Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình

Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh BìnhNghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình

HÀ NỘI - 5/2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÙI TIẾN THÀNH

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ SỬ DỤNG ĐÁDOLOMITE TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thôngMã số: 9 58 02 05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 GS.TS Phạm Huy Khang2 PGS.TS Nguyễn Trọng Hiệp

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, tháng 5 năm 2024

LỜI CAM ĐOAN

Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thânNghiên cứu sinh Các kết quả nghiên cứu, các kết luận trong luận án này là trungthực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Việc tham khảo cácnguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảođúng quy định.

Nghiên cứu sinh

Bùi Tiến Thành

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoàitrường đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho luận án.

Cuối cùng Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng cảm ơn tới Sở Giao thông vận tảiNinh Bình, các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trongsuốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, tháng 5 năm 2024

Nghiên cứu sinh

Bùi Tiến Thành

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNGTRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH 4

1.1 Giới thiệu chung về đá Dolomite 4

1.1.1.Khái quát về đá Dolomite 4

1.1.2.Sự hình thành đá Dolomite 5

1.1.3.Phân bố đá Dolomite trên thế giới, Việt Nam 10

1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng đá Dolomite trên thế giới và ở Việt Nam 13

1.2.1.Trên thế giới 13

1.2.2.Ở Việt Nam 13

1.2.3.Các nghiên cứu mới về đá Dolomite làm vật liệu xây dựng 14

1.3 Đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình 16

1.3.1.Đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình 16

1.3.2.Phân bố và trữ lượng 25

1.3.3.Quy hoạch khai thác sử dụng đá Dolomite Ninh Bình 29

1.4 Tình hình sử dụng đá Dolomite Ninh Bình trong xây dựng đường ô tô vànhững vấn đề đặt ra 31

1.4.1 Đánh giá tổng quát về chất lượng một số công trình đường đã sử dụngDolomite Ninh Bình 32

1.4.2.Các yêu cầu thực tiễn khi sử dụng Dolomite trên diện rộng 34

1.5 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 34

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ DOLOMITE GIA CỐ XI MĂNGLÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ 36

2.1 đầuMở 36

2.2 Móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng và các yêu cầu 37

2.2.1.Khái niệm 37

2.2.2.Các đặc điểm của CTB 38

2.2.3.Cơ sở lý thuyết về sử dụng vật liệu đá gia cố xi măng 42

2.3 Các thí nghiệm đánh giá hỗn hợp cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng 43

2.4 Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng 44

2.4.1.Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm 44

2.4.2.Thiết kế thành phần cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng 49

2.4.3.Quy hoạch mẫu thí nghiệm 50

2.5 Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng 51

2.5.1.Chuẩn bị thí nghiệm 51

2.5.2.Cường độ chịu nén R n .53

2.5.3.Cường độ chịu kéo khi ép chẻ R ec .59

2.5.4.Mô đun đàn hồi E 66

2.5.5.Thí nghiệm xác định cường độ nén của đá gốc 73

2.5.6.Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của móng cấp phối gia cố xi măng 74

2.6 luậnKết 75

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ VẬT LIỆUBÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU DOLOMITE LÀM MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ 77

3.1 đầuMở 77

3.2 Bê tông xi măng mặt đường và các yêu cầu 78

3.2.1.Khái quát về mặt đường bê tông xi măng 78

3.2.2.Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của mặt đường BTXM 79

3.2.3.Các thí nghiệm đánh giá hỗn hợp BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình 80

3.3 Quy hoạch mẫu thí nghiệm theo phương pháp Taguchi 80

3.3.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite 81

3.3.2 Phương pháp phân tích Taguchi 83

3.4 Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình 84

3.4.1.Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm 84

3.4.2.Thiết kế thành phần cấp phối bê tông 93

3.5 Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite 96

3.5.1.Chuẩn bị thí nghiệm 96

3.5.2.Cường độ nén của R n .100

3.5.3.Cường độ chịu kéo khi uốn R ku .104

3.5.4.Mô đun đàn hồi (E) 109

4.2 Trình tự tính toán, thiết kế mặt đường BTXM 119

4.3 Mô hình tính toán, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn 121

4.3.1.Mô hình tính toán 121

4.3.2.Các trạng thái giới hạn tính toán 121

4.3.3.Xác định cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu của tấm BTXM 122

4.3.4.Hệ số độ tin cậy  r .122

4.3.5.Vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định 123

4.3.6.Tải trọng trục tiêu chuẩn để tính mỏi và quy đổi về trục tiêu chuẩn 123

4.3.7.Tải trọng trục đơn nặng nhất thiết kế Pm 123

4.3.8.Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất Tg 123

4.4 Tính toán các trị số ứng suất kéo uốn do tải trọng và do Gradien nhiệt độ tạivị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM 124

4.4.1.Trường hợp móng trên bằng vật liệu dạng hạt 124

4.4.2.Trường hợp móng trên bằng vật liệu hạt gia cố 129

4.5 Tính toán, thiết kế mặt đường BTXM cốt liệu Dolomite 132

4.5.1.Đề xuất các phương án thiết kế và các số liệu xuất phát 133

4.5.2 Kiểm toán các phương án thiết kế do tải trọng xe chạy và Gradien nhiệtđộ gây ra 135

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 137

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 139

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

GTVT ĐHGTVTBGTVT

: Giao thông vận tải

: Đại học Giao thông vận tải: Bộ Giao thông vận tải

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần hóa học cơ bản của Dolomite 9

Bảng 1.2 Tỷ trọng của một số khoáng vật 9

Bảng 1.3 Khả năng hòa tan của một số khoáng vật 9

Bảng 1.4 Các loại đá vôi - Dolomite 10

Bảng 1.5 Tổng hợp trữ lượng đá Dolomite cả nước 12

Bảng 1.6 Thành phần cơ bản của bê tông tự lèn Dolomite 15

Bảng 1.7 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite Ninh Bình 18

Bảng 1.8 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Đông Sơn - Tam Điệp 19

Bảng 1.9 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Sơn - Nho Quan 20

Bảng 1.10 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Thạch Bình - Nho Quan 21

Bảng 1.11 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Long, Kỳ Phú - NhoQuan 22

Bảng 1.12 Tổng hợp thành phần có hại trong đá Dolomite tỉnh Ninh Bình 23

Bảng 1.13 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình 24

Bảng 1.14 Quy hoạch đá Dolomite tỉnh Ninh Bình năm 2010 29

Bảng 1.15 Quy hoạch đá Dolomite tỉnh Ninh Bình năm 2020 30

Bảng 2.1 Các đặc tính của CTB 37

Bảng 2.2 Thành phần hạt của cấp phối đá dăm 43

Bảng 2.3 Thành phần hạt của cấp phối đá dăm GCXM 43

Bảng 2.4 Lựa chọn thành phần hạt cấp phối Dolomite 47

Bảng 2.5 Tính chất xi măng 48

Bảng 2.6 Tỷ lệ gia cố xi măng sử dụng trong cấp phối đá Dolomite 49

Bảng 2.8 Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ nén 53

Bảng 2.9 Tổng hợp giá trị cường độ nén R n (MPa) .53

Bảng 2.10 Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ 59

Bảng 2.11 Tổng hợp giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ R ec (MPa) .60

