Ảnh hưởng của nồng độ muối đến đặc trưng cơ lý của đất trộn xi măng ở Cần Giờ - TP. Hồ Chí Minh

Bài báo này tiến hành khảo sát ảnh hưởng của độ mặn đến đất trộn xi măng khi gia cố nền trong phương pháp trộn nông ở vùng Cần Giờ. Đây là khu vực có giá trị độ mặn thay đổi, do đó cường độ của mẫu đất trộn xi măng sẽ suy giảm khi nồng độ muối tăng lên.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ MUỐI ĐẾN ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT TRỘN XI MĂNG Ở CẦN GIỜ - TP HỒ CHÍ MINH EFFECT OF SALINITY TO GEOTECHNICAL PROPERTIES OF SOIL CEMENT IN CAN GIO - HO CHI MINH CITY TS Đỗ Thanh Hải Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM TÓM TẮT Bài báo tiến hành khảo sát ảnh hưởng độ mặn đến đất trộn xi măng gia cố phương pháp trộn nơng vùng Cần Giờ Đây khu vực có giá trị độ mặn thay đổi, cường độ mẫu đất trộn xi măng suy giảm nồng độ muối tăng lên Hai giá trị độ mặn tự nhiên đất (Sa = 4,24%) độ mặn tối đa (Sa = 10,8%) tăng lên thí nghiệm tăng mặn phịng Các thí nghiệm thực nén đơn, cắt trực tiếp nén cố kết Kết ứng với hàm lượng xi măng 10%, độ ẩm hỗn hợp đất sau trộn 90% sức chống cắt đất có Sa = 4,24% lớn đất có Sa = 10,8% Chỉ số nén Cc, số nở Cs hai loại đất trộn không thay đổi nhiều từ ngày tuổi Cường độ nén đơn đất có Sa = 4,24% lớn đất có Sa = 10,8% Các tương quan sức chống cắt theo thời gian bảo dưỡng, sức chống cắt, cường độ nén đơn theo thời gian bảo dưỡng module E50 nghiên cứu ABSTRACT This paper surveys the technical specification of cement treated soft clay to reinforce soft clay with the depth from 9m to 19m in Can Gio It is noticed that the physical and mechanical properties of soil-cement in saline soil revealed lower value than expected The author examine two cases : the natural salinity of soil (Sa = 4.24%) and the maximum salinity (Sa = 10.8%) found by experimenting incresed salinity in the laboratory The experiments were conducted as unconfined compressive strength test, direct shear test, oedometer consolidation test It is indicated that with the same cement content of 10%, the moisture content of soil-cement after mixing was 90%, the shear strength of the soil-cement with Sa = 4.24% higher than the soil-cement with Sa = 10.8% Unconfined compressive strength of the soil-cement with Sa = 4.24% higher than the soil-cement with Sa = 10.8% Compression index and swelling index in oedometer test of specimen at days curing time were almost unchanged The relationship between the shear strength with the curing time and the shear strength, unconfined compressive strength with the curing time and module E50 also given through this investigation ĐẶT VẤN ĐỀ Các giải pháp xử lý đất trộn xi măng phương pháp ổn định toàn khối (trộn nông) đạt nhiều ứng dụng tốt cho việc xử lý lún đường, đê, đập Phương 352 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 pháp làm gia tăng khả chịu tải đất rút ngắn thời gian thi cơng Do cơng nghệ thích hợp để áp dụng Cần Giờ Tuy nhiên, khu vực nằm lớp bùn sét yếu hữu dày 20 m có chứa hàm lượng muối định, với việc trộn vữa xi măng vào đất nồng độ muối gây ảnh hưởng tới hình thành cấu trúc cường độ đất trộn xi măng Đất sét yếu chứa muối khơng có đặc tính chung đất sét yếu thơng thường mà cịn chứa hàm lượng cao ion