LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU GIA CỐ TỔNG HỢP CẤP PHỐI SỎI ONG TỈNH HÀ TÂY BẰNG XI MĂNG VÀ NHŨ TƯƠNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

Tình hình sử dụng CPSO trong xây dựng đường ô tô ở tỉnh Hà Tây...11 Chương III: thực nghiệm trong phòng về gia cố tổng hợp cpso tỉnh hà tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa III.1.. Việc n

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học giao thông vận tải

nguyễn hữu sinh

Nghiên cứu gia cố tổng hợp cấp phối sỏi ong tỉnh hà tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa

trong xây dựng đường ô tô

Ngành: xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mục lục Chương i: giới thiệu chung

I.1 Đặt vấn đề…… ………3

I.2 Tổ chức nghiên cứu…… ……… …5

I.3 Báo cáo khoa học của luận án 6

Chương iI: cấp phối sỏi ong ở tỉnh hà tây, đặc điểm phân bố và sử dụng II.1 Sự phân bố các mỏ CPSO ở tỉnh Hà Tây…… 8

II.2 Đặc tính vật liệu CPSO của tỉnh Hà Tây… … 10

II.3 Tình hình sử dụng CPSO trong xây dựng đường ô tô ở tỉnh Hà Tây 11

Chương III: thực nghiệm trong phòng về gia cố tổng hợp cpso tỉnh hà tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa III.1 Các giải pháp kỹ thuật để gia cố……… 21

III.2 Cơ sở lý luận thực tiến của giải pháp gia cố CPSO bằng xi măng và nhũ tương nhựa trong xây dựng đường ô tô 23

III.2.1 Cơ sở lý luận … ……….… …23

III.2.2 Cơ sở thực tiễn … ……… 24

III.3 Thí nghiệm trong phòng gia cố tổng hợp CPSO tỉnh Hà Tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa (xác định hàm lượng hợp lý của xi măng và nhũ tương nhựa để gia cố CPSO) …25

III.3.1 Gia cố CPSO lấy tại mỏ Trạch Mỹ Lộc 25

III.3.1.1 Mục tiêu thí nghiệm 25

III.3.1.2 Vật liệu thí nghiệm 26

III.3.1.3 Chế bị và nén mẫu trong phòng thí nghiệm 27

III.3.2 Nhận xét chung 57

Chương Iv: thực nghiệm hiện trường IV.1 Công tác chuẩn bị…… ……… 58

IV.1.1 Định vị và khống chế khuôn đường 58

IV.1.2 Tính toán khối lượng … ……… …58

IV.1.3 Tập kết dụng cụ, thiết bị và nhân lực thi công… … ……… 58

IV.2 Triển khai thi công …59

IV.2.1 Làm tơi đất và trộn 59

IV.2.2 Rải và lu lèn 59

IV.3 Bảo dưỡng mặt đường 60

IV.4 Đánh giá kết quả 62

Chương v: hướng dẫn công nghệ thi công mặt đường CPSO gia cố tổng hợp xi măng và nhũ tương nhựa trong xây dựng đường ô tô V.1 Chuẩn bị công trường… …… ……… 63

V.2 Chuẩn bị vật liệu… … ……… 63

V.2.1 Chuẩn bị CPSO 63

V.2.2 Chuẩn bị xi măng … ……….………… …64

V.2.3 Chuẩn bị nhũ tương… … ……… 64

V.3 Chuẩn bị thiết bị thi công … ……… 64

V.4 Trình tự thi công … ……… 64

V.5 Kiểm tra nghiệm thu … ……… 65

V.6 Bảo dưỡng … ……… 65

V.7 Những vấn đề cần chú ý trong quá trình thi công… ……… 65

Chương vi: kết luận và kiến nghị VI.1 Kết luận chung … ……….67

VI.2 Kiến nghị và định hướng nghiên cứu tiếp……….68

Tài liệu tham khảo

Phụ lục Phụ lục 1: Các hình ảnh thí nghiệm trong phòng và thực nghiệm hiện trường

Phụ lục 2: Bảng tổng hợp các số liệu thực nghiệm trong phòng về gia cố CPSO

tỉnh Hà Tây

Phụ lục 3: Hồ sơ thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của CPSO tỉnh Hà Tây và giá trị dự toán một số loại mặt đường

Lời cám ơn

Tôi xin chân thành cám ơn tới:

v Phó giáo sư-Tiến sỹ Trần Tuấn Hiệp - Giáo viên bộ môn Đường bộ - Hiệu phó nhà trường - ĐH Giao thông vận tải

v Kỹ sư Trần Ngọc Tuyên - Đội trưởng đội công trình - Công ty Quản lý sửa chữa đường

bộ II Hà Tây

v Kỹ sư Nguyễn Khắc Kiện - Trưởng phòng thí nghiệm Las-XD 301

v Tập thể cán bộ, kỹ sư, thí nghiệm viên Phòng thí nghiệm Las-XD 301- công ty Cổ phần Tư vấn XDGT Hà Tây

v Các bạn bè và đồng nghiệp

Đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận án thạc sỹ này !

Chương I Giới thiệu chung

I.1 đặt vấn đề:

Việt nam là một nước đang trong giai đoạn phát triển và xây dựng đất nước theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng đời sống xã hội mới phát triển nhằm theo kịp các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới Trong giai đoạn này, công cuộc xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông là thiết yếu

và cấp bách Tính đến thời điểm năm 2005 thì hầu hết các địa bàn trên cả nước

từ diện tỉnh, thành phố đến các huyện thị đều còn thiếu và còn yếu các công trình giao thông đường bộ nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại an toàn cho nhân dân Thống kê các tuyến đường được đầu tư xây dựng bằng các loại vật liệu hiện

đại và truyền thống trên thế giới như bằng bê tông nhựa, bê tông xi măng, đá dăm, đá dăm thấm nhập nhựa vv thì tỉ lệ chiều dài các tuyến đường này chỉ chiếm phần nhỏ trong tổng số chiều dài các tuyến đường đang sử dụng trên cả nước, mà phần lớn các tuyến đường còn ở dạng đường cấp phối đất, đường mòn, đường trên cơ sở nền đất nguyên sinh ban đầu, điều này thấy rõ trên các

địa bàn ở các vùng nông thôn, miền núi, vùng sâu vùng xa trong cả nước Vì vậy vấn đề để cải tạo, nâng cấp, xây dựng hệ thống đường ô tô trên cả nước còn đặt ra rất nhiều nhiệm vụ nhằm đạt được một hệ thống đường có hiệu quả kinh tế, phù hợp với bối cảnh hiện tại của đất nước

Việc xây dựng, cải tạo hệ thống đường ô tô ở các vùng nông thôn, miền núi trên cả nước như trên cần đến lượng vật liệu khổng lồ là đất đá để xây dựng nền đường, mặt đường Trực quan nhận thấy rõ là nếu tận dụng được vật liệu sẵn có tại địa phương sẽ giảm bớt kinh phí đáng kể trong công tác xây dựng đường, một trong những loại vật liệu sẵn có tại các địa phương vùng núi trên cả nước, đặc biệt tại tỉnh Hà Tây đó là loại vật liệu cấp phối sỏi ong (tiếng

La tinh là Laterite) Đây là nguồn vật liệu sẵn có với đặc điểm là phân bố trên diện rộng, với trữ lượng khổng lồ trên cả nước, đặc biệt tại tỉnh Hà Tây nó còn

có tên là "Đất đồi" hay "Cấp phối đồi", trong bảng giá vật liệu tới chân công trình của tỉnh nó còn được phân loại là đất cấp 3 (là loại đất có hàm lượng đá

và dung trọng giới hạn, có thể dùng để đắp nền đường với những chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể)

Trên địa bàn tỉnh Hà Tây có thể nói là ở đâu có núi đồi là ở đó có cấp phối sỏi ong (CPSO), là nguồn vật liệu lộ thiên, dễ khai thác, thành phần cấp phối chủ yếu là sét, hạt đá, ôxít sắt, nên rất phù hợp cho việc làm nền, móng, mặt đường Việc tận dụng loại vật liệu thiên nhiên này và kết hợp cải biến chúng cho hiệu quả hơn trong công tác xây dựng đường ô tô là một nhiệm vụ rất có giá trị và thực tế, với CPSO nếu thi công làm móng, mặt đường đảm bảo

độ đầm lèn yêu cầu, bảo dưỡng tốt với độ dốc ngang và thoát nước tốt có thể cho cường độ đạt đến hàng nghìn daN/cm2, có thể đáp ứng cho xe hạng trung

đường phủ một lớp bụi đỏ dày đặc trên cây cối, nhà cửa, còn về mùa mưa thì

có nhiều đoạn bị sói lở, trơn trượt rất nguy hiểm cho giao thông trên đường

Việc nghiên cứu khắc phục những nhược điểm như trên nhằm cải biến CPSO thành loại vật liệu chất lượng hơn trong xây dựng đường ô tô như đề cập trên đây là nhiệm vụ rất có giá trị và thực tế, công việc này cũng đã được nghiên cứu và thực hiện ở nhiều nước trên thế giới, từ các biện pháp gia cố

đơn giản đến các biện pháp kỹ thuật với các loại phụ gia chính như vôi hoặc xi măng, nhựa lỏng, hắc ín, nhũ tương nhựa, hoặc chất conét vv Gần đây tác giả PGS TS Trần Tuấn Hiệp đã chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ với sự tham gia thực hiện của nhiều kỹ sư, thạc sĩ chuyên ngành trong đề tài

"Nghiên cứu giải pháp công nghệ gia cố tổng hợp cấp phối sỏi đỏ bằng nhũ tương nhựa và xi măng làm móng mặt đường ô tô" Đây là đề tài mang tính tổng quan về vật liệu cấp phối sỏi đỏ, có thể làm cẩm nang cho nghiên cứu cụ thể việc gia cố CPSO ở từng địa phương, đề tài được tiến hành từ lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trên một số tỉnh thành và đã thử nghiệm thành công ở công trình Đường vào khu dân cư Văn Thánh Trong điều kiện công tác tại Sở

GTVT tỉnh Hà Tây, với tinh thần học tập nghiên cứu cùng yêu cầu cụ thể trong khoá đào tạo cao học K10, tôi đã được thày giáo PGS TS Trần Tuấn Hiệp tận tình hướng dẫn để thực hiện hoàn thành đề tài luận án thạc sĩ

"Nghiên cứu gia cố tổng hợp cấp phối sỏi ong tỉnh Hà Tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa trong xây dựng đường ô tô"

I.2 tổ chức nghiên cứu

Các nghiên cứu từ trước nhằm vào chủ thể là loại vật liệu đất thông dụng và gia cố một chất phụ gia chủ yếu như các loại: Đất gia cố vôi, đất gia

cố xi măng, đất gia cố nhũ tương, nhựa lỏng, chất conét vv và được lập thành quy trình cho các tiêu chuẩn xây dựng của ngành Giao thông hoặc ngành xây dựng Trong luận án này tôi đề cập nghiên cứu giải pháp gia cố tổng hợp loại vật liệu có tính chất điển hình là cấp phối sỏi ong của tỉnh Hà Tây, với hai loại chất phụ gia tổng hợp để gia cố là xi măng và nhũ tương nhựa Trên thực tế tại tỉnh Hà Tây thì vật liệu CPSO có trữ lượng lớn, với các tính chất cơ lý phù hợp cho việc xây dựng nền, móng, mặt đường với cường độ khá cao, thể hiện ở việc hầu hết các công trình giao thông trong tỉnh đều có sử dụng chủng loại vật liệu này, và sử dụng với một khối lượng rất lớn, còn loại chất phụ gia gia

cố là xi măng và nhũ tương nhựa đường thì có thể nói đây là các ngành công nghiệp sản xuất vật liệu đã và đang phát triển không ngừng từ hàng vài thập

kỷ nay, có thể cung cấp với mức độ đáp ứng thoả mãn nhu cầu sử dụng cho ngành xây dựng công trình nói chung, các nhà máy xi măng mọc lên không ngừng, các trung tâm, các xưởng sản xuất hay các trạm sản xuất nhũ tương nhựa cũng mọc lên ở hầu hết các khu vực mà nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông nóng bỏng

Việc nghiên cứu gia cố tổng hợp CPSO tỉnh Hà Tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa ứng dụng cho xây dựng đường ô tô trong luận văn này được tiến hành từ việc nghiên cứu lý thuyết tính chất ưu việt của các loại vật liệu kết dính là nhũ tương nhựa và xi măng, nhằm tổng hợp tính năng để cải biến vật liệu CPSO tại tỉnh Hà Tây cho xây dựng đường ô tô, đưa loại vật liệu này lên tầm cao hơn trong xây dựng đường Tiếp theo việc thực hiện nghiên cứu là thí nghiệm khối lượng 540 mẫu CPSO với hàm lượng chất gia cố nhũ tương nhựa thay đổi liên tục từ 0%, 1%, 2% đến 8%, xi măng theo tỉ lệ: 0%, 3%, 4%, 5%

và 6% trong hai điều kiện làm việc đặc trưng của nền đường là ở trạng thái khô ráo và ở trạng thái ngâm bão hoà nước Việc thí nghiệm được sự giúp đỡ nhiệt tình đầy tính sáng tạo của trưởng phòng thí nghiệm LAS - XD 301 cùng tập thể các thí nghiệm viên của phòng trong điều kiện hiện có của phòng thí nghiệm thuộc Công ty Cổ phần Tư vấn XDGT Hà Tây

Việc tiến hành thử nghiệm ngoài thực địa còn thủ công, hạn chế, nhưng tôi đã trực tiếp tiến hành trên một diện tích nhỏ của tuyến đường thị trấn Kim Bài thuộc huyện Thanh Oai - tỉnh Hà Tây, từ thực tế công việc tôi rút ra được những thuận lợi cùng khó khăn cụ thể trong công nghệ gia cố tổng hợp CPSO,

và cũng từ đó mạnh dạn đề xuất ra những ý kiến về công nghệ cho giải pháp gia cố tổng hợp CPSO ở trên

i.3 báo cáo khoa học của luận án

Báo cáo khoa học của luận án được thể hiện qua 2 phần:

Phần I

Nội dung của báo cáo

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Cấp phối sỏi ong ở tỉnh Hà Tây, đặc điểm phân bố và sử dụng

I Sự phân bố các mỏ CPSO ở tỉnh Hà Tây và một số tỉnh lân cận

II Đặc tính vật liệu CPSO ở tỉnh Hà Tây

III Tình hình sử dụng CPSO trong xây dựng đường ở tỉnh Hà Tây

và một số tỉnh lân cận

Chương 3: Thực nghiệm trong phòng về gia cố tổng hợp CPSO tỉnh

Hà Tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa

I Các giải pháp kỹ thuật để gia cố CPSO

II Cơ sở lý luận và thực tiễn của giải pháp gia cố tổng hợp CPSO bằng xi măng và nhũ tương nhựa

III Thí nghiệm trong phòng gia cố tổng hợp CPSO tỉnh Hà Tây bằng

xi măng và nhũ tương nhựa

Chương 4: Thực nghiệm hiện trường

I Công tác chuẩn bị

II Bố trí hiện trường thử nghiệm

III Thi công thử nghiệm

IV Kiểm tra kết quả thí nghiệm

V Nhận xét

Chương 5: Hướng dẫn công nghệ thi công mặt đường CPSO gia cố tổng hợp xi măng và nhũ tương nhựa trong xây dựng đường ô tô

I Chuẩn bị mặt bằng thi công

II Chuẩn bị vật liệu

III Thiết bị thi công

IV Quá trình công nghệ thi công

V Kiểm tra và nghiệm thu

Phụ lục 3: Hồ sơ thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của CPSO

tỉnh Hà Tây và giá trị dự toán một số loại mặt đường

Chương II Cấp phối sỏi ong ở tỉnh Hà Tây,

đặc điểm phân bố và Sử dụng

II.1 sự phân bố các mỏ cpso ở tỉnh hà tây:

Trên địa bàn tỉnh Hà Tây có thể nói ở đâu có núi đồi là ở đó có cấp phối sỏi ong (Laterite), các mỏ vật liệu CPSO phân bố ở hầu hết các huyện thị ở các vùng đồi núi như Ba Vì, Sơn Tây, Quốc Oai, Mỹ Đức, Chương Mỹ vv Nói chung việc phân bố trên hầu khắp các huyện thị và với trữ lượng lớn thì CPSO rất thuận lợi cho việc khai thác sử dụng cho các công trình giao thông đường

bộ Liệt kê tên một số mỏ CPSO có thể nêu ra như sau: Các mỏ Quy Mông, Ba Trại, Trung Hà, Trường Kỹ thuật Công binh 506 vv thuộc huyện Ba Vì, các

mỏ Sơn Đông, Trạch Mỹ Lộc, Vị Thuỷ, vv thuộc thị xã Sơn Tây, mỏ Thạch Hoà-Cần Kiệm thuộc huyện Thạch Thất, các mỏ Phú Mãn, Hoà Thạch huyện Quốc Oai, các mỏ Đồng Ké, Đồng Sương, Miếu Môn huyện Chương Mỹ, các

mỏ An Tiến, Quan Sơn huyện Mỹ Đức vv Một số hình ảnh về các mỏ trong quá trình nghiên cứu gia cố tổng hợp CPSO tỉnh Hà Tây như ảnh chụp dưới

đây:

Hình ảnh mỏ Trạch Mỹ Lộc thuộc TX Sơn Tây đang khai thác cho các công trình: Đường Hồ Chí Minh đoạn Km13 - KM23 (thuộc địa phận tỉnh Hà Tây), đường TL84, đường QL21A vv Mỏ nằm lộ thiên cả một khu vực lớn

Hình ảnh mỏ Sơn Đông nằm ở ven QL21A thuộc TX Sơn Tây đã khai thác thành vỉa quả đồi

Hình ảnh mỏ Vị Thuỷ thuộc TX Sơn Tây đã khai thác có thể xem như là cả quả đồi lớn

Hình ảnh mỏ Quy Mông thuộc huyện Ba Vì với vật liệu CPSO rất giầu

ôxit sắt

II.2 Đặc tính vật liệu CPSO của tỉnh Hà Tây

Thành phần cấp phối nằm trong vùng khá gần với cấp phối ưu tiên, cụ thể như bảng dưới đây (mắt sàng tính bằng mm):

Điều kiện khai thác các mỏ CPSO tỉnh Hà Tây là khá thuận lợi, tầng cấp phối nằm gần trên mặt đất, dễ dàng khai thác lộ thiên và tuỳ vào năng lực thiết bị, phương tiện của đơn vị, có thể dùng máy ủi, máy xúc, băng chuyền vv tuy nhiên việc khai thác chưa được quy hoạch thống nhất và chưa được cơ giới hoá đồng bộ Giá thành 1m3 CPSO dao động từ 15000 - 25000đ/m3 tuỳ thuộc cự li vận chuyển Mặt khác các mỏ nằm rải rác trên các địa bàn trong tỉnh nên phù hợp với nhu cầu vận chuyển đến chân công trình cho các đơn vị thi công

II.3 tình hình sử dụng cpso trong xây dựng đường ô tô ở tỉnh

hà tây

ở tỉnh Hà Tây CPSO có thể nói là được sử dụng trên hầu hết các tuyến

đường tỉnh, đường Quốc lộ để làm móng, nền đường cho các đường cấp cao, mặt đường cho các đường cấp thấp như đường ở nông thôn, đường liên huyện, liên xã

Hệ thống đường bộ tỉnh Hà Tây theo thống kê của Sở GTVT (báo cáo công tác quản lý số liệu cầu đường địa phương theo định kỳ hàng năm), tính

đến ngày 12/1/2005 thể hiện như bảng sau:

Tên đường Chiều dài

(km)

Cấp

đường

Kết cấu mặt đường BTN, BTXM,

Chương III Thực nghiệm trong phòng về gia cố tổng hợp cpso tỉnh hà tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa

III.1 các giải pháp kỹ thuật để gia cố CPSO

Cấp phối sỏi ong có hàm lượng sét từ 5 - 15%, thành phần đất dính trong CPSO là một hệ đa khoáng rất phức tạp, bản chất hoá keo của các hạt mịn phân tán trong cấp phối khác nhau là rất khác nhau Các hạt sét - keo liên kết các hạt cốt liệu lớn trong đất lại với nhau như dạng hệ thống nhiều pha, dạng liên kết này có thể gọi là Sol hoặc Gen, hệ thống nhiều pha đạt được bằng cách phân tán một chất được gọi là pha phân tán, pha phân tán này được phân tán trong một chất khác được gọi là môi trường phân tán Kích thước các hạt của pha phân tán nằm trong khoảng 10-7 - 10-5cm Hệ thống keo có các chất rắn phân tán trong một chất lỏng gọi là Sol, có chất lỏng phân tán trong một chất rắn gọi là Gel, hệ thống keo của CPSO là rất gần với Gel và nói chung nó có một ngưỡng độ chảy, vì vậy có độ đàn hồi và độ cứng Trong hệ thống keo các hạt của pha phân tán nhỏ, chúng có tỉ diện lớn nên không bị lắng đọng trong trường hấp dẫn

Dùng các hình thức khác nhau như sử dụng phụ gia liên kết, dùng các biện pháp hoá lý, nhằm thay đổi cơ bản tính chất cơ học và cấu tạo của đất

được gọi là biện pháp gia cố đất Việc gia cố đất chính là việc tác động lên hệ sét - keo, làm tính chất cơ lý của nó tốt hơn, ổn dịnh hơn Công tác gia cố đất chịu chi phối trực tiếp bởi hai yếu tố là thành phần cấp phối đất cũng như thành phần chất liên kết để gia cố và tác dụng cơ học, lý học thực hiện trong trong quá trình gia cố đất, trong đó thành phần cấp phối đất có tính chất cố

định, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả gia cố đất, còn yếu tố cơ học, lý học có tính chất động, tạm thời, nó có thể đẩy mạnh hoặc làm yếu các quá trình cấu trúc hoá trong vật liệu được gia cố

Việc gia cố CPSO như phân tích ở trên thì thành phần cấp phối là cố

định, đã được lựa chọn cho thích hợp, còn quá trình tác động cơ học, lý học chính là công nghệ gia cố CPSO, công nghệ này là một quá trình liên hợp tuân

thủ quy trình như cơ chế làm nhỏ, tơi đất, cơ chế trộn, tưới ẩm đất, và đặc biệt

là quá trình lu lèn và bảo dưỡng đất Ngoài ra quá trình cũng phải tuân thủ

đúng các yêu cầu về chất liên kết, chất phụ gia để gia cố đó là chất lượng và hàm lượng của chúng

Các quá trình diến biến hoá học và lý học trong đất diễn ra rất phong phú và khác nhau tuỳ thuộc lượng đất dính có trong CPSO, tuỳ thuộc vào thành phần khoáng hoá, thành phần cấp phối hạt của CPSO, và còn tuỳ thuộc tính chất và chủng loại của các chất phụ gia liên kết Các quá trình chủ yếu có thể kể đến như sau:

- Quá trình hoá học: Đối với phụ gia xi măng thì diễn ra sự hidrat hoá các hạt xi măng, sự hoá cứng các sản phẩm của sự hidrat hoá, sự hoá cứng của các chất mới tạo ra do sự tương tác hoá học với phần tử hạt mịn phân tán của

đất, sự trùng hợp hay sự trùng ngưng của các chất tổng hợp, sự tương tác hoá học với các chất hoạt tính khác nhau như nhũ tương nhựa với các thành phần hạt trong đất tạo nên các liên kết bề mặt mới

- Quá trình hoá lý: Sự hấp thụ hay sự trao đổi các sản phẩm của sự thuỷ phân và hydrat hoá xi măng của các hạt mịn phân tán trong đất hay của các ion với nhau, hoặc giữa các phân tử và các ion, tất cả các hiện tượng trên tạo nên liên kết hay tạo nên cơ chế của các hệ thống keo Sự hút và sự đẩy kết hợp, sự hấp thụ, chuyển động Brown (chuyển động hỗn độn), các lực đẩy, lực Van déc van (giữa các phân tử trung tính), lực Culông vv Là diễn biến của quá trình hoá lý trong đất gia cố

- Quá trình lý hoá và cơ học: Việc làm nhỏ, tơi và trộn lẫn các kết thể

đất với các loại chất liên kết hay phụ gia gia cố chẳng hạn như vôi, xi măng, nhựa lỏng, nhũ tương nhựa, chất cô nét, compacto vv cùng với công tác tưới

đủ độ ẩm cho đất, đầm lèn đất, bảo dưỡng đất trong điều kiện thích hợp (về độ

ẩm và nhiệt độ), làm cho đất đạt độ chặt, độ ổn định liên kết, bền vững cường

độ, đó là các diễn biến của quá trình lý hoá và cơ học của đất gia cố

Các quá trình kể trên có liên quan chặt chẽ với nhau, chúng thường xảy

ra xen kẽ hoặc nối tiếp nhau Hiểu rõ các quá trình và phát huy mặt có lợi của các quá trình đó, phối hợp tốt chúng lại với nhau sẽ tạo điều kiện cho đất gia

cố trở thành loại vật liệu có tính toàn khối, có cường độ cao và độ ổn định với các tác động của môi trường

III.2 cơ sở lý luận thực tiễn của giải pháp gia cố CPSO bằng xi măng và nhũ tương nhựa trong xây dựng đường ô tô

Khi gia cố tổng hợp CPSO bằng xi măng và nhũ tương, trong đất đồng thời sẽ xảy ra các quá trình hỗ trợ nhau: Do tiến hành pha nhũ tương vào cùng nước tưới cho đủ độ ẩm nên có thể nhận thấy các hạt xi măng lấy phần nước từ nhũ tương để hydrát hoá và nhờ điều kiện ẩm đó mà hoá cứng, mặt khác vì nước trong nhũ tương được lấy đi nên nhũ tương được phân tách, tạo thành màng nhựa đường bao bọc các hạt đất Các màng nhựa bao bọc các hạt đất xi măng đã được hydrat hoá làm tăng thêm hiệu quả của quá trình gia cố xi măng, làm tăng khả năng ổn định nước và nhờ màng nhựa bao bọc các hạt đất

mà làm tăng khả năng chống mài mòn, giảm bụi cho mặt đường khi xe chạy

Trường hợp CPSO gia cố riêng nhũ tương lỏng thì hoá ra rất dẻo, dễ hoá mềm ở nhiệt độ trên 400C, do đặc điểm này nên đất gia cố thuần tuý nhũ tương không được dùng làm các lớp móng trên trong kết cấu áo đường, và thực tế ít được sử dụng trong xây dựng đường ô tô Với đất gia cố thuần tuý xi măng thường có cường độ nén lún được cải thiện, lên khá cao nhưng với thành phần cấp phối hạt nhỏ nhiều, modul độ lớn của các hạt to là không đáng kể nên cường độ chống xung kích, chống mài mòn vẫn nhỏ, gây ra lắm bụi nên ít

được dùng trực tiếp làm lớp mặt, mà thông dụng dùng làm lớp móng cho các

áo đường cấp cao

Loại vật liệu CPSO gia cố phối hợp cả xi măng và nhũ tương nhựa đã kết hợp được tính ưu việt của từng loại hình gia cố riêng rẽ, khắc phục được các nhược điểm chính của CPSO nguyên trạng nên có thể nghiên cứu để dùng làm móng hoặc cả mặt đường cho các tuyến đường nông thôn, đường tỉnh,

đường huyện mà có các yêu cầu cụ thể loại áo đường này đáp ứng được, nhằm phát huy sử dụng nguồn CPSO sẵn có để đưa giá thành công trình đường ô tô phù hợp với kinh phí đầu tư

III.2.2 Cơ sở thực tiễn:

Thời điểm hiện nay trên địa bàn tỉnh Hà Tây cũng như trên hầu hết 50 tỉnh thành trong cả nước việc sử dụng CPSO (Laterite) cho xây dựng đường ô tô là rất phổ biến với các mỏ được phân bố rộng rãi, cứ vùng nào có đồi núi hoặc lân cận đồi núi là ở đó có CPSO, mà trữ lượng các mỏ đều rất lớn, lên

đến hàng vạn khối Mặt khác theo bảng thống kê của Sở GTVT (báo cáo công tác quản lý số liệu cầu đường địa phương theo định kỳ hàng năm), tính đến ngày 12/1/2005 như trên thì ở các vùng nông thôn tỷ lệ mặt đường CPSO còn chiếm rất cao, yêu cầu cần thiết phải được xử lý chống trơn lầy về mùa mưa, chống bụi về mùa khô, nắng

Điều kiện trên có thể coi là điều kiện cần, còn việc cung ứng các chủng loại xi măng và nhũ tương nhựa đường trong những năm gần đây của toàn Quốc nói chung, tỉnh Hà Tây nói riêng là rất lớn, các nhà máy sản xuất xi măng và các trạm sản xuất nhũ tương nhựa trên địa bàn tỉnh mọc lên không ngừng Đây là điều kiện đủ để áp dụng công nghệ gia cố CPSO bằng phối hợp cả xi măng và nhũ tương nhựa trong xây dựng đường ô tô Việc tiến hành áp dụng cũng như đổi mới các công nghệ trộn, đầm, gia cố đất trong các công trình xây dựng giao thông hiện nay là rất phát triển, theo hướng hiện đại và hiệu quả

Hội đủ các điều kiện trên đây cho thấy giải pháp gia cố CPSO bằng xi măng và nhũ tương nhựa có đầy đủ cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn để áp dụng

có hiệu quả trong xây dựng đường ô tô

III.3 Thí nghiệm trong phòng gia cố tổng hợp CPSO tỉnh Hà Tây bằng xi măng và nhũ tương nhựa (xác định hàm lượng hợp lý của xi măng và nhũ tương nhựa để gia cố cpso)

III.3.1 Gia cố CPSO lấy tại mỏ Trạch Mỹ Lộc

Trạch Mỹ Lộc là địa bàn thuộc thị xã Sơn Tây, nằm ở vùng giáp ranh khu vực thị xã Sơn Tây với huyện Phúc Thọ - tỉnh Hà Tây, nằm trên QL21A rẽ

đường TL82 đi vào, qua điều tra khảo sát mỏ thấy rằng đây là một mỏ lộ thiên nằm trải dài trên diện rộng ở mặt đất, có thể nói là mỏ này chiếm diện tích như một cánh đồng cấp phối sỏi ong, với độ cao so với mặt đất chỗ cao nhất chỉ khoảng 5m, đồng thời chìm sâu xuống mặt đất hàng trục mét mà chưa hết trữ lượng Tại thời điểm này mỏ đang khai thác với khối lượng rất lớn để đắp nền móng đường, đắp lề đường cho các tuyến đường: Đường Hồ Chí Minh (cả tuyến chính và đường gom), QL21A, TL84, vv Việc lựa chọn mỏ CPSO Trạch Mỹ Lộc trên cơ sở vị trí mỏ gần khu vực Hà Nội, trữ lượng mỏ rất lớn,

mỏ đang được khai thác sử dụng cho một số tuyến đường quan trọng, hình ảnh chụp ngày 25/5/2005 cho thấy mỏ đang dùng máy xúc để khai thác vật liệu với số lượng rất lớn, đơn vị thi công là công ty Quản lý và Sửa chữa đường bộ

II - Hà Tây

Việc lấy mẫu phải tiến hành làm nhiều chuyến xe để vận chuyển về phòng thí nghiệm nên cần lựa chọn mỏ ở vị trí thuận lợi, gần phòng thí nghiệm Las - XD 301 tại thị xã Hà Đông - tỉnh Hà Tây, mặt khác mỏ phải đại diện cho loại CPSO trên địa bàn tỉnh Qua thăm dò, khảo sát và so sánh với nhiều mỏ khác tôi quyết định tổ chức lấy mẫu tại mỏ Trạch Mỹ Lộc, việc tiến hành thí nghiệm trong phòng được thực hiện bởi tập thể cán bộ và thí nghiệm viên của phòng Las-XD 301 thuộc công ty Cổ phần Tư vấn XDGT Hà Tây Việc kiểm tra và hướng dẫn được sự quan tâm của thày giáo hướng dẫn trực tiếp là PGS.TS Trần Tuấn Hiệp cùng thày giáo PGS.TS Nguyễn Huy Thập

III.3.1.1 Mục tiêu thí nghiệm

Đúc mẫu thí nghiệm trong phòng với nhiều tổ hợp mẫu khác nhau khi cho hàm lượng xi măng và nhũ tương nhựa thay đổi để xác định chỉ tiêu cường

độ của đất gia cố và tỉ lệ xi măng cùng với nhũ tương nhựa hợp lý cho giải

pháp gia cố CPSO tỉnh Hà Tây Hàm lượng xi măng cho biến đổi từ 0%, 3, 4,

5 đến 6% (là tỷ lệ theo quy trình quy phạm gia cố đất cùng việc vận dụng kinh nghiệm, tính kinh tế và khái toán công trình đường ô tô), hàm lượng nhũ tương nhựa cho biến đổi liên tục các tỷ lệ từ 0%, 1%, 2%, ., đến 8% (vận dụng khái toán cho xây dựng công trình đường ô tô để lựa chọn tỷ lệ này) Tỷ

lệ xi măng và nhũ tương nhựa để gia cố được tính toán bằng % theo khối lượng khô của mẫu đất

III.3.1.2 Vật liệu thí nghiệm

- Cấp phối sỏi ong:

Lấy tại mỏ Trạch Mỹ Lộc - TX Sơn Tây, tỷ lệ thành phần cấp phối hạt như bảng sau:

- Nhũ tương nhựa: Sử dụng nhũ tương nhựa loại phân tích chậm

CSS-1h, gốc axit, mua tại xí nghiệp nhũ tương nhựa đường Transmeco-Chambard,

địa chỉ: Tam Hiệp, Thanh Trì, Hà Nội có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau:

Độ nhớt Saybolt Furol ở 250C : 22.3 sec

Thí nghiệm sàng : 0.06 %

Độ ổn định lưu kho trong 24h : 0.81 %

Độ kim lún của phần dư ở 250C : 7.6 mm

Độ kéo dài của phần dư ở 250C : > 100 cm

Hoà tan trong Trichlorocthylene : 98.7 %

Thí nghiệm dính bám với đá : Đạt yêu cầu

III.3.1.3 Chế bị và nén mẫu trong phòng thí nghiệm

Mỗi tổ mẫu gồm 3 mẫu, được đúc theo tổ hợp biến đổi tỷ lệ xi măng và nhũ tương nhựa đối với khối lượng đất khô tương ứng: tỷ lệ xi măng biến đổi lấy bằng các giá trị: 0, 3, 4, 5, 6%; tỷ lệ nhũ tương nhựa biến đổi lấy các giá trị bằng: 0, 1, 2, 3, ., 7, 8% Đúc mẫu hình trụ có đường kính D = 10cm, chiều cao h = 7.5cm Mỗi loại mẫu tổ hợp hàm lượng đất, xi măng và nhũ tương nhựa được chế tạo 12 mẫu theo phương pháp khống chế thể tích và khối lượng Tổng số lượng mẫu: 540 mẫu, mẫu đúc xong được bảo dưỡng ở chế độ bão hoà hơi nước trong thời gian lần lượt là 1 ngày tuổi, 7 ngày tuổi, 21 ngày tuổi Riêng loại 7 ngày tuổi được đúc làm 2 tổ mẫu để xác định cường độ của mẫu bão hoà nước và cường độ của mẫu khô

- Tính toán hàm lượng vật liệu để chế tạo mẫu

Khối lượng CPSO khô cho một nhóm 12 mẫu:

588.75cm3 * 12 * 1.864g/cm3 = 13 169.16g (= 13.17kg)

(chú ý khối lượng tăng thêm do độ ẩm tự nhiên của mẫu khi cân)

Khối lượng xi măng theo tỷ lệ %: X = 13.17 * X% (kg) Khối lượng nhũ tương nhựa theo tỷ lệ NT%: NT = 13.17 * NT% (kg) Khối lượng nước thêm vào bằng lượng nước tính toán theo độ ẩm tốt nhất cộng với lượng nước cần cho xi măng thuỷ hoá trừ đi lượng nước của độ

ẩm tự nhiên của đất và lượng nước có trong nhũ tương

Ghi chú: Lượng nước cần thiết cho xi măng thuỷ hoá tính toán theo thí

nghiệm xi măng, lấy bằng 26.4% X (kg)

- Chế tạo mẫu

Căn cứ vào số liệu tính toán, cân lượng đất cần thiết cho từng tổ mẫu gồm 12 mẫu, làm tơi đất, trộn đều đất với xi măng, sau đó cho nhũ tương vào lượng nước cần thiết và khuấy đều (lắc đều bình chứa), sau đó tưới đều khối lượng nước-nhũ tương trên vào hỗn hợp mẫu và trộn đều, tiếp theo là đầm mẫu, tiến hành đầm ngay, quá trình đầm chia làm 3 lớp, mỗi lớp đầm 40 nhát, chiều cao rơi của quả đầm và cân nặng của quả đầm theo tiêu chuẩn Sau mỗi mẫu đầm đem cắt gọt mặt mẫu cho khít chiều cao của khuôn hình trụ, đánh dấu từng tổ mẫu ứng với tổ hợp hàm lượng xi măng và nhũ tương nhựa rồi chuyển vào vị trí bảo dưỡng

- Nén mẫu

Nén mẫu theo nhật trình đúc mẫu và thời gian bảo dưỡng mẫu ở môi trường ẩm theo thời gian quy định: 1 ngày, 7 ngày, 21 ngày, lưu ý khối lượng mẫu ở 7 ngày tuổi có một tổ hợp 135 mẫu đem ngâm bão hoà nước trong 24h,

để khô bề mặt sau 24h rồi đem nén mẫu Máy nén mẫu là máy nén một trục

nở hông tự do Kết quả nén mẫu được thể hiện trên đồ thị vẽ bằng chương trình excel

- Khi tỉ lệ nhũ tương nhựa tăng lên từ 4 đến 8% (ứng với tỷ lệ xi măng 6%) thì cường độ kháng nén của mẫu có xu hướng giữ ở mức từ từ 6.57 đến 10.45 daN/cm2, thấp hơn cường độ ứng với tỷ lệ nhũ tương nhựa 3%, hiện tượng này có thể giải thích ở việc màng nhựa trong nhũ tương bao bọc các hạt cấp phối làm lượng nước trong CPSO chưa thoát hết ra ngoài để vật liệu phát triển độ cứng Như vậy tương ứng với hàm lượng nhũ tương khá cao và hàm lượng xi măng từ 5 đến 6% thì mẫu có cường độ kháng nén giữ ở mức ổn định khá cao, phù hợp với yêu cầu cường độ của vật liệu làm móng, mặt đường ô tô Tuy nhiên cần lưu ý tỉ lệ nhũ tương nhựa cao thì giá thành CPSO gia cố tăng lên