CƠ CHẾ PHẢN ỨNG VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG TRONG TRỤ XI MĂNG ĐẤT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG  ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : CƠ CHẾ PHẢN ỨNG VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG TRONG TRỤ XI MĂNG ĐẤT GVHD : TS BÙI ĐỨC VINH SVTH : NGUYỄN ĐỨC HƯNG NGUYỄN TRẦN DUY LỚP : XD11VL1 TP.HCM, THÁNG 09-2015 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: - Tổng quan kiến thức trụ xi măng đất, phương pháp gia cố đất - Kiểm tra sử dụng xi măng xỉ ( BFS ) gia cố đất so với xi măng PC - Thành phần khoáng trụ xi măng đất - Nghiên cứu nồng độ pH môi trường ảnh hưởng đến cường độ xi măng xỉ - Đưa hướng sử dụng loại xi măng sử dụng loại đất Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng loại xi măng vào trụ xi măng đất cần thiết Nhằm mục tiêu áp dụng rộng rãi trụ xi măng đất vào cơng trình thực tế Việt Nam sử dụng loại xi măng thích hợp từ giúp giảm giá thành cơng trình Làm rỏ phản ứng khống tạo thành góp phần vào nghiên cứu sâu trụ xi măng đất CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.5 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu: Vấn đề móng: Các phương pháp xử lý: Tình hình nghiên cứu ứng dụng trụ xi măng đất : Tình hình nghiên cứu giới : Tình hình nghiên cứu Việt Nam : Bài tốn kinh tế sử dụng trụ xi măng đất : Mục tiêu nghiên cứu : Ý nghĩa đề tài : CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.3 Cơ sở q trình đóng rắn xi măng : Sự hình thành khống xi măng Cơ sở khả phản ứng xi măng xỉ môi trương pH cao Sự làm việc đất xi măng : Quá trình phản ứng xi măng đất : CHƯƠNG 3: ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA HỆ NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Nguyên liệu : 3.1.1 Xi măng : 3.1.2 Đất : 3.1.3 Nước : 3.1.4 Vơi sống ( CaO ) 3.2 Q trình thí nghiệm : 3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu : 3.2.2 Giai đoạn nhào trộn đúc khuôn: 3.2.3 Giai đoạn bảo dưỡng mẫu : 3.2.4 Nén mẫu : 3.2.5 Phương pháp kiểm tra độ pH : 3.2.6 Kiểm tra thành phần khoáng mẫu : CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Tương quan cường độ nén loại xi măng: 4.2 Tương quan thành phần khoáng cường độ : 4.3 Tương quan nồng độ pH khoáng tạo thành : CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận : 5.2 Hướng phát triển đề tài : TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu: 1.1.1 Vấn đề móng: Nền móng cơng trình xây dựng xem hai phận công trình khó nắm bắt với vơ số vấn đề lý thuyết chưa giải hoàn chỉnh vấn đề áp dụng thực tế tranh cãi chưa có hồi kết thúc Móng đơn vị kết cấu có chức truyền tải trọng cơng trình xây dựng xuống đất môi trường (hoặc tự nhiên cải tạo phù hợp) có chức tiếp nhận tải trọng cơng trình thơng qua móng Nền móng hệ thống nhất, tương tác với để cơng trình xây dựng khai thác an tồn, lâu dài, dự liệu Trong 10-15 năm gần đây, kỹ sư làm cơng tác móng đối mặt với vấn đề phát sinh từ phát triển liên tục cơng trình : - Cơng nghệ móng cho nhà cao tầng Trong cơng tác lựa chọn, thiết kế móng nhà cao tầng cho thấy cần quan tâm đến yếu tố kinh tế kỹ thuật, đặc biệt ưu cho loại móng sâu - Vấn đề san lấp tạo mặt với quy mơ lớn (về diện tích chiều cao đắp), đặc biệt vấn đề san lấp đất yếu đào hố móng sâu điều kiện địa chất