Tóm tắt: Nghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tô

Nghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tôNghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN CAO CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG ĐÁ THẢI VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIA CỐ XI MĂNG

TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 9 58 02 05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội, 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Người hướng dẫn khoa học:

1 GS.TS Phạm Huy Khang

Trường Đại học Giao thông vận tải

2 TS Nguyễn Văn Nam

Trường Đại học Giao thông vận tải

Phản biện 1: (Trường Đại học ) Phản biện 2: (Trường Đại học ) Phản biện 3: (Trường Đại học )

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại: Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi giờ phút ngày tháng năm 2024

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Quốc gia

2 Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

1 TS Nguyễn Trọng Hiệp, GS TS Phạm Huy Khang, TS Nguyễn Văn

Nam, ThS Phạm Quang Thông, ThS Nguyễn Cao Cường (2022), Nghiên cứu

sử dụng đá thải tại các mỏ đá kết hợp với tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng móng kết cấu mặt đường ô tô, Tạp chí Giao thông vận tải số tháng

10/2022

2 GS TS Phạm Huy Khang, TS Nguyễn Văn Nam, ThS Phạm Quang

Thông, TS Nguyễn Trọng Hiệp, ThS Nguyễn Cao Cường (2023), Nghiên cứu

một số chỉ tiêu cường độ của hỗn hợp đá thải tro bay gia cố xi măng sử dụng làm móng kết cấu áo đường ô tô, Tạp chí Giao thông vận tải số tháng 03/2023

3 TS Nguyễn Trọng Hiệp, ThS Nguyễn Cao Cường (2023), Nghiên cứu

vật liệu thay thế lớp móng CTB trên đường cao tốc bằng đá thải tại các mỏ đá gia cố xi măng, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số tháng 06/2023.

1 Giới thiệu tóm tắt luận án

Nội dung luận án gồm 4 chương; Mở đầu; Kết luận và kiến nghị; ngoài ra còn có một quyển phụ lục và một quyển các công trình nghiên cứu đóng riêng

2 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây đầu tư, xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ được quan tâm đặc biệt, có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Cùng với việc đầu tư xây dựng các tuyến đường bộ là nhu cầu rất lớn về vật liệu xây dựng nói chung và đá xây dựng nói riêng

Trong quá trình khai thác đá, thông thường có 15-30% đất đá thải ra trong quá trình sản xuất đá các loại Với khối lượng hàng chục triệu m3 đá (đáp ứng theo yêu cầu kỹ thuật) các loại cần sử dụng thì lượng đá thải ra tại các mỏ rất lớn Ngoài vật liệu đá thải, hiện nay một nguồn vật liệu khác cũng đang gây ra những tác động không nhỏ tới môi trường đó là tro bay tại các nhà máy nhiệt điện Theo kết quả điều tra của Viện Vật liệu xây dựng, tổng lượng tro, xỉ phát thải năm 2016 khoảng 15.784.357 tấn, dự kiến đến năm

2030 lượng tro, xỉ phát thải khoảng 38.314.500 tấn

Với khối lượng lớn, các chất thải này có thể gây ra những vấn đề phức tạp liên quan đến các rủi ro về ô nhiễm, chất lượng đất đai và các ảnh hưởng về mỹ quan Việc nghiên cứu và sử dụng 2 loại vật liệu phế thải này là hết sức cần thiết không chỉ sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên mà còn có ý nghĩa phát triển bền vững trong xây dựng Chính vì

vậy đề tài “Nghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố

xi măng trong xây dựng đường ô tô” là cần thiết, có tính thời sự và có ý nghĩa khoa học

3 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng đá thải kết hợp với tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng làm móng mặt đường ô tô và đường GTNT; Nghiên cứu đề xuất công nghệ sử dụng đá thải và tro bay gia cố xi măng làm móng mặt đường ô tô và đường GTNT

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đá thải tại các mỏ đá kết hợp với tỷ lệ tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố với xi măng

sử dụng làm lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô, đường GTNT

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

+ Làm rõ được cơ sở khoa học, hiệu quả gia cố xi măng đối với đá thải tại các mỏ

đá kết hợp với tỷ lệ tro bay

+ Đa dạng hóa các loại kết cấu mặt đường Phân tích, tính toán và đề xuất áp dụng một số kết cấu mặt đường ô tô điển hình sử dụng đá thải tại các mỏ đá kết hợp với tỷ lệ tro bay gia cố xi măng