Bảng 2.12 Số lượng mẫu thí nghiệm mô đun đàn hồi 66

Bảng 2.13 Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E(MPa) 67

Bảng 2.14 Cường độ nén đá gốc Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp 73

Bảng 2.15 Yêu cầu về cường độ theo TCVN 8858 74

Bảng 2.16 Yêu cầu về cường độ theo TCCS 38 74

Bảng 3.1 Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm 82

Bảng 3.1 (Tiếp) 83

Bảng 3.2 Thành phần hạt của đá Dolomite dùng thiết kế hỗn hợp bê tông 85

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý đá dăm Dolomite dùng cho bê tông xi măng 86

Bảng 3.4 Bảng thành phần hạt của cát tự nhiên 87

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát 88

Bảng 3.6 Bảng thành phần hạt của cát nghiền từ đá Dolomite 90

Bảng 3.7 Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát nghiền từ đá Dolomite (TCVN9205:2012) 91

Bảng 3.8 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng VICEM PCB40 92

Bảng 3.9 Các chỉ tiêu cơ lý của nước dùng cho thí nghiệm 93

Bảng 3.10 Thành phần cấp phối bê tông Dolomite dùng cát tự nhiên 96

Bảng 3.11 Thành phần cấp phối bê tông dùng cát nghiền từ đá Dolomite 96

Bảng 3.12 Cấp phối bê tông Dolomite dùng cát hỗn hợp có 50% cát nghiền từ đáDolomite và 50% cát vàng tự nhiên 96

Bảng 3.13 Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ nén 100

Bảng 3.14 Tổng hợp giá trị cường độ nén R n (MPa) .101

Bảng 3.15 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ nén 103

Bảng 3.16 Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ kéo uốn 105

Bảng 3.17 Tổng hợp giá trị cường độ kéo uốn R ku (MPa) .106

Bảng 3.18 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ kéo uốn 108

Bảng 3.19 Số lượng mẫu thí nghiệm mô đun đàn hồi E 109

Bảng 3.20 Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E (GPa) 111

Bảng 3.21 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ mô đun đàn hồi 113

Bảng 3.22 CTE của BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình 115

Bảng 3.23 Tổng hợp giá trị CTE của một số nghiên cứu, quy trình 115

Bảng 3.24 Độ mài mòn của BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình 117

Bảng 4.1 Chiều dày tấm BTXM thông thường theo cấp hạng đường 120

Bảng 4.2 Phân cấp quy mô giao thông 120

Bảng 4.3 Chọn độ tin cậy và hệ số độ tin cậy thiết kế  r .122

Bảng 4.4 Hệ số dãn nở nhiệt α c của BTXM .128

Bảng 4.5 Các thông số đầu vào của các loại bê tông 132

Bảng 4.6 Các thông số tính toán của các loại bê tông 132

Bảng 4.7 Cấp và quy mô giao thông tính toán 133

Bảng 4.8 Kết quả kiểm toán tuyến đường ĐT.482C 136

Bảng 4.9 Kết quả kiểm toán tuyến đường ĐT.482D 136

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình 4

Hình 1.2 Thành phần hóa học đá Dolomite Ninh Bình 31

Hình 2.1 Độ võng mặt đường khi dùng các loại móng khác nhau 38

Hình 2.2 Giảm chiều dày lớp móng 39

Hình 2.3 Mẫu khoan rút lõi CTB 39

Hình 2.4 Giảm độ hằn lún vệt bánh xe 40

Hình 2.5 Hạn chế hơi ẩm phá hoại mặt đường 41

Hình 2.6 Vị trí mỏ đá Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình 45

Hình 2.7 Lấy mẫu đá Dolomite tại mỏ Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình 46

Hình 2.8 Quá trình gia công đá Dolomite để phối trộn theo cấp phối 47

Hình 2.9 Biểu đồ thành phần hạt Dolomite 48

Hình 2.10 Gia công đá Dolomite chuẩn bị cốt liệu chế bị mẫu 51

Hình 2.11 Dụng cụ thí nghiệm và khuôn mẫu 51

Hình 2.12 Phối trộn vật liệu và chế bị mẫu thí nghiệm 52

Hình 2.13 Thí nghiệm và dạng phá hoại mẫu nén 54

Hình 2.14 Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu nén 55

Hình 2.15 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng cường độ nén 55

Hình 2.16 Ảnh hưởng các yếu tố đến cường độ nén R n .56

Hình 2.17 Cường độ nén R n trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .57

Hình 2.18 Phân tích phương sai và hậu định R n theo hàm lượng XM .57

Hình 2.19 Phân tích phương sai và hậu định R n theo thời gian .57

Hình 2.20 Biểu đồ tương tác R n theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .58

Hình 2.21 Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ 60

Hình 2.22 Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu chịu

kéo khi ép chẻ 61

Hình 2.23 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng cường độ chịu kéo khi ép chẻ 61

Hình 2.24 Ảnh hưởng các yếu tố đến cường độ chịu kéo khi ép chẻ R ec .62

Hình 2.25 R ec trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .63

Hình 2.26 Phân tích phương sai và hậu định R ec theo hàm lượng XM .64

Hình 2.27 Phân tích phương sai và hậu định R ec theo thời gian .64

Hình 2.28 Biểu đồ tương tác R ec theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .65

Hình 2.29 Thí nghiệm mô đun đàn hồi 67

Hình 2.30 Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu mô đunđàn hồi 68

Hình 2.31 Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng mô đun đàn hồi 68

Hình 2.32 Ảnh hưởng các yếu tố đến mô đun đàn hồi E 69

Hình 2.33 Mô đun đàn hồi E trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng 70

Hình 2.34 Phân tích phương sai và hậu định E theo hàm lượng XM 71

Hình 2.35 Phân tích phương sai và hậu định E theo thời gian 71

Hình 2.36 Biểu đồ tương tác E theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng 72

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo mặt đường BTXM thông thường có khe nối 79

Hình 3.2 Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM có giải phân cách giữa 79

Hình 3.3 Lựa chọn thành phần hạt thô của đá Dolomite 86

Hình 3.4 Thành phần hạt của cát tự nhiên 88

Hình 3.5 Thành phần hạt mịn của cát nghiền 89

Hình 3.6 Thành phần hạt của cát nghiền từ đá Dolomite 90

Hình 3.7 Chuẩn bị cốt liệu thí nghiệm 97

Hình 3.9 Các loại thiết bị thí nghiệm 98

Hình 3.10 Công tác đúc mẫu BTXM 99

Hình 3.11 Các tổ mẫu phục vụ công tác thí nghiệm 99

Hình 3.12 Thí nghiệm cường độ chịu nén BTXM 101

Hình 3.13 Phân tích S/N (R n ) trên phần mềm Minitab .102

Hình 3.14 Thí nghiệm kéo uốn BTXM 104

Hình 3.15 Phân tích S/N (R ku ) trên phần mềm Minitab .107

Hình 3.16 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi E 110

Hình 3.17 Phân tích S/N (E) trên phần mềm Minitab 112

Hình 3.18 Một số hình ảnh thí nghiệm CTE 116

Hình 3.19 Một số hình ảnh thí nghiệm độ mài mòn 117

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phát triển hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ là một yêu cầu kháchquan Trong những năm gần đây đầu tư, xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng giaothông đường bộ được quan tâm đặc biệt, có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩysự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Cùng với việc đầu tư xây dựng các tuyếnđường bộ là nhu cầu rất lớn về vật liệu xây dựng Các nguồn vật liệu truyền thốngngày càng khan hiếm, do đó cần nghiên cứu, phát triển và sử dụng nguồn vật liệumới, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật để thay thế.

