Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ô tô

Trothảinhàmáynhiệtđiệnđốtthan

Nguồngốctrothảinhàmáynhiệtđiệnđốtthan

Tro xỉ than là chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than Trong quá trình đốtcháy than và các phụ phẩm kèm theo trong buồng đốt sản sinh ra tro xỉ Các nhà máynhiệt điện đốt than đang áp dụng các công nghệ sau: đốt than phun, đốt than tầng sôi tuầnhoàn,đốtthantầngsôiáplực, khí hóathan.

Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điệnnăng chủ yếu trên thế giới.Than đƣợc nghiền mịn và đƣợc đốt cháy trong buồng lửa lòhơi Nhiệt từ quá trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nước và hơi trong các dàn ống và thiết bịbố trí trong lò hơi Công nghệ này trong tương lai vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế cho cácnhàmáyđiện.

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn đƣợc phát triển từ những năm 70 của thế kỷ trước.Công nghệ này gần như công nghệ đốt than phun Sự khác biệt là than đốt trong lò tầngsôicókíchthướclớnhơnvàđượcđốtcùngchấthấpthụlưuhuỳnh(đávôi)trongbuồng lửa,h ạ t t h a n đ ƣợ c t u ầ n h o à n t r o n g b u ồ n g l ử a c h o t ớ i k h i đủ n h ỏ C ô n g n ghệ n à y c hophép đốt các nhiên liệu xấu có chất lượng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu có hàmlượng lưu huỳnh cao Than antraxit sau sàng tuyển có phụ phẩm chất lượng xấu, tínhthương mại thấp, nhưng hoàn toàn có thể sử dụng trong lò hơi tuần hoàn tầng sôi Dovậy, với lò hơi loại này, sẽ tận dụng đƣợc các phụ phẩm cấp thấp cho cung cấp điện, màvẫnđảmbảocácyếutốmôitrường.

Công nghệ tầng sôi áp lực cũng là một công nghệ mới Về mặt cấu tạo, loại lò hơinày phức tạp hơn hai loại lò hơi trên Quá trình cháy cũng giống nhƣ lò hơi tầng sôi tuầnhoàn, nhiệt độ buồng đốt vào khoảng 800 – 850 0 C, áp suất 12-16 bar Khói nóng đượclàmsạchvàđưavàosinhcôngtuabinkhí sauđócấpnhiệtchonước-hơitronglòthuhồinhiệt để chạy tuabin hơi Lò hơi tầng sôi áp lực đƣợc kiến nghị áp dụng khi nhiên liệucháy có độ ẩm cao nhƣ than nâu Hiệu suất cao, ít phát thải, chi phí vận hành thấp lànhững ƣu điểm của công nghệ này Tuy nhiên, cho đến nay tính thương mại của côngnghệnàychưacao.

Công nghệ khí hóa than là công nghệ triển vọng trong tương lai Than được khíhóa trong thiết bị khí hóa để sinh hỗn hợp khí trong đó chủ yếu là CO và H2và N2, nhiệttrị cao của hỗn hợp này khoảng 1150 kcal/m3N Nhiệt độ hỗn hợp sau thiết bị khí hóa sẽkhoảng 540-1430 0 C Khí đƣợc làm sạch và cháy trong chu trình tuabin khí sau đó gianhiệt cho nước-hơi trong lò thu hồi nhiệt Ưu điểm cơ bản là hiệu suất rất cao, phát thảiSO2vàNOXrấtthấpvàđặcbiệtlàcókhả nănglưugiữCO2.Nhượcđiểmlàkết cấuphứctạp,vậnhànhkémlinhhoạt,vàsuấtđầutưcao.Docónhữngưuđiểmvượttrộinêncôngnghệnà ysẽrấtphát triểntrongtươnglai.

Thôngthườngthansửdụngtrongnhàmáynhiệtđiệnđượcnghiềnnhỏtrộnvớicácphụphẩmcô ngnghệ khác(nhưbộtđávôiđểhấpthụ lưuhuỳnh),sauđóhỗnhợpvậtliệunày được thổi cùng không khí vào buồng đốt Hỗn hợp nhiên liệu này đƣợc đốt cháy sảnsinh ra nhiệt lƣợng đồng thời tạo ra một dƣ lƣợng khoáng chất nóng chảy Quá trình lấynhiệt của lò hơi và làm mát khí thải làm cho một lƣợng các hạt khoáng chất nóng chảycứng lại tạo thành tro thô rơi xuống đáy lò, các hạt còn lại nhẹ và nhỏ hơn vẫn tồn tạitrongkhíthải. a-trođáy b-trobay

Trướckhikhíthảiđượcthảirakhôngkhí,hỗnhợpkhínàyđượcđưaqualòngưngđể thu hồi bằng các phương pháp khác nhau tùy thuộc vào công nghệ của nhà máy (tĩnhđiện, vải lọc, nước ) Căn cứ vào sự sử dụng nước hay không sử dụng trong quá trìnhthu hồi và vận chuyển tro xỉ mà người ta chia làm ba loại: thu hồi khô, thu hồi ƣớt, hoặckếthợp.

Trothôđượcthảiraởđáylòthườngđượcgọilàtrođáyh o ặ c xỉthan,trođượcthutạilòngưng kíchthướcnhỏvàđồngđềuđượcgọilàtrothải.Tùythuộcvàocôngnghệ đốt,l o ạ i t h a n s ử d ụ n g lƣợngt r o t h ả i c h i ế m k h o ả n g 6 5 –

Tính chấtcủatro thảinhàmáynhiệt điệnđốtthan

Tro thải là hỗn hợp mịn bao gồm các hạt hình cầu và các hạt hình góc cạnh (thanchưa chỏy hết)Hỡnh 1-3 Kớch cỡ hạt lớn nhất của tro thải thường nhỏ hơn 100àm (cỏbiệt200àm). a-Trobaychƣaxửlýtáchthan b-Trobayđã xửlýtáchthan

Hình1-3Hìnhảnhcủatrochưavàđãxửlýtách than Đốivớitrobaythươngphẩmbántrênthịtrườnglàloạitrođãđượcxửlýtáchthanthì các hạt thường tương đối đồng đều về kớch cỡ từ 10 đến 100 àm (Hỡnh 1-3;Hỡnh 1-4),mịnhơnsovớivụi bộthayxi măng.

Hình1-4Cấutrúchạt trobayđược phóngđại2000lần

Màu sắc của tro thải phụ thuộc vào thành phần hóa học, cụ thể là phụ thuộc vàohàm lƣợng các bon chƣa cháy hết, loại than nhiêu liệu dùng để đốt và các phụ phẩmkhác,từmàuvàngsángđếnxámđen.Trothảicóhàmlƣợngcácbonchƣađốthếtca o

(hàmlƣợngCaOnhỏ),cómàusẫm,trothảicóhàmlƣợngcácbonthừanhỏ(hàmlƣợngvôicao)có màusángHình1-5.

Khối lượng riêng của tro thải thường nằm trong khoảng 2.1-3.0 (g/cm 3 ), tỷ diện bềmặtdaođộngtừ170-1000m2/kg (theophươngphápBlaine).

Trong thành phần hoá học của tro thải chứa tới hàng chục nguyên tố hoá học (hơn30 nguyên tố) khác nhau, tồn tại chủ yếu ở các dạng ôxit SiO2, Al2O3, CaO, MgO,

Fe2O3,FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, SO3, Na2O, K2O, B2O3, … trong các ôxit trên thì SiO2,Al2O3, CaO, MgO đƣợc coi là chủ yếu vì chúng có hàm lƣợng lớn và quyết định đến cáctính chất cơ bản của tro bay Chỉ tiêu chính của tro thải đƣợc hình thành từ các loại thankhácnhauđƣợcthểhiệntạiBảng1-1.Nguồngốccủacácloạiôxitnàyphụthuộcchủyếuvào nguồn gốc và loại nhiên liệu Các ôxit FeO, TiO2, Cr2O3, V2O5, MnO, B2O3thườngcóhàmlượng rấtthấp,mộtvàitrongsốchúngcóthểkhônggặptrongtrothải.

Chỉtiêuchính ThanBitum Than áBitum Thannon

Trong thành phần của tro thải có chứa một số loại oxit tương tự như trong thànhphầncủaximăngPooclăngBảng1-2.

Tro thải với các thành phần SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO giống các puzolan nguồngốc tự nhiên (điều này đúng với tro bay núi lửa) Với phản ứng đặc trƣng của puzolan:CaOH+ S→C-S–H

Hình1-6Hình ảnhphóngđạicủatrobay(trái)vàximăngPooclăng(phải)

Tro thải có nhiều CaO (> 20%) có thể tự đông cứng trong quá trình trộn cùng vớinước, còn tro thải ítCaO (< 10%) khá trơ với nước Thành phần khoáng SiO2trong trobay giúp cho nó có khả năng rất tốt cho việc làm phụ gia của xi măng để tận dụngCa(OH)2sản sinh trong phản ứng thủy hóa của xi măng: C3S+H → C - S - H + CaOH.Lƣợng mất khi nung (MKN) trong tro thải là lƣợng than chƣa cháy hết, đây một chỉ tiêuquantrọngchoviệcsử dụngtrothải.

Tính chất và thành phần hóa học của tro thải trong các nhà máy nhiệt điện phụthuộcv à o c ô n g n g h ệ đ ố t t h a n , p h ụ p h ẩ m c ô n g n g h ệ , n h i ê n l i ệ u t h a n đ ầ u v à o v à c ô n g nghệthugomxử lýtro.

Ví dụ: Sự hình thành tro đáy và tro bay của nhà máy nhiệt điện CaoNgạn nhƣ sau : a- Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn sử dụng công nghệ tầng sôi tuần hoàn do hãngALSTOM của Đức thiếtkếchếtạo vànhàthầuTrungQuốcHPEthi cônglắpđặt. b- Nguồn cung cấp than cho nhà máy lấy từ hai mỏ là mỏ Khánh Hoà và mỏ thanNúi Hồng, với tỷ lệ pha trộn để đảm bảo nhiệt lượng Than được đổ đống để lưu trữ vàđồngnhấtsơbộtrongkhovàđượcnghiềnbằngmáynghiềnbúa.Saukhinghiền,thanđạtkíchthước hạt≤8mm,đượccấpxuốngđườngbăngtảicấpthan,từ đóthanđượccấplênbunke than các lò Chất lượng than sau nghiền, cấp cho buồng đốt đƣợc nêu trongBảng1-3.

-Thancấpcho quátrìnhđốtcóchấtlƣợngkém,thểhiện:nhiệttrịthấp,độtrocao,độẩmcao.

- Do đặc điểm của than khó cháy, kích thước hạt lớn, khả năng còn lại lượng thanchƣacháyhếttrongtro bayvàtrođáy. c- Cấpđávôichoquátrìnhđốt Đá vôi đƣợc cấp vào buồng đốt để khử SOx do than cháy sinh ra, nguồn cung cấpđá vôi là Núi Voi Yêu cầu chất lƣợng đá vôi cấp vào buồng đốt đƣợc trình bày trongBảng1-4.

- Nếu đá vôi có lẫn nhiều MgCO3, khi nung sẽ để lại một lƣợng MgO trong trobay, trođáyvà ảnhhưởngđếntínhchấtsử dụngsaunày.

- NếuhàmlƣợngCaCO3khôngcao,đểkhửtriệtđểSOxsinhracầncấpnhiềuđávôi,việ cnàysẽảnh hưởngđếnnhiệtđộbuồngđốt.

Tro bay và tro đáy đƣợc thu hồi vào silo chứa, trong quá trình xả xuống xe để vậnchuyển ra bãi tập kết có kèm theo phun nước để tránh bụi Với loại tro bay và tro đáy cóđặcđiểmnhƣtrên,trongđiềukiệnnóng,ẩmcóthểxảyracácphảnứngnhƣsau:

=>Sự hình thành tro bay và tro đáy là tổng hợp của nhiều quá trình hoá học khácnhau.Cácthànhphầncủatrobiếnđổikhitiếpxúcvớimôitrườngẩm,quátrìnhdiễnbiếnxảy ra tuỳ thuộc vào thời gian, nhiệt độ ….Sự phức tạp trong thành phần tro bay và trođáyảnhhưởngđếntínhchấtsửdụngvàđịnh hướngxửlýcácyếutố cóhại.

Cấu trúc tro thải gồm 3 nhóm vật chất là thuỷ tinh, kết tinh và các tạp chất, hoặcđƣợc qui tụ về 2 loại pha là các pha vô định hình và các cấu tử kết tinh Pha vô định hìnhđƣợcqui về4nhómsau:

Nhóm 1: Là các chất sét vô định hình và đề hyđrat hoá không hoàn toàn, chất nàycòn chứa mạng lưới tinh thể đã bị biến dạng và có khả năng hyđrat hoá trở lại Đối vớicác loại sét caolinhit, pha này mang tên là mêtacaolinhit với hình dạng các hạt không xácđịnh, góc cạnh, đồng thời có độ rỗng cao với những lỗ rỗng thông nhau, vì vậy có khảnănghútnướclớn.

Nhóm2:Làcácchấtvôđịnhhìnhđƣợcliênkếtyếuvớicácbềmặtrấtpháttriểnvà là hỗn hợp cơ học rất mịn của ôxit silic và ôxit nhôm vô định hình Hình dạng hạt,độrỗng, khả năng hút nước của nhóm này thực tế không khác các hạt mêtacaolinhit và cácsảnphẩmvôđịnhhìnhkhônghoàntoàncủanhóm1.

Nhóm 3: Là các chất thiêu kết và đƣợc thuỷ tinh hoá một phần (từ bề mặt các tổhợp hạt) có tổng diện tích bề mặt tương đối nhỏ và chứa nhiều các lỗ rỗng kín Khi màngthuỷ tinh có các khuyết tật thì các lỗ rỗng thông nhau phía trong dễ dàng được nước làmđầy.

Nhóm 4: Là các pha thuỷ tinh của thành phần alumôsilicat có dạng hình cầu hoặcgần đạt đến dạng hình cầu, đôi khi ở bên trong chứa các tạp chất ở dạng tinh thể và các lỗrỗngkhí.

Trothảivàvấnđềônhiễmmôitrường

Tro thải và tro đáy nếu không qua tuyển để chế tạo tro bay thường được xử lý mộtcáchđơngiảnnhấtlàthảiracáchồchứa.Tuynhiênvớisựtănglêncủalƣợngtrobayt hải ra các nhà máy phải đối mặt với việc mở rộng diện tích các hồ chứa và tình trạng ônhiễmmôitrườngquanhhồchứa.Cáchồchứanàysausựcốtràntroxỉxảyratạinhà máy nhiệt điện than Kingston thuộc Tennessee Valley Authority (Mỹ) xảy ra ngày 22tháng12năm2008tạiHình1-7đãđượcyêucầuxâydựngcácchươngtrìnhkiểmsoátvàbảotrìmột cáchnghiêmngặt.Điềunàydẫnđếnchiphíxử lýchotrothảicàngtănglên.

Hình 1-7 Ảnh chụp từ trên không trước và sau khi xảy ra sự cố vỡ đê bao bãi thải tro xỉnhàmáyđiệnKingston.

Hiện nay hầu hết tro xỉ than đƣợc thải ra từ các nhà máy điện tại Việt Nam đượctrộnvớinướcvàbơmrangoàibãithảiHình1-8.Việcnàyngoàitácđộngđếnmôitrườngcòn là một sự lãng phí tài nguyên rất lớn.Với thành phần hóa học ở trên, tro xỉ than ở hầuhết các nhàmáy nhiệtđiệnViệtN a m t h u ộ c l o ạ i F , k h ô n g p h ả n ứ n g v ớ i n ƣ ớ c V ì v ậ y mà giải pháp bơm tro cùng với nước ra bãi thải được áp dụng “triệt để”, phớt lờ các tácđộngđếnmôitrường.

Kếtq u ả đ i ề u t r a c ủ a J B I C c h o t h ấ y m ô i t r ƣ ờ n g đ ấ t v à n ƣ ớ c ở q u a n h b ã i t h ả i xỉbịảnhhưởngnghiêmtrọng,vớihàmlượngcácchấtđộchạinhưkimloạinặngrấtcao.Cũng có nhà máy tro xỉ không được xử lý với nước mà ở dạng khô, dùng xe chở đổ racácbãithải,khicógiólớnmangtheotrobụigâyônhiễmmôitrườngkhôngkhí,vídụ như nhà máy Na Dương, Hàm Thuận …Với tốc độ xây dựng các nhà máy nhiệt điện đốtthantạiViệtNamnhưhiệnnaythìchưatínhđếnviệcảnhhưởngđếnmôitrườngmàmớichỉ tính đến việc tạo các hồ chứa cho lƣợng tro xỉ này đã là rất khó khăn Vì vậy vấn đềsửdụngvậtliệutroxỉ làmộtbàitoánrấtcấpthiếtđƣợcthựctếđặtra.

Các nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ôtô 21 1 Cácnghiêncứuvàứngdụngthựctếsửdụngtrobaynhàmáynhiệtđiệnđốtthanl àmvậtliệuxâydựngđườngôtôtrênthếgiới

Cácn g h i ê n c ứ u v à c á c ứ n g d ụ n g t h ự c t ế s ử d ụ n g t r o b a y l à m v ậ t l i ệ u x â

Hình1-18Sửdụngtro thảilàm gạchxâynhà,tườngrào, sân Đã nhiều năm, nhân dân quanh khu vực các bãi xỉ than đang khai thác một cách tựphát, như tại nhiệt điện Phả Lại làm gạch xây nhà, tường rào, sân … bằng cách trộn xỉthan với xi măng và nước hoặc tại nhà máy nhiệt điện Ninh Bình sử dụng lại tro bay nhƣvậtliệuđốtdùngchocáclògạch,vôi…bằngcách trộnthêmvớithanHình1-18.

Trong nhiều thập kỷ qua ở Việt Nam, vấn đề sử dụng tro bay trong xây dựng đãđược chú ý Đối với xây dựng đường bộ hiện đã và đang có những công trình nghiên cứusử dụng tro bay nhiệt điện nhằm các mục đích sau: giảm giá thành trong việc xây dựngmặt đường (thay thế một phần chất kết dính xi măng); tăng chất lƣợng vật liệu địaphươngđảmbảođủchấtlượngdùngđểxâydựngnềnmặtđường(giacốđất,đábằngtrobaycùngc ácphụgiakhác)…

Năm 1991 Cục trưởng Cục sáng chế đã cấp Bằng giải pháp hữu ích số HI- 0036ngày 25-04-1991 với nội dung nhƣ sau: “Với mục đích tiết kiệm XM hạ giá thành sảnphẩm trong sản xuất bê tông đã đề xuất một loại bê tông trong đó tro bay Phả Lại đươcđưa vào thay thế một phần XM theo tỷ lệ 30%TB + 70%XM so với khối lượng

XM cầncho cấp phối BTXM thương mác tương đương.” Trên cơ sở HI-0036 đã có công trìnhnghiêncứukhoahọcđượcthựchiện:Xâydựngthựcnghiệm100mmặtđườngBTXMTB(70%XM+30%TB)tạiKm24+400÷Km24+500đường18APhảLại(HàBắc).Kếtquả nghiệmthusaumộtthờigiankhaithácchothấychấtlƣợngcáctấmBTXMTBđảmbảoyêu cầusử dụng.

Hình1-19Xâydựng mặtđườngthử nghiệmBTXM(70%XM+30%TB).

Năm 2005 Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí – Đại học Bách khoa TP Hồ ChíMinh phối hợp với Công ty cổ phần tƣ vấn Xây dựng tổng hợp Tây Ninh đã nghiên cứugia cố vật liệu đất tại chỗ bằng Xi măng tro bay làm móng trong kết cấu áo đường tại tỉnhTây Ninh [35] Vật liệu xi măng tro bay đƣợc lấy tại nhà máy Holcim Việt Nam là hỗnhợp giữa xi măng Pooclăng thông thường với tro bay Kết quả cho lớp đất gia cố xi măngtrobayđ á p ứ n g được yêucầusửdụngcủavậtliệulàmmóngđường.

Năm 2009, Sở giao thông vận tải Hƣng Yên chủ trì đề tài: “Nghiên cứu ứng dụngcông nghệ và vật liệum ớ i t r o n g x â y d ự n g đ ƣ ờ n g g i a o t h ô n g n ô n g t h ô n ” , t r o n g đ ó c ó hạng mục nghiên cứu thử nghiệm gia cố đất và cát địa phương với chất HRB làm móngđường giao thông nông thôn [29] HRB có thành phần chính: Tro bay đƣợc tuyển thẳngtừ ống khói nhà máy nhiệt điện, xi măng và các chất hoạt hoá và biến đổi Puzơlan Hỗnhợp nói trên tạo ra một chất kết dính thuỷ hoá ít sinh ra nhiệt Kết quả thực nghiệm đƣợctheo dõi rất khả quan, các lớp hỗn hợp đất và cát gia cố HRB với tỷ lệ gia cố là 9% so vớikhốilượngđấtthìkhibãohòanướcEđhvẫnđạt250Mpađến300Mpatương đươngEđhcủacấpphốiđádăm.