phức tạp vùng đông dân cư Vấn đề yêu cầu giải toán liên quan đến trạng thái ứng suấtbiến dạng phức tạp đất (kể yếu tố thời gian), mơ hình đất phương pháp thí nghiệm xác định tiêu tính tốn móng đất - Vấn đề xây dựng cơng trình ngầm thị Trong trường hợp này, đất sử dụng làm cho cơng trình mà mơi trường để xây dựng cơng trình Do vậy, trạng thái ứng suất - biến dạng môi trường địa chất biến đổi chúng trình thi công, khai thác sử dụng yếu tố định cho thành cơng dự án Sự có mặt cơng trình xây dựng làm biến đổi trạng thái môi trường địa chất không ảnh hưởng đến ổn định thân cơng trình xây dựng mà ảnh hưởng, làm thay đổi độ ổn định khu vực lân cận phạm vi ảnh hưởng cơng trình Tất vấn đề nói buộc người làm cơng tác móng phải cập khơng kiến thức mà cịn cơng nghệ thi cơng mới,phương pháp tính mới, đặc biệt ứng dụng công nghệ thông tin giải toán học đất Một số vấn đề điạ kỹ thuật đáng ý kể đến sau: - Lạm dụng móng sâu, đặc biệt cọc khoan nhồi Điều làm tăng bất hợp lý chi phí phân móng - Đánh giá xác định thấp sức mang tải cọc chưa tổng kết kịp thời kinh nghiệm sử dụng móng cọc thời gian vừa qua - Mơ hình hố khơng chuẩn xác chất ứng xử đất tương tác với cơng trình kèm theo hiểu biết không thấu đáo nguyên lý phương pháp móng dẫn tới khơng hiệu áp dụng thực tế phương pháp, nghi ngờ phủ nhận phương pháp - Tuyệt đối hố kết tính tốn dự báo nên không thực đo đạc kiểm tra - Kém hiểu biết chất tính chất đất phương pháp xác định chúng nên thông số đầu vào cung cấp không phù hợp với mơ hình tính 1.1.2 Các phương pháp xử lý: 1.1.2.1 Các giải pháp móng sâu Móng cọc dùng đặc biệt phổ biến nước ta với đủ loại hình Về hình dáng, phổ biến cọc vng (kích thước tới 55x55 cm) gần đưa vào sử dụng cọc tròn rỗng BTCT ứng suất trước (đường kính ngồi tới 70 cm) Về phương thức hạ cọc có cọc ép, cọc đóng, cọc khoan cọc nhồi Cọc nhồi sử dụng đại trà, chiều dài thường 40-50m tuỳ theo địa tầng (dài tới 120 m), đường kính quy đổi từ 80-200 cm Thực tế sử dụng cọc nhồi nước ta đạt đến cơng nghệ tiền tiến Cọc nhồi có loại sau: - Cọc khoan nhồi: cọc nhồi mà lỗ cọc thi công phương pháp khoan khác khoan gầu, khoan rửa ngược, ; - Cọc khoan nhồi mở rộng đáy : cọc khoan nhồi có đường kính đáy cọc mở rộng lớn đường kính thân cọc Sức mang tải cọc tang chừng 5-10% tăng sức mang tải đằng mũi - Cọc barret: cọc nhồi có tiết diện khơng trịn với hình dạng khác chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H, tạo lỗ gầu ngoặm Sức mang tải cọc tăng lên tới 30% tăng sức mang tải bên - Cọc khoan nhồi có xói rửa bơm vữa xi măng gia cường đáy (CNRBĐ): cọc khoan nhồi có áp dụng cơng nghệ rửa đáy (bằng cách xói nước áp lực cao) bơm vữa xi măng gia cường đáy (cũng với áp lực cao) Đây bước phát triển gần công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng đột biến sức mang tải cọc nhồi (có thể tới 200-300%), cho phép sử dụng tối đa độ bền vật liệu bê tông cọc 1.1.2.2 Các giải pháp gia cố : Gia cố đất yếu biện pháp kỹ thuật nhằm thay đổi thành phần tính chất đất theo hướng đáp ứng với yêu cầu sử dụng chúng nền, môi trường vật liệu xây dựng loại cơng trình khác Như vậy, mục đích gia cố đất yếu tạo dựng điều kiện , tính chất địa kỹ thuật đất yếu trở nên thích hợp với giải pháp móng đơn giản, tránh sử dụng loại móng cọc tốn Thơng thường kỹ thuật gia cố