Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp thi công hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm - Geopolymer

Qua đó nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm geopolymer trong thực tế.. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn hy vọng sẽ là một trong những tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:Cán bộ hướng dẫn 1: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ hướng dẫn2: TS Lê Anh Tuấn

Cán bộ cham nhận xét 1: GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ

Cán bộ cham nhận xét 2: PGS.TS Bùi Trường Sơn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Truong Đại học Bách Khoa, DHQG Tp HCM,ngày 22 tháng 07 năm 2016.

Thành phan Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:1 PGS.TS Tô Van Lan Chú tịch hội đồng2 GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ Thành viên Phản biện 1

3 PGS.TS Bùi Trường Sơn Thành viên Phản biện 2

4 PGS.TS Trần Tuan Anh Thành viên

5 TS Trương Quang Hùng Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

KY THUẬT XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VŨ QUỐC BẢO MSHV: 7140716

Ngày, thang, năm sinh: 27/01/1989 Nơi sinh: TP HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầmMã số: 60580204

I TÊN DE TÀI: Nghiên cứu giải pháp thi công hình thành cọc đất tro bayhoạt hóa kiềm - Geopolymer

Il NHIEM VỤ VÀ NOI DUNG1 Nghiên cứu co sở lý thuyết về quá trình hình thành của vật liệu Geopolymer.2 Nghiên cứu quy trình thi công cọc xi măng đất, áp dụng vao thi công cọc dat tro

bay hoạt hóa kiềm — Geopolymer.3 Thực nghiệm, chế tạo cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm thực tế ngoài hiện trường4 Đánh giá cường độ của cọc đất tro bay hoạt hóa kiểm ngoài hiện trường.5 Ứng dụng mô phỏng thiết kế công trình thực tế

Ill NGAY GIAO NHIEM VU : 11/01/2016IV NGAY HOÀN THÀNH NHIEM VỤ : 17/06/2016V HO VA TEN CAN BO HUONG DAN: PGS TS Nguyễn Minh Tâm

TS Lé Anh Tuan

Tp HCM, ngày thang nam 2016

CÁN BO HUONG DAN1 CANBO HƯỚNG DAN2 BAN QUÁẢN LÝ(Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký) CHUYEN NGANH

(Họ tên và chữ ky)

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm TS Lê Anh Tuấn PGS.TS Lê Bá Vinh

TRUONG KHOA KY THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LOI CAM ON

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết on sâu sắc đến Thay PGS.TS.Nguyễn Minh Tâmvà Thay TS Lê Anh Tuan Thay đã đưa ra gợi ý đầu tiên dé hình thành nên ý tưởngcủa dé tài và Thay góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng dan trong nhữngvan dé nghiên cứu, cũng như cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thây Cô Khoa Kỹ thuật xây dựng, đặc biệt là Bộmôn Địa cơ — Nền móng, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã truyền dạy nhữngkiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con

đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến công ty Kyowa Nhật Việt đã giúp đỡ tôi rấtnhiều trong quá trình thực hiện Luận văn này

Ngoài ra, tôi xin cám ơn gia đình của mình đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp tôi cóthể yên tâm hoàn thành luận văn này

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản

thân, tuy nhiên không thé không có những thiếu sót Kính mong quý Thay Cô chidẫn thêm để tôi bố sung những kiến thức và hoàn thiện ban thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn.

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

Vũ Quốc Bảo

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn là sự tiếp nối các công trình nghiên cứu đi trước, nhằm hiểu rõ hơn về ứngxử của vật liệu geopolymer trong thực tế Các nghiên cứu trước đây về cọc đấtgeopolymer cũng đã được nghiên cứu rất nhiều Đề tài gần nhất là cọc đất hoạt hóabang tro trau của học viên Nguyễn Tan Nô Do đó, để có thé phát triển đột phá chodé tài này, luận văn sẽ đi thực hiện chế tao cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm thực tế

ngoài hiện trường Qua đó nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hình thành

cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm geopolymer trong thực tế Cuối cùng, luận văn sẽtong kết các kết quả thí nghiệm và đánh giá về cường độ cọc

Các kết quả nghiên cứu trong luận văn hy vọng sẽ là một trong những tài liệutham khảo hữu ích nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thiết kế và thi côngsau này cho các công trình đặt trên nên đất yếu, sử dụng phương pháp gia cố nềnbăng cọc đất hoạt hóa băng tro bay

ABSTRACTThis thesis is considered as a continuation of the previous research, in order toobtain the better comprehensive the behavior of geopolymer in reality The previousresearch of soil — geopolymer piles have also studied widely on the world The

recent research is belong to Nguyễn Tan Nô, it’s about improve soft soil using

alkaline activation of rice husk ash Therefore, to develop breakthrough for thisthesis, author will fabricate deep mixing pile of alkaline activated fly ash on field.Thereby, researching for a technological process for making deep mixing pile ofalkaline activated fly ash in pratice Finally, the thesis will summarize theexperimental results and appreciate the intensity of this pile.

The research results of this thesis will be one of the useful reference in order tomake favorable condition for design and construction of the building placed on softsoil, using deep mixing pile of alkaline activated fly ash for ground improvement.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của

Thay PGS.TS Nguyễn Minh Tâm va Thay TS Lê Anh Tuan.Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên

cứu khác.Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

Vũ Quốc Bảo

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ - c5: S2t2trtrirkerrrerrrrrirrrerre i

LOL CAM 000 iiTOM TAT LUẬN VAN THAC SI cesesssssessesseseesesseeseescencsnesecueeueencenesneaseneeneeneens iti909.) 0909.) iv

MỤC LUC rieeeeececccccccccccccscsssnnneceeeceeeneenenaeeeeeeeceseeseaeeeeeeeeeeeeeeseaaaeeeeeeseneeeeeaaees V

DANH MỤC CÁC HINH VẼ, tt tt the viiiDANH MỤC CAC BANG BIEU eseesessessessessesnesneeecsessecnecneeeeesseeneaneaneensseeneeneanen xMOT SO KY HIEU VIET TAT cseeceesesessesesseseeessessecnesneeeeessesnesneenesesseeneeneaneeess xi

I _ Tính cấp thiết của dé tài ác c1 1n SH TT TT HT TH ng ng ru |

2 Mục tiêu và hướng nghiÊn CỨU - <5 << 0021110110110 1111111111111 111111112 33 _ Phương pháp nghiÊn CỨU -.- - 222 E1101010101311111 8013130 111111111115 3 1 ra 34 — Nội dung nghiÊn CỨU - E13 01030000301111110 10 10 3 1111111111 11111 vớ 3

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn - G - + k2 SE SE ceg 4CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE NGHIÊN CỨU VAT LIEU GEOPOLYMER 51.1 Lịch sử phat triển của vật liệu Geopoly Imer ¿xxx sex vsEseeereed 51.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển công nghệ Geopolymer 61.2.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới - + xe ss£sesecxe 6