+ Kiến nghị công nghệ thi công và kiểm soát chất lượng lớp vật liệu

- Ý nghĩa thực tiễn:

+ Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào hiện thực hóa chủ trương tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường và tận dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường ô tô

+ Giải quyết vấn đề khan hiếm vật liệu trong xây dựng các công trình giao thông + Góp phần giảm giá thành xây dựng khi tận dụng vật liệu phế thải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG ĐÁ THẢI VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG VÀ MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Đá thải tại các mỏ đá và tình hình sử dụng đá thải trong xây dựng đường ô tô

1.1.1 Hệ thống giao thông đường bộ và nhu cầu vật liệu xây dựng

Kết cấu hạ tầng nói chung và kết cấu hạ tầng giao thông nói riêng là nền tảng cơ sở vật chất có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Do đó, trong những năm gần đây, Chính phủ Việt Nam luôn quan tâm ưu tiên tăng vốn đầu tư từ nguồn ngân sách để xây dựng một kết cấu hạ tầng giao thông đồng bộ, hiện đại

Quyết định số 326/QĐ-TTg ngày 01/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ về Quy hoạch phát triển mạng đường bộ cao tốc đến năm 2030 đáp ứng yêu cầu lâu dài của đất nước Theo đó, triển khai 21 tuyến đường, tổng chiều dài 6.411 km, riêng tuyến Bắc Nam và tuyến Bắc Nam phía Đông có tổng chiều dài 2.083 km, tuyến phía Tây dài 1.269 km Theo quy hoạch, đến năm 2050 sẽ có 9014km đường cao tốc với 41 tuyến

Để thực hiện được nhiệm vụ trên riêng nguồn vật liệu để xây dựng là vô cùng lớn, riêng lượng đá các loại ước tính đến năm 2030 nhu cầu đá xây dựng các loại cần khoảng 169.250.400 m3, đến năm 2050 nhu cầu đá sẽ là 248.450.400 m3

Lượng đá trên được khai thác ở hàng trăm mỏ khác nhau mới có thể đáp ứng được yêu cầu

1.1.2 Quy trình khai thác đá tại mỏ

Thông thường lượng vật liệu khai thác thành phẩm tại các mỏ chỉ chiếm khoảng 85% còn lại khoảng 15-30% là lượng đất đá phải cào bóc và rơi vãi trở thành đá thải tùy thuộc vào chiều dày tầng phủ, công nghệ khai thác và chế biến đá

70-Tóm lại: Nguồn phế thải tại các mỏ đá rất lớn, đây được coi là nguồn tài nguyên lớn cần được quan tâm nghiên cứu và sử dụng đặc biệt là trong xây dựng giao thông Nguồn vật liệu đá để xây dựng ở nước ta rất lớn, nhưng không phải là vô tận Do vậy khai thác có hiệu quả, bền vững góp phần bảo vệ môi trường là một nhiệm vụ quan trong đối với những người làm công tác nghiên cứu về xây dựng đường ô tô

1.2 Tổng quan về tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam

1.2.1 Nguồn gốc tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than

Tro bay là chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than Trong quá trình đốt cháy than và các phụ phẩm kèm theo trong buồng đốt sản sinh ra tro, xỉ Các nhà máy nhiệt điện đốt than đang áp dụng các công nghệ sau: đốt than phun, đốt than tầng sôi tuần hoàn, đốt than tầng sôi áp lực, khí hóa than

Tro thô được thải ra ở đáy lò thường được gọi là tro đáy hoặc xỉ than, tro được thu tại lò ngưng kích thước nhỏ và đồng đều được gọi là tro bay Lượng tro và xỉ rất lớn, chiếm khoảng 30% đến 35% lượng than sử dụng Trong đó lượng tro bay chiếm khoảng

65 – 95%, lượng tro đáy chiếm khoảng 5 – 35% tùy thuộc vào công nghệ đốt, loại than

sử dụng

1.2.2 Các đặc trưng của tro bay

1.2.2.1 Thành phần hóa học của tro bay

Tro bay của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá Hầu hết các loại tro bay đều có thành phần là các hợp chất silicat bao gồm các oxit như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, … với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, …

