Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thành phần khoáng trong xi măng đến sự hình thành cường độ của cọc đất trôn xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ω NGUYỄN ANH QUỐC NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN KHOÁNG TRONG XI-MĂNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC ĐẤT TRỘN XI-MĂNG CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Δ Cán hướngdẫn khoa học : TS NGUYỄN MINH TÂM TS TRẦN VĂN MIỀN 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 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2011 NHIỆM VỤ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN ANH QUỐC Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 26/03/1977 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV: 10090337 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN KHỐNG TRONG XIMĂNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC ĐẤT TRỘN XI-MĂNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1-Nhiệm vụ: Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần khống xi-măng đến hình thành cường độ cọc đất trộn xi-măng 2-Nội dung: Mở đầu Chương : Tổng quan nghiên cứu ứng dụng cọc đất trộn xi-măng cải tạo đất yếu Chương : Các phương pháp thí nghiệm phương pháp nghiên cứu Chương : Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng thành phần khoáng Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ……/ … / …… IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ……/ … / …… V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN MINH TÂM TS TRẦN VĂN MIỀN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS Nguyễn Minh Tâm TS Trần Văn Miền PGS.TS VÕ PHÁN Đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm…… PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI TRI ÂN Qua thời gian học tập nghiên cứu trường, Em xin cảm ơn quý thầy cô Bộ mơn Địa Nền móng nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ học viên Xin gởi lời tri ân đết tất người Xin gởi lời cảm ơn đặc biệt đến hai thầy hướng dẫn khoa học thầy Nguyễn Minh Tâm thầy Trần Văn Miền Hai thầy dẫn Tôi cách tận tâm, tận tụy định phương hướng suốt thời gian thực luận văn Xin gởi lời cảm ơn đến thầy Đặng Kỳ Minh, thầy Nguyễn Quốc Khánh, thầy Bùi Đức Vinh, thầy Cù Khắc Trúc, thầy Võ Phán Các thầy giúp đỡ Tôi trình nghiên cứu Xin gởi lời cảm ơn đến trung tâm thí nghiệm vật liệu xây dựng công ty nghiên cứu kỹ thuật tư vấn xây dựng HỒNG VINH, phịng thí nghiệm trọng điểm khoa “Cơng nghệ vật liệu” trường ĐHBK, phịng thí nghiệm phân tích cấu trúc vật liệu khoa hóa trường ĐHBK, phịng thí nghiệm vật liệu xây dựng môn vật liệu xây dựng khoa “kỹ thuật xây dựng”, phịng thí nghiệm nano trường đại học quốc gia TP.HCM, phịng thí nghiệm đo nhiễu xạ tia X của viện khoa học & công nghệ Việt Nam Những phịng thí nghiệm giúp Tơi đo phân tích liệu Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình bạn bè thân hữu động viên, giúp đỡ Tôi suốt thời gian học tập vừa qua TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 Học viên Nguyễn Anh Quốc TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu phòng ảnh hưởng thành phần khống xi-măng đến hình thành cường độ cọc đất trộn xi-măng Đất sét nguyên liệu chọn tỉnh Trà Vinh xi-măng nguồn nguyên liệu nước với bốn loại khác A,B,C,D Nghiên cứu tiến hành với nhiều hàm lượng xi-măng, thay đổi hàm lượng xi-măng từ 15% đến 30%, thời gian bảo dưỡng từ ngày đến 28 ngày Nghiên cứu cường độ nén đất trộn xi-măng đạt giá trị cao đột biến hàm lượng xi-măng 30% Sự phát triển cường độ tăng nhanh thời gian bảo dưỡng ngày sau tăng chậm thời gian bảo dưỡng 