ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VĂN KHA NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT TỪ DỰ ÁN LUỒNG TÀU BIỂN NỐI SÔNG TIỀN VÀO SÔNG HẬU GIA CỐ KẾT HỢP TRO BAY LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Kỹ thuật ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VĂN KHA NGHIÊN CỨU TẬN DỤNG ĐẤT NẠO VÉT TỪ DỰ ÁN LUỒNG TÀU BIỂN NỐI SÔNG TIỀN VÀO SÔNG HẬU GIA CỐ KẾT HỢP TRO BAY LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 85.80.205 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2019 Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. CHÂU TRƯỜNG LINH Phản biện 1: TS.HUỲNH PHƯƠNG NAM Phản biện 2: TS. NGUYỄN THANH TÂM Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 23 tháng 11 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa - Thư viện khoa Xây dựng Cầu đường trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Với nguồn đất thải nạo vét từ dự án Luồng tàu biển vào sông Hậu “nối Sông Tiền vào Sông Hậu” được đề tài nghiên cứu thự c nghiệm nhằm thay thế cho vật liệu truyền thống làm móng kết cấu áo đường đang khan hiếm tại tỉnh Trà Vinh bằng cách gia cố kế t hợp tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay loại F: từ nguồn kết quả phân tích tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải theo TCVN 10302:2014) và chất k ết dính liên kết xi măng thông dụng tại địa phương. Việc nghiên cứu bằng thực nghiệm, kết hợp lý thuyết tính toán bằng số liệu cụ thể để từ kết quả tính toán, học viên sẽ đưa ra nhữ ng nhận định và các đề xuất, kiến nghị nhằm sử dụng l ại các nguồn vật liệu thải đất từ dự án Luồng tàu biển và tro bay trong quá trình vận hành các tổ máy nhiệt điện Duyên Hải, kết hợp chất k ết dính vô cơ xi măng tạo ra sản phẩm hổn hợp ứng dụng vào công trình xây dựng, công trình giao thông đạt hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật và chất lượ ng nhằm giảm tải về diện tích đất làm các bãi chứa thải tro xỉ, đất thải; đồng thời hạn chế ảnh hưởng các yếu tố môi trường tại địa phương. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu tạo ra nguồn nguyên vật liệu gia cố ch ất liên kết vô cơ để thay thế cho vật liệu truyền thống làm móng kết c ấu áo đường khan hiếm hiện nay tại tỉnh Trà Vinh. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu thành phần tro bay, xác lập quan hệ tỷ lệ chất liên kết và cường độ. - Xác định được lượng tro bay, chất liên kết lợp lý và đất nạo vét làm tăng cường độ hổn hợp đảm bảo về kinh tế - kỹ thuật. 2 - Từ mô phỏng sự làm việc của lớp móng gia cố và theo tiêu chuẩn, đề xuất chiều dày hợp lý của lớp đất móng gia cố tương ứ ng cho từng loại kết cấu áo đường giao thông tại Trà Vinh. - Sử dụng nguyên liệu sẵn có tại địa phương như đất thải, tro bay để nghiên cứu, ứng dụng vào ngành xây dựng. 3. Đối tượng nghiên cứu Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải và chất kết dính liên kết xi măng thông dụng tại địa phương; Các nguồn cấp phối thiên truyền thống thường được sử d ụng làm móng áo đường tại Trà Vinh 4. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết cấp phối thiên nhiên khi gia cố ( đấ t - tro bay – xi măng); kết hợp với thực nghiệm trong phòng thí nghiệm; - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán về nền, móng kết cấu áo đường và các nguồn vật liệu làm móng kết cấu áo đường thỏa mãn, tính chất cơ lý 5. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin; - Thu thập từ các bài báo, báo cáo kết quả về vật liệu cấp phối thiên nhiên gia cố chất liên kết vô cơ; - Thu thập tài liệu, số liệu và đặc tính, tính chất liên quan đến tro bay, xi măng và chất phụ gia tạo liên kết; - Tài liệu nghiên cứu các công nghệ gia cố móng cấp ph ối thiên nhiên đất bằng chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi); - Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của hổn hợp vật liệu đất, tro bay, xi măng và các chỉ tiêu liên quan; - Mô phỏng sự làm việc của lớp móng vật liệu truyền thống chưa gia cố và vật liệu có gia cố trên phần mềm Plaxis. - Tính hiệu quả về kinh tế giữa cấp phối thiên nhiên về tiến độ, sử dụng vật liệu tại địa phương và giải quyết bài toán xử lý các bãi chứa 3 thải tro bay, đất thải. Tính toán hiệu quả, so sánh của kết cấu áo đường khi chưa sử dụng vật liệu chưa gia cố và sử dụng vật liệu gia cố. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài 6.1.Ý nghĩa khoa học - Đánh giá mức độ ổn định, ứng suất và biến dạng của liệu gia cố. - Đề xuất chiều dày lớp móng gia cố hợp lý đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật. 6.2.Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần tận dụng được các nguồn nguyên vật liệu thải sẳn có taị địa - Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở tham khả o, phục vụ công tác thiết kế các công trình xây dựng, công trình giao thông (lớp móng kết c ấu áo đường ô tô), góp phần tận dụng được các nguồn nguyên vật liệu thải sẳn có taị địa phương. - Từ kết quả nghiên cứu giúp chủ đầu tư, các đơn vị nhà thầu tư vấn thiết kế có thêm phương án so sánh, lựa chọn tối ưu và giải quyết bài toán xử lý, gia cố nền móng đường trên nền đất yếu (móng kế t cấu áo đường ô tô) do biến đổi khí hậu. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIA CỐ ĐẤT ĐỂ LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TẠI TRÀ VINH 1.1. Tổng quan về gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ làm kết cấu áo đường ô tô, tại Trà Vinh Thực tế hiện nay các loại vật liệu được dùng trong xây dựng đường ô tô truyền thống như đá, cấp phối thiên nhiên, sỏi đỏ, … đạt yêu cầu chất lượng ngày càng khan hiếm, khó khai thác. Với xu hướng phát triển sử dụng nguyên vật liệu tại địa phương, cấp phối 4 thiên nhiên khi gia cố thay thế các vật liệu truyền thống bằng các chấ t kết dính vô cơ là việc làm rất có ý nghĩa và quan trọng. Cấp độ bền của vật liệu gia cố được quy định theo trị số mô đun đàn hồi tính toán tương ứng 3 cấp độ bền: + Độ bền cấp I khi môđun đàn hồi đạt 400 Mpa + Độ bền cấp II khi môđun đàn hồi đạt 350 Mpa + Độ bền cấp III khi môđun đàn hồi đạt 200 Mpa 1.2.1. Gia cố bằng vôi 1.2.2. Gia cố bằng xi măng 1.2.3. Gia cố bằng tro bay 1.2.4. Gia cố bằng tro bay với xi măng hoặc vôi 1.2. Các tiêu chuẩn hiện hành về gia cố đất 1.3. Tham khảo một số tiêu chuẩn trong và ngoài nước 1.3.1. Nghiên cứu trong nước a. Nghiên cứu của ThS.Trần Văn Tuấn, 2017 b. Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi Anh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí, 2015 1.3.2. Nghiên cứu trên thế giới a. Nghiên cứu của Salgado R. và cộng sự, 2007 b. Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả Tanaya Deb và Sujit Kumar Pal, 2014 c. Nghiên cứu của tác giả Santosh Dhakar 1, S. K. Jain 1.4. Tình hình sử dụng vật liệu kết cấu áo đường và làm lớp móng áo đường ô tô tại Trà Vinh Lớp mặt: Phổ biến nhất là các loại bê tông nhựa láng nhựa, thấ m nhập nhựa, bê tông xi măng, đối với đường cấp thấp có sử dụng các loại cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm làm lớp mặt. 5 - Lớp móng trên: Thấm nhập nhựa, cấp phối đá dăm các loạ i I, loại II tùy theo cấp đường, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, đá macadam, các loại đá kẹp đất dính (đối với đường cấp thấp),… - Lớp móng dưới: Cấp phối đá dăm các loại I, loại II tùy theo cấp đường, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, đá macadam, các loại đá kẹp đất dính (đối với đường cấp thấp),… - Lớp nền đường: Cát đen kết hợp lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách giữa nền cát và lớp đá cấp phối đá dăm. - Lớp đất đắp nền 1.4.1. Thành phần đất gia cố (đất đào nguyên thổ) 1.4.2. Thành phần phế phẩm công nghiệp tro bay (Tro, xỉ) 1.4.3. Chỉ tiêu cơ lý hóa của xi măng 1.4.4. Thành phần cấp phối đá dăm 1.5. Các yêu cầu đối với vật liệu làm tầng móng kết cấu áo đường ôtô - các thí nghiệm (móng trên, móng dưới) 1.5.1. Yêu cầu về loại đá 1.5.2. Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu CPĐD 1.6. Phương hướng sử dụng nguồn vật liệu thải (tro bay trong quá trình hoạt động các nhà máy nhiệt điện duyên hải và đất nạo vét về trữ lượng tại các bãi thải khu k2, 3, 4, 5, . . . và khu k8) Với kết qu ả định hướng cho hàm lượng tro bay gia cố như đã nêu trên, học viên mạnh dạn đề xuất sử dụng vật liệu thực nghiệm với hàm lượng là Tro bay 40, hàm lượng xi măng theo tỷ là 2, 4, 6 và 8 và tương ứng tỷ lệ còn lại là đất. Để tận dụng được các nguồn thải nêu trên vào công trình xây dựng, làm lớp móng kết cấu áo đường ô tô góp phần giải quyết được nhiều vấn đề tồn đọng đối với công trình xây dựng mạng lưới hạ tầng 6 giao thông, cần quan tâm hiện nay: Về kinh tế, nguồn vật liệu, tiến độ thi công, môi trường và giải pháp kỹ thuật. 1.7. Kết luận chương 1 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu khoa học để cải tạo đất, một số loại vật liệu địa phương sẵn có dùng để thay thế các loại vật liệu xây dựng truyền thống, đặc biệt là tại tỉnh Trà Vinh là rất hạn chế. Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia cố đất trong xây dựng, trong đó gia cố đất bằng tro bay, xi măng hoặc vôi (có thể kết hợp với hóa chất hoạt hóa) làm tăng khả năng chịu tải của đất và các chỉ tiêu kỹ thuật (có thể đạt độ bền cấp II, III) đảm bảo làm lớp móng áo đường thay thế cho lớp móng bằng cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên cát sông. Tại tỉnh Trà Vinh với 02 dự án đã van đang triển khai hàng năm thải ra hàng triệu tấn tro bay thải, hàng chục ngàn khối đất do nạo vét thi công, sa bồi, những giải pháp xử lý các loại vật liệu này rất tốn kém và không thân thiện với môi trường. Do đó, tận dụng các nguồn tro bay, đất thải sẳn có tại địa phương làm vật liệu gia cố thay thế cho nguồn cấp phối thiên nhiên (đá, đá dăm, cát,. . .) khan hiếm để làm móng kết cấu áo đường là một giải pháp tốt đảm bảo cải thiện được chi phí xây dựng công trình, giảm diện tích đất làm bãi thải, giảm chi phí xử lý, đó là một lựa chọn kinh tế và thân thiện với môi trường, phất triển bền vững. 7 Chương 2 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI TRỘN HỢP LÝ ĐẤT NẠO VÉT GIA CỐ - TRO BAY - XI MĂNG 2.1. Kinh nghiệm sử dụng tro xỉ nhiệt điện duyên hải 2.1.1. Khái niệm tro - xỉ 2.1.2. Công dụng sử dụng vật liệu tro - xỉ 2.1.3. Tính chất của tro bay (fly ash) 2.1.4. Phân loại tro bay Bảng 2.2. Phân loại tro bay theo ASTM 618 STT Tên chỉ tiêu Loại N Loại F Loại C 1 Tổng hàm lượng các ôxit SiO2, Al2O3, Fe2O3, khối lượng, không nhỏ hơn 70 70 50 2 Hàm lượng SO3, khối lượng, không lớn hơn 4 5 5 3 Độ ẩm, khối lượng, không lớn hơn 3 3 3 4 Hàm lượng MKN, khối lượng, không lớn hơn 10 6 6 5 Độ mịn trên sàng 45μm, khối lượng, không lớn hơn 34 34 34 6 Chỉ số hoạt tính cường độ, khối lượng, không nhỏ hơn - Ở tuổi 7 ngày - Ở tuổi 28 ngày 75 75 75 75 75 75 7 Lượng nước yêu cầu, khối lượng, không lớn hơn 115 105 105 8 Độ nở Autoclave, khối lượng, không lớn hơn 0,8 0,8 0,8 2.1.5. Đặc điểm tro bay của nhà máy nhiệt điện duyên hải Theo T CVN 10302:2014: Tro bazơ: tro có hàm lượng CaO lớn hơn 10, ký hiệu: C. Theo STM 618 thì với tổng hàm lượng (SiO2 + Fe2O3 + Al2O3 ) = 81,6 > 50 thì tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải thuộc loại F. 8 2.1.6. Xi măng dùng để gia cố cho cấp phối thiên nhiên tại tỉnh Trà Vinh Xi măng thường dùng trong cấp phối đá gia cố xi măng là các loại xi măng Pooc lăng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với quy định tạ i TCVN 2682:1999 hoặc xi măng Pooc lăng hỗ h ợp có các đặc trưng phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:1997. Oxit SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O Hàm lượ ng () 19- 25 2-9 62- 67 1-5 0-3 1-3 0.6 0.2 Nhận xét: Loại xi măng Hà Tiên PCB40 đảm bảo yêu cầu để thự c hiện là chất hoạt hoá sử dụng để gia cố. 2.1.7. Một số nghiên cứu, kinh nghiệm sử dụng tro xỉ nhiệt điện Duyên Hải Từ các nguồn nghiên cứu sử dụng tro, xỉ ở một số nước trên thế giới và các nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi nh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí, 2015; PGS. TS Châu Trường Linh, năm 2018: - Mẫu tỷ lệ 5XM có CBR = 9.86 và E = 79.00 Mpa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ 10XM có CBR = 32.56 và E = 107.23 Mpa theo quy định 22 TCN211-06 tương đương với các lớp vật liệu đất đắp K95, K98. - Mẫu tỷ lệ 20XM có CBR=76,74 và E=235.00Mpa 28 ngày tuổi theo quy định 22 TCN 211-06 tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2. - Khả năng ứng dụng của mẫu tỷ lệ 20 XM khó có thể xem xét khi tính đến chỉ tiêu về kinh tế. - Bằng kết quả thực nghiệm của mẫu hổn hợp vật liệu xỉ than – tro bay – xi măng có làm lượng xi măng 4 trở lên cường độ chịu nén 9 và ép chẻ đạt rất cao, hoàn toàn có thể làm lớp móng dưới kết cấu áo đường cấp cao. Từ các kết quả đã nghiên cứu nêu trên, kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm trong phòng của học viên. Để đánh giá, so sánh các chỉ tiêu liên quan theo quy định với nguồn vật liệu mới trong xây dựng hạ tầng tại tỉnh Trà Vinh (xây dựng TCVN 1770). Nhằm giảm thiểu ô nhi m môi trường, tiết kiệm diện tích đất dùng làm bãi chứa chất thải tro xỉ , bùn đất thải tại Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải, dự án Luồng tàu biển bảo đảm phát triển bền vững. 2.2. Quy hoạch thực nghiệm 2.2.1. Đối với cấp phối thiên nhiên chưa gia cố Các thí nghiệm tiến hành - Đối với cấp phối thiên nhiên Xác định thành phần hạt Xác định chỉ số Los ngeles (L ) yêu cầu Xác định hàm lượng tạm chất hữu cơ, hàm lượng Sunfat, chỉ số dẻo Xác định tỷ lệ thoi dẹt theo tiêu chuẩn TCVN 7572-13:2006; - Đối với đất khai thác tại tỉnh Trà Vinh: Xác định thành phần hạt, chỉ số dẻo, hàm lượng hữu cơ, độ PH, các muối hòa tan, thành phần khoáng Xác định độ ẩm tối ưu, dung trọng khô lớn nhất b ằng phương pháp Proctor, các giới hạn Atterberg (WL, WP). 2.2.2. Đối với chất kết dính vô cơ - Đối với xi măng Xác định thành phần hóa học của xi măng Xác định thời gian ninh kết Xác định mac xi măng 10 - Đối với Tro bay (Fly Ash): Xác định tổng hàm lượng các ô xit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 Xác định độ ẩm Xác định lượng nước yêu cầu, . . . 2.2.3. Số lượng mẫu thí nghiệm Tổng số mẫu thí nghiệm các loại - Đối với cấp phối thiên nhiên (đất không nguyên trạng): 01tổ mẫu. - Đối Xi măng (PC40 Hà Tiên): 01tổ mẫu. - Đối với Tro bay (Fly Ash) : 01tổ mẫu. - Đối với hỗn hợp đất – Tro bay – Xi măng: 01tổ mẫu (theo tỷ lệ thành phần cấp phối hổn hợp Đ-T-XM). 2.3. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của loại cấp phối thiên sử dụng thực nghiệm 2.3.1. Thí nghiệm thành phần hạt hỗn hợp (TCVN 7572:2006) 2.3.2. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (TCVN 4201:2012) 2.4. Thực nghiệm và đánh giá phân tích kết quả thí nghiệm hỗn hợp cấp phối thiên nhiên gia cố đất, tro bay với chất hoạt hóa là xi măng - Tính chất vật liệu sau khi gia cố: - Phương pháp thí nghiệm: Bước 1: Tiến hành xác định các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của mẫu đất Bước 2: Tiến hành đúc mẫu thí nghiệm ở độ ẩm tối ưu Bước 3: Trộn mẫu vật liệu thực nghiệm cần gia cố với đấ t - tro bay - xi măng. 2.4.1. Thí nghiệm cư ng độ ch u nén TCVN 9403:2012) Cường độ chịu nén của hổn hợp là ứng suất nén phá hủy của vậ t liệu trên một đơn vị diện tích Kgcm2 hay Nmm2. 2.4.2. Thí nghiệm ép ch (TCVN 8862:2011) 11 2.4.3. Thí nghiệm C Dựa theo tiêu chuẩn 2...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN VĂN KHA