1.2.2.2 Cấu trúc hình thái của tro bay

Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt khác nhau, các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có hình dạng rất khác nhau Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng Thông thường các hạt tro bay hình cầu, rắn được coi là các hạt đặc và các hạt tro bay hình cầu mà bên trong rỗng có khối lượng riêng thấp hơn 1,0 g/cm3 được gọi là các hạt rỗng Các hạt tro bay đặc có khối lượng riêng trong khoảng 2,0- 2,5 g/cm3 có thể cải thiện các tính chất khác nhau của vật liệu nền như độ cứng, độ bền nén

1.2.2.3 Phân bổ kích thước hạt của tro bay

Kích thước hạt tro bay là một yếu tố quan trọng quyết định khả năng ứng dụng của

nó Mỗi loại tro bay tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu, điều kiện đốt và phương pháp thu hồi mà có sự phân bố kích thước hạt trong tro bay khác nhau Tro bay có kích thước hạt nằm trong khoảng 10 – 350 m, phân đoạn có đường kính hạt nhỏ hơn 45 m chiếm tỷ trọng lớn [46]

1.2.3 Phân loại tro bay

Yêu cầu và phân loại tro bay theo TCVN10302: 2014 và ASTM C618 về cơ bản là giống nhau Tại TCVN10302: 2014, nhằm tận dụng tối đa nguồn tro bay trong nước của Việt Nam cũng như tiếp thu thành tựu các nước phát triển, đã quy định chi tiết với các công trình cụ thể từ đó cho phép các lĩnh vực không có yêu cần cao về cường độ khoảng chấp nhận lớn hơn về các thành phần bất lợi ví dụ như hàm lượng MKN

1.2.4 Tình hình vật liệu tro bay tại Việt Nam

Theo [38], [3], lượng tro, xỉ các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam phát sinh trong thời gian tới có thể ước tính đến năm 2030 hơn 38 triệu tấn

1.2.5 Tính chất của tro bay nhiệt điện đốt than ở Việt Nam

Các NMNĐ ở Việt Nam hiện nay áp dụng hai loại công nghệ đốt than là công nghệ đốt than phun và công nghệ đốt than tầng sôi tuần hoàn Trong đó, NMNĐ có công nghệ đốt than phun là phổ biến Theo [38], đến năm 2020 và 2030, công nghệ đốt than tầng sôi nước ta chỉ chiếm khoảng 10% tổng công suất NMNĐ than Do đặc điểm công nghệ khác nhau nên tro bay các NMNĐ theo hai loại công nghệ đốt than này cũng rất khác nhau

Hình 1.6 Hình dạng hạt tro bay điển hình của NMNĐ đốt than phun [3] 1.3 Lý thuyết về sử dụng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính vô cơ trong xây dựng mặt đường ô tô

1.3.1 Khái niệm chung về gia cố vật liệu

Quá trình tác động vật lý và cơ học do nghiền nhỏ cốt liệu, trộn và đầm nén để tạo khả năng tiếp xúc chặt chẽ giữa các hạt đất, đá cũng như các chất trộn thêm vào Kết quả của quá trình này là làm tăng thêm một cách đáng kể cường độ kháng nén, kháng uốn và chỉ tiêu CBR, những đặc trưng cơ bản có lợi trong thi công xây dựng đường Các chất liên kết vô cơ điển hình như xi măng, vôi, puzoland… khi đưa vào trộn gia cố với cấp phối vật liệu đất đá thải sẽ xảy ra những tương tác về hóa lý giữa chúng, kết quả làm thay đổi về chất một cách cơ bản Tính chất cơ lý và độ chặt của nó được cải thiện, làm tăng khả năng ổn định với nước và hạn chế những tác động có hại trong môi trường

1.3.2 Sự hình thành cường độ của vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ

Vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ là hình thức trộn đều vật liệu được làm nhỏ, chất kết dính vô cơ và nước theo một tỷ lệ nhất định trong thiết bị hoặc ở hiện trường, sau đó được rải và lu lèn đến độ chặt yêu cầu tạo thành các lớp vật liệu móng mặt đường Cường

độ của vật liệu gia cố sẽ tăng theo thời gian để đạt được cường độ thiết kế yêu cầu

