Luận văn thạc sĩ Vật liệu công nghệ và vật liệu xây dựng: Nghiên cứu gia cố đất bazan để làm nền đường giao thông nông thôn cho vùng Tây Nguyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VLXD TRƯƠNG VĂN VŨ NGHIÊN CỨU GIA CỐ ĐẤT BAZAN ĐỂ LÀM NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN CHO VÙNG TÂY N

TỔNG QUAN

Đặc điểm khí hậu khu vực Tây nguyên

Tây Nguyên có tính chất của vùng nhiệt đới gió mùa, độ ẩm không khí trung bình cao, có lượng mưa lớn, nhiệt độ biến động lớn theo mùa và theo thời gian trong ngày nhưng không quá nóng cũng như không quá lạnh, không có sương muối

Hình 1-1 – Đường đất đỏ trong mùa mưa

Khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 10; mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Vùng Tây Trường Sơn là vùng đón gió mùa Tây Nam thổi từ vịnh Thái Lan mang theo lượng hơi nước cao, khi gió vượt qua dãy Trường Sơn gây ra sự ngưng tụ mây dẫn đến lượng mưa lớn, vùng này có lượng mưa trung bình năm từ 1500 – 2000 mm, khi qua đến vùng Đông Trường

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 18 Sơn thì lượng hơi nước đã giảm nên lượng mưa vùng này chỉ còn từ 1200 – 1750 mm Nhiệt độ trung bình năm là 22 – 25 0 C, tương đối thấp so với các vùng miền khác và tương đối ổn định, tuy nhiên vào mùa khô vào buổi trưa nhiệt độ không khí vẫn có thể lên đến xấp xỉ 30 0 C

Với điều kiện khí hậu như trên thì các tuyến đường nông thôn xây dựng bằng các loại cấp phối thiên nhiên chịu tình trạng mưa trong nhiều tháng liên tục không những gây khó khăn cho lưu thông trong thời gian mưa mà kết cấu đường còn dần bị phá hoại biến dạng bào mòn với tốc độ nhanh, dẫn đến mất khả năng phục vụ

1.2 TÌNH HÌNH GIAO THÔNG NÔNG THÔN CAO NGUYÊN VIỆT NAM

Hình 1.2: Vị trí địa lý Tây Nguyên Việt nam

Nằm ở phía tây và tây nam nước ta, trên cao nguyên, vùng cao nguyên Việt Nam nói chung và Tây Nguyên nói riêng là nơi đặc biệt quan trọng đối với việc phát triển kinh tế – xã hội, quốc phòng – an ninh của đất nước Tây Nguyên gồm năm tỉnh: Gia Lai, Kon Tum, Đắc Lắc, Đắc Nông và Lâm đồng, có diện tích tự nhiên 56.119 km 2 , chiếm 16,95% diện tích của cả nước Dân số

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 19 gần triệu người với 47 dân tộc anh em cùng chung sống và là vùng đất giàu tiềm năng, với thế mạnh của vùng cây công nghiệp xuất khẩu như cà phê, hồ tiêu,cao su Ngoài những đặc điểm trên, Tây Nguyên còn là nơi hội tụ của nhiều dân tộc anh em, từng ngày hình thành một nền văn hóa dân tộc đa dạng, phong phú với những nét văn hóa đặc sắc riêng

Tây Nguyên hàng năm vẫn được nhà nước quan tâm đầu tư xây dựng với nguồn vốn lớn, tuy nhiên do điều kiện giao thông chưa đáp ứng yêu cầu phát triển nên tốc độ phát triển của Tây nguyên vẫn chưa theo kịp các đô thị khác Ngày nay, các vùng cao mước ta vẫn đang đối mặt với nhiều khó khăn, thách thức trong quá trình xây dựng để có thể trở thành một trong những trung tâm quan trọng về vị trí chính trị, xã hội và kinh tế

Hạn chế lớn nhất của các tỉnh Tây Nguyên trong việc thu hút đầu tư đó chính là hạ tầng cơ sở và yếu tố nhân lực Trong đó, hạ tầng giao thông là một trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất Nhưng trên thực tế, mạng lưới giao thông đường bộ vẫn chưa hoàn thiện, nhiều đoạn đường vẫn đang trong tình trạng xấu, chưa đảm bảo được sự thuận lợi cho các phương tiện vận chuyển hàng hóa, nhất là phục vụ cho các dự án đầu tư lớn

Nhìn bao quát toàn thể hệ thống giao thông vùng cao, giao thông nông thôn ở cao nguyên được kết nối với các trục đường quốc lộ, tỉnh lộ, trung tâm hành chính huyện… tạo thành hệ thống giao thông liên hoàn liên quan trực tiếp đến đời sống kinh tế, văn hoá xã hội của gần 76,5% dân số và 73% lực lượng lao động xã hội của cả nước ở khu vực nông thôn, miền núi

Hình 1.3: Nhu cầu phát triển giao thông nông thôn vùng cao nguyên

Nông thôn cao nguyên sẽ có thể đổi mới, giàu có, văn minh nếu được phát triển toàn diện cùng với một hệ thống giao thông nông thôn hoàn thiện và bền

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 20 vững Bởi có phát triển giao thông nông thôn cao nguyên thì hàng hóa mới lưu thông, cải thiện được cơ cấu sản xuất; thu hút đầu tư, kỹ thuật, công nghệ và nâng cao trình độ dân trí, v.v… góp phần quan trọng để thực hiện các chiến lược làm thay đổi bộ mặt nông thôn, vùng dân tộc thiểu số và miền núi của nhà nước Việc rút ngắn khoảng cách giữa thành thị với nông thôn, giữa miền núi với đồng bằng là một phần quan trọng gắn liền với sự phát triển và hoàn thiện của hệ thống giao thông ở vùng cao của đất nước

Hiện nay, cả nước có 172.437 km đường giao thông nông thôn miền núi trong đó đường huyện khoảng hơn 42.000 km và đường xã khoảng 130.000 km Như vậy về đường bộ, giao thông nông thôn miền núi chiếm tới 80% tổng mạng lưới đường bộ toàn quốc Trong tổng số 172.437 km đường giao thông nông thôn, chỉ có 0,56% mặt đường bê tông nhựa, 7,2% mặt đường nhựa, 42,9% mặt đường cấp phối, còn lại là đường đất, chiếm 49,2% Vấn đề đầu tư và phát triển ở khu vực này của đất nước trở nên vô cùng cấp thiết

Một đoạn QL14C trên tỉnh Gia Lai

Hình 1.4: Tình trạng giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt nam

Hơn nữa, nhìn ở gốc độ khác Tây Nguyên nói riêng còn là một trong những địa bàn thuộc khu vực Tam giác phát triển Campuchia - Lào - Việt

