Ứng dụng mô hình nhiệt động lực học để thiết kế hỗn hợp đất gia cố

Mục đích tìm kiếm hỗn hợp thích hợp để thi công, thí nghiệm mẫu của từng thiết kế cấp phối của đất ổn định. Tuy nhiên để nâng cao độ chính xác của thí nghiệm thì số lượng mẫu phải tiến hành nhiều dẫn đến kết quả thí nghiệm có độ chính xác cao. Các cơ chế cơ bản còn chung chung nên chưa thực sự phân tích chi tiết cơ chế cải tạo của đất bazan.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ỨNG DỤNG MƠ HÌNH NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC ĐỂ THIẾT KẾ HỖN HỢP ĐẤT GIA CỐ Nguyễn Hữu Năm Viện Thủy điện Năng lượng tái tạo Tóm tắt: Mục đích tìm kiếm hỗn hợp thích hợp để thi cơng, thí nghiệm mẫu thiết kế cấp phối đất ổn định Tuy nhiên để nâng cao độ xác thí nghiệm số lượng mẫu phải tiến hành nhiều dẫn đến kết thí nghiệm có độ xác cao Các chế chung chung nên chưa thực phân tích chi tiết chế cải tạo đất bazan Cơ chế khoáng chưa xác định tham gia vào q trình ổn định đất Dựa mơ hình nhiệt động lực học, báo tập trung giải thích chi tiết vai trị thành phần khống đất việc cải thiện tiêu học đất ổn định Cũng chế phản ứng chất kết dính với thành phần khống chất đất Kết mơ hình so sánh tương kết thí nghiệm để xác định tính đắn mơ hình nhiệt động lực học kết thí nghiệm, chứng minh tính khả thi việc gia cố đất bazan hỗn hợp pozzolan tự nhiên, tro bay xi măng Hàm lượng khoáng thiết kế hỗn hợp khác dự đốn mơ hình nhiệt động lực học, từ dự đốn khả học thiết kế hỗn hợp Từ khóa: Mơ hình nhiệt động lực học, đất gia cố, thiết kế hỗn hợp, pozzolan / vôi / xi măng Summery: The purpose of finding suitable mixes for construction, sample experiments of each mix design of stabilized soils should be tested However, in order to improve the accuracy of the experiment, the number of samples to be conducted is high, leading to high accuracy of the test results The basic mechanisms are general so they have not really analyzed in detail the reclamation mechanism of basalt soil The unspecified mineral mechanism will participate in the soil stabilization process Based on the thermodynamic model, the paper focuses on explaining in detail the role of each mineral component of the soil for improving the mechanical properties of stabilized in soil As well as the reaction mechanism of the binder mixture with the mineral components of the soil The results of the model are compared relative to the experimental results to determine the correctness of the thermodynamic model as well as the results of the experiment, proving the feasibility of reinforcing basalt soil by mixture natural pozzolan, fly ash and cement Mineral content of different mix designsis predicted by thermodynamic model thereby predicting the mechanical capacity of each mix design Keywords: Thermodynamic model, stabilized soils, mix design, natural pozzolan/lime/cement GIỚI THIỆU * Nhiệt động lực học cần thiết cho hiểu biết phản ứng hóa học Với biến quan trọng nhiệt