1.3.3 Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng

Đối với bê tông xi măng hay vữa xi măng thì cường độ được hình thành chủ yếu nhờ

sự biến cứng của các sản phẩm do sự thủy hóa của xi măng (tạo ra bộ khung đá xi măng liên kết cứng các hạt) Trong khi đó đối với phần lớn hỗn hợp vật liệu hạt gia cố xi măng thì sự thủy hóa của xi măng lại xảy ra tại lỗ rỗng của hỗn hợp, trong một môi trường hoạt tính có các cốt liệu mịn phân tán và có thành phần khoáng hóa khác nhau; điều này dẫn đến sự tồn tại tương tác giữa các sản phẩn thủy hóa của xi măng (như CaO.SiO2.nH2O hoặc Ca(OH)2) với các thành phần cốt liệu mịn có trong hỗn hợp [2]

1.3.4 Sự hình thành cường độ đá thải kết hợp tro bay gia cố xi măng

Khi sử dụng tro bay và xi măng cùng với một lượng nước nhất định để gia cố đá thải

sẽ xảy ra các phản ứng thủy hóa và phản ứng puzolan

Các phản ứng thủy hóa chính của xi măng theo [51]

2(3CaO.SiO2) + 6 H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 (1-1) 2(2CaO.SiO2) + 4 H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 (1-2)

Ca(OH)2 sinh ra từ các phản ứng thuỷ hóa kết hợp với SiO2, Al2O3, Fe2O3 trong tro bay tạo thành các phản ứng puzolan theo [50]

SiO2 + Ca(OH)2 + H2O → CaO.SiO2.2H2O (1-8)

Al2O3 + Ca(OH)2 + H2O → CaO.Al2O3.2H2O (1-9) SiO2 + Al2O3 + Ca(OH)2 + H2O → CaO.SiO2.Al2O3.2H2O (1-10)

Fe2O3 + Al2O3 + Ca(OH)2 + H2O → CaO.Al2O3.Fe2O3.2H2O (1-11) Sản phẩm của các phản ứng này ngưng tụ và biến cứng tạo cường độ cho hỗn hợp

đá thải và tro bay gia cố xi măng

Ngoài vai trò là chất kết dính thì tro bay còn đóng vai trò như các con lăn (do có hình dạng tròn) trong việc sắp xếp các hạt vật liệu trong quá trình đầm

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đá, đá thải, tro bay gia cố xi măng làm móng mặt đường ô tô

1.4.1 Trên thế giới

Sử dụng đá thải (phụ phẩm) của mỏ đá làm móng mặt đường ô tô đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu [52], [56], [54], [53], [49], [55] Do gốc đá, công nghệ khai thác, gia công đá khác nhau nên kết quả thu được cũng có sự khác nhau Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu đã chỉ ra, đá thải (phụ phẩm) tại mỏ tạo ra trong quá trình khai thác đá hoàn toàn có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng móng mặt đường Khi

sử dụng vật liệu này kết hợp với tro bay hoặc/và xi măng sẽ làm tăng ổn định, tăng cường

độ và có thể đáp ứng yêu cầu làm móng mặt đường ô tô

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải như đá thải, tro bay như vật liệu chính hoặc chất gia cố làm móng mặt đường ô tô đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu Hoàng Tùng và cộng sự [46] đã nghiên cứu vật liệu đất lẫn đá gia cố tro xỉ để làm vật liệu làm nền mặt đường giao thông Bùi Tuấn Anh [1] đã nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp với đất gia cố xi măng và nghiên cứu đá thải (Tam Điệp, Đồng Mỏ) trộn tro thải (không có

xi măng) để làm móng mặt đường ô tô Đỗ Văn Thái [36] đã nghiên cứu sử dụng đá thải tại các mỏ than khu vực Quảng Ninh gia cố xi măng (không có tro bay) làm móng đường

ô tô Các tác giả Trần Ngọc Huy, Nguyên Đức Trọng, Hồ Văn Quân và các cộng sự [34], [42], [45], [43], [44], [35] đã nghiên cứu sử dụng tro bay kết hợp với cấp phối đá dăm hoặc đất gia cố xi măng làm móng mặt đường ô tô Kết quả rà soát cho thấy, cho tới nay

ở Việt Nam chưa có đề tài nào nghiên cứu sử dụng đá thải trộn tro bay gia cố xi măng làm móng mặt đường ô tô