Ninh Bình là một tỉnh có trữ lượng các mỏ vật liệu khá lớn, tuy nhiên với việcquần thể danh thắng Tràng An bao gồm ba khu vực liền kề nhau là di tích cố đô HoaLư, khu danh thắng Tràng An - Tam Cốc - Bích Động và rừng nguyên sinh đặcdụng Hoa Lư được UNESCO công nhận di sản văn hóa và thiên nhiên thế giới từngày 23 tháng 6 năm 2014 thì việc bảo tồn nguyên trạng hệ thống núi đá vôi củaquẩn thể này vốn là nguồn cung cấp vật liệu truyền thống trước đây rất được quantâm.

Đá Dolomite có nguồn gốc từ đá trầm tích, là một loại vật liệu có trữ lượngtương đối lớn trong cả nước nói chung và trên địa bàn tỉnh Ninh Bình nói riêng Cácmỏ đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình thường không nằm trong khu vực bảotồn, thuộc diện được quy hoạch khai thác.

Đá Dolomite đã được sử dụng để đắp nền đường K95, K98 [2] [4] [31] [34][35] bước đầu khẳng định được chất lượng tại một số công trình quan trọng của tỉnh

Ninh Bình Tuy nhiên để làm móng, mặt đường cần phải nghiên cứu, đánh giá, thựcnghiệm để khẳng định tính khả thi của loại vật liệu này nhằm sử dụng tiết kiệm, cóhiệu quả nguồn tài nguyên hữu hạn này trong việc xây dựng các tuyến đường giaothông đường bộ.

Do vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá sự phù hợp của đá Dolomite trong xây dựng đường ô

tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

- Thông qua tài liệu đã được công bố của các nhà nghiên cứu cộng với tiếnhành thí nghiệm trong phòng để xác định một số các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đáDolomite.

- Thiết kế thành phần, thí nghiệm trong phòng các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗnhợp cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng; hỗn hợp bê tông xi măng sử dụng cốt liệuđá Dolomite làm móng và mặt đường ô tô.

- Kiểm toán kết cấu móng, mặt đường để khẳng định tính khả thi khi sử dụngđá Dolomite làm vật liệu trong xây dựng móng, mặt đường ô tô.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đá Dolomite sử dụng làm móng, mặt đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.

Thu thập tài liệu kết hợp với thí nghiệm trong phòng để xác định một số chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đá Dolomite.

Thực nghiệm trong phòng, đánh giá khả năng sử dụng đá Dolomite làm lớp móng, lớp mặt đường ô tô.

Xử lý số liệu bằng các công cụ tính.

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàia Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu các đặc trưng của đá Dolomite tại tỉnh Ninh Bình.

- Nghiên cứu các đặc tính làm việc của móng cấp phối đá dolomite làm móng mặt đường.

- Nghiên cứu các đặc tính làm việc của BTXM sử dụng cốt liệu Dolomite (bao gồm cả cốt liệu thô, cốt liệu mịn) trong xây dựng mặt đường ô tô.

b Ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần thay thế nguồn vật liệu truyền thống khan hiếm (đá vôi) trongxây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

- Tăng hiệu quả kinh tế đối với việc sử dụng nguồn đá Dolomite trên địa bàntỉnh Ninh Bình hiện chủ yếu sử dụng trong đắp nền đường.

- Đề tài nghiên cứu sẽ giải quyết vấn đề khó khăn do nguồn vật liệu truyềnthống ngày một khan hiếm (đá vôi) trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnhNinh Bình.

- Bên cạnh đó đề tài cũng đề xuất được việc sử dụng đá Dolomite một cáchtiết kiệm, có hiệu quả hơn khi không chỉ sử dụng làm vật liệu đắp nền như thựctrạng mà còn sử dụng làm móng, mặt đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

6 Cấu trúc của Luận án

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀTÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINHBÌNH

1.1.Giới thiệu chung về đá Dolomite1.1.1 Khái quát về đá Dolomite

Dolomite là loại đá trầm tích cacbonat, thường đi với đá vôi, vì thế giữa đávôi và đá Dolomite có nhiều dạng chuyển tiếp như đá vôi - đá vôi manhe - đá vôiDolomite - Dolomite vôi - Dolomite Đá Dolomite thường có màu trắng, xám, vàngnhạt, nâu xám khi chứa nhiều di tích hữu cơ đá có màu xám, nếu chứa bitum haycó màu nâu Hình ảnh mỏ đá Dolomite tại Ninh Bình như Hình 1.1

Hình 1.1 Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình

Đá Dolomite có thành phần khoáng vật Dolomite là chính, ngoài ra còn gặpcanxit, nhiều khi có hàm lượng tương đối cao và còn gặp khá nhiều khoáng vật phụnhư thạch cao, anhydrit, thạch anh - calcedon, oxit và hidroxit sắt, xelestin, fluorit,khoáng vật muối pirit, macazit, hydromica, momoriolit, các vật liệu hữu cơ phântán Vật liệu vụn trong Dolomite rất ít gặp, không nhiều như trong đá vôi, khi thànhtạo Dolomite thì kết thúc quá trình phân dị cơ học Trong các mặt cắt địa chất có thể

gặp những tầng Dolomite dầy và độc lập hoặc xen kẽ với đá vôi, với đá vụn, thậm

chí xen kẽ với những loại muối, thạch cao, anhydrit [21].1.1.2 Sự hình thành đá Dolomite

1.1.2.1 Sự thành tạo các loại đá

Theo nguồn gốc thành tạo, đá được chia thành 3 loại chính: đá magma, đá

trầm tích và đá biến chất [22].

Đá magma được thành tạo do sự đông cứng của dòng dung nham nóng chảy

phun lên từ trong lòng đất Dòng dung nham này là các dung dịch silicat có thànhphần rất phức tạp và chứa các loại khí, hơi nước khác nhau.