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

ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI TỈNH TRÀ VINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số : 85.80.205

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS CHÂU TRƯỜNG LINH

Phản biện 1: TS.HUỲNH PHƯƠNG NAM

Phản biện 2: TS NGUYỄN THANH TÂM

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 23 tháng 11 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại

- Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện khoa Xây dựng Cầu đường trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Với nguồn đất thải nạo vét từ dự án Luồng tàu biển vào sông Hậu “nối Sông Tiền vào Sông Hậu” được đề tài nghiên cứu thực nghiệm nhằm thay thế cho vật liệu truyền thống làm móng kết cấu

áo đường đang khan hiếm tại tỉnh Trà Vinh bằng cách gia cố kết hợp tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải (tro bay loại F: từ nguồn kết quả phân tích tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải theo TCVN 10302:2014) và chất kết dính liên kết xi măng thông dụng tại địa phương

Việc nghiên cứu bằng thực nghiệm, kết hợp lý thuyết tính toán bằng số liệu cụ thể để từ kết quả tính toán, học viên sẽ đưa ra những nhận định và các đề xuất, kiến nghị nhằm sử dụng lại các nguồn vật liệu thải đất từ dự án Luồng tàu biển và tro bay trong quá trình vận hành các tổ máy nhiệt điện Duyên Hải, kết hợp chất kết dính vô cơ xi măng tạo ra sản phẩm hổn hợp ứng dụng vào công trình xây dựng, công trình giao thông đạt hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật và chất lượng nhằm giảm tải về diện tích đất làm các bãi chứa thải tro xỉ, đất thải; đồng thời hạn chế ảnh hưởng các yếu tố môi trường tại địa phương

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu tạo ra nguồn nguyên vật liệu gia cố chất liên kết vô

cơ để thay thế cho vật liệu truyền thống làm móng kết cấu áo đường khan hiếm hiện nay tại tỉnh Trà Vinh

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

- Sử dụng nguyên liệu sẵn có tại địa phương như đất thải, tro bay

để nghiên cứu, ứng dụng vào ngành xây dựng

3 Đối tượng nghiên cứu

Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải và chất kết dính liên kết

xi măng thông dụng tại địa phương;

