Nghiên cứu sử dụng đất bauxite và bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia cố với xi măng và tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông nông thôn vùng cao nguyên việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN NGỌC KIỀU NGA NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐẤT BAUXITE VÀ BÙN THẢI TỪ TUYỂN QUẶNG BAUXITE GIA CỐ VỚI XI MĂNG VÀ TRO BAY ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU LÀM ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN VÙNG CAO NGUYÊN VIỆT NAM Chuyên ngành: VẬT LIỆU & CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 20 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH Cán chấm nhận xét 1: ………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, Ngày … Tháng … Năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày…tháng…năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: TRẦN NGỌC KIỀU NGA Ngày, tháng, năm sinh : 13/06/1985 Chun ngành: VẬT LIỆU & CƠNG NGHỆ VLXD Khóa (năm trúng tuyển): 2009 Phái: Nữ Nơi sinh: TP.HCM MSHV: 09190666 TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu sử dụng đất bauxite bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia cố với xi măng-tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam.” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu làm đường giao thơng nơng thôn từ đất vật liệu phế thải Chương Nghiên cứu sở khoa học gia cố hỗn hợp đất bauxite - bùn thải xi măng tro bay Chương Nghiên cứu tính chất nguyên liệu tro bay, bùn thải đất bauxite Chương Nghiên cứu tính chất lý vật liệu hỗn hợp dựa sở khoa học thực nghiệm phịng thí nghiệm Chương Nghiên cứu quy trình thi công vật liệu làm đường giao thông nông thôn hỗn hợp đất - bùn thải gia cố với xi măng tro bay Kết luận kiến nghị NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng 06 Năm 2010 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 06 Năm 2011 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH Nội dung Luận văn Thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS Nguyễn văn Chánh PGS TS Nguyễn văn Chánh LỜI CẢM ƠN Q trình thực hồn tất luận văn thạc sĩ thời gian học tập nghiên cứu trường đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh tơi giai đoạn quan trọng nghiệp sống Trong suốt chặn đường này, đồng hành với nỗ lực cố gắng thân yêu thương, giúp đỡ tận tình bảo vơ q giá Thầy Cơ, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp Xin bày tỏ trân trọng biết ơn sâu sắc Thầy PGS TS Nguyễn Văn Chánh – giảng viên hướng dẫn luận văn, người dành thời gian tâm huyết truyền đạt kiến thức chun mơn để luận văn hồn thành cách trọn vẹn Xin gửi lời cảm ơn hợp tác giúp đỡ phịng thí nghiệm chun ngành q trình thực luận văn: Phịng thí nghiệm Vật Liệu Xây Dựng, Phịng thí nghiệm Đường Ô Tô – Bộ môn Cầu Đường Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Phịng thí nghiệm Vật liệu Polime – Phịng thí nghiệm trọng điểm Đại học Quốc gia Tp.HCM, Phịng phân tích kính hiển vi điện tử qt – Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Tp.HCM, Phịng thí nghiệm cơng ty kiểm định Sài Gịn Một lần nữa, muốn bày tỏ cảm mến trân trọng dành cho Thầy Cô, bạn sinh viên môn vật liệu xây dựng, với bạn bè, đồng nghiệp gia đình Xin biết ơn tất tạo niềm tin hỗ trợ nhiệt tình suốt thời gian dài thực luận văn Trân Trọng, TP HCM, Ngày 30 Tháng 06 Năm 2011 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga -i- TÓM TẮT Vật liệu làm đường từ hỗn hợp đất bauxite - bùn thải, kết hợp với xi măng, tro bay nghiên cứu dựa sở lý thuyết gia cố ổn định đất Quá trình nghiên cứu thực nghiệm luận văn dựa hai phương pháp nghiên cứu chủ yếu: phương pháp nghiên cứu tính chất lý phịng thí nghiệm phương pháp nghiên cứu cấu trúc nhằm xác định tính chất nguyên liệu đặc trưng kỹ thuật vật liệu Thí nghiệm tiến hành mẫu thử chế tạo với tỷ lệ tro bay, xi măng, đất bauxite bùn thải khác nhau, để đến kết luận khả ứng dụng làm đường vật liệu Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu kết luận ảnh hưởng hàm lượng nguyên liệu thành phần đến tính chất lý vật liệu là: cường độ chịu nén, hệ số mềm hóa, cường độ ép chẻ, module đàn hồi v.v điều kiện dưỡng hộ Mẫu thử tạo hình theo phương pháp đầm nén proctor cải tiến dưỡng hộ điều kiện phịng thí nghiệm Bên cạnh đó, thí nghiệm số cấp phối đạt yêu cầu kỹ thuật nhằm xác định thông số thiết kế vật liệu như: số CBR, độ chảy rửa kiềm tiến hành Từ kết thực nghiệm, tác giả đến kết luận khả làm thay đổi tính dẻo độ trương nở đất tro bay, đồng thời nhận thấy cấp phối sử dụng 40% bùn thải thay đất bauxite gia cố với 12% tro bay 8% xi măng có đặc trưng độ bền khả đầm chặt cao, đưa vào sử dụng lượng lớn bùn thải LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - ii - ABSTRACT Road construction material made from a mixture of bauxite soil - mud, combined with cement, fly ash was studied based on the theory of soil stabilization Empirical process of this thesis is based on two main research methods: research methods of physical properties in the laboratory and research methods to identify structural properties of materials and technical characteristics of the material Experiments conducted on samples made with the percentage of fly ash, cement, soil and mud bauxite different, to come to the conclusion about the applicability of road construction materials In this thesis, the author focus on research and concluded from the effects of ingredients to the mechanical properties of materials such as compressive strength, water resistance factor, splitting tensile strength, modulus of elasticity etc, in the same curing conditions The sample is formed by the method of Proctor compaction and curing improvements in the conditions of the laboratory In addition, experiments on satisfactory mixture in order to determine the design parameters of materials such as California Bearing Ratio test (CBR), leach rate were also conducted From the experimental results, the authors concluded the ability to alter the soil plasticity and soil swell potentiality of fly ash, also found that the mixture use 40% bauxite residue mud reinforced with 12%, fly ash and 8% cement shows high durability and high compaction capabilities, moreover, it shows ability to reuse a large amount of waste mud LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - iii - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần khoáng vật Bauxite 19 Bảng 2.2: Thành phần hóa học Bauxite khu vực cao nguyên Việt Nam 20 Bảng 2.3: Thành phần hóa học phân loại tro bay 28 Bảng 2.4: Thành phần hóa học tiêu biểu loại tro bay xi măng 37 Bảng 3.1: Các tiêu thí nghiệm xi măng PCB40 Holcim 43 Bảng 3.2: Tính chất lý tro bay 43 Bảng 3.2: Thành phần hóa học tro bay theo phương pháp XRF 44 Bảng 3.4: Kết giới hạn Atterberg đất bauxite 45 Bảng 3.5: Kết thí nghiệm độ trương nở đất Bauxite 46 Bảng 3.6: Thành phần hạt đất Bauxite 47 Bảng 3.7: Thành phần hóa đất bauxite 47 Bảng 3.8: Kết quan hệ độ ẩm dung trọng khô đất bauxite 49 Bảng 3.9: Thành phần hạt đất bùn thải 50 Bảng 3.10: Thành phần hóa bùn thải 51 Bảng 3.11: Bảng cấp phối khảo sát 53 Bảng 4.1: Kết thí nghiệm thành phần hạt .56 Bảng 4.2: Kết thí nghiệm số dẻo 57 Bảng 4.3: Kết thí nghiệm độ trương nở 59 Bảng 4.4: Kết dung trọng khô vật liệu: .61 Bảng 4.5: Kết thí nghiệm cường độ chịu nén 65 Bảng 4.6: Kết thí nghiệm cường độ chịu nén 68 Bảng 4.7: Kết thí nghiệm cường độ chịu nén 70 Bảng 4.8: Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ 71 Bảng 4.9: Kết thí nghiệm độ hút nước 73 Bảng 4.10: Kết thí nghiệm hệ số mềm hóa vật liệu 74 Bảng 4.11: Kết thí nghiệm module đàn hồi .78 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - iv - Bảng 4.12: Số liệu kết thí nghiệm độ chảy rửa kiềm .80 Bảng 4.13: Kết thí nghiệm CBR 89 Bảng 5.1: Yêu cầu kỹ thuật nước….