Khi dòng dung nham phun lên và đông cứng lại ngay trong lòng đất thì sẽtạo thành đá magma xâm nhập Do được thành tạo trong điều kiện áp suất cao, sựđông cứng xảy ra từ từ và đều đều nên các khoáng vật dễ dàng kết tinh, tạo nên đámagma kết tinh hoàn toàn, dạng khối, chặt xít như đá granit, gabro…

Khi dòng dung nham trào lên mặt đất và đông cứng lại thì sẽ tạo thành đámagma phún xuất (hay phun trào) Do ở mặt đất nhiệt độ và áp suất thấp, nhiệt thoátnhanh nên không thuận lợi cho việc kết tinh của các khoáng vật, tạo nên đá magmaở dạng vô định hình, có nhiều lỗ rỗng như đá bazan, đá bọt… Các đá phun tràođược thành tạo từ đại cổ sinh thì được gọi là đá phun trào cổ, còn nếu thành tạo mớigần đây thì được gọi là phun trào trẻ.

Đá trầm tích được thành tạo có thể theo 3 cách:

- Do sự lắng đọng và gắn kết của các mảnh vụn (là các sản phẩm phong hoácủa đá gốc hay các vụn núi lửa);

- Do sự kết tủa của chất hoá học có trong nước;- Do sự nén chặt của các di tích động, thực vật.

Tuỳ theo các cách thức thành tạo như vậy mà người ta cũng chia thành cácđá trầm thích cơ học, trầm tích hoá học và trầm tích hữu cơ.

Đá trầm tích chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ trái đất nhưng nó bao phủ tới 75%diện tích mặt đất với các chiều dày khác nhau (từ 3 - 4km ở vùng Trung Á, còn 1km

Đá biến chất được tạo thành do sự biến đổi sâu sắc của đá magma, đá trầm

tích và cả đá biến chất có trước dưới tác động của nhiệt độ cao, áp suất lớn và cácchất có hoạt tính hoá học Dựa vào các nhân tố tác động chủ yếu, người ta chia ra:

- Biến chất tiếp xúc xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối magma nóng chảyvà đá vây quanh Nhiệt độ cao đã làm thay đổi thành phần, kiến trúc và tính chấtcủa đất đá Càng xa khối magma, mức độ biến chất của đá giảm dần.

- Biến chất động lực xảy ra dưới tác động của áp suất cao không chỉ do trọnglượng các lớp đá nằm trên mà còn do áp lực sinh ra trong hoạt động tạo sơn của cácquá trình kiến tạo Do vậy, đất đá bị mất nước, độ rỗng giảm đi, sự liên kết giữachúng tăng lên làm thay đổi kiến trúc và cấu tạo của đá.

- Biến chất khu vực thường xảy ra dưới sâu do tác động đồng thời của nhiệtđộ cao và áp suất lớn làm thành phần, kiến trúc của đá bị thay đổi.

1.1.2.2 Dolomite và một số loại đá trầm tích

Do được thành tạo từ nhiều nguồn gốc khác nhau nên đá trầm tích gồm một

số nhóm đá khác nhau rõ rệt, trong đó có đá Dolomite [22].

* Nhóm đá trầm tích vụn được hình thành chủ yếu từ các mảnh vỡ của các

loại đá tồn tại trước đó hoặc từ các sản phẩm phong hoá của các đá gốc, được nước,gió hay băng hà vận chuyển, tích tụ rồi gắn kết lại với nhau một cách cơ học, nênloại trầm tích này cũng được gọi là trầm tích cơ học.

Tuỳ theo kích thước của các mảnh vụn trong đá mà người ta chia thành cácđá cuội kết, dăm kết, cát kết các loại, bột kết và sét kết Trong các loại đá này thì độrỗng đóng vai trò rất quan trọng Độ rỗng sẽ nhỏ nhất khi các hạt nhỏ lấp đầy lỗrỗng giữa các hạt lớn hơn hay khi trong các lỗ rỗng lấp đầy các chất gắn kết Tuỳtheo thành phần trong đá cát kết mà người ta còn chia thành cát kết thạch anh (khiđá được tạo thành chủ yếu từ thạch anh), arko (khi thành phần chủ yếu của đá làfelspat) và grauvac (khi đá được tạo thành từ các mảnh vụn đá).

Một loại cát kết đặc biệt có nguồn gốc magma được tạo thành do các mảnhvụn phun ra từ núi lửa Những đám mây bốc lửa gồm các vật liệu vụn trôi nổi trênkhí và bụi có nhiệt độ rất cao, di chuyển xuống dưới theo sườn núi lửa với tốc độlớn, khi nguội lạnh, tuỳ theo thành phần là các mảnh vụn có góc cạnh hay các hạt

mịn như tro mà sẽ tạo thành dăm kết núi lửa hay tuf núi lửa Các hạt gắn kết vớinhau trong điều kiện nhiệt độ cao, tạo thành một loại đá chặt cứng, có tính chấttương tự như đá magma cùng loại.

* Nhóm đá trầm tích carbonat bao gồm đá vôi chủ yếu được tạo nên bằng

khoáng vật canxit, đá Dolomite và một số đá thuộc nhóm trầm tích vụn nhưng cóchứa vôi.

Cũng như nhóm đá trên, độ rỗng là thuộc tính cơ bản để phân biệt đặc tínhcơ học của các loại đá khác nhau trong nhóm Người ta phân biệt độ rỗng nguyênsinh là do khi chưa lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt Độ rỗng thứ sinh được tạo nênbởi sự mở rộng mạng tinh thể trong quá trình biến đổi canxit thành Dolomit - quátrình Dolomit hoá Đá vôi rất không đồng nhất về mặt cấu tạo: một số loại thì xốp,nhưng một số loại thì rất chặt Theo nguồn gốc thành tạo, đá vôi có thể chia thànhcác loại đá vôi hoá học, hữu cơ, vụn và hỗn hợp.

Đá vôi hoá học thường được thành tạo do sự lắng đọng các chất kết tủacarbonat ở trong nước Điển hình của loại này là tuf vôi và đá vôi trứng cá Đá tufvôi được tạo thành ở vùng có nước mạch lộ ra Do chảy trên mặt đất, một phần CO2

bị mất đi nên CaCO3 được kết tủa lại, tạo thành đá vôi có lỗ rỗng và không phânlớp Loại tuf vôi có độ chặt cao, độ rỗng nhỏ, có một phần kiến trúc kết tinh thìđược gọi là travertin Độ bền của tuf vôi khi khô khoảng 80MPa Đá vôi trứng cáđược tạo thành ở biển nông do sự kết tủa các hạt CaCO3 đồng tâm, rồi chúng lạiđược gắn lại với nhau bằng chính canxit Độ bền loại đá này chỉ khoảng 16 -20MPa.

Đá vôi hữu cơ được thành tạo do sự tích tụ các di tích hữu cơ, phổ biến nhấtlà loại đá vôi vỏ sò Loại đá vôi này có độ rỗng cao, độ bền thấp Một dạng khác củađá vôi hữu cơ là đá phấn, có thành phần giống như đá vôi nhưng độ bền thì thấp hơnnhiều.

Đá vôi vụn gồm những mảnh vụn của đá vôi và được gắn chặt lại bằngcanxit đây là loại đá tái trầm tích.