Các nguồn cấp phối thiên truyền thống thường được sử dụng làm móng áo đường tại Trà Vinh

5 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin;

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

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

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

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

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

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

thải tro bay, đất thải Tính toán hiệu quả, so sánh của kết cấu áo đường khi chưa sử dụng vật liệu chưa gia cố và sử dụng vật liệu gia cố

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài

6.1.Ý nghĩa khoa học

- Đánh giá mức độ ổn định, ứng suất và biến dạng của liệu gia cố

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

kỹ thuật

6.2.Ý nghĩa thực tiễn

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

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

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

KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TẠI TRÀ VINH

1.1 Tổng quan về gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ làm kết cấu

áo đường ô tô, tại Trà Vinh

Thực tế hiện nay các loại vật liệu được dùng trong xây dựng đường ô tô truyền thống như đá, cấp phối thiên nhiên, sỏi đỏ, … đạt yêu cầu chất lượng ngày càng khan hiếm, khó khai thác Với xu hướng phát triển sử dụng nguyên vật liệu tại địa phương, cấp phối

thiên nhiên khi gia cố thay thế các vật liệu truyền thống bằng các chất kết dính vô cơ là việc làm rất có ý nghĩa và quan trọng

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

1.2.1 Gia cố bằng vôi

1.2.2 Gia cố bằng xi măng

1.2.3 Gia cố bằng tro bay

1.2.4 Gia cố bằng tro bay với xi măng hoặc vôi

1.2 Các tiêu chuẩn hiện hành về gia cố đất

1.3 Tham khảo một số tiêu chuẩn trong và ngoài nước

1.3.1 Nghiên cứu trong nước

a Nghiên cứu của ThS.Trần Văn Tuấn, 2017

b Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi Anh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí, 2015

1.3.2 Nghiên cứu trên thế giới

a Nghiên cứu của Salgado R và cộng sự, 2007

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

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

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

Lớp mặt: Phổ biến nhất là các loại bê tông nhựa láng nhựa, thấm nhập nhựa, bê tông xi măng, đối với đường cấp thấp có sử dụng các loại cấp phối thiên nhiên, cấp phối đá dăm làm lớp mặt

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

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

- Lớp nền đường: Cát đen kết hợp lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách giữa nền cát và lớp đá cấp phối đá dăm

- Lớp đất đắp nền

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

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

1.4.3 Chỉ tiêu cơ lý hóa của xi măng

1.4.4 Thành phần cấp phối đá dăm

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

1.5.1 Yêu cầu về loại đá

1.5.2 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu CPĐD

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

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

Để tận dụng được các nguồn thải nêu trên vào công trình xây dựng, làm lớp móng kết cấu áo đường ô tô góp phần giải quyết được nhiều vấn đề tồn đọng đối với công trình xây dựng mạng lưới hạ tầng

giao thông, cần quan tâm hiện nay: Về kinh tế, nguồn vật liệu, tiến độ thi công, môi trường và giải pháp kỹ thuật

1.7 Kết luận chương 1

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu khoa học để cải tạo đất, một số loại vật liệu địa phương sẵn có dùng để thay thế các loại vật liệu xây dựng truyền thống, đặc biệt là tại tỉnh Trà Vinh là rất hạn chế Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia cố đất trong xây dựng, trong đó gia cố đất bằng tro bay, xi măng hoặc vôi (có thể kết hợp với hóa chất hoạt hóa) làm tăng khả năng chịu tải của đất và các chỉ tiêu kỹ thuật (có thể đạt độ bền cấp II, III) đảm bảo làm lớp móng áo đường thay thế cho lớp móng bằng cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên cát sông

Tại tỉnh Trà Vinh với 02 dự án đã van đang triển khai hàng năm thải ra hàng triệu tấn tro bay thải, hàng chục ngàn khối đất do nạo vét thi công, sa bồi, những giải pháp xử lý các loại vật liệu này rất tốn kém và không thân thiện với môi trường Do đó, tận dụng các nguồn tro bay, đất thải sẳn có tại địa phương làm vật liệu gia cố thay thế cho nguồn cấp phối thiên nhiên (đá, đá dăm, cát, .) khan hiếm để làm móng kết cấu áo đường là một giải pháp tốt đảm bảo cải thiện được chi phí xây dựng công trình, giảm diện tích đất làm bãi thải, giảm chi phí xử lý, đó là một lựa chọn kinh tế và thân thiện với môi trường, phất triển bền vững