1.2.2 Cac công trình nghiên cứu trong nước - <<<ssss<<<+2 8

1.3 Kết luận chương ¿G11 11v TH ng TT ng ng ng ru 9CHUONG 2 CƠ SỞ LÝ THUYET HÌNH THÀNH VAT LIEU

69)40i 84.5.0115 e.e 4 10

2.1 Tổng quan về vật liệu Geopolymer s- s6 k6 EE#k vs rxe 102.2 Cơ sở hóa học hình thành Geopolymer từ đất yếu và tro bay 102.3 Kết luận chương c1 S 1E 1T TH HT TT ng net 15CHUONG 3 NGHIÊN CỨU VE QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HINH THÀNH

COC DAT TRO BAY HOAT HÓA KIÊM - 2 62s 2s E2 £+EsE£seseesed 16

3.1 Nghiên cứu quy trình hình thành cọc đất tro bay hoạt hóa kiểm 16

3.1.1 Quy trình công nghỆ - C00 111101 1011 1111111111111 13 1x kg 16

3.2 Kết luận chương occ cceseecsceccesscseecscsccevscsccecscnevevscesvacsessevsceavacseeess 25CHƯƠNG 4 KET QUA THI NGHIEM cccccccceccsesecceseccsceececsevscearsceecaesecaeees 274.1 SO liệu địa chất treo 274.1.1 Tổng quan khu vực khoan khảo sat 2-5 sex 274.1.2 Điều kiện địa chất công trình - + + + s + s12 11111111 3331 xxtreg 274.1.3 Đánh giá điều kiện địa chất công trình sex 2942 Thi nghiệm đánh giá cường độ, chất lượng cọc đất tro bay

CONG TRINH THUC TE 001 425.1 Tính toán độ lún cho nền đường công trình nâng cấp tuyến đường

S.1.1 Vi tri thi na 42

5.1.2 Điều kiện địa Chat oe eeeeeceeceessesseeseeseeseeseeseeseeseeseeseeseeanessenseneeneens 42

5.1.3 Kha năng chịu tải trọng theo vật liệu -<< -<<<<<2 445.1.4 Tal trong 6 — 44

5.1.5 Cấu tạo hệ cọc đất tro bay hoạt hóa kiỀm - - + c se sec ccez 46

5.1.6 Tính toán độ lún - cc {E1 SE 1S 1ỲSRỲ ve 46

¬ "ca na 495.2_ Mô phỏng tính toán độ lún cho nền đường công trình nâng cấp tuyến

đường Lương Định Của băng phần mềm Plaxis 2+ xxx 495.2.1 Thông số đầu vàO -c k1 TS TT TH TH ng ngưng, 49

5.2.2 ái 1 3ỔŸ'ỎỞỎỔỒỔỎỔỎỐỐỖÕồÕồỐÕ 51

5.3 Kết luận chương -.- S1 11v TT 1T ng ng ngư 54CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN DE TALI 556.1 Kết Uae cccccccccccscesesssscscscscscscscscscscscscsesesssesesessssssssscssscevececsnsesees 556.2 Kiến nghị và hướng phat trién để tải - sex kg cvvsxeerxe 56TÀI LIEU THAM KHẢO 5-55 << SE SE E3 5111515151511 1111111111111 y0 58

PHU LỤC C21 121 1212111121111 1112122111 rreg 60

LY 8i: 4/0506 80

Hinh 1.Hinh 2.Hinh 2.1.Hinh 2.2.Hinh 2.3.Hinh 2.4.Hinh 2.5.Hinh 3.1.Hinh 3.2.Hinh 3.3.Hinh 3.4.Hinh 3.5.Hinh 3.6.Hinh 3.7.Hinh 3.8.Hinh 3.9.Hinh 3.10.Hinh 3.11.Hinh 3.12.Hinh 3.13.Hinh 3.14.Hinh 3.15.Hinh 4.1.Hinh 4.2.Hinh 4.3.Hinh 4.4.Hinh 4.5.

DANH MUC CAC HINH VE

San lượng tiêu thu xi măng trên thé giới ececeececesesesceecesseeeees 2Dự báo sản lượng và tiêu thụ tro bay trên thé giới 2s +ssss«¿ 2Cau trúc SiaÌafe - - c1 111 121 1 12111 3111511121 111111111101 11 kg Đ 11Cau trúc Sialate — SilOX0 v.eccceeccsecscesssscsesessesesessssssssssscecsesnscseseseseess 12Cau trúc Sialate — điSiOXO - + - 2< S E1 111151111111 re 12Cau trúc Sialate link c5 2E +s SE SE E3 5 5151151111111 E1 cx 13Sơ đồ mô phỏng quá trình hoạt hóa kiỀm - 5 5 sex 15Bao tro bay Pha Lại (loại 1 tan) occ cccccccccsccsscssecescsesceececscsceesscneees 17

Bao vay NaOH khô (loại 25 kg) eccececccceeceeeseeeeceseeeeeaaeeeeeees 17Can dung dịch Naz;S1Os (loại 30 lít — 40 kg) - c2 18

Cau tro bay lên và đồ vào bổn trộn . ¿- + + xxx Esvcerserkes 20Xa tro bay và đỗ dung dịch Na;SiOs vào bổn khuấy «- 20Đồ vay NaOH vào bổn khuấy - - St 3xx 3v cgseekrersed 20

Dung dịch bị phun trào do quá trình thăng hoa của NaOH 21

Pha chế sẵn dung dịch NaOH 10 mol/lít trong thùng, can 21Đồ dung dich NaOH nguội còn 50°C và Na2SiO; vào bồn khuay 22Đồ tro bay vào dung dịch NaOH và NazSiO -c se cscses«e 22Bat đầu tiến hành khoan cọc tro bay øeopolymer s s s5: 23Bảng điện tử thé hiện thông số khi thi công cọc tro bay 24Lay một số mẫu hỗn hợp trỘn` - -c << 3111111 11111111112 24Lỗ khoan cọc tro bay geopolymer khi hoàn thành 5s: 24Sơ đồ công nghệ thi công hình thành cọc đất tro bay geopolymer 25

Xác định vi tri COC tHỨ: - c c2 E2 S1 SE 1n vn cv, 30Máy khoan cọc thử - c0 0011101101110 111111111111 111111 1v 3x xz 30

Mẫu khoan được lưu trữ từng métt - = s+sx+x xxx xe 31Mau khoan được lẫy ra khỏi Ống lưu trữ - 6s sex cecsesecsrsed 31Chuẩn bi mẫu thử ccccccccccccccsesceccecceccescessescescescescsscececeseesesseeseeseaees 32

Hình 4.6.Hình 4.7.Hình 4.8.Hình 4.9.Hình 4.10.Hình 4.11.Hình 4.12.