Năm 2009 Công ty nhiệt điện Cao Ngạn đã phối hợp với Viện Vật liệu xây dựngthực hiện hợp đồng nghiên cứu sử dụng tro nhiệt điện đốt than tầng sôi tuần hoàn có khửkhí sunphua (CFB) của nhà máy để sản xuất vật liệu xây dựng với mục tiêu: Nghiên cứuxử lý tro nhiệt điện Cao Ngạn và sử dụng tro đƣợc xử lý để sản xuất vật liệu xây dựngnhƣ: Xi măng xây, vữa xây trộn sẵn, vật liệu xây không nung, vật liệu cấp phối làmđường giao thông [37] Ngày 17/7/2009 Hội đồng khoa học chuyên ngành vật liệu xâydựngđã họ pđá nh gi ákế tq uả th ực hi ện đề tàitr ên Hộ iđ ồn g khoa học ch uyê nn gà nh

Viện VLXD đã khẳng định: Các kết quả nghiên cứu trong khuôn khổ của dự án đều có cơsởkhoahọc, có độ tincậyvàtínhkhảthicao.

Trong nghiên cứu tại [33] năm 2014 của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, cáctác giả đã tiến hành thực nghiệm hiện trường kết cấu cấp phối đá dăm gia cố xi măng trobay phủ lớp vữa nhựa làm mặt đường Giao thông nông thôn Hỗn hợp tro bay xi măngđƣợcsửdụngtrongnghiêncứuchiếm5% sovớikhốilƣợngcốtliệu đávàtỷlệtrobay/ximăng là 25% Kết quả cho thấy cấp phối đá dăm trộn xi măng tro bay cải thiện tính thicông của vật liệu (tăng độ linh động, giảm độ phân tầng của cốt liệu, công đầm giảm),công nghệ thi công không quá phức tạp và chất lượng tương đương so với cấp phối đádămgiacốximăng.

Địnhhướngsửdụngtrothảitrongđềtàinghiêncứu

Loại trothải lựachọnsửdụng trongnghiêncứu

Theo khảo sát của ngân hàng hợp tác quốc tế NhậtBản( J B I C ) , c h ỉ t í n h r i ê n g một số nhàmáy nhiệt điện phía Bắc thuộc EVN thì lƣợng tro thải ra hàng năm lên đến673.600tấnBảng1-12.

Với nhu cầu về điện năng của Việt Nam ngày càng tăng thì bên cạnh các nguồnnăng lƣợng điện khác Chính phủ Việt Nam đồng thời quy hoạch xây dựng thêm các nhàmáynhiệtđiệnđốtthanmới.TheosốliệucủaTổngcôngtyĐiệnlực,năm2015lƣợng tro xỉ thải ra của các nhà máy nhiệt điện là khoảng 12,8 triệu tấn, đến năm 2020 khoảng25,4 triệu tấn và đến năm 2030 khoảng 38,3 triệu tấn; hiện tại chúng ta mới sử dụng dưới1triệutấn,sốcòn lạicầnnghiêncứu sử dụng

Tại Việt Nam hiện nay, có số nhà máy nhiệt điện sử dụng lò đốt tầng sôi nhƣ nhàmáy nhiệt điện Cao Ngạn, nhà máy nhiệt điện Na Dương,v.v , còn lại hầu hết các nhàmáysửdụngcôngnghệđốtbằnglòthanphun Cùngvớiviệcsửdụngcácnguồnth an khác nhau nên sản phẩm tro thải tại các nhà máy có kết quả phân tích thành phần hóa họckhá đa dạng Một số kết quả phân tích về các nguồn tro thải đƣợc tổng hợp theo tài liệu[25],[26],[27],[28],[30],[31], [32]đƣợcthểhiệntạiBảng1-13.

STT Loạitro SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O SO 3 MKN

Từ thành phần hóa học thống kê tạiBảng 1-13, tro thải nguyên khai tại Việt Namcóđặc điểmsau:

+ Loại F*: ngoài hàm lƣợng MKN vƣợt quá 6%, các chỉ tiêu còn lại đạt theoASTMC618nhƣtrobaySơnĐộng,PhảLại, CẩmPhả…

+ Loại C*: có tổng hàm lƣợng (SiO2+Al2O3+Fe2O3) thấp gần với loại C, hàmlƣợng CaO cao và hàm lượng SO3hoặc MKN vượt quá 6% như tro bay Na Dương, CaoNgạn.

+ Loại F: các chỉ tiêu đạt theo TCVN10302: 2014 nhƣ tro bay Sơn Động, CẩmPhả…;cácloạinàycóthểsử dụngtrực tiếp.

+ Loại F*: ngoài hàm lƣợng MKN vƣợt quá 15%, các chỉ tiêu còn lại đạt theoTCVN10302:2014 nhƣtrobayCẩmPhả…

+ Loại C*: có tổng hàm lƣợng (SiO2+Al2O3+Fe2O3) thấp gần với loại C, hàmlƣợngCaO cao và hàm lƣợng SO3vƣợt quá 6% hoặc MKN vƣợt quá 15% nhƣ tro bayNaDương,CaoNgạn.

Việc giảm hàm lượng MKN trong tro thải thường được xử lý (tuyển tro) bằng haicông nghệ đơn giản là đốt lại (tuyển khô) hoặc tuyển nổi (tuyển ƣớt), việc giảm hàmlƣợng SO3trong tro bay hầu nhƣ khó có khả năng thực hiện hoặc không có tính kinh tế.Với trữ lƣợng tro bay tại Việt Nam rất lớn, tro thải loại F* đƣợc ƣu tiên xử lý thành trobayhợpchuẩnloạiFđểsửdụngvàtrothảiloạiC*đƣợcdựbáolànguồnthảibịbỏngỏ.

Tuân thủ theo tiêu chuẩn thường là bắt buộc đối với việc sử dụng tro bay trong chếtạo bê tông xi măng và bê tông nhựa, còn đối vớimóng mặt đường ô tô có yêu cầu vềcường độ thấp hơn so với 2 loại vật liệu trên người ta thường cố gắng chấp nhận sử dụngloại tro bay có một số chỉ tiêu ngoài giới hạn nhƣ hàm lƣợngSO3hay thậm chí là lƣợngthancòndƣ(MKN)caonhằmhạgiáthànhsảnphẩmcũngnhƣtậndụngtrothảiđảmbảomôi trường Đây là bài toán không chỉ có ở Việt Nam mà một số nước như Đức, Mỹ …đã nghiên cứu sử dụng trong gia cố đất, đá làm vật liệu xây dựng đường ô tô như đã giớithiệutại1.2.1.10.

Tìnhhìnhsửdụngvậtliệuđịaphươngtrongxâydựngđườngôtô

Giao thông Vận tải Việt Nam đang đẩy mạnh xây dựng hệ thống hạ tầng, theo quyhoạch: đến năm 2020 xây dựng xong 2639 km và sau năm 2020 xây dựng tiếp khoảng3.114km đường bộ cao tốc, cải tạo, xây dựng mới hàng chuc ngàn km đường tỉnh vàđường quốc lộ Cùng với đó, chương trình mục tiêu Quốc gia về xây dựng đường giaothông nông thôn mới giai đoạn 2010 – 2020 theo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ,số 800 /QĐ-TTg ngày 04/6/2010, đã và đang được các địa phương thực hiện khẩntrương; trong chương trình này giao thông nông thôn sẽ cứng hóa đạt tiêu chuẩn: cáctuyến đường trục xã, liên xã được nhựa hóa hoặc bê tông hóa đường liên thôn, thôn xómđƣợccứnghóahoặc rải cấpphối.

Vớiyêu cầu xây dựng nhƣ vậy nhu cầu về vật liệu trong xây dựngg i a o t h ô n g l à rấtlớnhàngtriệum 3 mộtnăm.Cácnguồnvậtliệuđạtchuẩn,chọnlọcthườngrấth ạnchế, phải vận chuyển từ xa, giá thành cao và thậm chí không thể cung cấp được; do vậysử dụng vật liệu địa phương là một yêu cầu tất yếu nhằm giảm giá thành xây dựng trongxâydựngđường.Vậtliệuđịaphươngthườnglàsảnphẩmtựnhiên(cấpphốisỏiong,cấpphốiđồi, cấpphối dămsạn,cátmịn ),phếthảixâydựnghoặcphếthảicôngnghiệp.

Cấp phối sỏi ong, cấp phối đồi, cấp phối dăm sạn có trữ lƣợng lớn và phổ biến tạicácvùngtrungduvàmiềnnúi.Tuynhiêntrongthànhphầncủacácvậtliệunàythường cóhàmlượnghữucơvàhàmlượnghạtsétcao,dẫnđếncácvậtliệunàythườngcócườngđộthấp,độbềnc ườngđộdướitácđộngcủanhântốtựnhiên(nhiệtđộ,nước…)thấp.

Cát mịn là nguồn vật liệu có trữ lƣợng lớn tại các vùng đồng bằng ven sông nhưsông Hồng, sông Cầu, sông Đuống, sông Thái Bình… Cát mịn thường có hàm lượng bộtsét lớn, thành phần hạt nhỏ dưới 0,5 mm chiếm tới trên 85% nên chủ yếu được sử dụnglàmvậtliệu đểđắp nền đường. Đá thải là một trong những nguồn vật liệu địa phương có trữ lượng dồi dào tại cácđịa phương có vùng khai thác đá Tuy nhiên do đá thải thành phần cấp phối, kích cỡ hạtkhông hợp chuẩn và lẫn nhiều hạt đất nên cường độ không cao Loại vật liệu này hiện đãcóđịnhhướngđểđắp nềnđường. Để đáp ứng được nhu cầu về vật liệu xây dựng móng đường ô tô với yêu cầucường độ cao chúng ta phải cải thiện các loại vật liệu này nếu muốn sử dụng chúng.Cácbiện pháp thường được sử dụng là gia cố các loại vật liệu này bằng các chất dính kết vôcơ như: vôi, xi măng ; các chất dính kết hữu cơ: bitum, nhũ tương và các hợp chất hóahọckhác.

Giảiphápứngdụngđƣợclựachọnnghiêncứu

Sử dụng vật liệu địa phương trong xây dựng là một bài toán kinh tế - kỹ thuật vàmôi trường Hiện nay, nguồn vật liệu đạt chuẩn thường có khối lượng hạn chế và đượccác địa phương cấp phép khai thác một cách có quy hoạch để tránh ảnh hưởng đến cảnhquanvàmôitrường.

Việc quy hoạch này sẽ dẫn đến việc khó khăn cho cho nguồn cung ứng khối lượnglớn vật liệu cho xây dựng giao thông Chất lượng vật liệu ở nhiều mỏ thường không đápứng các yêu cầu xây dựng các kết cấu nền đường đặt biệt là đối với các lớp móng và mặtđường Để đảm bảo yêu cầu chất lƣợng có khi phải vận chuyển từ các mỏ ở xa đến dẫntới giá vật liệu tới chân công trình cao, thậm chí nhiều địa phương không có mỏ vật liệuhợp chuẩn Một trong các cách để cải thiện tính năng, hiệu quả sử dụng vật liệu tại chỗ làgiacốchúngbằngcácchấtkếtdínhvôcơ, hữucơvàphụphẩmkhoángkhácnhau.

Trong sự phát triển nhanh của ngành điện cụ thể là nhiệt điện chạy than, mỗi nămnước ta yêu cầu phải tiêu thụ hàng chục triệu tấn tro thải Việc tận dụng lại các vật liệunàylàm ộ t v ấ n đ ề r ấ t c ấ p b á c h đ ƣ ợ c đ ặ t r a n h ằ m bả o v ệ m ô i t r ƣ ờ n g v à t ậ n d ụ n g t à i nguyên Tuy nhiên đối với mỗi vật liệu đƣợc sử dụng cho các ngành khác nhau cần phảicócácnghiên cứuvềvậtliệutrongphòng,thực nghiệmvàcôngnghệmộtcáccụthể.

Với việc sản xuất cung ứng vôi khó khăn và dư thừa xi măng trong nước hiện nay,Chính phủ đã có chỉ đạo ngành Giao thông vận tải và Xây dựng phối hợp nghiên cứu ứngdụng xi măng trong xây dựng đường ô tô Tro thải trong nghiên cứu được sử dụng kếthợp với vật liệu địa phương gia cố XM làm móng, mặt đường ô tô nhằmgiải quyết vấnđềmôitrường,đồng thời manglạihiệuquảkinhtếkỹthuật.

Kếtluậnchương1

- Quaquátrìnhxâydựng,khaitháchệthống thủyđiệnđãvàđangbộclộnhiều hạn chế và trong lúc chƣa thể xây dựng đƣợc nhà máy điện hạt nhân, nhà máy nhiệt điệnđƣợc khuyến khích đầu tƣ phát triển Số lƣợng nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Namngàycàngtăng.

- Mạng lưới đường ngày càng tăng, đòi hỏi một khối lượng khổng lồ vật liệu đất,đá trong xây dựng nền móng mặt đường Tuy nhiên chất lượng vật liệu địa phương cònnhiều hạn chế; cần có giải pháp để cải thiện chất lƣợng, hiệu quả của vật liệu địa phươngtrongxâydựngđường.

- Tro thải các nhà nhiệt điện đốt than tại Việt Nam có khối lƣợng rất lớn: đến năm2015 là 15 triệu tấn/năm, mới sử dụng cho các ngành xây dựng khoảng 1 triêu tấn/năm,đếnnăm2020khoảng30triệutấn/năm,thựctrạngđóđangđặtranhữngyêucầut olớnvề vấn đề bãi thải và ảnh hưởng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, cần có giải phápnghiêncứugiảiquyết.

- Ở các nước công nghiệp phát triển và cả ở Việt Nam tro bay nhà máy nhiệt điệnđốt than đã được ứng dụng khá nhiều trong xây dựng đường ô tô Nhưng đối với việc sửdụng trực tiếp tro thải vào công nghệ gia xử lý cố vật liệu trong xây dựng đường ô tô cònlàvấnđềkhámới.

- Nghiên cứu sử dụng tro thải trong xử lý vật liệu tại chỗ phục vụ xây dựng đườnglà một giải pháp có triển vọng cả về xử lý môi trường và công nghệ vật liệu xây dựng.Tuynhiênvấnđềđặtralà:

+Nhữnghướngdẫnđịnhhướngchonghiêncứuvàpháttriểnsửdụngtrothảitr ongxâydựngđườngnhưthếnào? Đóc ũ n g c h í n h l à n ộ i d u n g s ẽ đ ƣ ợ c l à m s á n g t ỏ t r o n g C h ƣ ơ n g 2 , C h ƣ ơ n g 3 , Chương4củaluậnán.

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO THẢI KẾT HỢP VỚI ĐẤT TRONG XÂY DỰNGĐƯỜNG ÔTÔ

Lýthuyếtgiacốđấtsửdụngchất kếtdínhvôcơ

Cơsởlýthuyếtvàquátrìnhhìnhthànhcườngđộcủađấtgiacốchấtkếtdínhvôcơ

Đấtgiacốchấtkếtdínhvôcơlàhìnhthứctrộnđềuđấtđượclàmnhỏ,chấtkếtdínhvôcơvànướct heomộttỷlệnhấtđịnhtrongthiếtbịhoặcởhiệntrường,sauđóđượcrảivàlulènđếnđộchặtyêucầutạoth ànhcáclớpvậtliệumóngmặtđường.Cườngđộcủađấtgiacốsẽtăngtheothờigianđểđạtđượccườngđ ộthiếtkếyêucầu.

Chất kết dính vô cơ thường được sử dụng là các chất kết dính quen thuộc như ximăng, vôi thủy hoặc các phế liệu công nghiệp Thành phần chủ yếu của các chất kếtdính vô cơ thường có SiO2, Al2O3và CaO dưới dạng tinh thể và vô định hình Các ôxítnày là thành phần quyết định các chỉ tiêu chính của chất kết dính cũng nhƣ hỗn hợp vậtliệu gia cố vì vậy người ta thường dùng biểu đồ tam giác (với ba cạnh là Cao, SiO2, vàAl2O3)đểsosánhcácchấtkếtdínhvôcơ nhƣHình2-1.

- Chấtkếtdínhrắntrongnước(liênkếtthủyhóa):lànhữngkhoángvậtkếthợp với nước tạo thành một loại vữa ngưng kết, đông cứng trong nước và trong không khí.Khi phản ứng với nước, chúng tạo thành những thành phần thuỷ hoá ổn định, rất ít tantrong nước, có lực liên kết tốt giữa bản thân chúng và giữa chúng với các hạt đất, hìnhthành dần cường độ của hỗn hợp gia cố chất kết dính vô cơ Đôi khi để tăng liên kết cầnphải trộn thêm chất xúc tác thường là một bazơ mạnh Các chất này thường là các loại ximăng,vôithuỷ,trobaysunfat– vôi,xỉlòcao

- Các chất kết dính hỗn hợp giữa chất phụ gia vô cơ hoạt tính và vôi rắn trongkhôngk hí Cá c c h ấ t p h ụ g i a vôc ơ h o ạ t t í n h l à n hữ ng k h o á n g v ậ t c ó t h ể tá c d ụ n g v ớ i nước và vôi tạo thành những thành phần thuỷ hoá ổn định, ít tan trong nước Các chấtphụ gia hoạt tính có thể gồm Puzơlan thiên nhiên, tro bay Silic –alumin, sét nung non, đátrầmtíchđiatômit

Sự hình thành cường độ và tính ổn định nước của hỗn hợp vật liệu hạt gia cố chấtliên kế vô cơ phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng của vật liệu hạt, phương pháp giacố, các phản ứng xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa các chất kết dính với vật liệu khoáng vàquátrìnhtraođổiiongiữa chúng.

- Trong vật liệu hạt thường tồn tại khoáng vật nguyên sinh và khoáng vật thứ sinh.Khoángvậtnguyênsinhlàsảnphẩmhìnhthànhdođábịphonghóavậtlý,khoángvậ tthứ sinh là sản phẩm hình thành do khoáng vật nguyên sinh bị phong hóa hóa học Quátrình phong hóa hóa học tạo nên sản phẩm khoáng thứ sinh có tính chất hoàn toàn khác sovớikhoángnguyênsinhbanđầunhƣcáckhoángvậtsét,cácôxít nhôm,ôxítsắt

- Trong quá trình giacố các khoáng vật nguyên sinh chỉ đóng vait r ò c ủ a k h u n g cốt liệu mà không tham gia vào quá trình trao đổi ion hay tương tác hóa học với các chấtkếtdính,cáckhoángvậtthứsinhảnhhưởnglớnđếnsựhìnhthànhcườngđộcủahỗnhợpgia cố Ví dụ như CaSO4tồn tại trong hỗn hợp sẽ gây tác dụng xấu vì thể tích tăng rấtlớn khi gặp nước dẫn đến phá hoại kết cấu vật liệu gia cố; nhìn chung sự tồn tại của cáckhoángNa2SO4.10H2O,MgSO4.7H2O, sẽbấtlợichohỗnhợpvậtliệuhạtgiacố.

- Các thành phần hữu cơ có nguồn gốc từ động thực vật bị mục ruỗng phân hủy dohoạt động của các vi sinh vật gồm các loại chƣa phân hủy hết (nhƣ than bùn) và loại đãphân hủy hoàn toàn (nhƣ các chất mùn hữu cơ) đều là loại chất ưa nước tạo nên cho hỗnhợp vật liệu có tính hút nước mạnh, tính ép co lớn và giảm tính thấm thoát nước của đất.Do đó chúng đều là yếu tố gây bất lợi cho việc gia cố và thường phải được xử lý trướckhigiacố.

- Các hạt sét – keo (hạt keo có kích cỡ dưới 10 -4 mm) cho dù có các nguyên nhânhình thành khác nhau thì khi ẩm đều thể hiện một số đặc trƣng của một hệ phân tán keosét Hỗn hợp vật liệu hạt có tỷ lệ hạt sét – keo càng lớn (>30% khối lƣợng) thì quá trìnhhóa keo đặc biệt rõ rệt Ở trạng thái ẩm ƣớt, sét là hệ phân tán trong đó các hạt khoáng làpha phân tán, còn dung dịch chứa trong lỗ rỗng giữa các hạt là môi trường phân tán Bấtkỳ một hệ phân hạt phân tán nào cũng có năng lƣợng bề mặt nhất định (năng lượng thừaở bề mặt do lực hút tương hỗ của các phân tử trên bề mặt không được sử dụng hết cho sựdính kết phân tử) đƣợc đo bằng tích số giữa sức căng bề mặt ở ranh giới hai pha (cứng vàlỏng) với trị số tổng diện tích bề mặt của tất cả các hạt phân tán Năng lƣợng bề mặt củaỗnhợpđƣợctạorachủyếulàdotổngdiệntíchhaylàtỷdiệncủahạt.Nănglƣợngnàycóthể hút và giữ chặt các phân tử và các hạt keo của những chất khác từ môi trường hoặc lỗrỗng xung quanh Hiện tượng hút bề mặt này gọi là sự hấp phụ và các vật chất đƣợcnghiền nhỏ trở thành có tính hấp phụ Đất chứa nhiều hạt nhỏ (sét – keo) và đƣợc nghiềnnhỏ sẽ có khả năng hấp phụ các phân tử liên kết đƣợc trộn thêm vào Khả năng hấp phụcóthểgồm:khảnănghútcơhọc,khảnănghútvậtlý,khảnănghúthóahọc.