…………………………………………100 Bảng 5.2: Thiết bị thi công……………………………………………………… 101 Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật số loại lu tham khảo…………… ……… 106 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Vị trí địa lý Tây Nguyên Việt nam……………………………………….1 Hình 1.2: Nhu cầu phát triển giao thơng nơng thơn vùng cao ngun…………… Hình 1.3: Tình trạng giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt nam……………3 Hình 1.4: Sự phân bố trữ lượng Bauxite Việt Nam………………………………4 Hình 1.5: Cơng nghệ khai thác chế biến Bauxite……………………………… Hình 1.6: Tro bay với trữ lượng lớn thải mơi trường…………………6 Hình 1.7: Tro bay sử dụng để xây dựng mặt đường Australia…………… Hình 1.8: Thi cơng gia cố đất tro bay………………………………………….8 Hình 1.9: Kết gia cố đất tro bay…………………………………………11 Hình 1.10: Biểu đồ biến dạng nén mẫu gia cố phế thải……………… .12 Hình 2.1: Tam giác cấu thành loại trầm tích tiêu biểu 15 Hinh 2.2: Mặt cắt địa chất điển hình 17 Hình 2.3: Trạng thái vật lý tro bay 26 Hình 2.4: Phân tích SEM hình thể dạng cầu tro bay 27 Hinh 2.5: Khả trương nở khoáng sét đất gặp nước 32 Hình 2.6: Sự kết tinh ximăng Portland 35 Hình 2.8: Đường cong đầm nén tiêu biểu theo phương pháp 39 Hình 2.9: Quan hệ độ ẩm dung trọng cho thấy gia tăng 40 Hình 2.10: Ảnh hưởng công đầm đến kết cấu đất 41 Hình 2.11: Sự thay đổi khả nén theo độ ẩm tạo mẫu 42 Hình 3.1: Thành phần hạt theo phương pháp laser tro bay 44 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga -v- Hình3.2: Kết phân tích nhiễu xạ X-ray tro bay 44 Hình 3.3: Đường cong cấp phối hạt đất Bauxite 47 Hình 3.4: Biểu đồ nhiễu xạ X-ray đất bauxite 48 Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ độ ẩm dung trọng khơ đất bauxite 50 Hình 3.6: Đường cong cấp phối hạt bùn thải 51 Hình 3.7: Biểu đồ nhiễu xạ X-ray bùn thải 51 Hình 3.8: Lược đồ tóm tắt sở phối trộn……………………….………….…… 54 Hình 4.1: Biểu đồ phân tích thành phần hạt hỗn hợp Đất Bauxite – Bùn thải 55 Hình 4.2: Ảnh hưởng thành phần đến số dẻo .58 Hình 4.3: Độ trương nở vật liệu .59 Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ dung trọng khô – độ ẩm .63 Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ dung trọng khô – độ ẩm .63 Hình 4.6: Ảnh hưởng tỷ lệ CKD: (đất-bùn)………………………………… 63 Hình 4.7: Ảnh hưởng tỷ lệ Đ:B .64 Hình 4.8: Ảnh hưởng tỷ lệ XM: TB đến dung trọng khơ vật liệu .64 Hình 4.9: Biểu đồ thể mối quan hệ tỷ lệ XM: TB cường độ chịu nén .66 Hình 4.10: Thí nghiệm nén mẫu vật liệu 67 Hình 4.11: Ảnh hưởng tỷ lệ Đ:B đến cường độ vật liệu 69 Hình 4.12: Sự phát triển cường độ theo thời gian 71 Hình 4.14: Ảnh hưởng tỷ lệ XM:TB……………………………….……… 71 Hình 4.15: Ảnh hưởng tỷ lệ Đất:Bùn .72 Hình 4.16: Ảnh hưởng tỷ lệ XM:TB………………………………………… 73 Hình 4.17: Ảnh hưởng tỷ lệ Đất:Bùn .73 Hình 4.18: Ảnh hưởng tỷ lệ XM:TB đến hệ số mềm hóa vật liệu 76 Hình 4.19: Ảnh hưởng tỷ lệ Đ:B đến hệ số Km vật liệu 77 Hình 4.20: Làm phẳng mặt mẫu đo kích thước mẫu 77 Hình 4.21: Thí nghiệm xác định Module đàn hồi 78 Hình 4.22: Ảnh hưởng hàm lượng tro bay module đàn hồi 79 Hình 4.23: Ảnh hưởng tỷ lệ Đ:B module đàn hồi 80 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - vi - Hình 4.24: Thí nghiệm xác định độ chảy rửa kiềm 81 Hình 4.25: Kết thí nghiệm độ chảy rửa vật liệu .82 Hình 4.26: Chuẩn bị khn thí nghiệm CBR………………………………………87 Hình 4.27: Dụng cụ thí nghiệm CBR………………………………………………87 Hình 4.28: Lấy mẫu thí nghiệm CBR 86 Hình 4.29: Tạo mẫu thí nghiệm CBR 87 Hình 4.30: Biểu đồ kết theo dõi độ trương nở mẫu đầm 88 Hình 4.31: Đo độ trương nở mẫu 88 Hình 4.32: Biểu đồ quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún 90 Hình 4.33: Biểu đồ quan hệ CBR- độ chặt K 91 Hình 4.34: Nén mẫu thử CBR 91 Hình 4.35: Mẫu thử 8%XM – 12%TB – 40%Đ – 40%B 93 Hình 4.36: Mẫu thử 8%XM – 12%TB – 80%Đ .94 Hình 5.1: Sơ đồ cấp thiết kế đường giao thơng nơng thơn……….……… …….97 Hình 5.2: Sơ đồ tầng lớp kết cấu áo đường……………………………… 98 Hình 5.3: Thiết bị cày đât…………………………………………………………102 Hình 5.4: Thiết bị gạt phẳng đât………………………………………………… 102 Hình 5.5: Máy rải xi măng……………………………………………………… 103 Hình 5.6: Trộn vật liệu thiết bị cày trộn…………………………………….103 Hình 5.7: Tưới nước làm ẩm…………………………………………….