28 ngày Ximăng loại D có hàm lượng khống cao mẫu đất gia cố xi-măng loại D tương ứng cho cường độ cao Hàm lượng vi cấu trúc thành phần khống tạo q trình đóng rắn mẫu đất trộn xi-măng trình bày thơng qua phân tích nhiễu xạ tia X, qua ảnh chụp kính hiển vi điện tử Mơ-đuyn cát tuyến (E50) đạt từ 69.09 qu đến 687.16 qu 28 ngày bảo dưỡng Qua nghiên cứu cho thấy chọn lựa loại xi-măng phù hợp cho dự án vào hàm lượng khống loại xi-măng ABSTRACT This thesis present a laboratory study on the influence of the mineral composition of cement to the formation of intensity of soil cement mix Selected materials in clay Trà Vinh province and cement is the source of raw materials in the country with four different types A, B, C, D The study was carried out with different cement content, changing the cement content from 15% to 30%, and maintenance time from days to 28 days Research indicates that the compressive strength of soil cement mix of high value and mutations in the cement content of 30% The development intensity increase in maintenance time 7-days and then increased slowly at 28-days maintenance period Cement type D has the highest mineral content and soil reinforced cement type D also corresponds to the highest intensity Content and structure of micro-mineral components of the curing process of cement mixed soil samples are shown through X-ray diffraction analysis, through an electron microscope photograph Secant modulus (E50) reached from 69.09 qu to 687.16 qu in 28-days of maintenance Studies showed that the choice of the most suitable cement for the project based on the content of minerals in the cement MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VÀ BẢNG .4  KÝ HIỆU 7  MỞ ĐẦU .9  Tính cấp thiết đề tài 9  Mục đích vấn đề nghiên cứu đề tài 9  Phương pháp nghiên cứu .9  Ý nghĩa khoa học đề tài 10  Ý nghĩa thực tiễn đề tài 10  Nội dung nghiên cứu đề tài 10  Hạn chế đề tài 11  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC ĐẤT TRỘN XIMĂNG (CDM) TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU .12  1.1 Lịch sử phát triển ứng dụng trụ đất trộn xi-măng gia cố đất yếu 12  1.1.1 Lịch sử phát triển trụ đất trộn xi-măng 12  1.1.2 Nguyên lý hình thành cường độ cọc đất trộn xi-măng 16  1.1.3 Ứng dụng trụ đất trộn xi-măng để gia cố đất yếu 17  1.1.4 Những dạng hình học bố trí móng 20  1.2 Sơ lược phương pháp thi công 21  1.2.1 Các phương pháp trộn 21  1.2.2 Công nghệ thi công trụ đất gia cố xi-măng 23  1.3 Ứng dụng cọc đất trộn xi-măng Việt Nam .29  1.4 Các kết nghiên cứu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu nước 30  1.4.1 Các kết nghiên cứu giới 30  1.4.2 Các kết nghiên cứu Việt Nam 42  CHƯƠNG : CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ QUY TRÌNH TẠO MẪU NGHIÊN CỨU 48  2.1 Các thí nghiệm vật lý đất 48  2.1.1 Thí nghiệm xác định độ ẩm (ASTM D2216) 48  2.1.2 Thí nghiệm xác định dung trọng 48  Trang 2.1.3 Thí nghiệm xác định thành phần hạt (ASTM D422-63) .50  2.1.4 Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo, giới hạn chảy Atterberg .51  2.2 Các thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng 53  2.2.1 Thí nghiệm nén trục có nở hơng (ASTM D5102-96) 53  2.3 Quy trình tạo mẫu nghiên cứu 57  2.3.1 Định nghĩa kí hiệu thơng số liên quan .57  2.3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm 58  2.3.2.1 Vị trí đất thí nghiệm cơng tác lấy mẫu 58  2.3.2.2 Thí nghiệm xác định tiêu lý đất tự nhiên .58  2.3.2.3 Lựa chọn hàm lượng xi măng nghiên cứu (aw) chất kết dính 63  2.3.2.4 Thiết bị trộn mẫu, Khn mẫu thí nghiệm 65  2.3.2.5 Quy trình trộn mẫu, bảo