- Các hạt sét keo có mang điện nên chúng không đơn thuần là những vật chất vilƣợng mà là các hạt có cấu trúc mang điện phức tạp nhƣHình 2-2và do đó chúng có khảnăng trao đổi ion với phân tử của các chất khác có trong dung môi của hệ phân tán Lớpkhuếch tán càng dày thì đất càng phân tán dẫn đến tính chất cơ lý của đất càng kém (tínhdẻo, tính nở co và ép co của đất tăng nên) Tại lớp khuếch tán C, vùng càng xa bề mặt lựchút tĩnh điện từ lõi càng giảm tạo ra khả năng trao đổi ion + (cũng gọi là khả năng hút hóalý)vớimôitrườngxungquanh.Sựtraođổinàydẫnđếnbềdàylớpkhuếchtánthayđổi và làm thay đổi tính chất cơ lý của lớp vật liệu thay đổi Lợi dụng sự trao đổi ion + nhằmlàm giảm bề dày lớp khuếch tán là một trong các nguyên lý gia cố vật liệu Khả năng traođổiioncóthểxếptheothứtựsau:Fe +++ >Al +++ >H + >Ba ++ >Ca ++ >Mg ++ >NH4 +>K +

Tómlạiđểgiacốvậtliệuđạthiệuquảcao,đápứngđượccácyêucầuvềcườngđộvà độ ổn định nước khi sử dụng chúng làm các lớp kết cấu áo đường thì trước hết cầnphải nghiên cứu kỹ về tất cả các vấn đề về cấu tạo lý hóa của loại vật liệu dùng để gia cốsau đó lựa chọn các chất kết dính và phương pháp gia cố hiệu quả Ngoài ra việc đánhhiệu quả của gia cố cần phải xem xét bằng cả thí nghiệm trong phòng kết hợp với hiệntrường và còn phụ thuộc quan trọng vào công nghệ thực hiện việc gia cố (làm nhỏ, trộn,đầmnénvàbảodƣỡng).

Vàphươngtrìnht r a o đổiionxảyranhưsau: ĐấtmangionX + +Ca(OH)2  ĐấtmangionCa ++ +X +

 (2-2) ĐấtmangionX + +Ca(OH)2  ĐấtmangionCa ++ +2XOH

Trong đóion X + có thểlà H + , Na + ,K + , …Cácp h ƣ ơ n g t r ì n h h o á l ý n ó i t r ê n s ẽ d i ễ n ra theo chiều thuận nếu trộn vào hỗn hợp một lƣợng CaO đủ nhiều và đủ hoạt tính. Kếtquả là bề dày lớp khuếch tán của các hạt đất sẽ giảm đi, hiện tƣợng kết hạt xảy ra, đấtgiảmtính dẻo,tăng cườngđộvàđộổn địnhnước.

Phảnứngcácbônáth o á nàychỉcóthểxảyrakhicómặtcủanước.CaCO3làchấtkếttinhr ắnchắc, tạoratácdụnggiacốđất.

- Do quá trình tự kết tinh của Ca(OH)2.bão hòa trong nước theo phản ứng hóa họcdướiđây:

Ca(OH)2+ nH2OCa(OH)2.nH2O (2-5)

Theo phản ứng nói trên, vôi trong nước sẽ từ thể keo chuyển dần sang thể kết tinhrồi cùng đất kết hợp lại và làm cho đất trở thành vật liệu cót í n h t o à n k h ố i

S a u k h i v ô i kết tinh, độ hoà lẫn trong nước của chúng giảm đi một nửa so với phân tử vôi chưa địnhhình,dođótăngtính ổnnước chođấtgiacố.

- Do tác dụng hoá học giữa vôi và các hợp chất silicát có trong đất, từ đó tạo ra cácchất kết dính mới biến cứng trong môi trường ẩm giống xi măng như CaO.SiO2.nH2O(hiđrôsilicát canxi)hoặc3CaOH.Al2O3.6H2O(hiđrôaluminátcanxi): xC a ( O H )2+S i O2+ (n - 1 ) H2Ox C a O S i O2.nH2O (2-6) xC a (O H)2+A l2O3+ ( n - 1 ) H2Ox C a O A l2O3.nH2O (2-7)

- Các hợp chất này mới tạo ra chính là các sản phẩm thu đƣợc sau khi xi măngphân giải trong nước Chính chúng là các chất kết dính biến cứng được trong nước vànhờ có chúng, đất gia cố vôi không những có tính ổn định nước tốt mà còn có thể càngtăngcườngđộtrong môitrườngẩm.

- Các quá trình dẫn đến hình thành cường độ của đất gia cố vôi nói trên tiếp diễntrong một thời gian dài, do vậy cường độ và tính ổn định nước của đất gia cố vôi cũngtăngchậmvàkéodàitheothờigianhơnsovớiđấtgiacốximăng.

Yêucầucủavậtliệuđất,cátgiacốchất kếtdínhvôcơ

2.1.2.1 Yêucầncơ bảnđốivớiđấtgiacốchấtkếtdínhvôcơ Đất dùng để gia cố chất kết dính vô cơ trước hết phải là loại đất được phép dùngđểđắpnềnđường.Ngoàirađểđảmbảoviệcgiacốđượchiệuquảcao,cầnlưuýđếnmộtsốđiềukiệ nphụthuộcvàoloạichấtkếtdínhdùngđểgiacố:

- Nếudùngđấttừcácvậtliệubịvỡvụnkhôngcótínhdínhởtrạngtháitựnhiênthì loại cỡ hạt từ 2-50mm không lớn hơn 50% tính toán theo khối lƣợng, cho phép dùngcỡ hạt lớn hơn 50mm nhƣng không lớn hơn 70mm với hàm lƣợng không vƣợt quá 10%tínhtheokhốilƣợng.

- Nếu dùng đất có chứa các cỡ hạt dưới 25mm thì các cỡ hạt 2-25mm không đƣợcquá70%tínhtheokhối lƣợng.

- Cho phép dùng đất có tính dính (đất sét loại nhẹ, á sét, á cát có nguồn gốc bồitích, tàn tích), đất lẫn sỏi sạn và đất sỏi ong có thành phần hạt phù hợp với yêu cầu nêu ởtrên,đấtBazan,đấtcátcácloạiđểgiacố.

- Đất hữu cơ chỉ đƣợc phép dùng để gia cố khi hàm lƣợng hữu cơ chứa trong đấtkhông quá 6% khối lƣợng, đất có phản ứng chua (pH nhỏ hơn 4,0) có thể dùng để gia cốbằngxi măngnhƣngphảikhử chuabằngvôi.

- Đất chứa các muối hòa tan chỉ đƣợc dùng để gia cố khi hàm lƣợng các muốiclorua, sunfat clorua không quá 4% tính theo khối lƣợng Đất có chứa muối sunfat chỉđƣợcdùngđểgiacốkhilƣợng muốikhông quá2%.

- Đất á cát nặng, á sét và sét có nguồn gốc khác nhau trong đó bao gồm cả đất lẫnsỏi sạn, cấp phối đồi, đất sỏi ong, đất Bazan mà giới hạn chảy không lớn hơn 55% và chỉsốdẻokhôngnhỏhơn 4%đềucóthểdùng đểgiacốvôi.

- Các chỉ tiêu khác nhƣ tỷ lệ hữu cơ, hàm lƣợng các loại muối có hại tuận thủ nhƣđốivớiđấtdùngđể giacốximăng.

Cát gia cố xi măng ở đây đƣợc hiểu là một hỗn hợp gồm cát tự nhiên hoặc cátnghiền đem trộn với xi măng theo một tỷ lệ nhất định rồi lu lèn chặt ở độ ẩm tốt nhấttrước khi xi măng đông kết; trong đó cát là các hạt khoáng rời có kích cỡ chủy ế u t ừ 2 đến0,05mm(nhƣngchophépcóthểlẫnsỏisạncókíchcỡlớn nhấtđến50mm).

Cát dùng để gia cố với xi măng có thể là các loại khác nhau theo phân loại về cỡhạtvàcóthểlàcácloạicónguồngốchìnhthànhkhác nhauđƣợc phânloạitheocỡhạtcụthểnhƣ sau:

- Cát bụi: cỡ hạt lớn hơn 0,1mm chiếm dưới 75% nhưng không chứa các hạt sẽbằnghoặcnhỏhơn0,005mm.

Cácloạicátnóitrêncóthểcónguồngốchìnhthànhkhácnhaunhƣcáttàntích,cát sườn tích, cát bồi tích (cát sông), cát biển, cát gió (hình thành do tác dụng của gió) vàcảcácloạicátnghiềnnhântạo(sản phẩmcủacôngnghệgiacôngđá,sỏicuội).

Thành phần hạt của cát phải đúng với quy định của phía thiết kế để bảo đảm cátsaukhiđượcgiacốvớitỷlệximăngthiếtkếsẽđạtđượccácyêucầuvềcườngđộ.Ngoàira, cho phép trong thành phần cát có lẫn sỏi sạn kích cỡ lớn hơn 5mm nhưng loại hạt nàychỉ được chiếm tỷ lệ dưới 10% khối lượng cát với kích cỡ lớn nhất không quá 50mm.Chú ý rằng, cát càngnhỏ thì đòi hỏi lƣợngx i m ă n g c à n g n h i ề u , d o v ậ y k h i q u y ế t đ ị n h loạivàthànhphầnhạtcủacát,ngườithiếtkếphảicânnhắckỹlưỡngtrongđiềukiệnkinhtế- kỹthuật cụthểcủa địaphươngxâydựngđường.

Hàm lượng mùn hữu cơ trong cát phải dưới 2%; độ pH không được dưới 6,tổnglƣợngmuốitrongcátkhôngđƣợcvƣợtquá4%khốilƣợngcát(trongđóthànhphầnmuốisunphát không đƣợc vƣợt quá 2%) và hàm lƣợng thạch cao không đƣợc quá 10% khốilƣợngcát.

Đánhgiáhỗnhợpvậtliệukếthợp trothảigiacốxi măng

2.1.3.1 Cácchỉtiêuđánhgiáhỗnhợp vậtliệu kếthợptrothải giacốxi măng Để phục vụ thiết kế, tính toán vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ phải đƣợc đặctrưng bằng trị số môđun đàn hồi E và cường độ chịu kéo uốn Ru ngoài ra để nghiên cứuchếtạovậtliệungườitacũngthườngxácđịnhcườngđộchịunénRncủanó.

1- Cườngđộchịunén giớihạnRn: Đặc trƣng bằng ứng suất nén làm mẫu bị phá hoại, đƣợc xác định khi nén các mẫuhìnhtrụhoặchìnhlập phương.

Trong đó:P - tải trọng phá hoại mẫu (N); F - diện tích trung bình của tiết diện làmviệc của mẫu (mm 2 ); α - hệ số tính đổi phụ thuộc vào kích thước mẫu, xác định bằng thínghiệmhoặc tra bảng.

2- Môđunđànhồi E: Đặctrưngchobiếndạngđànhồicủamặtđườngdướitácdụngcủatảitrọng,cóthểđược xác định bằng thí nghiệm nén tấm ép ở hiện trường hoặc bằng thí nghiệm uốn hoặcnénmẫuvậtliệuởtrongphòng.

- Phương pháp xác định E bằng thí nghiệm nén trong phòng thí nghiệm như sau:NénmẫuhìnhtrụcóđườngkínhvàchiềucaoD=htrongđiềukiện nởhôngtựdo,giatảitheotừngcấp,giữtảitrọngcủamỗicấpchođếnkhibiếndạngổnđịnh(ki mthiênphânkế không dịch quá 0,01mm sau 5 phút) sau đó dỡ tải; khi biến dạng phục hồi xong lại tiếptục gia tải các cấp sau cho đến khi tải trọng tác dụng làm cho biến dạng dƣ bắt đầu pháttriển mạnh trong mẫu (nên chọn trị số các cấp tải trọng phù hợp để phải làm từ 3 - 5 cấp),tốc độ gia tải quy định là 5 ± 2 daN/cm2/sec Giá trị môđun đàn hồi đƣợc tính theo côngthức:

Trong đó:P - tải trọng khi biến dạng đàn hồi của mẫu bằngh( N);h - biếndạngđànhồicủa mẫuhìnhtrụ(mm);h/D-chiềucao/đườngkínhmẫu(mm).

3- Cườngđộchịukéo-uốnRku: Đặc trƣng bởi ứng suất kéo làm cho vật liệu bị phá hoại Trong các kết cấu mặtđường vật liệu chịu nén và chịu uốn, vì vậy thường xác định cường độ chịu kéo giới hạnkhiuốn(Rku).

- Xác định cường độ chịu kéo - uốn thông qua cường độ chịu kéo gián tiếptìmđược bằng phương pháp nén xuyên tâm (ép chẻ) mẫu hình trụ có D=h Cường độ chịukéogiántiếpRk(épchẻRec)đƣợctínhtheocôngthức:

Trong đó:P - lực nén khi mẫu bị tách vỡ, (N); K - hệ số, lấy bằng 1,0 đối với vậtliệucóchất kếtdínhhữucơvàbằng2/đốivớivậtliệu giacốbằngchấtkếtdínhvôcơ.

Trongđó:Kn-hệsốquanhệthựcnghiệmgiữahailoạicườngđộ:nếukhôngcósố liệu kinh nghiệm tích luỹ đƣợc thì chọn Kn = 1,6 ÷ 2,0 đối với vật liệu gia cố chất kếtdínhvôcơvàKn =2,0vớivậtliệugiacốbằng chấtkếtdính hữucơ.

Theo AASHTO cường độ vật liệu nền, mặt đường thường được dùng chỉ số CBR(%) CBR là tỷ số giữa lực ép lún xuyên tiêu chuẩn vào mẫu thí nghiệm và vào cấp phốiđádămđểđạtđộlún2,54hay5,08mm.

Po–Áplựctiêuchuẩn(lún2,54cmlà70,3daN/cm2,lún5,08cmlà105,5daN/cm2)

Trong khu vực tác dụng của nền đường các lớp đất phải đảm bảo yêu cầu về CBRnhƣsau:

- 30cm trên cùng của khu vực tác dụng phải đảm bảo sức chịu tải CBR tối thiểubằng8đốivớiđườngcaotốc,đườngcấpI,IIvàbằng6đốivớiđườngcáccấpkhác.

- 50cmtiếptheophảiđảmbảosứcchịutảiCBRtốithiểubằng5đốivớiđườngcaotốc,cấpI,IIvà bằng 4đốivớiđườngcáccấpkhác.

Trong trường hợp vì các lý do kinh tế – kỹ thuật khác nhau dẫn đến khó đảm bảođượcy ê u cầuđốivớikhuvựctácdụngcủanềnđườngthìngườithiếtkếnênxétđếngiảipháp bố trí lớp đáy móng Lớp đáy móng (lớp trên nền đường) thay thế cho 30cm phầnđất trên cùng của nền đường đường cao tốc, đường cấp I, đường cấp II và đường cấp IIIcó 4 làn xe trở lên Vật liệu làm lớp đáy móng phải có mô đuyn đàn hồi ở độ chặt và độẩmthicôngE≥50MPahoặc tỷsốCBRngâmbãohoà4ngàyđêm≥12%.

2 Chỉ tiêu cường độ đối với đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ và các hóa chất,chấtphụgiatrongxâydựngđườngbộtheoTCVN10379:2014

Sau khi biến cứng trong điều kiện bảo dƣỡng, đất gia cố có độ bền và các chỉ tiêucơlýphảithoảmãncácyêucầughitrongBảng2-2.

Chỉtiêu Yêucầu ĐộbềncấpI ĐộbềncấpII ĐộbềncấpIII

1.Độbềnkhinén(MPa) Đốivớimẫu28ngàyởđộẩmbãohoà khôngnhỏ hơn 4 2 1 Đốivớimẫu7ngàyởđộẩmbãohoà khôngnhỏ hơn 2 1 0,5

2.Độbềnchịuépc h ẻ (Mpa) Đốivớimẫu28ngàyởđộẩmbãohoà khôngnhỏ hơn 1,2 0,8 KhôngcầnTN

3 Độ ẩm của mẫu 28 ngày sau khibãohoànướcsovớiđộẩmtốtnhấtk hông lớnhơn (%)

Vị trí các lớp kết cấu cátgiacốximăng

Cườngđộgiớihạnyêucầu(MPa) Chịunénở28n gàytuổi Chịuépchẻở28ng ày tuổi

4 Chỉtiêucườngđộđốivớicấpphốiđ á dămvàcấpphốithiênnhiêngiacốx i măngt rongkếtcấuáođườngôtôtheo TCVN8858:2011

Cườngđộgiớihạnyêucầu(MPa) Chịunénở14n gàytuổi Chịuépchẻở14ng ày tuổi

Lớpmóngtrêncủatầngmặtbêtông nhựa và BTXMcủa đườngcaot ố c , đ ư ờ n g c ấ p I , c ấ p

- Nên gồm nhiều lớp, lớp trên bằng các vật liệu có cường độ và khả năng chốngbiến dạng cao hơn các lớp dưới để phù hợp với trạng thái phân bố ứng suất và hạ giáthànhxâydựng.Tỷsốmô đunđànhồicủalớptrênsovớilớpdướiliềnnónêndưới3lần(trừ trường hợp lớp móng dưới là loại móng nửa cứng) và tỷ số mô đuyn đàn hồi của lớpmóng dưới với mô đuyn đàn hồi của nền đất nên trong phạm vi 2,5 – 10 lần Số lớp cũngkhông nên quá nhiều để tránh phức tạp cho thi công và kéo dài thời gian khai triển dâychuyềncôngnghệthicông.

- Cỡ hạt lớn nhất của vật liệu làm các lớp móng phía trên nên chọn loại nhỏ hơn sovới cỡ hạt lớn nhất của lớp dưới Vật liệu hạt dùng làm lớp móng trên cần có trị sốCBR≥80vàdùnglàmlớp móng dướicầncóCBR≥30.

- Kết cấu tầng móng (về vật liệu và về bề dày) nên thay đổi trên từng đoạn tuỳthuộc điều kiện nền đất và tình hình vật liệu tại chỗ sẵn có Trong mọi trường hợp đềunêntậndụngvậtliệutạichỗ(gồmcảcácphếthảicôngnghiệp)để làmlớpmóngdưới.

Các nghiên cứu bước đầu sử dụng tro thải kết hợp với đất gia cố XM được tiếnhành bằng phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm Thông qua việc sử dụngthay đổi một số tỷ lệ hàm lƣợng tro thải trong hỗn hợp vật liệu và các kết quả của một sốchỉ tiêu cơ lý đặc trƣng đƣợc lựa chọn để rút ra các nhận định sơ bộ ban đầu về khả năngứngdụngcủatrothảinhiệtđiệnViệtNamtronggiacốđấtlàmmóngmặtđườngôtô.

Cácthôngtincơbảnvềnghiêncứu

+ Kết quả dự kiến: xác định loại tro thải theo phân loại của ASTM C618 và

- Nghiên cứu khả năng sử dụng tro thải nhà máy nhiệt điện Uông Bí để gia cố đấtđịaphương:

+ Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro thải nhàmáy nhiệt điện Uông Bí để gia cố đất địa phương thông qua các chỉ tiêu cơ bản liên quanđến kỹ thuật đường bộ để đánh giá vật liệu gia cố, và khả năng sử dụng tro thải phối hợpvới vật liệu gia cố truyền thống là xi măng để gia cố đất địa phương: thí nghiệm đầm nénxác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất,

CBR, cường độ nén, cường độ épchẻ.Tỉlệtrothảithayđổitừ0%đến25%sovớikhốilượngđấtkhô,bướcthayđổi5%. Để đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế, nghiên cứu sử dụng kết hợp gia cố xi măngvớitỷlệtốithiểulà4%sovớitổngkhối lƣợng (đấtkhô+trothải).

- Các thí nghiệm đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm công trình – VILAS 047,trungtâmKhoahọcCôngnghệGiaothôngVậntải,trườngĐạihọcGiaothôngVậntải.

+Trothảikếthợpđấtđƣợcthựchiệnvớicáctỷlệtrothảithayđổitừ0%đến25%sovớikhốilƣợ ngđấtkhô,bướcthayđổi 5%.

Vớicáctỷlệnàycácthínghiệmđượcthựchiệnlà:CBR,Proctocảitiếnvàcườngđộchịunéntại7 và28(ngày)tuổi.

+Trothảikếthợpvớiđấttronggiacốximăngđƣợcthựchiệnvớicáctỷlệtrothải thay đổi từ 0% đến 25% so với khối lượng đất khô (với bước thay đổi 5%) và lượngxi măng cố định là 4% so với tổng khối lượng (đất khô và tro thải) Với các tỷ lệ này thínghiệmđược thựchiệnlàcườngđộchịunén tại7và28(ngày)tuổi.

- Phương pháp chế bị mẫu, phương pháp thí nghiệm và chỉ tiêu tham chiếu đƣợcthựchiệntheoBảng 2-5.

2 ChỉsốsứcchịutảiCBR 6 1 3tổmẫu (3mẫu/1tổ) 6x3x3T mẫu

Cáckếtquảnghiêncứuthựcnghiệm

-Thành phần hóa học của tro thải nhà máy nhiệt điện Uông Bítheo [27] đƣợcthểhiệntạiBảng2-7.

Bảng2-7Thànhphần hóahọccủatrothảinhàmáynhiệt điệnUông Bí.