……… 104 Hình 5.8: Đầm chặt thiết bị lu………………………………………………105 Hình 5.9: Thiết bị lu bánh sắt…………………………………………………… 105 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 101 - Bảng 5.2: Thiết bị thi công STT Công việc Thiết bị Cày đất Máy cày Làm tơi đất Máy phay Rải vật liệu Thiết bị rải Trộn vật liệu Máy trộn Làm ẩm vật liệu Xe tưới nước Sang phẳng Máy san Đầm lèn Lu bánh lốp Lu bánh nhẵn Ngoài cần phải trang bị thêm loại dụng cụ cuốc xẻng, cào, xe cải tiến, ô doa số gỗ gỗ ván vỉ sắt sân bay để làm đoạn nối Thiết bị dụng cụ kiểm tra chất lượng thi công: Chuẩn bị dụng cụ cần thiết để tiến hành khâu kiểm tra chất lượng thi công thước đo ngang; thước đo độ phẳng, phao thử độ chặt độ ẩm, dụng cụ đúc mẫu thí nghiệm c) Kiểm tra số lượng chất lượng vật liệu: để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tiến độ thi công cho đoạn thi công d) Định vị phạm vi thi công: Trên trường phải định rõ phạm vi thi công hoạt động loại công cụ hệ thống cọc mốc quy ước V.2.2.2 Nội dung bước thi công Bước 1: Thi công đường Cơng tác thi cơng hồn thiện đường bao gồm công việc gạt bỏ lớp đất bùn tạp chất bề mặt Nền đường sau gọt bỏ lớp mặt phải đảm bảo có cao độ thiết kế Cao độ thiết kế có tính tốn khấu trừ lớp đất dự kiến cày xới lên để nhào trộn Trong trường hợp thiết kế yêu cầu có lớp hạ bên lớp đất gia cố, cần phải tiến hành lu lèn để đạt độ chặt yêu cầu K = 0.95 trước thi công lớp vật liệu gia cố bên LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 102 - Bước 2: Cày xới đất Trước cày xới, cần phải tính tốn chiều dày lớp đất xới nhằm đảm bảo đủ khối lượng đất nhào trộn yêu cầu cấp phối thiết kế, vào chiều dày cần phải cày xới để xác định thiết bị có lưỡi cày phù hợp Đồng thời, cần phải xác định độ ẩm tự nhiên đất để định công tác hong khô tưới thêm nước cho q trình cày xới Nếu đất q khơ chiều hôm trước nên tưới nước để làm mềm đất cho hơm sau dễ cày, dễ làm tơi bụi Khi đất cày lên có lẫn đất cỡ cần phải loại bỏ ra, trường hợp lượng hạt cỡ ít, dùng tay, có nhiều dùng máy ủi có gắn lưỡi ben phụ đặc biệt để gạt bỏ Bước 3: Làm tơi nhỏ đất Điều khiển máy cày, bừa sơ đồ quy định để đảm bảo cày trộn chiều sâu thiết kế Khi cày bừa lần sau phải cày lấn sang lần trước 20 - 30cm cày từ tim lề ngược lại Có thể gắn thêm dàn bừa móc để sới đất chóng tơi Số lượng cày bừa – lượt/điểm [28] Khi cầy sới làm tơi đất, phải đảm bảo cho hàm lượng đất lớn mm khơng vượt q 25% trọng lượng tồn bộ, loại lớn 10 mm khơng q 10% Để dễ cày xới làm tơi đất khô, nên làm ẩm đất tới độ ẩm 0,3 - 0,4 độ ẩm giới hạn chảy, tới độ ẩm thấp độ ẩm tốt - 4% [28] Trong trường hợp đất có độ ẩm cao độ ẩm tốt phải xáo xới nhiều lần đất tơi vụn chóng khơ Bước 4: San Sau đất vun đạt yêu cầu quy định, dùng máy san san phẳng sơ theo mặt cắt ngang thiết kế Trong bước dùng phay nơng LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 103 - nghiệp để kết hợp làm tơi đất cần phải ý đảm bảo cày đất đến độ sâu thiết kế Bước 5: Rải bùn thải chất kết dính Bùn thải : Trước rải chất kết dính, bùn thải phải rải đổ trước lớp đất cày tơi Bùn đổ thành đống, sau gạt khắp bề mặt thi cơng dùng máy trộn để trộn sơ hỗn hợp đất – bùn Chất kết dính : Chất kết dính bao gồm xi măng, tro bay vận chuyển đến công trường dạng bột, chứa thiết bị rải có định lượng Dùng máy rải phân phối chất kết dính khắp bề rộng chiều dài đoạn gia cố Tốc độ di chuyển máy phải giữ ổn định để lượng chất kết dính phân phối tỷ lệ quy định Nếu khơng có máy rải dùng nhân lực để rải sở tính tốn số lượng chất kết dính cần thiết cho đoạn (hoặc phân đoạn ) thi công, sẵn trước vật liệu hai bên lề chuyển vào mặt đường, dùng san tự hành để gạt cho chất kết dính phủ mặt đường Nguyên liệu chất kết dính, bùn thải đất định lượng rải đổ riêng biệt, nhiên, nhào trộn nguyên vật liệu trước nâng cao hiệu nhào trộn, tăng độ đồng nhất, giảm hao hụt kiểm soát độ ẩm nguyên liệu tốt Q trình trộn ngun liệu tiến hành máy trộn đặt công trường, trường hợp này, hỗn hợp nguyên liệu trộn chung với nước để đạt độ ẩm thiết kế Hỗn hợp vật liệu nhào trộn khơng cịn dấu hiệu thay đổi màu sắc Bước 6: Trộn khô hỗn hợp Việc trộn hỗn hợp nên chia làm giai đoạn : trộn khô trộn ẩm Khi rải trộn hỗn hợp, phải bảo đảm cho LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 104 - chất kết dính phân phối chiều dày lớp đất cần gia cố Hỗn hợp phải trộn sau rải để tránh hút ẩm thất khối lượng