Chương 2 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TỶ LỆ PHỐI TRỘN HỢP LÝ ĐẤT NẠO VÉT GIA CỐ - TRO BAY - XI MĂNG 2.1 Kinh nghiệm sử dụng tro xỉ nhiệt điện duyên hải

2.1.1 Khái niệm tro - xỉ

2.1.2 Công dụng sử dụng vật liệu tro - xỉ

2.1.3 Tính chất của tro bay (fly ash)

2.1.4 Phân loại tro bay

Bảng 2.2 Phân loại tro bay theo ASTM 618

Tổng hàm lượng các ôxit SiO2,

Al2O3, Fe2O3, % khối lượng, không

nhỏ hơn

2 Hàm lượng SO3, % khối lượng,

3 Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn 3 3 3

4 Hàm lượng MKN, % khối lượng,

5 Độ mịn trên sàng 45µm, % khối

6

Chỉ số hoạt tính cường độ, % khối

lượng, không nhỏ hơn

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

Theo TCVN 10302:2014: Tro bazơ: tro có hàm lượng CaO lớn

Duyên Hải thuộc loại F

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

Xi măng thường dùng trong cấp phối đá gia cố xi măng là các loại

xi măng Pooc lăng có các đặc trưng kỹ thuật phù hợp với quy định tại TCVN 2682:1999 hoặc xi măng Pooc lăng hỗ hợp có các đặc trưng phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:1997

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

Hàm lượng

(%)

25%

62-67%

1-5% 0-3% 1-3% 0.6% 0.2%

Nhận xét: Loại xi măng Hà Tiên PCB40 đảm bảo yêu cầu để thực

hiện là chất hoạt hoá sử dụng để gia cố

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

Từ các nguồn nghiên cứu sử dụng tro, xỉ ở một số nước trên thế giới và các nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi nh Tuấn và ThS.Lê xuân Quí, 2015; PGS TS Châu Trường Linh, năm 2018:

- Mẫu tỷ lệ 5%XM có CBR = 9.86% và E = 79.00 Mpa 28 ngày tuổi; mẫu tỷ lệ 10%XM có CBR = 32.56% và E = 107.23 Mpa theo quy định 22 TCN211-06 tương đương với các lớp vật liệu đất đắp K95, K98

- Mẫu tỷ lệ 20%XM có CBR=76,74% và E=235.00Mpa 28 ngày tuổi theo quy định 22 TCN 211-06 tương đương với lớp vật liệu cấp phối đá dăm loại 2

- Khả năng ứng dụng của mẫu tỷ lệ 20% XM khó có thể xem xét khi tính đến chỉ tiêu về kinh tế

- Bằng kết quả thực nghiệm của mẫu hổn hợp vật liệu xỉ than – tro bay – xi măng có làm lượng xi măng 4% trở lên cường độ chịu nén

và ép chẻ đạt rất cao, hoàn toàn có thể làm lớp móng dưới kết cấu áo đường cấp cao

Từ các kết quả đã nghiên cứu nêu trên, kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm trong phòng của học viên Để đánh giá, so sánh các chỉ tiêu liên quan theo quy định với nguồn vật liệu mới trong xây dựng

hạ tầng tại tỉnh Trà Vinh (xây dựng TCVN 1770) Nhằm giảm thiểu ô nhi m môi trường, tiết kiệm diện tích đất dùng làm bãi chứa chất thải tro xỉ , bùn đất thải tại Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải, dự án Luồng tàu biển bảo đảm phát triển bền vững

2.2 Quy hoạch thực nghiệm

2.2.1 Đối với cấp phối thiên nhiên chưa gia cố

Các thí nghiệm tiến hành

- Đối với cấp phối thiên nhiên

Xác định thành phần hạt

Xác định chỉ số Los ngeles (L ) yêu cầu

Xác định hàm lượng tạm chất hữu cơ, hàm lượng Sunfat, chỉ số dẻo

Xác định tỷ lệ thoi dẹt theo tiêu chuẩn TCVN 7572-13:2006;

