Nghiên cứu sử dụng đất bauxite và bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia cố với xi măng và tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông nông thôn vùng cao nguyên việt nam

TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu sử dụng đất bauxite và bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia cố với xi măng-tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam.”

CAO NGUYÊN VIỆT NAM

Chuyên ngành: VẬT LIỆU & CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Mã số ngành: 60.58.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 20

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: PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, Ngày … Tháng … Năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

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

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

- -oOo

Tp HCM, ngày…tháng…năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ

Họ và tên học viên: TRẦN NGỌC KIỀU NGA Phái: Nữ

Chuyên ngành: VẬT LIỆU & CÔNG NGHỆ VLXD MSHV: 09190666

Khóa (năm trúng tuyển): 2009

1 TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu sử dụng đất bauxite và bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia

cố với xi măng-tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam.”

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

từ đất và vật liệu phế thải

măng và tro bay

học và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

bằng hỗn hợp đất - bùn thải gia cố với xi măng và tro bay

Kết luận và kiến nghị

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng 06 Năm 2010

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 06 Năm 2011

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Nội dung Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS TS Nguyễn văn Chánh PGS TS Nguyễn văn Chánh

LỜI CẢM ƠN

Quá trình thực hiện và hoàn tất luận văn thạc sĩ cũng như thời gian học tập

và nghiên cứu tại trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đối với tôi là một giai đoạn quan trọng trong sự nghiệp và trong cuộc sống Trong suốt chặn đường này, đồng hành với những nỗ lực cố gắng của bản thân tôi là những yêu thương, những giúp đỡ tận tình và sự chỉ bảo vô cùng quý giá của Thầy Cô, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp

Xin được bày tỏ sự trân trọng và biết ơn sâu sắc đối với Thầy PGS TS Nguyễn Văn Chánh – giảng viên hướng dẫn chính của luận văn, người đã dành thời gian và tâm huyết truyền đạt kiến thức chuyên môn để luận văn được hoàn thành

một cách trọn vẹn

Xin gửi lời cảm ơn sự hợp tác và giúp đỡ của các phòng thí nghiệm chuyên ngành trong quá trình thực hiện luận văn: Phòng thí nghiệm Vật Liệu Xây Dựng, Phòng thí nghiệm Đường Ô Tô – Bộ môn Cầu Đường Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Phòng thí nghiệm Vật liệu Polime – Phòng thí nghiệm trọng điểm Đại học Quốc gia Tp.HCM, Phòng phân tích kính hiển vi điện tử quét – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Tp.HCM, Phòng thí nghiệm của công ty kiểm định Sài Gòn

Một lần nữa, tôi muốn bày tỏ sự cảm mến và trân trọng dành cho Thầy Cô, các bạn sinh viên bộ môn vật liệu xây dựng, cùng với bạn bè, đồng nghiệp và gia đình Xin được biết ơn tất cả vì đã tạo niềm tin và hỗ trợ nhiệt tình trong suốt một thời gian dài thực hiện luận văn

Trân Trọng,

TP HCM, Ngày 30 Tháng 06 Năm 2011

TÓM TẮT

Vật liệu làm đường từ hỗn hợp đất bauxite - bùn thải, kết hợp với xi măng, tro bay được nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết gia cố và ổn định đất Quá trình nghiên cứu thực nghiệm của luận văn dựa trên hai phương pháp nghiên cứu chủ yếu: phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý trong phòng thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu cấu trúc nhằm xác định các tính chất của nguyên liệu và các đặc trưng kỹ thuật của vật liệu

Thí nghiệm tiến hành trên các mẫu thử được chế tạo với các tỷ lệ tro bay, xi măng, đất bauxite và bùn thải khác nhau, để đi đến kết luận về khả năng ứng dụng làm đường của vật liệu Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu và kết luận những ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên liệu thành phần đến các tính chất cơ lý của vật liệu như là: cường độ chịu nén, hệ số mềm hóa, cường độ ép chẻ, module đàn hồi v.v trong điều kiện dưỡng hộ như nhau Mẫu thử được tạo hình theo phương pháp đầm nén proctor cải tiến và được dưỡng hộ trong điều kiện của phòng thí nghiệm Bên cạnh đó, các thí nghiệm trên một số cấp phối đạt yêu cầu kỹ thuật nhằm xác định các thông số thiết kế của vật liệu như: chỉ số CBR, độ chảy rửa kiềm cũng được tiến hành

Từ kết quả thực nghiệm, tác giả đi đến kết luận khả năng làm thay đổi tính dẻo và độ trương nở đất của tro bay, đồng thời cũng nhận thấy cấp phối sử dụng 40% bùn thải thay thế đất bauxite gia cố với 12% tro bay và 8% xi măng có những đặc trưng về độ bền và khả năng đầm chặt cao, đưa vào sử dụng được một lượng lớn bùn thải

ABSTRACT

Road construction material made from a mixture of bauxite soil - mud, combined with cement, fly ash was studied based on the theory of soil stabilization Empirical process of this thesis is based on two main research methods: research methods of physical properties in the laboratory and research methods to identify structural properties of materials and technical characteristics of the material

Experiments conducted on samples made with the percentage of fly ash, cement, soil and mud bauxite different, to come to the conclusion about the applicability of road construction materials In this thesis, the author focus on research and concluded from the effects of ingredients to the mechanical properties

of materials such as compressive strength, water resistance factor, splitting tensile strength, modulus of elasticity etc, in the same curing conditions The sample is formed by the method of Proctor compaction and curing improvements in the conditions of the laboratory In addition, experiments on satisfactory mixture in order to determine the design parameters of materials such as California Bearing Ratio test (CBR), leach rate were also conducted

From the experimental results, the authors concluded the ability to alter the soil plasticity and soil swell potentiality of fly ash, also found that the mixture use 40% bauxite residue mud reinforced with 12%, fly ash and 8% cement shows high durability and high compaction capabilities, moreover, it shows ability to reuse a large amount of waste mud

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thành phần khoáng vật của Bauxite 19

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của Bauxite ở khu vực cao nguyên Việt Nam 20

Bảng 2.3: Thành phần hóa học và phân loại tro bay 28

Bảng 2.4: Thành phần hóa học tiêu biểu của các loại tro bay và xi măng 37 Bảng 3.1: Các chỉ tiêu thí nghiệm xi măng PCB40 Holcim 43

Bảng 3.2: Tính chất cơ lý của tro bay 43

Bảng 3.2: Thành phần hóa học của tro bay theo phương pháp XRF 44

Bảng 3.4: Kết quả giới hạn Atterberg của đất bauxite 45

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm độ trương nở của đất Bauxite 46

Bảng 3.6: Thành phần hạt của đất Bauxite 47

Bảng 3.7: Thành phần hóa của đất bauxite 47

Bảng 3.8: Kết quả quan hệ độ ẩm và dung trọng khô của đất bauxite 49

Bảng 3.9: Thành phần hạt của đất bùn thải 50

Bảng 3.10: Thành phần hóa của bùn thải 51

Bảng 3.11: Bảng cấp phối khảo sát 53

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm thành phần hạt 56

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm chỉ số dẻo 57

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm độ trương nở 59

Bảng 4.4: Kết quả dung trọng khô của vật liệu: 61

Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén 65

Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén 68

Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén 70

Bảng 4.8: Kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ 71

Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm độ hút nước 73

Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm hệ số mềm hóa của vật liệu 74

Bảng 4.11: Kết quả thí nghiệm module đàn hồi 78

Bảng 4.12: Số liệu kết quả thí nghiệm độ chảy rửa kiềm 80

Bảng 4.13: Kết quả thí nghiệm CBR 89

Bảng 5.1: Yêu cầu kỹ thuật của nước….………100

Bảng 5.2: Thiết bị thi công……… 101

Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật của một số loại lu tham khảo……… ……… 106

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Vị trí địa lý Tây Nguyên Việt nam……….1

Hình 1.2: Nhu cầu phát triển giao thông nông thôn vùng cao nguyên……… 2

Hình 1.3: Tình trạng giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt nam………3

Hình 1.4: Sự phân bố trữ lượng Bauxite ở Việt Nam………4

Hình 1.5: Công nghệ khai thác và chế biến Bauxite……… 5

Hình 1.6: Tro bay với trữ lượng lớn đang được thải ra môi trường………6

Hình 1.7: Tro bay được sử dụng để xây dựng mặt đường ở Australia……… 7

Hình 1.8: Thi công gia cố đất bằng tro bay……….8

Hình 1.9: Kết quả gia cố đất bằng tro bay………11

Hình 1.10: Biểu đồ biến dạng khi nén của mẫu gia cố phế thải……… 12

Hình 2.1: Tam giác cấu thành các loại trầm tích tiêu biểu 15

Hinh 2.2: Mặt cắt địa chất điển hình 17

Hình 2.3: Trạng thái vật lý của tro bay 26

Hình 2.4: Phân tích SEM các hình thể dạng cầu của tro bay 27

Hinh 2.5: Khả năng trương nở của khoáng sét trong đất khi gặp nước 32

Hình 2.6: Sự kết tinh của ximăng Portland 35

Hình 2.8: Đường cong đầm nén tiêu biểu theo phương pháp 39

Hình 2.9: Quan hệ giữa độ ẩm và dung trọng cho thấy sự gia tăng của 40

Hình 2.10: Ảnh hưởng của công đầm đến kết cấu đất 41

Hình 2.11: Sự thay đổi khả năng nén theo độ ẩm tạo mẫu 42

Hình 3.1: Thành phần hạt theo phương pháp laser của tro bay 44

Hình3.2: Kết quả phân tích nhiễu xạ X-ray của tro bay 44

Hình 3.3: Đường cong cấp phối hạt của đất Bauxite 47

Hình 3.4: Biểu đồ nhiễu xạ X-ray của đất bauxite 48

Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ độ ẩm và dung trọng khô của đất bauxite 50