1.5 Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án

Đề tài luận án nghiên cứu tập trung vào các vấn đề chủ yếu sau đây:

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của hỗn hợp đá thải kết hợp với tro bay gia cố xi măng nhằm đánh giá khả năng sử dụng của hỗn hợp này cho các lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô

- Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý vật liệu đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng làm móng và mặt đường ô tô

- Nghiên cứu đề xuất một số kết cấu mặt đường sử dụng hỗn hợp đá thải và tro bay gia cố xi măng

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP ĐÁ THẢI VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIA

CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

Trong Chương này sẽ trình bày về kế hoạch thực nghiệm trong phòng và các kết quả thí nghiệm với vật liệu đá thải, các vật liệu đầu vào khác và các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp đá thải tro bay gia cố xi măng Từ các kết quả thí nghiệm sẽ đưa ra các phân tích, đánh giá về khả năng sử dụng hỗn hợp đá thải tro bay gia cố xi măng làm các lớp móng

áo đường ô tô

2.1 Yêu cầu của vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ làm móng đường ô tô

2.1.1 Yêu cầu cơ bản đối với đất gia cố chất kết dính vô cơ theo TCVN 10379:2014

Theo TCVN 10379:2014 [16], đất dùng để gia xi măng trước hết phải là loại đất được phép dùng để đắp nền đường

2.1.2 Yêu cầu vật liệu của cấp phối thiên nhiên và cấp phối đá dăm gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011

Nhận xét: có thể tham khảo các yêu cầu vật liệu cấp phối đá dăm và cấp phối thiên

nhiên gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011 và theo QĐ 2218/QĐ-BGTVT năm 2018

để đánh giá vật liệu đá thải kết hợp với tro bay gia cố xi măng, trong đó có xem xét châm trước giá trị giới hạn của một số chỉ tiêu của vật liệu đá thải

2.2 Thí nghiệm đánh giá hỗn hợp đá thải và tro bay gia cố xi măng

2.2.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

Thông thường sử dụng mẫu hình trụ, mẫu được chế bị trong khuôn Proctor cải tiến đến khối lượng thể tích khô lớn nhất sau khi trộn hỗn hợp cốt liệu với xi măng 2 giờ ở

độ ẩm tối ưu Mẫu được bảo dưỡng ẩm 7 ngày và 7 ngày ngâm nước rồi đem nén với tốc

độ gia tải là (6±1) KPa/s

2.2.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo - uốn R ku

Mẫu thí nghiệm ép chẻ vật liệu cấp phối đá gia cố xi măng được chế tạo trong khuôn Proctor cải tiến có đường kính 152mm, chiều cao 117mm Mẫu được đầm nén tới khối lượng thể tích khô lớn nhất sau khi trộn hỗn hợp cốt liệu với xi măng 2 giờ ở độ ẩm tối

ưu Mẫu được bảo dưỡng ẩm 7 ngày và 7 ngày ngâm nước (ở nhiệt đô thí nghiệm) rồi đem nén

2.2.3 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi E

Mẫu nén hình trụ có thể chế bị bằng cối Proctor cải tiến với đường kính 152

mm, chiều cao 117 mm hoặc có thể chế bị bằng bộ khuôn và máy nén để chế bị mẫu có chiều cao bằng hai lần đường kính hoặc bằng đường kính mẫu Nếu xác định mô đun đàn hồi ở 28 ngày tuổi thì bảo dưỡng ẩm trong 21 ngày, tiếp theo ngâm nước trong 7 ngày

2.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ làm móng đường, nền đường đường ô tô

2.4 Lựa chọn bãi đá thải và đánh giá chất lượng của đá thải

2.4.1 Lựa chọn bãi đá thải

Trong nghiên cứu

này nghiên cứu sinh lựa

chọn vật liệu đá thải tại

cao Mỏ đá có công nghệ khai thác, chế biến khá điển điển hình trong khu vực

2.4.2 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đá thải

phần hạt của đá thải bằng cách trộn thêm tro bay (vật liệu có thành phần chủ yếu là hạt mịn)

Hình 2.7 thể hiện đường cong cấp phối của đá thải điều chỉnh bằng cách trộn thêm tro bay thỏa mãn thành phần hạt cấp phối thiên nhiên loại B