Hình 5.1.Hình 5.2.Hình 5.3.Hình 5.4.

Đặt mẫu vào buồng nén - + sE 1S E 1E E1 vn g gxrvrrei 33Biểu đồ lực dính c„„ thay đối theo độ sâu -¿- sec se se csrsed 34Biểu đồ góc ma sát trong ø„„ thay đối theo độ sâu -. cesses 34Biểu đồ cường độ chịu nén g, thay đối theo độ sâu thí nghiệm UU 35Biểu đồ lực dính c thay đối theo độ sâu - 6 sex sex cersed 37Biểu đồ góc ma sát trong ø thay đối theo độ sâu - «5s: 38Biểu dé cường độ chịu nén z„ thay đổi theo độ sâu thí nghiệm cat¡mg 0 39

\⁄JW@ãi ¡vo — 42

Bồ trí hệ cọc đất tro bay hoạt hóa kiểm ®800a1300 -.- 5a 46Mặt cat địa chất - - - Sáo no n1 H0 10 988181138118 13 153115115 13 13 gen nrrrở S1

Quá trình mô phỏng - - -c- << <2 0111110110133 1111111111131 1111111112 54

Bảng 3.1.Bảng 3.2.Bảng 3.3.Bảng 4.1.Bảng 4.2.Bảng 4.3.Bảng 4.4.Bảng 4.5.Bang 5.1.Bang 5.2.Bang 5.3.Bang 5.4.

Bang 5.5.Bang 5.6.

Phan trăm khối lượng (%) thành phần hóa học của tro bay 16Phan trăm khói lượng (%) dung dịch NazSiO3 ccccccsscesessceseeesees 17

Khối lượng vật liệu để thi công cọc đường kính 80cm, dài 5m 19

Bảng tong hợp các chi tiêu tiêu chuẩn - 65 sex 28Bảng kết quả thí nghiệm LU - - 5 S51 2E*E#EEsEekcEseeerersed 33Bảng kết quả ø„ của thí nghiệm UUU ¿<5 + +sE+E+xcEseseeersed 35Bảng kết quả thí nghiệm cắt trực tiẾp -¿- ¿c6 ceeseseesrsed 36Bảng kết quả ø„ của thí nghiệm cất trực tiẾp 5-5 sex csesxcxz 38Tổng hợp các chỉ tiêu của đất nÊn - - -s + x+xcxEsE#x+EeEekcvserxes 43Bảng kết cau áo đường tải nặng cv rseg 45

DO lÚn ,Š; - - Q0 ng nh KH ng KT vn vn 48

Phần độ lún cố kết cho phép còn lai AS tại trục tim cua nền đường

sau khi hoàn thành công trình + + << << {25 c3 S2ssssessa 49

Tổng hợp thông số đầu vào của đất nên ¿- ¿xxx 50

Thông sô nhập vào Plaxis của vùng nên g1a CÔ <<- 50

MOT SO KY HIEU VIET TAT

Giới han chảyGiới hạn dẻo

Chỉ số dẻoĐộ âmKhối lượng riêng tự nhiênKhối lượng riêng khôKhối lượng riêng bão hòaKhối lượng riêng day nồi

Độ rỗng

Hệ số rỗng

Góc ma sát trongLực dính

Góc ma sát trong không thoát nướcLực dính không thoát nước

Unconsolidated undrained

Module bién dang

Cường độ sức khang nén đơn

1 Tính cấp thiết của dé tài

Ở khu vực miền Nam nước ta, những năm gần đây được nhà nước ưu tiên phát triểnkinh tế và đời sống rất nhiều Đi kèm với sự phát triển đó không thể thiếu những dựán công trình dân dụng cũng như hạ tầng giao thông Nhưng đặc điểm địa chất ởkhu vực miền Nam nước ta là rất bất lợi dé thi công không phù hợp cho việc xâydựng các dự án lớn Do đó, các biện pháp xử lý nền đất yếu được đưa ra như : giatải trước với cọc cát va bắc thắm, cọc dat trộn xi măng, cọc đất trộn vôi

Gan đây đã có một số nghiên cứu về tro trâu và tro bay để chế tạo cọc đất —

Geopolymer Tuy nhiên, những nghiên cứu đó chỉ được thực hiện trong phòng thínghiệm, chưa có ý nghĩa thực tiễn cao cũng như xác định tính khả thi của việc thi

công ngoài hiện trường Do đó, cần thiết phải có nghiên cứu về quy trình công nghệsản xuất cọc đất — Geopolymer, đánh giá tính khả thi, ảnh hưởng của điều kiện thựctế đến việc chế tạo và sản xuất

Ngoài ra, khi thi công cọc xi măng đất truyền thống, thành phần xi măngPortland chiém một khối lượng đáng kể, có vai trò làm chất kết dính Tuy nhiên, ximăng Portland là nguyên liệu truyền thống từ lâu đời và tiêu thụ khối lượng rất lớntài nguyên thiên nhiên, khoáng sản để sản xuất như : đá vôi, than đốt, điện kèmtheo đó là thải ra lượng lớn khí thải gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường

Hơn nữa, để đáp ứng được nhu cầu của cọc xi măng đất cũng như bảo vệ môitrường, ngày nay chúng ta có thé sử dụng “cọc đất hoạt hóa geopolymer từ tro bay”nhăm thay thế hoàn toàn chất kết dính có nguồn gốc từ xi măng Portland

Theo nghiên cứu của ICR [1] (International Cement review), sản lượng tiêu thu

Xi măng trên thế giới (Hình 1) đạt cực đại vào năm 2006 Dự báo năm 2016 cũng sẽđạt được khoảng 400 triệu tấn, tính riêng cho khu vực Châu A Ngoai ra, theo

nghiên cứu cua Siegfried Konig [2] tại Global Mining Investment Conference 2010

thì san lượng va tiêu thụ tro bay trên thé giới (Hình 2) chênh nhau rất lớn, tro bay

điện dé ứng dụng vào công tác xây dựng sé góp phan rất lớn vào việc bảo vệ môitrường, đúng với xu hướng cuộc sống xanh của ngay hôm nay.