Đá vôi hỗn hợp được thành tạo một phần từ các mảnh vụn, một phần từ các

marn vôi) khi lượng CaCO3 lớn hơn và đá marn sét khi lượng CaCO3 ít Ở ngoàibiển, đá marn tạo thành tầng dày Khi lộ trên mặt đất, nó dễ bị phong hoá, tạo thànhđá bùn.

Đá Dolomite được thành tạo từ khoáng vật cùng tên với các tạp chất như

canxit, thạch cao màu xám trắng hay đỏ Kiến trúc dạng hạt, cấu tạo khối chặt xít.Độ bền nén của Dolomit khoảng 100 - 140MPa Dolomite được dùng làm vật liệuxây dựng, vật liệu chịu lửa.

* Nhóm đá muối: Đá của nhóm này thường gặp ở dạng halit (NaCl), silvin

(KCl), silvinit (hỗn hợp của halit và silvin), anhydrit và thạch cao (CaSO4 ở dạngkhan và ngậm nước) … Tất cả các đá trong nhóm đều có thể hoà tan được trongnước Theo quan điểm địa chất, các trầm tích này cũng được gọi là trầm tích do bốchơi hay đá bốc hơi, được thành tạo do sự bốc hơi của nước trong hồ nước mặn vàbiển.

Các đá muối thường có màu trắng Muối ăn (NaCl) thường có vị mặn, muốikali có vị đắng Các trầm tích đá muối dày tạo thành mỏ kích thước lớn.

Anhydrit là CaSO4 ở dạng khan, khi gặp nước biến thành thạch cao, thể tíchtăng lên tới > 30% Độ bền nén của anhydrit khoảng 60 - 80MPa.

Thạch cao được tạo thành do kết quả hợp nước của CaSO4, có màu trắng hayxám, vàng, nâu khi bị lẫn các tạp chất Kiến trúc hạt thô Độ bền nhỏ hơn 20MPa.Thạch cao được dùng làm phấn, vật liệu trang trí trong xây dựng hay để bó bộttrong y tế.

* Nhóm đá trầm tích hữu: cơ được thành tạo do sự tích tụ và nén chặt của

các di tích động thực vật Từ các di tích động vật sẽ tạo thành các loại đá như đá vôivỏ sò, đá vôi san hô, đá phấn như đã trình bày trong nhóm đá trầm tích carbonat Từcác di tích thực vật sẽ tạo thành các loại trầm tích như điatomit, opoka (đá silic),than bùn hay than đá…

1.1.2.3 Một số đặc điểm của đá Dolomite

Đá Dolomite có thành phần khoáng vật chính là Dolomite Khoáng vậtDolomite được thành tạo từ dung dịch thật hay do quá trình thay thế trao đổi, khóphân biệt được với canxit (CaCO3) Dưới kính hiển vi có thể phân biệt được với

canxit bằng các hạt hình thoi tự hình của Dolomite [1].

Đá Dolomite có thành phần khoáng vật chính là Dolomite có công thức hóahọc là CaMg(CO3)2 Thành phần của Dolomite đưa ra tại Bảng 1.1 Đá Dolomitengoài thành phần cơ bản còn tồn tại một số thành phần khác như: SiO2, TiO2, Al2O3,Fe2O3, FeO, MnO, Na2O, K2O, CO2… [32].

Bảng 1.1 Thành phần hóa học cơ bản của Dolomite

Khoáng vật Dolomite có tỷ trọng và khả năng hòa tan so với một số khoáng

vật khác được thể hiện trong các Bảng 1.2 và 1.3 [36].

Bảng 1.2 Tỷ trọng của một số khoáng vật

Halit NaCl

Gip CaSO4 2H2OAnhidrit CaSO4

Canxit CaCO3

Dolomite CaMg(CO3)2

2,16 - 2,172,31 - 2,32,89 - 2,962,71 - 2,722,8 - 2,99

Bảng 1.3 Khả năng hòa tan của một số khoáng vậtKhoáng vậtNăng lượng mạng kết tinh

Canxit CaCO3

Dolomite CaMg(CO3)2

Nhận xét: Đá Dolomite thuộc nhóm đá trầm tích carbonat cùng với đá vôi

(một loại đá đã dùng rất nhiều trong xây dựng công trình, trong đó có cả móng và

Dolomite và đá vôi cũng có những điểm khác như: tỷ trọng, cường độ chịu nén vàđộ bền trong nước… của đá Dolomite được đánh giá cao hơn đá vôi.

Giữa đá Dolomite và đá vôi có những dạng chuyển tiếp, căn cứ vào hàmlượng các khoáng vật chính canxit và Dolomite có quan điểm phân ra đá Dolomite,

đá vôi và các đá trung gian đưa ra tại Bảng 1.4 [1].

Bảng 1.4 Các loại đá vôi - Dolomite

1.1.3.2 Phân bố đá Dolomite ở Việt Nam

Đá Dolomite phân bố tập trung ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung, một ít ởTây Nguyên, có nguồn gốc chủ yếu là trầm tích và biến chất từ các thành tạo trầm tíchcarbonat Phân bố xen kẹp trong đá vôi và đá vôi Dolomite thuộc các hệ tầng có tuổikhác nhau Hầu hết các mỏ đá Dolomite có quy mô nhỏ đến trung bình, một số mỏ cóquy mô tương đối lớn phân bố tập trung ở các tỉnh: Yên Bái, Phú Thọ, Hà Giang, TháiNguyên, Hòa Bình, Hà Nam, Ninh Bình, Nghệ An, Quảng Nam, Quảng Trị…

Trong công trình nghiên cứu của TS Mai Trọng Tú đã tổng hợp một số mỏ

đá Dolomite của Việt Nam như sau [32]:

- Dolomite Bút Sơn, xã Bút Sơn, huyện Kim Bảng, Hà Nam: Mỏ Dolomitenằm trong đá vôi hệ tầng Đồng Giao Có hai loại là Dolomite rắn chắc và Dolomitephong hóa phân bố ở trên mặt Dolomite có thể sử dụng trong công nghiệp thủytinh Thành phần (%): MgO 19,3-22,68; CaO 28,81-33,31.

- Dolomite Bản Chanh, xã Đồng Chum, huyện Đà Bắc: Dolomite phân bốtrong các trầm tích carbonat hệ tầng Đá Đinh tạo thành dải kéo dàitheo phương TB-ĐN gần 7km, rộng 0,5-2,5km Có hai loại là Dolomite phân lớptrung bình, màu trắng hoặc màu xám hạt mịn, phân bố trong diện tích 8km2 vàDolomite vò nát thành một dải ở phía Tây Bắc dọc đứt gãy, kéo dài 4km Thành phần(%): CaO 18-22; MgO 22-28; SiO2 0,3-19; Fe2O3 0,5-1,5; R2O3 + MnO 5; Al2O3 +P2O3 + Mn3O4 2-10.