Hình 3.6: Đường cong cấp phối hạt của bùn thải 51

Hình 3.7: Biểu đồ nhiễu xạ X-ray của bùn thải 51

Hình 3.8: Lược đồ tóm tắt cơ sở phối trộn……….………….…… 54

Hình 4.1: Biểu đồ phân tích thành phần hạt của hỗn hợp Đất Bauxite – Bùn thải 55

Hình 4.2: Ảnh hưởng của các thành phần đến chỉ số dẻo 58

Hình 4.3: Độ trương nở của vật liệu 59

Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ dung trọng khô – độ ẩm 63

Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ dung trọng khô – độ ẩm 63

Hình 4.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ CKD: (đất-bùn)……… 63

Hình 4.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ Đ:B 64

Hình 4.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ XM: TB đến dung trọng khô của vật liệu 64

Hình 4.9: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ tỷ lệ XM: TB và cường độ chịu nén 66

Hình 4.10: Thí nghiệm nén mẫu vật liệu 67

Hình 4.11: Ảnh hưởng của tỷ lệ Đ:B đến cường độ của vật liệu 69

Hình 4.12: Sự phát triển cường độ theo thời gian 71

Hình 4.14: Ảnh hưởng của tỷ lệ XM:TB……….……… 71

Hình 4.15: Ảnh hưởng của tỷ lệ Đất:Bùn 72

Hình 4.16: Ảnh hưởng của tỷ lệ XM:TB……… 73

Hình 4.17: Ảnh hưởng của tỷ lệ Đất:Bùn 73

Hình 4.18: Ảnh hưởng của tỷ lệ XM:TB đến hệ số mềm hóa của vật liệu 76

Hình 4.19: Ảnh hưởng của tỷ lệ Đ:B đến hệ số Km của vật liệu 77

Hình 4.20: Làm phẳng mặt mẫu và đo kích thước mẫu 77

Hình 4.21: Thí nghiệm xác định Module đàn hồi 78

Hình 4.22: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đối với module đàn hồi 79

Hình 4.23: Ảnh hưởng của tỷ lệ Đ:B đối với module đàn hồi 80

Hình 4.24: Thí nghiệm xác định độ chảy rửa kiềm 81

Hình 4.25: Kết quả thí nghiệm độ chảy rửa của vật liệu 82

Hình 4.26: Chuẩn bị khuôn thí nghiệm CBR………87

Hình 4.27: Dụng cụ thí nghiệm CBR………87

Hình 4.28: Lấy mẫu thí nghiệm CBR 86

Hình 4.29: Tạo mẫu thí nghiệm CBR 87

Hình 4.30: Biểu đồ kết quả theo dõi độ trương nở của các mẫu đầm 88

Hình 4.31: Đo độ trương nở của mẫu 88

Hình 4.32: Biểu đồ quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún 90

Hình 4.33: Biểu đồ quan hệ CBR- độ chặt K 91

Hình 4.34: Nén mẫu thử CBR 91

Hình 4.35: Mẫu thử 8%XM – 12%TB – 40%Đ – 40%B 93

Hình 4.36: Mẫu thử 8%XM – 12%TB – 80%Đ 94

Hình 5.1: Sơ đồ các cấp thiết kế đường giao thông nông thôn……….……… …….97

Hình 5.2: Sơ đồ các tầng lớp của kết cấu áo đường……… 98

Hình 5.3: Thiết bị cày đât………102

Hình 5.4: Thiết bị gạt phẳng đât……… 102

Hình 5.5: Máy rải xi măng……… 103

Hình 5.6: Trộn vật liệu bằng thiết bị cày trộn……….103

Hình 5.7: Tưới nước làm ẩm……….……… 104

Hình 5.8: Đầm chặt bằng thiết bị lu………105

Hình 5.9: Thiết bị lu bánh sắt……… 105

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

ASTM : Tiêu chuẩn Hoa Kỳ (American Society of Testing and Material) TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

GTNT : Giao thông nông thôn

SEM : Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)

MỤC LỤC

Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ

Lời cảm ơn

Tóm tắt i

Danh mục các bảng biểu iii

Danh mục các hình ảnh và đồ thị iv

Danh mục các ký hiệu, viết tắt vii

Mục lục viii

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1 I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

I.1.1 Tình hình giao thông nông thôn cao nguyên Việt Nam 11

I.1.2 Công nghệ sản xuất nhôm phát triển đang thải ra lượng bùn thải lớn 44

I.1.3 Tiềm năng nguồn tro bay 6

I.1.4 Ý nghĩa đề tài nghiên cứu 7

I.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU LÀM ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TỪ ĐẤT VÀ CÁC LOẠI PHẾ THẢI 8

I.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 8

I.2.1.1 Các nghiên cứu gia cố bằng tro bay 8

I.2.1.2 Các nghiên cứu gia cố bằng tro bay và xi măng 12 I.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 12

I.3 KẾT LUẬN 13

I.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 14

I.4.1 Mục tiêu của đề tài 14

I.4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 14

I.4.3 Nhiệm vụ của đề tài 14

CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC 15

II.1 CƠ SỞ KHOA HỌC DỰA TRÊN ĐẶC TRƯNG CỦA NGUYÊN LIỆU 1515

II.1.1 Đất Bauxite 15

II.1.1.1 Nguồn gốc hình thành 15

II.1.1.2 Thành phần khoáng và thành phần hóa học 18

II.1.1.3 Nguyên lý gia cố đất dựa trên đặc trưng của đất 20

II.1.2 Bùn thải từ tuyển quặng Bauxite 24

II.1.2.1 Nguồn gốc 24

II.1.2.2 Quá trình tuyển rửa quặng bauxite 24

II.1.2.3 Đặc trưng tính chất của bùn thải 25

II.1.3 Tro bay 26

II.1.3.1 Tính chất vật lý của tro bay 26

II.1.3.2 Cấu trúc của tro bay 27

II.1.3.2 Thành phần hóa học của tro bay 28

II.2 SỰ RẮN CHẮC CỦA VẬT LIỆU HỖN HỢP DỰA TRÊN CƠ SỞ CÁC NGUYÊN LÝ GIA CỐ 29

II.2.1 Cơ chế gia cố vật liệu bằng tro bay 29

II.2.1.1 Những cơ chế phản ứng chủ yếu 29

II.2.1.2 Ảnh hưởng của tro bay đối với đất được gia cố 31

II.2.2 Cơ chế gia cố vật liệu bằng xi măng 33

II.2.3 Cơ chế gia cố vật liệu bằng tro bay kết hợp với xi măng 36

II.2.3.1 Sự bổ sung thành phần hóa học khi gia cố bằng hỗn hợp XM và TB 36 II.2.3.2 Phản ứng hóa học tạo cường độ 37

II.3 Sự rắn chắc của vật liệu hỗn hợp trên cơ sở đầm chặt 38

II.3.1 Nguyên lý đầm chặt 38

II.3.2 Đường cong đầm nén 39

II.3.3 Tính chất và kết cấu của đất đầm chặt 41

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU 43

III.1 XI MĂNG 43

III.2 TRO BAY 43

III.2.1 Tính chất cơ lý của tro bay 43

III.2.2 Thành phần hạt 44

III.2.3 Thành phần hóa học 44

III.3 ĐẤT BAUXITE 45

III.3.1 Chỉ số dẻo 45

III.3.2 Độ trương nở 46

III.3.3 Thành phần hạt 47

III.3.4 Thành phần hóa học 47

III.3.5 Thành phần khoáng 48

III.3.6 Dung trọng khô và độ ẩm đầm chặt của đất Bauxite 48

III.3.6.1 Thí nghiệm đầm nén Proctor theo phương pháp cải tiến 48

III.3.6.2 Kết quả dung trọng khô và độ ẩm đầm chặt của đất Bauxite 49

III.4 BÙN THẢI 50

III.4.1 Thành phần hạt 50

III.4.2 Thành phần hóa học 51

III.4.3 Thành phần khoáng của bùn thải 51

III.5 CƠ SỞ LỰA CHỌN CÁC CẤP PHỐI THÍ NGHIỆM 52

III.5.1 Cơ sở phối trộn nguyên vật liệu 52

III.5.2 Bảng cấp phối khảo sát 53

CHƯƠNG IV : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TỪ ĐẤT BAUXITE VÀ BÙN THẢI GIA CỐ VỚI XI MĂNG - TRO BAY VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG NGUYÊN LIỆU 55