Chỉtiêuchính SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 MKN

Tro thải Uông Bí có tổng hàm lƣợng SiO2+ Al2O3+ Fe2O3= 71.20% > 70% đƣợcxếp vào loại F theo ASTM C168 và TCVN10302: 2014 Tuy nhiên với hàm lƣợng thancòn dƣ MKN (.13% vƣợt nhiều so với hai tiêu chuẩn trên (kể cả so với loại F mức btheo TCVN10302: 2014 chấp nhận lƣợng MKN cao nhất là 15%) thì cần phải tinh chế đểhạ thấp tỷ lệ MKN mới có thể sử dụng vào các vật liệu bê tông xi măng và bê tông nhựa;tuynhiênkhảnăngsử dụngtrựctiếptrothảinàyvàogiacốvậtliệulàmmóngmặtđườnglà mộtvấnđềkhảthivàcầnphảixemxétthôngquacácnghiêncứu cụthể.

- Kết quả phân tích thành phần hạt của đất : đƣợc thể hiện tạiHình 2-4với chỉsốd ẻ o c ủ a đ ấ t Ip=1 9 7 8 % T h e o t i ê u c h u ẩ n p h â n l o ạ i đ ấ t T C V N 5 7 4 7 : 1 9 9

3 , đ ấ t m ỏ Đống Mít là loại đất sét nhẹ ( tỷ lệ hạt cát >40% và Ip= 17-27) thích hợp với xây dựngđườngôtô.

-Kết quả thí nghiệm đầm nén Procto cải tiến của mẫu tro thải kết hợp đất : độẩmtốtnhất vàkhốilƣợngthểtíchkhôlớnnhấtđƣợcthểhiệnởHình2-5.

Hàm lƣợng tro thải tăng thêm yêu cầu độ ẩm tối ƣu tăng lên Việc này có thể lýgiải như sau: nếu xét là vật liệu thông thường bỏ qua khả năng có thể sử dụng như vậtliệu gia cố, tro thải bổ sung cho lượng hạt có kích thước nhỏ, tỷ diện bề mặt tăng lên dovậy yêu cầu hàm lượng nước lớn hơn để có thể đầm chặt đến khối lượng thể tích lớnnhất.

Hình 2-5Độ ẩm tốt nhất, khối lượng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải kết hợp đấtvớicáchàm lượngkhácnhau

Vớikíchthướcrấtnhỏtrothảithểhiệnvaitròcủachấtđộnmịntronghỗnhợp,hạttro lấp đầy các lỗ rỗng của hạt đất làm tăng độ chặt của đất Tỉ lệ tro thải hiệu quả nhất đểsử dụng kết hợp với đất là 5% Khi tiếp tục tăng hàm lƣợng tro thải lên, lúc này các hạttro thải đẩy các hạt đất ra xa dẫn đến độ chặt giảm (khối lƣợng của các hạt tro nhẹ). Khihàm lƣợng tro thải tăng đến 20% thì độ chặt của mẫu thí nghiệm nhỏ hơn so với mẫu đấtkhôngcótrothải.

- Kết quảthí nghiệm CBR của mẫu tro thải kết hợpđấtđƣợc thểhiệnởHình 2-6.

Hình 2-6 CBR, khối lượng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải kết hợp đất với các hàmlượngkhácnhau

Hiệu quả nâng cao khả năng chịutải (CBR)củamẫu thínghiệmkhá rõ khis ử dụng hàm lƣợng tro thải từ 5-15(%) so với khối lƣợng đất khô Khi sử dụng hàm lƣợngtro thải xấp xỉ 5% thì CBR của mẫu tăng tương đối khả quan là 1.6 lần (từ 10.58% lên16.60%-Hình2-6).

Mẫu có hàm lƣợng tro thải 5-15(%) có độ chặt lớn hơn so với mẫu đất không cótro thải điều này làm tăng giá trị CBR của các mẫu này Độ chặt của mẫu có hàm lƣợngtro thải 20% nhỏ hơn độ chặt của mẫu đất không có tro thải nhƣng vẫn có CBR lớn hơncho thấy xuất hiện phản ứng puzơlan giữa các thành phần khoáng chứa ion Ca +

+có trongđất với tro thải (SiO2, Al2O3, Fe2O3) hoặc CaO trong tro thải giúp mẫu tăng khả năngchịunướcdẫnđếntăngchỉtiêucườngđộCBRsovớimẫuđấtkhôngkếthợptrothải.

Nghiêncứuthựcnghiệmcườngđộnénkhôngthựchiệnđượcdomẫuvỡtrongquátrình ngâm bão hòa nướcHình 2-7 Chỉ tiêu cường độ CBR giảm khi lượng tro thải vượtquá tỷ lệ 5% và mẫu đất bị vỡ trong quá trình ngâm bão hòa cho thấy tro thải có khả năngdínhkếtkém dohàmlƣợngCaOcótrongtro thảiít.

Hình2-7Mẫutro thảikếthợpđấtbịvỡtrong quátrình ngâmbãohòa

- Cường độ nén ở 7 ngày tuổi và ở 28 ngày tuổi của mẫu tro thải và đất gia cố xi măng đƣợc thể hiện ởHình 2-8 Với hàm lƣợng xi măng 4%, các mẫu đất gia cố trothảiđãcóthểgiữổnđịnhkhingâmnướcđể xácđịnhcườngđộnén.

Hình 2-8 Cường độ nén của mẫu tro thải kết hợp đất gia cố 4% XM với các hàm lượngkhácnhau

Cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm đất gia cố đạt lớn nhất khi hàm lượng trothải10%,giátrịcườngđộtăngsovớimẫuđấtchỉcó4%ximăng 1.03lầnvớimẫuởtuổi7 ngày và 1.3 lần với mẫu 28 ngày tuổi Điều này cho thấy ngoài vai trò làm chất độn mịntrong hỗn hợp gia cố tro thải còn có phản ứng puzơlan với ion Ca ++ tự do (Ca(OH)2là sảnphẩmthủyhóacủaximăng).

Khi hàm lượng tro thải tăng lớn hơn 15% thì cường độ chịu nén của mẫu đất giacố giảm hơn so với mẫu chỉ có 4% xi măng; đó là do tro thải có hoạt tính thấp, tỷ diện bềmặt lớnnênlàmgiảmhiệuquảgia cốcủaXMđốivớimẫuđất- trothải.

Đánhgiákhảnăngsửdụngtrothảikếthợpvớiđấtgiacốximănglàmmóngđườngôt ô 59 2.3 Nghiêncứukhảnăngsửdụngtrothảikếthợpcátgiacố xi mă ng trong xâydựng đườngôtô

- Tro thải sử dụng kết hợp với đất làm tăng độ chặt của đất dẫn đến tăng cường độcủa hỗn hợp Tỉ lệ tro thải hiệu quả nhất để sử dụng như là vật liệu gia cố là 5 %, với tỉ lệtăng CBR tương đối khả quan là 1.6 lần (từ 10.58% lên 16.60%) nhưng CBR của đất giacố vẫn chưa đạt đến ngưỡng yêu cầu CBR đối với lớp móng dưới của kết cấu áo đườngtrường hợp thông thường là 30% Sử dụng tro thải với đất có ýnghĩa đặc biệt khi xâydựnglớpđáycủa kếtcấuáođường.

- Rõ ràng không thể sử dụng tro thải nhƣ vật liệu dính kết độc lập để gia cố đất, vì với bấtkể hàm lƣợng tro thải nào cùng không thể giữ đƣợc mẫu đất gia cố nguyên dạng khingâmbãohòanướcđểthửnghiệmcườngđộ nénvàcường độépchẻnhưđốivới đấtgiacố vật liệu vô cơ thông thường sử dụng xi măng hay vôi theo 22TCN 81-84 [1] hay thamchiếuquytrìnhmớiTCVN10379- 2014[16].

- Khả năng sử dụng tro thải thay thế một phần XM trong gia cố vật liệu đất làmmóng mặt đường ô tô là không hiệu quả và khả thi Với cường độ chịu nén của mẫu đấtgiacốđạtlớnnhấtkhihàmlƣợngtrothải10%tăngsovớimẫuđấtchỉcó4%ximăng 1.03 lần với mẫu ở tuổi 7 ngày và 1.3 lần với mẫu 28 ngày tuổi cho thấy có thể sử dụnghiệuquảtrothảivớihỗnhợpđấtgiacốXMđểxâydựnglớpnềnthượnghoặc mặtđườngGTNT.

Xây dựng nền đường, móng đường, đặc biệt nền đường qua vùng ngập nước yêucầu một khối lượng rất lớn đến hàng vạn, hàng triệu mét khối cát; thông thường cát mịnđịaphươngcó thuộctínhcơlýhạnchế.

Cần tiến hành thí nghiệm sử dụng tro thải với cát mịn gia cố XM nhằm bước đầuxác định đƣợc hàm lƣợng tro thải hợp lý và hiệu quả của gia cố làm cơ sở cho nhữngnghiêncứutiếptụcvàpháttriểnứngdụngvàothựctiễn.

Nhƣđãphântíchởtrên,loạitrothảiđƣợcsử dụngtrongnghiêncứuđƣợclấytrựctiếp tại các nhà máy nhiệt điện không qua xử lý nhằm khắc phục ô nhiễm môi trường vàcảithiệnthuộctínhxâydựngcủacátmịn.

- Loại tro thải sử dụng trong nghiên cứu: tro thải nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn – TháiNguyên

+P h ƣ ơ n g p háp n g h i ê n c ứ u : t hu t h ậ ps ố l i ệ u n h ằ m phânl o ạ i t r o t h ả i t h ô n g q u a thànhphầnhóahọccủatrothảiCaoNgạn.

+ Kết quả dự kiến: xác định loại tro thải theo phân loại của ASTM C618 và

- Nghiêncứu khảnăngsửdụngtro thảinhàmáynhiệt điện Cao Ngạn đểgia cốcátmịnsôngHồng

+ Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro thải nhàmáy nhiệt điện Cao Ngạn để gia cố cát thông qua các chỉ tiêu cơ bản liên quan đến kỹthuật đường bộ để đánh giá vật liệu gia cố, và khả năng sử dụng tro thải phối hợp với vậtliệu gia cố truyền thống là xi măng để gia cố cát: thí nghiệm đầm nén xác định độ ẩm tốtnhấtvàdungtrọngkhôlớnnhất,CBR,cườngđộnén,cườngđộépchẻ.Tỉlệtrothảithayđổitừ0%đế n 30%sovớikhốilượngcátkhô,bướcthayđổi5%. Để đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế, nghiên cứu sử dụng kết hợp gia cố xi măngvớitỷlệtốithiểu là3% sovớitổngkhối lƣợng (cátkhô+trothải).

+ Tro thải kết hợp cát đƣợc thực hiện với các tỷ lệ tro thải thay đổi từ 0% đến 30%so với khối lượng cát khô, bước thay đổi 5% Với các tỷ lệ này các thí nghiệm được thựchiệnlà:CBR,Proctocảitiếnvàcườngđộchịunéntại14 và28(ngày) tuổi.

+Trothảikếthợpvớicáttronggiacốximăngđƣợcthựchiệnvớicáctỷlệtrothải thay đổi từ 0% đến 30% so với khối lượng cát khô (với bước thay đổi 5%) và lượngxi măng cố định là 3% so với tổng khối lƣợng (cát khô và tro thải) Với các tỷ lệ này thínghiệmđƣợc thựchiệnlàcườngđộchịunén tại14và28 (ngày)tuổi.

2 ChỉsốsứcchịutảiCBR 7 1 3tổmẫu (3mẫu/1tổ) 7x3x3c mẫu

-Thành phần hóa học của tro thải nhà máy nhiệt điện Cao

Bảng2-10Thành phần hóahọccủatrothảinhàmáynhiệtđiệnCao Ngạn.

Tro thải Cao Ngạn có tổng hàm lƣợng SiO2+ Al2O3+ Fe2O3= 44.50% 5 lần mẫu3%XMkhông tro thải, cường độ nén mẫu 3%XM + 30%TrT đạt giá trị lớn nhất gấp >3 lần mẫu3%XM không tro thải chứng tỏ tính hiệu quả cao khi sử dụng tro thải kết hợp với cát giacốXM.

Đánhgiákhảnăngsửdụngtrothảikếthợpvớicátgiacốximănglàmmóngđườngôt ô 66 2.4 Nghiên cứu khảnăng sửdụng tro thải chếtạo hỗn hợp vữatro thải +ximănglàmvậtliệutựđầmtrongxâydựngđườngôtô

- Tro thải sử dụng kết hợp với cát làm tăng độ chặt của đất, tăng tính ưa nước dẫnđến tăng cường độ của hỗn hợp Với chỉ số cường độ ở tỷ lệ tro thải 20%là CBR

6.5% tương đương như cấp phối tự nhiên (cấp phối sỏi đồi hay cấp phối sỏi suối), hỗnhợp này có thể sử dụng làm móng dưới của kết cấu áo đường Tuy nhiên, khi sử dụngtrongtrường hợpcụthểcầnxemxétđếnchiphívềcôngnghệphốitrộn.

- Việc sử dụng tro thải chƣa qua xử lý nhƣ là vật liệu gia cố vô cơ thực thụ, thaythế xi măng là khó khả thi, do với hàm lƣợng hiệu quả nhất là 20% thì mẫu gia cố vẫnkhông có khả năng giữ nguyên khối để thí nghiệm cường độ nén hay cường độ ép chẻnhƣmẫucátgiacốxi mănghaygiacốvôitheoTCVN 10186:2014 [17].

- Tro thải đƣợc sử dụng làm chất độn mịn với cát mịn gia cố XM rõ ràng là cóhiệu quả cao Có thể sử dụng lƣợng tro thải lớn hơn so với hàm lƣợng tối ƣu 20% vớimục tiêu môi trường vì mẫu có 30% tro thải vẫn có cường độ CBR và Rncao hơn so vớimẫukhôngcótrothải.

- Thí nghiệm trong phòng sử dụng tro thải với cátm ị n g i a c ố 3 % X M c h o t h ấ y hàm lƣợng tro thải có hiệu quả có thể từ 10%-30% (hiệu quả tăng Rnvà CBR đều cao, Rncao từ 3-5 lần so với mẫu không có tro thảiHình 2-13) Điều đó có ý nghĩa khoa học thựctiễn đặc biệt quan trọng nhằm đạt mục tiêu vừa xử lý ô nhiễm môi trường tận dụng phếphụphẩmtrothảivừacảithiệnchấtlượngxâydựngcủacátmịnđịa phương.

2.4 Nghiêncứu khả năng sử dụng tro thải chế tạo hỗn hợp vữa tro thải + xi mănglàmvậtliệutự đầmtrongxâydựngđường ôtô

Trong thi công đường ô tô nói chung hoặc bảo dưỡng sửa chữa đường ô tô nóiriêngtồntạ ir ất nhiềuh ạ n g m ụ c cód iệ n thic ô n g đặc biệthoặ cd iện thicôn gh ẹp khókhăn cho công đầm nèn vật liệu Đối với các diện thi công này thường có xu hướng lựachọn thiết bị thi công nhỏ phù hợp; đối với phương án này để đảm bảo được chất lượngthi công rất khó khăn Có một hướng lựa chọn khác là sử dụng những loại vật liệu ít tốncôngđầmnénmàvẫn đảmbảochấtlƣợngcôngtrình.

Vật liệu đƣợc thiết kế trong nghiên cứu với mong muốn tạo ra một hỗn hợp khôngcần đầm nén nhưng có một độ chặt đủ để đảm bảo cường độ của vật liệu xây dựng nền,móngđườngôtôHình2-14.

Hình2-14 Đắptrảhốmóngtrongduytu sửa chữađườngôtôbằng vậtliệutựđầm

Với đặc điểm có cấu trúc hạt hình cầu nên tro bay có khả năng tạo ra hiệu ứng

“ổbi” trong quá trình đầm nén và khi tro bay tham gia vào cấu trúc vật liệu với một tỷ lệnhấtđịnhcóthểtạo raloạivậtliệutốníthoặckhôngcầncôngđầmnén.

Cácthôngtin cơ bảnvềnghiêncứu

- Loại tro bay sử dụng trong nghiên cứu: tro bay nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn – TháiNguyên

- Nghiên cứu khả năng sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn để chế tạovậtliệutự đầmthaythếđấtđắptruyềnthống.

+ Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro bay nhàmáy nhiệt điện Cao Ngạn kết hợp với xi măng chế tạo vật liệu tự đầm thông qua các chỉtiêu cơ bản liên quan đến kỹ thuật đường bộ để đánh giá khả năng thay thế vật liệu đấtđắp truyền thống: độ linh động, cường độ chịu nén (Rn), sức chịu tải CBR, mô đun đànhồi(Eđh).

+ Kết quả dự kiến: kết quả thí nghiệm là cơ sở để đánh giá khả năng sử dụng trobay nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam chƣa qua xử lý với XM để chế tạo vật liệu tự đầmthaythếvậtliệuđất đắptruyềnthốngtạicácvịtrícóđiều kiệnđặcbiệt(khóđầmnén).

+ Tro thải phối trộn với xi măng theo 3 tỷ lệ: 5% XM +95% TrT, 10% XM + 90

%TrT, 20% XM +80% TrT Với các tỷ lệ này các thí nghiệm đƣợc thực hiện là: CBR,cườngđộchịunénRnvàmôđunđànhồiEđh.

+M ẫ u t h í n g h i ệ m Rnđ ƣ ợ c đ ú c t r o n g k h u ô n l ậ p p h ƣ ơ n g k í c h t h ƣ ớ c 70,7x70,7x70,7 (mm), bảo dƣỡng ẩm hàng ngày và thí nghiệm ở các tuổi mẫu 7, 28,56ngày.

+MẫuthínghiệmEđhđƣợcđúctrongkhuônD1,60mmvàHc,50mm,bảodƣỡngẩmh àngngàyvàthínghiệmởcáctuổi mẫu7,28,56ngày.

+ Mẫu thí nghiệm CBR đƣợc đúc trong khuôn D2,40mm và H7,80mm,mẫu đƣợc bảo dƣỡng ẩm hàng ngày, sau khi đạt 28 ngày tuổi tiến hành ngâm bão hòa 4ngày,rồitiếnhànhnén.

- Thí nghiệm xác định độ linh độngcủa mẫu tro thải và XM Đối với các tỷ lệ phối trộn ở trên, lượng nước được sử dụng tối đa để đảm bảo độlinh động của hỗn hợp (Hình 2-15) và đồng thời không có hiện tượng tách nước tronghỗnhợp. a-Trộnhỗn hợpvậtliệu b-Độ chảycủa vữa

Kết quả xác định lượng nước cho các hỗn hợp với độ chảy lựa chọn yêu cầu đƣợcthểhiệntạiBảng2-13.

Hỗn hợp Lượngnước(lít/kg) Độchảylựachọn(s)

- Kết quả thínghiệmR n vớicáctỷlệphốitrộnvàtheocácngàytuổiđƣợcthểhiện tạiHình 2-16.

- Kết quả thí nghiệmE đh vớicáctỷlệphốitrộnvàtheocácngàytuổiđƣợcthểhiệntại Hình 2-17.

Hình2-17Môđunđàn hồiE đh nhómmẫuởcácngàytuổi khácnhau

- Kết quảthí nghiệm CBR với cáctỷlệphốitrộnvàtại28ngày(+4)tuổiđƣợcthểhiệ ntạiHình2-18.

Đánhgiákhả năngsửd ụn g hỗnhợpv ữ a cát, trobay chƣaquaxửlý vàxim ănglàmvậtliệuđắptrongxâydựngđườngôtôdướidạngvậtliệutựđầm

- Mẫu tỷ lệ 5%XM có CBR=9.86% và Ey.00Mpa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ10%XM có CBR2.56% và E7.23Mpa theo quy định22 TCN 211-06tương đươngvớic á c l ớ p v ậ t l i ệ u đ ấ t đ ắ p K 9 5 , K 9 8 C á c l o ạ i t ỷ l ệ n à y c ó t h ể đ ƣ ợ c đ ị n h h ƣ ớ n g s ử dụng trong công tác đắp trả tại các vị trí khó thi công (diện thi công hẹp) trong công tácxâydựng,duytu,bảo dưỡnghoặcsửachữađườngôtô.

- Mẫu tỷ lệ 20%XM có CBRv.74% và E#5.00Mpa 28 ngày tuổi theo quyđịnh22 TCN 211-06tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2 Loại tỷ lệ nàycóthểđịnhhướngsửdụngtrongcôngtácđắptrảtạivịtrícáclớpmóngkếtcấuáođườngtrongduytu, bảo dƣỡnghoặcsửa chữa.

- Khả năng ứng dụng của mẫu tỷ lệ 20%XM khó có thể xem xét khi tính đến chỉtiêu về kinh tế Để sử dụng được vật liệu tự đầm để thay thế lớp móng đường truyềnthống cần nghiên cứu theo phương án tạo bộ khung cốt liệu cho hỗn hợp nhằm tăngcườngđộvàgiảmlượngXM.

Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu của đề tài, chương 2 đã giới thiệu kết quả thínghiệm trong phòng sử dụng tro thải với đất và cát mịn gia cố xi măng với hàm lƣợng trothảivàximăngthayđổiđãthuđƣợccáckếtquảsau:

1- Sử dụng tro thải Uông Bí với đất mỏ Đồng Mít, Hồng Thái Tây, ĐôngTriều,QuảngNinh cho thấy:

1.6 lần (từ 10.58% lên 16.60%) so với vật liệu đất thuần túy có ýnghĩa đặc biệt khi xâydựnglớpđáycủa kếtcấuáođường.