Hình 2.7 Thành phần cấp phối hạt của hỗn hợp đá thải điều chỉnh bằng cách trộn tro bay

2.4.3 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá thải

Đối sánh các chỉ

tiêu thí nghiệm của đá

thải với các chỉ tiêu

tương ứng yêu cầu đối

với vật liệu làm móng

áo đường cho thấy các

mẫu thí nghiệm đá thải:

yêu cầu cảu cấp phối đá

dăm loại II ở chỉ tiêu chỉ

số dẻo; (2) đáp ứng

được yêu cầu cơ bản đối

với Cấp phối thiên nhiên làm móng mặt đường

2.5 Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm

2.5.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu:

- Đá thải (gốc đá Bazan): mỏ đá Sunway – Hòa Thạch – Quốc Oai – Hà Nội

- Tro bay: tro bay chưa qua xử lý nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn

- Xi măng: xi măng Nghi Sơn PCB40

2.5.2 Các nội dung nghiên cứu:

Thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng đá thải và tro bay gia cố xi măng trong kỹ thuật đường thông qua các chỉ tiêu cơ bản gồm: cường độ nén, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi E

Căn cứ vào kết quả một số nghiên cứu đã dẫn tại Mục 1.4, nghiên cứu sinh lựa chọn

tỉ lệ xi măng trong nghiên cứu là 4%, 5%, 6% và ở mỗi tỉ lệ xi măng sẽ thay đổi hàm lượng tro bay lần lượt là 0%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% Tỉ lệ xi măng và tỉ lệ tro bay được tính theo khối lượng của đá thải ở trạng thái khô

2.5.3 Chế bị mẫu và phương pháp thí nghiệm:

- Đá thải được lấy tại mỏ sau khi sàng loại bỏ hạt quá cỡ được trộn với tro bay và xi măng theo các tỉ lệ lựa chọn Tiến hành thí nghiệm Proctor cải tiến theo TCVN 12790:2020 để xác định độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tích khô lớn nhất ứng với từng

tỉ lệ tro bay và xi măng Sau đó tiến hành chế bị và bảo dưỡng mẫu xác định các chỉ tiêu

cơ lý đã chọn theo quy định đến ngày thí nghiệm Thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp ở ngày tuổi thứ 14 và 28

2.6 Kết quả thí nghiệm vật liệu thành phần

2.6.1 Kết quả thí nghiệm vật liệu đá thải sử dụng trong nghiên cứu

Các kết quả thí nghiệm về thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý của đá thải mỏ Sunway như đã thể hiện ở phần trên

2.6.2 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của tro bay sử dụng trong nghiên cứu

Tro bay sử dụng trong nghiên cứu là tro bay loại F, chưa qua xử lý nhưng đảm bảo các yêu cầu cơ bản sử dụng trong xây dựng [14]

2.7 Công tác chế bị mẫu và công tác thí nghiệm

Công tác chế bị mẫu và công tác thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm công trình – VILAS 047, trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, trường Đại học Giao thông vận tải

Trước tiên tiến hành thí nghiệm Proctor cải tiến theo TCVN 12790:2020 [17] để xác định độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tích khô lớn nhất của từng tỉ lệ tro bay và xi măng Sau khi có kết quả thí đầm nén Proctor tiến hành đúc mẫu thí nghiệm xác định cường

độ và mô đun đàn hồi

Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ được thực hiện tuân thủ theo TCVN 8862 :2011

Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi được xác định bằng cách nén dọc trục trong điều kiện nở hông tự do tuân thủ theo TCVN 9843:2013

Một số hình ảnh về công tác chế bị mẫu và công tác thí nghiệm

2.8 Kết quả thí nghiệm và phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm

2.8.1 Kết quả thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén

2.8.1.1 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén

Kết quả kiểm tra cho

thấy, các kết quả thí nghiệm

măng, hàm lượng tro bay và

tuổi của hỗn hợp đều có ảnh

hưởng đến cường độ chịu

nén Khi tăng hàm lượng xi

măng thì cường độ chịu nén của

hỗn hợp tăng lên Tồn tại một

hàm lượng tro bay cho cường độ chịu nén cao nhất ở vào khoảng 15 - 20%

Hình 2.15 Biểu đồ tổng hợp cường độ chịu nén của mẫu đá thải tro bay gia cố XM