Từ những yêu cầu cấp thiết nêu trên, cần thiết phải có nghiên cứu xây dựng quytrình công nghệ sử dụng tro bay theo công nghệ geopolymer để làm cọc đất xử lýnền đất yếu, đáp ứng được nhu cầu trong thực tế xây dựng cũng như góp phan sửdụng nguyên liệu phế thải, bảo vệ môi trường

1,000

900

800700

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ hình thành cọc

đất tro bay hoạt hóa kiểm geopolymer Dựa vào quy trình vừa xây dựng, thựcnghiệm chế tạo cọc geopolymer ngoài hiện trường Tiến hành thí nghiệm nghiêncứu sự thay đối của cường độ cọc theo thời gian Sử dụng kết quả thí nghiệm để môphỏng thiết kế công trình thực tế

3 Phương pháp nghiên cứu

Dựa vào mục tiêu và hướng nghiên cứu mà luận văn đưa ra, tác giả thực hiện

nghiên cứu băng hai phương pháp: lý thuyết và thực nghiệm.Lý thuyết:

= Nghiên cứu giải pháp xử lý nên đất yếu băng cọc xi măng đất va các phươngpháp thí nghiệm trong phòng để xác định cường độ cọc đất trên nên cần giacô

= Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hoạt hóa geopolymer dé tìm ra hàm lượngtro bay va dung dịch hoạt hóa dé gia có nền trong điều kiện thi công

» Thi nghi¢m kiém tra cường độ cọc được chế tạo

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu mà tác giả cần tìm hiểu để hoàn thành mục tiêu và hướngnghiên cứu dé ra bat đầu từ việc đọc các tai liệu, công trình nghiên cứu di trước vềlĩnh vực vật liệu geopolymer, tìm ra các hàm lượng tối ưu cũng như những yêu cầucần thiết trong quá trình tổng hợp nên vật liệu Tiếp theo, cần tìm hiểu về máy móc,thiết bị, khả năng thi công cọc đất trong điều kiện hiện tại Từ đó, kết hợp nhữngkiến thức đó lại để cho ra được quy trình công nghệ hình thành cọc đất tro bay

thí nghiệm và tổng hợp kết quả Cuối cùng, sử dụng kết quả có được để đi môphỏng công trình thực tế để đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng cọc đất tro baygeopolymer trong thực tiễn của ngành xây dung, gia cô đất nên.

5 Y nghia khoa hoc va tinh thwe tién

Trên co sở nghiên cứu va thực nghiệm, đề tài luận văn đưa được lý thuyết về vậtliệu geopolymer vào chế tao cọc thực tế

Đóng góp hiệu quả vào việc phát triển công nghệ cọc đất geopolymer vao xử lýnền đất yếu trong thực tế, ứng dụng cho khu vực xử lý nói riêng và khu vực miễn

Nam nói chung.

TONG QUAN VE NGHIEN CUU VAT LIEUGEOPOLYMER

1.1 Lich sử phat triển của vật liệu Geopolymer

Ngành công nghệ vật liệu Geopolymer ra đời từ những năm 1960, nhưng được

quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn từ những năm 1972 đến nay Hiện tại, đã cónhiều nghiên cứu và ứng dụng Geopolymer vào các ngành công nghệ vật liệu hiệnđại (vật liệu cách nhiệt, vật liệu chống cháy, chất kết dính, bê tông geopolymer )được giới thiệu và sử dụng rộng rãi trên thế GIỚI

Khởi đầu của vật liệu Geopolymer là việc thành lập viện Geopolymer tại Phápvào năm 1972 Tất cả xuất phát từ ý tưởng can tìm ra một loại vật liệu có khả năngchống cháy và chịu nhiệt độ cao, Joseph Davidovits đã phát hiện ra hệ nguyên liệubao gôm đất sét, cao lanh có thể tương tác với dung dịch kiểm hoạt hóa NaOH ở

100 — 150°C dé tạo ra hợp chất mới là hydrosodialite.Ứng dụng đầu tiên của vật liệu Geopolymer vào năm 1973 - 1976 là để chế tạocác tam panel gỗ cách nhiệt bằng cách phủ hai bề mặt của tam panel gỗ với hợpchất silic — aluminosilicate sau khi xử lý qua quá trình gia nhiệt

Những năm sau đó, vật liệu Geopolymer được ứng dụng va chế tạo thành cônggach nung ở nhiệt độ thấp L.T.G.S (Low temperature geopolymeric setting) Gạchnày được sản xuất băng cách trộn hỗn hợp đất sét cao lanh trong dung dịch kiềm

hoạt tính cao Gach này có khả năng chịu nhiệt đến 1000°C, tính hút nước thấp

Với lý thuyết của Joseph Davidovits, Lone Star (công ty xi măng của Mỹ) đãnghiên cứu và chế tạo thành công một loại chất kết dính mới, bang cach két hopnguyên liệu sét và dung dich kiềm hoạt tính cao, tạo ra chất kết dính vô cơ có khảnăng đóng ran nhanh và cho cường độ ban đầu rất tốt có tên gọi là xi măng

polymer.

Geopolymer chemistry and applications, khái quất toàn bộ kiến thức tổng quát về

công nghệ Geopolymer Từ đó, các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu Geopolymerđược phát triên rộng rãi trên toàn thê giới.

1.2 Tinh hình nghiên cứu và phát triển công nghệ Geopolymer

1.2.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới

Karim et al (2015) [3] đã nghiên cứu về mẫu vữa thay thế cho xi măng bằng cácvật liệu phế thải như xỉ thép, tro bay và tro trâu Các mẫu được tạo thành với ty lệ

khối lượng nguyên vật liệu khác nhau Đối với xỉ thép (40, 50, 55, 60, 70%), với tro

trâu (10, 20, 30%), với tro bay (20, 30, 35, 40%) và sử dụng các dung dịch hoát hóagdm NaOH, Ca(OH)>, KOH có nồng độ thay đổi là 1.0, 2.5, 5.0, 7.5 mol/lit Mẫuđược bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng và thời gian nén mẫu là 3 ngày, 7 ngày, 14 ngàyvà 28 ngày Kết quả cường độ chịu nén lớn nhất đối với mẫu lập phương50x50x50mm theo tiêu chuẩn ASTM C109 đạt 42.24 MPa với thành phần nguyênliệu là 40% xi thép, 30% tro bay, 30% tro trâu, 2.5 mol/lít dung dịch NaOH ở 28

ngày bảo dưỡng.

Partha Sarathi Parhi (2014) [4] nghiên cứu về gia cố đất trương nở bang tro bayhoạt hóa kiềm Nghiên cứu trình bày ảnh hưởng của dung dịch kiềm hoạt hóa kếthợp với tro bay loại F để gia tăng các chỉ tiêu cơ lý của đất trương nở Dung dịchNaOH được sử dụng có nông độ lần lượt là 10, 12.5, 15 mol/lit Ty lệNa2SiO3/NaOH = 1 Phan trăm khối lượng của tro bay/(tro bay + đất) = 20, 30,40% Hiệu quả được đánh giá dựa vào thí nghiệm nén đơn trục cho mẫu thử ở chukỳ 3,7 và 28 ngày Tất cả các mẫu thử đều được phân tích khoáng chất với XRD.Ngoài ra, nghiên cứu còn đánh giá tính lưu biến của hỗn hợp tro bay hoạt hóa kiềm(được xem như dung dịch vữa) băng thời gian đông kết, độ chặt và độ nhớt Tất cả

được so sánh với dung dịch vữa xi măng thông thường.