IV.1 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN PHỐI TRỘN ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA HỖN HỢP ĐẤT……… 55

IV.1.1 Thành phần hạt của hỗn hợp đất 55

IV.1.2 Chỉ số dẻo của đất 57

IV.1.3 Độ trương nở của đất 58

IV.2 NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU HỖN HỢP TỪ XI MĂNG – TRO BAY – BÙN THẢI VÀ ĐẤT BAUXITE 60

IV.2.1 PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU 60

IV.2.2 DUNG TRỌNG KHÔ CỦA VẬT LIỆU 61

IV.2.3 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 65

IV.2.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ XM:TB đến cường độ chịu nén 65

IV.2.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ Đ:B đến cường độ chịu nén 6868

IV.2.3.3 Sự phát triển cường độ theo thời gian 70

IV.2.4 CƯỜNG ĐỘ ÉP CHẺ 71

IV.2.5 ĐỘ HÚT NƯỚC 73

IV.2.6 HỆ SỐ MỀM HÓA 74

IV.2.7 MODULE ĐÀN HỒI 77

IV.2.8 ĐỘ CHẢY RỬA 80

IV.2.9 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) CỦA HỖN HỢP VẬT LIỆU TRO BAY-XI MĂNG-BÙN THẢI 82

IV.2.10 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU HỖN HỢP TỪ XI MĂNG – TRO BAY – BÙN THẢI VÀ ĐẤT BAUXITE 92

IV.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 95

CHƯƠNG V: QUY TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN BẰNG VẬT LIỆU ĐẤT BAUXITE VÀ BÙN THẢI GIA CỐ VỚI XI MĂNG VÀ TRO BAY 96

V.1 Tổng quan quy mô kỹ thuật đường giao thông nông thôn 96

V.1.1 Quy mô kỹ thuật 96

V.1.2 Tiêu chuẩn kỹ thật vật liệu làm đường giao thông nông thôn 9797

V.2 Quy trình thi công vật liệu đất – bùn thải gia cố bằng xi măng và tro bay 98

V.2.1 Vật liệu 98

V.2.1.1 Đất bauxite và bùn thải 98

V.2.1.2 Xi măng 99

V.2.1.3 Tro bay 99

V.2.1.4 Nước 99

V.2.2 Công nghệ thi công đường giao thông nông thôn bằng vật liệu đất bauxite và bùn thải gia cố với xi măng và tro bay 100

V.2.2.1 Công tác chuẩn bị 100

V.2.2.2 Nội dung các bước thi công 101

V.2.3 Kiểm tra chất lượng lớp gia cố 107

KẾT LUẬN CHUNG 109

KIẾN NGHỊ 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ………….……… 111

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ……… ……… … 114

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

I.1.1 Tình hình giao thông nông thôn cao nguyên Việt Nam

Nằm ở phía tây và tây nam nước ta, trên cao nguyên, vùng cao nguyên Việt Nam nói chung và Tây Nguyên nói riêng là nơi đặc biệt quan trọng đối với việc phát triển kinh tế – xã hội, quốc phòng – an ninh của đất nước Tây Nguyên gồm năm tỉnh: Gia Lai, Kon Tum, Đắc Lắc, Đắc Nông và Lâm đồng, có diện tích tự nhiên 56.119 km2, chiếm 16,95% diện tích của cả nước Dân số gần triệu người với 47 dân tộc anh em cùng chung sống và là vùng đất giàu tiềm năng, với thế mạnh của vùng cây công nghiệp xuất khẩu như cà phê, hồ tiêu, cao su Ngoài những đặc điểm trên, Tây Nguyên còn là nơi hội tụ của nhiều dân tộc anh em, từng ngày hình thành một nền văn hóa dân tộc đa dạng, phong phú với những nét văn hóa đặc sắc riêng

Tây Nguyên hàng năm vẫn được nhà nước quan tâm đầu tư xây dựng với nguồn vốn lớn, tuy nhiên do điều kiện giao thông chưa đáp ứng yêu cầu phát triển nên tốc

độ phát triển của Tây nguyên vẫn chưa theo kịp các đô thị khác Ngày nay, các vùng cao mước ta vẫn đang đối mặt với nhiều khó khăn, thách thức trong quá trình xây dựng để có thể trở thành một trong những trung tâm quan trọng về vị trí chính trị, xã hội và kinh tế

Hình 1.1: Vị trí địa lý Tây Nguyên Việt nam

Hạn chế lớn nhất của các tỉnh Tây Nguyên trong việc thu hút đầu tư đó chính là

hạ tầng cơ sở và yếu tố nhân lực Trong đó, hạ tầng giao thông là một trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất Nhưng trên thực tế, mạng lưới giao thông đường

bộ vẫn chưa hoàn thiện, nhiều đoạn đường vẫn đang trong tình trạng xấu, chưa đảm bảo được sự thuận lợi cho các phương tiện vận chuyển hàng hóa, nhất là phục vụ cho các dự án đầu tư lớn

Nhìn bao quát toàn thể hệ thống giao thông vùng cao, giao thông nông thôn ở cao nguyên được kết nối với các trục đường quốc lộ, tỉnh lộ, trung tâm hành chính huyện… tạo thành hệ thống giao thông liên hoàn liên quan trực tiếp đến đời sống kinh tế, văn hoá xã hội của gần 76,5% dân số và 73% lực lượng lao động xã hội của

cả nước ở khu vực nông thôn, miền núi

Hình 1.2: Nhu cầu phát triển giao thông nông thôn vùng cao nguyên

Nông thôn cao nguyên sẽ có thể đổi mới, giàu có, văn minh nếu được phát triển toàn diện cùng với một hệ thống giao thông nông thôn hoàn thiện và bền vững Bởi

có phát triển giao thông nông thôn cao nguyên thì hàng hóa mới lưu thông, cải thiện được cơ cấu sản xuất; thu hút đầu tư, kỹ thuật, công nghệ và nâng cao trình độ dân trí, v.v… góp phần quan trọng để thực hiện các chiến lược làm thay đổi bộ mặt nông thôn, vùng dân tộc thiểu số và miền núi của nhà nước Việc rút ngắn khoảng cách giữa thành thị với nông thôn, giữa miền núi với đồng bằng là một phần quan trọng gắn liền với sự phát triển và hoàn thiện của hệ thống giao thông ở vùng cao của đất nước

Hiện nay, cả nước có 172.437 km đường giao thông nông thôn miền núi trong

đó đường huyện khoảng hơn 42.000 km và đường xã khoảng 130.000 km Như vậy

về đường bộ, giao thông nông thôn miền núi chiếm tới 80% tổng mạng lưới đường

bộ toàn quốc Trong tổng số 172.437 km đường giao thông nông thôn, chỉ có 0,56% mặt đường bê tông nhựa, 7,2% mặt đường nhựa, 42,9% mặt đường cấp phối, còn lại

là đường đất, chiếm 49,2% Vấn đề đầu tư và phát triển ở khu vực này của đất nước trở nên vô cùng cấp thiết

Một đoạn QL14C trên tỉnh Gia Lai

Hình 1.3: Tình trạng giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt nam

Hơn nữa, nhìn ở gốc độ khác Tây Nguyên nói riêng còn là một trong những địa bàn thuộc khu vực Tam giác phát triển Campuchia - Lào - Việt Nam, nhưng hệ thống giao thông liên kết giữa các trung tâm kinh tế trong khu vực chưa hoàn thiện

Vì vậy, để thúc đẩy sự giao lưu phát triển kinh tế - xã hội, thì việc đầu tư cơ sở hạ tầng giao thông sẽ mở ra nhiều cơ hội, góp phần quan trọng trong việc giao lưu phát triển kinh tế - xã hội

Kết luận: Vấn đề phát triển giao thông vùng cao Việt Nam đang là vấn đề cấp

thiết đòi hỏi nhiều kế hoạch đầu tư nghiên cứu quy mô Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ trong vấn đề giao thông ở cao nguyên: xây dựng những con đường nông thôn bền vững để cải thiện điều kiện đi lại của nhân dân vùng cao, hy vọng sẽ rút ngắn sự chênh lệch phát triển giữa nông thôn ở cao nguyên Viêt Nam và các trung tâm kinh tế khác của đất nước

I.1.2 Công nghệ sản xuất nhôm phát triển đang thải ra lượng bùn thải lớn

Bauxite là một trong những khoáng sản phổ biến trên bề mặt trái đất để chế biến thành nhôm kim loại và là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản có trữ lượng lớn của Việt Nam Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất chưa đầy đủ, ở nước ta khoáng sản Bauxite phân bố rộng từ Nam đến Bắc với trữ lượng khoảng 5,4

tỷ tấn quặng nguyên khai, tương đương với 2,3 tỷ tấn quặng tinh; tập trung chủ yếu

ở Tây Nguyên -Đăk Nông, Lâm Đồng [1]

Theo báo cáo “Tổng quan về tài nguyên quặng Bauxite và quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng Bauxit giai đoạn 2007-2015 có xét đến năm 2025” của Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam và các cơ quan chịu trách nhiệm chính trong việc đầu tư thực hiện quy hoạch Bauxite tại Tây Nguyên thì đến năm 2015, Việt Nam sẽ sản xuất từ 6,0-8,5 triệu tấn Alumin và 0,2-0,4 triệu tấn Nhôm Tại vùng Tây Nguyên sẽ xây dựng 6 nhà máy Alumin, 1 nhà máy điện phân nhôm, 1 đường sắt khổ đơn dài 270 km, rộng 1,43m từ Đăk Nông đến Bình Thuận và 1 cảng biển chuyên dụng công suất 10 - 15 triệu tấn tại Bình

Hình 1.4: Sự phân bố trữ lượng Bauxite ở Việt Nam

Thuận Đến năm 2025 sẽ xây dựng và nâng công suất của 7 nhà máy Alumin, 2 nhà máy điện phân nhôm, 1 đường sắt khổ đôi rộng 1,43 mét và 1 cảng biển công suất

25 - 30 triệu tấn để sản xuất từ 12-18 triệu tấn alumin/năm Tổng đầu tư cho toàn bộ chương trình này đến năm 2025 ước khoảng 20 tỷ USD Nhà máy Alumin tại Bảo Lộc – Lâm Đồng đã khởi công xây dựng (tháng 7/2008) với công suất 600.000 tấn/năm Nhà máy Alumin Nhân Cơ – Đắc Nông cũng được triển khai với công suất tương tự [1]

Hình 1.5: Công nghệ khai thác và chế biến Bauxite[1]

Trong tình hình đó, khi mà sự phát triển của nền công nghiệp nhôm ở Việt Nam đang trở nên mạnh mẽ, hứa hẹn nhiều lợi ích kinh tế cho đất nước, chúng ta cũng không thể bỏ qua những hệ quả đi kèm, đặc biệt là khi nó có liên quan đến vấn đề dân sinh và môi trường Như đã biết, để sản xuất Alumina, nhiều nhà đầu tư đã sử dụng phương pháp Bayer với quy trình công nghệ phức tạp (gồm 5 giai đoạn) Chất

thải chính của quá trình sản xuất Alumin là bùn thải và bùn đỏ [2]

Như vậy, khi nền công nghiệp sản xuất nhôm càng phát triển thì lượng sản

phẩm phụ đi kèm như bùn thải và bùn đỏ cũng ngày càng tăng lên Và nếu không

được xử lý hoặc có những phương hướng tái sử dụng hợp lý thì lượng sản phẩm phụ này có thể sẽ tạo nên gánh nặng về mặt môi trường

I.1.3 Tiềm năng nguồn tro bay

Ở nhiều nước trên thế giới, như Mỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc…, sản phẩm phụ của công nghiệp đốt than có rất nhiều ứng dụng Theo Hiệp hội Tro Than Mỹ (ACAA), vào năm 2003 đã có hơn 121 triệu tấn tro than thải ra, bao gồm: 70 triệu tấn tro bay, còn lại là các loại tro khác Theo ước lượng, có khoảng 46.3 triệu tấn tro trong năm 2003 được tái sử dụng trong nhiều chương trình tận dụng vật liệu, trong

đó có khoảng 58% là tro bay

Ở Mỹ, sản lượng tro bay vẫn tăng đều kể từ năm 1981 đến năm 2004 (hình 1.7) Theo các số liệu ghi nhận trên biểu đồ, lượng tro bay tái sử dụng đang dần tăng lên

từ 10 triệu tấn vào năm 1981 lên đến 25 triệu tấn vào năm 2004 Và cho đến nay, ngày càng có nhiều chương trình tái sử dụng đã và đang được ACAA xúc tiến nhằm khuyến khích việc tận dụng tro bay nói riêng và các loại tro thải khác nói chung [5] Hiện nay tại Mỹ hàng năm có hơn 131 triệu tấn tro bay được sản xuất từ 460 triệu tấn chất đốt than Và theo một cuộc khảo sát vào năm 2008 thì có 43% trong số đó được tái sử dụng

Hình 1.6: Tro bay với trữ lượng lớn đang được thải ra môi trường [21]

Hình 1.7: Sản lượng và tình hình tận dụng tro bay ở Mỹ, 2005 [5]

Tại Việt Nam, riêng nhà máy Nhiệt điện Phả lại, trữ lượng thải ra khoảng 1 triệu tấn/năm và dự kiến đến năm 2015, tổng trữ lượng thải ra của các nhà máy nhiệt điện đốt than lên tới 5 triệu tấn/năm Như vậy, phải sử dụng một diện tích khá lớn ao hồ, đất canh tác nông nghiệp để làm diện tích chứa lượng phế thải này Với thành phần hạt có trọng lượng nhẹ, kích thước hạt rất nhỏ nên tro xỉ có thể bay tự do trong không khí, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống, sinh hoạt của nhân dân Hiện nay, lượng tro bay được đưa vào tái sử dụng lại là rất ít, phần lớn còn lại có thể là nguyên nhân của các vấn đề môi trường

I.1.4 Ý nghĩa đề tài nghiên cứu

Khi công nghiệp phát triển, kèm theo là sự gia tăng của một số loại chất thải và sản phẩm phụ ngày càng nhiều, điều này đang làm cho mối quan ngại về vấn đề môi trường ngày càng lớn Về việc xử lý các loại vật liệu thải, có hai xu hướng chủ yếu:

xử lý tiêu hủy hoặc tận dụng chúng để mang lại lợi ích kinh tế Hiện nay, vấn đề xử

lý phế thải đang trở nên quá tải, vì vậy mà xu hướng tận dụng chúng để làm ra các loại vật liệu mới, mang lại giá trị sử dụng cao hơn đang là mục tiêu của nhiều đề tài nghiên cứu Sử dụng phế thải công nghiệp để sản xuất vật liệu xây dựng có thể cung cấp nguyên vật liệu cho công tác xây dựng, đồng thời cũng là một giải pháp xử lý chất thải một cách hiệu quả Chính vì vậy, tác giả luận văn mong muốn kết hợp hai mục tiêu vừa tận dụng được các sản phẩm phế thải, giải quyết vấn đề môi trường,

vừa góp một phần trong sự phát triển giao thông nông thôn vùng cao nguyên, mà trước hết là góp phần phát triển xây dựng đường giao thôn ở những nơi sản sinh nguồn phế thải

I.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU LÀM ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN TỪ ĐẤT VÀ CÁC LOẠI PHẾ THẢI

I.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

I.2.1.1 Các nghiên cứu gia cố bằng tro bay

Theo [16], Peerapong Jitsangiam đã sử dụng hỗn hợp vật liệu, trong đó thành phần chủ yếu là bùn thải để nghiên cứu và đánh giá tính chất cơ lý đặc trưng cho vật liệu làm đường Trong nghiên cứu này ông đã sử dụng thêm vôi và tro bay loại F với hàm lượng thay đổi từ 20-40% để khảo sát các mục tiêu cơ lý như cường độ, khối lượng thể tích khô, mô đun đàn hồi…Nghiên cứu đi đến kết luận rằng, vật liệu

từ bùn thải nếu được gia cố thêm tro bay, vôi với tỷ lệ hợp lý sẽ có được những đặc trưng về độ bền nén, độ biến dạng… thích hợp cho xây dựng đường giao thông Theo [9], cho đến năm 2008 có nhiều dự án xây dựng đường giao thông sử dụng một lượng lớn tro bay Điển hình là dự án Northern Hume Alliance, Coolac Bypass, Hume Highway Southern Alliance, đã sử dụng hơn 70 000 tấn tro bay để xây dựng các tuyến đường lớn Trong đó, lượng tro dùng cho lớp nến là 160kg/m3, cho lớp mặt là 80 kg/m3

Hình 1.8: Tro bay được sử dụng để xây dựng mặt đường ở Australia [9]

Tro bay là loại vật liệu có rất nhiều ứng dụng trong xây dựng đường giao thông

và cho đến hôm nay, những ứng dụng đó đang ngày một tăng lên, phát triển theo nhiều hướng mới Những ứng dụng của tro bay trong xây dựng đường giao thông đã

từng được biết đến như: Kết hợp với xi măng Portland để làm bêtông, dùng trong gia cố nền đường, dùng trong vật liệu đắp gia tải, dùng trong cải tạo đất tại chỗ, dùng trong vật liệu làm mặt đường Asphalt

Hình 1.9: Thi công gia cố đất bằng tro bay [5]

Theo [4], năm 2005, tro bay được sử dụng với hàm lượng 10-20% cho công tác gia cố nhiều loại đất khác nhau tại Iowa Kết quả cho thấy tro bay có ảnh hưởng đến rất nhiều đặc trưng cơ lý của các loại đất đươc gia cố Cũng theo tài liệu này, việc

sử dụng tro bay đã mang lại những kết quả sau:

o Khi có sử dụng tro bay với hàm lương như trên, dung trọng khô sau khi đầm chặt của vật liệu tăng lên và độ ẩm tạo hình tối thuận giảm xuống

o Cường độ của vật liệu đất-tro bay phụ thuộc vào thời gian, nhiệt độ dưỡng hộ, năng lượng tạo hình

o Tro bay có tác động đến trạng thái của vật liệu, nó giúp cho vật liệu đạt được một cường độ ban đầu nhất định, điều này có lợi cho công tác thi công trong điều kiện ẩm ướt và nến đất không ổn định

o Vật liệu đất-tro bay thể hiện tính bền trong điều kiện đóng băng và tan băng nhiều hơn