thường sử dụng để làm giảm loại trừ trình lún lâu dài theo thời gian mức độ làm tăng độ bền đất Ngồi ra, gia cố nến đất cịn sử dụng để làm giảm nguy gây hư hỏng cơng trình xây dựng hữu lân cận cơng trình dự định xây q trình thi cơng khai thác chúng Các phương pháp công nghệ kèm với chúng để gia cố đất yếu đặc biệt đa dạng phong phú với nhiều chế hoạt động khác hiệu phạm vi xác định Tuỳ theo điều kiện đất u cầu kỹ thuật cơng trình dự định xây dựng, người thiết kế cần lựa chọn giải pháp gia cố thích hợp phải theo dõi quan trắc thường xuyên ứng xử đất gia cố tác động tải trọng hoạt động cơng trình nhằm kịp thời có tác động điều chỉnh cần thiết đảm bảo hiệu cao phương pháp gia cố áp dụng Trong thực tế xây dựng Việt Nam, phương pháp gia cố đất yếu sử dụng tương đối rộng rãi thu nhiều thành công Tuy nhiên khơng cố cơng trình xảy gây thiệt hại không mặt kinh tế mà ảnh hưởng nhiều đến dư luận xã hội Các phương pháp gia cố sử dụng kể là: cọc tre, cọc cát, trụ vật liệu rời, cọc đất - vôi (ximăng), bấc thấm Hình 1-2 : Gia cố đất cọc tre Hình 1-3 : Phương pháp bấc thấm Phương pháp trụ xi măng đất ( vôi ) Gia cố đất yếu trụ đất-ximăng (vôi) phơng pháp gia cố sâu, trụ thi cơng tạo dựng chỗ từ hỗn hợp đất trộn lẫn với ximăng vơi cơng nghệ thích hợp Trụ đất-ximăng ( vơi) thực chức sau: - Làm tăng modun biến dạng đất, ví dụ đất nằm trụ từ 1000-1600 đến 2900-3800 kPa tới 6500 kPa nằm khoảng cách 15 cm từ mép trụ Như vậy, mơdun biến dạng đất yếu nói chung tăng lên làm giảm độ lún cơng trình - Làm tăng sức kháng cắt tổng cộng đất yếu với lực dính từ 12-20 kPa lên đến 3040 kPa góc ma sát từ 13140 đến 17-200 - Làm giảm độ ẩm đất tới 5% - Làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất yếu, trụ đấtximăng (vôi) hoạt động vật thoát nước thăng đứng - Hiệu trình gia cố đất phụ thuộc nhiều vào lựa chọn thành phần hàm lượng hỗn hợp đất-ximăng (vôi) Đất loại sét gia cố ximăng cho kết khả quan hàm lượng hạt sét nhỏ 20% Các đất hạt rời cho kết tốt Các đất chứa vật liệu hữu cho kết gia cố Hàm lượng ximăng thích hợp khoảng 6-8 đến 10-12% trọng lượng đất khô Về nguyên tắc, hàm lượng ximăng phải chọn lựa cho độ bền thân vật liệu trụ khơng q lớn so với đất để sử dụng đợc mơ hình đồng tương đương 1.1.2.3 1.2 Ứng dụng trụ xi măng đất : Trụ xi măng đất có nhiều ứng dụng cơng trình Ứng dụng trụ xi măng đất 2% 12% 36% 9% 16% 25% Cao tốc/ đường Nhà Bờ kè Tường chắn Hầm sâu Other Các cột đất xi măng sử dụng cho số mục đích (Holm, 2003):  Cải thiện tính biến dạng đất tới: - Giảm biến dạng ngang; - Giảm thời gian gia cố Do đó, rút ngắn thời gian xây dựng; Hình 1-5 : Hình ảnh minh họa số ứng dụng cọc đất xi măng (nguồn website: www.raitoinc.com)  - Để tăng cường độ đất để: Tăng độ ổn định đất đường kè đường sắt; Tăng khả chịu lực; Giảm tải hoạt động nền; Ngăn chặn sụt lún Hình 1-6: DM sử dụng để kiểm sốt sụt lún sức chống cắt Jackson Lake Dam, WY (Taki Yang, 1991)   - Tăng độ cứng đất để: Giảm rung động gây xe lửa tốc độ cao; Giảm rung động đến môi trường xung quanh Để cải tạo đất bị ô nhiễm cách: Tăng cường độ cứng đất; Ổn định đất nền; Hình 1-7: a) Phịng chống trượt thất bại bờ song có chiều cao cao  Phịng chống trượt thất bại bờ sông loại tương tự, giảm khả chống sạt lỡ (từ Nhật Bản Hiệp hội DJM 1996) Hình 1.4: c) Tính ổn định tăng