- Đối với đất khai thác tại tỉnh Trà Vinh:

Xác định thành phần hạt, chỉ số dẻo, hàm lượng hữu cơ, độ PH, các muối hòa tan, thành phần khoáng

Xác định độ ẩm tối ưu, dung trọng khô lớn nhất bằng phương pháp Proctor, các giới hạn Atterberg (WL, WP)

2.2.2 Đối với chất kết dính vô cơ

- Đối với xi măng

Xác định thành phần hóa học của xi măng

Xác định thời gian ninh kết

Xác định mac xi măng

- Đối với Tro bay (Fly Ash):

Xác định độ ẩm

Xác định lượng nước yêu cầu,

2.2.3 Số lượng mẫu thí nghiệm

Tổng số mẫu thí nghiệm các loại

- Đối với cấp phối thiên nhiên (đất không nguyên trạng): 01tổ mẫu

- Đối Xi măng (PC40 Hà Tiên): 01tổ mẫu

- Đối với Tro bay (Fly Ash) : 01tổ mẫu

- Đối với hỗn hợp đất – Tro bay – Xi măng: 01tổ mẫu (theo tỷ lệ thành phần cấp phối hổn hợp Đ-T-XM)

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

2.3.1 Thí nghiệm thành phần hạt hỗn hợp (TCVN 7572:2006) 2.3.2 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (TCVN 4201:2012)

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

Cường độ chịu nén của hổn hợp là ứng suất nén phá hủy của vật

2.4.2 Thí nghiệm ép ch (TCVN 8862:2011)

2.4.3 Thí nghiệm C Dựa theo tiêu chuẩn 22TCN 332-06) 2.4.4 ức kháng c t (TCVN 4199:2012)

2.4.5 Thí nghiệm Mô đun đàn hồi

Độ bền cấp II

Độ bền cấp III

Độ bền khi nén (MPa)

Đối với mẫu 28 ngày, ở

độ ẩm bảo hòa không <

2.5.2 Nhận xét kết quả thí nghiệm

Dựa vào cấp độ bền thấp nhất đạt được của 1 trong 3 chỉ tiêu để

đề xuất cấp độ bền thấp nhất, tuy nhiên đối với mô đun đàn hồi được lấy cấp độ bền 28 ngày, đề xuất cấp độ bền như bảng dưới đây

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

- Qua kết quả phân tích thành phần hạt (thạch học) của các bãi thải, vật liệu chủ yếu là cát và đất xen lẫn vào nhau, không có chứa

các khoáng chất độc hại (do các bãi thải chứa này được hình thành

từ việc nạo vét nguyên thổ từ luồng tàu biển có trọng tải lớn vào sông Hậu), do đó vật liệu này là có thể sử dụng cho công trình xây dựng

(san lắp mặt bằng, đắp nền đường)

- Các vị trí bãi thải đều nằm dọc theo 2 bên bờ kênh Quan Chánh

Bố, nằm ngoài khu dân cư, do đó phương tiện khai thác vận chuyển duy nhất bằng đường thủy

+ Kênh Quan Chánh Bố ►biển Đông► sông Tiền

+ Kênh Quan Chánh Bố ►sông Hậu

- Công nghệ khai thác đề xuất sử dụng phương tiện cơ giới đào múc, vận chuyển xuống xà lan theo kênh Quan Chánh Bố, vận chuyển đến các khu vực trong vùng sử dụng là phù hợp

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

Thực hiện Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-

2020, dự kiến theo kế hoạch dự án sau khi hoàn thành, đưa vào hoạt động các tổ máy (dự án gồm 03 tổ máy), đến năm 2020 với tổng công suất đạt khoảng 36.000 MW, điện sản xuất trên 150 tỷ kWh (chiếm khoảng 50 % sản lượng điện sản xuất); mức tiêu thụ khoảng trên 65 triệu tấn than và thải ra môi trường khoảng 15 - 20 triệu tấn tro xỉ, lượng lớn khí SOx độc hại và đến năm 2030 công suất nâng lên khoảng là 72.000 MW sẽ tiêu thụ trên 120 triệu tấn than và thải ra môi trường khoảng trên 35 triệu tấn tro xỉ, khí SOx độc hại