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 21 Nam, nhưng hệ thống giao thông liên kết giữa các trung tâm kinh tế trong khu vực chưa hoàn thiện Vì vậy, để thúc đẩy sự giao lưu phát triển kinh tế - xã hội, thì việc đầu tư cơ sở hạ tầng giao thông sẽ mở ra nhiều cơ hội, góp phần quan trọng trong việc giao lưu phát triển kinh tế - xã hội

Kết luận: Vấn đề phát triển giao thông vùng cao Việt Nam đang là vấn đề cấp thiết đòi hỏi nhiều kế hoạch đầu tư nghiên cứu quy mô Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ trong vấn đề giao thông ở cao nguyên: xây dựng những con đường nông thôn bền vững để cải thiện điều kiện đi lại của nhân dân vùng cao, hy vọng sẽ rút ngắn sự chênh lệch phát triển giữa nông thôn ở cao nguyên Viêt Nam và các trung tâm kinh tế khác của đất nước

1.3 KẾT CẤU NỀN MẶT ĐƯỜNG

Trong cấu tạo đường ôtô người ta chia ra 2 thành phần chủ yếu đó là kết cấu nền và kết cấu áo đường Hai bộ phận này có mối quan hệ chặt chẽ, chất lượng đường phụ thuộc vào chất lượng của các bộ phận này Trong đó kết cấu mặt đường là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với tải trọng trong giao thông, đồng thời chịu tác động xấu của môi trường như nước mưa, dòng chảy mặt, do đó dễ bị hư hỏng bong bật dẫn đến phá hoại từ trên xuống dưới toàn bộ kết cấu đường

Kết cấu nền mặt đường

Trong cấu tạo đường ôtô người ta chia ra 2 thành phần chủ yếu đó là kết cấu nền và kết cấu áo đường Hai bộ phận này có mối quan hệ chặt chẽ, chất lượng đường phụ thuộc vào chất lượng của các bộ phận này Trong đó kết cấu mặt đường là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với tải trọng trong giao thông, đồng thời chịu tác động xấu của môi trường như nước mưa, dòng chảy mặt, do đó dễ bị hư hỏng bong bật dẫn đến phá hoại từ trên xuống dưới toàn bộ kết cấu đường

Các loại kết cấu áo đường mềm thường có móng làm bằng vật liệu rời rạc như cấp phối đá, loại móng vật liệu rời dễ bị tác động của nước khiến cho nền đường mất cường độ và không ổn định trong thời gian khai thác Giải pháp kết cấu móng bằng vật liệu toàn khối giúp chống sự xâm nhập của các nguồn ẩm vào móng và các lớp bên trên của áo đường, đồng thời còn có khả năng giảm ứng suất truyền xuống nền đường, giảm độ biến dạng đàn hồi của nền là một lựa chọn hợp lí

Tại các tỉnh cao nguyên, loại kết cấu áo đường cấp thấp thường làm bằng cấp phối bazan nguồn gốc đá bazan, là loại vật liệu phổ biến ở địa phương Tuy nhiên mặt đường loại này về mùa mưa thì bùn lầy, về mùa khô phát sinh nhiều bụi, gây khó khăn cho giao thông Cộng với tình hình khan hiếm nguồn cung cấp đá cho xây dựng đường trong lúc việc xử lí các loại phế phẩm công nghiệp như tro xỉ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện kim đang đặt các nhà quản lí trước bài toán bảo vệ

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 22 môi trường Việc tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ (đất, cấp phối sỏi…) gia cố với các chất liên kết vô cơ, hữu cơ (vôi, ximăng, bitum…), cộng với các loại phế phẩm công nghiệp (tro bay, bùn đỏ…) không những giải quyết bài toán kinh tế kĩ thuật mà còn giải quyết được vấn đề môi trường

Do đó đề tài: “Nghiên cứu gia cố đất bazan để xây dựng đường nông thôn” là nhằm nghiên cứu tận dụng nguồn bazan bazan sẵn có tại địa phương, cải thiện các tính chất của nó bằng chất liên kết vô cơ (cát, ximăng) kết hợp phế phẩm công nghiệp là tro bay để phục vụ cho mục đích xây dựng đường phục vụ nhu cầu giao thông của nhân dân.

Tình hình nghiên cứu gia cố đất bằng chất kết dính vô cơ trong và ngoài nước22 1 Những nghiên cứu gia cố đất ở nước ngoài

1.4.1 Những nghiên cứu gia cố đất ở nước ngoài

Ngày nay người ta đã sử dụng đất gia cố làm áo đường vài thập kỉ trước Kể từ năm 1915 ở Mỹ đã bắt đầu xây dựng đường bằng đất gia cố ximăng Năm 1912 ở Nga đã sử dụng á cát gia cố xi măng để làm đường trong công viên Những năm trong thập kỉ 1920, các giáo sư Filatov, Okhotin… đã có những nghiên cứu quy mô nhằm cải tạo các tính chất của đất, nghiên cứu đất gia cố của Ianovski, đất gia cố bitum của Filatov và Menicov…

Năm 1932, Filatov xây dựng những nguyên tắc cơ bản cho kĩ thuật gia cố đất, để cải thiện hoàn toàn các tính chất của đất cần xem xét thành phần và các tính chất của các phần tử phân tán mịn và phức hệ hấp phụ trong đất Kết quả nghiên cứu của các tác giả như M.M Filatov , V.V Okhontin, V.M Bezruk, E.G Boricova v.v… cho thấy khi gia cố đất các quá trình hình thành cấu trúc thứ sinh đã làm biến đổi cơ bản tính chất của đất, khiến cho đất có thể chịu lực và ổn định nước hơn so với đất không gia cố Quá trình hình thành cường độ của đất gia cố diễn ra trong khoảng thời gian dài, là tổng hợp các quá trình lý-hóa, các quá trình này xảy ra đồng thời khi hóa cứng Đây là các quá trình thủy hóa và tái kết tinh, tạo thành hydro silicat canxi và cacbonat hóa Khi gia cố đất tham gia tác dụng tương hỗ lý hóa và hóa học với các hạt mịn phân tán trong đất tạo nên chất kết dính, chất kết dính này trong quá

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 23 trình biến cứng lại liên kết các khung cốt liệu của đất lại với nhau và tạo cho hỗn hợp đất trở nên toàn khối và vững chắc Đất gia cố có cường độ phát triển chậm phụ thuộc vào quá trình biến cứng diễn ra một cách lâu dài, đồng thời khả năng chịu lực giảm nhiều trong điều kiện bão hòa nước [1] Vì vậy để khắc phục các nhược điểm này đã dẫn đến các nghiên cứu gia cố đất bằng xi măng hoặc kết hợp vôi xi măng Năm 1939 tại Matxcova đã thí điểm sử dụng đất gia cố xi măng làm lớp móng đường Cho đến năm 1976 ở Liên Xô đã xây dựng hơn mười nghìn kilômét đường có sử dụng đất gia cố làm móng hoặc lớp mặt