Yun Yong Kim et al (2014) [5] nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng,nồng độ dung dịch kiềm hoạt hóa đến cường độ của mẫu geopolymer So sánh kết

quả với mâu vữa sử dụng xi măng Portland Mau vữa geopolymer sử dung tro trâu

được lay theo ty lệ Na;S1Oa = 2.5, ty lệ tro trâu/cát = 1:2 Mẫu được bao dưỡng ở60°C trong 24 giờ, sau đó để ở nhiệt độ phòng So sánh với mẫu xi măng Portlandcó tỷ lệ nước/xi măng = 0.45, bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng Kết quả cường độ chịunén của mẫu (kích thước 100x100x100mm) tăng theo thời gian bảo dưỡng là 7, 14,28 ngày và dat giá trị lớn nhất là 45 MPa khi mẫu có bảo dưỡng 24 giờ ở 60°C.

Trong khi mẫu vữa xi măng đạt giá trị 25 MPa

Patimapon Sukmak et al (2013) [6] đã nghiên cứu về những hệ số ảnh hưởngđến quá trình phát triển cường độ của geopolymer đất sét — tro bay Nghiên cứu nàytìm hiểu về sự phát triển cường độ với sự khác nhau về tỷ lệ nguyên vật liệu (tro

bay/đất sét, Na;SiOsz/NaOH, dung dich/tro bay), kích cỡ mẫu và nhiệt độ bảo dưỡng

cho mẫu geopolymer đất sét — tro bay Kết qua cho thay rang hàm lượng dung dịchhoạt hóa tốt nhất cho mẫu geopolymer đất sét — tro bay là NazSiOz/NaOH = 0.7 chotất cả các mẫu thử Tỷ lệ tối ưu cho dung dịch/tro bay là 0.6, với tro bay/đất sét là0.3 Và tỷ lệ dung dich/tro bay là 0.5 thì tro bay/đất sét là 0.3

Nuno Cristelo et al (2013) [7] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của dung dịch kiểmhoạt hóa kết hợp với tro bay loại F để ồn định nền đất yếu Nghiên cứu sử dụng thínghiệm nén đơn trục và kết quả của thí nghiệm được so sánh với mẫu được kết hợpvới xi măng Khảo sát các mẫu với tỷ lệ phần trăm theo khối lượng đất + tro bay là20%, 30%, 40%, kết hợp với tỷ lệ Na;SiOz/NaOH = 2, tương ứng với nông độ moldung dịch NaOH lần lượt là 10, 12.5, 15 mol/lít Thí nghiệm nén đơn trục được thựchiện với mẫu theo chu kỳ 7, 28, 90 và 365 ngày, và phần lớn mẫu trộn được phântích khoáng chất với XRD Kết quả cho thấy sự gia tăng cường độ ở mẫu thử khi tỷlệ dung dịch hoạt hóa/tro bay giảm (cường độ lớn nhất đạt 43.4 MPa) Ngoài ra,cường độ sức kháng nén đơn giữa mẫu thử tro bay va mẫu thử xi măng sau 28 ngàybảo dưỡng là gần như nhau Tuy nhiên, với mẫu thử tro bay, cường độ chỉ đạt 20 —40% so với cường độ lớn nhất (365 ngày) Trong khi đó, mẫu thử xi măng đạt được80 — 90% cường độ tối đa

Nuno Cristelo et al (2011) [8] đã nghiên cứu về sử dụng dung dịch tro bay hoạthóa kiềm dé gia cô đất yếu Nghiên cứu xác định cường độ chịu nén khi trộn tro bay

trộn mẫu lớn ngoài hiện trường để có mẫu đường kính 69mm, cao 96mm So sánhkết quả trong điều kiện bảo dưỡng 90 ngày, nồng độ dung dịch NaOH là 12.5mol/lít, phần trăm theo khối lượng của tro bay là 30%, 40% Kết quả so sánh tươngquan cường độ chịu nén của mẫu hiện trường/mẫu trong phòng là 1.05, 0.87, 032(tương ứng với mẫu ngoài hiện trường là 6.6 MPa, 15.3 MPa, 9.1 MPa).

1.2.2 Cac công trình nghiên cứu trong nước

Võ Thế An (2015) [9] đã nghiên cứu cường độ chịu nén của mẫu geopolymer trobay hoạt hóa kiềm có ty lệ NazS1Oz/NaOH = 0.5, 1.0, 2.0, ty lệ dung dịch hoạt hóaliquid/tro bay = 0.35, 0.40, 0.45 và bảo dưỡng ở nhiệt độ khác nhau Kết quả nghiên

cứu cho thấy, cường độ chịu nén của mẫu đạt giá trị lớn nhất khi NazSiOz/NaOH =

0.5, Liquid/tro bay = 0.45, nhiệt độ bảo dưỡng tối ưu là 90°C.Nguyễn Tấn Nô (2015) [10] đã nghiên cứu cường độ chịu nén của mẫugeopolymer tro trâu hoạt hóa kiềm để gia có nên đất yếu Nghiên cứu cho thaycường độ chịu nén, module biến dạng của mẫu sau 7, 14, 2§ ngày bảo dưỡng ở nhiệtđộ phòng từ các mẫu có hàm lượng tro trâu theo khối lượng lần lượt là 30%, 40%và 50% Cường độ chịu nén tốt nhất đạt được là 1550 kPa với tỷ lệ tro trâu/khốilượng = 50%, tỉ lệ dung dịch hoạt hóa/(đất + tro trau) = 0.4

Nguyễn Tan Hưng et al.(2015) [11] đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sétvà phương pháp bảo dưỡng đối với cường độ nên đất yếu gia có bang tro bay hoạthóa kiềm theo công nghệ geopolymer Nghiên cứu cho thay cường độ chịu nén củamẫu thử với ty lệ dung dịch Na;SiOz/NaOH = 1, liquid/tro bay = 0.7 với nồng độdung dịch NaOH là 10 mol/lít dành cho đất có hàm lượng sét ít đạt được cường độcao nhất

Huỳnh Hoàng Min (2013) [12] nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng sét đếncường độ mẫu geopolymer tro bay, với tỉ lệ tro bay chiếm 10%, tỷ lệ dung dịch hoạthóa Na;SiOz/NaOH = 0.5, 1.0, 2.0 Mẫu thử được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòngtrong 3 giờ, sau đó tháo khuôn và đem đi sây ở nhiệt độ 60, 80, 100, 120°C trongthời gian 6, 8, 10, 12 giờ Kết quả rút ra cho thấy rằng cường độ chịu nén của mẫutăng khi thời gian bảo dưỡng tăng và đạt giá trị lớn nhất là 7.27 MPa với mẫu bảo

mẫu tăng khi nhiệt độ bảo dưỡng mẫu tăng với gia trí là 12.34 MPa cho mẫu cóNa2SiO3/NaOH = 1 và bảo dưỡng 12 giờ Cuối cùng là cường độ chịu nén của mẫutăng khi hàm lượng sét giảm, gia tri lớn nhất đạt được là 7.2 MPa khi hàm lượng sétchiếm 13.29%, ty lệ NazSiOz/NaOH = 1 và bảo dưỡng 12 giờ.

1.3 Kết luận chươngQua tìm hiểu về các công trình nghiên cứu đi trước, có thể thấy răng phần lớn

nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu ứng xử của vật liệu geopolymer, phân tích

cường độ thay đối theo hàm lượng các chất trong hỗn hợp Tuy nhiên, các nghiên

cứu trên hoàn toàn được thực hiện trong phòng thí nghiệm Việc ứng dụng vật liệu

mới vào dé xử lý nên, cải tạo đất chưa được thực hiện.Vì những hạn chế vừa nêu trên, đề tài luận văn này được ra đời nhằm mở ra mộthướng nghiên cứu mới, thực hiện thi công cọc đất tro bay hoạt hóa kiêm trong thựctế nhăm xem xét khả năng thi công ngoài hiện trường với các công nghệ sẵn có.Hơn nữa, có thể đánh giá được cường độ cọc geopolymer thi công ngoài thực tế

= Nguyên liệu alumino silicat có Si và Al [13]: nguốn gốc từ nhiên như metacaolanh hoặc sản phâm phế thải của công nghiệp như tro bay, xỉ.

= Chất kiếm như NaOH, KOH, Ca(OH), [13].Khi cho 2 thành phần chính tác dụng với nhau và tiễn hành bảo dưỡng ở nhiệtđộ phòng vật liệu alumino silicat nhanh chóng hòa tan vào dung dịch kiềm để tạothành tứ diện SiO, và AlO, Trong quá trình phản ứng, nước dan dan tách ra vànhững cụm tứ diện SiO, và AlO, liên kết nhau bằng nguyên từ oxi và tạo ra những

monomer Si-Si và Si-Al ở pha long Quá trình đa trùng ngưng các monomer tạo

thành khung mang alumino silicat 3 chiều Cuối cùng, quá trình sẽ liên kết các hạtrắn vào mạng geopolymer và đóng rắn toàn bộ hệ thống trong cấu trúc polymer rancuối cùng

2.2 — Cơ sở hóa học hình thành Geopolymer từ đất yếu và tro bayDavidovits (1978) đã sử dụng thuật ngữ geopolymer để giới thiệu loại polymervo cơ mới, được tong hop từ các khoáng vật thuộc nhóm alumino silicat Thanhphan chủ yếu của geopolymer 1a các nguyên tô Si””, AI” và O7 có nguồn gốc từ cáckhoáng tự nhiên như đất yếu cao lanh hay sản phẩm từ sản xuất công nghiệp nhưtro bay, xi lò cao, tro trau

Cấu trúc hóa học vô định hình của geopolymer cơ bản được tạo thành từ mạnglưới cau trúc những alumino silicat hay còn gọi là poly — sialate Sialte là viết tắt

của Si-O-Al Các cầu nối poly — sialate tạo thành các bộ khung không gian vữngchắc bên trong cau trúc Khung sialate bao gồm những tứ diện SiO, và AlO, đượcghép xen kẹp với nhau băng các nguyên tố oxy Những ion dương như Na’ hay K*năm trong các lỗ rỗng nhăm cân băng điện tích.

Công thức thực nghiệm cua poly — sialate :

loại sau:

= Khi Si/AE1: Sialate, poly-sialate (-Si-O-Al-O-) dạng chuỗi hoặc vòng, là kết

quả của quá trình polymer hóa các monome (OH) ;-Si-O-Al-(OH) ;

(ortho-sialate) Cau trúc phân tử của loại sialate này được thé hiện như Hình 2.1

nnn | 1 ọ q | |

—Al—O —Si— —AIo 0 Al—

0 | | | “OL OF |

SiA TM

sialate di-sialate Tri-sialate

Hình 2.1 Cấu tric Sialate

AI —Al—O-§—O—Si— AI ~S1—

SX 0 | | | | OL -07 |

Sif oN

Sialate-siloxo Di(sialate-siloxo) Tri(sialate-siloxo)

Hinh 2.2 Cau tric Sialate — siloxo

" Khi Si/AF2: Sialate-siloxo, poly (sialte-siloxo) (-Si-O-Al-O-Si-O-) được xem

là sản phẩm giữa quá trình kết hop của ortho-sialate va ortho-silicic, acidSi(OH) 4 Khi đó, câu trúc phân tử của sản phẩm tông hợp sẽ bao gồm 3 loạivà được thé hiện như trong Hình 2.2

"Khi Si/4/=3: Sialate-disiloxo, poly (sialte-disiloxo)(-Si-O-A/l-O-Si-O-Si-O-)

được xem là sản phẩm giữa quá trình kết hop giữa hai orthosialte va orthosilicic, acid Si(OH), Hình 2.3 biểu diễn trạng thái liên kết giữa các phân tử

trong câu trúc của sialate-disiloxo.

Sialate-dixiloso Sialate-disiloxo sialate-disiloxo

Hinh 2.3 Cau tric Sialate — disiloxo= Khi Si/AI >3: Sialte link, poly (sialate-multisiloxo), loại này gồm một Si-O-

AI nằm giữa hai chuỗi poly (siloxonate), hoặc hai poly (silanol), hoặc poly(sialate) Hình 2.4 thé hiện cấu trúc của sialate link

Si:Al = 3—Si— 0—Si— 0 —Si— 0 —Si—O

—Al— Sialate link

biệt cũng như khảo sát các bước phản ứng một cách riêng biệt (Palomo et al.1999).

= Sự tạo thành geopolymer có thé được diễn ta bang một trong hai phan ứng

hóa học sau (theo Van Jaarsveld et al 1997; Davidovits 1999)

(SiO, Al,O,)ntnSiO,+nH,o È20H.KOŒ no, SLAEO-Si{OH,

geopolymer hình thành Lượng nước trong hỗn hop geopolymer không có

vai trò gì trong phản ứng hóa học nhưng nó tạo nên tính công tác cho hỗn

hợp khi nhào trộn.