- Tỷ lệ tro thải hợp lý 10% kết hợp với đất gia cố 4%XM có cường độ chịu néncủamẫuđấtđạttươngứngvớiđộbềncấp3(theoTCN81-

- Tro thải có thể sử dụng kết hợp với cát mịn để sử dụng làm móng dưới của kếtcấu áo đường thay thế cho cấp phối tự nhiên (cấp phối sỏi đồi hay cấp phối sỏi suối) tạicác vùng hiếm vật liệu; khi sử dụng trong trường hợp cụ thể cần xem xét đến chi phí vềcôngnghệphốitrộn.

- Cường độ Rnmẫu có tỷ lệ tro thải hợp lý 20% kết hợp cát mịn gia cố 3%XM đạttương ứng với độ bền cấp 2 (theo TCVN 10186:2014) có thể sử dụng cho lớp móng củamặt đường ô tô Như vậy giải pháp sử dụng tro thải với hàm lượng 10-30(%) và hàmlượng hợp lý xấp xỉ 20% với cát gia cố 3% XM cho hiệu quả cao cả về phương diện tậndụng chất phế phụ phẩm xử lý ô nhiễm môi trường và đồng thời nâng cao chất lượng vậtliệucátđịaphương.

3- Thí nghiệm sử dụng trực tiếp tro thải gia cố xi măng làm vật liệu dẻo (có tínhnăngtựđầmhoặccầnrấtítcôngđầm)trongtrườnghợpđặcbiệtcho thấy:

- Mẫu tỷ lệ 5%XM có CBR=9.86% và Ey.00Mpa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ10%XM có CBR2.56% và E7.23Mpa theo quy định 22 TCN 211-06 tương đươngvớic á c lớpvậtliệuđấtđắpK95,K98.

- Mẫu tỷ lệ20%XMcóCBRv.74% vàE#5.00Mpa2 8 n g à y t u ổ i t h e o q u y định 22 TCN 211-06 tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2; loại tỷ lệ nàycóthểđịnhhướngsửdụngtrongcôngtácđắptrảtạivịtrícáclớpmóngkếtcấuáođườngtrongduytu, bảo dƣỡnghoặcsửa chữa.

Tiếp theo, Chương 3 sẽ giới thiệu kết quả thí nghiệm trong phòng sử dụng tro thảivớicácloại đágiacốximăngtrongxâydựngđườngôtô

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO THẢI KẾT HỢP VỚI ĐÁ TRONG XÂY

Vật liệu địa phương trong xây dựng nền, móng mặt đường ô tô phổ biến gồm cácloại: đất, cát, cát mịn, CPĐD, đá dăm tiêu chuẩn, đá thải của các mỏ đá…Ở chương

2 đãgiới thiệu thí nghiệm trong phòng xác định khả năng sử dụng tro thải với đất, cát mịn giacốximăng.Chương3 sẽgiớithiệucácthínghiệmsửdụngtrothảikếthợpvớiCPĐD,đáthải,đádămtiêuchuẩntrongxâydựng đườngôtô.Nộidungcủachươngbaogồm:

Nghiêncứusửdụngtrothảikếthợpcấpphốiđádăm

+ Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro thải nhàmáy nhiệt điện Cao Ngạn để gia cố cấp phối đá dăm thông qua các chỉ tiêu cơ bản liênquan đến kỹ thuật đường bộ để đánh giá khả năng sử dụng tro thải trong gia cố cấp phốiđá dăm: thí nghiệm đầm nén xác định độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất, CBR,môđunđànhồi,cường độnén,cườngđộépchẻ.

+ Tro thải phối trộn với CPĐD theo tỷ lệ thay đổi từ 0% đến 25% so với khốilượng đá khô, bước thay đổi 5% Với các tỷ lệ này các thí nghiệm được thực hiện là:Proctocảitiến,CBRvàmôđunđànhồi.

Bảng3-2Tổnghợp mẫuthínghiệmhỗn hợptrothảivà CPĐD

2 ChỉsốsứcchịutảiCBR 6 1 3tổmẫu (3mẫu/1tổ) 6x3x3T mẫu

- Thành phần hạt của đá dăm sử dụng đượclựachọntheođường congcấpphốiHình 3-1.

Chỉ số dẻo không thí nghiệm đƣợc do thành phần hạt nhỏ có trong đá dăm chủyếu làbộtđá.

- Kết quả thí nghiệm đầm nén Procto cải tiến của mẫu tro thải và CPĐD:đƣợcthểhiện tạiHình3-2.

Diễn biến về thay đổi độ chặt (khối lƣợng thể tích khô), độ ẩm tốt nhất của mẫucấp phối đá dăm gia cố theo hàm lượng tro thảikhá tương đồng với đất gia cố ở2.2.,khối lƣợng thể tích khô của hỗn hợp đạt lớn nhất khi tỷ lệ tro thải là 5% và giảm khi tiếptụctăng hàmlƣợngtro thải.

Hình 3-2 Độ ẩm tốt nhất, khối lượng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải Cao Ngạn kếthợpCPĐD vớicáchàmlượngkhácnhau Điều này có thể giải thích giống tro thải kết hợp với đất, trường hợp này tro thảithểhiệnvaitròcủachấtđộnmịntronghỗnhợp.Khitiếptụctănghàmlƣợngtrothảilên, lúcnàycáchạttrothảiđẩycác hạtcátra xadẫnđếnđộchặtgiảm(khốilƣợng củacáchạttronhẹ).

- Thí n g h i ệ m C B R v à E đh của m ẫ u t r o t h ả i v à C P Đ D : M ẫ ut h í n g h i ệ m C B R v à Eđhđược bão dưỡng 28 ngày trong điều kiện bão hòa nước Kết quả thí nghiệm CBR vàEđhởđiềukiệnkhôngnởhôngcủacáctỷlệtrothảikhác nhauđƣợc thểhiệnởHình3-3.

Hình 3-3 Kết quả thí nghiệm CBR và E đh của mẫu tro thải Cao Ngạn kết hợp CPĐD vớicáchàm lượngkhácnhau

Kết quả thí nghiệm cho thấy CBR và Eđhcủa hỗn hợp tro thải kết hợp CPĐD đạtgiá trị lớn nhất ứng với tỷ lệ tro thải 5% có khối lƣợng thể tích khô lớn nhất Tuy nhiên,chođếnhàmlƣợng15%mặcdùkhốilƣợngthểtíchkhôlớnnhấtgiảmsovớimẫukhônggia cố nhƣng CBR và Eđhcủa các mẫu hỗn hợp vẫn cao hơn so với mẫu không gia cố(hàm lƣợng tro thải 0%) Điều này cho thấy có phản ứng puzơlan giữa các thành phầnkhoáng SiO2,

Al2O3, Fe2O3và CaO trong tro thải giúp mẫu tăng khả năng chịu nước dẫnđến tăng chỉ tiêu cường độ CBR và Eđhso với mẫu không có tro thải Khi tỷ lệ tro thảivượt quá 15% thì cường độ hỗn hợp giảm vì tro thừa chèn vào giữa các hạt cốt liệu lớnvàlàmgiảmmasátgiữa các hạtcốt liệulớn.

Thí nghiệm nén, ép chẻ tương tự như nghiên cứu với đất và cát ở phần trên đềukhôngthựchiệnđược domẫuvỡtrongquátrìnhngâmbãohòanước.

Nghiêncứusử dụngtrothảikếthợpđáthải

- Loạivậtliệusửdụngtrongnghiêncứu:đáthảisửdụngđƣợclấytạimỏđákhuvựcTa mĐiệp–Ninh Bình vàmỏđákhuvựcĐồngMỏ-Lạng Sơn.

+P h ƣ ơ n g p háp n g h i ê n c ứ u : t hu t h ậ ps ố l i ệ u n h ằ m phânl o ạ i t r o t h ả i t h ô n g q u a thànhphần hóahọccủatrothảiNinhBìnhvàtrothảiNaDương.

+ Phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro thải nhàmáy nhiệt điện để gia cố đá thải thông qua các chỉ tiêu cơ bản liên quan đến kỹ thuậtđường bộ để đánh giá vật liệu gia cố: CBR, mô đun đàn hồi E, cường độ nén, cường độép chẻ Tỉ lệ tro thải thay đổi từ 0% đến 11% (13%) so với khối lượng đá khô, bắt đầu từtỷlệ5%(7%) vàbướcthayđổi2%.

+ Tro thải Ninh Bình phối trộn với đá thải Tam Điệp theo tỷ lệ thay đổi từ 0% đến13% so với khối lượng đá khô, bước thay đổi đầu tiên là tỷ lệ 7% và các bước sau là 2%.Cácthínghiệmđƣợcthựchiệnlà:Proctocảitiến,CBRvàmôđunđànhồi.

+ Tro thải Na Dương phối trộn với đá thải Đồng Mỏ theo tỷ lệ thay đổi từ 0% đến11% so với khối lượng đá khô, bước thay đổi đầu tiên là tỷ lệ 5% và các bước sau là 2%.Cácthínghiệmđƣợcthựchiệnlà:Proctocảitiến,CBRvàmôđunđànhồi.

+ Đá thải được lấy tại mỏ sau đó sàng loại bỏ hạt đường kính lớn hơn 50 mm đểphù hợp yêu cầu làm lớp móng đường sau đó phối trộn với tro thải theo các tỷ lệ lựachọn Mẫu thí nghiệm được chế bị bằng cối Procto cải tiến cho trường hợp không gia cốvà có gia cố tro thải với tỷ lệ khác nhau; thời gian bảo dƣỡng mẫu 28 ngày trong điềukiệnbãohòanước.

2 ChỉsốsứcchịutảiCBR 5 1 3tổmẫu (3mẫu/1tổ) 5x3x3E mẫu

-Thành phần hóa học của tro thải nhà máy nhiệt điện Ninh Bìnhtheo [27]đƣợcthểhiện tạiBảng3-5.

50%,CaO

= 21.70%>20% và MKN = 4.40% < 6% theo ASTM C168 đƣợc xếp vào loại C vàtheoTCVN10302:2014đƣợcxếpvàoloạiCmứca,b.VớihàmlƣợngSO3.60%vƣợtnhiều so với hai tiêu chuẩn trên (kể cả so với C mức c theo TCVN10302: 2014 chấp nhậnlƣợng SO3cao nhất là 6%) thì việc sử dụng vào các vật liệu bê tông xi măng và bê tôngnhựa rất khó khăn; tuy nhiên khả năng sử dụng trực tiếp tro thải này vào gia cố vật liệulàmmóngmặtđườnglàmộtvấnđềkhảthivàcầnphảixemxétthôngquacácnghiê ncứucụthể.

-Kết quả phân tích thành phần hạt của đá thải Tam Điệp – Ninh Bình sau khiloại bỏ hạt có đường kính lớn hơn 50 mm được thể hiện tạiHình 3-4; chỉ số dẻo củathànhphầnhạtnhỏcótronghỗnhợpIp=5.21%.

Thành phần hạt của đá thải Tam Điệp Ninh Bình không nằm trong đường cấp phốitiêuchuẩnđƣợcquiđịnhtạiTCVN8858:2011,hàmlƣợnghạtnhỏlẫnnhiềutrongđáthảilàđấtácá t.

- Kết quả phân tích thành phần hạt của đá thải Đồng Mỏ - Lạng Sơn sau khiloại bỏ hạt có đường kính lớn hơn 50 mm được thể hiện tạiHình 3-5; chỉ số dẻo củathànhphầnhạtnhỏcótronghỗnhợpIp.4%.

Thành phần hạt của đá thải Đồng Mỏ Lạng Sơn không nằm trong đường cấp phốitiêuchuẩnđƣợcquiđịnhtạiTCVN8858:2011,hàmlƣợnghạtnhỏlẫnnhiềutrongđáthảilàđấtsé tcóchỉsốdẻolớn.

- Kết quả thí nghiệm đầm nén Procto cải tiến của mẫu tro thải và đá thải:đƣợcthểhiệntạiHình3-6,Hình3-7.

Hình 3-6 Độ ẩm tốt nhất, khối lượng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải Ninh Bình vàđáthảiTamĐiệpvớicáchàmlượngkhácnhau

Diễn biến về thay đổi độ chặt (khối lƣợng thể tích khô), độ ẩm tốt nhất của mẫu đáthải gia cố theo hàm lượng tro thảikhá tương đồng với các vật liệu đã thí nghiệm tại cácmục trước, khối lƣợng thể tích khô của hỗn hợp đạt lớn nhất khi tỷ lệ tro thải là 7% đốivới đá thải Tam Điệp và 9% đối với đá thải Đồng Mỏ; khi tiếp tục tăng hàm lƣợng trothảithìkhốilƣợngthểtíchkhôcủahỗnhợpgiảm.

Hình 3-7 Độ ẩm tốt nhất, khối lượng thể tích khô lớn nhất của mẫu tro thải Na Dương vàđáthảiĐồngMỏvớicáchàmlượngkhácnhau Điềunàycóthểgiảithíchgiốngtrothảikếthợpvớiđất,cátvàCPĐD.Trường hợp này tro thải thể hiện vai trò của chất độn mịn trong hỗn hợp Khi tiếp tục tăng hàmlƣợng tro thải lên, lúc này các hạt tro thải đẩy cáchạt cát ra xa dẫn đến độc h ặ t g i ả m (khối lƣợng của các hạt tro nhẹ) Vật liệu hạt mịn có trong đá thải là cát (đá thải TamĐiệp) thì hàm lƣợng tro thải sử dụng để đạt độ chặt lớn nhất sẽ nhiều hơn so với hạt mịncó trong đá thải là đất (đá thải Đồng Mỏ) khá tương đồng với kết quả của tro thải kết hợpvớiđấtvàcát tại2.2.và2.3

- Kết quả thí nghiệm CBR và E đh ở điều kiện không nở hông của mẫu thí nghiệm với các hàmlƣợngtro thải khác nhau đ ƣ ợ cthểhiệnởHình3-8,Hình3-9.

Hình 3-8 Kết quả thí nghiệm CBR và E đh của mẫu tro thải Ninh Bình và đá thải

Hình 3-9 Kết quả thí nghiệm CBR và E đh của mẫu tro thải Na Dương và đá thải Đồng

Hỗn hợp đá thải kết hợp tro thải đạt giá trị CBR và Eđhlớn nhất ở mẫu hỗn hợp cókhối lượng thể tích khô lớn nhất tương ứng 7% (9%) Tiếp tục tăng hàm lượng tro thảikhối lƣợng thể tích khô giảm nhƣng giá trị CBR và Eđhcủa hỗn hợp vẫn cao hơn so vớimẫuđ ố i c h ứ n g ( 0 % t r o t h ả i ) Đ i ề u n à y chot h ấ y cóp h ả n ứ n g p u z ơ l a n g i ữ a c á c t h à n h phầnkhoángSiO2,Al2O3,Fe2O3vàCaOtrongtrothảigiúpmẫutăngkhảnăngchịunướcdẫn đếntăngchỉtiêucườngđộCBRvàEđhso với mẫu khôngcótrothải.

Thí nghiệm nén và ép chẻ không thực hiện đƣợc do mẫu vỡ trong quá trình ngâmbãohòanước.Điềunàychứngtỏkhảnăngkếtdínhcủatrothảikém.

Đánhgiákhảnăngsửdụngtrothảikếthợpvớiđáthảitrongxâydựngđườngôtô

- Việc sử dụng tro thải chƣa qua xử lý nhƣ là vật liệu gia cố vô cơ thực thụ, thaythế xi măng là khó khả thi vì mẫu gia cố vẫn không có khả năng giữ nguyên khối để thínghiệmcườngđộnénhaycườngđộépchẻnhưmẫucátgiacốximănghaygiacốvôi.

- Khi sử dụng tro thải Ninh Bình kết hợp với đá thải Tam Điệp ở hàm lƣợng tro từ7-13(%) thì hỗn hợp cho hiệu quả tăng cường độ rõ rệt so với mẫu đối chứng không cótrothải(tỷlệtrothải0%).Cụthểl à CBRtăngtừ2.00lần(trothải13%)đến2.21lần

(trothải9%)sovớimẫuđốichứng(trothải0%)vàEđhtăngtừ1.97lần(trothải13%)đến 2.20lần(trothải9%)sovớimẫuđốichứng(trothải 0%).

- Khi sử dụng tro thải Na Dương kết hợp với đá thải Đồng Mỏ ở hàm lượng tro từ5-11(%) thì hỗn hợp cho hiệu quả tăng cường độ rõ rệt so với mẫu đối chứng không cótro thải (tỷ lệ tro thải 0%) Cụ thể là CBR tăng từ 1.79 lần (tro thải 11%) đến 2.19 lần(trothải7%)sovớimẫuđốichứng(trothải0%)vàEđhtăngtừ2.04lần(trothải11%) đến2.24lần(trothải7%)sovới mẫuđốichứng(trothải0%).

- Kết quả nghiên cứu trong phòng cho thấy khi sử dụng tro thải kết hợp đá thải vớicác hàm lƣợng có hiệu quả từ 7-13(%) khối lƣợng đá khô thì mô đun đàn hồi Eđhvà sứcchịutảiCBRcủamẫuthínghiệmđềutăngxấpxỉ2lầnsovớimẫukhôngtrothải.Mẫucó chất lượng cao nhất khi hàm lượng tro thải xấp xỉ 7% với mức tăng cường độ lên tới2-3lần(Hình 3-8,Hình 3-9).

- Nhƣ vậy ở hàm lƣợng tro thải đã thí nghiệm cho ta thấy hiệu quả cả về xử lý ônhiễm môi trường và cải thiện chất lượng làm việc của vật liệu đá thải khi kết hợp sửdụngtrothảivàđáthải.

3.3 Nghiêncứu sử dụng tro thải chế tạo vật liệu đá dăm chèn vữa trong xây dựngđườngôtô Đá dăm chèn vữa xi măng, vữa xi măng vôi đã đƣợc nghiên cứu ở Việt Nam [21]bướcđầuđạtđượccáckếtquảkhảquan,chothấyvữacóthểchènvàođộrỗnglớncủađádămtiêuch uẩn,tăngkhảnăngliên kếtgiữacáchạtvàtăngcườngđộlớpvậtliệu.

Kết quả thí nghiệm độ chảy và cường độ vật liệu tự đầm sử dụng tro thải nhà máynhiệt điện Cao Ngạn kết hợp với xi măng PCB30 tại Chương 2 cho thấy sử dụng tro thảinhà máy nhiệt điện chƣa qua xử lý chế tạo hỗn hợp vữa nhằm tăng tính linh động,gópphần tận dụng chất thải và quan trọng nhất là tạo ra một loại vật liệu có đủ tính năng sửdụnglàmmóngđườngôtôlà mộthướngnghiêncứucócơsởkhoahọc,nhiềuýnghĩavềmặt thực tiễnvàhoàntoànkhảthi.

- Loại tro thải sử dụng trong nghiên cứu: tro thải nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn –TháiNguyên.

- Loại vật liệu sử dụng trong nghiên cứu: đá dăm đƣợc lấy tại mỏ đá khu vực SơnTây, cátsử dụngloạicátmịnsôngHồng.

- Thành phần hóa học của tro thải và kết quả phân tích thành phần hạt của cát đãđƣợcnghiêncứutại2.3.

- Nghiên cứu lựa chọn thành phần vữa tro thải + cát + XM: phương pháp nghiêncứu quy hoạch thực nghiệm, xây dựng phương pháp lựa chọn thành phần vữa thông quathínghiệmhaichỉtiêucơbảncủa vữalàđộsệtvàcườngđộ nén28ngày.

- Nghiên cứu khả năng sử dụng tro thải chế tạo vật liệu đá dăm chèn vữa: phươngpháp nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng tro thải để chế tạo vật liệu đádăm chèn vữa thông qua các chỉ tiêu cơ bản liên quan đến kỹ thuật đường bộ để đánh giávậtliệu: môđunđànhồiE,cườngđộnén,cườngđộép chẻ.

- Thí nghiệm lựa chọn thành phần vữa: hỗn hợp vữa bao gồm cát, tro thải, ximăng,nướcđượclựachọnphốitrộnđểđảmbảohỗnhợpvữathỏamãncảtiêuchíđãlựachọn Để đảm bảo đơn giản hóa trong việc lựa chọn yếu tố thành phần xi măng đƣợc cốđịnh; ba yếu tố còn lại đƣợc rút gọn thành hai yếu tố là tỷ lệ TrT/C và N/(XM+TrT).Lƣợng xi măng trong hỗn hợp đƣợc phối trộn đƣợc không chế 200kg/m3 vữa nhằmkhống chế lƣợng xi măng tối đa dùng trong hỗn hợp khoảng từ 4-5% Tỷ lệ tro thải trêncát mịn thay đổi từ 0,5 đến 3,0 theo khối lƣợng với bước thay đổi 0,5 Lượng nước trênchấtkếtdínhvàchấtđộnmịnN/(XM+TrT)thayđổitừ0,88đến1,04theokhốilượngvớibước thay đổi 0,04 Tỷ lệ N/(XM+TrT) = 0.88 đảm bảo hỗn hợp có tỷ lệ TrT/C =0,5 cóđộ linh động có thể thí nghiệm đƣợc, tỷ lệ N/(XM+TrT) = 1,04 đảm bảo hỗn hợp có tỷ lệTrT/ C=0,5khôngbịtáchnướctheocácthínghiệmbướcđầuxácđịnhđược.