- Dolomite Thạch Bình, xã Thạch Bình, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình.Dolomite phân bố trong đá vôi hệ tầng Đồng Giao thành những dải hẹp phương TB-ĐN Thành phần (%): CaO 30,57-31,65; MgO 20,62-21,44; Al2O3 0,06-0,57; Fe2O3

0,04-0,19; P 0,002-0,136; S 0,005-0,026; MKN 43,57-44,85.

- Dolomite Ngọc Lập: Vây quanh thân khoáng là các đá cát kết, phiến sét hệtầng Sinh Vinh Thân khoáng Dolomite có dạng thấu kính dày 50 - 100m Thành phần(%): CaO 24-30; MgO 17-21; SiO2 <6%; (Fe2O3 + Al2O3 + Mn3O4 + SiO2) <10%.

- Dolomite Làng Lai, xã La Hiên, huyện Võ Nhai, Thái Nguyên: Dolomitephân bố trong địa tầng carbonat hệ tầng Bắc Sơn (C - Pbs) Thân quặng là 1 thấukính dài 1840m, rộng 300 - 450m, dày 200 - 320m; Dolomite màu xám sáng, xámhồng, kết tinh dạng hạt (> 0,3mm) Trong Dolomite canxit chiếm 10 - 20% Thànhphần (%): MgO 20,65; CaO 31,31; HO 0,16; Mn3O4 + Al2O3 + SiO2 < 0,65.

- Dolomite Mật Sơn xã Đông Hưng, huyện Đông Sơn, Thanh Hóa: Phân bốtrong đá vôi Bắc Sơn, diện tích 0,6km2 Những lớp Dolomite xen trongđá vôi với đá vôi Dolomite Dolomite màu trắng xám, hạt nhỏ và vừa Thànhphần (%): Dolomite 75%, canxit: 20%, hydroxyt Fe: 5%, thỏa mãn cho yêu cầuluyện kim.

- Dolomite Tân Ấp, Xã Hương Hóa, Tuyên Hóa, Quảng Bình: Dolomitechiếm phần giữa khối đá vôi Tân Ấp Phát hiện, đánh giá 4 thân, dài 150-400m,rộng 40-200m, dày 21-91m Thành phần (%): MgO19,12-20,53; CaO 32,14-33,57; SiO2 0,21-0,08; Fe2O3 0,08-0,25.

- Dolomite Thôn 2 Tắc Pỏ, xã Trà Mai, huyện Trà My: Thân khoáng dạng

Thành phần (%): MgO = 18,87-22,18; SiO2 1,58-8,74; Al2O3 0,12-0,42; Mn3O4 0,35.

0-Bảng 1.5 Tổng hợp trữ lượng đá Dolomite cả nước

Tỉnh/ Thành phố

Quy mô mỏ

Tên mỏ/điểm khoáng sản

Tr.lượng(Tr tấn)

Tắc Pỏ, 7 Trà Cang, 2 Trà Don

1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng đá Dolomite trên thế giới và ở Việt Nam1.2.1 Trên thế giới

Trên thế giới đá Dolomite không chỉ sử dụng trong ngành công nghiệp luyệnkim, vật liệu chịu lửa và ứng dụng vào ngành nông nghiệp, môi trường, xây dựng,đá Dolomite còn ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học hiện đại.

1.2.2 Ở Việt Nam

Ở Việt Nam đá Dolomite được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khácnhau như: gạch chịu lửa, gốm, xứ, thủy tinh cao cấp, phụ gia sản xuất các sản phẩmcao su, giấy, sơn, thức ăn gia xúc, làm chất cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản,chất độn phân bón, phụ gia trong công nghiệp luyện kim… và gần đây Dolomite đãđược sử dụng ở một số dự án làm vật liệu đắp nền đường.

Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến vàsử dụng khoáng sản làm vật liệu xây dựng ở Việt Nam Theo đó, nhu cầu về thămdò, khai thác và dự trữ khoáng sản Dolomite như sau: Giai đoạn 2011 - 2015: 5triệu tấn; giai đoạn 2016 - 2020 (kéo dài đến nay): 5 triệu tấn; tổng cộng: 10 triệu

tấn [24] [25] [26].

Trong công nghiệp luyện kim, theo “Quy hoạch phát triển ngành thép ViệtNam đoạn 2007 - 2015, có xét đến năm 2025” đã được Thủ tướng Chính phủ phêduyệt, trong đó để đáp ứng nhu cầu sản xuất thép thì dự kiến sản lượng đá Dolomitenguyên khai trong mỗi giai đoạn cần: Năm 2010: 2,8 - 3,1 triệu tấn; Năm 2015: 4,2- 4,6 triệu tấn; Năm 2020: 5,6 - 5,9 triệu tấn; Năm 2025: 6,7 - 7,0 triệu tấn.

Theo một số nghiên cứu, đá Dolomite ở Việt Nam có đặc điểm chất lượng,đặc tính kĩ thuật tương đối tốt, quy mô mỏ khá lớn đáp ứng mọi yêu cầu kĩ thuật đểsử dụng cho các ngành khác nhau ở nước ta Tuy nhiên, tại thời điểm hiện tại trìnhđộ kỹ thuật công nghệ chế biến đá Dolomite trong nước còn thấp, nền kinh tế chưaphát triển mạnh nên trong những năm tới đá Dolomite vẫn chỉ chủ yếu sử dụng cholĩnh vực luyện kim, sản xuất thuỷ tinh, sử dụng trong xử lý môi trường làm ổn địnhđộ PH của môi trường nước trong các đầm hồ nuôi tôm, làm sạch nước sinh hoạt,nước thải công nghiệp và sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu làm đường ô tô (đây làcác lĩnh vực có khả năng sử dụng đá Dolomite nhiều hơn cả).

1.2.3 Các nghiên cứu mới về đá Dolomite làm vật liệu xây dựng1.2.3.1 Triển vọng phát triển của bê tông tự lèn tại Nga

Bê tông tự lèn là bê tông có khả năng tự chảy nhờ tác động của trọng lượng bản thân và tự điền đầy những chỗ trống trong ván khuôn, thậm chí cả ở những vị trí có bố trí dày đặc cốt thép, mà không cần tới bất kỳ tác động cơ học nào, đồng thời đảm bảo tính đồng nhất Lịch sử của loại bê tông này khởi nguồn tại Nhật Bản vào cuối thập niên 80 thế kỷ XX GS Okamura của Đại học Tokyo đã nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế một thế hệ chất phụ gia mới cho bê tông - phụ gia hóa dẻo hiệu quả cao (Nguồn Bộ Xây dựng https://moc.gov.vn/vn/Pages/chitiettin.aspx? ChuyenmucID=1145&IDNews=51675&tieude=trien-vong-phat-trien-cua-be-tong- tu-len-tai-nga.aspx).

Nhờ các tính chất ưu việt, bê tông tự lèn đã được phát triển rộng rãi tại TâyÂu, trong đó quốc gia tiên phong trong nghiên cứu ứng dụng rộng rãi loại bê tôngnày là CHLB Đức Sau khi nghiên cứu kỹ các tính chất của bê tông tự lèn tại ViệnKhoa học Xây dựng CHLB Đức, trong các năm 2000 - 2001, những tiền đề cho việcchính thức sản xuất và triển khai loại vật liệu này trên toàn châu Âu đã được cácnhà khoa học Đức thiết lập.

