Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ đất đỏ và các phế liệu xây dựng đường nông thôn vùng cao nguyên việt nam

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN QUỐC THỌ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU TỔNG HỢP TỪ ĐẤT ĐỎ VÀ CÁC PHẾ LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỜNG NÔNG THÔN VÙNG CAO NGUYÊN VIỆT NAM Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã ngành : 60 58 80 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN QUỐC THỌ Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1985 Nơi sinh: Biên Hòa – Đồng Nai Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng MSHV: 01908744 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU TỔNG HỢP TỪ ĐẤT ĐỎ VÀ CÁC PHẾ LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỜNG NÔNG THÔN VÙNG CAO NGUYÊN VIỆT NAM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu làm đường từ loại vật liệu gia cố Việt Nam giới, tính chất, đặc điểm đất bauxite, tro bay vùng cao nguyên Việt Nam Xây dựng sở lý thuyết khoa học : chế đóng rắn vật liệu tổng hợp vô để xây dựng đường Nghiên cứu thực nghiệm tính chất lý hóa nguyên vật liệu sử dụng Nghiên cứu thực nghiệm yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật liệu tổng hợp từ đất bauxite-bùn thải-tro bay-vơi-chất đóng rắn : thí nghiệm đầm nén Proctor, giới hạn Atterberg, độ trương nở, cường độ chịu nén, cường độ kéo bửa, môđun đàn hồi, độ hút nước, độ bền nước, chiết tách kiềm vật liệu để xem xét khả ứng dụng vật liệu vô tổng hợp vào xây dựng đường Nghiên cứu chất cấu trúc vật liệu thông qua phương pháp: nhiễu xạ X-ray, X-ray CT, kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), quang phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi phân cực, nhiệt vi sai (DTA/TG) Đề xuất công nghệ chế tạo vật liệu vô tổng hợp phương pháp thi công, đánh giá nghiệm thu đường phù hợp với vật liệu sử dụng điều kiện địa phương nghiên cứu 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/06/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 26/06/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ đất đỏ phế liệu xây dựng đường nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam” thực từ tháng 22/06/2009 đến tháng 26/06/2010 với nhằm mục đích cải biến tính chất đất bauxite xây dựng đường nơng thôn bền vững Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trực tiếp Cảm ơn PGS.TS Mitsuhiro SHIGEISHI, trường Đại học Kumamoto, Nhật Bản đóng góp nhiều ý kiến để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Thầy Cô Bộ môn Vật liệu xây dựng Khoa Sau Đại học trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập thực luận văn Tôi chân thành cảm ơn trường Đại học Bách Khoa chương trình liên kết hợp tác JICA Nhật Bản hỗ trợ kinh phí tạo điều kiện để đề tài hoàn thành tốt đẹp Xin chân thành cảm ơn TRẦN QUỐC THỌ LỜI CAM ĐOAN Đề tài nghiên cứu học viên Trần Quốc Thọ trực tiếp thực Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh hướng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Chánh theo định QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH tháng 10 năm 2009 Hiệu Trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh việc giao đề tài luận văn thạc sĩ Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác trừ trích dẫn ghi rõ nguồn gốc tác giả Học viên Trần Quốc Thọ TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn nêu bật việc nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ đất đỏ phế liệu tro bay, chất đóng rắn để cải biến tính chất đất đạt tiêu kỹ thuật phù hợp cho việc xây dựng đường nông thôn Nền tảng nghiên cứu