Mg2+, Cl-, SO42- , ion gây nên ảnh hưởng làm giảm cường độ đất trộn xi măng (Xing et al., 2009 [14]) Theo nghiên cứu Xing ion Cl- ảnh hưởng lên cường độ đất trộn xi măng thời gian ngắn gây ảnh hưởng lớn nhất, ion Mg2+ có ảnh hưởng lên cường độ ban đầu gây ảnh hưởng lớn lâu dài ion SO42gây ảnh hưởng lâu dài gây ảnh hưởng so với hai ion Mg2+ ion Cl- Việc phân tích đánh giá ảnh hưởng nồng độ muối lên cường độ đất trộn xi măng khu vực Cần Giờ giúp nhà thiết kế đánh giá cường độ đất trộn xi măng theo thời gian, qua đưa thiết kế xác Ngồi cịn giúp nhà thiết kế lựa chọn phụ gia đưa vào vữa xi măng phù hợp để đảm bảo cường độ đất trộn xi măng tránh ăn mịn theo thời gian TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Các mẫu đất lấy độ sâu từ 1,5 đến 3,0 khu vực gần biển Cần Giờ tiến hành thí nghiệm đo độ mặn Độ mặn lớn tìm 8,48 g/l (Sa = 4,24%) độ sâu 15,5 m - 16,5 m Độ mặn nước biển Cần Giờ đo đươc 25 g/l , thêm muối ăn vào cho độ mặn nước biển tăng thêm gấp lần, tức 125 g/l Đo độ mặn thường xuyên theo thời gian, độ mặn nước ngâm mẫu giảm chứng tỏ đất hấp thu thêm mặn Độ mặn nước ngâm mẫu không giảm thêm đồng nghĩa với đất không mặn thêm được, sau 27 ngày lấy mẫu đất sau thí nghiệm đem sấy khơ đo lại độ mặn Độ mặn đo 21,55 g/l Độ mặn đất tăng lên từ 8,48 g/l (4,24%) thành 21,55 g/l (10,8%) tức tăng thêm 13,07 g/l ( 6,56%) Đất trước đem trộn biết trước độ mặn, tính tốn lượng muối cần thêm vào để hỗn hợp có độ mặn 21,55 g/l (10,8%) Các mẫu thí nghiệm với hàm lượng xi măng 10% bảo dưỡng điều kiện tự nhiên, đến ngày tuổi mang làm thí nghiệm cắt trực tiếp nén đơn Mẫu thí nghiệm đem thí nghiệm cắt trực tiếp phương pháp cắt nhanh, ứng với thời điểm bảo dưỡng 3, 10 ngày Mẫu có độ mặn tự nhiên 4.24% (gọi mẫu XMD TN) Mẫu có độ mặn lớn 10,8% (gọi mẫu XMD TM) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Thí nghiệm nén đơn Bảng Tổng hợp lực dính c góc ma sát ϕ từ thí nghiệm cắt trực tiếp Mẫu tự nhiên Mẫu tăng mặn Thời gian bảo dưỡng 10 ngày 10 ngày Lực dính C (kPa) 11,1 13,38 18,67 20,5 26,05 28,12 Góc ma sát φ (độ) 17,09 23,95 33,77 5,85 10,64 16,71 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 353 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Số liệu bảng hình cho thấy ứng suất cắt τ mẫu XMD TN mẫu XMD TM tăng theo thời gian bão dưỡng từ ngày tới 10 ngày mẫu XMD TN tăng mạnh mẫu XMD TM Ngày (TN) Ngày (TN) 10 Ngày (TN) Ngày (TM) Ngày (TM) 10 Ngày (TM) Ngày TN Ngày TN 10 Ngày TN Ngày (TM) Ngày (TM) 10 Ngày (TM) 80 120 60 80 40 τ (kPa) 160 20 τ (kPa) 40 0 20 40 60 80 100 120 140 0 160 20 40 60 σ (kPa) 80 100 120 140 160 σ (kPa) Hình Quan hệ ứng suất cắt τ - áp lực nén σ mẫu XMD TN mẫu XMD TM Sức chống cắt mẫu tăng theo thời gian bảo dưỡng ( – 10 ngày) mẫu XMD TN tăng mạnh mẫu XMD TM 1,5 Mẫu tự nhiên Mẫu tăng mặn φD/φ10= 0,0695.D + 0,2751 R = 0,9664 φ D /φ 10 0,5 φD/φ10 = 0,0917.D+ 0,0509 R = 0,9776 0 Ngày σ (kPa) 12 Hình Biểu đồ quan hệ φD/φ10 theo thời gian bảo dưỡng Hình cho thấy mối quan hệ tỷ số φD/φ10 theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TN mẫu XMD TM, φ10 góc ma sát thời điểm bảo dưỡng ngày thứ 10, φD góc ma sát D ngày bảo dưỡng ϕD = 0,695 × D + 0,2751 (mẫu XMD TN) ϕ10 354 (1) VIEÄN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 ϕD = 0,0917 × D + 0,0509 (mẫu XMD TM ) ϕ10 (2) Dựa vào công thức (1) (2) giới thiệu trên, suy góc ma sát φ thời điểm 10 ngày có C, φ ngày ngược lại 3.2 Thí nghiệm nén đơn Mẫu đất trộn xi măng bảo dưỡng ngày tuổi, sau mang làm thí nghiệm nén đơn Kết cho thấy cường độ nén đơn hai mẫu tăng theo thời gian bảo dưỡng Cùng với việc tăng dần thời gian bảo dưỡng, đường quan hệ ứng suất - biến dạng trở nên dốc hơn, mẫu đất trộn xi măng trở nên cứng Điều có hình thành khống rắn tạo nên cường độ cho mẫu Bảng Bảng tổng hợp cường độ nén đơn module đàn hồi theo theo thời gian Thời gian bảo dưỡng (ngày) 14 21 28 Mẫu TN Cường độ nén đơn qu (kPa) Module E50 (kPa) Mẫu tự nhiên Mẫu tăng mặn Mẫu tự nhiên Mẫu tăng mặn 144,26 101,08 9.000 7.800 205,98 164,24 9.400 8.000 240,38 208,31 11.000 8.700 252,8 237,84 11.500 9.500 Mẫu TM Mẫu TN 12000 250 10000 200 8000 E50 (kPa) 300 qu (kPa) 150 Mẫu TM 6000 100 4000 50 2000 0 10 20 30 Ngày 40 Hình Biểu đổ quan hệ qu theo thời gian mẫu XMD TN mẫu XMD TM 10 20 30 Ngày 40 Hình Biểu đổ quan hệ E50 theo thời gian mẫu XMD TN mẫu XMD TM Bảng hình cho thấy cường độ nén đơn qu mẫu XMD TN mẫu XMD TM tăng mạnh thời điểm bảo dưỡng ngày, thời điểm bảo dưỡng sau tốc độ tăng chậm lại Cường độ nén đơn mẫu XMD TN thời điểm bảo dưỡng khác lớn mẫu XMD TM Điều dễ hiểu mẫu VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 355 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 XMD TN bị nhiễm mặn thêm đồng nghĩa với việc đất hàm lượng ion Cl- tăng thêm đáng kể (dựa theo kết thí nghiệm tăng mặn trình bày phần độ mặn tăng từ 4,24% lên thành 10,8%), gia tăng ion ngăn cản phản ứng tạo CSH CAH làm giảm cường độ mẫu đất trộn xi măng Hình phát triển module E50 theo thời gian bảo dưỡng, giống qu module E50 mẫu XMD TN thời điểm bảo dưỡng khác lớn mẫu XMD TM, ion Cl- làm cho mẫu đất tự nhiên trộn xi măng bị nhiễm mặn “mềm ra” Từ cho thấy kết hợp khoáng CSH, CAH với ettringit cứng so với kết hợp khoáng CSH, CAH canxi clorualuminat 14000 12000 E50 = 47,51.qu 12000 R = 0,7844 8000 8000 E50 (kPa) E50 (kPa) E50 = 45,016.qu 10000 R = 0,941 10000 6000 6000 4000 4000 2000 2000 0 50 100 150 200 qu (kPa) 250 Hình Quan hệ E50 & qu theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TN 300 50 100 150 qu (kPa) 200 250 Hình Quan hệ E50 & qu theo thời gian bảo dưỡng mẫu XMD TM Hình quan hệ module đàn hồi cường độ nén đơn Module đàn hồi có xu hướng tăng cường độ nén đơn tăng Công thức: E50 = 47,51qu (Mẫu XMD TN) (3) E50 = 45,016qu (Mẫu XMD TM) (4) giúp người thiết kết dự đốn module đàn hồi E50 có cường độ nén đơn qu 3.3 Thí nghiệm nén cố kết Mẫu đất trộn xi măng bảo dưỡng ngày tuổi, sau mang làm thí nghiệm nén cố kết Kết thí nghiệm nén cố kết khảo sát giá trị số nén Cc số nở Cs Đối với mẫu đất trộn xi măng, thí nghiệm nén cố kết tiến hành thời điểm bảo dưỡng cho thấy giá trị độ lún cấp tải nhỏ, thời gian đạt độ lún ổn định cấp tải khoảng tiếng Các mẫu đạt thí nghiệm tối đa thời điểm bảo dưỡng 10 ngày cho kết phù hợp Các mẫu thời điểm 14 ngày không xác định đường quan hệ e-logp hợp lý Giá trị hình cho thấy số nén Cc, số nở Cs hai loại đất trộn xi măng không thay đổi nhiều theo thời gian từ ngày đến 10 ngày tuổi cường độ mẫu gần đạt sau trộn ngày tuổi Thêm vào đó, việc tăng mặn không ảnh hưởng nhiều đến số này, q trình nước thí