 Một số nghiên cứu khác cũng cho thấy sự có mặt của tro bay có những ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng cơ lý của vật liệu làm đường:

Năm 1988, công trình xây dựng đường đua Heartland Park Race Track ở Topeka, Kansas đã sử dụng loại tro bay có hàm lượng Ca(OH)2 trong khoảng 28% đến 33% cho lớp nền đường Hàm lượng tro bay được nghiên cứu tăng dần từ 14%,

16% và 18% Sau đó, căn cứ vào khả năng đầm nén và cường độ, dự án đã chọn tro bay với hàm lượng tối ưu là 16% trong điều kiện công tác đầm nén kéo dài dưới 2 giờ Và với độ ẩm khoảng 0- 4%, vật liệu có thể đạt được cường độ cao nhất có thể Lớp đất nền dùng tro bay dày 12 inch, được hoàn tất vào cuối tháng 12 năm 1988 Nhiệt độ vật liệu được theo dõi rất khắt khe trong suốt quá trình xây dựng Có những nơi nhiệt độ xuống dưới 4.4oC, vật liệu vẫn giữ được sự ổn định Cho đến năm 1992, tức là sau 4 năm sử dụng, mặt đường đua được xác định là vẫn ở trong tình trạng rất tốt [4]

Theo [13], Parsons và Kneebone sử dụng 12-16% tro bay để gia cố gia cố cho ba loại đất khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng 16% tro bay sẽ cho cường độ cao hơn và dung trọng khô sau khi đầm nén thấp hơn Bên cạnh đó tác giả cũng đã lưu ý những kết quả sau:

o Sử dụng tro bay làm giảm sự thay đổi thể tích Bởi vì, bản thân nó cũng ít co ngót thay trương nở khi gặp nước Ngoài ra thành phần CaO trong tro bay thông qua quá trình trao đổi ion sẽ làm giảm ái lực giữa các hạt sét trong đất và nước (Ferguso và Levorson, 1999)

o Sử dụng tro bay làm tăng cường độ của đất Cường độ ban đầu của mẫu thử cao do tác dụng của quá trình đầm nén

Theo [23], năm 2010, một nghiên cứu về sự thay đổi các tính chất của đất khi gia cố bằng tro bay được tiến hành Nghiên cứu khẳng định loại đất khảo sát ban đầu có những tính chất bất lợi như cường độ thấp, tính dẻo và tính thấm hút nước cao và có xu hướng giữ nước, duy trì độ ẩm tự nhiên khá cao, tuy nhiên trong quá trình gia cố, một số tính chất đặc trưng đó đã thay đổi đáng kể Theo tác giả, trước

đó, hầu hết các phương pháp gia cố phổ biến để nâng các tinh chất cơ lý của đất đều dựa trên cơ sở chỉ sử dụng xi măng, nhưng kết quả nghiên cứu đã cho thấy nhiều tính chất bất lợi của đất đã được cải thiện nhiều hơn bằng tro bay Nghiên cứu đã đi đến một số kết luận như sau:

o Gia cố bằng tro bay làm giảm độ co ngót tuyến tính (LS) từ 9.5% xuống 0%, tương ứng, hàm lượng tro bay tăng dần từ 2.9% đến 20% Chỉ số dẻo của đất cũng giảm khi tăng hàm lương tro bay

o Dung trọng khô của đất có sử dụng tro bay thấp hơn so với đất tự nhiên Tuy nhiên độ ẩm tạo hình tối thuận của các mẫu thử có sử dụng tro bay đều cao hơn so với đất tự nhiên

o Gia cố đất bằng tro bay làm tăng độ pH của đất từ 6.67 lên đến 9.20, do quá trình hòa tan các oxide trong tro bay làm gia tăng hàm lượng các hydroxide

Hình 1.10: Kết quả gia cố đất bằng tro bay [23]

I.2.1.2 Các nghiên cứu gia cố bằng tro bay và xi măng

Theo [20], người ta đã từng nghiên cứu sử dụng xi măng – tro bay để gia cố cho vật liệu phế thải, nhằm tăng cường độ một số tính chất cơ lý cho vật liệu đắp

Tỷ lệ xi măng: tro bay: phế thải được thay đổi với nhiều giá trị để thử nghiệm Trong đó tỷ lệ phối hợp 1:2:8 cho kết quả cường độ chịu nén đạt 2 Mpa sau 90 ngày rắn chắc, chi phí tiết kiệm được 20-30% so với vật liệu tương tự gia cố hoàn toàn bằng xi măng

Hình 1.11: Biểu đồ biến dạng khi nén của mẫu gia cố phế thải: 1) Mẫu gia cố với tro bay – xi măng sau 90 ngày, 2) Mẫu gia cố với xi măng sau 90 ngày rắn chắc

Theo [24], Amu đã kết luận việc gia cố đất bằng xi măng kết hợp với sự có mặt của tro bay sẽ làm tăng khả năng ổn định của xi măng đối với đất, đặc biệt là đất có độ trương nở lớn Nghiên cứu của tác giả dựa trên sự so sánh những mẫu thử gia cố 12% xi măng, không dùng tro bay với các mẫu thay thế 3% xi măng bằng 3% tro bay Kết quả cuối cùng cho thấy rằng mẫu có sử dụng 3% tro bay kết hợp với 9% xi măng đạt được những tính chất như dung trọng khô lớn nhất, độ ẩm tối thuận, sức chịu tải (CBR) tốt hơn mẫu đối chứng

I.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Trong bài báo 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 [22], tác giả đã kết luận việc sử dụng tro bay trong xây dựng đường đã được nghiên cứu bước đầu và chưa được ứng dụng nhiều trong sản xuất, tuy nhiên, trong nghiên cứu về đất gia cố nếu dùng tro bay thì đất gia cố 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

Theo [21], một số kết quả nghiên cứu gia cố nguồn vật liệu đất tại chỗ bằng

xi măng tro bay làm áo đường giao thông tại tỉnh Tây Ninh cho thấy: khi gia cố bằng xi măng tro bay, các giá trị đặc trưng cơ học của đất như cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ và mô đun đàn hồi tăng lên đáng kể, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của vật liệu sử dụng làm kết cấu áo đường, thay thế cho kết cấu áo đường từ

đá dăm và đất sỏi đỏ truyền thống Mẫu đất gia cố hàm lượng xi măng thấp nhất là 4% đạt cường độ 42.54 kG/cm2 sau 28 ngày, so với mẫu chưa gia cố, cường độ chỉ đạt 23.49 kG/cm2 Cường độ ép chẻ 5.01 kG/cm2, mô-đun đàn hồi đạt 9338 kG/cm2

Theo [19], năm 2009, PGS TS Nguyễn Văn Chánh đã công bố kết quả nghiên cứu vật liệu hỗn hợp từ tro bay theo một hướng khác Nghiên cứu được thực hiện có sử dụng tro bay, bùn thải và đất bauxite dựa trên cơ sở khoa học vật liệu geopolymer Nghiên cứu đi đến kết luận khả năng chịu nén và độ bền nước của loại vật liệu hỗn hợp này được nâng cao đáng kể “Loại vật liệu hỗn hợp này thể hiện những tính năng tốt cho việc sử dụng làm mặt đường giao thông: Độ bền của đường cao hơn” Cường độ đạt 120-160 kG/cm2, độ bền nước 0.8-0.9 Như vậy, tro bay ngày càng được biết đến như một loại vật liệu có nhiều ứng dụng, tuy nhiên, vật liệu geopolymer tro bay ở Việt Nam vẫn chưa được phổ biến và ứng dụng rộng rãi mặc

dù về mặt lý thuyết, nó đã được biết đến từ rất lâu Hơn nữa vấn đề nghiên cứu sử dụng loại vật liệu này để xây dựng công trình giao thông tại Việt Nam lại càng trở nên mới mẻ trên thực tế

I.3 KẾT LUẬN

 Chế tạo vật liệu xây dựng nói chung và vật liệu xây dựng đường giao thông nói riêng từ các loại nguyên liệu phế thải như tro bay và bùn thải nhằm giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường hiện đang là một yêu cầu thực tiễn, và đã trở thành tiền đề cho mục tiêu nghiên cứu của luận văn bên cạnh mục tiêu hướng đến

sự phát triển bền vững của hệ thống giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam

 Qua quá trình tìm hiểu và tham khảo kết quả của các công trình nghiên cứu

đã được thực hiện trong và ngoài nước, tác giả luận văn nhận thấy khả năng đưa vào

sử dụng vật liệu phế thải như tro bay và bùn thải trong xây dựng đường giao thông

đã và đang có khuynh hướng phát triển đa dạng, có tính khả thi cao

I.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

I.4.1 Mục tiêu của đề tài:

“ Nghiên cứu sử dụng đất bauxite và bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia cố với

xi măng-tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam.”