xây dựng chế hoạt hóa hình thành cấu trúc vật liệu tổng hợp để ứng dụng thi công đường, làm việc geopolymer để kích hoạt đóng rắn Phương pháp nghiên cứu dựa vào việc khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến tính chất lý vật liệu tổng hợp thông qua tiêu: giới hạn Atterberg, khả đầm chặt Proctor, cường độ chịu nén, cường độ kéo bửa, mô đun đàn hồi, độ hút nước, hệ số mềm để tìm tỷ lệ thành phần nguyên vật liệu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để xây dựng đường nông thôn bền vững có hiệu kinh tế cao Cấp phối sử dụng 10-20% tro bay, tỷ lệ bùn thải/bauxite 30/70, 6-8ml chất đóng rắn/100g bột, dung trọng khơ 1.751.81 g/cm3 tương ứng với độ ẩm tối ưu 19-21%, giới hạn chảy từ 19-25%, giới hạn dẻo 11-17%, giãn nở thấp 0.5-1.0%, cường độ chịu nén 55-80 kgf/cm2 cường độ kéo bửa 13-19 kgf/cm2 mô đun đàn hồi 5800-8000 kgf/cm2 độ hút nước 6.5-8.5% hệ số mềm 0.85-0.90 với điều kiện sấy giờ, nhiệt độ 100oC Nghiên cứu cấu trúc vật liệu tổng hợp vơ thơng qua phương pháp phân tích cấu trúc hiểu rõ cấu trúc vật liệu có mặt khống đánh giá nhờ hình thành peak đặc trưng khống, đánh giá phản ứng xảy thân cấu trúc vật liệu : phương pháp phân tích nhiệt vi sai, phương pháp phân tích X-ray, X-ray CT, phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử truyền qua Vật liệu vơ tổng hợp đóng rắn có cường độ nhờ hình thành cấu trúc mạng lưới khơng gian gồm liên kết -Si-O-Al-, đồng thời có mặt vơi cung cấp hàm lượng CaO thành phần cấu trúc, kim loại Ca làm cầu nối để tạo chuỗi polyme -O-Si-O-Ca-O-Si-O- tro bay hoạt tính tham gia phản ứng Các liên kết tạo nên chuỗi polymer vô giúp vật liệu tổng hợp từ đất bauxit, bùn thải tro bay có mặt chất kích hoạt có cường độ cao khả bền nước tốt ABSTRACT My thesis develop solidifying technology based on geopolymer theory of inorganic composite materials from bauxite, red sludge, quick lime, fly ash and activators for rural road of highland region in Vietnam This study describes the effects of bauxite-quick lime-red sludge-fly ash-activator mixes on the geotechnical properties of inorganic composite materials and recommends the optimum mix proportions of raw materials for use in rural road construction For mix proportion using 10-20% fly ash, red sludge/bauxite ratio is 30/70, 6-8ml activator/100gr powder, maximum dry density 1.75-1.81 g/cm3 together with optimum water absorption 19-21%, plastic limit 11-17%, liquid limit 19-25%, swelling of materials 0.5-1.0%, compressive strength of samples obtained in range of 55-80 kgf/cm2, water resistance factor gets 0.85-0.90, water absorption gets 6.5-8.5%, splitting tensile strength gets 13-19 kgf/cm2, modulus of elasticity gets 5800-8000 kgf/cm2 with testing conditions : drying time hours, drying temperature 100oC Through microstructure analysis of materials by X-Ray CT Analysis, Polarization microscope, X-ray diffraction analysis, IR (Infrared spectroscopy), DTA/TG (differential thermal analysis/Thermogravimetric Analysis), SEM (scanning electron microscopy), TEM (transmission electron microscopy) display density, new mineral generation, structure nation of inorganic composite materials utilized for base materials in rural road New inorganic composite materials have higher strength and ability to water resistance in dry-wet cycle through modifying structure of bauxite with stable skeleton based on formation of stable frameworks in materials with -Si-O-Al polymer sequence geopolymer binder containing much amount of CaO-component and Ca metals play a role in yielding -O-Si-O-Ca-O-SiO- sequences Trang CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm Trang MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT BAUXIT VÀ NGUỒN GỐC TRO BAY 1.2.1 Quá trình hình thành đất bauxit [25] 1.2.2 Nguồn gốc tro bay 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 1.3.1 Tình hình giới: 1.3.2 Tình hình nước: 1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 10 1.4.1 Mục tiêu đề tài : 10 1.4.2 Phạm vi đề tài: 11 1.4.3 Nhiệm vụ đề tài : 11 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT HOẠT HÓA GEOPOLYMER CỦA CẤU TRÚC VẬT LIỆU TỔNG HỢP VÔ CƠ 12 SỬ DỤNG ĐẤT BAUXIT VÀ TRO BAY 12 2.1 THÀNH PHẦN KHỐNG HĨA CỦA ĐẤT BAUXIT 12 2.2 THÀNH PHẦN KHỐNG HĨA CỦA TRO BAY 15 2.2.1 Những loại tro bay thành phần 15 2.2.2 Thành phần kết tinh 16 2.2.3 Thành phần thủy tinh 16 2.3 LÝ THUYẾT HOẠT HÓA GEOPOLYMER CỦA VẬT LIỆU VÔ CƠ TỔNG HỢP SỬ DỤNG BAUXIT VÀ TRO BAY 17 Trang 2.3.1 Q trình hoạt hóa pha thủy tinh tro bay để hình thành cấu trúc geopolymer vô [17] [18] [19] [29] 17 2.3.2 Cơ chế hoạt hóa geopolymer vật liệu vô tổng hợp từ đất bauxite, bùn thải tro bay 20 2.3.3 Sự tương tác hóa-lý vơi vật liệu vơ tổng hợp từ bauxite, bùn thải tro bay 25 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 26 2.4.1 Phương pháp vật lý: 26 2.4.2 Phương pháp học 27 2.4.3 Phương pháp phân tích hóa học 27 2.4.4 Phương pháp phân tích cấu trúc đại 27 2.4.4 Trình tự nghiên cứu 31 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT 32 HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU BAUXIT, BÙN THẢI VÀ TRO BAY 32 3.1 THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT HĨA LÝ VÀ THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA ĐẤT BAUXITE 32 3.1.1 Phân tích thành phần hóa đất bauxite bùn thải 32 3.1.2 Phân tích thành phần khống vật đất bauxite bùn thải 32 3.1.2.1 Phân tích X-ray: 32 3.1.2.2 Phân tích nhiệt vi sai 34 3.1.2.3 Phân tích quang phổ hồng ngoại 35 3.1.2.4 Phân tích kính hiển vi điện tử quét 36 3.1.2.5 Phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua 37 3.1.3 Các tính chất lý đất bauxite bùn thải 38 3.1.3.1 Phân tích thành phần hạt đất bauxite: 38 3.1.3.2 Phân tích giới hạn Atterberg đất bauxite bùn thải 40 3.1.3.3 Thí nghiệm khả đầm chặt đất bauxit 40 Trang 3.2 THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ VÀ THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA TRO BAY 41 3.2.1 Phân tích thành phần hóa lý tro bay 41 3.2.2 Phân tích thành phần khống vật tro bay 41 3.2.2.1 Phân tích nhiễu xạ X-ray 41 3.2.2.2 Phân tích nhiệt vi sai 42 3.2.2.4 Phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua 44 3.3 CHÌ TIÊU KỸ THUẬT CỦA VƠI BỘT 45 3.4 DUNG DỊCH CHẤT ĐÓNG RẮN (CĐR) 45 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU VƠ CƠ TỔNG HỢP TỪ BAUXIT, BÙN THẢI VÀ TRO BAY ĐỂ XÂY DỰNG ĐƯỜNG 46 4.1 SỰ CHUẨN BỊ NGUYÊN VẬT LIỆU BAN ĐẦU: 46 4.2 NGHIÊN CỨU SỰ QUAN HỆ GIỮA DUNG TRỌNG KHÔ VÀ ĐỘ ẨM TẠO HÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẦM NÉN PROCTOR 52 4.2.1 Sự ảnh hưởng hàm lượng vôi đến dung trọng khô lớn 53 4.2.2 Sự ảnh hưởng hàm lượng tro bay chất đóng rắn đến dung trọng khô lớn 54 4.2.3 Sự ảnh hưởng hàm lượng bùn thải đến dung trọng khô lớn 55 4.3 SỰ ẢNH HƯỞNG ĐẾN GIỚI HẠN ATTERBERG VÀ SỰ TRƯƠNG NỞ 56 4.4 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 60 4.4.1 Ảnh hưởng hàm lượng vôi đến cường độ chịu nén 61 4.4.2 Ảnh hưởng tro bay chất đóng rắn đến cường độ chịu nén 62 4.4.3 Ảnh hưởng hàm lượng bùn thải đến cường độ chịu nén 63 4.5 CƯỜNG ĐỘ KÉO KHI BỬA (CƯỜNG ĐỘ ÉP CHẺ) 64 4.5.1 Ảnh hưởng hàm lượng vôi đến cường độ kéo bửa 66 4.5.2 Ảnh hưởng tro bay chất đóng rắn đến cường độ kéo bửa 66 4.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng bùn thải đến cường độ kéo bửa 68 4.6 MÔ ĐUN ĐÀN HỒI 68 Trang 98 Dùng máy san để ban gạt Ban gạt phải kết hợp đo cao độ, giúp người huy thi cơng có số liệu kỹ thuật, điều hành tạo mặt đường gia cố đáp ứng yêu cầu thiết kế Quá trình ban gạt lưu ý bánh xe máy san có đóng vai trị lu sơ Nhưng thường lu khơng Vì vậy, hằn bánh xe xuất hiện, phẳng trình lu 8) Lu lèn hỗn hợp đất bauxite, bùn thải, tro bay, vôi: Giai đoạn 1: Lu sơ : Dùng lu nhẹ bánh lốp bánh cứng 4-6T lu khoảng 20-30% công lu (2-4 lượt/điểm) Kiểm tra nhanh lại cao độ chuẩn bị san gạt, bù phụ cho mặt gia cố phẳng đủ chiều dày Giai đoạn 2: Lu chặt lu hồn thiện: Lu với cơng lu cịn lại 70-80% Muốn lu chặt phải chọn thiết bị lu phù hợp với loại đất gia cố Có thể dùng lu chân cừu, lu bánh cứng gân đai tốt phối hợp lu bánh lốp bánh cứng Tốc độ lu từ 2-4km/h Bảng 6.5 Định hướng loại lu thông số kỹ thuật sử dụng gia cố [28] Loại lu Ba bánh thép Hai bánh thép Trọng lượng (T) 12-16 6-12 Áp lực nén cho 1cm2, kgf 4-30 4-30 Chiều dày lớp gia cố Số lượt lu chặt (lượt/điểm) 10cm 15cm 20cm 16 10cm 15cm 12 20cm 20 Tốc độ lu (km/h) 2.5-5.0 2.5-6.0 Nhận biết độ chặt đất gia cố đạt yêu cầu trực quan: Khả chịu truyền tải hồn tồn lượng lu, khơng để lại vệt bánh lu mặt Đất gia cố đảm bảo độ ẩm lu lèn lu tới giai đoạn phát sinh vết nứt nhỏ mặt thành một lớp dày từ 1-3cm Sau đó, tiến hành thí nghiệm xác định độ chặt Trang 99 9) Xử lý khe cơng tác vị trí bắt đầu kết thúc thi cơng Mặt cắt có vị trí bắt đầu kết thúc thi công ngày gọi khe cơng tác Đóng cọc tiêu gỗ đánh dấu chiều dài thi công ngày Cọc phải đảm bảo độ vững để buộc cờ hiệu cho người lái xe dễ xác định Đất gia cố tập kết vào khn đường vượt ngồi tiêu thi cơng Khi phay nhỏ đất cần có người hướng dẫn cho thợ lái điều khiển vị trí đặt giàn phay Nếu thi cơng tiếp phải đóng cọc tiêu gỗ đánh dấu mặt cắt dừng thi công Mặt cắt kết thúc hôm trước, hôm sau mặt cắt bắt đầu Tại cần xử lý công nghệ phay lu lèn khe công tác cho không ảnh hưởng tới chất lượng đất gia cố hơm trước cịn chưa đủ cường độ khai thác 10) Hoàn thiện nghiệm thu Sau thi cơng mặt đường phải phẳng, nước tốt, cao độ mặt đường đạt yêu cầu thiết kế, có đầy đủ cọc tiêu, biển báo hiệu nơi cần thiết Phải kiên sửa lại thiếu sót thực địa có so với thiết kế 11) Công tác nghiệm thu - Sai số cho phép nghiệm thu sau: + Sai số cho phép chiều rộng mặt đường ± 10 cm + Sai số cho phép chiều dày mặt đường ± 10% + Sai số cho phép độ dốc ngang mặt đường lề đường ± 5% độ dốc thiết kế + Độ phẳng thử thước 3m, khe hở không 15mm + Về cường độ lớp mặt: - Độ chặt: K ≥ 0.95, Ethực tế ≥ Etk, lấy mẫu thử kiểm tra lại tiêu lý vật liệu tổng hợp 12) Yêu cầu kiểm tra chất lượng Khối lượng mật độ công việc yêu cầu kiểm tra xác định sau: - Kiểm tra thành phần hạt: 01 mẫu /1500 m2 - Kiểm tra độ ẩm: 01 mẫu /1500 m2 - Kiểm tra mức độ trộn đều: 01 vị trí/200 m2 - Kiểm tra chiều dày lớp gia cố: 01 vị trí/200 m2 Trang 100 - Kiểm tra độ chặt K: 01 vị trí/500 m2 - Kiểm tra mơ đun đàn hồi chung: 01 vị trí/200 m2 15) Phủ mặt bên lớp vật liệu tổng hợp : tùy thuộc cấp đường tải trọng trục xe tính tốn, sử dụng bê tơng nhựa nóng hỗn hợp đá trộn nhựa nóng, láng nhựa nóng để bảo vệ mặt đường 16) Sửa chữa khuyết tật mặt lớp vật liệu tổng hợp: Trước phủ mặt, biện pháp tốt cho mặt đường vật liệu tổng hợp chịu tải thời gian (đặc biệt đường có lưu lượng xe lớn) để phát sửa chữa khuyết tật (nếu có) Khuyết tật mặt lớp vật liệu tổng hợp thể dạng: - Các vết nứt ngang dọc - Mặt lớp vật liệu tổng hợp không đảm bảo cường độ, có chỗ bị bở rời - Mặt lớp vật liệu tổng hợp có chỗ bị nứt dạng chân chim Đánh giá nguyên nhân tiến hành sửa chữa khuyết tật theo nguyên lý: sử dụng loại đất hàm lượng tro bay, vơi, chất đóng rắn để gia cố lại vị trí Lưu ý: nhiều trường hợp nứt chân chim yếu mà đất gia cố bề mặt khơ nhanh bị nứt bánh xe lu, chiều sâu vết nứt từ 1-3 cm Loại ỏ lớp đi, mặt gia cố liền lại 6.6 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP VÀO THI CƠNG THÍ ĐIỂM TẠI THỊ Xà BẢO LỘC, LÂM ĐỒNG Cần phải thực bước thi cơng thí điểm để rút kinh nghiệm, hồn chỉnh quy trình dây chuyền cơng nghệ thực tế tất khâu: chuẩn bị, rải đầm nén; kiểm tra chất lượng; kiểm tra khả thực phương tiện máy móc trước thi cơng đại trà Đoạn rải thử có chiều dài qng 100 m Chọn địa điểm để thi cơng thí điểm đường nội nhà máy khai thác Bauxit Bảo Lộc Con đường dự kiến rộng 5m, dài 60m Bề dày thiết kế 20cm Chỉ tiêu kỹ thuật vật liệu tổng hợp vơ cơ: Trang 101 Kết thí nghiệm phịng thí nghiệm cho phép chọn hàm lượng nguyên vật liệu thành phần hợp lý, phù hợp tương ứng với tiêu kỹ thuật mong muốn đạt để ứng dụng thi công đường Bảng 6.6 Cấp phối đề xuất sử dụng: Bauxit e (%) 50-57 Dun Bù Tr n o Vô thả ba i i y (% (% (% ) ) ) 2225 Chất g Cường Cường đóng trọn độ chịu độ kéo rắn g nén bửa (kgf/cm (kgf/cm 2 (ml/100 khôg bột) ) đàn hồi (kgf/cm ) ) Độ hút nướ c (%) Hệ số mề m ẩm 10 - Độ Mô đun 1.80 20 - 70-75 17-19 1.85 73008200 0.88 6-7 0.90 Kết thí nghiệm cho thấy: tiêu lý vật liệu tổng hợp vô cho giá trị cao so với số liệu quy định quy trình 22TCN-211-93 Kết thí nghiệm phòng cho thấy tiêu kỹ thuật vật liệu tổng hợp có khả sử dụng làm móng chịu lực với tính chịu nước cao hơn, tạo khả phân bố giảm ứng suất tác dụng xuống đất Căn vào kết thí nghiệm phịng tiêu kỹ thuật đạt vật liệu tổng hợp cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi vật liệu, số phương án cấu tạo kết cấu áo đường có lớp móng, mặt đường dùng vật liệu nghiên cứu trên, kết cấu kiểm toán tiêu chuẩn 22TCN 211-06 Phương án kết cấu hệ lớp gồm đất lớp vật liệu vừa đóng vai trị tầng móng vừa làm tầng mặt Kết cấu dùng làm mặt đường cấp cao thứ yếu A2 cho đường ô tô cấp III-IV-V, mặt đường cấp thấp B1 cho đường ô tô cấp IVV-VI đường nông thôn Trang 102 Kết cấu áo đường cho mặt đường cấp thấp B1,B2 hoàn toàn cần dùng lớp vật liệu tổng hợp gia cố tổng hợp dày 10-12cm đóng vai trị vừa lớp móng vừa lớp mặt Tóm lại, với mơ đun đàn hồi cao, khả chịu kéo uốn tốt, bền nước, dẻo dai, hấp thu lượng tải trọng động tốt, vật liệu tổng hợp hồn tồn thay cho tầng móng gồm nhiều lớp vật liệu rời rạc, giảm chiều dày tầng móng rõ rệt, giảm chiều dày tầng mặt bê tông nhựa đắt tiền bên xuống tổi thiểu đường cấp cao thay hoàn toàn tầng mặt tầng móng đường cấp thấp lớp vật liệu Q trình thi cơng đường vật liệu tổng hợp vơ thực tốt máy móc thiết bị sử dụng thi công Việt Nam Con đường sử dụng vật liệu vô tổng hợp sau tháng thử nghiệm chịu nhiều mưa nắng cho kết tốt Do đó, vật liệu tổng hợp từ bauxit, tro bay, chất đóng rắn luận văn nghiên cứu hồn tồn áp dụng vào thực tiễn thi cơng đường vùng cao nguyên Việt Nam Hình 6.7 Xe ủi chuẩn bị bề mặt để lu hạ (trái) xe lu chuẩn bị lu lèn cho công tác làm hạ (phải) Trang 103 Hình 6.8 Trộn khơ hỗn hợp nguyên vật liệu máy múc gầu ngược (trái) xe ban để san vật liệu tạo phẳng bề mặt chuẩn bị cho công tác lu lèn (phải) Hình 6.9 Xe lu sử dụng cho trình thi cơng thí điểm đường vật liệu bauxite, tro bay, chất đóng rắn (trái) hồn thành việc thi cơng thí điểm vành đai nhà máy Bauxite Bảo Lộc tỉnh Lâm Đồng (phải) Trang 104 Trang 105 KẾT LUẬN CHUNG Quá trình nghiên cứu đề tài rút kết luận sau: ™ Đã khảo sát thực trạng đường đất bauxite Bảo Lộc, Lâm Đồng Lựa chọn hệ nguyên liệu sử dụng cho nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ bauxite địa phương Lâm Đồng tro bay để áp dụng xây dựng đường chất lượng nâng cao, không bụi vào mùa khô không lầy lội mùa mưa đến ™ Đã nghiên cứu lý thuyết hoạt hóa geopolymer cấu trúc vật liệu tổng hợp vô sử dụng đất bauxite tro bay làm tảng nghiên cứu để phát triển theo hướng công nghệ geopolymer Việt Nam lĩnh vực vật liệu xây dựng ™ Đã nghiên cứu thực nghiệm tính chất hóa lý thành phần cấu trúc hệ nguyên vật liệu bauxite, bùn thải tro bay cách đầy đủ để ứng dụng chế tạo vật liệu xây dựng đường Ngồi ra, cịn ứng dụng để chế tạo vật liệu xây dựng khác ™ Đã thực nghiệm yếu tố ảnh hưởng đến tính chất lý vật liệu tổng hợp thông qua tiêu: giới hạn Atterberg, khả đầm chặt Proctor, cường độ chịu nén, cường độ kéo bửa, mô đun đàn hồi, độ hút nước, hệ số mềm để tìm tỷ lệ thành phần nguyên vật liệu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để xây dựng đường nông thơn bền vững có hiệu kinh tế cao Vật liệu tổng hợp từ đất đỏ bauxite, bùn thải tro bay với có mặt chất đóng rắn có cường độ cao khả bền nước tốt Đề xuất cấp phối sử dụng 10-20% tro bay, tỷ lệ bùn thải/bauxite 30%, 6-8ml chất đóng rắn/100g bột, dung trọng khơ 1.75-1.81 g/cm3 tương ứng với độ ẩm tối ưu 19-21%, giới hạn chảy từ 19-25%, giới hạn dẻo 11-17%, giãn nở thấp 0.5-1%, cường độ chịu nén vật liệu 55-80 kgf/cm2 cường độ kéo bửa vật liệu khoảng 13-19 kgf/cm2 mô đun đàn hồi phạm vi 58008000 kgf/cm2 độ hút nước vật liệu 6.5-8.5% hệ số mềm 0.85-0.90 với điều kiện sấy giờ, nhiệt độ 100oC Vật liệu có chảy rửa kiềm nước thấp pH = 8.4, nằm phạm vi cho phép Vật liệu tổng hợp sử dụng đất bauxite, bùn thải, Trang 106 vơi, tro bay chất kích hoạt đóng rắn để làm vật liệu áp dụng phù hợp với đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam ™ Đã nghiên cứu cấu trúc vật liệu tổng hợp vô thông qua phương pháp phân tích cấu trúc hiểu rõ cấu trúc vật liệu có mặt khống đánh giá nhờ hình thành peak đặc trưng khoáng, đánh giá phản ứng xảy thân cấu trúc vật liệu : phương pháp phân tích nhiệt vi sai, phương pháp phân tích X-ray, X-ray CT, phổ hồng ngoại Vật liệu vô tổng hợp đóng rắn theo chế geopolymer hóa chứng minh hình thành cấu trúc mạng lưới khơng gian gồm liên kết -Si-O-Al-, đồng thời có mặt vơi cung cấp hàm lượng CaO thành phần cấu trúc, kim loại Ca làm cầu nối để tạo chuỗi geopolyme -O-Si-O-Ca-O-Si-O- tro bay hoạt tính tham gia phản ứng Các liên kết tạo nên chuỗi geopolymer vô giúp vật liệu tổng hợp từ đất bauxit, bùn thải tro bay có mặt chất kích hoạt có cường độ cao khả bền nước tốt ™ Đã xây dựng quy trình kỹ thuật thi cơng đường nông thôn sử dụng vật liệu vô tổng hợp từ bauxite, bùn thải tro bay bao gồm: quy trình thiết kế để lựa chọn tỷ lệ hỗn hợp thành phần, yêu cầu nguyên vật liệu, loại máy móc để thi cơng, trình tự thi cơng mặt đường trường ™ Đã khảo sát, thi cơng thí điểm, xây dựng đường nhà máy bauxit Bảo Lộc, Lâm Đồng Con đường sử dụng vật liệu vô tổng hợp sau tháng thử nghiệm chịu nhiều mưa nắng cho kết tốt ™ Vật liệu tổng hợp vơ thể tính chất kỹ thuật phù hợp với việc áp dụng vào thực tế xây dựng bền vững đường giao thông nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam Trang 107 KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Cần mở rộng kết nghiên cứu đề tài để triển khai nhiều dự án thí điểm tỉnh Lâm Đồng tỉnh vùng cao nguyên Việt Nam để đánh giá khả ứng dụng thực tiễn Từ đó, hồn thiện cơng nghệ sản xuất, thi công nghiệm thu xây dựng đường - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ geopolymer từ đất bauxite tro bay để phát triển sản xuất vật liệu xây dựng nhà như: gạch không nung, gạch nung non lửa, vật liệu chịu nhiệt… Trang 108 DANH MỤC BÀI BÁO Đà CÔNG BỐ Trần Quốc Thọ, Nguyễn Văn Chánh, Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ đất đỏ phế liệu xây dựng đường nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 11, (2009) Tran Quoc Tho , 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, ICCEE-2009, Pukyong National University (Oct 2009) Tran Quoc Tho, Nguyen Huu Viet Dung and Nguyen Van Chanh, Research on New Inorganic Composite Materials based on Bauxite, Fly ash and Red mud for Road Construction in Lam Dong province, Vietnam, ACI/VCA International Symposium On Recent Advances In Concrete Technology And Sustainability Issues (2009) Trang 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hossein Ghiassian, Gholamreza Poorebrahim and Donald H Gray, Soil reinforcement with recycled carpet wastes, Waste Management Research, 2004, pp 22-108 [2] Khaled Sobhan, Mehedy Mashnad, Mechanical stabilization of cemented soil- fly ash mixtures with recycled plastic strips, Journal of environmental engineering, ASCE, 2003, pp 943-946 [3] Joseph Davidovits, Geopolymer chemistry and applications, 2008 [4] Satish Chandra, Waste Materials Used in Concrete Manufacturing, William Andrew Publishing, pp290-319, 1997 [5] 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 [6] Tập đồn cơng nghiệp than khống sản Việt Nam – Vinacomin, Hội nghị nghiệp phát triển bền vững công nghiệp nhôm Tây Nguyên, Việt Nam, 09/2009 [7] Quy trình đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm 22 TCN 333-06: phương pháp II-A [8] Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu đất gia cố vôi: 22TCN 229-95 [9] TCVN 4198-95: Đất xây dựng- phương pháp xác định thành phần hạt phịng thí nghiệm [10] TCVN 4197-95 : Đất xây dựng- phương pháp xác định giới hạn dẻo giới hạn chảy, số dẻo phịng thí nghiệm [11] Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn AASHTO T180-90 & 22TCN 333-06 [12] Quy trình thí nghiệm đất gia cố vơi ximăng, 22TCN 59-84 [13] Quy trình sử dụng đất gia cố chất kết dính vơ xây dựng đường, 22 TCN81-84 Trang 110 [14] Quy trình thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ vật liệu hạt liên kết chất kết dính, 22TCN 73-84 [15] ACI 232.2R-96 - Use of Fly Ash in Concrete [16] Professor Jannie S.J van Deventer, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, The University of Melbourne, Modelling the formation of geopolymers, John Lloyd Provis, supervisor: Thesis for the degree of Doctor of Philosophy, March 2006 [17] P Duxson, A Ferna´ndez-Jime´nez, J L Provis, G C Lukey, A Palomo, J S J van Deventer, Geopolymer technology: the current state of the art, Advances In Geopolymer Science & Technology, J Mater Sci (2007) 42:2917–2933 [18] A Ferna´ndez-Jime´nez, A Palomo*, M Criado, Microstructure development of alkali-activated fly ash cement: a descriptive model, Cement and Concrete Research 35 (2005) 1204–1209 [19] M Criado, A Palomo, A Ferna´ndez-Jime´nez, Alkali activation of fly ashes Part 1: Effect of curing conditions on the carbonation of the reaction products, Eduardo Torroja Institute (CSIC), 28080 Madrid, Spain, Fuel 84 (2005) 2048–2054 [20] M A RAHMAN, Department of Civil Engineering, University of Ife, Effects of Cement-Lime Mixes on Lateritic Soils for use in Highway Construction, Building and Environment, Vol 22, No 2, pp 141-145, 1987, Nigeria [21] Đỗ Quang Minh, Hóa lý Silicat, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Tp.Hồ Chí Minh, trang 269-293 (2009) [22] Launer, P J., Regularities in the Infrared Absorption Spectra of Silica Minerals, Am Miner., 37:764, 1952 [23] Bensted, J., and Varma, S P., Some Applications of Infrared and Raman Spectroscopy in Cement Chemistry, Part I, Examination of Dicalcium Silicate, Cem Tech., 5:256, 1974 [24] Bonen, D., Johnson, T J., and Sarkar, S L., Characterization of Principal Clinker Minerals by FT-Raman Microscopy, Cem and Concr Res.,24(5):959,1994 Trang 111 [25] Ida Valeton, Professor of Mineralogy and petrography Geological, Palaeontological Institute, University of Hamburg, Germany, Developments in Soil Science 1, Bauxites, Elsevier publishing company, 1972 [26] John L.Provis and Jannie S.J van Deventer, Geopolymer Structure, processing, properties and industrial applications, Woodhead publishing in materials, 2009 [27] R L Parsons and E Kneebone, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Kansas, Lawrence, Field performance of fly ash stabilised subgrades, Ground Improvement 9, No 1, 33–38, USA, 2005 [28] 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 [29] Trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia, phân viện khoa học vật liệu, Hội nghị khoa học vật liệu kết dính đất Perma Zyme 22X, tóm tắt báo cáo khoa học, 05/1996 [30] ASTM C618-99, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as Mineral Admixture in Concrete [31] 22 TCN 304 – 03, Quy trình kỹ thuật thi cơng nghiệm thu lớp kết cấu áo đường cấp phối thiên nhiên [32] Nguyễn Mạnh Thủy, Vũ Đức Tuấn, Khoa kỹ thuật Địa Chất Dầu khí, Một số kết nghiên cứu gia cố vật liệu đất chỗ xi măng tro bay làm móng kết cấu áo đường tỉnh Tây Ninh, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, Việt Nam, Hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 9, 11/10/2005 [33] The Geopolymer Institute, http://www.geopolymer.org/science/about- geopolymerization/2, accessed January 3, 2009 Trang 112 - Lý lịch trích ngang: Họ tên: TRẦN QUỐC THỌ Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1985 Nơi sinh: Biên Hòa-Đồng Nai Địa liên lạc: 108/540A , Quốc lộ 15, Phường Tân Mai, Tp.Biên Hịa, Đồng Nai Q TRÌNH ĐÀO TẠO Văn Chuyên ngành đào tạo Thời gian đào tạo Năm Xếp loại Nơi đào tạo Kỹ sư Vật liệu cấu kiện xây dựng 4,5 năm 20032008 Khá Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Thạc Sỹ Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng năm 20082010 Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian bắt đầu 02/2008 Thời gian kết thúc 06/2008 07/2008 02/2010 03/2010 07/2010 Tên công ty Bộ phận Công việc giao Hỗ trợ kỹ thuật Cơng ty để sản xuất Ích Duy Kỹ thuật gạch block Minh dùng cho cảng Hiệp Phước Thí nghiệm Bộ mơn Đại học tiêu kỹ vật liệu Bách Khoa thuật vật xây TPHCM liệu xây dựng dựng Công ty xi măng Kỹ sư tư vấn Kỹ thuật Nghi kỹ thuật Sơn Người tham chiếu (Họ tên / Điện thoại) PGS.TS Nguyễn Văn Chánh/ 0903 758 465 PGS.TS Nguyễn Văn Chánh/ 0903 758 465 KS Đỗ Đức Phúc/0907685257 ... Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng MSHV: 01908744 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU TỔNG HỢP TỪ ĐẤT ĐỎ VÀ CÁC PHẾ LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỜNG NÔNG THÔN VÙNG CAO NGUYÊN VIỆT NAM 2- NHIỆM... trên, đề tài “NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU TỔNG HỢP TỪ ĐẤT ĐỎ VÀ CÁC PHẾ LIỆU XÂY DỰNG ĐƯỜNG NÔNG THÔN VÙNG CAO NGUYÊN VIỆT NAM? ?? nhằm mục đích cải biến tính chất đất bauxite xây dựng đường nông thôn vừa đẹp... cố vật liệu đá cát làm mặt đường 1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 1.4.1 Mục tiêu đề tài : “ Nghiên cứu vật liệu tổng hợp từ đất đỏ phế liệu để xây dựng đường nông thôn vùng cao nguyên Việt Nam? ??