nghiệm nén cố kết khơng cịn xảy lượng nước sử dụng cho trình ninh kết hóa 356 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Mẫu tự nhiên Mẫu tự nhiên Mẫu tăng mặn 0,035 Mẫu tăng mặn 0,52 0,48 0,025 0,44 Cc Cs 0,03 0,02 0,4 0,015 0,36 0,32 0,01 Ngày 10 12 10 12 Ngày Hình Quan hệ Cc Cs theo thời gian bảo dưỡng KẾT LUẬN - Kết thí nghiệm phịng nhằm xác định độ nhiễm mặn lớp đất khảo sát độ sâu nông từ 1,5 đến 3,0 m khu vực Cần Giờ, mẫu đất cố độ mặn tự nhiên lớn 8,48 g/l (Sa = 4,24%) nằm độ sâu 15,5 m – 16,5 m làm thí nghiệm tăng độ mặn (bằng cách ngâm đất vào dung dịch muối ăn), độ mặn tối đa thu sau 27 ngày 21,55 g/l (Sa = 10,8%), tức độ mặn tăng thêm 13,07g/l ( ∆ Sa 6,56%) - Đất lấy đem làm thí nghiệm trộn xi măng bùn sét độ sâu 1,5 m đến 3,0m Sử dụng phương pháp trộn ướt, hàm lượng xi măng 10%, độ ẩm hỗn hợp sau trộn 90% - Tương quan thông số thiết lập quan trọng cần thiết để xác định thơng số đầu vào phân tích thiết kế gia cố đất trộn xi măng - Các giá trị số nén số nở mẫu đất trộn xi măng không bị ảnh hưởng việc tăng mặn, thí nghiệm nén cố kết khơng xét ảnh hưởng nước mẫu LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – Tp.HCM khuôn khổ đề tài mã số T-KTXD-2016-81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Firas A Salman, Dunya K Sabre and Namir K S Al-Saoudi, “Compressibility characteristics of saline soils treated with cement”, International Journal of the Physical Sciences Vol 6(33), pp 7614-7628, December, 2011 [2] H W Xiao and F H Lee, “Curing time effect on behavior of cement treated marine clay”, World academy of science, Engineering and technology 19 2008 [3] Mee-Hoan Ho and Chee-Ming Chan, “Some mechanical properties of cement stabilized Malaysian soft clay”, World academy of science, Engineering and technology 50 2011 VIEÄN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 357 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 [4] Ochepo, J., Stephen O.D and Masbeye, O., “Effect of water cement ratio on cohension and friction angle of expansive black clay of Gombe State, Nigeria”, Department of Civil Engineering, A B U Zaria, Nigeria [5] Suksun Horpibulsk, Runglawan Rachan, Apichat Suddeepong and Avirut Chinkulkijniwat, “Strength development in cement admixed Bangkok clay: Laboratory and field investigations”, Soils and foundations Vol 51, No 2, 239-251, Apr 2011 [6] Suksun Horpibulsk, Worawit Phojan, Apichat Suddeepong, Avirut Chinkulkijniwat, Martin D Liu, “Strength development in blended cement admixed saline clay”, Applied Clay Science 2011 Phản biện: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ 358 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM ... Cl-, SO4 2- , ion gây nên ảnh hưởng làm giảm cường độ đất trộn xi măng (Xing et al., 2009 [14]) Theo nghiên cứu Xing ion Cl- ảnh hưởng lên cường độ đất trộn xi măng thời gian ngắn gây ảnh hưởng. .. có ảnh hưởng lên cường độ ban đầu gây ảnh hưởng lớn lâu dài ion SO42gây ảnh hưởng lâu dài gây ảnh hưởng so với hai ion Mg2+ ion Cl- Việc phân tích đánh giá ảnh hưởng nồng độ muối lên cường độ đất. .. lượng muối định, với việc trộn vữa xi măng vào đất nồng độ muối gây ảnh hưởng tới hình thành cấu trúc cường độ đất trộn xi măng Đất sét yếu chứa muối đặc tính chung đất sét yếu thơng thường mà