- Thí nghiệm khả năng sử dụng tro thải chế tạo vật liệu đá dăm chèn vữa: lựa chọn3 tỷ lệ vữa và một thành phần cốt liệu đá để xác định 3 chỉ tiêu lựa chọn Mô đun đàn hồiE,cườngđộnén,cườngđộépchẻ.

Bảng3-8 Tổnghợp mẫuthínghiệmhỗn hợpđádămchènvữatro thải+cát+XM

Hỗn hợpvữa trothải+cát+XM

Hỗn hợp đádămchèn vữatrothải + cát+ XM

Thànhphầnvữaxi măng–trothảitheomụctiêuđộcôngtáccủavữa

Độ sệt của vữa ở các tỷ lệ khác nhau đƣợc xác định bằng thí nghiệm sau: trộn hỗnhợp tương ứng với tỷ lệ chọn để thí nghiệm, đổ đầy vữa vào phễu Escario có kích thướctheo [21], đợi sau 5s, tháo nút đáy phễu cho vữa chảy ra và ghi lại thời gian chảy hết vữa.Thờigiannày(tínhbằnggiây)đƣợcgọilàđộsệtcủavữavàmỗitỷlệthựchiện3lần. Kếtquảthí nghiệmđộ sệtcủacáctỷlệvữakhácnhauđƣợcthểhiệntạiBảng3-9

Môhìnhhồiquytuyếntínhtổngquát:ĐộchảycủavữavớiN/(XM+TrT), TrT/C

Phân tích phương sai của Độ chảy của vữa, sử dụng SS điều chỉnh cho phép thửNguồn DF SeqSS AdjSSA d j MS F P

Biểu đồ phần dư của Độ chảy của vữa Biểu đồ phân bố chuẩnBiểu đồ đánh giá đồng phương sai

Biểu đồ Histogram Biểu đồ đánh giá tính ngẫu nhiên

P h ần tr ă m T ầ n su ất P h ần d ư P h ần d ư

Tất cả các biến và tổ hợp đảmbảo phân bố chuẩn, tính đồng phương sai và tínhngẫunhiênhayđộclậpquansát.VớikếtquảxácđịnhR 2 đ i ề u chỉnhbằng99,33%,cáchệs ốp đều nhỏ hơn 0,05 cho thấy các biến và tổ hợp đều có ý nghĩa về thống kê để xem xétphântíchảnhhưởngcủa chúngđến độchảycủahỗnhợp vữa.

+Khoảng tỷ lệ N/(XM+TrT) từ 0,88 đến 0,96 nước đóng vai trò rõ rệt trong việcgiảm ma sát giữa các hạt vật liệu làm tăng nhanh tốc độ chảy của vữa Khoảng tỷ lệN/(XM+TrT) từ 0,96 đến 1,04 tốc độ chảy của vữa tăng chậm do hỗn hợp vữa dần tiếnđến hiện tượng tách nước và vai trò của nước giảm Hiện tượng này là căn cứ để khốngchếbướcthayđổitronglựachọntỷlệN/(XM+TrT)nhằmđạtđượcđộchảylựachọn củavữa.

+Độchảy(tínhcôngtác)củahỗnhợpvữađạtgiátrịtốt nhấttại tỷlệTrT/C=1,5.

Thực hiện xây dựng biểu đồ mối tương quan giữa TrT/C với độ chảy của vữatương ứng với mỗi tỷ lệ N/(XM+TrT)Hình 3-12; vị trí và hình dạng các đồ thị cho thấykhông có sự tương tác với nhau giữa nhân tố N/(XM+TrT) và nhân tố TrT/C khi xét đếnsựảnhhưởngcủachúngđếnđộchảycủa vữa.

Thànhphầnv ữ a ximăng–trothảitheomụctiêucườngđộvữa

Các mẫu vữa đƣợc đúc khuôn vuông 10x10x10 cm, bảo dƣỡng bằng cách phủ vảiẩm trong 24 ngày và ngâm bão hòa nước 4 ngày sau đó tiến hành nén xác định cường độ.KếtquảnénmẫuđƣợcthểhiệntạiBảng3-10 a-B ả o dưỡngmẫu b-N é n mẫu Hình3-13Bảodưỡngvànénmẫuvữa.

Môhìnhhồiquytuyếntínhtổngquát: CườngđộnénR28vớiN/(XM+TrT),TrT/C

Nguồn DF SeqSS AdjSS AdjMS F P

Tất cả các biến và tổ hợp đảmbảo phân bố chuẩn, tính đồng phương sai và tínhngẫunhiênhayđộclậpquansát.Vớikếtquảxá cđịnhR 2 đ i ề u chỉnhbằng99,20%,cáchệs ốp đều nhỏ hơn 0,05 cho thấy các biến và tổ hợp đều có ý nghĩa về thống kê để xem xétphântíchảnhhưởngcủachúngđếncườngđộ củahỗnhợpvữa.

Biểu đồ phần dư của Cường độ nén R28 Biểu đồ phân bố chuẩnBiểu đồ đánh giá đồng phương sai

Giá trị Biểu đồ HistogramBiểu đồ đánh giá tính ngẫu nhiên

P h ần tr ă m T ầ n su ất P h ần d ư P h ần d ư

+ Ảnh hưởng của tỷ lệ N/(XM+TrT) đồng đều tại tất cả các khoảng giá trị, cườngđộvữa giảmkhitỷlệN/(XM+TrT)tăng.

+ Khoảng tỷ lệ TrT/C từ 0,5 đến 1,0 cát thể hiện vai trò rõ vai trò là bộ khung cốtliệuchohỗnhợp vữa,cườngđộcủavữagiảmnhanhkhitỷlệTrT/C =1,0.

+K h o ả n g t ỷ l ệ T r T / C t ừ 1 , 0 đ ế n 3 , 0 h ỗ n h ợ p v ữ a t h ể h i ệ n h i ệ n t ƣ ợ n g d ƣ c h ấ t độn mịn Tỷ lệ TrT/C từ 1,5 đến 3,0vai trò của cát hầu như không có khi xét ảnh hưởngđếncườngđộR28củahỗnhợp.

Thực hiện xây dựng biểu đồ mối tương quan giữa TrT/C với cường độ R28 củavữatươngứngvớimỗitỷlệN/(XM+TrT)Hình3-16;vịtrívàhìnhdạngcácđồthịcho

C ư ờ n g đ ộ n én (M P a ) thấy không có sự tương tác với nhau giữa nhân tố N/(XM+TrT) và nhân tố TrT/C khi xétđếnsựảnhhưởngcủachúngđếncườngđộ R28củavữa.

Lựachọnthànhphầnvữaximăng–trothảisửdụnglàmvậtliệugiacốmóngđádăm 92 3.3.5 Chếtạovàxácđịnhmộtsốchỉtiêucơbảncủavậtliệuđádămchènvữaximăng trothải93 3.3.6 Thửnghiệmtrên mẫumôphỏngvàvậtliệusửdụng

Với giá trị tỷ lệ TrT/C = 1,5 tốt nhất cho tính công tác của vữa (mục3.3.2.) vàkhoảng có tác dụng nhất của cát khi phối trộn TrT/C từ0,5 đến 1,0 cho mục tiêu cườngđộ(mục3.3.3.),kiếnnghịkhoảngtỷlệsửdụnghợplýchoTrT/C từ0,5đến1,5.

Sử dụng phần mềm Minitab 16 xây dựng phương trình hồi quy với các số liệu đãthí nghiệm trong khoảng biến thiên tỷ lệ TrT/C kiến nghị sử dụng 0,5 đến 1,5 với tỷ lệN/(XM+TrT)từ 0,88đến1,04.

Phântíchhồiquy:CườngđộnénR28 vớiN/(XM+TrT), TrT/C

Phươngtrìnhphântíchhồiquy Cường độ nén R28 = 3.85 - 1.80 N/(XM+TrT) - 1.13 TrT/

Phântíchhồiquy:Độchảycủa vữaversusN/(XM+TrT),TrT/C

Phươngtrìnhphântíchhồiquy Độ chảy của vữa = 407 - 335 N/(XM+TrT) - 42.0 TrT/

Hằngsố 407.33 34.601 1 7 7 0 0 0 0 N/(XM+TrT) -334.72 35.61 -9.40 0.000 TrT/C -42.000 4.934 -8.51 0.000 S.5122 R-Sqy.3% R-Sq(adj)x.3%

Các hệ số p đều nhỏ hơn 0,05 cho thấy các biến và tổ hợp đều có ý nghĩa về thốngkê để xây dựng phương trình hồi quy xác định R28 thông qua biến số N/(XM+TrT),TrT/C Với kết quả xác định R 2 điềuchỉnhbằng 81,90% (0,5≤ R 2 4,0MPa), haihỗnhợpcònlạiđảmbảocườngđộyêucầucủacácloạimóngkhác(cườngđộtại28ngàytuổi>2,0MP a)theo2 2 T C N 245-98.

Thínghiệmđượcthựchiệnđểxácđịnhcườngđộépchẻcủahỗnhợpđádămthấmnhập vữa xi măng tro thải tại 28 ngày tuổi tương ứng với một thành phần hạt của cốt liệuđávà3thànhphần vữađãlựachọn.Với mỗi thànhphần vữathựchiện6 mẫuthínghiệm. a-Chuẩnbị mẫunén c-Mẫu pháhoại b-Nénmẫu

Cường độ ép chẻ tại 28 ngày

Đánhgiákhảnăngsửdụnghỗnhợpđádămchènvữaximăngtrothảilàmm óngmặtđườngôtô

- Hỗn hợp đá dăm thấm nhập ứng với lƣợng xi măng khống chế 200kg/m3 vữa cócườngđộđảmbảođể làmlớp móngcho đườngôtôtheo[2].

- Với việc khống chế hàm lƣợng xi măng tối thiểu 200kg/m3 vữa, hỗn hợp đá dămthấm nhập vữa tro thải xi măng chỉ đảm bảo đáp ứng làm các lớp móng chịu lực chođường cấp thấp hoặc móng dưới cho đường cấp cao Để sử dụng làm lớp móng chịu lựcchođườngcấpcaocầnsửdụnglượngximăngnhiềuhơntronghỗnhợp.

- Độ linh động của hỗn hợp trong tỷ lệ khảo sát chƣa thể hiện đƣợc rõ rệt sự ưuviệt trong việc tăng cường độ của hỗn hợp đá dăm thấm nhập vữa xi măng tro thải.

Tỷ lệTrT/Ctốt nhấtứngvới lƣợngximăng200kg/m3 cóthểsửdụnglà0,5.

- Nếu tăng lƣợng xi măng sử dụng thì tỷ lệ TrT/C nên sử dụng trong khoảng0,5đến1,5.

Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu của đề tài, chương 3 đã giới thiệu kết quả thínghiệm trong phòng sử dụng tro thải với CPĐD, đá thải và sử dụng tro thải trong chế tạovậtliệuđádămchènvữađãthuđƣợccáckết quảsau:

1- Sử dụng tro thải Cao Ngạn với CPĐD lấy tại mỏ đá khu vực Sơn Tây, Hà Nộichothấy:

- Khi sử dụng tro thải kết hợp với CPĐD ở hàm lƣợng tro từ 5-15(%) thì hỗn hợpchohiệuquảtăngcườngđộrõrệtsovớimẫuđốichứngkhôngcótro thải(tỷlệtrothải 0%).

Cụ thểlà CBR tăng từ 1.11 lần (tro thải 15%) đến 1.17 lần (tro thải 5%)so với mẫu đối chứng (tro thải 0%) và Eđhtăng từ 1.09 lần (tro thải 15%) đến 1.24lần (tro thải 5%) so với mẫu đối chứng (tro thải 0%).Nhƣ vậy hàm lƣợng hợp lýtro thải sử dụng là 5-15% cho ta thấy hiệu quả cả về xử lý ô nhiễm môi trường vàcảithiệnchấtlƣợnglàmviệccủavậtliệu CPĐD.

2- Sử dụng tro thải Ninh Bình kết hợp với đá thải Tam Điệp, Ninh Bình và tro thảiNaDươngkết hợpvới đáthảiĐồngMỏchothấy:

- Khi sử dụng tro thải Ninh Bình kết hợp với đá thải Tam Điệp ở hàm lƣợng tro từ7-13(%) thì hỗn hợp cho hiệu quả tăng cường độ rõ rệt so với mẫu đối chứngkhông có tro thải (tỷ lệ tro thải 0%) Cụ thểlà CBR tăng từ 2.00 lần (tro thải 13%)đến 2.21 lần (tro thải 9%) so với mẫu đối chứng (tro thải 0%) và Eđhtăng từ 1.97lần(trothải 13%)đến 2.20lần(trothải9%)sovới mẫu đốichứng (trothải0%).

- Khi sử dụng tro thải Na Dương kết hợp với đá thải Đồng Mỏ ở hàm lượng tro từ5-11(%) thì hỗn hợp cho hiệu quả tăng cường độ rõ rệt so với mẫu đối chứngkhông có tro thải (tỷ lệ tro thải0%) Cụ thểlà CBR tăng từ 1.79 lần (tro thải 11%)đến 2.19 lần (tro thải 7%) so với mẫu đối chứng (tro thải 0%) và Eđhtăng từ 2.04lần(trothải 11%)đến 2.24lần(trothải7%)sovới mẫu đốichứng(trothải0%).

- Nhƣ vậy ở hàm lƣợng tro thải đã thí nghiệm cho ta thấy hiệu quả cả về xử lý ônhiễm môi trường và cải thiện chất lượng làm việc của vật liệu đá thải khi kết hợpsửdụngtrothảivàđáthải.

- Hỗn hợp đá dăm thấm nhập ứng với lƣợng xi măng khống chế 200kg/m3 vữa cócườngđộđảmbảođể làmlớp móngcho đườngôtô.

- Vữa tro thải + cát + XM có độ công tác (độ sệt) đảm bảo Kết quả nghiên cứutrongquátrìnhđúcmẫuthínghiệmvàmẫukíchcỡlớn

- Việc khống chế hàm lƣợng xi măng tối thiểu 200kg/m3 vữa, hỗn hợp đá dămthấm nhập vữa tro thải xi măng chỉ đảm bảo đáp ứng làm các lớp móng chịu lựccho đường cấp thấp hoặc móng dưới cho đường cấp cao Để sử dụng làm lớpmóngchịulựcchođườngcấpcaocầnsửdụnglượngximăngnhiềuhơntronghỗnhợp.

Cácthínghiệmtrongphòngtrongchương2vàchương3đãchothấyk h ả năngsửdụng tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than của Việt Nam kết hợp các loại vật liệu địaphương trong xây dựng đường ô tô nhằm đạt đƣợc mục tiêu vừa tận dụng phế phụ phẩmtro thải nhà máy nhiệt điện, xử lý ô nhiễm môi trường, vừa cải thiện được chỉ tiêu cơ lýcủa vật liệu địa phương Tùy thuộc từng loại vật liệu địa phương, kết quả thí nghiệm đãbướcđầuxácđịnhđượchàmlượngtrothảihợplýtronggiảiphápkếthợpvớiximăngđểgiacốmỗiloạ iđấtđácụthể. Để củng cố và kiểmnghiệm các kết quả thí nghiệm trong phòng, NCS đã trực tiếptham gia cùng với Bộ môn Đường bộ triển khai nghiên cứu thực nghiệm hiện trường, giacố vật liệu tại chỗ tại huyện Đông Triều và huyệnYên Hưng, tỉnhQuảng Ninh phục vụchương trình Nông thôn mới của địa phương Chương 4 trình bày nội dung thực nghiệm,bước đầu xây dựng hướng dẫn công nghệ và định mức xây dựng của các giải pháp kếthợp tro thải nhà máy nhiệt điện với xi măng để gia cố vật liệu đất, đá trong xây dựngmóngđường.

Giớithiệuchung

Quảng Ninh là một tỉnh ven biển vùng Đông Bắc Việt Nam với địa hình đa dạngbao gồm cả biển, đảo, đồng bằng, trung du, đồi núi Với địa hình đa dạng, nguồn vật liệuxây dựng của tỉnh Quảng Ninh khá phong phú với cốt liệu đá, sỏi,c á t , đ ấ t c ấ p p h ố i , … với chất lƣợng tốt, tạo điều kiện rất thuận lợi phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng giao thôngđường bộ Trong giai đoạn hiện nay và theo qui hoạch phát triển kinh tế, Quảng Ninhnằm trong vùng trọng điểm kinh tế phía Bắc, là điểm trọng yếu trong vành đai kinh tếVịnh Bắc Bộ, là cửa ngõ quan trọng của hành lang kinh tế Hà Nội – Hải Phòng – QuảngNinh Lợi thế về khoáng sản - nổi tiếng là than, cùng với danh lam thắng cảnh nhƣ VịnhHạ Long – di sản văn hóa thế giới tạo điêu kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế ởQuảngNinhvớicácmũinhọnlàkhaitháckhoángsản, nhiệtđiệnvàkinhdoanhdulịc h.Yêucầuchiếnlƣợcpháttriểnvớisự cânđốigiữakhaithácnguồnlợitừ thiênnhiênvàgiữ gìncảnh quan môi trường trong bối cảnh các ngành mũi nhọn kinh tế của Quảng Ninh là rấtcấpthiết.ĐôngTriềulàhuyệnnằmphíatâycủatỉnhQuảngNinhvớiphíabắcvàphí a tây là vùng đồi núi thuộc cánh cung Đông Triều, vùng giữa và phía nam là đồng bằng vensông Yên Hƣng là huyện nằm phía nam với địa hình chủ yếu là trung du và đồng bằngcửa sông ven biển Đây là hai huyện thể hiện điển hình điều kiện địa hình và vật liệu xâydựngcủa tỉnhQuảngNinh.

0 - 2020 theo Quyết định số 800/QĐ - TTg ngày 04/6/2010 của Thủ tướng Chính phủ phêduyệtđãvàđangđượctỉnhQuảngNinhthựchiệnkhẩntrương,gấprútvớiquyếttâmđếnnăm 2015 có 75% số xã cơ bản đạt tiêu chí nông thôn mới Đông Triều là địa phương điđầu của Quảng Ninh và cả nước trong thực hiện chương trình Nông thôn mới Theo sốliệu thống kê, qua 4 năm thực hiện Chươngtrình xây dựng nôngthônm ớ i , đ ế n n ă m 2015, huyện Đông Triều đã hoàn thành đƣợc 352/361 tiêu chí cần phải thực hiện và730/741 chỉ tiêu, đã có 15/19 xã đạt chuẩnnông thônm ớ i t h e o q u y đ ị n h đ ạ t 7 8 , 9 % Trong 4 xã còn lại có 2 xã cơ bản đạt tiêu chí xã nông thôn mới Huyện Yên Hƣng cũngđang tích cực trong việc hoàn thiện các tiêu chí cơ bản của Nông thôn mới, đặc biệt làmạnglướigiaothông nôngthôn.

Với lợi thế nguồn tàin g u y ê n k h o á n g s ả n t h a n , h i ệ n ở Q u ả n g

N i n h đ ã c ó m ộ t s ố nhà máy nhiệt điện đốt than và đang tiếp tục có thêm các dự án nhiệt điện đốt than Theoquy hoạch phát triển điện lực Quốc gia, đến năm nay -năm 2015,Quảng Ninh có tới 16nhà máy nhiệt điện với tổng công suất 10.415 MW Nếu tính sơ bộ lƣợng tro thải của của16 nhà máy nhiệt điện này theo lƣợng thải trung bình là khoảng 428 tấn tro thải/ 1 MWđiện thì với 16 nhà máy nhiệt điện, Quảng Ninh sẽ phải giải quyết lƣợng tro thải là 4,5triệu tấn/năm Việc giải quyết phế thải khai thác khoáng sản, tro thải nhà máy nhiệt điệnđốt than và các loại phế thải công nghiệp, nông ngƣ nghiệp là vấn đề quyết định đối vớiphát triển kinh tế của tỉnh Quảng Ninh Việc xử lý một lƣợng tro thải rất lớn, nhƣ dự tínhkhoảng 4.5 triệu tấn/năm, chƣa kể các loại phế thải công, nông, ngƣ nghiệp khác đòi hỏichiphírấtcao.Đốivớinhàmáynhiệtđiệnđốtthanthìchỉriêngtínhchiphíxâydựng các bãi chứa tro thải và xử lý môi trường xung quanh bãi chứa đã rất tốn kém, làm tăngđángkểtổnggiáthànhmỗiKW/giờđiệncủanhàmáynhiệtđiện.

Mặc dù nguồn vật liêu xây dựng của địa phương từ đá, sỏi đồi, sỏi suối,… kháphong phú nhƣng với nhu cầu vật liệu xây dựng rất lớn cho việc phát triển và hoàn thiệnmạnglướiđườngđịaphươngvàmongmuốnduy trìưuđãivềcảnhquanthiênnhiênvà môi trường, xu thế sử dụng nguồn vật liệu đất tại chỗ để làm mặt đường để hạn chế khaithác đá là hướng đi được tỉnh Quảng Ninh, sở GTVT và sở KHCN và MT quan tâm Dựán “Ứng dụng thử nghiệm công nghệ mới trong xây dựng đường giao thông nông thôntrên địa bàn tỉnh Quảng Ninh” đã đƣợc hình thành với một hợp phần cơ bản là sử dụngđồi kết hợp tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than và gia cố xi măng, đúng với hướngnghiêncứucủaNghiêncứusinh.