Tuy nhiên tại Nga lại khác, công nghệ thi công bê tông tự lèn gần đây mới đượcnghiên cứu để triển khai Để chứng minh cho các tính năng của bê tông tự lèn, cácchuyên gia trường Đại học Công nghệ hóa Mendeleev (Nga) đã nghiên cứu một sốthành phần và tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn hợp bê tông tự lèn Hỗn hợp đượcchuẩn bị trong điều kiện phòng thí nghiệm, với các cốt liệu có sẵn, trong đó có sửdụng:

- Xi măng pooc lăng 500 của nhà máy Malsev, đạt tiêu chuẩn GOST 10178.Cường độ 47,3 MPa; Cát thạch anh cỡ hạt = 2,3 micron - GOST 8736.

- Đá nghiền cỡ hạt 5 … 20 mm (cỡ hạt tối đa 25 mm), hàm lượng hạt thoi dẹtlà 21% - GOST 8267.

- Cốt liệu nhỏ (bột đá vôi Dolomite - GOST 14050) Tỷ diện riêng của bột ởtình trạng ban đầu là 245 m2 /kg; khối lượng riêng 2.500 kg/m3 Sau nghiền tỷ diện

- Phụ gia siêu dẻo (Sika Viscocrcete).

Sau khi trộn, hỗn hợp bê tông được đổ vào khuôn tạo hình có kích thước10x10x10 cm Thành phần hỗn hợp bê tông và các tính chất bền vững của bê tôngthu nhận được đưa ra tại Bảng 1.6.

Bảng 1.6 Thành phần cơ bản của bê tông tự lèn Dolomite

Thành phần hỗn hợp bê tông

Khốilượngcủa hỗn

Cường độ nén theo ngàytuổi

Xi măng

Qua bảng trên, có thể thấy:

- Tiêu hao bột đá vôi Dolomite trong hỗn hợp bê tông không được vượt quá200 kg/m3 (tránh gia tăng nhu cầu nước).

- Trường hợp có phụ gia siêu dẻo, sẽ thu nhận được một cấu trúc khác của đáxi măng ít có khả năng bị phá vỡ Các kết quả này nói lên sự gia tăng đáng kểcường độ bê tông khi bị nén, so với cường độ phù hợp với công thức nổi tiếng củaBolomei - Skramtaev.

- Dù còn một số tính chất không phù hợp của cốt liệu lớn sử dụng trong thínghiệm nêu trên với các yêu cầu thường đặt ra đối với đá dăm cho bê tông tự lèn, vàtrong thí nghiệm này còn sử dụng bột đá Dolomite không hoạt tính, song các nhànghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra bê tông tự lèn chất lượng tốt Hỗn hợpbê tông từ tất cả thành phần trên không có sự tách nước Thí nghiệm được tiến hànhtheo phương pháp quy định trong tiêu chuẩn GOST 10060 và đều đưa tới những kếtquả như nhau Các số liệu cuối cùng đều cho thấy: Bê tông tự lèn không chỉ có triểnvọng ứng dụng trong các công trình xây dựng bê tông nói chung mà còn có thể sử

1.2.3.2 Nghiên cứu khả năng sử dụng đá Dolomite phong hóa làm vật liệu xây dựng

Việc sử dụng nguồn phế thải để sản xuất vật liệu xây dựng cho phép tậndụng tối đa nguồn nguyên vật liệu, giảm bớt chi phí năng lượng để gia công trongquá trình sản xuất VLXD, giảm chi phí cho việc thải bỏ và loại trừ được các ảnhhưởng có hại của chúng đối với môi trường.

Đá Dolomite phong hóa hiện có tại một số địa phương ở nước ta với trữlượng lớn, rất dễ khai thác nhưng hiện chỉ mới được sử dụng vào san lấp nềnđường Đá Dolomite phong hóa là dạng rời tơi, có nhiều loại cỡ hạt, cường độ néndập tương đối cao, vì thế có thể sử dụng các cấp hạt làm cốt liệu trong sản xuất vữavà bê tông, đồng thời có thể tận dụng lượng hạt mịn làm phụ gia cho xi măng.

Trong một công trình nghiên cứu của mình sau khi có nhưng phân tích, đánhgiá PGS.TS Vũ Đình Đấu, Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng đãlựa chọn đá Dolomite Hà Nam để nghiên cứu chế tạo vữa và bê tông đưa ra đượccác so sánh về sự khác nhau giữa bê tông cốt liệu đá Dolomite và bê tông thôngthường Góp phần bước cho những nghiên cứu sau này về sử dụng vật liệu đá

Dolomite làm vật liệu xây dựng [18].

1.3 Đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình1.3.1 Đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình

Để phân loại đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình, trong một công trình nghiêncứu PGS.TS Lương Quang Khang đã tiến hành nghiên cứu thach học, thành phần

hóa học và tính chất cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình, cụ thể như sau [19]:1.3.1.1 Thành phần thạch học và khoáng vật

Để nghiên cứu thành phần thạch học của đá Dolomite đã tiến hành lấy vàphân tích 50 mẫu lát mỏng trong phòng thí nghiệm Kết quả nghiên cứu cho thấytrong các khối đá Dolomite có các loại đá sau:

a Đá Dolomite nguyên khối

Chiếm khối lượng chủ yếu trong các diện tích phân bố đá Dolomite Bằngmắt thường đá Dolomite mầu xám xanh hoặc xanh đen, cấu tạo khối đến phân lớpdầy Bề mặt phong hoá các lớp đá Dolomite thường sần sùi dạng da voi khác hẳnvới bề mặt các lớp đá vôi thông thường Thành phần khoáng vật bao gồm Dolomite,

canxit đi cùng với các khoáng vật phi carbonat như clorit, geothit Theo bảng phânloại thông thường các đá carbonat thì chúng thuộc vào loại đá Dolomite vàDolomite lẫn vôi Theo các kết quả phân tích mẫu khoáng tướng, các khoáng vậtsulphur và oxit hầu như vắng mặt.

Đặc điểm các khoáng vật tạo đá chủ yếu:

- Dolomite: Khoáng vật chiếm hàm lượng cao nhất trong các đá Dolomite vàDolomite lẫn vôi, có hàm lượng dao động từ 80% đến 88%, trung bình 84% Cáchạt Dolomite kích thước rất nhỏ, thường nhỏ hơn 0,05mm, trên các vật kính phóngđại số lớn, hiếm khi có hạt lớn thấy được các tiết diện hình thoi Dưới một niconDolomite không mầu, cát khai hoàn toàn, dưới 2 nicon giao thoa xám trắng bậc cao.