độ, áp suất thành phần hóa học, dự đốn phản ứng có xảy hay khơng trạng Ngày nhận bài:26/02/2021 Ngày thông qua phản biện: 19/3/2021 thái cuối sau phản ứng kết thúc Các định luật chung điều hòa nhiệt động lực học biết đến từ lâu lần áp dụng vào hóa học xi măng vào cuối kỷ 19 Le Chatelier để chứng minh q trình thủy hóa xi măng thu thơng qua hịa tan clinker ban đầu dẫn đến nước ln bão hịa pha Ngày duyệt đăng: 02/4/2021 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ cho phản ứng hydrat hóa, dẫn đến kết tủa pha rắn Cuối cùng, cân pha rắn lỏng lại đạt hệ thống lỗ xốp pha rắn xi măng Từ năm 1940, thời kỳ nghiên cứu nhiệt động lực học ứng dụng phát triển mạnh mẽ Một số điều để khai sinh phát triển ứng dụng nhiệt động lực học đời nhiều định luật bản, ví dụ đặc điểm nhiệt động lực học pha khác nhau: nóng chảy, keo tụ, thủy tinh Phản ánh mối quan hệ cân tốc độ phản ứng chất Mơ hình nhiệt động lực học phát triển áp dụng nhà địa hóa học để tính tốn hệ phương trình phức tạp hệ đa hình xảy tự nhiên Mơ hình nhiệt động ứng dụng nhiều lĩnh vực Ví dụ, dự đốn độ bền cơng trình ngầm chất thải phóng xạ với xi măng / đất sét / tương tác phóng xạ [1], [2], mơ hình hóa tương tác với đất sét bentonit, chất kết dính pozzolan [3], [4] Có thể thấy ứng dụng mơ hình nhiệt động tương tác mơi trường pozzolan phong phú Vì vậy, áp dụng mơ hình nhiệt động lực học để nghiên cứu chế phản ứng đất bazan - pozzolan tự nhiên pozzolan nhân tạo tro bay, xi măng Mục đích tìm cấp phối thích hợp để thi cơng, thí nghiệm mẫu cấp phối thiết kế đất ổn định Tuy nhiên để nâng cao độ xác thí nghiệm số lượng mẫu phải tiến hành nhiều dẫn đến kết thí nghiệm có độ xác cao Các chế chung chung nên chưa thực phân tích chi tiết chế cải tạo đất bazan Cơ chế khoáng chưa xác định tham gia vào trình ổn định đất Dựa mơ hình nhiệt động lực học, báo tập trung giải thích chi tiết vai trị thành phần khoáng đất việc cải thiện tiêu học đất ổn định Cũng chế phản ứng chất kết dính với thành phần khống chất đất Kết mơ hình so sánh tương kết thí nghiệm để xác định tính đắn mơ hình nhiệt động lực học kết thí nghiệm, chứng minh tính khả thi việc gia cố đất bazan hỗn hợp pozzolan tự nhiên, tro bay, xi măng Hàm lượng khoáng thiết kế hỗn hợp khác dự đốn mơ hình nhiệt động lực học, từ dự đốn khả học thiết kế hỗn hợp CÁCH TIẾP CẬN MƠ HÌNH A Cân nhiệt động lực học Sự tương tác ion loài khống dẫn đến kết tủa / hịa tan khống chất Tỷ lệ bão hịa khống Ωm biểu thị bằng: Nc νmj Ωm = K −1 s,m ∏(γj Cj ) (1) j=1 m = 1, … , Np Trong m số lồi khống, Ks,m số cân Cj nồng độ mol loài nguyên sinh dung dịch (mol.kg-1) tức loài cho di chuyển dung dịch / Các ion khác (thường phức tạp hơn) tính đến tính tốn độ phức ion (xem phương trình 3) νmj hệ số phân cực loài nguyên sinh, γj hệ số hoạt độ ion j, Nc, Np số lồi ngun sinh lồi khống tương ứng Trạng thái cân (hoặc khơng cân bằng) loại khống dung dịch kiểm soát số bão hồ khống ISm, sau: ISm = log Ωm (2) Đối với loại khoáng cho, dung dịch cân với loại khoáng ISm = Dung dịch chưa bão hịa loại khống chất hòa tan ISm Các phức chất nước hình thành tương tác lồi nguyên sinh dung dịch Các phản ứng giả định trạng thái cân cục Bằng cách sử dụng định luật tác dụng khối lượng, nồng độ phức chất nước biểu thị TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC dạng hàm số nồng độ loài nguyên sinh, sau: Nc −1 νij Ci = K −1 c,i γi ∏(γj Cj ) (3) j=1 i = 1, … , Nx đó: Ci nồng độ mol phức chất i (mol kg −1 ) γi , γj hệ số hoạt động K c,i số cân tạo phức nước Nx số phức chất nước xem xét dung dịch Cơ sở liệu nhiệt động lực học bao gồm thông số này, sở liệu nhiệt động học THERMODDEM Blanc cộng [5] áp dụng báo CƠNG NGHỆ B Phản ứng hóa học liệu đầu vào cần thiết Mineralogical composition of the initial materials: Soil, lime, volcanic ash was identified by powder X-ray diffraction (XRD) The Bogue calculat Thành phần khống vật vật liệu ban đầu: Đất, vơi, tro núi lửa xác định phương pháp nhiễu xạ tia X dạng bột (XRD) Tính tốn Bogue để xác định giai đoạn clinker không làm khan xi măng pc lăng thơng thường (OPC) trình bày chi tiết cơng trình Tran [6] Thành phần khoáng vật ban đầu hỗn hợp cho bảng Bảng 1: Thành phần khoáng vật vật liệu ban đầu Vật liệu Đất Pha Công thức Thành phần (g/100g) Quartz SiO2 Kaolinite Al2Si2O5(OH)4 23 Gibbsite Al(OH)3 61 Lime CaO 66 Portlandite Ca(OH)2 16 Calcite CaCO3 Periclas MgO Quartz SiO2 Pozzolan tự nhiên Diopside CaMg(SiO3)2 29 Daknong Forsterite Mg2SiO4 23 Cristobalite SiO2 Albite NaAlSi3O8 27 Quartz SiO2 Alite (C3S) Ca3SiO5 or Vơi Xi măng Portland Unhydrated 16.75 (3CaO.SiO2) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Vật liệu Pha Cơng thức Thành phần (g/100g) Belite (C2S) Ca2SiO4 or (2CaO SiO2) 54.45 Aluminate (C3A) Ca3Al2O6 or (3CaO.Al2O3) 14.08 Ferrites (C4AF) Ca4Al2Fe2O10 or (4CaO.Al2O3.Fe2O3) 8.52 Gypsum CaSO4.2H2O 1.40 Hệ thống phản ứng hóa học q trình ổn định đất trình bày bảng 2, số cân môi trường xung quanh 25°C, atm Bảng 2: Phản ứng hóa học số cân 25 ° C, atm Phản ứng hóa học log K Quartz + 2H2 O = H4 SiO4 -3.74 Kaolinite + 6H + = 2Al 3+ + 2H4 SiO4 + H2 O 6.47 Gibbsite + 3H + = Al 3+ + H2 O 7.74 Hematite + 6H + = 2Fe 3+ + H2 O -0.04 Goethite + 3H + = Fe 3+ + H2 O 0.36 Lime + 2H + = Ca2+ + H2 O 32.70 Portlandite + 2H + = Ca2+ + 2H2 O 22.81 Calcite + H + = Ca2+ + HCO− 1.85 Periclas + 2H + = Mg 2+ + H2 O 21.59 Diopside + 4H + + 2H2 O = Ca2+ + Mg 2+ + 2H4 SiO4 21.73 Forsterite + 4H + = 2Mg 2+ + H4 SiO4 28.60 Cristobalite + 2H2 O = H4 SiO4 -3.16 Albite + 4H + + 4H2 O = Al 3+ + Na+ + 3H4 SiO4 4.14 C − S − H 1.6 + 3.2H + = 1.6Ca2+ + H4 SiO4 + 2.18H2 O 28.00 C − S − H 1.2 + 2.4H + = 1.2Ca2+ + H4 SiO4 + 1.26H2 O 19.30 C − S − H 0.8 + 1.6H + = 0.8Ca2+ + H4 SiO4 + 0.34H2 O 11.05 Monosulfoaliminate + 12H + = 2Al3+ + 4Ca2+ + SO2− + 18H2 O 73.09 Ettringite + 12H + = 2Al 3+ + 6Ca2+ + 3SO2− + 38H2 O 57.01 Strätlingite + 10H + = 2Al 3+ + 2Ca2+ + H4 SiO4 + 10.5H2 O 49.67 Hydrotalcite + 14H + = 2Al 3+ + 4Mg 2+ + 17H2 O 73.76 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Phản ứng hóa học log K Hydrogarnet + 12H + = 2Al 3+ + 3Ca2+ + 12H2 O 49.67 Brucite + 2H + = Mg 2+ + 2H2 O 17.11 Monocarboaluminate + 13H + = 2Al 3+ + 4Ca2+ + HCO− + 16.68H2 O 80.54 sánh trình bày Hình C Mã hóa địa hóa học Các phương trình phản ứng lưu trữ sở liệu phản ứng Có nhiều sở liệu phản ứng xây dựng để mô cân nhiệt động Phreeqc [7], Cemdata, Nagra-psi Kernel [8],… Tuy nhiên, sở liệu xây dựng Đầy đủ sở liệu Thermodem Phịng thí nghiệm Nghiên cứu Địa chất Cộng hòa Pháp (BRGM) [5] xây dựng, bao gồm hệ thống khống vật hồn chỉnh hydrat hóa khống chất phần lớn loại đất tồn tự nhiên Cân phương trình sở liệu yêu cầu phần mềm mã để đọc chạy mô Có nhiều phần mềm miễn phí phổ biến rộng rãi thực tế GEMS-PSI quan địa chất Thụy Sĩ, mã phần mềm Cờ vua Đại học Paris phát triển Tuy nhiên, nói phần mềm phổ biến dễ sử dụng Phreeqc quan địa chất Hoa Kỳ Parkhurst Appelo xây dựng [7] Do tất trạng thái cân nhiệt động tờ giấy thực mã Phreeqc MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC ĐÃ ĐƯỢC HIỆU CHỈNH Trong phần này, hàm lượng vôi xi măng chọn làm giá trị không đổi, 4% 3% khối lượng đất ổn định tất mô Thiết kế hỗn hợp đất tự nhiên / pozzolan mô Lượng đất ổn định 100 g, tỷ lệ đất tự nhiên / pozzolan tự nhiên thay đổi theo khối lượng tự nhiên pozzolan từ g, g, 10 g, 15 g, 20 g, 25 g, 30 g 40 g Kết số so sánh với kết thực nghiệm trích từ Vu et al [10] So Hình 1: Lượng C-S-H, C-S-H + C-A-S-H vs Độ bền nén độ bền kéo đứt [10] Qua kết mơ hình mơ tả hàm lượng canxi silicat (C-S-H) tổng hàm lượng C-S-H + C-A-S-H theo lượng pozzolan tự nhiên dùng để ổn định đất qua hai vùng Vùng một, hàm lượng C-S-H C-S-H + C-A-S-H tăng tương ứng với gia tăng lượng pozzolan sử dụng Hàm lượng canxi silicat C-S-H, C-SH + C-A-S-H hình thành nhiều đất ổn định lượng pozzolan tự nhiên sử dụng 15% (hoặc 15 g 100 g đất ổn định) với 83% đất tự nhiên, 4% vôi 3% xi măng Sau đạt hàm lượng cao nhất, hàm lượng C-S-H, C-S-H + C-A-S-H hình thành dần dần, hàm lượng pozzolan tự nhiên tiếp tục tăng vùng thứ hai Đồng thời, kết thí nghiệm cho thấy biểu cường độ chia cắt đất ổn định phụ thuộc vào lượng pozzolan tự nhiên sử dụng, ứng xử tương ứng với thay đổi hàm lượng canxi silicat C-S-H, hay C-S-H + C-A-S-H Sự phát triển cường độ nén chưa thực tương ứng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ với phát triển hàm lượng C-S-H, hay CS-H + C-A-S-H theo lượng pozzolan tự nhiên sử dụng, thấy lượng keo với cường độ nén kéo bị giảm hàm lượng pozzolan tự nhiên lớn 15% Được biết, khoáng canxi silicat C-S-H khống chất lớn góp phần tạo nên cường độ vật liệu xi măng (cường độ nén, cường độ chia cắt ) [11] Do đó, phát triển tiêu học đất ổn định phụ thuộc phần lớn vào hàm lượng C-S-H Kết mơ hình cho thấy mơ hình nhiệt động lực học dường tương đối gần với phát triển cường độ đất ổn định theo lượng pozzolan sử dụng, mơ hình nhiệt động lực học sử dụng cơng cụ thiết kế ban đầu để tìm hỗn hợp tối ưu sử dụng pozzolan tự nhiên cho đất ổn định Phân tích sâu thành phần khống chất cịn lại sau đạt trạng thái cân hỗn hợp vật liệu đất ổn định với mác "đất tự nhiên / pozzolan / xi măng / vôi = 78/15/3/4" kết mô hình nhiệt động hóa học chuẩn hóa khống chất theo tỷ lệ phần trăm thể bảng sau Bảng 3: Bảng 3: Hàm lượng tiêu chuẩn chất khoáng đất ổn định sau đạt đến trạng thái cân Vật liệu Đất Vôi Pozzolan tự nhiên Xi măng Portland Unhydrated Pha Quartz SiO2 100 Kaolinite Al2Si2O5(OH)4 100 Gibbsite Al(OH)3 56 Vôi CaO Portlandite Ca(OH)2 100 Calcite CaCO3 100 Periclas MgO Quartz SiO2 100 Diopside CaMg(SiO3)2 100 Forsterite Mg2SiO4 Cristobalite SiO2 Albite NaAlSi3O8 100 Quartz SiO2 100 Alite Ca3SiO5 or (3CaO.SiO2) Belite Ca2SiO4 or (2CaO SiO2) Aluminate Ca3Al2O6 or (3CaO.Al2O3) Ferrites Ca4Al2Fe2O10 (4CaO.Al2O3.Fe2O3) Qua kết bảng thấy vơi, pozzolan xi măng tự nhiên có hoạt tính lớn khống chất vôi xi măng tự phản ứng Lượng khống tiêu chuẩn (%) Cơng thức or hồn tồn tạo thành phần C-S-H C-A-S-H Với pozzolan tự nhiên, dễ dàng nhận thấy hoạt tính tự nhiên TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC pozzolan phụ thuộc vào hàm lượng Forsterit Cristobalit, hai khống chất phản ứng hồn tồn tạo phân tử hòa tan H4SiO4 (nước) dung dịch Phân tử chất tan H4SiO4 (nước) viết dạng phương trình sau: H4 SiO4 = SiO2 + H2 O CÔNG NGHỆ Đất tự nhiên tham gia vào q trình ổn định cách phân giải khống chất gibbsite để tạo ion Al + tham gia vào trình tạo CA-S-H (Strätlingite) Các ion Ca+2 tự cung cấp khoáng chất vơi xi măng CaO tự Ngồi việc kiểm tra tính đắn mơ hình, kết mơ hình kết thí nghiệm trường hợp so sánh vai trị vơi ổn định đất, phân bố sử dụng 10% pozzolan tự nhiên, 3% xi măng 4% vôi so sánh với hỗn hợp đất tương tự , pozzolan tự nhiên, xi măng khơng vơi (4) Bảng 4: Cường độ nén thí nghiệm mẫu sau 14 ngày điều kiện bão hòa hàm lượng khống C-S-H C-A-S-H mơ hai thiết kế hỗn hợp đất ổn định sử dụng vơi khơng sử dụng vơi Thí nghiệm Phương pháp số (Khối lượng) Trọng lượng vôi Cường độ nén trung (g/100g) bình mẫu (MPa) C-S-H C-A-S-H C-S-H+ C-A-S-H 0.33667 0.04371 0.00954 0.05325 0.65000 0.08004 0.00954 0.08958 Kết trình bày bảng cho thấy sử dụng 10% pozzolan tự nhiên 3% xi măng, hàm lượng vơi có ảnh hưởng đến cường độ nén thử nghiệm Với hàm lượng vôi 4% sử dụng, cường độ nén đất ổn định gần tăng gấp đơi Kết cường độ nén thí nghiệm đối chứng với kết mơ hình số Mơ hình số cho thấy hàm lượng khống C-A-S-H khơng đổi, nhiên, C-S-H hàm lượng khoáng cung cấp cường độ cho vật liệu xi măng, gần tăng gấp đôi tương ứng với cường độ nén kép Hàm lượng C-S-H tăng vôi CaO tự vơi sống hịa tan tạo Ca + làm cân hệ phản ứng Forsterit hịa tan hồn tồn tạo phân tử hịa tan H4SiO4 (nước) (SiO2 (nước)) kết hợp ion Ca + tạo C-S-H (CS-H1.6, CS-H1.2 CS-H0.8), chế không xuất trường Sự kết hợp không sử dụng vôi dẫn đến lượng khống Forsterit bị hịa tan nhỏ Vì hoạt động pozzolan tự nhiên khơng tối đa hóa Qua thấy vai trị quan trọng vơi việc kích hoạt hoạt động pozzolan tự nhiên trình ổn định đất Kết thí nghiệm mơ hình số lại đối chứng cho thấy tính đắn mơ hình nhiệt động thiết kế để nghiên cứu chế phản ứng chất hỗn hợp vật liệu ổn định đất Để hiểu so sánh vai trò chất hỗn hợp đất ổn định, báo mơ so sánh với kết thí nghiệm hai thiết kế hỗn hợp: đất-xi măngpozzolan tự nhiên đất-xi măng phần TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XI MĂNG ĐẤT- THIÊN NHIÊN POZZOLAN Trong phần này, mơ hình nhiệt động nghiên cứu khả hoạt hóa xi măng pozzolan tự nhiên Daknong q trình gia cố vơi chưa sử dụng Kết mơ hình, hàm lượng khống mang lại khả học cho vật liệu C-S-H C-A-S-H, kiểm soát với kết thử nghiệm: độ bền nén độ bền kéo đứt mẫu thử bảo dưỡng điều kiện bão hòa sau 14 ngày tuổi Hai thiết kế hỗn hợp sử dụng cho nghiên cứu "đất / pozzolan tự nhiên / xi măng = 90/0/10 80/10/10" Kết thí nghiệm cường độ nén mẫu sau 14 ngày điều kiện bão hịa hàm lượng khống C-S-H C-A-S-H hai hỗn hợp thiết kế đất ổn định sử dụng pozzolan tự nhiên không sử dụng pozzolan tự nhiên trình bày bảng Bảng 5: Cường độ nén thí nghiệm mẫu sau 14 ngày điều kiện bão hịa hàm lượng khống mô C-S-H C-A-S-H hai hỗn hợp thiết kế đất ổn định sử dụng pozzolan tự nhiên không sử dụng pozzolan tự nhiên Hỗn hợp thiết kế P/C=0/10 P/C=10/10 1.1 1.07 Cường độ chịu kéo (MPa) 0.085 0.086 C-S-H (khối lượng thể tích) 0.0725 0.0735 C-A-S-H (khối lượng thể tích) 0.0239 0.0239 C-S-H+C-A-S-H (khối lượng thể tích) 0.0964 0.0973 Cường độ nén (MPa) Qua kết bảng thấy hàm lượng khống C-S-H C-A-S-H tương đối tương đương hai trường hợp pozzolan tự nhiên khơng pozzolan tự nhiên có xi măng làm chất hoạt hóa Điều giải thích chất hoạt hóa CaO khơng có xi măng sử dụng đủ chủ yếu cho phản ứng hydrat hóa xi măng, điều thể rõ oxit CaO tồn đặc tính sản phẩm khống C 3S, C2S, C3A, C4AF Do đó, thành phần khống pozzolan tự nhiên Forsterit Cristobalit giúp phản ứng pozzolan hóa diễn ra, trường hợp sử dụng xi măng làm chất hoạt hóa hịa tan Cristobalit với hàm lượng nhỏ nên hàm lượng khoáng C-S-H khác trường hợp sử dụng pozzolan tự nhiên không sử dụng pozzolan tự nhiên tương đối nhỏ Vì vậy, sử dụng xi măng khơng có vơi làm chất kích thích tạo thành pozzolan tự nhiên Daknong, khơng có tác dụng gia cố đất Đồng thời, kết hàm lượng khống C-S-H C-A-S-H mơ hình tương đối phù hợp với độ bền học mẫu đất ổn định Qua hai phần III IV nêu trên, khẳng định độ xác tương đối mơ hình nhiệt động lực học nhằm nghiên cứu sâu chế trình ổn định đất sử dụng pozzolan tự nhiên, xi măng vôi Đan Mạch ỨNG DỤNG MƠ HÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỂ TỐI ƯU HĨA THIẾT KẾ HỖN HỢP Để tìm hỗn hợp tối ưu đất tự nhiên / vôi / xi măng / pozzolan, hàm lượng thành phần thay đổi Vơi có ba hàm lượng 0%, 4% 10% khối lượng hỗn hợp Xi măng có ba mức 0%, 3% 10% Pozzolan tự nhiên có tám hàm lượng 0%, 5%, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC 10%, 