gió ngun nhân khác Tuy nhiên, không kéo dài thời gian trộn khơ đặc biệt đất có độ ẩm gần với độ ẩm tốt Trong trường hợp vật liệu rải đổ riêng biệt, sau lần rải loại nguyên liệu cần phải trộn sơ trước tiếp tục rải lớp Hiện nay, dùng máy cày bừa để tiến hành trộn khô hỗn hợp dùng thiết bị nhào trộn Số lần cày trộn khơng quy định, nói chung khoảng – lượt/điểm Bước 7: Làm ẩm hỗn hợp Giai đoạn tưới nước để hỗn hợp đất có độ ẩm thiết kế tiến hành sau trộn khô Sau trộn, thơng thường hỗn hợp có lượng ẩm định, kiểm tra thấy đất chưa đủ độ ẩm phải tưới thêm nước xe tưới nước Khi tưới nước cần điều chỉnh áp lực phun, tốc độ di chuyển xe cho cần tưới lần vừa đủ Nếu lượng nước cần tưới nhiều, tưới lần làm cho phần mặt q ẩm chia làm hai lần sau tưới lần đầu phải cày trộn sơ vài lượt tưới lần hai Do phần lượng nước bị bốc trộn hỗn hợp nên lượng nước cần tưới phải nhiều mức độ yêu cầu độ ẩm hỗn hợp lớn độ ẩm tốt – 3% Lượng nước cần tưới tính tốn theo cấp phối thiết kế Bước 8: Trộn hỗn hợp ẩm Sau tưới nước, dùng máy cày bừa thiết bị trộn tiếp tục trộn hỗn hợp cho ẩm Trong trình cày trộn phải thường xuyên kiểm tra độ ẩm, thấy chỗ chưa đủ nước tưới thêm, chỗ ẩm phải cày sới để làm khô bớt nước Sự đồng hỗn hợp sau trộn kiểm tra cách đào rãnh LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 105 - lỗ để quan sát màu sắc đất Nếu hỗn hợp đất có màu đồng khắp theo chiều cao cơng tác trộn xem đạt yêu cầu Bước 9: Đầm lèn Sau kiểm tra thấy việc trộn hỗn hợp đạt yêu cầu độ ẩm độ theo chiều dày chiều mặt cắt ngang tiến hành đầm lên Ngay sau san rải phải tiến hành đầm lèn vật liệu với độ chặt tối thiểu K > 0,98 theo thí nghiệm đầm nén cải tiến AASHTO T-180 Chỉ tiến hành lu lèn với độ ẩm cấp phối độ ẩm tốt (Wopt) với sai số khoảng cho phép 1% Công tác lu lèn tiến hành theo trình tự sau: lu sơ để lớp kết cấu ổn định, sau lu chặt Trước hết, nên dùng lu bánh lốp lu bánh nhẵn với tốc độ 1,5 – 2,0 km/giờ để lèn sơ – lượt Nếu phát thấy có lồi lõm khơng phải san bù phụ vật liệu đất gia cố, thiết phải cuốc băm lớp đầm lèn lên cho thêm vật liệu vào Tiếp rải lớp vật liệu dùng lu bánh nhẵn lèn đất đạt đến độ chặt thiết kế; nên thay đổi dần loại lu từ nhẹ đến nặng Tốc độ lu cần khống chế không – km/giờ lúc đầu chậm sau tăng dần Vì hỗn hợp đất bauxite – bùn thải gia cố tro bay xi măng nên công tác đầm lèn đến độ chặt yêu cầu phải kết thúc trước hỗn hợp đất chất kết dính đơng kết với Q trình gia cố có sử dụng chất kết dính xi măng nên thông thường sau – kể từ lúc làm ẩm (tức trộn xi măng đất có độ ẩm tốt ) hỗn hợp bắt đầu đơng kết, việc lu lèn khơng tiến hành chậm – kết thúc không chậm giờ, kể từ làm ẩm hỗn hợp LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 106 - Cơng tác lu thí điểm: Trước thi công đại trà cần phải tiến hành lu thí điểm để xác định số lần lu lèn thích hợp với loại thiết bị lu quan hệ độ ẩm, số lần lu, độ chặt Thực thí điểm đoạn đường có độ dài lớn 50m, rộng tối thiểu 2,75m (chiều rộng nửa mặt đường xe) Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật số loại lu tham khảo [37] Loại lu Ba bánh thép Hai bánh thép Trọng lượng (T) 12-16 6-12 Áp lực nén Chiều dày Số lượt lu cho 1cm2, lớp gia cố chặt (kgf) (cm) (lượt/điểm) 10 15 20 16 10 15 12 20 20 4-30 4-30 Tốc độ lu (km/h) 2.5-5.0 2.5-6.0 Bước 10: Hoàn thiện bảo dưỡng Sau kết thúc đầm lèn phải tiến hành công tác hoàn thiện, san phẳng gia cố lề đường bảo dưỡng lớp đất gia cố Sau đầm lèn hỗn hợp đạt yêu cầu độ chặt cần tiến hành công tác dưỡng hộ lớp đất gia cố để giữ cho hỗn hợp đầm lèn ln ln có độ ẩm thiết kế suốt thời gian 28 ngày Biện pháp dưỡng hộ tốt sau kết thúc đầm lèn phủ lớp nhũ tương nhựa đường, nhựa lỏng với liều lượng 0,8 1,2lít/m2 Khi khơng có nhựa lỏng nhựa nhũ tương dùng cát rải lớp dày từ - cm tưới nước thường xuyên để làm ẩm Để đảm bảo yêu cầu chất lượng lớp vật liệu gia cố, việc thực đầy đủ yêu cầu kỹ thuật nói trên, cần phải làm tốt mối nối chỗ tiếp giáp đoạn thi công (chỗ tiếp giáp dọc thi công nửa bề rộng mặt đường, chỗ tiếp giáp ngang đoạn ) LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 107 - V.2.3 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG LỚP ĐẤT GIA CỐ [28], [33], [35], [37] Để đảm bảo chất lượng vật liệu, cần phải thực công tác kiểm tra thường xuyên, giai đoạn thi công sau thi cơng Trong q trình thi cơng cần thực công tác sau đây: o Kiểm tra chiều dày mức độ tới đất o Kiểm tra liều lượng chất kết dính mức độ phân bố chất kết dính đất o Kiểm tra độ ẩm hỗn hợp đầm lèn, độ chặt sau đầm lèn Kiểm tra chiều dày: Khi kiểm tra chiều dày lớp đất gia cố phải đo đạc chiều dày thực tế (có tính tới hệ số tơi xốp ) để đối chiếu với chiều dày thiết kế với sai số cho phép  10% chiều dày quy định Kiểm tra mức độ tơi đất: Việc kiểm tra mức độ làm tơi đất thực độ rây tiêu chuẩn trường hồn thành trước rải chất kết dính Kiểm tra liều lượng nguyên vật liệu: không để hao hụt 0,5% so với liều lượng thiết kế Kiểm tra độ đồng hỗn hợp trộn: Việc kiểm tra độ đồng trộn hỗn hợp chủ yếu thực cách theo dõi số lần chiều sâu xới, đồng thời với việc quan sát màu sắc hỗn hợp Công việc kiểm tra phải tiến hành trước làm ẩm hỗn hợp trước đầm lèn Kiểm tra độ ẩm: Độ ẩm đất hỗn hợp phải thường xuyên kiểm tra trước sau cầy xới, làm tơi đất trước lúc đầm lèn để biết lượng nước tưới thêm, đảm bảo cho hỗn hợp có độ ẩm độ ẩm thiết kế Kiểm tra độ chặt: Độ chặt kiểm tra đầm lèn đủ số lần quy định Nếu thấy chưa đạt yêu cầu phải đầm lèn tiếp tục xử lý để đạt độ chặt thiết kế Tuỳ theo đặc điểm đất đường khả sẵn có đơn vị thi công dụng cụ thiết bị thí nghiệm mà dùng pháo thử độ chặt hoăc chuỳ xách tay để kiểm tra độ ẩm độ chặt trình gia cố đất Kiểm tra cường độ: Cơng tác kiểm tra cường độ tiến hành theo cách sau: LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 108 - a) Trước tiến hành đầm lèn, lấy hỗn hợp đất trộn tới độ ẩm quy định để đúc thử cối 100 cm3 (đúc trường đem phịng thí nghiệm) tiến hành ép mẫu sau bảo dưỡng ngày Mẫu đúc xong đem bảo dưỡng buồng ẩm ngày sau đem thí nghiệm ép xác định tiêu cần thiết b) Sau đường đủ tuổi bảo dưỡng ngày, lấy mẫu nguyên dạng cách khoan hay đào để đem thí nghiệm nén xác định tiêu kỹ thuật cần thiết khác c) Sử dụng biện pháp trường (như dùng máy rơi chấn động ) đẻ xác định môđun biến dạng đàn hồi tổng thể tương đương kết cấu đem so sánh với module yêu cầu LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 109 - KẾT LUẬN CHUNG Sử dụng loại vật liệu phế thải tro bay, bùn thải để làm nguyên liệu xây dựng đường giao thông mục tiêu nhiệm vụ phù hợp với nhu cầu thực tiễn tình hình phế thải gia tăng, gây ô nhiễm môi trường Đối với khu vực cao nguyên Việt Nam, vấn đề gắng liền với khả tận dụng hiệu nguồn nguyên liệu đất tiềm vật liệu địa phương để xây dựng phát triển bền vững hệ thống giao thông nông thôn, nâng cao chất lượng sống cho nhân dân vùng cao Quá trình nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phịng thí nghiệm luận văn cho thấy đặc trưng tính chất đất bauxite nguyên liệu phế thải tro bay, bùn thải từ tuyển quặng bauxite, thay đổi mặt chất đất gia cố với loại vật liệu khác: Kết thí nghiệm chứng tỏ tro bay hút nước tương tác với khoáng sét đất, làm giảm số dẻo khả trương nở đất Đối với khả đầm chặt đất hỗn hợp đất – bùn, việc gia cố tro bay làm giảm dung trọng khô hỗn hợp, độ ẩm tối thuận tăng cao Vì vậy, hàm lượng tro bay sử dụng không nên vượt 12% - 16% tổng lượng chất kết dính bao gồm xi măng tro bay không vượt 20% Tùy theo mức độ tận dụng, hàm lượng bùn thải thay đất bauxite có ảnh hưởng lớn đến thành phần hạt đất, từ làm thay đổi số tính chất đất như: số dẻo, độ trương nở, độ hút nước, khả chảy rửa v.v Hàm lượng bùn thải cao 40% làm giảm độ bền nước cường độ vật liệu đáng kể, bên cạnh có khả làm tăng độ chảy rửa kiềm vật liệu tiếp xúc với môi trường nước thời gian dài Với hệ nguyên liệu đất bauxite bùn thải từ tuyển quặng Lâm Đồng, tro bay có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện Formosa, hỗn hợp 40% đất bauxite kết hợp với 40% bùn thải gia cố 8% xi măng, 12% tro bay đầm nén độ ẩm tốt cho kết cường độ chịu nén 81.34 KG/cm2, cường độ ép chẻ 9.83 KG/cm2, hệ số mềm hóa 0.78, độ hút nước 13.88%, module đàn hồi 