- Canxit: Khoáng vật carbonat canxi thường đi cùng Dolomite Đôi khi,canxit tạo nên các dải đám ổ nhỏ do tái kết tinh hoặc canxi hoá Canxit có hàmlượng thường từ 1-5% đến dưới 10%, dạng hạt tha hình, kích thước nhỏ đến rất nhỏ,thường dưới 0,05-0,01mm, cục bộ trong các đám tái kết tinh mạnh mới tìm thấyđược các hạt calcit có kích thước đến 0,3mm Dưới 1 nion, canxit không mầu, cátkhai hoàn toàn, dưới 2 nicon giao thoa xám trắng bậc cao.

- Các khoáng vật phi carbonat: Về cơ bản không phát hiện được dưới kínhhiển vi Chúng chỉ được phát hiện bởi các phương pháp phân tích rơnghen và nhiệtvi sai, chủ yếu là các khoáng vật clorit và geothit.

Đáng lưu ý, hầu như trong các đá Dolomite Ninh Bình nói riêng và Dolomitehệ tầng Đồng Giao nói chung hầu như không chứa các khoáng vật vụn cơ học nhưthạch anh, plagioclas Chính vì vậy, mà hàm lượng các chất không tan trong bảngphân tích thành phần hoá học của đá Dolomite là rất thấp Các kết quả nghiên cứucủa trường Đại học Mỏ - Địa chất trên dải đá Dolomite Kim Bảng - Thanh Liêmcũng hoàn toàn phù hợp với các nhận định trên.

b Đá Dolomite vụn

Đây chính là một sản phẩm độc đáo trên tầng đá Dolomite Thông thường,đối với các đá carbonat giầu canxit, chúng thường bị hoà tan khi tiếp xúc với nướcmặt và nước ngầm, do đó thường tạo nên các hang động karst Đối với các đá giầuDolomite, tốc độ hoà tan rất chậm, do đó thường bền vững Trong các miền địa hìnhthuận lợi, như độ dốc không lớn có thể hình thành nên vỏ phong hoá cơ học.

Tại đồi "Con Lợn" khu Đông Sơn (Tam Điệp - Ninh Bình) mặt cắt vỏ phonghoá được mô tả như sau:

* Lớp đất phủ: Dầy 0,2 đến 0,5m Phân bố dưới chân đồi, thành phần sét phamàu xám đen có lẫn các mảnh đá và mùn thực vật.

* Lớp dăm sạn: Chiều dầy 0,5 đến 12m Thành phần bao gồm các hạt dămsạn và mảnh đá thành phần Dolomite kích thước từ 0,2 đến 3,4 cm.

Các kết quả phân tích hoá học cho thấy, thành phần hoá học của đới dăm sạntrên đồi "Con Lợn" không có sự khác biệt so với các đá Dolomite nguyên khối vớicác giá trị trung bình các oxit như sau: CaO = 30-31%, MgO = 19-21%, SiO2 =0,24%, Al2O3 = 0,11%, Fe2O3 = 0,12%, SO3 = 0.01%, R2O = 0,5%, P2O5 và TiO2

rất thấp.

1.3.1.2 Thành phần hóa học chung của đá Dolomite Ninh Bình

Tiến hành xử lý thống kê các chỉ tiêu phân tích hoá cơ bản và toàn diện cơbản theo 6 tập mẫu là tập mẫu chung (tập 1), 4 tập mẫu cho 4 diện tích có triển vọngDolomite là Đông Sơn (tập 2), Phú Sơn (tập 3), Thạch Bình (tập 4), Phú Long - KỳPhú (tập 5) và tập mẫu phân tích hoá toàn diện (tập 6) Sau đây là mô tả tóm tắt cácđặc trưng thống kê hàm lượng thành phần hoá học của Dolomite Ninh Bình theotừng tập mẫu.

(1) Tập mẫu gồm toàn bộ mẫu phân tích cơ bản (tập 1)

Đặc điểm phân bố thống kê hàm lượng CaO, MgO, HO và MKN trong tậpmẫu 1 và được tổng hợp đưa ra tại Bảng 1.7.

Bảng 1.7 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite Ninh Bình

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

0,390,16101,803470,032,83

(2) Tập mẫu tính riêng cho từng khu có triển vọng Dolomite

Đặc điểm phân bố thống kê hàm lượng CaO, MgO, HO, MKN thuộc 4 khucó triển vọng là Đông Sơn, Phú Sơn, Thạch Bình và Phú Long - Kỳ Phú được tổnghợp kết quả tính thống kê hàm lượng các thành phần chính của đá Dolomitenhư nhưsau:

* Khu Đông Sơn, Tam Điệp (tập mẫu 2) đưa ra tại Bảng 1.8.

Bảng 1.8 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Đông Sơn - Tam Điệp

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

0,410,21111,291680,032,83

* Khu Phú Sơn, Nho Quan (tập mẫu 3) đưa ra tại Bảng 1.9.

Bảng 1.9 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Sơn - Nho Quan

Hàm lượng các thành

Hàm lượng trung bìnhPhương sai

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

1,95

* Khu Thạch Bình, Nho Quan (tập mẫu 4)

Bảng 1.10 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Thạch Bình - Nho Quan

46,0846,86

Từ các kết quả bảng trên rút ra nhận xét sau:

- Hàm lượng CaO dao động từ 28,56% đến 37,94%, trung bình 30,18% Hệsố biến thiên Vc = 6,05% Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng MgO dao động từ 13,94% đến 21,80%, trung bình 20,39% Hệsố biến thiên Vc = 8,24% Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều và tập trungchủ yếu trong khoảng từ 18,93% đến 21,26%.

- Hàm lượng HO dao động từ 0,23% đến 0,89%, trung bình 0,48% Hệ sốbiến thiên Vc = 37,88% Hàm lượng biến đổi thuộc loại tương đối đồng đều.

- Hàm lượng MKN dao động từ 46,08% đến 46,67%, trung bình 46,67% Hệsố biến thiên Vc = 0,57% Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

* Khu Phú Long - Kỳ Phú, Nho Quan (tập mẫu 5)

Bảng 1.11 Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Long, Kỳ Phú Nho Quan

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

Từ các kết quả bảng trên rút ra nhận xét sau:

- Hàm lượng CaO thay đổi từ 28,70% đến 33,65%, trung bình 30,72% Hàmlượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng MgO thay đổi từ 17,38% đến 21,47%, trung bình 19,78% Hàmlượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng MKN dao động từ 46,41% đến 46,72%, trung bình 46,63%.Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng HO dao động từ 0,12% đến 1,79%, trung bình 0,67% Hàmlượng biến đổi thuộc loại tương đối đồng đều.

(3) Tập mẫu phân tích hoá toàn phần (tập mẫu 6)

Kết quả phân tích 40 mẫu hoá toàn phần cho thấy đá Dolomite ngoài cácthành phần chính CaO, MgO, MKN, HO đã nêu trên, còn có các thành phần tạpchất có hại như: SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3, P2O5, SO3 … Các thành phần này đãđược xử lý thống kê Kết quả thống kê được tổng hợp đưa ra tại Bảng 1.12.

Bảng 1.12 Tổng hợp thành phần có hại trong đá Dolomite tỉnh Ninh Bình

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu