NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NÔNG SƠN LÀM VẬT LIỆU GIA CỐ LỚP MÓNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ở TP TAM KỲ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ PHÚ LỘC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NÔNG SƠN LÀM VẬT LIỆU GIA CỐ LỚP MÓNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ở TP TAM KỲ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ PHÚ LỘC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NƠNG SƠN LÀM VẬT LIỆU GIA CỐ LỚP MĨNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ở TP TAM KỲ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 8580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN TRUNG VIỆT Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng thực hướng dẫn trực tiếp TS Trần Trung Việt Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Phú Lộc ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài: Lý chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT BẰNG CHẤT LIÊN KẾT VÔ CƠ5 1.1 Mở đầu 1.2 Tổng quan gia cố vật liệu xây dựng chất liên kết vô 1.2.1 Gia cố đất vôi 1.2.2 Gia cố đất xi măng 1.2.3 Gia cố đất tro bay 1.2.4 Xỉ than gia cố vôi 1.2.5 Gia cố đất tro bay với xi măng vôi 1.2.6 Kết luận 1.3 Giới thiệu vật liệu nghiên cứu: 1.3.1 Nguồn vật liệu 1.3.2 Thành phần hóa học vật liệu 10 1.4 Nguyên lý hình thành cường độ 11 1.4.1 Tác dụng vôi xi măng gia cố với đất 11 1.4.2 Q trình tương tác đất - vơi, đất –xi măng 12 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến gia cố đất với vôi xi măng 13 1.4.4 Nguyên lý hình thành cường độ đất gia cố xỉ than, đất gia cố xỉ than vôi, đất gia cố xỉ than xi măng 14 1.4.5 Kết luận 14 1.5 Một số nghiên cứu gia cố đất nước 15 1.5.1 Nghiên cứu giới 15 1.5.2 Nghiên cứu nước 15 iii 1.5.3 Kết luận 16 1.6 Kết luận chương 16 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CỦA HỖN HỢP GIA CỐ 17 2.1 Mở đầu 17 2.2 Quy hoạch mẫu thí nghiệm thí nghiệm tiêu lý đất gia cố.17 2.2.1 Quy hoạch số lượng mẫu thí nghiệm 17 2.2.2 Thí nghiệm xác định thành phần hạt đất 19 2.2.3 Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn đất gia cố 21 2.2.4 Thí nghiệm cường độ chịu nén đất gia cố 25 2.2.5 Thí nghiệm mô đun đàn hồi đất gia cố 28 2.2.6 Thí nghiệm xác định sức chống cắt đất tự nhiên máy cắt phẳng 32 2.3 Phân tích ảnh hưởng yếu tố ngẫu nhiên tính chất lý đất đến kết thí nghiệm 35 2.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng vôi xỉ, hàm lượng xi măng xỉ đến độ ẩm tốt dung trọng khô lớn đất gia cố 35 2.3.2 Ảnh hưởng tính chất lý đất hàm lượng %xỉ , %vôi, %xi măng đến cường độ nén mô đun đàn hồi đất gia cố 37 2.4 Xây dựng phương trình thực nghiệm 45 2.4.1 Mơ hình ứng xử “ Response Surface” 45 2.4.2 Xây dựng phương trình thực nghiệm xác định cường độ nén mô đun đàn hồi đất gia cố 46 2.4.3 Xây dựng phương trình thực nghiệm xác định cường độ nén mô đun đàn hồi đất gia cố xỉ - Xi măng - CPTN 51 2.5 Kết luận chương 53 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG PHÓNG XẠ TRONG HỖN HỢP GIA CỐ ĐẾN MƠI TRƯỜNG NƯỚC VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ 55 3.1 Mở đầu 55 3.2 Chế bị mẫu thí nghiệm xác định hàm lượng phóng xạ môi trường nước 55 iv 3.2.1 Chế bị mẫu 55 3.2.2 Thí nghiệm kiểm tra độ phóng xạ 58 3.3 Phân tích ảnh hưởng hàm lượng vôi, xi măng đến khả lan truyền phóng xạ nước hỗn hợp gia cố 62 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng vôi xỉ đến khả lan truyền phóng xạ nước hỗn hợp gia cố 63 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng xỉ đến khả lan truyền phóng xạ nước 64 3.3.3 Kết luận 66 3.4 Phân tích hiệu kinh tế 66 3.4.1 Phân tích toán kỹ thuật 66 3.4.2 Phân tích tốn kinh tế 69 3.4.3 Kết luận 70 3.5 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 72 KẾT LUẬN 73 KIẾN NGHỊ 74 NHỮNG TỒN TẠI VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI 74 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 79 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: c φ γkmax γk γkw Womax Wtt Wb P F D H L p Gi Gm Aj  C R Rn Eđh Cu Cg K : Lực dính : Góc nội ma sát : Dung trọng khô lớn : Dung trọng khô : Dung trọng ẩm : Độ ẩm tốt : Độ ẩm thực tế lần đầm : Độ ẩm đất lúc lấy mẫu : Tải trọng phá hoại mẫu : Tiết diện ngang trung bình mẫu : Đường kính mẫu : Chiều cao mẫu : Biến dạng đàn hồi mẫu vật liệu : Áp lực nén lên mặt mẫu : Phần trăm khối lượng sót sàng i : Khối lượng sót sàng i : Khối lượng ban đầu mẫu : Phần trăm lượng lọt qua sàng j : Ứng suất cắt : Hệ số vòng ứng biến : Số đọc đồng hồ đo biến dạng vòng đo lực ngang : Cường độ chịu nén mẫu vật liệu : Mô đun đàn hồi : Hệ số đồng : Hệ số cấp phối : Hàm lượng phóng xạ tích lũy CÁC CHỮ VIẾT TẮT: CPTN : Cấp phối thiên nhiên GCV : Gia cố vôi GCXM : Gia cố xi măng vi NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XỈ THAN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NÔNG SƠN LÀM VẬT LIỆU GIA CỐ LỚP MÓNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ở TP TAM KỲ Học viên: Lê Phú Lộc Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 8580205 Khóa: 20016 – 2018 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Đề tài giới thiệu phương pháp xây dựng mơ hình thực nghiệm xác định Rn Eđh vật liệu đất trộn xỉ than gia cố vơi xi măng dựa mơ hình Response Surface (RSM) Kết đề tài vai trị quan trọng xỉ than vơi xi măng việc hình thành cường độ hỗn hợp đất-xỉ-vơi, đất-xỉ-xi măng ngồi tính chất lý thân đất (lực dính C góc nội ma sát ) đóng vai trị lớn Từ kết nghiên cứu, mơ hình xác định Rn Eđh tuổi 14, 28, 56, 90 ngày hỗn hợp đất-xỉ-vôi, Rn Eđh tuổi 14, 28 ngày hỗn hợp đất-xỉ-xi măng đề xuất: với đất lấy TP Tam Kỳ, xỉ than nhà máy nhiệt điện Nông Sơn vôi sống lấy từ Thanh Hóa, xi măng PCB 40 Sơng Gianh Với mơ hình đề xuất giúp kỹ sư nhanh chóng xác định sơ cường độ hỗn hợp vật liệu biết tính chất lý đất (lực dính C góc nội ma sát ) Kết nghiên cứu cho thấy gia cố vôi xỉ than, xi măng xỉ than, giá trị đặc trưng học đất gia cố cường độ chịu nén, mô đun đàn hồi tăng lên đáng kể, đáp ứng yêu cầu chất lượng vật liệu sử dụng làm móng đường theo TCVN 10379-2014 Đồng thời sử dụng nguồn xỉ than nhà máy Nhiệt điện Nông Sơn để gia cố nồng độ hàm lượng chất phóng xạ (tia gamma) giảm xuống khoảng 0.2-0.25 Sv/h ngưỡng cho phép Bộ Y tế (1 Sv/h) Nhật (0.4 Sv/h) Từ khóa – đất gia cố xỉ than vôi; đất gia cố xỉ than xi măng; vật liệu mặt đường; cường độ chịu nén; môđun đàn hồi; mơ hình thực nghiệm STUDYING TO ASSESSMENT USE OF SLAGS FROM NONG SON THERMAL POWER STATION REINFORCED MATERIALS FOR HIGHWAY CONSTRUCTION IN TAM KY CYTY Abstract - The subject introduces the method of empirical model building identify Rn and Eđh of soil materials mixed lime or cement reinforced slags based on Response Surface model (RSM) Results the subject pointed out the important role of coal slag and lime or cement in the form of joint strength of soil-slag-lime, soil-slag-cement the physical properties of the soil (stick force c and angle of internal friction ) also played a very big role From the results of research, the model determines the Rn and Eđh at the age of 14, 28, 56, 90 days of composite soil-slag-lime, the Rn and Eđh at the age of 14, 28 days of composite soil-slag- cement was proposed: to soil taken in Tam Ky city, coal slag at Nong Son thermal power plants and quicklime are taken from Thanh Hoa With the proposed model can help engineers quickly identify preliminarily magnitude of composite materials when know the physical properties of the soil (stick force c and the angle of internal vii friction ) The research results show that when reinforced with lime and coal slag, cement and coal slag values characteristic of reinforced soil mechanics as compression resistant strength, elastic modulus increased significantly, to meet the requirements of the quality materials used road foundation according to TCVN 10379-2014 standard The study show that when using slag at the Nong Son Thermal Power for reinforcement, the concentration of radioactive (gamma ray) decreases to about 0.2-0.25 Sv / h below the level permitted by the Ministry of Health (1 Sv / h) and Japan (0.4 Sv / h) Key words – Soil reinforcement and lime, coal slag; Soil reinforcement and lime, cement; pavement material; compressive strength; elastic modulus; empirical model viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 Tên bảng Trang Chỉ tiêu lý đất gia cố [TCVN 10379-2014] 1.2 Yêu cầu cường độ cát gia cố xi măng [22TCN 246 – 1998] 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Thành phần hóa học xỉ than Thành phần hóa học vơi Số lượng mẫu tiến hành thí nghiệm Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn đất gia cố vơi-xỉ Kết thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn đất gia cố Xi măng-xỉ Kết đầm nén 14, 28, 56, 90 ngày tuổi Vôi Kết nén mẫu 14, 28 ngày tuổi Xi măng Kết đo mô đun đàn hồi 14, 28, 56, 90 ngày tuổi Vôi Kết mô đun đàn hồi 14, 28 ngày tuổi Xi măng 11 11 17 20 23 23 27 28 31 32 2.9 Kết thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn đất 32 2.10 Kết thí nghiệm cắt phẳng 34 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 3.1 3.2 Đánh giá cường độ E theo thang phân loại độ bền theo TCVN 10379-2014 đất gia cố vôi 14 28 ngày tuổi Đánh giá cường độ E theo thang phân loại độ bền theo TCVN 10379-2014 đất gia cố xi măng 14, 28 ngày tuổi Hệ số b phương trình 2.1 Hệ số b phương trình 2.2 Hệ số b phương trình 2.3 Số lượng mẫu đất gia cố xỉ than, vôi để xác định hàm lượng phóng xạ Số lượng mẫu đất gia cố xỉ than, xi măng để xác định hàm lượng phóng xạ 43 44 47 50 51 55 56 3.3 Kết đo hàm lượng phóng xạ (liều xạ tích lũy) mẫu gia cố vôi sau bảo dưỡng mẫu ngày 59 3.4 Kết đo hàm lượng phóng xạ (liều xạ tích lũy) mẫu gia cố xi măng sau bảo dưỡng mẫu ngày 59 3.5 Các đặc trưng vật liệu kết cấu áo đường 67 3.6 Tính tốn cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi 68 74 nhận thấy mẫu đất có góc nội ma sát lực dính lớn làm cho mẫu đất có cường độ nén mô đun đàn hồi lớn ngược lại - Từ kết phân tích, đề tài đề xuất phương trình xác định Rn Edh 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày vôi, 14 ngày 28 ngày xi măng Với phương trình thực nghiệm, cho phép xác định nhanh chóng hàm lượng xỉ vơi biết thơng số lực dính góc nội ma sát đất tự nhiên mô đun đàn hồi yêu cầu Giúp nhà quản lý tư vấn thiết kế tiết kiệm thời gian kinh phí để quy hoạch mẫu thí nghiệm tiêu cần thiết, đồng thời cho kết đáng tin cậy KIẾN NGHỊ Việc đề xuất sử dụng phương án thiết kế gia cố cho đất toán tổng thể chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố: điều kiện địa chất, tải trọng, kết cấu, tính chất chịu lực, vật liệu, điều kiện thi công giá thành xây dựng Ứng dụng xỉ than kết hợp với vôi để gia cố cho đất hướng nghiên cứu nhằm sử dụng vật liệu phế thải chổ, giảm giá thành cơng trình Phạm vi ứng dụng hợp lý điều kiện sau: - Sử dụng cho kết cấu lớp tầng móng chịu tải trọng tĩnh, không chịu tải trọng động - Áp dụng cơng trình gần khu vực nhà máy nhiệt điện để tối ưu hóa chi phí vận chuyển xỉ than NHỮNG TỒN TẠI VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI - Tiếp tục theo dõi cường độ chịu nén mô đun đàn hồi tuổi 56 ngày 90 ngày xi măng - Kiểm tra, ứng dụng cho mỏ đất khác TP Tam Kỳ - Mở rộng nghiên cứu tăng hàm lượng xi măng đến 10% 12% để đánh giá hiệu kinh tế - Đối với vật liệu gia cố chất liên kế vơ cơ, cần có thí nghiệm đánh giá suy giảm cường độ ảnh hưởng thay đổi trạng thái thuỷ nhiệt (trạng thái khô - ẩm) - Đơn giá lập dựa công nghệ trộn đường máy phay chuyên dụng trộn đường, chưa lập cho trường hợp trộn trạm trộn Cần xây dựng xác đơn giá cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng thông qua thực nghiệm để có kết tốt - Cần tiến hành thêm phân tích ảnh hưởng phóng xạ mơi trường nước để có kết luận xác - Cần tiến hành thêm thí nghiệm ép chẻ cho mẫu để có thơng số đầy đủ tính tốn yếu tố kỹ thuật 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Bộ GTVT, 22 TCN 211–06, Áo đường mềm – yêu cầu dẫn thiết kế [2] TCVN 5747-1993, Đất xây dựng - Phân loại [3] ASTM C168-08A Standard Specificatin for Coal Fly Ash and Raw orCalcined Natural Pozzolan for Use in Concrete [4] PGS.TS Phạm Huy Khang, Tro bay ứng dụng xây dựng dường ô tô sân bay điều kiện Việt Nam [5] Bộ GTVT, 22 TCN 333 –06, Quy trình đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm [6] TCVN 8857–2011, Lớp kết cấu áo đường ô tô cấp phối thiên nhiên – Vật liệu, thi công nghiệm thu [7] TCVN 4198–2014, Đất xây dựng – Phương pháp phân tích thành phần hạt phịng thí nghiệm [8] TCVN 2683–2012, Đất xây dựng – Lấy mẫu, bao gói, vận chuyển bảo quản [9] TCVN 4199–1995, Xác định sức chống cắt đất [10] TCVN 8858–2011, Móng cấp phối đá dăm cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng kết cấu áo đường ô tô – thi công nghiệm thu [11] TCVN 9843–2013, Xác định mô đun đàn hồi vật liệu đá gia cố chất kết dính vơ phịng thí nghiệm, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [12] TCVN 4196–2012, Đất xây dựng – Phương pháp xác định độ ẩm độ hút ẩm phịng thí nghiệm [13] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10379:2014, Gia cố đất chất vơ cơ, hóa chất gia cố tổng hợp, sử dụng xây dựng đường bộ- thi công nghiệm thu, Soils stablized with inorganic adhesive substances, chemical agent or reinforced composite for road construction - Construction and quality control [14] Nguyễn Văn Phước (2016), Luận văn cao học “Nghiên cứu cải thiện số tiêu lý đất khu vục đèo Đại La sử dụng cho móng đường tơ” [15] XAYTHANOME PHILAMAKHOTH (2016), Luận văn cao học “Nghiên cứu sử dụng cấp phối thiên nhiên gia cố xi măng làm kết cấu áo đường cho tuyến đường giao thông địa bàn huyện XAYBOULY(LAO)” [16] Nguyễn Thị Bích Ngọc, Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại để cải tạo đất xám bạc màu xã Tây Đằng, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội [17] Hồ Ngọc Thành Trung, Nguyễn Thanh Ninh (2016), Nghiên cứu thay đổi ma sát cốt vật liệu xỉ than ứng dụng xỉ than nhà máy nhiệt điện Duyên Hải làm vật liệu đắp cho tường chắn có cốt 76 [18] Nguyễn Thị Mỹ Linh, Đoàn Ngọc Quận (2016), Nghiên cứu sử dụng xỉ than từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải làm cọc xỉ than gia cố đường dẫn đầu cầu dự án nâng cấp đô thị vùng đồng sông Cửu Long, tiểu dự án TP Trà Vinh Tiếng Anh [19] NCHRP (2009), Recommended Practice for Stabilization of Subgrade Soilsand Base Materials, Final Report for NCHRP Project 20-07 [20] Dallas.N.Little, Syam Nair (2009), Recommended Practice for Stabilization of Subgrade Soils and Base Materials, Texas Transportation institute, Texas A & M University College Station, Texas [20] Federal Highway Administration (2003), Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges on Federal Highway Projects, Texas Transportation institute, U.S Department of Transportation, Federal Lands Highway [22] Soil Stabilization with Traditional and Non-Traditional Stabilizers [23] ASTM C168-08A Standard Specificatin for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete [24] Er.Niroj Kumar Mishra Strength characteristics of clayey sub-grade soil stabilized with fly ash and lime for road works [25] P K Kolay, M R Aminur, S N L Taib, and M I S Mohd Zain, “Stabilization of tropical peat soil from Sarawak with different stabilizing agents,” Geotechnical and Geological Engineering, vol 29, no 6, pp 1135–1141, 2011 [26] S.Wild, J M Kinuthia, R B Robinson and I Humphreys, Effects of ground granulated blast furnace slag (GGBS) on the strength and swelling properties of lime-stabilized kaolinite in the presence of sulphates [27] P venkata suresh reddy (2015), A Study on the Effect of Copper Slag and Lime Treated Clay [28] T Raj Priyanka, (2015), Effect of Slag on Strength and Hydraulic Properties of Lime Stabilized Pond Ash PHỤ LỤC * Phụ lục 1: Xác định tương quan độ ẩm tốt – dung trọng khô lớn đất * Phụ lục 2: Kết thí nghiệm cắt phẳng * Phụ lục 3: Xác định tương quan độ ẩm tốt – dung trọng khô lớn hỗn hợp đất gia cố xỉ than, vôi * Phụ lục 4: Xác định tương quan độ ẩm tốt – dung trọng khô lớn hỗn hợp đất gia cố xỉ than, xi măng * Phụ lục 5: Đánh giá cường độ phương án kết cấu áo đường đề xuất - Phụ lục 5.1 – 5.3: Kết tính tốn theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi kết cấu áo đường PA_CPTN, PA_GCV PA_GCXM - Phụ lục 5.4 – 5.6: Kết tính tốn theo theo tiêu chuẩn kéo uốn kết cấu áo đường PA_CPTN, PA_GCV PA_GCXM - Phụ lục 5.7 – 5.9: Kết tính tốn theo tiêu chuẩn đảm bảo ổn định trượt đất kết cấu áo đường PA_CPTN, PA_GCV PA_GCXM * Phụ lục 6: Chi phí vật liệu thi cơng vật liệu làm móng cho kết cấu áo đường đề xuất - Phụ lục 6.1: Mỏ đất Phú Ninh cách thành phố Tam Kỳ 12 Km - Phụ lục 6.2: Mỏ đất Tiên Phước cách thành phố Tam Kỳ 35 Km Phụ lục 7: Kết đo hàm lượng phóng xạ mẫu gia cố lượng phóng xạ lan truyền nước mấu theo thời gian (7, 14, 21, 28 ngày)