I.4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Luận văn tiến hành nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và kết luận dựa trên hệ

nguyên vật liệu như sau:

o Tro Bay từ nguồn của nhà máy nhiệt điện Formosa, Đồng Nai

o Xi măng PCB40

o Bùn thải từ tuyển quặng Bauxite ở Lâm Đồng

o Đất Bauxite ở Lâm Đồng

I.4.3 Nhiệm vụ của đề tài :

a Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu làm đường giao thông nông thôn từ đất và vật liệu phế thải

b Nghiên cứu cơ sở khoa học gia cố hỗn hợp đất bauxite - bùn thải bằng xi măng, tro bay

c Nghiên cứu tính chất của nguyên liệu tro bay, bùn thải và đất bauxite

d Nghiên cứu các tính chất cơ lý của vật liệu hỗn hợp dựa trên cơ sở khoa học và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

e Nghiên cứu quy trình thi công vật liệu làm đường giao thông nông thôn bằng hỗn hợp đất bauxite- bùn thải gia cố với xi măng và tro bay

CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC

II.1 CƠ SỞ KHOA HỌC DỰA TRÊN ĐẶC TRƯNG CỦA NGUYÊN LIỆU II.1.1 Đất Bauxite

II.1.1.1 Nguồn gốc hình thành

“Bauxite” là danh từ do nhà khoa học Berthier dùng để gọi tên một loại đá màu nâu đỏ trong trầm tích mezozoi ở vùng Les Baux miền đông nước Pháp Bauxite thường có màu nâu, đỏ, vàng, xám phớt lục, cấu tạo hạt đậu, trứng cá, kết hạch, cuội kết, dạng đất, v.v…[11]

Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn: Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt, làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi

sự rửa trôi của nước ngầm, xói mòn và tái tích tụ bauxite

Hình 2.1: Tam giác cấu thành các loại trầm tích tiêu biểu

(Mason, 1967và Turekian 1968)

Sự tổ hợp của 3 thành phần chủ yếu là calcium carbonate hay magnesium carbonate, khoáng sét và silica tạo nên các sản phẩm trầm tích khác nhau Ta thấy laterite và bauxite là những trầm tích ở gốc trái của tam giác cấu thành có chứa nhiều sắt và nhôm Trong khi đó sa thạch và đá phiến cũng là một loại đất đá trầm tích nhưng được cấu thành từ chủ yếu là silica và trong nhiều trường hợp là quazrt

Về thành phần khoáng vật và hóa học thì laterite và bauxite không khác nhau nhiều Laterite có chứa lượng nhôm ít hơn, trong khi bauxite là loại đá giàu nhôm,

là loại quặng nhôm có giá trị công nghiệp Tuy nhiên, xét về mặt nguồn gốc và đều kiệu thành tạo, laterite và bauxite hoàn toàn khác nhau Nếu như laterite chủ yếu là tàn dư của phong hóa hóa học hiện đại và thành tạo trong những điều kiện nhất định, thì bauxite lại được thành tạo trong những điều kiện khác nhau Có loại bauxite thành tạo giống như laterite, do kết quả của quá trình phong hóa hóa học các

đá kết tinh giàu khoáng vật aluminosilicat Song nhiều mỏ bauxite không có cấu trúc như vậy, chúng không phân đới và cũng không nằm trên đá kết tinh mà trên mặt bào mòn của đá vôi Điều đó dẫn đến nhiều giả thuyết khác nhau về nguồn gốc

và điều kiện thành tạo của bauxite Tuy nhiên, nhìn chung, có hai con đường chính dẫn đến sự thành tạo bauxite:

(a) Bauxite là sản phẩm tàn dư của quá trình phong hóa hóa học các đá giàu khoáng vật aluminosilicat (kiểu laterite – bauxite) Quá trình này xảy ra ở vùng khí hậu nhiệt đới hay cận nhiệt đới, tuổi trẻ, thành phần chưa bị biến đổi, chủ yếu là bauxite gibbsit

(b) Bauxite là sản phẩm tái trầm tích của vỏ phong hóa laterite cổ, có thể lắng đọng trong các hồ lục địa (đi với sét than) hoặc trầm tích ven biển Kiểu này thường gặp ở các miền trầm tích cổ, các lớp bauxite nằm ngay trên bề mặt bào mòn, là loại bauxite boehmite – diaspore

Bauxite ở Việt Nam: Về mặt địa chất, lãnh thổ Việt nam nằm ở phần trung tâm

Đông Nam Á, thuộc mảng thạch quyển Á – Âu có lịch sử phát triển địa chất lâu dài, lại nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, có điều kiện thuận lợi cho sự hình thành khoáng sản như Bauxite Ở Việt Nam, bauxite phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn và Tây nguyên Căn cứ theo nguồn gốc, các mỏ bauxite

có thể chia làm hai nhóm:

(a) Kiểu trầm tích biển khá phổ biến ở miền đông bắc Bắc Bộ (hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn…), miền tây Nghệ An, miền trung lưu sông Đà Phần lớn bauxite thuộc kiểu này thường có tuổi cổ, chúng nằm trên mặt bào mòn của đá vôi có tuổi

cổ hơn Thành phần biến đổi mạnh, kiểu boehmite – diaspore, coridon, ngoài ra còn chứa nhiều khoáng vật khác: kaolinit, hematit, clorit

(b) Bauxite tàn tích vỏ phong hóa là sản phẩm tàn dư của vỏ phong hóa hiện đại xảy ra trong đá bazan kainozoi hoặc là sản phẩm phong hóa hóc học của bazan kainozoi, kiểu bauxite gibbsit, đặc biệt rất phổ biến ở Nam Trung Bộ (Lâm Đồng, Đaklak)

Ở Tây Nguyên, cách đây hơn 10 triệu năm đã có núi lửa phun trào, hình thành

đá basalt Hàng triệu năm qua các quá trình phong hóa, các đá basalt đã thành laterite bauxite (chủ yếu là Gibbsite) Ở đây, bauxite có thân quặng dăm, cuội dung

nham chứa bauxit dạng cột, dạng phễu và dạng dòng chảy phủ lên đá bazan và các

trầm tích cổ hơn Phần trên mặt lộ ra trên mặt đất và trên mực nước tĩnh, lớp dăm

cuội dung nham này bị laterit hóa rất rắn chắc; nhưng ngay dưới lớp laterit sẽ là đá

cổ hơn, hoặc nếu dưới mực nước tĩnh sẽ gặp cuội, sỏi, cát, sét - kaolin chứa bauxite

và quặng đa khoáng giống quặng sa khoáng

Hinh 2.2: Mặt cắt địa chất điển hình

Ở phía Bắc, trên mạt bào mòn sườn núi đá vôi ở các tỉnh Cao bằng, Lạng Sơn,

Hà Giang, hải Dương, Nghệ An đã hình thành quặng Bauxite (chủ yếu là diaspore) Bauxite ở đây là các ổ, các phễu và dạng cột xuyên lên vào giao điểm các đứt gẫy địa chất, lấp đầy các hang động karsto dưới dạng các lớp dăm, cuội dung nham đã phong hóa thành sét-kaolin chứa quặng bauxits dạng bom núi lửa, dạng dăm - cuội

II.1.1 2 Thành phần khoáng và thành phần hóa học

a) Thành phần khoáng [11], [1], [2]

Bauxite thường được quan niệm như là một dạng khoáng vật, tuy nhiên, nó thật

sự là một loại đá tổng hợp từ nhiều loại khoáng vật khác nhau Trên thực tế, bauxite tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lượng phân tử nước chứa trong nó và cấu

trúc tinh thể gồm: gibbsite Al(OH) 3 , boehmite γ-AlO(OH), và diaspore α-AlO(OH),

cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các khoáng vật sét kaolinit và

đôi khi có mặt cả TiO2 Ba dạng cấu trúc khác nhau của bauxite có thể phân loại thành 2 nhóm dựa vào hàm lượng nước khác nhau đó là: monohydrates và

trihydrates

* Gibbsite - Al(OH) 3 , là một dạng khoáng vật aluminium hydroxide Nó

thường được thấy ở dạng γ-Al(OH)3 đôi khi ở dạng α-Al(OH)3 ( gọi là boehmit và diaspore) Gibbsite là hydroxit nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm ôxít Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh Gibbsite có thành phần hóa học là Al2O3 65.40% và H2O 34.60%

Gibbsite được tạo thành do sự phá hủy và thủy phân các silicate alumin, đặc biệt trong quá trình ngoại sinh trong điều kiện khí hậu nóng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Khoáng Gibbsite là khoáng vật mềm, dễ tách ra và kết hợp với nhiều khoáng khác như corundum, illite, kaolinite…

Gibbsite có hàm lượng alumina tối đa là 65,4%, bohmite và diaspore cả hai đều có hàm lượng alumina tối đa là 85% Trong bauxite hiện đang được khai thác, phổ biến nhất là gibbsite, sau đó là hỗn hợp của gibbsite và bohmite