15%, 20%, 30% 40% Thành phần phần trăm khối lượng đất sử dụng thay đổi để tổng khối lượng vật liệu trộn đạt 100 gam Các vật liệu hỗn hợp cân bằng mơ hình nhiệt động lực học để xác định hàm lượng khoáng canxi silicat C-S-H silicat canxi aluminat C-A-S-H Do đó, thiết kế số lượng hỗn hợp mô theo mơ hình nhiệt động lực học x x = 63 hỗn hợp Kết mô hình thể Hình 2, Hình Hình Kết là, hàm lượng C-S-H C-A-S-H có 100 g hỗn hợp ổn định đất Hàm lượng phụ thuộc vào hàm lượng phần trăm pozzolan tự nhiên, vôi xi măng Hỗn hợp tối ưu với vôi sử dụng 0%, 4% 10% tương ứng "xi măng tự nhiên / pozzolan = 10/15; 10/20 10/20" Hàm lượng C-S-H + C-A-S-H lớn tỷ lệ vôi tự nhiên / xi măng / pozzolan ổn định 10/10/20 Khi không sử dụng vôi xi măng, hỗn hợp đất ổn định không tạo C-S-H + C-A-S-H có diện pozzolan tự nhiên CƠNG NGHỆ Hình 3: Kết số lượng hàm lượng khoáng C-S-H + C-A-S-H 100 g đất ổn định theo phần trăm pozzolan tự nhiên, xi măng 4% vơi Hình 4: Kết số lượng hàm lượng khoáng C-S-H + C-A-S-H 100 g đất ổn định theo phần trăm pozzolan tự nhiên, xi măng 10% vơi Hình 2: Kết số lượng hàm lượng khoáng C-S-H + C-A-S-H 100 g đất ổn định theo phần trăm pozzolan tự nhiên, xi măng 0% vôi Khi xi măng không sử dụng hỗn hợp ổn định, hàm lượng C S-H + C-A-S-H liên kết tăng tương ứng theo hàm lượng pozzolan tự nhiên Đồng thời, kết cho thấy sử dụng vôi tự nhiên pozzolan làm vật liệu để gia cố đất hàm lượng C-S-H + C-AS-H tương đối nhỏ mức 4% vơi 10% vơi, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ nên sử dụng vơi làm kích hoạt phản ứng pozzolan, cường độ đất ổn định không phát triển mạnh sử dụng nhiều vôi, điều phù hợp với thiết kế ổn định đất trung tâm địa kỹ thuật bang Indiana Hoa Kỳ [12] KẾT LUẬN VÀ BÌNH LUẬN Bài báo xây dựng thành cơng mơ hình nhiệt động học để giải thích chế ổn định đất chất kết dính: vơi tự nhiên, xi măng, pozzolan tự nhiên Lý thuyết chế ổn định đất xem xét cách khái qt từ mơ hình nhiệt động lực học đề xuất để nghiên cứu sâu chế ổn định đất Lý thuyết mơ hình nhiệt động lực học cân bằng, khả ứng dụng mơ hình khoa học vật liệu, trình bày Bằng cách kiểm sốt kết thí nghiệm cường độ hỗn hợp thiết kế “đất / pozzolan tự nhiên / vôi / xi măng”, “đất / pozzolan tự nhiên / xi măng”, “đất / xi măng”, kết thí nghiệm xác minh tính đắn mơ hình Mơ hình có độ xác tương đối cao, ứng dụng làm cơng cụ hỗ trợ thiết kế ổn định đất pozzolan tự nhiên, vơi, xi măng Từ giảm chi phí thiết kế cách giảm số lượng mẫu, kiểm tra lẫn độ xác kết thử nghiệm mơ hình, cải thiện mơ hình kỹ thuật số Do hạn chế báo, nhiều vấn đề nghiên cứu chế ổn định đất chưa làm rõ, tích hợp mơ hình nhiệt động lực học ảnh hưởng nhiệt độ, ảnh hưởng ph, vai trị xi măng Trong q trình phản ứng với hàm lượng vôi khác Đồng thời, thời điểm xảy phản ứng dự đoán phát triển cường độ theo thời gian Những vấn đề đề xuất báo cần có nghiên cứu mơ kết hợp với thí nghiệm để nâng cao độ xác mở rộng khả mơ mơ hình nhiệt động lực học nghiên cứu khác tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L Trotignon, V Devallois, H Peycelon, C Tiffreau, and X Bourbon, “Predicting the long term durability of concrete engineered barriers in a geological repository for radioactive waste,” Phys Chem Earth, vol 32, pp 259–274, 2007 [2] N C M Marty, C Tournassat, A Burnol, E Giffaut, and E C Gaucher, “Influence of reaction kinetics and mesh refinement on the numerical modelling of concrete/clay interactions,” J Hydrol., vol 364, no 1–2, pp 58–72, 2009 [3] L De Windt, D Pellegrini, and J Van Der Lee, “Reactive transport modeling of interaction processes between claystone and cement.” [4] L De Windt, D Deneele, and N Maubec, “Kinetics of lime/bentonite pozzolanic reactions at 20 and 50 C: Batch tests and modeling,” Cem Concr Res., vol 59, pp 34–42, 2014 [5] P Blanc et al., “Thermoddem: A geochemical database focused on low temperature water/rock interactions and waste materials,” Appl Geochemistry, 2012 [6] Van Quan Tran, “Contribution la compréhension des mécanismes de dépassivation des armatures d’un béton exposé l’eau de mer : théorie et modélisation thermochimique,” Ecole Centrale de Nantes, France, 2016 [7] D L Parkhurst and C A J Appelo, “Description of input and examples for PHREEQC 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Version - A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations,” U.S Geol Surv Tech Methods, B 6, chapter A43, 2013 [8] W Hummel, U Berner, E Curti, F J Pearson, and T Thoenen, “Nagra/PSI chemical thermodynamic data base 01/01,” in Radiochimica Acta, 2002 [9] D L Parkhurst and C A J Appelo, “User’s Guide To PHREEQC (version 2) - a Computer Program for Speciation, and Inverse Geochemical Calculations,” U.S Geol Surv WaterResources Investig Rep., 1999 [10] B T Vu et al., “A Geochemical Model for Analyzing the Mechanism of Stabilized Soil Incorporating Natural Pozzolan, Cement and Lime BT - Proceedings of China-Europe Conference on Geotechnical Engineering,” 2018, pp 852–857 [11] A A Amer, T M El-Sokkary, and N I Abdullah, “Thermal durability of OPC pastes admixed with nano iron oxide,” HBRC J., vol 11, no 2, pp 299–305, 2015 [12] Office of Geotechnical Engineering, “Design Procedures for Soil Modification or Stabilization,” Indiana, 2008 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 65 - 2021 11 ... C-A-S-H Do đó, thiết kế số lượng hỗn hợp mơ theo mơ hình nhiệt động lực học x x = 63 hỗn hợp Kết mơ hình thể Hình 2, Hình Hình Kết là, hàm lượng C-S-H C-A-S-H có 100 g hỗn hợp ổn định đất Hàm lượng... bazan hỗn hợp pozzolan tự nhiên, tro bay, xi măng Hàm lượng khoáng thiết kế hỗn hợp khác dự đoán mơ hình nhiệt động lực học, từ dự đoán khả học thiết kế hỗn hợp CÁCH TIẾP CẬN MƠ HÌNH A Cân nhiệt động. .. định đất Kết thí nghiệm mơ hình số lại đối chứng cho thấy tính đắn mơ hình nhiệt động thiết kế để nghiên cứu chế phản ứng chất hỗn hợp vật liệu ổn định đất Để hiểu so sánh vai trò chất hỗn hợp đất