Vật liệu Geopoly mer tạo thành là kết quả của quá trình phản ứng hóa học dị théphức tạp giữa liên kết Si-Al của vật liệu rắn va dung dich silicate kiềm mạnh Phanứng geopolymer là phản ứng tỏa nhiệt và diễn ra dưới áp suất khí quyền tại nhiệt độdưới 100°C Mặc dù có nhiều nghiên cứu phản ứng geopolymer trên các nguyên

liệu aluminosilicate khác nhau và phát triên sâu rộng các nguyên liệu geopolymernhưng cơ chê chính xác diễn ra trong các quá trình geopolymer hóa chưa được hiêurõ Cơ chê của quá trình geopolymer hóa được dé xuat bao gôm 4 giai đoạn, các qua

trình này xảy ra song song vì vậy rất khó được phân biệt

Hòa tan Si và Al từ vật liệu aluminosilicate rắn trong dung dịch kiềm mạnh

Tạo thành các monomer Si-Si hoặc Si-Al ở pha longQuá trình đa tring ngưng các monomer tạo thành khung mạng

aluminosilicate 3 chiềuLiên kết các hat ran vào mạng geopolymer và đóng ran toàn bộ hệ thống

trong câu trúc polymer răn cuôi cùng

Hình 2.5 [15] được sử dụng để mô tả một cách đơn giản nhất quá trình tạo thành

câu trúc geopolymer:

quá trình tạo thành vật liệu geopolymer là một chuỗi phản ứng hóa học vô cùng

phức tạp, diễn ra đồng thời và liên tục trong một thời gian dài Sản phẩm của quátrình đó là vật liệu geopolymer, có liên kết, cấu trúc mới bên vững hơn Đó cũng làtiền dé của ý tưởng sử dụng vật liệu geopolymer nhăm cải tạo, gia có nền đất yếu

trong tương lai.

CHUONG 3.

NGHIEN CUU VE QUY TRINH CONGNGHE HINH THANH COC DAT TRO BAY

HOAT HOA KIEM

3.1 Nghién cứu quy trình hình thành coc đất tro bay hoạt hóa kiềm

3.1.1 Quy trình công nghệ

3.1.1.1 VậtliệuTro bay

= Tro bay là sản phẩm tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện.Các hạt bụi tro được cho qua các đường ống khói, sau đó sẽ được thu hồi từphương pháp kết sương tĩnh điện hoặc bằng phương pháp lốc xoáy

" Tro bay được sử dụng là tro bay nhiệt điện Pha Lại (Hình 3.1).

= Tro bay này được xếp vào loại F với các thành phan hóa học như Bảng 3.1:

Bảng 3.1 Phần trăm khói lượng (%) thành phần hóa học của tro bay

Phân trăm khối lượng (%) thành phân hóa học của tro bay

56.94 7.50 24.69 0.13

NaOH (Caustic soda) được đóng gói thành từng bao 25kg như trong Hình 3.2.

= Sử dụng NaOH khô dang vảy có độ tinh khiết 99%.= Vay NaOH được nhập khẩu từ Trung Quốc

= Khối lượng riêng 2.130 g/cm*= Nông độ mol pha chế là 10 mol/lít

Dung dịch NazSiOs được cung cấp theo từng can như trong Hình 3.3 và vận chuyểnđến công trường.

» Dung dịch Na,SiO;3 được sử dụng có ty lệ thành phan theo khối lượng là:

Bảng 3.2 Phan trăm khối lượng (%) dung dịch Na;SiOa

Phan trăm khối lượng (%)

30.86 10.48 58.66" Ty lệ SiOz/Na;O ~3: 1

= Khối lượng riêng: 1.45 g/cm”= Dung dịch có mau trang đục

Hình 3.3 Can dung dịch NazSi0O; (loại 30 lít — 40 kg)Nước

= Nước dùng trong pha chế hỗn hợp vữa là nước thủy cục, tuân theo tiêu chuẩnTCVN 4506:2012 — Nước cho bê tông và vữa — yêu cầu kỹ thuật

= Cần phải sử dụng nước thủy cục dé pha chế nhăm tránh ảnh hưởng của nướcnhiễm phèn hay nhiễm mặn sẽ dẫn đến thay đổi chất lượng của dung dịch

NaOH.

3.1.1.2 Thiết kế và chuẩn bị cấp phối

Cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm được thi công trong luận văn này sẽ có đường kính80cm, dai 6m (1m khoan khan qua lớp đất mặt và 5m khoan phut dung dich vữa)Thiết kế cấp phối

= Khối lượng tro bay: Tham khảo từ các công trình nghiên cứu trong và ngoainước, có thé thấy răng tý lệ khối lượng tro bay/(tro bay + đất) lay bang 30%,40% và 50% là rất lớn Khi ra ngoài công trường, thiết kế cấp phối theo hàm

lượng này thì dung dich quá sét, sau khi xem xét, đơn vi thi công thông báo

rang không thé thực hiện vì máy bơm không thé bơm được Do đó, trong

luận văn nay, khối lượng tro bay thiết kế sẽ được lấy gần giống như cọc ximăng đất là 180 kg/m’.

= Khối lượng NaOH khô: để chế tạo ra dung dịch NaOH có nống độ là 10mol/lít cho 5m cọc cân phải có 150 kg vảy NaOH và 300 lít nước

=" Dung dich Na,SiO3;: sử dụng 150 lít

= Như vậy, tong hop khối lượng vật liệu để thi công cọc đường kính 80cm, dai

5m như Bảng 3.3 sau :

Bảng 3.3 Khối lượng vật liệu dé thi công cọc đường kính 80cm, dai 5m

Tro bay (kg) NaOH (kg) Na>SiO; (lit) Nước (lit)540 150 150 300

Chuan bị cấp phối= Dầu tiên, cần phải lưu ý rang đây là cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm theo công

nghệ geopolymer Do đó, cách pha chế dung dịch vữa không giống như cọcxi măng đất bình thường Nếu pha chế dung dịch vữa như cọc xi măng đấtbang cách đưa tro bay vào bén trộn (xem Hình 3.4), sau đó xả tro bay và đồdung dịch Na,SiO; vào bỗn khuấy như mô tả trong Hình 3.5, cuối cùng là đồ

vảy xút NaOH vào theo (xem Hình 3.6) thì khi NaOH tác dụng với nước sẽ

xảy ra hiện thượng thăng hoa, phun trảo Khi đó, dung dịch trộn trong bồnchứa sẽ bị phun trào và văng ra xa, kèm theo nhiệt độ rất cao, có thể gâyphỏng và nguy hiểm cho công nhân thi công tại công trường Trong Hình3.7, các công nhân phải nhanh chóng bơm nước từ bồn chứa vào bn trộn déxả hết dung dịch ra ngoài, xúc rửa đường ống, bơm nước làm mát máy bơmđể tránh hư các phốt bằng nhựa

Ae Sed

Hình 3.6 Đồ vay NaOH vào bổn khua

= Để pha chế được dung dich vữa sử dụng dé thi công cọc đất tro bay hoạt hóakiềm theo công nghệ geopolymer, cần phải tiễn hành cân thận các bước như

sau:

Bước 1: pha chế dung dịch NaOH nông độ 10 mol/lít trước Khi NaOH tácdụng với nước, nhiệt độ dung dịch sẽ rat nóng Ngoài hiện trường đo được là150°C Cần phải pha chế riêng ở trong bồn khuấy như Hình 3.8

Hình 3.8 Pha chế san dung dịch NaOH 10 mol/lít trong thùng, can

Bước 2: đợi dung dịch NaOH giảm nhiệt xuống còn 50°C thì bắt đầu choNa2SiO; vào và khuấy đều (Hình 3.9) Khoảng thời gian chờ đợi dung dịchNaOH nguội trong bồn khuấy lớn là khoảng 5 tiếng (thực tế ngoai hiện

trường là từ 14h đến 19h) Nếu muốn giảm nhiệt NaOH nhanh thì nên bỏ đá

cây vào.