Như vậy, đất gia cố vôi, xi măng đã được biết đến từ lâu nhưng việc nghiên cứu kỹ lưỡng và có hệ thống về nó mới chỉ diễn ra mạnh mẽ vài chục năm trở lại đây Đất gia cố vôi được sử dụng để xây dựng các lớp áo đường với quy mô rộng rãi trong khoảng từ cuối những năm 70 ở nhiều nước ở các vùng khí hậu, thổ nhưỡng khác nhau trên thế giới cho kết quả rất tốt, thực tế cho thấy sau vài chục năm đường gia cố vôi vẫn còn khai thác tốt

1.4.2 Những nghiên cứu trong nước:

Trong nước, vấn đề xây dựng đường nông thôn đã được quan tâm nghiên cứu với quy mô rộng từ những năm 1960 Nghiên cứu theo 2 hướng là: nghiên cứu gia cố đất bằng các vật liệu khác nhau và nghiên cứu tối ưu các biện pháp thi công trong điều kiện nước ta

Những nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vật liệu đất gia cố tro bay, ximăng như là vật liệu xây dựng đường được thực hiện bởi Bộ môn Đường Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học giao thông vận tải, Viện kĩ thuật giao thông, Viện thiết kế giao thông, Viện quy hoạch thành phố thuộc bộ Kiến trúc… đồng thời kết hợp với các địa phương thực hiện thí điểm nhiều đoạn đường đất gia cố vôi, xi măng như ở Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hà Bắc, Long An, An Giang… gần đây ở Hà Tây với công nghệ thi công tiên tiến Hướng nghiên cứu này được chú trọng do vôi, xi măng là vật liệu sẵn có và có thể sản xuất trong nước, đồng thời là loại vật liệu tương đối rẻ tiền, đặc biệt là vật liệu vôi Các công trình thử nghiệm đất gia cố vôi cho kết quả tốt như:

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 24

 Đoạn đường thí điểm do Bộ Xây dựng tiến hành tại thị xã Hưng Yên, chỉ gồm 1 lớp đất gia cố 18% vôi, mặt láng nhựa 3 kg/m 2

 Đoạn đường đê bao thành phố Nam Định do Bộ Kiến Trúc làm năm 1967 gồm lớp đất gia cố 9% vôi có hàm lượng CaO, MgO chỉ 40% dày 20cm, mặt láng nhựa 3.5 kg/m 2

 Năm 1994 Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải cùng với Sở Giao thông vận tải Lâm Đồng thí điểm đất đồi gia cố 8% vôi bột dày 20cm trên quốc lộ 27 Mặc dù không có láng mặt nhưng vẫn sử dụng được hơn 1 năm

 Năm 1995, Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải kết hợp với Sở Giao thông vận tải Hà Tây thí điểm móng đất gia cố vôi thi công bằng máy phay chuyên dụng trên tỉnh lộ 21, móng dày 30cm bằng đất gia cố 8% vôi, kết cấu mặt dùng đá dăm thấm nhập nhựa sâu dày 7cm

Về công nghệ thi công, năm 1995 Bộ Giao thông vận tải đã ban hành 22TCN

229-95 “Quy trình thi công và nghiệm thu lớp đất gia cố vôi bằng máy chuyên dùng BOMAG”

Gần đây các nghiên cứu về đất gia cố đang được quan tâm tiến hành, kết quả nghiên cứu trên các loại đất cho thấy kết quả tốt nếu kết hợp nhiều loại chất liên kết vô cơ với nhau hơn là sử dụng riêng lẻ từng loại chất gia cố Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Hữu Trí [1] trên các loại đất ở 3 miền cho kết luận như sau: đất sét đồng bằng sông Hồng (Nam Định) gia cố vôi bột nghiền: 8-10% hoặc vôi bột nghiền + vi măng PCB30: 7-9%, trong đó tỷ lệ xi măng / vôi: 40-60% kết quả cường độ nén một trục ở 28 ngày đạt đến 21.5 daN/cm2 với mẫu gia cố 5% vôi 3% ximăng; cát ven biển miền Trung (Quảng Trị) gia cố tốt nhất với hàm lượng xi măng PCB30: 7-9%; sét đồng bằng sông Cửu Long (Đồng Tháp) với thành phần hạt mịn cao cho kết quả tốt nếu gia cố vôi bột nghiền: 8-12% hoặc vôi bột nghiền + Xi măng PCB30: 7-10%, trong đó tỷ lệ xi măng / vôi: 25-50%, trong đó thích hợp nhất là gia cố vôi 10% Đất sét Tiền Giang gia cố vôi với hàm lượng 6%, 8%, 10% đạt cường độ lần lượt là 8,3 ; 10,5 và 11,3(daN/cm2), khi nén bão hoà cường độ giảm

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 25 sút rất nhiều còn 4,7; 6,3 và 6,8 (daN/cm2) Nghĩa là cường độ chỉ còn bằng 0,56- 0,60 lần so với cường độ vật liệu khi không bão hoà nước [5]

Tuy nhiên nhìn chung mặc dù có rất nhiều ưu điểm các phương pháp gia cố đất vẫn chưa được sử dụng rộng rãi như các loại kết cấu đá, cấp phối đá trong xây dựng đường ở nước ta

1.4.3 Những nghiên cứu gia cố đất sử dụng puzzolan

Lịch sử gia cố đất kết hợp vôi-puzzolan có từ thời kỉ đế quốc La Mã, lúc này người ta đã sử dụng rộng khắp chất kết dính vôi-puzzolan với nguồn puzzolan thiên nhiên từ tro núi lửa chẳng hạn như tro từ núi lửa Versuvius được sử dụng rộng khắp các thành thị dọc theo vịnh Naples (Italia) từ năm 79 TCN, cổng Roman Gate xây năm 236 TCN bằng tro núi lửa và đá vôi vẫn còn đứng vững đến ngày nay

Năm 1962 Nettleton nghiên cứu gia cố đất sét trầm tích chỉ với một mình tro bay nhưng sau đó nhận ra quá trình gia cố sẽ đạt hiệu quả cao hơn nếu cho thêm một ít vôi.[9] Đối với một số loại đất nếu chỉ gia cố bằng một loại chất kết dính có thể không cho được kết quả như ý muốn, từ đó dẫn đến việc kết hợp một số loại chất kết dính với nhau như vôi-ximăng, vôi-phụ gia, xi măng-vôi-phụ gia Việc gia cố đất tổng hợp có thể áp dụng cho các loại đất khác nhau Các kết quả nghiên cứu gia cô vôi tro bay trên thế giới như: V Kumar (2002) nghiên cứu sử dụng phụ gia Na 2 CO 3 cho đất gia cố vôi-tro bay đi đến kết luận gia cố cho kết quả tốt nhất là 70% đất, 28% tro bay, 1% vôi, 1% Na 2 CO 3

