Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của tro bay tới hỗn hợp đất trộn vôi và trộn xi măng ở Cần Thơ

Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay tới hổn hợp đất trộn vôi và trộn xi măng ở Cần Thơ cũng là một trong những phương pháp xử lý tro bay và có ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu.. Đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN MINH THÁI

ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY TỚI HỔN HỢP

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS ĐỔ THANH HẢI

Cán bộ nhận xét 1:………

Cán bộ nhận xét 2:………

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày… tháng… năm… Thành phần đánh giá hội đồng luận văn gồm: (ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1………

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO - HẠNH PHÚC

-

Tp HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Nguyễn Minh Thái Phái : Nam Ngày, tháng, năm, sinh : 23/01/1986 Nơi sinh : Sóc Trăng Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV : 11864451

I TÊN ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY TỚI HỔN HỢP ĐẤT TRỘN

VÔI VÀ TRỘN XI MĂNG Ở CẦN THƠ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: II.1 NHIỆM VỤ:

Xử lý tro bay nhà máy nhiệt điện Ô Môn nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, tiết kiệm chi phí xử lý tro bay đồng thời ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu để phục vụ các công trình có tải trọng vừa và nhỏ

II.2 NỘI DUNG:

Chương I: Tổng quan về đất trộn vôi – tro bay và đất trộn xi măng – tro bay Chương II: Cơ sở lý thuyết về cường độ chịu nén đơn và ứng dụng tính toán Chương III: Quy trình chế bị và thử nghiệm- kết quả thử nghiệm

Chương IV: Ứng dụng tính toán

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ……/……/…… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ……/……/…… V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS ĐỖ THANH HẢI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS ĐỖ THANH HẢI PGS-TS VÕ PHÁN Ngày ……… Tháng…… năm…… TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH TẠO SAU ĐẠI HỌC

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành không những từ nỗ lực của bản than học viên mà còn sự hướng dẫn nhiệt tình và giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp cùng bạn bè than hữu

Trước tiên, xin chân thành cám ơn quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ nền móng đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt thời gian qua, đồng thời đã quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong giai đoạn thực hiện luận văn

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Đổ Thanh Hải, người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong thời gian thực hiện luận văn và luôn quan tâm, động viên vệ tinh thần, giúp cho học viên có thêm tự tin để tiếp thu những kiến thức mới hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này

Xin cám ơn các bạn học viên cùng lớp Địa kỹ thuật Xây Dựng K2011, những người đã luôn kề vai sát cánh trong suốt thời gian học tập

Cuối cùng, xin cám ơn gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn

Học viên

Nguyễn Minh Thái

TÓM TẮT

Tro bay ở các nhà máy nhiệt điện Ô Môn (Cần Thơ) là các nguồn phát thải nguy hại vào môi trường Lượng tro bay từ nhà máy này là rất lớn, khoảng vài triệu tấn/năm Do đó, vấn đề đặt ra là phải có phương pháp xử lý lượng tro bay này đồng thời ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu nhằm mang tính hiệu quả về môi trường và tiết kiệm về chi phí Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay tới hổn hợp đất trộn vôi và trộn xi măng ở Cần Thơ cũng là một trong những phương pháp xử lý tro bay và có ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu

Tro bay nhà máy nhiệt điện Ô Môn được nghiên cứu theo hướng thay thế hổn hợp đất trộn vôi, trộn xi măng – tro bay dựa trên cơ sở đã nghiên cứu trước đó Các số liệu thí nghiệm và được sử dụng để tính toán cũng được dựa trên cơ sở lý thuyết về cường độ chịu nén đơn và tính toán ứng dụng kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng tro bay càng nhiều thì làm cho cường độ sức kháng của hổn hợp đất trộn càng giảm, nhưng xét về mặt thời gian thì cường độ của hỗn hợp đất trộn cũng gia tăng nhưng vẫn tồn tại một vài mẫu có cường độ giảm theo thời gian ở gian đoạn giữa (từ 14 – 21 ngày hay 21 – 28 ngày tùy theo quy trình bảo dưỡng mẫu) và sau đó tiếp tục tăng theo thời gian; độ ẩm mẫu nên trộn theo khoảng 50% đến 70% là tốt nhất; Tùy theo nhu cầu xử lý cường độ của đất nền mà ta lựa chọn tỉ lệ tro sao cho hợp lý

Mặt dù mẫu đất trộn xi măng – tro bay đạt cường độ nhưng xi măng phản ứng với tro bay tạo mùi khai Nên tiến hành thí nghiệm thì cần chú ý Ở đề tài này chưa có nghiên cứu ảnh hưởng của mẫu trộn xi măng – tro bay đến môi trường vì vậy, cần có một sự nghiên cứu đánh giá tác động môi trường của mẫu đất trộn xi măng – tro bay so với mẫu tro bay tự nhiên Đồng thời, tiếp tục nghiên cứu các tác nhân ảnh hưởng đến cường độ của hỗn hợp đất trộn xi măng – tro bay cũng như thí nghiệm cho các loại đất khác nhau ở các độ sâu khác nhau với số lượng mẫu nhiều hơn để có một số liệu mang độ tin cậy cao

ABSTRACT:

Thermal Power Plant’s Ash in O Mon (Can Tho) is a source of harmful emissions into the environment The amount of ash from this plant is very large, several million tons/ year Therefore, the question is to have treatment for this ash to applicate handing in soft soil, to deliver effective environment and cost savings The topic research the influence of ash to mixed soil with lime – ash and mixed soil with cement – ash in Can Tho is also one of the processing methods and the application of ash handling on soft soil

Thermal Power Plant’s Ash in O Mon is researched to replace mixed soil with lime, mixed soil with cement or mixed soil with lime – cement based on the previous studies by mixed soil with lime – ash or mixed soil with cement – ash These experimental data and used for calculating is based on the theory of compressive strength and single computing applications Experimental results showed that as many ash in mixing, mixed soil with cement – ash’s the intensity of the resistance decreased, but in terms of time, the intensity of the resistance of the mix soil increased but still some exists a role conflict intensity decreased over time in the middle stage (from 14 to 21 days or from 21 to 28 days this depends on the template maintenance process) and then continue to increase over time; humidity should merge in from 50% to 70% is the best; Depending on the needs handling soft soil strength so that we select ash ratio reasonablely

Although mixed soil with cement – ash achieved the intensity of the resistance but reacts between the cement with ash generated uncomfortable smell Therefore, when making a test at the laboratory is careful On this subject have not studied the effect of samle soil mixing cement – ash on the environment So, there should be a study of the environmental impact assessment of the mixed soil with cement – ash and natural ash samples Besides, to continue studying the factors affecting the strength of the mixed soil with cement – ash as well as experiments for the different soil types in different depths with more number of samples to provide a researched data having high reliability

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài luận văn “Ảnh hưởng của tro bay tới hỗn hợp đất trộn vôi và trộn xi măng ở Cần Thơ” là quá trình nghiên cứu của tác giả, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tiến hành thí nghiệm thực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Đỗ Thanh Hải

Kết quả thí nghiệm là đúng thực tế, các số liệu được tính toán theo cơ sở lý thuyết và được trích dẫn từ sách và các bài báo khoa học kèm theo trích dẫn cụ thể

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Nội dung nghiên cứu: 1

1.1 Một số nghiên cứu trên thế giới: 3

1.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam: 9

1.3 Thành phần và chỉ tiêu cơ lý của vật liệu thí nghiệm: 22

1.4 Kết luận chương: 26

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN ĐƠN VÀ TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG 28

2.1 Các điều kiện áp dụng 28

2.2 Cơ sở để cải tạo đất bằng phương pháp trộn vôi 28

2.3 Cơ sở để cải tạo đất bằng phương pháp trộn xi măng 30

2.4 Bản chất độ bền của đất 33

2.5 Tiêu chuẩn và thông số độ bền của đất 33

2.6 Các phương pháp tính toán cọc đất xi măng – tro bay 34

2.6.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc đất xi măng – tro bay làm việc như cọc 34

2.6.1.1 Đánh giá ổn định cọc đất xi măng – tro bay theo trạng thái giới hạn 1 34

2.6.1.2 Đánh giá ổn định cọc đất xi măng – tro bay theo trạng thái giới hạn thứ 2.35 2.6.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương 35

2.6.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm của Viện Kỹ Thuật Châu Á 36

2.6.3.1 Khả năng chịu tải của cọc đơn 36

2.6.3.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc 37

2.6.4 Tính toán biến dạng 37

2.7 Tính toán các thông số cột đất xi măng – tro bay 39

2.8 Giải pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu cho nền đường 40

2.8.1 Cơ sở lựa chọn thông số tính toán .40

3.1 Thí nghiệm xác định cường độ mẫu đất trộn vôi – tro bay, xi măng – tro bay 49

3.1.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư 49

3.1.2 Phương pháp thí nghiệm 51

3.2 Kết quả thí nghiệm 53

3.2.1 Bảng kết quả thí nghiệm và hình ảnh của một số mẫu không đạt cường độ 53

3.2.2 Kết quả thí nghiệm và hình ảnh một số mẫu đạt cường độ: 60

3.2.3 Ghi nhận Kết quả: 73

3.3 Kết luận chương 3: 74

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀO BÀI TOÁN CỤ THỂ VÀ MÔ PHỎNG BẰNG PLAXIS 75

4.1 Xử lý nền đất yếu công trình đường 75

4.1.1 Quy mô công trình 75

4.1.2 Chỉ tiêu cơ lý của đất: 75

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài:

Thành phố Cần Thơ là một trong những trung tâm kinh tế của vùng đồng bằng sông Cửu Long, đã và đang trên đà phát triển rất nhanh, thu hút nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước, tiếp nhận một lực lượng lao động lớn đến từ các tỉnh trong vùng Chính vì vậy nhịp độ xây dựng phát triển rất nhanh Tuy nhiên các công trình có tải trọng vừa và nhỏ được xây dựng một cách nhanh chóng chủ yếu là trên nền đất yếu Song song với sự phát triển đó thì có một vấn đề cũng gia tăng kèm theo, đó chính là các nguồn phát thải nguy hại vào môi trường Tro bay ở các nhà máy nhiệt điện Ô Môn (Cần Thơ) là một trong những nguồn phát thải nguy hại đó Lượng tro bay từ nhà máy này là rất lớn, khoảng vài triệu tấn/năm, nếu lượng tro bay này không được tận dụng một cách hợp lý thì sẽ chiếm một diện tích tồn trữ rất lớn, gây nhiều khó khăn cho quá trình phát triển của ngành công nghiệp nhiệt điện và là tác nhân gây ô nhiễm môi trường Do đó, vấn đề đặt ra là phải có phương pháp xử lý lượng tro bay này đồng thời ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu Vấn đề này phải vừa mang tính hiệu quả về môi trường, vừa tiết kiệm về chi phí xử lý tro bay, và đưa vào ứng dụng xử lý nền đất yếu được quan tâm hàng đầu

2 Nội dung nghiên cứu:

Theo một số tài liệu nghiên cứu thì vôi có thể khử được tro bay, xi măng có thể kết dính với tro bay khi gốc dầu từ tro bay được xử lý Cả hai vôi và xi măng có thể làm tăng cường độ chịu nén của đất khi hóa rắn Dựa vào đặc điểm này chính là cơ sở để nghiên cứu và giải quyết 2 vấn đề: thứ nhất, vôi và xi măng có thể xử lý chất thải tro bay để hạn chế ô nhiễm môi trường hay không? thứ hai, liệu vôi và xi măng có tăng cường sức kháng cắt cho nền đất yếu khi có thành phần tro bay hay không? Do thời gian nghiên cứu có hạn và lỉnh vực chuyên môn, ngành học là địa kỹ thuật xây dựng nên ở đề tài này chủ yếu đi sâu tìm hiểu vấn đề thứ hai: Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay tới hổn

hợp đất trộn vôi và trộn xi măng ở cần thơ

3 Mục đích nghiên cứu:

Xử lý nguồn rác thải nguy hại lớn (Tro bay) bằng cách ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu ở Cần Thơ nhằm mang lại hiệu quả kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

4 Phương pháp nghiên cứu:

Chế bị mẫu đất trộn vôi kết hợp với tro bay để tìm ra hàm lượng vôi – tro bay và xi măng – tro bay tối ưu nhất để mẫu thử đạt cường độ cao và đồng thời ứng dụng kết quả vào tính toán xác định tải trọng tác dụng lên nền đất được gia cố

5 Tính thực tiển:

Hàng năm, nhà máy nhiệt điện Ô Môn thải ra vài triệu tấn tro bay Lượng tro bay này rất nguy hại gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe con người chính vì vậy, việc xử lý tro bay là một bài toán thực tiển được đặt ra cho các ngành khoa học khác nhau như: Công nghệ hóa, Kỹ thuật môi trường… Riêng ngành Địa kỹ thuật xây dựng với mục đích nghiên cứu giảm thiểu chi phí và thật sự có ứng dụng vào việc xử lý gia cố nền móng công trình là một điều có ý nghĩa vô cùng to lớn cho cộng đồng xã hội

Đề tài được thực hiện bao gồm 4 chương:

Chương I: Tổng quan về đất trộn vôi - tro bay và đất trộn xi măng – tro bay

plaxis

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT TRỘN VÔI – TRO BAY VÀ ĐẤT TRỘN XI

MĂNG – TRO BAY

gia tăng cường độ này bằng cách trộn đất với vôi – tro bay hay xi măng – tro bay Mẫu sau khi trộn sẽ làm gia tăng cường độ chịu nén của đất nền Tuy nhiên, sự có mặt của tro bay có thể làm giảm cường độ chịu nén của hỗn hợp mẫu sau khi trộn Chính vì vậy, cần phải khảo sát và nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến cường độ chịu nén của mẫu sau khi trộn Nhưng phải dựa trên cơ sở đã nghiên cứu trước đó để làm tiền đề cho sự nghiên cứu tiếp theo

Một số kết quả nghiên cứu trước đó về đất trộn vôi, đất trộn xi măng và đất trộn vôi – xi măng:

1.1 Một số nghiên cứu trên thế giới:

Theo ông Ahnberg cùng các cộng sự năm 1994, kết quả thử nghiệm trong phòng bằng công nghệ của Thụy Điển cho con đường ở I-95/Route 1 Interchange in Alexandria, Virginia, 1 tiểu bang ở Mỹ cho thấy đất sét quickclays và clayey silts dễ dàng xử lý, trong khi đó sét hữu cơ organic clays và bùn sét (peat) rất khó xử lý Hình 1.1 cho thấy cường độ của 1 số loại đất được xử lý sau khi ổn định 14 ngày với 100kg/m3 phụ gia Đất cố kết thường và đất yếu có sức kháng cắt không thoát nước từ 5 đến 30kpa

Hình 1.1: Ảnh hưởng xi măng, vôi-xi măng (25:75) và vôi 14 ngày sau khi ổn định của

các loại đất khác nhau trong phòng thí nghiệm

Và lượng gia tăng cường độ thể hiện ở hình 1.2

Hình 1.2: Ảnh hưởng của sức kháng cắt cho 3 loại đất khác nhau với các hàm lượng

khác nhau

Theo ông Kosmatka (1994) cường độ với thời gian cho 2 loại vôi quicklime và hydrated lime không có sự khác biệt lớn về cường độ (Hình 1.3)

Bảng 1.1: Hydrated lime

Bảng 1.2: Quicklime

Hình 1.3: Quicklime (CaO) và Hydrated lime (Ca(OH)2)

Cường độ và thời gian cho 2 loại xi măng khác nhau có sự khác biệt (Hình 1.4) Bảng 1.3:Xi măng loại 1

Bảng 1.4: Xi măng loại 2

Hình 1.4: Cường độ tăng theo thời gian của 2 loại Xi măng

Ảnh hưởng cường độ và thời gian theo hàm lượng vôi xi măng (25:75) minh họa hình 1.5

Hình 1.5: Cường độ tăng theo thời gian với tỉ lệ vôi – Xi măng (25:75)

Ảnh hưởng cường độ và thời gian theo hàm lượng vôi xi măng (50:50) minh họa hình 1.6

Hình 1.6: Cường độ tăng theo thời gian với tỉ lệ vôi – xi măng (50:50)

Cường độ theo thời gian của vôi – xi măng với liều lượng 200kg/m3 (hình 1.7)

Hình 1.7: Cường độ theo thời gian của hàm lượng 200kg/m3 vôi – xi măng

1.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam:

Theo tiến sĩ Lê Bá Vinh “Ứng dụng giải pháp cột đất vôi – xi măng để gia cố nền đất yếu” nêu rõ: Trong điều kiện nền đất yếu có chiều dày lớn, đã có nhiều giải pháp hữu hiệu để xử lý, gia cố nền đất yếu, và giải pháp cột đất - vôi - ximăng là một trong số các giải pháp đó Trên thế giới, giải pháp này đã được ứng dụng khá lâu ở nhiều nước như Thụy Điển, Pháp, Nhật, Mỹ,… và đã thu được nhiều kết quả khả quan Ở nước ta, giải pháp này đã được ứng dụng nhiều trong vòng 5 năm gần đây ở nhiều loại công trình như: khu thương mại Vĩnh Trung Plaza ở Đà Nẵng, đại lộ Đông - Tây ở Tp Hồ Chí Minh, kho xăng dầu Nhà Bè, sân bay Cần Thơ,… Từ thực tế các công trình này cho thấy giải pháp cột đất - ximăng bước đầu có thể ứng dụng tốt và là giải pháp hợp lý cho nền móng của nhiều loại công trình ở nước ta

Phương pháp trộn có thể tạo ra cột đất + vôi/ximăng có tiết diện ngang thay đổi theo chiều sâu phù hợp với điều kiện cụ thể của đất

Đất sau khi được trộn với vôi/ximăng để tạo nên các trụ hỗn hợp đất + vôi/ ximăng đem lại sự tăng cao sức chống cắt cho nền và làm giảm tính biến dạng của nền Sự tăng cao sức chống cắt trong nền chủ yếu xãy ra trong các cột đất + vôi/ximăng: là nơi xãy ra các phản ứng hoá học (vôi/ximăng)

Ngoài ra sự tăng sức chống cắt cũng xãy ra trong đất nền xung quanh các cột đất + vôi/ximăng do một lượng nước mất đi do sự thủy hóa vôi tạo ra nhiệt lượng lớn làm bốc hơi nước trong đất yếu

Theo Nguyễn Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong Trường Đại học Bách khoa, HCM nghiên cứu về gia cố đất yếu khu vực Q9 Tp HCM bằng vôi, ximăng đăng trên Science & Technology Development, Vol 10, No.10 - 2007 kết quả cho thấy:

ĐHQG Về độ ẩm: Kết quả thí nghiệm cho thấy mức giảm độ ẩm của đất tương ứng với mức tăng của tổng hàm lượng chất kết dính Hàm lượng chất kết dính càng cao, mức giảm độ ẩm của đất càng lớn (Bảng 5) Thống kê kết quả phân tích độ ẩm của 16 mẫu đất vôi xi măng đất sau 28 ngày bảo dưỡng cho thấy độ giảm trung bình của độ ẩm so với độ ẩm ban đầu là 16,1% Độ giảm độ ẩm lớn nhất của mẫu M00-20-0 là 24,6% và nhỏ nhất là của mẫu M08-04-0 tương ứng là 9,5%

Bảng 1.5 Sự thay đổi độ ẩm của hổn hợp vôi xi măng trước và sau khi thí nghiệm

- Khi trộn riêng đất – vôi với tỷ lệ 4, 8, 12 và 20%, kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ của hỗn hợp đất – vôi tăng dần theo tỷ lệ vôi, tuy nhiên, độ tăng cường độ của hỗn hợp tương đối nhỏ Các mẫu có tỷ lệ vôi 4% như mẫu M04-00-0, M08-00-0, giá trị cường độ nén đơn rất nhỏ, hầu như không xác định được Khi hàm lượng vôi tăng lên đến 20%, mẫu M20-00-0, cường độ nén đơn của mẫu cũng rất thấp, chỉ đạt giá trị là 1,16 kG/cm2 sau 28 ngày bảo dưỡng (hình 1.8)

Hình 1.8 cường độ của hỗn hợp đất – vôi tăng dần theo tỷ lệ vôi

- Trường hợp trộn riêng đất với măng, kết quả nghiên cứu cho thấy, cường độ nén đơn của hỗn hợp đất – xi măng phụ thuộc vào hàm lượng xi măng, tuy nhiên, nếu hàm lượng xi măng nhỏ hơn 12% thì sự gia tăng cường độ của đất cũng rất nhỏ, chỉ đạt tới 0,92 kG/cm2 (mẫu M00-12-0) Khi hàm lượng xi măng tăng lên đến 20% thì cường độ nén đơn của mẫu tăng lên đáng kể, đạt giá trị 3,8 kG/cm2 (mẫu M00-20-0) Các kết quả thí nghiệm được thể hiện trên hình 1.9

Hình 1.9 cường độ của đất – xi măng phụ thuộc vào hàm lượng xi măng

- Trong trường hợp trộn đất – vôi – xi măng, kết quả nghiên cứu cho thấy, cường độ nén đơn của hỗn hợp tăng theo tỷ lệ tăng của các chất kết dính Tuy nhiên, giá trị cường độ nén đơn của mẫu cũng không cao, với tỷ lệ vôi: xi măng là 8%: 12% (M08-12-0) cường độ nén đơn của mẫu sau 28 ngày bảo dưỡng chỉ đạt 1,46 kG/cm2 (hình 1.10) Như vậy, sự kết hợp vôi và xi măng để gia cố đất yếu khu vực này vẫn chưa đạt hiệu quả cao

Hình 1.10 cường độ đất vôi– xi măng tăng dần theo thời gian

Theo Võ Văn Đấu trường Đại học Bách Khoa TP HCM nghiên cứu về cường độ kháng cắt của đất trộn vôi, đất trộn xi măng và đất trộn vôi – xi măng ở Cần Thơ cho thấy kết quả như sau:

Bảng 1.6 : Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn vôi và đất trộn xi măng

hiệu mẫu

Hàm lượng vôi -

xi măng

trọng

Cường độ chịu

nén

Biến dạng

Cường độ chịu nén

Biến dạng

Cường độ chịu nén

Biến dạng

Cường độ chịu nén

Biến dạng

Hình 1.11 Quan hệ giữa cường độ nén đơn và biến dạng của đất nguyên dạng –

đất trộn vôi và đất trộn xi măng ở tuổi 28 ngày

Dựa vào biểu đồ cho thấy cường độ chịu nén tăng theo hướng tăng hàm lượng vôi/xi măng, Khi hàm lượng vôi/xi măng là 12% thì cường độ chịu nén tăng thêm khoảng 1,7 lần so với mẫu 8% vôi/xi măng (mẫu M0-8 = 1,74M0-4; M8-0 = 1,67M4-0 ) và khi hàm lượng vôi/xi măng là 15% thì cường độ chịu nén tăng 1,2 lần so với mẫu 12% vôi/xi măng (Mẫu M0-15 = 1,2M0-8; M15-0 = 1,22M8-0)

Cường độ nén đơn tăng dần theo tỉ lệ vôi (Hình 1.12) và tăng cao theo hướng tăng thời gian, từ hàm lượng 8% - 12% cường độ chịu nén tăng lên 1.6 lần và từ 12%-15% cường độ chỉ tăng lên 1.2 lần Cường độ chịu nén chỉ tăng nhanh khi hàm lượng vôi khoảng 8% và tăng chậm lại khi hàm lượng vôi lớn hơn 12%

Hình 1.12 Quan hệ giữa Cường độ nén đơn và thời gian của đất trộn vôi

Cường độ nén đơn tăng dần theo tỉ lệ xi măng (Hình 1.13) và tăng cao theo hướng tăng thời gian, từ hàm lượng 8% - 12% cường độ chịu nén tăng gần 2 lần và từ 12%-15% cường độ chỉ tăng lên 1.2 lần Cường độ chịu nén chỉ tăng nhanh khi hàm lượng xi măng khoảng 8% -12% và tăng chậm lại khi hàm lượng xi măng lớn hơn 15%

Hình 1.13 Quan hệ giữa Cường độ nén đơn và thời gian của đất trộn xi măng

Ở tuổi 7 ngày (hình 1.14) và ở tuổi 28 ngày (hình 1.15) của đất trộn vôi và đất trộn xi măng Sự phát triển cường độ của đất – vôi và đất – xi măng có hướng tương đồng

Cường độ cao nhất của đất – vôi là 660.86 kPa, đất – xi măng là 688.1 kPa ở hàm lượng 15%

Hình 1.14 Quan hệ giữa Cường độ nén đơn theo hàm lượng của đất trộn vôi và đất trộn

xi măng ở tuổi 7 ngày

Hình 1.15 Quan hệ giữa Cường độ nén đơn theo hàm lượng của đất trộn vôi và đất trộn

xi măng ở tuổi 28 ngày

Cường độ chịu nén qu (kPa) theo thời gian của 8% vôi kết hợp với hàm lượng xi măng lần lượt là 4%, 8%, 12% và 15% (bảng 1.8)

Bảng 1.8 Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 8-4, 8-8, 8-12 và 8-15 theo thời gian 7,28,56 ngày tuổi

Hình 1.16 Quan hệ giữa Cường độ nén đơn theo thời gian của đất trộn 8%vôi kết hợp xi măng

Cường độ chịu nén qu (kPa) theo thời gian của 12% vôi kết hợp với hàm lượng xi măng lần lượt là 4%, 8%, 12% và 15%

Bảng 1.9 Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 12-4, 12-8, 12-12 và 12-15 theo thời gian 7,28,56 ngày tuổi

Hình 1.17 Quan hệ giữa Cường độ nén đơn theo thời gian của đất trộn 12%vôi kết hợp xi

măng

Cường độ chịu nén qu (kPa) theo thời gian của 15% vôi kết hợp với hàm lượng xi măng lần lượt là 8%, 12%

Bảng 1.10 Kết quả thí nghiệm hổn hợp mẫu đất trộn vôi và xi măng theo tỉ lệ 8,

15-12, theo thời gian 7,28,56 ngày tuổi

Bảng 1.11 Tổng hợp kết quả thí nghiệm ở thời điểm 28 ngày của hổn hợp

đất – vôi – xi măng Hàm lượng

Đối với hổn hợp vôi – xi măng, khi tăng hàm lượng vôi- xi măng thì cường độ nén đơn tăng, đồng thời biến dạng cũng tăng (hình 1.20)

Hình 1.20 Tổng hợp các hàm lượng lân cận hàm lượng 8% vôi- 8% xi măng

1.3 Thành phần và chỉ tiêu cơ lý của vật liệu thí nghiệm:

¾ Thành phần đất sét ở Cần Thơ chủ yếu là nhóm Montmorillonit với công thức

Wikipedia)

¾ Bảng 1.12 Các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên khi làm thí nghiệm:

STT Độ ẩm Dung

trọng

Hệ số rổng

Lực dính

Góc ma sát trong

Giới hạn dẽo

Giới hạn nhão

Chỉ số dẽo

¾ Bảng 1.13 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng

5 Thời gian kết thút đông kết, giờ 3h26’

(Số liệu được tham khảo từ luận văn đã nghiên cứu trước đó)

¾ Thành phần tro:

Hình 1.21 Ảnh chụp SEM của tro bay nhà máy nhiệt điện đốt dầu

• Bảng 1.14 Thành phần thường gặp của tro bay từ dầu

(Số liệu được tham khảo từ luận văn đã nghiên cứu trước đó)

¾ Bảng 1.15 Các chỉ tiêu của nước Số

Kết quả M3

TCXDVN302: 2004 Mục đích 1

¾ Bảng 1.16 Các chỉ tiêu của vôi

- Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng

- Với các loại đất khác nhau thì hàm lượng vôi xi măng khác nhau, khi xử lý nền đất yếu nếu chỉ sử dụng vôi và xi măng riêng lẻ thì hiệu quả gia tăng cường độ của đất không cao

Cường độ của đất gia cố chỉ bắt đầu gia tăng khi hàm lượng xi măng >12%, hoặc khi hàm lượng vôi + xi măng đạt khoảng 20%

Đất gia cố bằng vôi, xi măng thể hiện tính dòn, tính dòn của đất tăng theo thời gian bão dưỡng và hàm lượng chất kết dính

Cọc đất vôi, đất xi măng nên được dùng rộng rãi để gia cố sâu đất nền Đây là giải pháp hữu ích, không cần thời gian chất tải, tăng cường độ ổn định của nền

Mặc dù ở Cần Thơ chưa có công trình nào sử dụng phương pháp đất trộn vôi kết hợp với xi măng, nhưng qua các nghiên cứu trên thế giới và trong nước thì bài toán đất trộn vôi kết hợp với xi măng là bài toán khả thi, bởi lẽ:

- Đất yếu vùng đồng bằng sông Cửu Long, có độ ẩm cao, nhiều chất hữu cơ, nên cường độ sức chống cắt thấp, tính nén lún cao Một số vùng đất còn bị nhiễm phèn, mặn ( đất acid)

- Vôi có hai công dụng chính là cung cấp chất Calcium và sửa chữa độ chua của đất cho thích hợp với từng lọai cây trồng Loai đá vôi, loại Dolomite lime và hydrate lime dùng để cải thiên đất phèn, đất chua [đất acid] Đặc biệt, vôi hút nước trong đất sét yếu ở đồng bằng sông Cửu Long nói chung và ở Cần Thơ

- Xi măng được chọn là phụ gia để tăng nhanh quá trình đông kết và giúp cho sự phân tán các hạt được tốt hơn

Tro bay nhà máy nhiệt điện Ô Môn là chất gây ô nhiễm môi trường Nên cần phải được xử lý theo hướng thay thế hỗn hợp đất trộn vôi – xi măng đã được nghiên cứu trước đó bằng hỗn hợp đất trộn vôi – tro bay và trộn xi măng – tro bay nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, tiết kiệm về chi phí đồng thời ứng dụng vào việc xử lý nền đất yếu

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN ĐƠN VÀ TÍNH

TOÁN ỨNG DỤNG

Cột đất vôi – tro bay, xi măng – tro bay và đất xung quanh cùng tương tác làm việc như một khối gọi là khối gia cố với nguyên lý cùng biến dạng như nhau dưới tác dụng của tải trọng ngoài

2.1 Các điều kiện áp dụng

Bài toán gia cố đất vôi – tro bay, xi măng – tro bay có 3 điều kiện cần thỏa mãn:

Điều kiện về cường độ: lực dính và góc nội ma sát tương đương của khối nền

được gia cố phải thỏa mãn điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình

Điều kiện về biến dạng: mô đun biến dạng của khối nền được gia cố phải thỏa mãn

điều kiện lún của công trình

Điều kiện thoát nước: Áp lực nước lỗ rổng dư trong đất cần được giải phóng càng

nhanh càng tốt Do đó, quá trình thiết kế là quá trình bố trí hệ nền cột đất vôi – tro bay, xi măng – tro bay trong diện tích chịu tải và kiểm tra lại cường độ của cột đất vôi – tro bay, xi măng – tro bay sao cho ứng suất tác dụng lên cột và đất xung quanh không vượt quá cường độ của cột và đất nền

Để thiết kế cột đất vôi – tro bay, xi măng – tro bay, ta lần lượt xác định các thông số của đất nền, xác định hàm lượng tối ưu của vôi – tro bay, xi măng – tro bay mà mẫu đạt cường độ lớn nhất thông qua thí nghiệm nén không hạn chế nở hông, từ đó ứng dụng các thông số tìm được tính toán ổn định của nền đất đắp

2.2 Cơ sở để cải tạo đất bằng phương pháp trộn vôi

Kết quả tốt của việc gia cố đất sét, sét pha bằng vôi được giải thích là do tác dụng tương hỗ hoạt tính hoá học và hoá lý của phần nhôm silicat của đất với vôi Do đó hoạt tính hoá học, lý học của phần phân tán mịn của đất được xem như một dự trữ tiềm năng để nâng cao cường độ đất gia cố Nếu sử dụng đúng và khéo léo tiềm năng này thì có thể đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật cao và chỉ tốn một lượng tương đối nhỏ chất liên kết

Để gia cố đất thường dùng vôi bột, vôi tôi hoặc loại vôi chưa tôi kỵ nước Đối với vôi tôi hiệu quả lớn nhất khi trộn nó vào sét sỏi, còn vôi bột có hiệu quả khi trộn vào đất

quá ẩm Có thể sử dụng vôi như một chất liên kết độc lập hoặc như một chất phụ gia hoạt tính khi gia cố đất quá ẩm bằng xi măng Giáo sư Vuutx đã tiến hành nghiên cứu nhiều mặt về hiệu quả của vôi đối với việc gia cố đất và thấy rằng tính dẻo của hầu hết các loại đất bị giảm xuống hoặc bị mất, lực dính tăng 1,5 - 3 lần Kinh nghiệm cho thấy khi sử dụng vôi làm đất gia cố đã làm giảm tính dính của đất, đảm bảo các máy làm đất có thể đi lại được và nâng cao hiệu quả công tác của máy trộn đất và máy đầm nén Việc phá vỡ các tảng sét nhỏ sẽ tạo ra hỗn hợp đồng nhất và dễ gia công hơn

Nếu trộn vôi bột chưa tôi vào đất thì đầu tiên có phản ứng vôi tôi:

Nhờ nhiệt lượng toả ra do phản ứng mà nước trong đất bốc hơi làm giảm độ ẩm của đất Nhờ có phản ứng trên mà vôi bột được sử dụng để cải tạo các loại đất sét bão hoà nước và than bùn Hydrôxit canxi được tạo ra sẽ tham gia vào các quá trình hoá lý và hoá học trong hỗn hợp đất – vôi

Đầu tiên hydrôxit canxi tham gia vào phản ứng thuỷ hoá với thành phần SiO có trong khoáng vật của đất sét, phương trình phản ứng như sau:

Ca(OH)2 + Al2O3 2SiO2 + m.H2O = CaO Al2O3 2SiO2.(m+1).H2O (2.3) Quá trình trên diễn ra liên tục và lâu dài tạo ra cấu trúc kết tinh Đặc điểm của cấu

trúc kết tinh là cường độ cao và ổn định với nước Trong hai phương trình trên thì phương trình (2.2) quan trọng hơn bởi vì trong nhóm khoáng sét chủ yếu có hàm lượng SiO2, còn hàm lượng Al2O3.2SiO2 rất nhỏ Nếu làm tăng độ hoà tan các thành phần SiO2, Al2O3.2SiO2 trong đất thì sẽ làm tăng đáng kể độ bền của đất gia cố

Mặt khác, trong môi trường nước lỗ rỗng hydrôxit canxi được tạo thành sẽ phân ly theo phương trình:

Do nồng độ cao nên các cation canxi hoàn toàn có khả năng trao đổi với các cation kim loại khác có trong tầng khuyếch tán của hạt keo sét và hấp thụ ngay trên bề mặt của chúng Kết quả làm cho bề dày tầng khuếch tán giảm đi, lực hút giữa các hạt keo sét tăng, chúng sẽ liên kết với nhau hình thành cấu trúc keo tụ Mặt khác tính nhớt, tính háo nước của các hạt sét giảm Khi đầm nén ở độ ẩm tối ưu thì khối lượng thể tích đất -vôi khô dễ