóa các nguyên vật liệu alumino silicat ban đầu nhờ vào các dung dịch hoạt hóa kiềm Quá trình hoạt hóa kiềm là một quá trình phức tạp

và cho đến nay vẫn chưa được mô tả một cách rõ ràng Vì vậy, rất khó phân

biệt cũng như khảo sát các bước phản ứng một cách riêng biệt (Palomo et al 1999)

 Sự tạo thành geopolymer có thể được diễn tả bằng một trong hai phản ứng hóa học sau (theo Van Jaarsveld et al 1997; Davidovits 1999)

(Si2O5, Al2O2)n+nSiO2+nH2O n(OH)3 -Si-Al-O-Si-(OH)3

Vật liệu Geopolymer tạo thành là kết quả của quá trình phản ứng hóa học dị thể

phức tạp giữa liên kết Si-Al của vật liệu rắn và dung dịch silicate kiềm mạnh Phản ứng geopolymer là phản ứng tỏa nhiệt và diễn ra dưới áp suất khí quyển tại nhiệt độ dưới 100o

C Mặc dù có nhiều nghiên cứu phản ứng geopolymer trên các nguyên

liệu aluminosilicate khác nhau và phát triển sâu rộng các nguyên liệu geopolymer nhưng cơ chế chính xác diễn ra trong các quá trình geopolymer hóa chưa được hiểu

rõ Cơ chế của quá trình geopolymer hóa được đề xuất bao gồm 4 giai đoạn, các quá trình này xảy ra song song vì vậy rất khó được phân biệt

 Hòa tan Si và Al từ vật liệu aluminosilicate rắn trong dung dịch kiềm mạnh

 Tạo thành các monomer Si-Si hoặc Si-Al ở pha lỏng

 Quá trình đa trùng ngưng các monomer tạo thành khung mạng aluminosilicate 3 chiều

 Liên kết các hạt rắn vào mạng geopolymer và đóng rắn toàn bộ hệ thống trong cấu trúc polymer rắn cuối cùng

Hình 2.5 [15] được sử dụng để mô tả một cách đơn giản nhất quá trình tạo thành

cấu trúc geopolymer:

Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng quá trình hoạt hóa kiềm

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU VỀ QUY TRÌNH CÔNG

NGHỆ HÌNH THÀNH CỌC ĐẤT TRO BAY HOẠT HÓA KIỀM

3.1 Nghiên cứu quy trình hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm

phương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy

 Tro bay được sử dụng là tro bay nhiệt điện Phả Lại (Hình 3.1)

 Tro bay này được xếp vào loại F với các thành phần hóa học như Bảng 3.1:

Bảng 3.1 Phần trăm khối lượng (%) thành phần hóa học của tro bay

Phần trăm khối lượng (%) thành phần hóa học của tro bay

NaOH (Caustic soda) được đóng gói thành từng bao 25kg như trong Hình 3.2

 Sử dụng NaOH khô dạng vảy có độ tinh khiết 99%

 Vảy NaOH được nhập khẩu từ Trung Quốc

 Khối lượng riêng 2.130 g/cm3

 Nồng độ mol pha chế là 10 mol/lít

Hình 3.1 Bao tro bay Phả Lại (loại 1 tấn)

Hình 3.2 Bao vảy NaOH khô (loại 25 kg)

Dung dịch Na2SiO3 được cung cấp theo từng can như trong Hình 3.3 và vận chuyển đến công trường

 Dung dịch Na2SiO3 được sử dụng có tỷ lệ thành phần theo khối lượng là:

Bảng 3.2 Phần trăm khối lượng (%) dung dịch Na2SiO3

Phần trăm khối lượng (%)

 Tỷ lệ SiO2/Na2O ~ 3 : 1

 Khối lượng riêng : 1.45 g/cm3

3.1.1.2 Thiết kế và chuẩn bị cấp phối

Cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm được thi công trong luận văn này sẽ có đường kính 80cm, dài 6m (1m khoan khan qua lớp đất mặt và 5m khoan phụt dung dịch vữa)

Thi ết kế cấp phối

 Khối lượng tro bay: Tham khảo từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, có thể thấy rằng tỷ lệ khối lượng tro bay/(tro bay + đất) lấy bằng 30%, 40% và 50% là rất lớn Khi ra ngoài công trường, thiết kế cấp phối theo hàm lượng này thì dung dịch quá sệt, sau khi xem xét, đơn vị thi công thông báo

rằng không thể thực hiện vì máy bơm không thể bơm được Do đó, trong

luận văn này, khối lượng tro bay thiết kế sẽ được lấy gần giống như cọc xi măng đất là 180 kg/m3