M A Ansary et al (2006) nghiên cứu gia cố hai loại đất vùng đồng bằng ven biển với 3% vôi cộng với các hàm lượng tro bay (loại C) lần lượt là 6%, 12%, 18% kết quả cho thấy cường độ nén nở hông tự do tỉ lệ thuận với lượng tro bay và đạt đến trên 3000 kPa, đồng thời nghiên cứu cho thấy hiệu quả gia cố đối với loại đất có chỉ số dẻo thấp (PI = 7) cao hơn đất có chỉ số dẻo cao (PI = 19) [9]

Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài

1.5.1 Mục tiêu đề tài: Đề tài “Nghiên cứu gia cố đất bazan để làm nền đường giao thông nông thôn cho vùng Tây nguyên” Mục tiêu nghiên cứu là kết hợp giữa lí luận và thực nghiệm nhằm tìm được những thông số về tính chất, chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu gia cố đất bazan gồm đất và các chất gia cố nhằm phục vụ cho việc thiết kế mặt đường nông thôn hoặc làm móng đường cấp cao

Nghiên cứu một số chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu gia cố đất bazan dùng làm kết cấu áo đường nông thôn Gồm các nội dung chủ yếu sau:

 Lí thuyết cơ sở của việc hình thành cường độ của loại vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ

 Xác định các chỉ tiêu của vật liệu theo các tỉ lệ phối hợp cát, tro bay, ximăng, lignin khác nhau, tìm ra mối liên hệ của các tỉ lệ này đối với tính chất của vật liệu, bao gồm: độ ẩm tối ưu, cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, môđun đàn hồi

 Trên cơ sở các tính chất kĩ thuật của vật liệu, thiết kế các kết cấu mặt móng đường sử dụng cho đường nông thôn Tây Nguyên

Căn cứ quyết định Số: 315/QĐ-BGTVT “về việc ban hành hướng dẫn lựa chọn quy mô kỹ thuật đường giao thông nông thôn phục vụ chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010 – 2020” Ta chọn đường cấp AH Đường cấp AH là đường nối trung tâm hành chính của huyện với trung tâm hành chính của xã, cụm xã hoặc trung tâm hành chính của huyện lân cận; đường có vị trí quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của huyện Đường cấp AH được phân ra hai loại là địa hình đồng bằng (AH) và miền núi (AHMN)

Tiêu chuẩn kỹ thuật của đường cấp AH lấy tương đương với đường cấp VI (TCVN 4054:2005 Đường ô tô – Yêu cầu thiết kế), đặc trưng hình học của đường như sau:

Bảng 1.1 ĐẶC TRƯNG THIẾT KẾ HÌNH HỌC CỦA ĐƯỜNG

STT Các chỉ tiêu Đơn vị Tiêu chuẩn

1 Tốc độ tính toán Km/h 30

2 Số làn xe ô tô làn 2

7 Độ dốc siêu cao lớn nhất % 6

8 Bán kính đường cong nằm tối thiểu giới hạn m 30 9 Bán kính đường cong nằm tối thiểu thông thường m 60 10 Bán kính đường cong nằm tối thiểu không siêu cao m 350

11 Chiều dài tầm nhìn hãm xe m 30

12 Chiều dài tầm nhìn trước xe ngược chiều m 60

13 Độ dốc dọc lớn nhất % 9

14 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu giới hạn m 400 15 Bán kính đường cong đứng lồi tối thiểu thông thường m 600 16 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu giới hạn m 250

17 Bán kính đường cong đứng lõm tối thiểu thông thường m 400

18 Chiều dài lớn nhất của dốc dọc m 400

Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu sau khi gia cố

- Căn cứ 22TCN 81-84 “quy trình sử dụng đất gia cố bằng chất kết dính vô cơ trong xây dựng đường.” Ta có chỉ tiêu sau:

Bảng 1.2 CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT GIA CỐ

Tính chất cơ lý của đất gia cố

Chỉ tiêu yêu cầu theo cấp độ bền

1 Độ bền khi nén (kG/cm 2 )

- Đối với mẫu 28 ngày ở độ ẩm bão hoà không nhỏ hơn 40 20 10

- Đối với mẫu 7 ngày ở độ ẩm bão hoà không nhỏ hơn 20 10 5

2 Độ bền kéo khi uốn (kG/cm 2 ) Đối với mẫu 28 ngày ở độ ẩm bão hoà không nhỏ hơn 12 8 không cần

3 Độ ẩm của mẫu 28 ngày sau khi bão hoà nước so với độ ẩm tốt nhất không lớn hơn (%)

- Căn cứ TCVN 8857:2011 “lớp kết cấu áo đường ô tô bằng cấp phối thiên nhiên vật liệu, thi công và nghiệm thu” Ta có các chỉ tiêu sau:

Bảng 1.3 Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu cấp phối thiên nhiên

Lƣợng lọt qua sàng (sàng mắt vuông), % khối lƣợng

Bảng 1.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với vật liệu cấp phối thiên nhiên

Phương pháp thử Móng dưới loại A1

Mặt loại B1, B2, gia cố lề

1 Loại cấp phối sử dụng

(* ) Xác định giới hạn chảy theo phương pháp Casagrande Sử dụng phần hạt nhỏ lọt qua sàng lưới mắt vuông kích cỡ 0,425 mm để thử nghiệm giới hạn chảy, giới hạn dẻo

(** ) CBR được xác định với độ chặt đầm nén bằng 98% độ chặt đầm nén cải tiến theo phương pháp D, ngâm mẫu 96 giờ theo tiêu chuẩn 22TCN 346–06

Kết luận: chọn cấp VI (đường cấp AH) đường đồng bằng, V= 30Km/h, cấp độ bền là cấp II

CƠ SỞ KHOA HỌC

Đất đỏ bazan

2.1.1.1 Nguồn gốc hình thành đất đỏ bazan mịn Đất đỏ bazan là sản phẩm của quá trình phong hóa đá gốc bazan diễn ra trong một quá trình rất lâu dài ở vùng nhiệt đới có lượng mưa hàng năm lớn nhiệt độ cao, có mùa khô và mùa mưa rõ rệt , thuộc tầng đất sườn – tàn tích và tàn tích trên nền đá bazan cổ Đất sườn – tàn tích và tàn tích trên nền đá bazan cổ Loại này phân bố rộng rãi ở Tây Nguyên và vùng Đồng bằng Nam bộ Ở điều kiện tự nhiên đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khô thấp, hệ số rỗng lớn, Các chỉ tiêu cơ học (φ, C, E) thuộc loại trung bình Tính chất cơ lý của chúng có thay đổi theo vị trí địa lý và địa hinh Chiều dày tầng phong hóa 20-30m, chia thành 3 lớp kể từ trên mặt xuống như sau:

Lớp 1 (edQ) thường là đất sét – á sét màu nâu đỏ, hàm lượng hạt thô (hạt có đường kính d > 2mm) không đáng kể thường là đất bazan mịn, tính năng xây dựng phụ thuộc vào hàm lượng hạt mịn

Lớp 2 (eQ) là đất sét – á sét màu loang lổ, có chứa nhiều vón két latérit và dăm bazan Hàm lượng hạt thô (d>2mm) thay đổi trong phạm vi rộng, có chỗ đạt đến 60-70% (tính theo trọng lượng), thường gọi là đất đỏ bazan thô, tính năng xây dựng phụ thuộc vào hàm lượng hạt thô

Lớp 3 (eQ): Đất sét và á sét màu tím gan gà, đốm trắng, phớt các màu khác

Lớp đất này có dung trọng khô thấp so với hai lớp trên, vì vậy ít sử dụng nó để đắp vào những vị trí xung yếu của đập Đất đỏ bazan là sản phẩm phong hóa của đá bazan nhưng thành phần khoáng hóa của nó rất khác so với thành phần khoáng hóa của đá mẹ Trên bảng 2.1 giới thiệu phân tích thành phần hóa học các oxýt chủ yếu của đá gốc bazan và đất đỏ

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 32 bazan – sản phẩm phong hóa tương ứng từ đá gốc ở một vài địa điểm thuộc Tây Nguyên và Đông Nam Bộ

Trong đá bazan: Hàm lượng oxyt silic (SiO 2 ) chiếm khoảng 40-60% (tính theo trọng lượng), tổng các oxyt kiểm loại kiềm (K20, Na 2 0) và kiềm thổ (CaO, MgO) tương đối cao khoảng 20-75%, hàm lượng oyt sắt (Fe0, Fe 2 0 3 ) khoảng 10-13%, hàm lượng oxyt nhôm (AL 2 0 3 ) chiếm 13%

Trong đất đỏ bazan tương ứng: Hàm lượng oxyt kiêm loại kiềm (K20, Na 2 0) và kiểm thổ (Ca0, Mg0) giảm nhỏ rất đáng kể Hàm lượng oxyt silic (Si0 2 ) cũng có giảm ít

Tóm lại sự thành tạo đất bazan là do 3 tiến trình chính sau đây:

 Phân hủy : sự biến đổi hóa lý của khoáng vật nguyên sinh và giải phóng các thành phần SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 ,CaO, MgO, K 2 O, Na 2 O dưới dạng ion đơn

 Quá trình mất nước và kết tinh: sự khô hạn hay khử nước của các oxit làm đậm đặc vật liệu và khoáng vật thứ sinh Sự khử nước của chất keo oxit sắt thủy hóa kéo theo sự tăng nồng độ dẫn đến sự kết tinh của sắt vô định hình thành tinh thể đặc chắc (goethite, limonite, hematite)

Hình 2-1 – Hạt đất bazan màu nâu đỏ và tinh thể hạt sét

2.1.1.2 Thành phần hóa học đất đỏ bazan

Tùy thuộc loại đá mà thành phần khoáng của bazan có khác nhau nhưng có điểm chung là đều giàu sắt, nhôm, và giảm silic so với đá gốc Bảng dưới so sánh thành phần hóa học của một loại đất bazan gốc bazan và đá bazan gốc

Bảng 2-1 – Thành phần khoáng vật của đất đỏ bazan và đá gốc tương ứng

Khoáng vật SiO 2 (%) Al 2 O 3 (%) Fe 2 O 3 (%) Si0 2 :Al 2 O 3 Khoảng vật sét Đá gốc bazan 45.60 13.9 4.69 1.45 Kaolinit Đất bazan 34.52 23.85 24.36 1.45 Kaolini

2.1.1.3 Cấu trúc đất đỏ bazan Đất bazan cũng như các loại đất khác, cơ bản vẫn là hệ phân tán Tính chất đất được quyết định chủ yếu bởi các hạt nhỏ chứa trong chúng Thông thường hàm lượng các hạt nhỏ có kích thước 0,001-0,005mm (hạt keo sét) và nhỏ hơn 0,001 (hạt keo) chứa trong đất giữ vai trò đáng kể trong việc hình thành các tính chất của đất như đã biết

Các nghiên cứu lý thuyết cũng như thực tiễn đã khẳng định: đất ở điều kiện tự nhiên rất kém ổn định và dễ biến dạng dưới tác động của tải trọng Đất bazan dù cho có quá trình hình thành khác nhau, thành phần hạt, thành phần khoáng, thành phần hóa học khác nhau thì khi bị ẩm hay bão hòa chúng đều có biểu hiện của hệ hạt keo: cường độ giảm, tính dẻo tăng Khi dùng đất sét trong công tác xây dựng đuờng ôtô, cần có những biện pháp khắc phục các nhược điểm trên, làm cho nó có thể bền vững ngay cả khi bão hoà nước, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chịu được tải trọng xe chạy Để đạt được điều này cần thay đổi tính chất của hệ hạt nhỏ phân tán, tăng tính dính kết, làm cho chúng mang tính toàn khối, ổn định Và người ta trộn thêm vào đất các loại hóa chất khác nhau, và nhờ những sự tương tác của chúng với đất mà làm thay đổi tính chất ban đầu của đất Như vậy, tính chất của đất đã được cải thiện theo hướng có lợi cho xây dựng

2.1.1.4 Các đặc điểm cấu trúc hệ keo của đất: Đất có nhiều dạng khác nhau do quá trình hình thành khác nhau về thành phần khoáng vật cũng như kích thước các hạt Đặc điểm chung của hạt mịn trong đất là khi hút ẩm, chúng có những đặc điểm như: có tính dính nhớt, trao đổi ion, tính hấp

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 34 thụ, khả năng keo tụ và mức độ háo nước cao Đất ẩm là một hệ phân tán, môi trường là dung dịch và lỗ rỗng, mà hệ phân tán nào cũng có một số trị số năng lượng bề mặt, năng lượng bề mặt là tích số giữa tổng diện tích bề mặt và trị số sức căng bề mặt Thành phần hạt nhỏ trong đất chiếm tỉ lệ rất cao, như vậy tổng diện tích bề mặt các hạt lớn và do đó năng lượng bề mặt cao Điều này rất quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình tác dụng tương hỗ và quá trình thình thành cấu trúc trong gia cố đất

Hình 2-2 – Cấu trúc hạt keo

Những phần tử nằm trên bề mặt một hạt vật chất có thể hút giữ những phân tử hay hạt keo của chất khác từ môi trường Lực hút này là do năng lượng thừa của các lực hút phân tử ở lớp trên bề mặt hạt vật chất Các hạt keo hay các hạt nhỏ gần kích thước hạt keo như sét có diện tích bề mặt lớn nên có thể hút rất nhiều các phân tử của vật chất khác Một yếu tố quan trọng trong việc hình thành các loại đất đá và tạo nên các tính chất khác nhau của các loại đất là do các hạt keo có mang điện tích Do sức hút bề mặt của các hạt keo nên các ion tự do trong môi trường đất sẽ bị các hạt keo hút vào và do đó hạt keo trở thành hệ mang điện phức tạp

Nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng định: đối với đất sét thông thường, lõi keo – sét mang điện tích âm (anion) Chính vì vậy, chúng hút về phía mình các cation của các phần tử lưỡng cực trong môi trường và tạo nên lớp điện kép Bản thân lớp điện kép này ổn định một cách tương đối vì đã tạo ra sự cân bằng điện tích

Hạt Lớp ion cân bằng

Vật liệu cát

Cát dùng để gia cố đất có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5m - theo TCVN; từ 0,15 đến 4,75 mm - theo tiêu chuẩn của Mỹ và từ 0,08 đến 5mm theo tiêu chuẩn của Pháp Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và hàm lượng tạp chất

Thành phần hạt và độ lớn của cát (TCVN 7570-2006) Cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được xi măng, cường độ sẽ cao Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách sàng 1000g cát khô trên bộ sàng tiêu chuẩn từ 5 - 0,14mm, lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng a i (%) là tỷ lệ % lượng sót trên mỗi sàng m i so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm (m):

Lượng sót tích luỹ Ai (%) trên mỗi sàng, là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất đến sàng cần xác định ai :

Thành phần hạt của cát cần phải nằm trong phạm vi cho phép của biểu đồ chuẩn (hình 2.3.) và bảng 2.2 - theo TCVN 7570-2006

Bảng 2.2 Thành phần hạt cát theo TCVN

Kích thước lỗ sàng Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lượng

1,25 mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15

Lượng qua sàng 140 m, không lớn hơn 10 35

Thành phần hạt của cát tiêu chuẩn được vẽ trên biểu đồ với trục thẳng đứng và lượng sót tích luỹ %, trục nằm ngang là đường kính của các cỡ hạt tương ứng, mm

Khi kiểm tra cấp phối hạt của cát tiến hành sàng phân loại và lập bảng về lượng sót tích luỹ của loại cát đó theo các cỡ sàng quy định Vẽ đường biểu diễn của cát cần kiểm tra lên biểu đồ tiêu chuẩn Nếu đường biểu diễn nằm lọt trong phạm vi quy định của hai đường max và min thì loại cát đó được coi là hợp chuẩn về thành phần hạt

Hình 2.3 Đường cong Cấp phối tiêu chuẩn

Thành phần hạt cát theo ASTM C33 - 86 như sau:

Bảng 2.3 Thành phần hạt của cát theo ASTM C33-86

Lượng lọt sàng 100 95-100 80-100 50-85 25-60 5-30 0-10 Tiêu chuẩn Châu Âu BS EN 12620-2002 qui định thành phần hạt hợp lý cho cát làm bê tông Mô đun độ lớn của cát được tính theo công thức sau:

Mk=(A2.5+A1.25+A0.63+A0.314+A0.14)/100 Dựa vào chỉ tiêu mô đun độ lớn người ta phân cát ra các loại như sau: (bảng 2.3) ( TCVN 7570 - 2006)

Bảng 2.4 Mô đun độ lớn của cát

Vật liệu tro bay

Phản ứng kiềm - silic: Trong thành phần của cát hàm lượng các chất khoáng như Kali, Natri quá lớn có thể gây ra phản ứng kiềm - silic Cát làm bê tông khi khả năng phản ứng kiềm - silic của cát kiểm tra theo phương pháp hoá học (TCVN 7572-14:2006) phải nằm ở vùng cốt liệu vô hại

Cát được coi là không có khả năng phản ứng kiềm-silic nếu biến dạng ε ở tuổi 6 tháng xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0.1%

Tro bay là một dạng phế thải từ quá trình đốt cháy, phân huỷ than nhiệt điện, được thu hồi trong quá trình lắng bụi Các đặc tính của tro bay thay đổi theo thời gian, bản chất của than đá, độ mịn, thiết bị đốt than, thiết bị phân tách, loại nhiên liệu sử dụng,…v.v

2.1.3.1 Tính chất vật lý của tro bay

Màu sắc: mùa sắc của tro bay chịu ảnh hưởng bởi thành phần cacbon và sắt

Hàm lương cacbon trong tro bay làm cho màu sắc biến đổi từ đen đến xám Hàm lượng sắt làm tro bay có màu như màu thiếc (xem hình 2.4)

Hình 2.4: Trạng thái vật lý của tro bay

Hình dạng: Tro bay có dạng hình cầu Kích thước trong khoảng từ 100 micron đến nhỏ hơn 1 micron Phần lớn là cỡ hạt khoảng 20 àm, cỡ hạt lớn hơn 45 àm chiếm khoảng 10% đến 15% Độ mịn: Độ mịn của tro bay đặc trưng bởi tỷ diện tích bề mặt Nó biến đổi từ

2x107 đến 5x107 N/mm2 Tro bay có năng lượng bề mặt khá lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự kết hợp hóa học với các yếu tố khác như calcium hydroxide Độ mịn của tro bay, được xác định bởi phần trăm sót sàng 90 micron là 9%

Trọng lượng riêng của tro bay phụ thuộc và lượng tro bụi trong than và lượng Oxit kim loại

2.1.3.2 Cấu trúc của tro bay

Tro bay chứa nhiều loại hợp chất khác nhau, chủ yếu là silica, alumina và sắt Sự khác biệt đặc trưng của tro bay dựa trên loại chất dùng trong công nghệ nhiệt điện và phương pháp đốt cháy Cấu trúc dạng hạt cầu lõm của tro bay được cho là do sự giãn nở của hơi CO2 và H2O bốc ra khi các khoáng trong than phân hủy do đốt cháy Cấu trúc cầu của hạt tro bay mịn có liên quan đến sự cân bằng lực giữ lực đẩy bốc lên và trọng lượng của các hạt vô cơ nóng chảy Các hạt như thế nguội đi rất nhanh khi ra bên ngoài và nhanh chóng lấy lại hình dạng cân bằng ổn định nhất, đó là dạng cầu

Hình 2.5: Phân tích SEM các hình thể dạng cầu của tro bay [12]

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 41 Trong quá trình đốt cháy, vật liệu vô cơ tích tụ nhiều năm trong than tan chảy cùng với một một ít hạt kim loại nóng chảy Một số yếu tố có điểm bay hơi thấp như muối kim loại kiềm sẽ kết tụ lại và hình thành các hạt siêu mịn Một số hợp chất bay hơi khác,chủ yếu là các hydro cacbon thơm đa vòng (polycylcic aromatic hydtocarbon) đa nhân (polynuclear aromatic hydrocarbon) hút bám lên bề mặt hạt tro bay Chính vì vậy, tro bay thường có nhiều thành phần cacbon, kiềm natri, kiềm kali, canxi và magiê

Các aluminosilicate tự nhiên trong tro bay tồn tại ở các trạng thái rất đa dạng và linh hoạt, từ dạng thủy tinh vô định hình, dạng kết tinh tinh thể, cho đến dạng hòa tan Dạng tinh thể trong tro bay là quartz (SiO2), mullite (3Al2O3.2SiO2), magetile (Fe3O4), và hematite (Fe2O3) Ngoài ra, tro bay có thể còn chứa CaO ở dạng vôi tự do, periclaz (MgO), tricanxi aluminat (3CaO.Al2O3), dicanxi silicat (2CaO.SiO2), và anhydric (CaSO4)

2.1.3.3 Thành phần hóa học của tro bay

Dựa vào thành phần hóa học, tro bay có thể được phân làm hai loại chính: loại C và loại F Tuy nhiên thành phần hóa học của tro bay vẫn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học của loại than đốt, ví dụ như bitum, lignite…

Bảng 2.5- Thành phần hóa học và phân loại tro bay [15]

Tro bay loại F: Quá trình nung than antracite và than đen mềm sẽ cho tro bay loại F Loại tro bay này chứa ít hơn 10% CaO, đây là một loại pozzolanic tự nhiên Khi thể hiện những tính chất của vật liệu pozzolanic thể thuỷ tinh của

Chuyên ngành: Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng 42 silica và alumina trong tro bay cần có thêm tác nhân hỗ trợ khác như xi măng portland, vôi, và nước để phản ứng tạo nên sản phẩm có cường độ

Loại tro bay này được xem là loại vật liệu pozzolanic giàu silic hoặc silic và alumin Bản thân nó có ít hoặc không có tính kết dính như xi măng, nhưng với trạng thái mịn, có độ phân tán cao, khi có thêm điều kiện độ ẩm thì nó vẫn có khả năng phản ứng với calcium hydroxide ngay ở nhiệt độ thường Tuy nhiên quá trình phản ứng pozzolanic của tro bay loại F là khá chậm

Tro bay loại C: Tro bay loại C là sản phẩm của quá trình đốt cháy than non, có tính pozzolanic nhiều hơn, có trên 20% CaO, có hàm lượng kiềm và sulfate cao hơn Bản thân tro bay loại C có khả năng tự rắn chắc và kết dính, tạo cường độ mà không cần thêm các tác nhân khác ngoại trừ sự có mặt của nước Tro bay loại C rắn chắc và phát triển cường độ theo thời gian, cho cường độ sớm hơn tro bay loại F, nhưng không thể hiện sự gia tăng cường độ trong thời gian dài sau phản ứng.

Vật liệu xi măng

Ximăng Hiện nay xi măng Portland hỗn hợp là được sử dụng rộng rãi nhất

Thành phần khoáng vật chủ yếu:

 Silicate Tricanxit 3CaO.SiO 2 (C 3 S) chiếm 37-60%,

 Silicate Bicanxit 2CaO.SiO 2 (C 2 S) chiếm 15-37%,

 Aluminát Tricanxit 3CaO.Al 2 O 3 (C 3 A) chiếm 10-18%,

 Ferroaluminat Têracanxit 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 (C 4 AF) chiếm 7-15%,

 Các khoáng vật khác phải hạn chế: MgO THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN HẠT BẰNG TỶ TRỌNG KẾ

Kích thước lỗ sàng tròn

Khối lƣợng tích lũy trên sàng (g)

% KL lọt sàng tích lũy

Thời gian đọc Thời gian

Số đọc trên tỷ trọng kế

Hiệu chỉnh mặt cong, độ khắc

Phần trăm lọt sàng tích lũy (%)

Phần trăm trên sàng tích lũy (%)

Bảng 3-2 Kết quả phân tích thành phần hạt đất bazan

3.2.2.2 Kết quả đầm nén tiêu chuẩn: 22 tcn 333-06

Hình 3-2 – Kết quả thí nghiệm đầm nén đất tự nhiên đất bazan

Qua thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn ta xác định đƣợc dung trọng khô lớn nhất là 1.562g/cm3 ứng với độ ẩm tối ƣu là 26.8%

3.2.2.3 Kết quả thí nghiệm chỉ số dẻo:

Thí nghiệm thực hiện bằng phương pháp quay đập Casagrander để xác định giới hạn chảy và dùng phương pháp lăn giun để xác định giới hạn dẻo theo TCVN 4197-95

Hình 3-3 – Kết quả thí nghiệm chỉ số dẻo đất bazan

M oi stu re c on te nt (%)

Bảng 3-3 – Kết quả phân tích trạng thái giới hạn đất bazan

Sign of tare/ Hộp đựng số C23 C21 C15 C5 C6

Weight of wet stone + tare/ Tr.lượng đá ướt+hộp (gram) 32.04 28.14 26.20 15.15 14.78

Weight of dry stone + tare/ Tr.lượng đá khô+hộp (gram) 25.25 22.26 20.18 13.76 13.54

Weight of water/ Trọng lượng nước

Weight of tare/ Trọng lượng hộp (gram) 11.72 11.15 9.28 9.35 9.36 Weight of dry stone/ Trọng lượng đá khô (gram) 13.53 11.11 10.9 4.41 4.18

Number of blows/ Số nhát đập 32 21 15

Average moisture content/ Độ ẩm (%) 52.78 30.60

Liquid limit (LL)/ Giới hạn chảy = 52.02

Plastic limit (PL)/ Giới hạn dẻo = 30.60

Plasticity index (PI)/ Chỉ số dẻo = 21.43

3.2.2.4 Kết quả thí nghiệm CBR: 22 tcn 332-06

Hình 3-4 – Thí nghiệm CBR của đất đỏ bazan

Area of piston38.44mm 2 Penetration rate=1.30mm/phút

Diện tích piston38.44mm 2 Tốc độ xuyên =1.30mm/phút

Penetration Force Stress Force Stress Force Stress depth reading reading reading

Chiều sâu Số đọc Áp Số đọc Áp Số đọc Áp xuyên đồng hồ lực đồng hồ lực đồng hồ lực

(mm) (line) (MPa) (line) (MPa) (line) (MPa)

Hình 3-5 – Quan hệ giữa CBR và độ chặt của đất đỏ bazan

3.1.3 Đặc điểm về tính chất Cơ học đất bazan Đất đỏ bazan hàm lượng hạt d> 2mm rất ít, chủ yếu là loại hạt có đường kính d <