8641 KG/cm2 sau 28 ngày dưỡng hộ tự nhiên Ngoài ra, cường độ vật liệu sau 90 ngày đạt LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 110 - 88.07 KG/cm2 Chỉ số CBR vật liệu đạt 50.6 % tương ứng với độ chặt K = 1, đạt 44% tương ứng với độ chặt K = 0.95, đạt 48.1% tương ứng với độ chặt K = 0.98 Nhìn chung, vật liệu có độ bền nén, độ bền nước module đàn hồi phù hợp với yêu cầu kỹ thuật dành cho vật liệu xây dựng đường giao thơng nơng thơn Trong q trình nghiên cứu, tác giả luận văn dựa hệ nguyên liệu thực nghiệm phịng thí nghiệm, xây dựng cơng nghệ thi cơng vật liệu Tác giả nhận thấy rằng: công tác thi công đường giao thông nông thôn với vật liệu chế tạo từ đất bauxite, bùn thải tuyển quặng gia cố với xi măng tro bay hồn tồn tiến hành kiểm soát theo quy chuẩn hành, nữa, công nghệ thi công loại vật liệu sử dụng loại máy móc thiết bị phổ biến mang tính khả thi cao, vậy, có khả áp dụng xây dựng thực tế KIẾN NGHỊ Quá trình nghiên cứu luận văn chủ yếu đến kết luận dựa kết thực nghiệm phịng thí nghiệm, vậy, tác giả luận văn nhận thấy cần thiết cơng tác thi cơng thí điểm, ứng dụng vật liệu chế tạo từ đất bauxite, bùn thải tuyển quặng gia cố với xi măng tro bay vào thực tiễn nhằm hồn thiện cơng nghệ thi cơng xây dựng, thực hóa mục tiêu tận dụng phế thải công nghiệp nguồn tài nguyên địa phương để xây dựng phát triển giao thông nông thôn LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 111 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Báo cáo tập đồn cơng nghiệp than – khống sản Việt Nam Vinacomin, Đà Lạt 2009 Tổng quan tài nguyên quặng Bauxite quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng Bauxite giai đoạn 2007-2015 [2] Hội thảo khoa học “Vai trị cơng nghiệp khai thác Bauxite – Sản xuất Alumina – Nhôm phát triển Kinh tế- Xã hội Tây Nguyên yếu tố ảnh hưởng đến môi trường văn hóa khu vực” – Tuyển tập báo cáo, Hà Nội tháng năm 2009 [3] Carolyn T Griffiths & James M Krstulovich,Utilization of Recycled Materials in Illinois Highway Construction, p.p [4] David J.White, Dale S Harrington, Zach Thomas, Iowa State University, Fly ash soil stabilization for Non-Uniform subgrade soils p.p 16-18 [5] Arleen Reyes Rodríguez, 2007, Engineering Behavior of Soft Clays treated with circulating fluidzed bed combustion Fly ash, p.p 16-17, p.p 28-31 [6] TCVN 4198-95: Đất xây dựng- phương pháp xác định thành phần hạt phịng thí nghiệm [7] TCVN 4197-95 : Đất xây dựng- phương pháp xác định giới hạn dẻo giới hạn chảy, số dẻo phịng thí nghiệm [8] Quy trình thí nghiệm đất gia cố vơi - ximăng, 22TCN 59-84 [9] Coal Ash Matters, Octorber 2009, Ash Development Association of Australia [10] Glukhovsky VD, 1959 , Soil silicates,154p.p [11] La Thị Chích - Thạch Học, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [12] University of Pretoria – Ladman, 2003, Aspects of solid sate chemistry of fly ash and ultramine pigment [13] R L Parsons and E Kneebone, Field performance of fly ash stabilised subgrades [14] American Coal Assiciation, 2003, Fly ash Facts for highway Engineer, p.p 15-21, p.p 25-29 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 112 - [15] Arleen Reyes Rodríguez, 2007, Engineering Behavior of Soft Clays treated with circulating fluidzed bed combustion Flyash p.p 16-17, p.p 18-21, p.p 24-26 [16] Peerapong Jitsangiam, Hamid Nikraz, Evan Jamieson, Sustainable Use of a Bauxite Residue (red sand) in terms of Roadway Material [17] J.G.S Van Jaarsveld, J.S.J Van deventer, L Lorenzeni The potential use of geopolymeric materials to immobilise toxic metals [18] Tran Quoc Tho and Nguyen Van Chanh, Inorganic Composite Materials for Road Surface Utilizing Laterite, Flyash and Red sludge waste in Vietnam, The 8th International Conference on Civil and Environmental Engineering Pukyong National University, Busan, Korea, October 28 - 30, 2009 [19] PGS TS Nguyễn Văn Chánh, Trần Quốc Thọ, 2009, Research on new inorganic composite materials based on Bauxite, Fly ash and red mud for road construction in Lâm Đồng province, Viet Nam [20] Wang Xin-ming, Applied technique of the cemented fill with flyash and fine-sand [21] Nguyễn Mạnh Thủy, Vũ Đức Tuấn, Một số kết nghiên cứu gia cố vật liệu đất chỗ xi măng tro bay làm móng kết cấu áo đường tỉnh Tây Ninh [22] PGS TS Phạm Huy Khang, Tro bay ứng dụng xây dựng đường ô tô sân bay điều kiện Việt Nam [23] Agapitus Amadi, 2010, Evaluation of Changes in Index Properties of Lateritic Soil Stabilized with Fly Ash [24] O.O Amu, A.B Fajobi, S.O.Afekhuai,2005, Stabilizing of cement and fly ash mixture on expansive clay soil [25] Luận văn tốt nghiệp kỹ sư: “ Nghiên cứu chất kết dính hỗn hợp từ Laterit để làm mặt đường nông thôn”, Tạ Thuỳ Trang - Trần Ngọc Kiều Nga [26] Luận văn thạc sĩ: “ Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ đất đỏ phế liệu xây dựng đường giao thông nông thôn Việt Nam”, Trần Quốc Thọ [27] 22 TCN 333-06 Quy trình đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga - Trang 113 - [28] 22 TCN 81-84 Quy trình sử dụng đất gia cố chất kết dính vơ xây dựng đường [29] 22 TCN 210-1992 Đường giao thông nông thôn – Tiêu chuẩn thiết kế [30] TCVN 4054:2005 Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô [31] Bộ Giao Thông Vận Tải, Hướng dẫn lựa chọn quy mô kỹ thuật đường giao thơng nơng thơn phục vụ chương trình mục tiêu quốc gia xây dựng nông thôn giai đoạn 2010 – 2020 [32] 22 TCN 211- 2006 Áo đường mềm – Các yêu cầu dẫn thiết kế [33] 22 TCN 229 – 95 Qui trình thi cơng nghiệm thu lợp đất gia cố vôi máy chuyên dùng [34] ASTM C618-99, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as Mineral Admixture in Concrete [35] Soil stabilization for pavements,1994, Department of The Army, The Navy and The Air Force [36] Tim E Kowalski, Dale W Starry,Jr Wirtgen America, 2007, Modern Soil Stabilization techniques [37] PTS Nguyễn Mạnh Hùng, KS Phạm Văn Hùng, KS Nguyễn Minh Trí, KS.Đỗ Minh Thạnh, Các giải pháp công nghệ xây dựng giao thông nông thôn Đồng Bằng sông Cửu Long, đề tài khoa học cấp nhà nước giải pháp công nghệ phát triển giao thông vận tải, 10/1998 [38] Stan Vitton, Understanding the basics of Soil Stabilization: An overview of Materials and Techniques LUẬN VĂN THẠC SĨ Trần Ngọc Kiều Nga DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ Trần Quốc Thọ, Trần Ngọc Kiều Nga, Nguyễn Văn Chánh, “Nghiên Cứu Vật Liệu Tổng Hợp Từ Đất Đỏ Các Phế Liệu Xây Dựng Đường Nông Thôn Vùng Cao Nguyên Việt Nam” Hội nghị Khoa học Công nghệ lần 11 (ĐHBK Tp.HCM, 2009) Nguyen Van Chanh, Tran Ngoc Kieu Nga, “Fly ash – Bauxite Soil Stabilization for Road Construction” Proceedings of the International Conference in Philippines 2010 Trần Ngọc Kiều Nga, Nguyễn Văn Chánh, “Nghiên cứu gia cố hỗn hợp đấtbùn thải từ tuyển quặng bauxite tro bay xi măng để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn” Hội nghị Khoa học Công nghệ lần 12 (ĐHBK Tp.HCM, 2011) LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN NGỌC KIỀU NGA Ngày, tháng, năm sinh: 13/06/1985 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh E – mail: kieunga180@yahoo.com Địa liên lạc: G18 Cư xá Phú Lâm B, phường 13, quận 6, TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO Thời gian Văn Chuyên ngành đào tạo Nơi đào tạo 2003-2008 Kỹ Sư Vật liệu - Cấu kiện XD Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM 2009-2011 Thạc Sỹ Vật liệu - Công nghệ vật liệu XD Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian Nơi công tác Bộ phận 03/2008 - 02/2010 Công ty OBAYASHI – Nhật Bản Kỹ thuật 05/2010 - 06/2011 Công ty LÊ PHAN – Việt Nam Nghiên cứu & Phát triển ... Nghiên cứu sử dụng đất bauxite bùn thải từ tuyển quặng bauxite gia cố với xi măng- tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam. ” I.4.2 Phạm vi nghiên cứu đề... hình nghiên cứu vật liệu làm đường giao thông nông thôn từ đất vật liệu phế thải b Nghiên cứu sở khoa học gia cố hỗn hợp đất bauxite - bùn thải xi măng, tro bay c Nghiên cứu tính chất nguyên liệu. .. măng- tro bay để chế tạo vật liệu làm đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam. ” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu làm đường giao thơng nông thôn từ đất