Mục tiêu của dự án nghiên cứu là phát triển giải pháp thi công đơn giản để khôngchỉđadạnghóa nguồnvậtliệutrong xâydựngđườnggiaothông, sửdụngvậtl iệutạichỗ, mà còn đưa việc xây dựng đường giao thông nông thôn gần hơn với trình độ côngnghệ đia phương, hạ giá thành và quan trọng nhất là giải quyết vật liệu phế thải, bảo vệmôitrường.

Đềcươngthựcnghiệmhiệntrường

Thực nghiệm hiện trườngđược tiến hành trên03 tuyến Hình4-1:

+ Tuyến đường xã nối từ QL 18A đến Núi Gai, xã Hồng Thái Tây, huyện ĐôngTriềuL65m.

Kết cấu áo đườngbao gồm:

Tro thải nhà máy nhiệt điện đƣợc sử dụng kết hợp với đất đồi tại chỗ gia cố ximăng,tỉlệĐẤT:TROTHẢI:XIMĂNG0:9:4.Tỉlệnàyđượcquyếtđịnhbởiđịaphươ ngtrêncơsởđềxuấtcủaNCScăncứkếtquảtrongphònglàĐẤT:TROTHẢI

Vật liệuđất: Đất đƣợc lấy tại các mỏ tại chỗ, mỏ Hồ Khe Giá tại xã Tiền An sử dụng cho tuyếnđường thôn Xóm Bãi 4 và Xóm Đình; mỏ Đống Mít - thôn 1 xã Hồng Thái Tây sử dụngchotuyếnđườngxãnốitừQL18AđếnNúi Gai,xãHồng TháiTây.

Tuyến 3 – Xã Tiền An – huyện Yên Hưng

Tuyến 2 – Xã Tiền An – huyện Yên Hưng Tuyến 1 – Xã Hồng Thái Tây – huyện Đông Triều

Vị trí tương đối của các tuyến đường tiến hành thực nghiệm hiện trường với địabàn huyện Đông Triều, huyện Yên Hƣng tỉnh Quảng Ninh và bãi tro thải nhà máy nhiệtđiệnUông BíđƣợcthểhiệntrongHình4-1.

Chỉ dẫn kỹ thuật thi công tham chiếu:

Tiêu chuẩn đƣợc tham chiếu để làm cơ sở cho qui trình thi công trong thử nghiệmlàTiêuchuẩnngành22TCN81-84–

Xi măng :sửdụngxi măngThăngLong PC40

Triểnkhaithựcnghiệm

Thínghiệmvớiđấtchƣagiacố

Tổ hợp mẫu gồm 03 mẫu đƣợc thực hiện với mỗi thí nghiệm trên Các kết quả thínghiệmđấtthểhiệntrongBảng4-1.

- Với chỉ số dẻo và giới hạn chảy, theo phân loại AASHTO M 145 [42] đối với đấtdành cho xây dựng đường đất là hỗn hợp cát sỏi lẫn sét bụi – loại A-2-6 là loại đất tốt đểlàmnềnđường.

- Các chỉ tiêu và giá trị CBR đều đạt so với yêu cầu vật liệu đất nền dưới đáy áođường (Sub-grade) theo cả tiêu chuẩn AASHTO M 145 [42] và tiêu chuẩn ViệtNam22TCN-211-06[3].

- Với hàm lƣợng lọt sàng 0.075mm lớn, giới hạn chảy và chỉ số dẻo lớn, trị sốCBR thấp, vật liệu đất tại chỗ từ các mỏ đất không đảm bảo yêu cầu vật liệu cấp phối tựnhiên làm móng đường ô tô theo TCVN 8857:2011 [9] Để sử dụng đất tại chỗ làm lớpmóng đường, cần có giải pháp gia cố, và giải pháp lựa chọn là gia cố tro thải kết hợp ximăngvớitỉlệĐẤT:TROTHẢI:XIMĂNG0:9:4.

Thí nghiệmvớiđấtgiacốximăngkếthợptrothải

- Môđun đànhồitĩnh–môhình néndọctrụchạnchếnở hông

- Cường độ nén mẫu ở 14 ngày tuổi ở trạng thái dưỡng ẩm và mẫu sau khi ngâmnước7ngày.

Bảng4-2 Thínghiệmtrongphòng vớihỗnhợpđấtgiacố trothải+xi măng

TT Chỉtiêuthínghiệm Đơnvị Kếtquảthínghiệmmẫuđấtgia cốsửdụng

CườngđộchịunénR14(mẫ u ngâm bão hòa 7ngàyđêm) MPa 1.52 1.54

CườngđộépchẻR14(m ẫu ngâm bão hòa 7ngàyđêm) MPa 0.211 0.186

- Các loại đất tại chỗ đƣợc nghiên cứu khi gia cố với 9% tro thải và 4% xi măng,cho hỗn hợp có thể trộn và đầm nén tại hiện trường với chất lượng khá đồng đều vàcườngđộtươngđương vớicấpphốiđádămloại2.

- Nhìn chung đất tại chỗ nghiên cứu, đất cát lẫn bụi sét cấp phối kém gia cố kếthợp9%trothảivà4%ximăngcócácchỉtiêuđạtyêucầuđểlàmlớpmặtđườngcấpthấp(vớilớpláng nhựahaylớpphủ mỏngbềmặt), hoặc móngtrênđườngôtôcấpcaoA2haymóng dưới hay lớp cải thiện nền cho các đường cấp khác Nhận xét này không hoàn toàndựatrênmộttiêuchuẩnthicôngnghiệmthuchínhthứcnàomàdựatrêncáctiêuchuẩnth icônghiệnhànhcủa ViệtNamchovậtliệugầntươngtựvật liệunghiêncứu.

- Cácti êuc huẩ nd ùn g đ ể t h a m chiếu cho đá nh g i á bao gồ m: 22 TC N8 1 – 8 4 – Quy trình sử dụng đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ trong xây dựng đường; TCVN8858:2011 – Móng cấp phối đá dăm và cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng trong kết cấuáo đường ô tô – Thi công và nghiệm thu Các đánh giá so sánh với vật liệu gần tương tựtheocáctiêuchuẩnnhư sau:

+ Mặc dù đất thử nghiệm là đất cát lẫn sét bụi, có các chỉ tiêu chất lƣợng kém hơnsovớicấpphốitựnhiênđượcyêucầuđểgiacốlàmmóngđườngTCVN8858:2011,vớilượng hạt lọt sàng 0.075 mm lớn hơn nhiều (là 32% so với 5÷15%) và chỉ số dẻo cũngcaoquágấpđôiyêucầu(17÷25%sovới yêucầu≤12%),nhưngcácchỉtiêuvềcườngđộnén của mẫu 14 ngày tuổi là đạt yêu cầu (≥ 3.0 MPa) đối với lớp móng trên trong cáctrường hợp khác với trường hợp sử dụng như lớp móng của kết cấu áo đường cao tốc,đường cấp 1, cấp 2 và mặt đường cấp cao A2 có lớp láng nhựa bề mặt TCVN 8858:2011 Tuy nhiên, đối với cường độ ép chẻ thì chỉ gần đạt (trung bình cho mỏ đất

Hồ KheGiá là 0.31 MPa và cho mỏ đất Đống Mít là 0.283 MPa so với yêu cầu là 0.3 MPa) Nếusử dụng cải thiện cơ học về thành phần đất, nhƣ trộn thêm cát – sỏi hay đá dăm thay thếđất, hoặc sử dụng tỉ lệ xi măng gia cố cao lên, nhƣ 5% theo đề nghị ban đầu thì chỉ tiêucườngđộépchẻsẽ đạtyêu cầutheo tiêuchuẩn.

+ Đối chiếu 22TCN 81 – 84, với phạm vi đất sử dụng rộng trong tiêu chuẩn, loạiđất sử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm thỏa mãn yêu cầu của tiêu chuẩn này Sự khácnhaulàthànhphầncủa vậtliệugiacố,quitrình22TCN81– 84khuyếncáohàmlƣợngximăng sử dụng trong gia cố tương ứng với loại đất nghiên cứu là 8 ÷ 10%, trong khi hỗnhợp gia cố nghiên cứu là 9% tro thải và chỉ 4% xi măng Qui trình không có qui định vềcường độ ép chẻ và cường độ nén chỉ có yêu cầu ở 7 ngày tuổi và 28 ngày tuổi với chỉtiêu tương ứng theo cấp độ bền được đặc trƣng bằng mô đun đàn hồi vật liệu Nếu sosánhchỉtiêunàythìhỗnhợpđấtgiacốtrothải+ximăngnghiêncứuvớiMôđunđàn hồi vật liệu là khoảnghơn 300MPa, là vật liệu có cấp độ bền loạiIII (Mô đun đành ồ i 200 MPa),gần đạtloại II (Mô đun đàn hồi 300 MPa),với cườngđ ộ n é n t ạ i đ ộ ẩ m b ã o hòaở14ngàytuổithỏamãnyêucầutươngứngvới28ngàytuổitrongquitrình.

- Hỗn hợp đất gia cố nghiên cứu chịu ảnh hưởng đáng kể của điều kiện ẩm.Mẫungâm bão hòa 7 ngày đêm, mô phỏng điều kiện ngập nước khá dài ngày của đườngGTNT, có cường độ nén và cường độ ép chẻ giảm đáng kể Cường độ nén giảm cònkhoảng 50% và cường độ ép chẻ giảm còn khoảng gần 70%so với mẫu không ngâmnước Đây là một đặc điểm rất quan trọng của vật liệu Yêu cầu thiết kế đường với hệthống thoát nước đầy đủ và được duy trì để đảm bảo thoát nước tốt trong thời gian khaithác là yêu cầu thiết yếu để đảm bảo độ bền khai thác của kết cấu áo đường sử dụng vậtliệunày.

Thicôngđoạnthử nghiệm

Hai công nghệ đƣợc áp dụng trong thi công đoạn thử nghiệm: công nghệ đơn giảnsử dụng máy phay nông nghiệp để trộn đất + tro thải + xim ă n g , s a n đ ấ t b ằ n g d ụ n g c ụ cầm tay đơn giản: cuốc + xẻng, và lu bằng máy lu; công nghệ sử dụng máy gia cố đấtchuyêndụng –máygia cố(Stabilizer)để trộn vàsanđất,lubằngmáylu.

Các bước thi công: Trình tự thi công được đề nghị theo tiêu chuẩn hiện hành vềđấtgiacốsử dụngchấtkếtdínhvôcơ,cóthamkhảotrìnhtự thicôngđượcápdụngtrongChươngtrìnhthửnghiệmmặtđườngGTNTViệtNamcủaBộGiaothông Vậntải.

Bước 1 -Tập kết và rải đất:Đất đƣợc tập kết bằng ô tô và rải đều trên phạm vi thicông mặtđườngbằngthủcôngvớichiềudàychưađâmnéntốiđalà

- Sửdụngmáyphaynôngnghiệp,phayđềuđấttừtimralềđườngvàngượclạivới6-10 (lượt/điểm). Khi phay phải đảm bảo lưỡi phay sau lấn sang lưỡi phay trước 20-30(cm)đểtránhtìnhtrạnglỗirăngcưa.

- Trong quá trình phay kết hợp nhân công loại bỏ đất cục to, cứng, rác và vun đấtvươngvãixungquanh vàotronglòngđường.

Hình 4-2 Tập kết đất và phay làm tơi đấtBước3-Rảitrothảivàximăng:

- Vận chuyển tro thải đến đoạn tuyến thi công bằng ô tô Tro thải nên đƣợc đóngbao với khối lƣợng đồng đều để dễ vận chuyển và rải Xi măng đóng bao cũng được vậnchuyểnđếnhiệntrườngbằngôtô.

- Tính trước khối lượng để đặt các bao tro thải và bao xi măng với khoảng cáchphù hợp trên đường Mở miệng bao để đổ tro thải/ xi măng lên mặt đường San đều trothải/ximăngbằngnhâncông.Trongquátrìnhđổvàsan,cầncẩn thậnđểtránhgâybụi.

- Trường hợp tro thải không được đóng bao, khoảng cách giữa các đống tro thảitậpkếtbằngôtôcầnđượctínhtoántrướcđểđảmbảolượngtrothảisửdụngvừađủtheotỉ lệ thiết kế Khi đổ từ ô tô, sử dụng máng kín để hạ thấp chiều cao đổ tránh gây bụi Trothảiđƣợcsanđềubằngnhâncông.

Bước 4 - Trộn khô tro thải và xi măng với đất:Dùng máy phay nông nghiệp trộnđềuhỗnhợptheosơđồnhưởbước2với6 ÷8 (lượt/điểm).

- Bổ sung nước để đảm bảo độ ẩm bằng tối ưu đầm nén cộng thêm 1 ÷ 2 (%) đểđảm bảo đủ bù vào nước bốc hơi trong thời gian trộn Lượng nước bổ sung được tínhtoán trên cơ sở độ ẩm của đất được kiểm tra tại hiện trường và độ ẩm tối ưu đầm nén củahỗnhợp.

- Bổ sung nước bằng ôdoa với lượng nước tính toán, tưới để tránh để nước đọngmộtchỗ.

Bước 6 - Trộn ẩm hỗn hợp:Sau khi đã tưới bổ sung đủ độ ẩm, tiến hành trộn đềuhỗnhợpbằngmáyphayvới2-4(lƣợt/điểm).

Hình 4-4 Trộn hỗn hợp (trộn khô, làm ẩm, trộn ẩm)Bước7-Santạomuiluyệnvàđầmlèn:

- Nhân công sử dụng dụng cụ cầm tay để san tạo mui luyện, san từ lề vào timđường.

- Lu sơ bộ bằng lu nhẹ bánh thép hay bánh lốp 2-3 (lƣợt/điểm), tốc độ lu 1,5-2,0(km/giờ).Sanhoặcbùphụvậtliệuvàocácvịtrílồi,lõm.Khibùvậtliệulưuýkếthợpx ớiđểđảmbảohỗnhợpbùphụkếthợptốtvớihỗnhợpđangđƣợcđầmnén.

- Luc h ặ t h ỗ n h ợ p b ằ n g l u n ặ n g 8 - 1 0 ( l ƣ ợ t / đ i ể m ) v ớ i t ố c đ ộ l u k h ô n g q u á 2 - 3(km/giờ),vớicáclƣợt đầuchậmsautăngdần.

- Khilukhoảng80%cônglu,rảiđá1x2đềuvớilƣợng8-10(lít/ m2).Tiếptụcluđếnđộchặtyêucầu vàđểgămđálênbềmặttạodínhbámtốtvớilớp phủmặtlángnhựa.

- Dưỡng hộ hỗn hợp đất + tro thải + xi măng bằng hai cách: tưới nhũ tương nhựađường hay nhựa lỏng phủ kín bề mặt hỗn hợp với liều lượng là 0,8-1,2 (lít/m2) hoặc rảimộtlớpcátdày4-5(cm)vàtướinướcthườngxuyênđểgiữẩm.

Công tác rải cốt liệu găm để chuẩn bị cho láng nhựavà hình ảnh lớp mặt sau khibảo dưỡng đủ cường độ đang được kiểm tra độ chặt được thể hiện trongHình 4- 6vàHình4-7.

- San rải đều đất trên mặt bằng công trình bằng nhân công theo chiều dày thiết kế,chiềudàysanrải mộtlớpchƣalènéptốiđađến40cm.

- Vận chuyển tro thải đến đoạn tuyến thi công bằng ô tô Tro thải nên đƣợc đóngbao với khối lƣợng đồng đều để dễ vận chuyển và rải Xi măng đóng bao cũng được vậnchuyểnđếnhiệntrườngbằngôtô.

- Tính trước khối lượng để đặt các bao tro thải và bao xi măng với khoảng cáchphù hợp trên đường Mở miệng bao để đổ tro thải/ xi măng lên mặt đường San đều trothải/ xi măng bằng nhân công Trong quá trình đổ và san, cần cẩn thận để tránh gây bụibằngcáchkhôngđangcaobaođểđổvàsannhẹnhàng.

- Trường hợp tro thải không được đóng bao, khoảng cách giữa các đống tro thảitậpkếtbằngôtôcầnđượctínhtoántrướcđểđảmbảolượngtrothảisửdụngvừađủtheotỉ lệ thiết kế Khi đổ từ ô tô, sử dụng máng kín để hạ thấp chiều cao đổ tránh gây bụi Trothảiđƣợcsanđềubằngnhâncông.

- Bổ sung nước để đảm bảo độ ẩm bằng tối ưu đầm nén cộng thêm 1 ÷ 2(%) đểđảm bảo đủ bù vào nước bốc hơi trong thời gian trộn Lượng nước bổ sung được tínhtoán trên cơ sở độ ẩm của đất được kiểm tra tại hiện trường và độ ẩm tối ưu đầm nén củahỗnhợp.

- Bổ sung nước bằng ôdoa với lượng nước tính toán, tưới để tránh để nước đọngmộtchỗ.

Bước 4 - Trộn hỗn hợp đất + tro thải + ximăng:Dùngm á y S t a b i l i z e r t r ộ n đ ề u một lượt hỗn hợp rải, vệt trộn sau lấn sang vệt trước 20-30 (cm) Trong quá trình trộn kếthợpvớithủcôngnhặtbỏráctrong hỗnhợp.

- Lu sơ bộ bằng lu nhẹ bánh thép hay bánh lốp 2-3 (lƣợt/điểm), tốc độ lu 1,5-2,0(km/giờ).Sanhoặcbùphụvậtliệuvàocácvịtrílồi,lõm.Khibùvậtliệulưuýkếthợpx ớiđểđảmbảohỗnhợpbùphụkếthợptốtvớihỗnhợpđangđƣợcđầmnén.

Luchặthỗnhợpbằnglunặng8-10(lƣợt/điểm)vớitốcđộlukhôngquá2-3(km/ giờ),vớicáclƣợtđầuchậmsautăngdần.

- Khi lu khoảng 80% công lu, rải đá 1x2 đều với lƣợng 8-10 (lít/m2) Tiếp tục luđếnđộchặtyêucầu vàđểgămđálênbềmặttạodínhbámtốtvớilớp phủmặtlángnhựa.

Hình 4-8 Trộn hỗn hợp đất + tro thải + xi măng bằng máy

- Dưỡng hộ hỗn hợp đất + tro thải + xi măng bằng hai cách: tưới nhũ tương nhựađường hay nhựa lỏng phủ kín bề mặt hỗn hợp với liều lượng là 0,8-1,2 (lít/m2) hoặc rảimộtlớpcátdày4-5(cm)vàtướinướcthườngxuyênđểgiữẩm.

- Thi công bằng máy phay nông nghiệp có ƣu điểm đơn giản, thíchhợp với điềukiện địa phương do tính cơ động, có thể sử dụng với điều kiện mặt bằng hạn hẹp, chiềurộngmặtđườngnhỏ.Cóthểsửdụngmáymócvànhânlựcđịa phương.

- Nhƣợc điểm của công nghệ thi công sử dụng máy phay nông nghiệp là năng xuấtthi công thấp, chỉ khoảng 60 ÷ 80 (m/ca), do đó đoạn thi công hợp lý chỉ từ 30 ÷ 40 (m),tốiđacóthểđến50m.Lƣợngnhâncôngsửdụnglớn.Máyphaynôngnghiệphạnchế khảnănglàmtơiđất,nênđấtcầnđượclàmtơitrước,nếukhôngcóhiệntượngsótcáccụcđấttonằmxenk ẹptronghỗnhợpgiacố.

- Ƣu điểm của công nghệ thi công bằng máy gia cố chuyên dụng là năng xuất thicông cao, từ 120 ÷ 160 (m/ca) Đất đƣợc làm tơi hơn và trộn đều hơn với tro thải và trobay, cókhảnăngđảmbảochấtlƣợngthicôngđồngđều.

Định mứcvàđơn giáthicôngđấtgia cốxi măngkếthợptrothải

Định mứcthicông

- Định mức thi công bước đầu được xây dựng trên cơ sở các theo dõi, đánh giá vềvậtliệuhaophívàcamáytrêncácđoạnthicônghiệntrườnglựachọn.

- Một số công tác khác đƣợc vận dụng dựa vào định mức 1776/BXD-VP ngày16/8/2007chocáccôngtác:LàmmóngcấpphốithiênnhiênAD.2122,Làm lớp móngcátgia cốximăngAD.12000.

- Đề xuất định mức thi công đất tại chỗ gia cố xi măng kết hợp tro thải nhà máynhiệtđiện đốtthan đƣợcthểhiệntrongBảng4-3vàBảng4-4.