Bảng 3.3 Khối lượng vật liệu để thi công cọc đường kính 80cm, dài 5m

Tro bay (kg) NaOH (kg) Na 2 SiO 3 (lít) Nước (lít)

Chu ẩn bị cấp phối

 Đầu tiên, cần phải lưu ý rằng đây là cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm theo công nghệ geopolymer Do đó, cách pha chế dung dịch vữa không giống như cọc

xi măng đất bình thường Nếu pha chế dung dịch vữa như cọc xi măng đất

bằng cách đưa tro bay vào bồn trộn (xem Hình 3.4), sau đó xả tro bay và đổ dung dịch Na2SiO3 vào bồn khuấy như mô tả trong Hình 3.5, cuối cùng là đổ

vảy xút NaOH vào theo (xem Hình 3.6) thì khi NaOH tác dụng với nước sẽ

xảy ra hiện thượng thăng hoa, phun trào Khi đó, dung dịch trộn trong bồn

chứa sẽ bị phun trào và văng ra xa, kèm theo nhiệt độ rất cao, có thể gây

phỏng và nguy hiểm cho công nhân thi công tại công trường Trong Hình 3.7, các công nhân phải nhanh chóng bơm nước từ bồn chứa vào bồn trộn để

xả hết dung dịch ra ngoài, xúc rửa đường ống, bơm nước làm mát máy bơm

để tránh hư các phốt bằng nhựa

Hình 3.4 Cẩu tro bay lên và đổ vào bồn trộn

Hình 3.5 Xả tro bay và đổ dung dịch Na2SiO3 vào bồn khuấy

Hình 3.6 Đổ vảy NaOH vào bồn khuấy

Hình 3.7 Dung dịch bị phun trào do quá trình thăng hoa của NaOH

 Để pha chế được dung dịch vữa sử dụng để thi công cọc đất tro bay hoạt hóa

kiềm theo công nghệ geopolymer, cần phải tiến hành cẩn thận các bước như sau:

Bước 1: pha chế dung dịch NaOH nồng độ 10 mol/lít trước Khi NaOH tác

dụng với nước, nhiệt độ dung dịch sẽ rất nóng Ngoài hiện trường đo được là

150oC Cần phải pha chế riêng ở trong bồn khuấy như Hình 3.8

Hình 3.8 Pha chế sẵn dung dịch NaOH 10 mol/lít trong thùng, can

Bước 2: đợi dung dịch NaOH giảm nhiệt xuống còn 50o

C thì bắt đầu cho

Na2SiO3 vào và khuấy đều (Hình 3.9) Khoảng thời gian chờ đợi dung dịch NaOH nguội trong bồn khuấy lớn là khoảng 5 tiếng (thực tế ngoài hiện

trường là từ 14h đến 19h) Nếu muốn giảm nhiệt NaOH nhanh thì nên bỏ đá cây vào

Hình 3.9 Đổ dung dịch NaOH nguội còn 50o

C và Na2SiO3 vào bồn khuấy Bước 3: khuấy đều hỗn hợp dung dịch NaOH và Na2SiO3 cho đến khi nhiệt

độ giảm còn 40o

C thì bắt đầu cho tro bay vào (Hình 3.10)

Hình 3.10 Đổ tro bay vào dung dịch NaOH và Na2SiO3Bước 4: khi cho tro bay vào, nhiệt độ sẽ gia tăng do phản ứng Cần phải khuấy liên tục bằng máy trộn cho đến khi nhiệt độ còn 40o

C thì mới được phép bơm (vì nếu nóng quá các phốt của máy bơm lẫn ống dẫn có thể bị

hỏng)

3.1.1.3 Th i công cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm

Trước khi tiến hành bơm, cần phải mời đơn vị thi công đến xem xét và đánh giá

độ sệt của dung dịch chứa trong bồn để coi có phù hợp để có thể bơm hay không vì

nếu không có thể gây tắc ống bơm

Sử dụng máy khoan theo công nghệ trộn ướt

Tại công trường, tốc độ bơm của cọc là 0.5 - 0.7 m/phút

Do đây là cọc thí nghiệm nên tốc độ bơm được điều chỉnh xuống còn 0.3m/phút Trình tự về quá trình thi công được mô tả trong các hình như sau:

 Trong Hình 3.11, máy khoan thay đổi vị trí, di chuyển cần khoan để đưa vào đúng vị trí đã định vị để khoan cọc thử

 Hình 3.12 thể hiện bảng thông số điện tử trong quá trình khoan khi mũi khoan đến cao độ cần phụt hỗn hợp geopolymer

 Kết thúc quá trình khoan, lấy một số mẫu thử như trong Hình 3.13 để về lưu

trữ và kiểm tra trong phòng thí nghiệm

 Cuối cùng, Hình 3.14 thể hiện lỗ khoan cọc thử khi cần khoan được rút hẳn lên, kết thúc quá trình khoan

Hình 3.11 Bắt đầu tiến hành khoan cọc tro bay geopolymer

Hình 3.12 Bảng điện tử thể hiện thông số khi thi công cọc tro bay

Hình 3.13 Lấy một số mẫu hỗn hợp trộn`

Hình 3.14 Lỗ khoan cọc tro bay geopolymer khi hoàn thành

3.2 Kết luận chương

Qua nội dung chương, có thể thấy rằng thi công cọc đất tro bay theo công nghệ geopolymer là hoàn toàn khả thi với những máy móc, thiết bị công nghệ hiện sẵn có trong thực tế Trong đề tài này, công nghệ được sử dụng là công nghệ trộn ướt với máy móc, thiết bị có xuất xứ từ Nhật Bản

Quá trình thi công hình thành cọc đất tro bay theo công nghệ geopolymer có thể được tóm gọn bằng sơ đồ như Hình 3.15:

Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ thi công hình thành cọc đất tro bay geopolymer Trong quá trình thử nghiệm thi công cọc đất tro bay theo công nghệ geopolymer,

có thể rút ra một số nhận xét như sau:

Về ưu điểm:

 Cọc được thi công dễ dàng như cọc xi măng đất truyền thống

 Vật liệu tro bay là vật liệu phế thải nên chi phí hình thành cọc thấp Hơn

nữa, sử dụng tro bay trong thi công được xem là vật liệu xanh, thân thiện môi trường

Về khuyết điểm:

 Thời gian sẽ tốn rất nhiều nếu dung dịch hóa chất không được pha chế

sẵn Đây là vấn đề cần giải quyết nếu muốn đưa vào sản xuất cọc đại trà

Khuấy đều trong bồn trộn

Bơm áp lực

Kiểm soát độ sâu và độ quay

Khoan tạo cọc đất tro bay Geopolymer Kiểm soát lưu lượng

 Nhiệt độ dung dịch hỗn hợp càng cao thì phản ứng càng xảy ra mạnh mẽ

Do đó, nếu muốn dung dịch bơm giữ được nhiệt độ cao thì cần phải có thiết bị như máy bơm, ống bơm phù hợp

CHƯƠNG 4

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Cọc thử chế tạo bằng vật liệu geopolymer sau khi thi công xong sẽ được bảo dưỡng tại công trường như đối với cọc xi măng đất thông thường Sau khoảng thời gian 14 và 28 ngày, tiến hành khoan lõi cọc thử, đưa về phòng thí nghiệm để thực

hiện các thí nghiệm xác định cường độ cọc Từ đó, tổng hợp kết quả để đánh giá sự thay đổi của đất nền trước và sau khi gia cố cọc

4.1 Số liệu địa chất

4.1.1 Tổng quan khu vực khoan khảo sát

Vị trí khu vực khoan khảo sát là đường Lương Định Của, phường An Phú, Quận 2, TPHCM, thuộc đoạn từ đường Trần Não đến đường Nguyễn Thị Định Đây là con đường nằm trong dự án nâng cấp đường Lương Định Của

Khu vực khoan khảo sát có địa hình tương đối bằng phẳng Đó là địa hình đặc trưng

của vùng cù lao Quá trình bồi đắp tích tụ từ sông ngòi tạo thành các bề mặt địa hình khá bằng phẳng

Về đặc điểm địa chất thủy văn, khu vực có 4 phân vị chứa nước chủ yếu:

 Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen

 Tầng chứa nước lỗ hổng Pleistocen

 Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pliocen trên

 Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Pliocen dưới

4.1.2 Điều kiện địa chất công trình

Thực hiện khoan khảo sát 10 hố khoan tại vị trí dự kiến xây dựng công trình Địa

tầng tại các vị trí khảo sát được chia thành các lớp như Bảng 4.1:

 Lớp 1: Đất san lấp cát pha, sét pha lẫn dăm sạn màu xám đen