* Diaspore α-AlO(OH) có thành phần hóa học là Al2O3 : 85% và H2O : 15%,

độ cứng 6-7, tỷ trọng 3.3-3.5 Diaspore được thành tạo trong quá trình biến chất

* Boehmite γ-AlO(OH) có thành phần hóa học là Al2O3 : 84.9% và H2O : 15.1%, độ cứng 3.5, tỷ trọng 3.01-3.06

* Geothite (  Fe 2 O(OH)): Là một dạng oxit sắt có màu nâu đỏ hoàng thổ, có

độ cứng từ 5 đến 5.5; dễ tách ra và tạo nền cho những khoáng khác

* Kaolinite: Bản thân khoáng Kaolinite là một cấu trúc đa chiều được hình

thành bởi sự ghép nối, xếp chồng lên nhau của các cấu trúc vi hạt (cấu trúc đơn vị) như đã đề cập bên trên Khi mạng lưới được xây dựng từ một lớp tứ diện Si kết hợp với một lớp bát diện Al thì ta gọi đó là dạng Kaolinite 1:1 Đây là một phức hợp rất bền vững, ít có khả năng giãn nở và phân ly

Cấu trúc của kaolinit bao gồm một lớp tứ diện Si và một lớp bát diện nhôm kết hợp với nhau thành một lớp cơ sở thông qua sự chia sẻ các oxi ở giữa Các lớp

cơ sở lại liên kết với nhau bằng liên kết –O–H–O– Tuy nhiên, liên kết này là khá yếu Vì vậy mà khi bị ngập nước, liên kết này dễ dàng bị phá vỡ Ion H+ dễ dàng bị tách ra và bị vây quanh bởi các phân tử nước lưỡng cực Trong cấu trúc khoáng lúc này lại thừa ra những điện tích âm của các oxi ngoài rìa Chúng cũng bị vây quanh bởi các phân tử nước Và khi đó, giữa các lớp không còn sự liên kết nào, cấu trúc khoáng bị phá vỡ, đất chính vì thế mà bị phân rã trong nước

* Hematite (Fe 2 O 3 ): Là một dạng khoáng được hình thành trong môi trường

khô và nóng và là một trong những yếu tố đặc biệt biểu hiện độ tuổi của đất

Hematite có độ cứng từ 5 - 6, cấu trúc chặt chẽ, ổn định khó bị tách ra khỏi liên kết

Hematite kết tinh trong cấu trúc corundum với những ion oxi trong các lục giác khép kín Kết cấu khung bao gồm nhiều mặt phẳng ghép lại nhờ mô-men từ lực của ion Fe3+ lưỡng cực

Đối với quặng bauxite nguyên khai ở vùng Tây Nguyên Việt Nam, thành phần khoáng vật chủ yếu là Gibbisite (Al2O3.3H2O), có thành phần alumin trung bình 40-42%với hàm lượng silic tương đối cao 6-8% [2] Thành phần silic này chủ yếu

nằm trong kaolin

Bảng 2.1: Thành phần khoáng vật của Bauxite [2]

Thành phần khoáng vật , hàm lương (%)

Gibbsite Geothite Hematite Kaolinit

+Halloysit Clorit Mica

Thạch anh + Felspat

Khoáng vật khác

b) Thành phần hóa học

Thành phần hóa học chủ yếu là Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2, MgO Trong

đó, hyđrôxit nhôm là thành phần chính Thành phần hóa học của bauxite phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và nguồn gốc của chúng

o Loại bauxite boehmite có lượng Al2O3 nhỏ hơn 28%, tỷ lệ Al2O3/SiO2

lớn hơn 4, H2O từ 28% đến 30%

o Loại bauxite diaspore - boehmite có Al2O3 lớn hơn 37%, tỷ lệ

Al2O3/SiO2 lớn hơn 2.1, H2O từ 10% đến 12%

o Loại bauxite màu lục, màu xám có FeO từ 10% đến 12%

o Loại bauxite màu lục, màu xám có FeO 25% đến 30%, TiO2 trong bauxite chiếm 1-2%, đôi khi đến 4%

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của Bauxite ở khu vực cao nguyên Việt Nam [2]

II.1.1.3 Nguyên lý gia cố đất dựa trên đặc trưng của đất

Dựa trên điều kiện thành tạo, các loại đất khác nhau có chứa những thành phần khoáng vật và kích thước hạt khác nhau Tuy nhiên, tất cả các loại đất đều thể hiện những tính chất của một hệ thống đa phân tán phức tạp, dựa trên những ảnh hưởng

của thành phần hạt, và đặc trưng hệ chất keo trong đất

(a) Thành phần hạt trong đất: Nhìn chung, hạt mịn trong đất thể hiện tính

háo nước, có khả năng trao đổi ion, có tính hấp thụ và khả năng keo tụ cao Thông thường các hạt nhỏ kích thước khoảng 0,001-0,005mm (hạt keo sét) và nhỏ hơn 0,001 mm (hạt keo) chứa trong đất giữ vai trò đáng kể trong việc hình thành các tính chất của đất

Kích thước hạt đất càng nhỏ, độ phân tán càng lớn, tỷ diện tích bề mặt càng cao và năng lượng tự do bề mặt càng nhiều Năng lượng tự do bề mặt quyết định nhiều tính chất quan trọng của đất: lượng nước hấp phụ, hoạt tính keo, chiều dày

tầng khuyếch tán và tính hấp phụ trao đổi ion…

Kích thước hạt có vai trò lớn nhất đối với các loại đất phân tán (thô hay mịn)

có liên kết yếu hoặc không có liên kết giữa các hạt cấu thành của khối đất Các chỉ

số tính chất, các trạng thái chủ yếu như: tính dẻo, độ rỗng, tính trương nở, tính tan

rã, tính mao dẫn, tính thấm nước, tính đầm chặt và tính bền… đều liên quan đến

thành phần cỡ hạt của đất Thành phần hạt thay đổi thì tính chất của đất thay đổi Ví

dụ kích thước hạt giảm thì tính thấm nước giảm Đất có kích thước hạt càng nhỏ thì chiều cao mao dẫn càng lớn, tính trương nở càng cao, tính tan rã càng thấp

Tuy vậy, cũng không thể xác lập được mối tương quan trực tiếp giữa thành phần hạt với các tính chất cơ lý của đất Điều này cho thấy các tính chất của đất được xem xét không chỉ phụ thuộc vào thành phần hạt mà còn liên quan đến nhiều yếu tố khác

(b) Hệ chất keo trong đất: Ðất là một hệ thống đa phân tán phức tạp bao

gồm các hạt có kích thước khác nhau Keo đất là những hạt rất ít tan trong nước, có đường kính rất nhỏ Số lượng keo trong đất rất khác nhau tuỳ theo loại đất, từ 1-2% (đất cát) đến 40-50% khối lượng đất (đất sét nặng) Ngay cả khi có hàm lượng rất nhỏ trong đất, keo đất vẫn là đại diện chủ yếu cho khả năng hấp phụ của đất Keo đất giữ vai trò rất quan trọng vì chúng quyết định nhiều tính chất cơ bản của đất về mặt lý học, hoá hoc, đặc biệt là đặc tính hấp phụ của đất

Ðặc tính cơ bản của keo đất: Khi nghiên cứu keo đất người ta thấy có 4 đặc

tính quyết định nhiều tính chất cơ bản của đất, đó là:

o Keo đất có tỷ diện lớn

o Keo đất có năng lượng bề mặt

o Keo đất có mang điện: Ðây là một đặc tính rất quan trọng của keo đất

mà các hạt đất có kích thước lớn không có Do hạt keo có kích thước rất nhỏ nên hạt nhân của keo có thể hấp phụ lên trên bề mặt các ion

khác nhau Sự hấp phụ này phụ thuộc vào bản chất của keo Tuỳ thuộc vào cấu trúc của hạt keo mà keo đất có thể mang điện âm hoặc điện dương Trong đất có keo âm, keo dương và keo lưỡng tính Phần lớn keo đất mang điện âm

o Keo đất có tác dụng ngưng tụ: Keo đất có thể tồn tại ở hai trạng thái khác nhau: trạng thái keo tán (sol) và trạng thái keo tụ (gel)

Phân loại các hệ keo trong đất:

o Theo tính mang điện, có thể chia keo đất thành các loại: keo âm, keo dương và keo lưỡng tính

o Theo thành phần hoá học có thể chia keo đất thành các loại: keo hữu

cơ, keo vô cơ (keo khoáng) và keo hữu cơ-vô cơ

(c) Các loại keo sét trong đất: Các keo sét thuộc loại keo vô cơ, là các

khoáng vật thứ sinh alumin silicat, được hình thành do sự biến đổi từ các khoáng vật nguyên sinh trong quá trình phong hoá hình thành đất, phân bố rộng rãi trong các loại đất Các khoáng vật này là thành phần chủ yếu của cấp hạt sét vì vậy chúng được gọi là các khoáng vật sét Trong đất có nhiều loại keo sét, nhưng trong chúng

có vai trò quan trọng nhất là các keo sét nhóm kaolinit, montmorilonit và hydromica