Hình 3.9 Đồ dung dịch NaOH nguội còn 50°C và NazSiO+ vào bồn khuấy

Bước 3: khuấy đều hỗn hợp dung dịch NaOH và Na2SiO3 cho đến khi nhiệt

độ giảm con 40°C thì bat đầu cho tro bay vao (Hình 3.10)

Hình 3.10 Đồ tro bay vào dung dịch NaOH và Na2SiO;

Bước 4: khi cho tro bay vào, nhiệt độ sẽ gia tăng do phản ứng Cần phảikhuấy liên tục bằng máy trộn cho đến khi nhiệt độ còn 40°C thì mới đượcphép bơm (vì nếu nóng quá các phốt của máy bơm lẫn ống dẫn có thể bị

hỏng).

3.1.1.3 Thi công cọc đất tro bay hoạt hóa kiềm

Trước khi tiến hành bơm, cần phải mời đơn vị thi công đến xem xét và đánh giáđộ sệt của dung dịch chứa trong bồn dé coi có phù hợp để có thé bơm hay không vìnếu không có thể gây tắc ống bơm

Sử dụng máy khoan theo công nghệ trộn ướt.

Tại công trường, tốc độ bơm của cọc là 0.5 - 0.7 m/phút.Do đây là cọc thí nghiệm nên tốc độ bơm được điều chỉnh xuống còn 0.3m/phút.Trình tự về quá trình thi công được mô tả trong các hình như sau:

= Trong Hình 3.11, máy khoan thay đổi vị trí, di chuyển cần khoan dé đưa vàođúng vi trí đã định vi để khoan cọc thử

= Hinh 3.12 thé hiện bang thông số điện tử trong quá trình khoan khi mũikhoan đến cao độ cần phụt hỗn hợp geopolymer

= Kết thúc quá trình khoan, lẫy một số mẫu thử như trong Hình 3.13 để về lưutrữ và kiểm tra trong phòng thí nghiệm

= Cuối cùng, Hình 3.14 thé hiện lỗ khoan cọc thử khi cần khoan được rút hanlên, kết thúc quá trình khoan

Hình 3.11 Bắt đầu tiễn hành khoan cọc tro bay geopolymer

‘ V11 lẽ

XS Pe (¿, Š -SII vn AE.

Hình 3.14 Lỗ khoan cọc tro bay geopolymer khi hoàn thành

3.2 kết luận chươngQua nội dung chương, có thé thay rang thi công coc đất tro bay theo công nghệgeopolymer 1a hoàn toàn khả thi với những máy móc, thiết bị công nghệ hiện sẵn cótrong thực tế Trong dé tài này, công nghệ được sử dụng là công nghệ trộn ướt vớimáy móc, thiết bị có xuất xứ từ Nhật Bản.

Quá trình thi công hình thành cọc đất tro bay theo công nghệ geopolymer có théđược tóm gọn bang sơ đồ như Hình 3 15:

Con 50°C Con 40°CPha chế dd NaOH ——*“| DDNa;SiO; ——*“ Tro bay

Khoan tạo cọc đất tro bay Geopolymer —— Kiém soát lưu lượng

Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ thi công hình thành cọc đất tro bay geopolymer

Trong quá trình thử nghiệm thi công cọc đất tro bay theo công nghệ geopolymer,có thể rút ra một số nhận xét như sau:

Về ưu điểm:= Coc được thi công dé dàng như cọc xi măng đất truyền thống

= Vat liệu tro bay là vật liệu phế thải nên chi phí hình thành cọc thấp Hơn

nữa, sử dụng tro bay trong thi công được xem là vật liệu xanh, thân thiệnmôi trường.

Về khuyết điểm:= Thời gian sẽ tốn rất nhiều nếu dung dịch hóa chất không được pha chế

săn Đây là vân đê cân giải quyêt nêu muôn đưa vào sản xuât cọc đại trà.

“ Nhiệt độ dung dịch hỗn hợp càng cao thì phản ứng càng xảy ra mạnh mẽ.Do đó, nếu muốn dung dịch bơm giữ được nhiệt độ cao thì cần phải cóthiết bị như máy bơm, ống bơm phù hop.

CHƯƠNG 4.

KET QUA THÍ NGHIỆM

Cọc thử chế tạo bằng vật liệu geopolymer sau khi thi công xong sẽ được bảodưỡng tai công trường như đối với cọc xi măng đất thông thường Sau khoảng thờigian 14 va 28 ngày, tiễn hành khoan lõi cọc thử, đưa về phòng thí nghiệm để thựchiện các thí nghiệm xác định cường độ cọc Từ đó, tong hop két qua dé danh gia su

thay đôi cua dat nên trước và sau khi gia cô coc.

4.1 Số liệu địa chất

4.1.1 Tổng quan khu vực khoan khảo sát

Vi trí khu vực khoan khảo sát là đường Lương Định Của, phường An Phú, Quận 2,

TPHCM, thuộc đoạn từ đường Trần Não đến đường Nguyễn Thị Định Đây là conđường năm trong dự án nâng cấp đường Lương Định Của

Khu vực khoan khảo sát có địa hình tương đối băng phăng Đó là địa hình đặc trưngcủa vùng cù lao Quá trình bồi đắp tích tụ từ sông ngòi tạo thành các bề mặt địahình khá băng phăng

Về đặc điểm địa chất thủy văn, khu vực có 4 phân vị chứa nước chủ yếu:

= Tầng chứa nước lỗ hồng các tram tích Holocen.= Tầng chứa nước lỗ hồng Pleistocen

= Tầng chứa nước lỗ hồng các trầm tích Pliocen trên

» Tang chứa nước lô hông các trầm tích Pliocen dưới.

4.1.2 Điều kiện địa chất công trình

Thực hiện khoan khảo sát 10 hỗ khoan tại vị trí dự kiến xây dung công trình Diatang tại các vi trí khảo sát được chia thành các lớp như Bang 4.1:

= Lớp 1: Dat san lap cát pha, sét pha lẫn dim san màu xám den