độ dốc  Phòng chống trượt mố cầu tăng khả sạt lở bờ sơng (từ Nhật Bản Hiệp hội DJM 1996) Hình 1-8: cọc xi măng đất giúp tăng khả trượt lún tường (hình ảnh lấy từ Schnabel Foundation company, www.schnabel com) 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới : Trụ xi măng – đất nghiên cứu phát triển Thụy Điển Nhật Bản từ năm 1960 Nước ứng dụng công nghệ DMM nhiều Nhật Bản nước vùng Scandinaver Theo thống kê hiệp hội CDM (NhậtBản), tính chung giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 BTĐ Riêng từ 1977 đến 1993,lượng đất gia cố DMM Nhật vào khoảng 23,6 triệu m3 cho dự án biển đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện hàng năm thi công khoảng triệu m3 Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu năm 1970, tổng khối lượng xử lý DMM Trung Quốc vào khoảng triệu m3 Tại Châu Âu, nghiên cứu ứng dụng bắt đầu Thụy Điển Phần Lan năm 1967 Năm 1974, đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) xây dựng Phần Lan sử dụng cột vơi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu hình dạng chiều dài cột mặt khả chịu tải 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam : Tại Việt Nam,từ năm 2002 có số dự án bắt đầu ứng dụng trụ XMĐ vào xây dựng cơng trình đất, cụ thể : Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) sử dụng 4000m trụ XMĐ có đường kính 0,6m thi cơng trộn khô; xử lý cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m Cần Thơ Năm 2004 trụ XMĐ sử dụng để gia cố móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ĐìnhVũ (Hải Phịng), dự án sử dụng cơng nghệ trộn khô, độ sâu xử lý khoảng 20m Tháng 5năm 2004, nhà thầu Nhật Bản sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho cọc nhồi cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005,một số dự án áp dụng trụ XMĐ như:dự án nước khu thị ĐồSơn -Hải Phịng, Gia cố móng kho khí hố lỏng Cần Thơ, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu… Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài ứng dụng công nghệ thiết bị nghiên cứu sức chịu tải cọc ơn nhóm cọc, khả chịu lực ngang, ảnh hưởng hàm lượng XM đến tính chất XMĐ, nhằm ứng dụng trụ XMĐ vào xử lý đất yếu, chống thấmcho cơng trình thuỷlợi Nhóm đề tàicũng sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (LongAn) Tại thành phố Đà Nẵng, Nha trang thành phố Hồ Chí Minh trụ XMĐ ứng dụng cho cơng trình hình thức: Làm tường đất làm cọc thay cọc nhồi Sau số hình ảnh mơ tả ứng dụng Cọc XNĐ việc thiết kế làm tường vây đào hố móng: Hình 1-9 : Trụ xi măng đất thay cọc khoan nhồi khách sạn tư nhân Nha Trang Hình 1-10 : Trụ XMD làm tường chắn cho cơng trình Vũng Tàu 1.3 1.4 Bài tốn kinh tế sử dụng trụ xi măng đất : Mục tiêu nghiên cứu : - Tổng quan kiến thức trụ xi măng đất, phương pháp gia cố đất - Kiểm tra sử dụng xi măng xỉ ( BFS ) gia cố đất so với xi măng PC - Thành phần khoáng trụ xi măng đất - Nghiên cứu nồng độ pH môi trường ảnh hưởng đến cường độ xi măng xỉ - Đưa hướng sử dụng loại xi măng sử dụng loại đất 1.5 Ý nghĩa đề tài : Nghiên cứu sử dụng loại xi măng vào trụ xi măng đất cần thiết Nhằm mục tiêu áp dụng rộng rãi trụ xi măng đất vào cơng trình thực tế Việt Nam sử dụng loại xi măng thích hợp từ giúp giảm giá thành cơng trình Làm rỏ phản ứng khống tạo thành góp phần vào nghiên cứu sâu trụ xi măng đất