Đặc trưng khoáng vật sét trong đất: Nhìn chung, khoáng sét cấu tạo bởi

nhiều phiến, ở trạng thái khô, kích thước khe hở giữ các phiến cơ bản rất nhỏ nên chúng có một lực liên kết khá chặt Nhưng mặt khác, các tinh thể khoáng sét cũng

có khả năng co giãn đàn hồi do lực liên kết giữa các lớp yếu hơn nhiều so với lực liên kết giữa các cấu tử trong cùng một lớp Chính nhờ vậy các lớp cấu trúc dễ dàng trượt so với nhau, dễ dàng tách ra thành từng tấm mỏng, làm cho đất có khả năng phân tách rất cao khi gặp nước

Đất có chứa khoáng sét còn có khả năng trương nở do khoáng sét có khả năng ngậm nước rất lớn Khi đất làm việc trong môi trường nước, khoáng sét có xu hướng hấp thụ nước trên bề mặt các phiến, làm tăng khoảng cách giữ các phiến, tạo nên sự trương nở Tùy thuộc vào quy luật sắp xếp các phiến trong tinh thể cũng như

tỷ lệ bề dày phiến, sự giãn nở có thể diễn ra theo chiều rộng và chiều dài của phiến

Keo sét trong đất Việt Nam

Ðối với đất vùng đồi núi: keo sét chủ yếu trong các loại đất của vùng này là keo kaolinit, gơtit và gipxit, ngoài ra tuỳ theo loại đất có thể gặp các loại keo sét: hydromica (đất đỏ vàng trên đá granit, đất feralit mùn trên núi trên đá philit, đất đen trên đá vôi ), montmorilonit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt), vermiculit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt, đất feralit mùn trên philit)

Ðối với đất đồng bằng: keo sét chủ yếu của các loại đất vùng đồng bằng là kaolinit và hydromica Vermiculit gặp ở các đất phù sa trung tính ít chua, đất mặn trung tính, đất phèn, đất cát biển Ngoài ra có thể gặp gipxit (đất phù sa chua, đất bạc màu, đất cát biển) và gơtít (đất bạc màu)

(d) Ảnh hưởng của hệ keo trong đất đến các tính chất của đất

+ Ảnh hưởng của hiện tượng tụ keo và tán keo đến trạng thái kết cấu của đất: trong đất, keo thường ở trạng thái tụ (gel), ở đất ẩm một phần các hạt keo tồn tại ở

trạng thái tán (sol) Hiện tượng tụ keo làm cho các hạt đất dính lại với nhau tạo

thành hạt kết có độ lớn khác nhau Nếu gel không trở lại trạng thái sol thì những hạt kết này bền, còn khi gel phần nào biến thành sol thì hạt kết dễ nát vụn, đất có kết

cấu không bền Hiện tượng keo tán không lợi cho đất vì phá vỡ kết cấu, rửa trôi các

hạt keo làm cho đất trở nên xấu

+ Ảnh hưởng của tính trương nở và co ngót của keo đất đến lý tính của đất:

do tính trương co của keo đất làm cho thể tích đất bị thay đổi, đất bị nứt nẻ khi khô

và nhão khi mưa Ðất càng chứa nhiều keo sét thì tính chất trương nở và co ngót càng mạnh, keo thuộc nhóm montmorilonit trương nở và co ngót mạnh hơn keo nhóm kaolinit

Như vậy, từ những nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, có thể thấy rằng đất ở điều kiện tự nhiên rất kém ổn định và dễ biến dạng dưới tác động của tải trọng

Đất có cường độ cao trong môi trường khô ráo, nhưng thường bị xình nhão trong mùa mưa, trong môi trường ngập nước Khi ở trạng thái bão hoà nước, cường

độ của đất rất thấp Vì thế muốn sử dụng đất để xây dựng đường thì cần phải cải thiện, nâng cao các tính chất của đất, làm cho đất ổn định và bền vững, không phụ

thuộc vào sự thay đổi độ ẩm, điều kiện thời tiết và tải trọng biến đổi trong điều kiện làm việc của kết cấu đường Điều này chỉ có thể đạt được nếu thay đổi được các tính chất vốn có của đất Trước hết cần thay đổi tính chất của các hạt nhỏ phân tán (hạt sét, hạt keo), tăng tính dính kết của các hạt đó ở trạng thái khô cũng như trạng thái bão hoà nước, tăng thêm tính toàn khối cho đất và tăng độ bền ổn định dài hạn

II.1.2 Bùn thải từ tuyển quặng Bauxite

II.1.2.1 Nguồn gốc

Quá trình sản xuất alumin sử dụng phương pháp Bayer với quy trình công nghệ phức tạp (gồm 5 giai đoạn) Alumina (Al2O3) tách ra từ quặng bauxite (Al2O3.3H2O) được nghiền nhỏ và hòa tách ở nhiệt độ khoảng 140oC-145oC trong dung dịch kiêm (NaOH) và nung, thiêu kết ở nhiệt độ khoảng 1000oC - 1200oC [7] Trong quá trình khai thác quặng bauxite vùng Tây Nguyên sẽ bóc một lớp đất phủ trên mặt trung bình khoảng 2 mét để khai thác lớp quặng bên dưới có chiều dày trung bình từ 3 - 5 mét Khi bóc đất phủ sẽ phải bóc tách một lớp đất màu trên mặt

và lưu trữ ở khu vực riêng

Để thu hồi quặng tinh trước khi đưa vào nhà máy sản xuất Alumin, người ta phải

thực hiện công đoạn tuyển rửa quặng nguyên khai với khoảng 60% bùn thải và thu hồi được khoảng 40% quặng tinh Nguồn phát thải trong giai đoạn này chủ yếu là

bùn thải không chứa quặng [1]

II.1.2.2 Quá trình tuyển rửa quặng bauxite:

Quặng phải được rửa sạch các thành phần sét bám theo quặng tinh để đảm bảo

chất lượng đồng nhất đạt yêu cầu cho quá trình sản xuất alumin Sau đó, quặng

được gia công để đạt tới cỡ hạt từ 1mm đến 20 mm Quặng sau khi rửa sẽ được đưa

tới khu vực trung hòa quặng đảm bảo chất lượng đồng nhất để cung cấp cho nhà máy alumin

 Công nghệ tuyển rửa quặng bauxite [2]

- Quặng nguyên khai từ khu khai thác sẽ được đưa tới nhà máy tuyển qua hệ thống thiết bị máy rửa sàng quay, vít rửa, máy kẹp hàm và máy đập búa Quặng được rửa sạch và đập xuống kích thước yêu cầu từ 1mm đến 20 mm

Quặng sau khi rửa sẽ được đưa tới khu vực trung hòa quặng đảm bảo chất lượng đồng nhất để cung cấp cho nhà máy alumin

- Quặng tinh sau khi được trung hòa ở kho chứa quặng sẽ được vận chuyển về nhà máy alumin bằng hệ thông băng tải, đảm bảo cung cấp ổn định nguyên liệu cho nhà máy, giảm chi phí vận tải và giảm tối đa ảnh hưởng tới môi trường trong quá trình vận tải quặng

- Phần bùn được tách ra từ quặng sau khi rửa sẽ được lưu trữ ở hồ chứa

- Phần lớn nước rửa quặng sẽ được tận dụng thu hồi trong nội bộ dây chuyền tuyển rửa Bùn thải từ xưởng tuyển sẽ được đưa qua các thiết bị lắng bùn trước khi thải ra hồ Tại các thiết bị lắng bùn, bùn thải sẽ được lắng tới nồng

độ cao và được thải ra hồ Phần nước tách ra khỏi bùn thải sẽ được đưa quay

về dây chuyền phục vụ cho công đoạn rửa thô

II.1.2.3 Đặc trưng tính chất của bùn thải

Chất lượng quặng bauxite nguyên khai có hàm lượng alumin (Al2O3) trung bình, hàm lượng Silica (SiO2) cao, thành phần silica này chủ yếu nằm ở dạng khoáng Kaolinit Với các thành phần như trên, quặng bauxite nguyên khai không thể dùng trực tiếp làm nguyên liệu để chế biến alumin theo chu trình thủy luyện Bayer vì không có hiệu quả kinh tế (tiêu hao nguyên liệu, năng lượng và nước, lượng bùn đỏ sinh ra rất lớn, lượng alumin hao hụt nhiều)

Do đó, để đảm bảo hiệu quả sản xuất người ta cần phải tuyển rửa quặng

bauxite trước khi chế biến Việc tuyển rửa quặng không chỉ làm giảm đáng kể thành

phần Silica bị loại bỏ theo khoáng kaolinit mà còn tăng hàm lượng alumin Bằng

phương pháp tuyển rửa, phần lớn SiO 2 trong hạt mịn được loại ra khỏi quặng tinh

và thải ra dưới dạng bùn thải

Trong quá trình tuyển rửa quặng, do trong quặng bauxite có chứa nhiều

thành phần Gơtit nên gây khó khăn cho quá trình lắng Vì vậy, để nâng cao tốc độ

lắng của quặng tinh người ta bổ sung thêm các thành phần phụ như vôi (CaO) và

chất trợ lắng Việc bổ sung thêm một lượng vôi hợp lý trong quá trình hòa tách có