Bảng 4-3 Kết quả xây dựng định mức thi công đất gia cố tro thải + xi măng sử dụng máyphaynôngnghiệpphaytrộnhỗnhợp Đơnvịtính:100m2

Mã hiệu Công tácxâydƣ ng

Thành phầnhao phí Đơn vị

Móngđường đất gia cố trothải nhà máynhiệtđiện

Bảng 4-4 Kết quả xây dựng định mức thi công đất gia cố tro thải + xi măng sử dụng máytrộngiacốchuyêndụng Đơnvịtính:100m2

Mã hiệu Công tácxâydƣ ng

Thành phầnhao phí Đơnvị Chiềudầy(cm)

Móngđường đất gia cố trothải XM

Đơngiátheođịnhmứcxâydựng

Kết quả tính toán đơn giá sau đây mang tính chất tương đối để so sánh phương ánthử nghiệm với kết cấu áo đường GTNT điển hình tại khu vực Quảng Ninh Đơn giáđượctínhtươngứngvớigiáthuêmáytrộngiacốchuyên dụng.

Bảng 4-5 Đơn giá sơ bộ cho 1m2 mặt đường đất gia cố tro thải + xi măng so sánh vớimặtđườngLángnhựa Đơnvịtính1 m2

STT Đơn giá tínhtheoHuy ện

Móng dày 20 cm bằng đất đồi tại chỗgiacố9%trothảinhàmáynhiệtđiện +4%,dầy20cm,lớpphủmặtdày1.5cmbằ ng hỗn hợpnguộiCarboncor

Móng đá dăm tiêu chuẩndày 15 cm, lớp phủ mặtláng nhựa4,5kg/ m 2 chialàm3 lớp

- Kết cấu đƣợc lựa chọn so sánh là móng đá dăm tiêu chuẩn dày 15 cm, lớp phủmặt láng nhựa 4,5kg/m 2 chia làm 3 lớp Đây là kết cấu đƣợc sử dụng phổ biến trong xâydựngđườngGTNTcócườngđộvàtuổithọtươngđươngvớikếtcấuthửnghiệm.

- Nếu chỉ tính đơn giá xây dựng, chi phí của mặt đường bằng hỗn hợp gia cố bằngkhoảng 80% của mặt đường móng đá dăm tiêu chuẩn dày 15 cm, lớp phủ mặt láng nhựa4,5kg/m 2 chialàm3lớp.

Đánhgiábanđầuthửnghiệmhiệntrườngđấtgiacốximăngkếthợptrothải

Đánhgiáquathínghiệmhiệntrườngtrongquátrìnhthicông

Hỗn hợp sau khi trộn tại hiện trường được lấy và chế bị mẫu để kiểm tra các chỉtiêucườngđộ chịunén củahỗnhợp,cườngđộépchẻ.

Mặt đường sau khi lu lèn được đo đạt xác định cường độ thông qua độ võng đotrên bề mặt đường bằng nén tấm ép tĩnh và thí nghiệm xuyên động DCP xác định giá trịCBR.

Bảng 4-6 Kết quả thí nghiệm với các mẫu hỗn hợp đất gia cố xi măng kết hợp tro thải lấytừhiệntrường thử nghiệmvàmặt đườngthửnghiệmsaukhilulèn.

Mỏ đất Hồ KheGiá– xãTiềnAn

Mỏ đất Đống Mít - xã HồngTháiTây

2 Cườngđ ộ c h ị u n é n R 1 4 ( m ẫ u ngâm bão hòa7 ngàyđêm) MPa 1.54 2.25

4 Cườngđ ộ é p c h ẻ R 1 4 ( m ẫ u ngâ m bão hòa7 ngàyđêm) MPa 0.26 0.27

- Xu thế về các chỉ tiêu cường độ của mẫu trộn tại hiện trường cao hơn mẫu trộntrong phòng thí nghiệm, cả về cường độ nén và cường độ ép chẻ, mặc dù xu thế nàykhôngổnđịnh,nếuxét đếnmứcđộphântáncủasốliệu.

Xuthếnàydườngnhưđingượcquiluật,vìthôngthường,mẫutrongphòngthínghiệmđượcchếbịcẩ nthậnhơn,đặcbiệtlàđảmbảođộẩmtốiưutrongđầmnén Tuynhiên,cóthểthấyrằng,tấtcảcác mẫulấytừhỗn hợp tại hiện trường đều có cường độ nén và cường độ ép chẻ cao hơn mẫu chế bịtrong phòng và đảm bảo các yêu cầu thiết kế ban đầu Điều này chứng tỏ, công nghệ thicông với qui trình đƣợc đề xuất và áp dụng trong dự án thử nghiệm hợp lý, đảm bảo tínhkhảthicủagiảiphápcôngnghệ.

- Cường độ bề mặt hoàn thành khi đo bằng tấm ép tĩnh cho giá trị khá cao, tươngứng giá trị thường có khi đo tấm ép tĩnh trên bề mặt các lớp móng cấp phối đá dăm vớitiêuchuẩnthínghiệmtươngtựđãthựchiệntrướcđây.

- CBR tính từ thí nghiệm xuyên động DCP sử dụng phần mềm [DCP_Program]cho thấy có giá trị trung bình đạt 80%, tương ứng với CBR của móng cấp phối đá dămloại 2 và cao hơn CBR của mẫu đất chƣa gia cố trong phòng thí nghiệm (chỉ khoảng10%)là8lần.

- Giải pháp gia cố kết hợp tro thải và xi măng là có hiệu quả, đảm bảo có thể sửdụng đất tại chỗ gia cố làm móng mặt đường, tương đương cường độ móng cấp phối đádămloạiII.

- Giải pháp công nghệ thi công với qui trình trộn bằngmáy phay nông nghiệp ápdụngchohầuhếtcácđoạnthửnghiệm,dothiếtbịcó sẵn.

Thínghiệmtrênmặtđườnghoànthành

Đoạn mặt đường thử nghiệm được phủ lớp bảo vệ và hao mòn bằng hai loại vậtliệu:b ê t ô n g n h ự a n g u ộ i C a c b o n C o r v à l á n g n h ự a h a i l ớ p C á c t h í n g h i ệ m t r ê n m ặ t đườnghoànthànhđượctiếnhànhbaogồm:

Cườngđộmặtđườngđượckiểmtrasaukhi mặtđườnghoànthànhvà3thángsauđó Cường độ mặt đường được tiến hành đo đạc và xử lý số liệu theo tiêu chuẩn hiệnhànhTCVN8867:2011[7].Kếtquảsaukhixử lýsốliệutạiBảng4-7:

Bảng 4-7 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi trên mặt đường hoàn thành đo bằng cầnBenkelman

STT Tuyến Môđun đànhồi– E ch (MPa)

1 TuyếnxómĐình-Thôn La Khê- XãTiềnAn 98.8 101.2

- Mô đun đàn hồi đo bằng cần Benkelman trên bề mặt lớp phủ bê tông nhựa nguộiCacboncor dày 1.5 cm cho giá trị tương ứng mô đun đàn hồi chung yêu cầu của mặtđườngthiếtkếvớimặtđườngcấpcaoA2,tươngứnglượnggiaothông20trục100KN/ngày/làn thời điểm thiết kế là 91 MPa theo 22TCN-211-06 [3], và hoàn toàn đủtheo đề xuất thiết kế ban đầu là mặt đường cấp thấp B1 là 64 MPa tương ứng với lƣợnggiaothông20trục100KN/ngày/lànthời điểmthiếtkế.

- Sau 3 tháng, cường độ mặt đường tăng nhẹ, nhưng chỉ nằm trong khoảng phântáncủasốliệuđocườngđộmặtđường.

Kếtluậntừthửnghiệmhiệntrườngđấtgiacốximăngkếthợpvớitrothải1224.6 Kếtluậnchương4

- Tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than có thể kếthợp với xi măng để gia cố đất tạichỗ, loại đất cát lẫn sét bụi theophân loại SC Đất gia cố tro thải + xi măng với tỉ lệ ximăng tối thiểu đảm bảo chỉ tiêu kinh tế mong muốn (ĐẤT : TRO THẢI : XI MĂNG

0 : 9 : 4) đủ khả năng để làm lớp móng cho mặt đường Giao thông Nông thôn có lớpphủmỏnggiacốnhựa bên trên.

- Trong trường hợp thực tế khi các dự án có nguồn kinh phí đủ, có thể xem xét đểtănghàmlượngximănglênbằngtrịsốkhuyếncáosửdụngđốivớiđấtSCtươngứngquitrình 22TCN- 211-06 [3] là 6÷8(%) để thỏa mãn hoàn toàn chỉ tiêu cường độ như đƣợcyêucầuvớicấpphốitựnhiêngiacốximăngtheoTCVN8858:2011[10]vàvớicátgia cố xi măng theo TCVN 10186:2014 [17] để làm móng cho đường cấp cao và mặt đườngcólớpphủgiacố nhựa, đồngthờităngkhảnăngổnđịnh nướccủahỗnhợpgiacố.

- Công nghệ thi công sử dụng máy phay nông nghiệp đảm bảo khả năng phay,trộnđềuhỗnhợpgiacốđápứngtiêuchuẩncủalớpmóngmặtđườngGiaothôngNôngthôn có lớp phủ mỏng gia cố nhựa bên trên Công nghệ thành công đảm bảo khả năng có thểpháttriểnứngdụngrộngrãihơnđốivớiloạivậtliệu mớinày.

: 9 : 4), cần lưu ý đảm bảo thiết kế và xây dựng hệ thống thoát nước tốt, đồng thời duy trìkhả năng thoát nước của hệ thống trong quá trình khai thác, tránh để mặt đường ngậpnướclàmsuygiảmcườngđộcủalớpvậtliệu.

- Hỗn hợp với tỉ lệ nghiên cứu (ĐẤT : TRO THẢI : XI MĂNG = 100 : 9 : 4) chỉnên được áp dụng với đường có lượng giao thông thấp, với tổng lượng tải trọng trục tiêuchuẩn 100KN qui đổi không vượt quá 20 trục/ngày/làn, tương ứng với mô đun đàn hồiyêu cầu của lớp mặt đường hoàn thành là 91 MPa, và mô đun đàn tối thiểu cho đườngcấpVvớilớpmặtA2là80MPa theo22TCN-211-06[3].

- Sử dụng tro thải trong thi công đường GTNT tại Quảng Ninh đem lại hiệu quảkinh tế cao So với mặt đường láng nhựa (móng đá dăm tiêu chuẩn dày 15 cm, lớp phủmặt láng nhựa 4,5kg/m2 chia làm 3 lớp) chi phí xây dựng mặt đường giảm khoảng 20%.Nếu tính chi phí trên gần 3000km đường giao thông nông thôn của Quảng Ninh cần phảiđầutƣthìchiphíxâydựnggiảmxấpxỉ450tỉđồng.

+ Hạn chế tối đa hoạt động của các phương tiện vận tải trên công trường thi công(vận chuyển đất đổđibởi tận dụng lại 1 phần, vận chuyển đá dăm, cấp phối đád ă m t ừ mỏ đến ) Hạn chế ảnh hưởng đến môi sinh phát sinh từ việc mở tuyến đường do tậndụng lại một phần khối lƣợng đất đào đắp đồng thời giảm việc khai thác, vận chuyển vàsửdụngđáxâydựngtạicácmỏlâncận.

+ Tỉnh Quảng Ninh theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2006-

2015 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt có 16 nhà máy nhiệt điện với tổng côngsuất 10.415 MW Nếu tính trung bình cứ mỗi MW điện hàng năm các nhà máy nhiệt điệnthải ra khoảng 428 tấn tro thải thì sau khi 16 nhà máy này đi vào hoạt động lƣợng tro thảimỗi năm là 4,5 triệu tấn Với khối lƣợng thể tích của xỉ là 0,8 tấn/m3, bãi chứa xỉ có độsâu trung bình 2m thì trong năm 2015, nhu cầu của diện tích bãi chứa mỗi năm là 281,25ha Với diện tích bãi chứa nhiều nhƣ trên, vấn đề về ô nhiễm môi trường là rất cấp báchđược đặt ra cho tỉnh Quảng Ninh Việc tái sử dụng vật liệu phế phụ phẩm từ nhà máynhiệtđiệnsẽgiảmthiểutáchạiđến môitrườngdogiảmdiệntíchhồchứa,bãichứatrên.

- Với việc áp dụng kết quả nghiên cứu về giải pháp gia cố đất sử dụng tro thải kếthợp xi măng, dự án nghiên cứu “Ứng dụng thử nghiệm công nghệ mới trong xây dựngđường giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh” của Sở KHCN và MT QuảngNinh đã thành công 03 tuyến đường GTNT với tổng chiều dài 3162m trên địa bàn các xãTiền An và Hồng Thái Tây đã được xây dựng thành công với giải pháp sử dụng đất đồi,loại A-2-6, gia cố bằng9% tro thải nhà máy nhiệt điện Uông

Bí và 4% xi măng, sử dụngmáy phay nông nghiệp để phay trộn đất Trình tự công nghệ thi công đƣợc theo dõi vàxác nhận, định mức thi công với 02 giải pháp sử dụng máy phay nông nghiệp và máy trộnchuyên dụng đã đƣợc thiết lập Thành công trong thử nghiệm thực tế giúp NCS khẳngđịnhhướngnghiêncứuđúngđắn vàxácnhận kếtquảnghiêncứu.

- Đối với đất đồi tại chỗ nghiên cứu, cần lưu ý về khả năng kém ổn định nước khimà cường độ nén giảm 50% và cường độ kéo gián tiếp giảm hơn 30% sau 7 ngày ngâmnướcđểkhôngnênsửdụngđấtgiacốtrothảivàximăngtrongkhuvựccóđiềuki ệnthủy nhiệt kém hoặc nếu có sử dụng cần điều chỉnh lƣợng tăng lƣợng xi măng Khi sửdụng để gia cố đất có chất lƣợng tốt hơn, nhƣ loại A1 hay A3 theo phân loại của ASTM,có thể xem xét để tăng lƣợng tro thải sử dụng, tiếp cận mục tiêu tiêu thụ lƣợng vật liệuthảicôngnghiệp,giảiquyếtônhiễmmôitrường.CáckếtcấuáođườngGTNTcũngđượcđềxuấtsử dụngđấtgia cốtrothảivàximăng.

ViệcsửdụngtrothảinhàmáynhiệtđiệntạiViệtNamlàmộtnhucầuthiếtthựcvới mục đích bảo vệ môi trường, một hướng khả thi để tận dụng tối đa và đa dạng hóacácnguồnvậtliệutrongxâydựngnóichungvàxâydựngđườngôtônóiriêng,đặcbiệtlà đáp ứng nhu cầu vật liệu xây dựng cho mạng lưới đường giao thông địa phương Cácphân tích và kết quả đạt được của luận án có ý nghĩa về khoa học và ứng dụng về thiết kếlựa chọn thành phần vật liệu, kỹ thuật và công nghệ thi công đối với các hỗn hợp sử dụngvật liệu địa phương gia cố xi măng kết hợp với tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than.Nhữngđónggópkhoahọc và tínhmớicủa luậnánlà:

1 Từ kết quả nghiên cứu khẳng định tro thải nhà máy nhiệt điện đốt than tại ViệtNam có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng đường Sử dụng tro thải nhà máy nhiệt điệnđốt than tại Việt Nam kết hợp với các vật liệu địa phương đạt hiệu quả cả về kỹ thuật,công nghệ, kinh tế, môi trường và góp phần làm phong phú thêm nguồn vật liệu tronglĩnhvựcxâydựngđườngôtô.

2 Đã xác định hàm lƣợng tro thải cần thiết cho gia cố vật liệu đất, đá làm nền vàmóng đường: tro thải kết hợp đất gia cố 3% XM ở các hàm lượng tro thải hiệu quả từ5%-15%sovớikhốilượngđấtkhôcóthểsửdụnglàmcáclớpmóngcủađườngcấpthấp;tro thải kết hợp cát mịn gia cố 3% XM ở các hàm lƣợng tro thải hiệu quả từ 10%-30% sovới khối lƣợng cát khô có thể sử dụng làm các lớp móng của đường các cấp; tro thải kếthợpđá thảiởcáchàmlượngtrothảihiệuquảtừ7- 13(%)sovới khối lượngđákhôcó thểsửdụnglàmcáclớpmóngcủa đườngcấpthấp.

3 Từ thành công với thử nghiệm hiện trường thi công kết cấu gia cố đất bằng hỗnhợp tro thải 9% và xi măng 4% làm lớp móng đường GTNT tại các huyện Đông Triều vàYên Hƣng củaQuảngNinh, đã khẳng định công nghệ thi cônggiacố bằng trot h ả i v ớ i qui trình đơn giản và giải pháp sử dụng máy phay nông nghiệp để trộn vật liệu gia cố cóthểthựchiệnđƣợctrongđiềukiện ViệtNam.

Kiến nghịvà dự kiếnhướngnghiêncứu tiếp tục

Định dạng
Số trang	144
Dung lượng	6,35 MB

Nghiên cứu sử dụng hợp lý tro thải của nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ô tô

Trothảinhàmáynhiệtđiệnđốtthan

Nguồngốctrothảinhàmáynhiệtđiệnđốtthan

Tính chấtcủatro thảinhàmáynhiệt điệnđốtthan

Trothảivàvấnđềônhiễmmôitrường

Các nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng đường ôtô 21 1 Cácnghiêncứuvàứngdụngthựctếsửdụngtrobaynhàmáynhiệtđiệnđốtthanl àmvậtliệuxâydựngđườngôtôtrênthếgiới

Cácn g h i ê n c ứ u v à c á c ứ n g d ụ n g t h ự c t ế s ử d ụ n g t r o b a y l à m v ậ t l i ệ u x â

Địnhhướngsửdụngtrothảitrongđềtàinghiêncứu

Loại trothải lựachọnsửdụng trongnghiêncứu

Tìnhhìnhsửdụngvậtliệuđịaphươngtrongxâydựngđườngôtô

Giảiphápứngdụngđƣợclựachọnnghiêncứu

Kếtluậnchương1

Lýthuyếtgiacốđấtsửdụngchất kếtdínhvôcơ

Cơsởlýthuyếtvàquátrìnhhìnhthànhcườngđộcủađấtgiacốchấtkếtdínhvôcơ

Yêucầucủavậtliệuđất,cátgiacốchất kếtdínhvôcơ

Đánhgiáhỗnhợpvậtliệukếthợp trothảigiacốxi măng

Cácthôngtincơbảnvềnghiêncứu

Cáckếtquảnghiêncứuthựcnghiệm

Đánhgiákhảnăngsửdụngtrothảikếthợpvớiđấtgiacốximănglàmmóngđườngôt ô 59 2.3 Nghiêncứukhảnăngsửdụngtrothảikếthợpcátgiacố xi mă ng trong xâydựng đườngôtô

Cácthôngtincơbảnvềnghiêncứu

Cáckếtquảnghiêncứuthựcnghiệm

Đánhgiákhảnăngsửdụngtrothảikếthợpvớicátgiacốximănglàmmóngđườngôt ô 66 2.4 Nghiên cứu khảnăng sửdụng tro thải chếtạo hỗn hợp vữatro thải +ximănglàmvậtliệutựđầmtrongxâydựngđườngôtô

Cácthôngtin cơ bảnvềnghiêncứu

Cáckếtquảnghiêncứuthựcnghiệm

Đánhgiákhả năngsửd ụn g hỗnhợpv ữ a cát, trobay chƣaquaxửlý vàxim ănglàmvậtliệuđắptrongxâydựngđườngôtôdướidạngvậtliệutựđầm

Kếtluậnchương2

Nghiêncứusửdụngtrothảikếthợpcấpphốiđádăm

Cácthôngtincơbảnvềnghiêncứu

Cáckếtquảnghiêncứuthựcnghiệm

Nghiêncứusử dụngtrothảikếthợpđáthải

Cácthôngtincơbảnvềnghiêncứu

Cáckếtquảnghiêncứuthựcnghiệm

Đánhgiákhảnăngsửdụngtrothảikếthợpvớiđáthảitrongxâydựngđườngôtô

Cácthôngtincơbảnvềnghiêncứu

Thànhphầnvữaxi măng–trothảitheomụctiêuđộcôngtáccủavữa

Thànhphầnv ữ a ximăng–trothảitheomụctiêucườngđộvữa

Lựachọnthànhphầnvữaximăng–trothảisửdụnglàmvậtliệugiacốmóngđádăm 92 3.3.5 Chếtạovàxácđịnhmộtsốchỉtiêucơbảncủavậtliệuđádămchènvữaximăng trothải93 3.3.6 Thửnghiệmtrên mẫumôphỏngvàvậtliệusửdụng

Đánhgiákhảnăngsửdụnghỗnhợpđádămchènvữaximăngtrothảilàmm óngmặtđườngôtô

Kếtluậnchương3

Giớithiệuchung

Đềcươngthựcnghiệmhiệntrường

Triểnkhaithựcnghiệm

Thínghiệmvớiđấtchƣagiacố

Thí nghiệmvớiđấtgiacốximăngkếthợptrothải

Thicôngđoạnthử nghiệm

Định mứcvàđơn giáthicôngđấtgia cốxi măngkếthợptrothải

Định mứcthicông

Đơngiátheođịnhmứcxâydựng

Đánhgiábanđầuthửnghiệmhiệntrườngđấtgiacốximăngkếthợptrothải

Đánhgiáquathínghiệmhiệntrườngtrongquátrìnhthicông

Thínghiệmtrênmặtđườnghoànthành

Kếtluậntừthửnghiệmhiệntrườngđấtgiacốximăngkếthợpvớitrothải1224.6 Kếtluậnchương4