2mm Tổng số hàm lượng hạt bụi và hạt sét khoảng 60-80% Đặc điểm này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng đầm chặt và một số tính chất cơ lý của đất đỏ bazan Ở trạng thái tự nhiên, các oxyt kiêm loại kiềm (Na20, K 2 0) bị hòa tan rửa trôi, các oxyt sắt và nhôm đƣợc tích tụ lại làm cho đất có kết cấu rỗng lớn Tỷ số kẽ rỗng (e o ) và độ rỗng (n) lớn, dung trọng khô (gk) của đất nhỏ Thường gặp loại đất đỏ bazan ở trạng thái tự nhiên

3.1.3.1 Thí nghiệm nén lún: TCVN 4200:2012

Tính rỗng lớn, lƣợng chứa hạt bụi và hạt sét cao, hàm lƣợng các oxyt kim loại cao, trọng lƣợng riêng lớn, dung trọng khô tự nhiên nhỏ Những tính chất này có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ học của đất

Trên hình 3.6 trình bày đường cong nén lún của mẫu đất đỏ bazan có cấu trúc tự nhiên trong trường hợp mẫu ở trạng thái khô và hình 3.7 trình bày đường cong nén lún của mẫu đất đỏ bazan có cấu trúc tự nhiên trong trường hợp mẫu ở trạng thái bão hòa nước, có độ ẩm bằng độ ẩm bão hòa Ở trạng thái khô, đất có tính nén lún rất bé Ở trạng thái bão hòa nước tính nén lún của đất rất lớn Cần chú ý hiện tượng này khi thiết kế và xây dựng công trình

Bảng 3-4 - Kết quả thí nghiệm nén lún của đất bazan ở độ ẩm tự nhiên Áp lực Bdạng ở Bdạng Gia số

Hệ số Moduyn nén P n áp lực P n máy hệ số nén lún tổng b.d (kG/cm 2 ) (vạch) (vạch) rỗng (cm 2 /kG) (kG/cm 2 )

-Hệ số rỗng ban đầu 1.651 -Số hiệu máy: 3

-Số đọc sau 24h: 235 -Chiều cao mẫu ho: 20mm

Hình 3-6 – Biểu đồ thí nghiệm nén lún của đất bazan ở độ ẩm tự nhiên

Bảng 3-5 - Kết quả thí nghiệm nén lún của đất bazan ở độ ẩm bão hòa Áp lực Bdạng ở Bdạng Gia số

Hệ số Moduyn nén P n áp lực P n máy hệ số nén lún tổng b.d (kG/cm 2 ) (vạch) (vạch) rỗng (cm 2 /kG) (kG/cm 2 )

-Hệ số rỗng ban đầu 1.651 -Số hiệu máy: 3

-Số đọc sau 24h: 335 -Chiều cao mẫu ho: 20mm

Hình 3-7– Biểu đồ thí nghiệm nén lún của đất bazan ở độ ẩm bão hòa

- Đồng hồ TPK có độ chính xác = 0,01 mm

- Kích thủy lực 30 Tấn có gắn đồng hồ đo lực

- Cần đo Môđun, tỷ lệ cần : 1/2

- Xe thử tải : Xe tải

- Đường kính tấm nén D = 36.0 cm - Hệ số Poisson m = 0.35 - Hệ số không thứ nguyên v = 0.79

(tấm nén cứng, hình tròn)

- Áp lực thiên nhiên Pđ = 0.002 MPa

Bảng 3-6- Kết quả thí nghiệm modul biến dạng của đất đỏ bazan

Chỉ số Ghi số đọc (phút)

Cấp áp lực nén (MPa)

Số đọc ở các thiên phân kế (0.01mm)

Số đọc đã đƣợc hiệu chỉnh ở các thiên phân kế (mm) Độ lún tấm nén

Thời gian giữ tải trọng, ΣΔt (giờ) trên đồng hồ áp suất ti Tích lũy

Hình 3-8 – Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún tấm nén của đất đỏ bazan

3.1.3.3 Sức chống cắt của đất đỏ bazan: TCVN 4199 : 1995

Thí nghiệm cắt theo sơ đồ cắt nhanh không thoát nước trên máy cắt phẳng Số liệu thí nghiệm đƣợc ghi bảng 3.7 và biểu diễn bằng đồ thị trên hình 3.6 ta đƣợc φ = 21 o , C=0.3 (Kg/cm 2 )

Bảng 3-7- Kết quả thí nghiệm cắt phẳng của đất đỏ bazan

Tính chất cơ lý W tn g w g k G D W L Wp Ip B

Mẫu nguyên dạng 21.95 1.97 1.62 89 2.69 23.1 16.7 6.4 0.82 Áp lực nén Số đọc Ứng suất cắt Hệ số vòng ứng biến

P n (kG/cm 2 ) (vạch) t max (kG/cm 2 ) 0.01918

-P.pháp : Cắt nhanh không thoát nước

Hình 3.9 Biểu đồ thí nghiệm cắt phẳng

Cát dùng để gia cố đất có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5m

Thành phần hạt và độ lớn của cát: Cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm được xi măng, cường độ bê tông sẽ cao Thành phần hạt của cát được xác định bằng cách sàng 1000g cát khô trên bộ sàng tiêu chuẩn từ 5 - 0,14mm, lƣợng sót riêng biệt trên mỗi sàng a i (%) là tỷ lệ % lƣợng sót trên mỗi sàng m i so với toàn bộ lƣợng cát đem thí nghiệm (m):

Lƣợng sót tích luỹ A i (%) trên mỗi sàng, là tổng lƣợng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất đến sàng cần xác định a i :

Thành phần hạt của cát cần phải nằm trong phạm vi cho phép của biểu đồ chuẩn (hình 2.) và bảng 3.8 - theo TCVN 7570-2006

Bảng 3-8- Thành phần hạt cát thô theo TCVN

Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lƣợng

Lƣợng qua sàng 140 m, không lớn hơn 10

Bảng 3.9- Phân tích thành phần hạt cát thô

+ Mođun độ lớn: M đl = 2.24 Đường kính Tr Lượng tích % Tr Lượng tích % Tr Lượng tích lỗ sàng lũy trên sàng lũy trên sàng lũy trên sàng

( mm ) (g) (toàn bộ mẫu) (

Tiêu đề	Nghiên cứu gia cố đất bazan để làm nền đường giao thông nông thôn cho vùng Tây Nguyên
Tác giả	Trương Văn Vũ
Người hướng dẫn	PGS.TS. Nguyễn Văn Chánh
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa TP HCM
Chuyên ngành	Vật liệu và Công nghệ vật liệu xây dựng
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	122
Dung lượng	4,56 MB