dưỡng mẫu đất trộn xi măng (ASTM D1632-96) : 66  2.3.3 Thí nghiện nén đơn 74  2.3.4 Thí nghiệm phân tích thành phần khống (X-Ray) 74  2.3.5 Chụp vi cấu trúc kính hiển vi điện tử (SEM) 74  2.3.6 Thí nghiệm phân tích thành phần hóa xi-măng 74  CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN KHOÁNG .75  3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ đất nước xi-măng (sw/c) .75  3.2 Sự thay đổi cường độ nén đơn (qu) theo thời gian bảo dưỡng 80  3.3 Cường độ nén nở hông (qu) độ biến dạng dọc trục (ε) 86  3.4 Tương quan cường độ nén đơn (qu) mô-đuyn cát tuyến (E50) 100  3.5 Tương quan cường độ nén đơn qu liều lượng xi-măng α (kg/m3) 105  3.6 Kết nhận xét thí nghiệm phân tích đặc tính xi-măng làm thí nghiệm .107  3.7 Phân tích nhận xét hình ảnh chụp cấu trúc kính hiển vi điện tử (SEM) mẫu đất sét mẫu đất trộn xi-măng 112  3.8 Kết nhận xét thí nghiệm phân tích hàm lượng khoáng nhiễu xạ tia X (X-Ray) 116  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122  HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 124  Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO .125  Trang MỤC LỤC HÌNH VÀ BẢNG MỤC LỤC HÌNH VÀ BẢNG .4 KÝ HIỆU MỞ ĐẦU .9 Tính cấp thiết đề tài Mục đích vấn đề nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu .9 Ý nghĩa khoa học đề tài 10 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 10 Nội dung nghiên cứu đề tài 10 Hạn chế đề tài 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CỌC ĐẤT TRỘN XIMĂNG (CDM) TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU .12 1.1 Lịch sử phát triển ứng dụng trụ đất trộn xi-măng gia cố đất yếu 12 1.1.1 Lịch sử phát triển trụ đất trộn xi-măng 12 1.1.2 Nguyên lý hình thành cường độ cọc đất trộn xi-măng 16 1.1.3 Ứng dụng trụ đất trộn xi-măng để gia cố đất yếu 17 1.1.4 Những dạng hình học bố trí móng 20 1.2 Sơ lược phương pháp thi công 21 1.2.1 Các phương pháp trộn 21 Trang Hình 1.90: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-20-06 28 ngày bảo dưỡng 1.3.4.3 Hàm lượng xi-măng aw=25% 28 ngày bảo dưỡng Bảng 1.32: Kết nén nở hông mẫu xi-măng D, aw=25%, 28 ngày bảo dưỡng Khối lượng Kí hiệu mẫu mẫu m (g) D25- 338.2 02 D25- 333.8 04 D332.9 25- Đường kính mẫu D (mm) Chiều cao mẫu H (mm) Tiết diện mẫu Ao (cm2) Độ biến dạng ε (%) Dạng phá hoại mẫu Tiết diện qui đổi A (cm2) Cường độ nén đơn qu (kgf/cm2) Môđuyn cát tuyến E50 (kgf/cm2) Tỷ lệ E50/qu 50.3 100.8 19.86 0.43 19.86 28.82 729.47 253.11 50.0 100.0 19.63 0.71 20.03 26.09 689.57 264.3 50.0 100.5 19.63 0.70 20.03 23.24 351.75 151.36 Trang 230 06 Hình 1.91: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-25-02 28 ngày bảo dưỡng Trang 231 Hình 1.92: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-25-04 28 ngày bảo dưỡng Trang 232 Hình 1.93: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-25-06 28 ngày bảo dưỡng 1.3.4.4 Hàm lượng xi-măng aw=30% 28 ngày bảo dưỡng Bảng 1.33: Kết nén nở hông mẫu xi-măng D, aw=30%, 28 ngày bảo dưỡng Khối lượng Kí hiệu mẫu mẫu m (g) D30- 338.1 02 D30- 330.5 04 D354.8 30- Đường kính mẫu D (mm) Chiều cao mẫu H (mm) Tiết diện mẫu Ao (cm2) Độ biến dạng ε (%) Dạng phá hoại mẫu Tiết diện qui đổi A (cm2) Cường độ nén đơn qu (kgf/cm2) Môđuyn cát tuyến E50 (kgf/cm2) Tỷ lệ E50/qu 50.0 100.2 19.63 0.60 20.03 29.37 1131.4 385.22 50.0 100.5 19.63 0.48 19.63 35.60 727.68 204.4 51.0 102.0 20.42 0.51 20.42 38.70 1151 297.41 Trang 233 06 Hình 1.94: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-30-02 28 ngày bảo dưỡng Trang 234 Hình 1.95: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-30-04 28 ngày bảo dưỡng Trang 235 Hình 1.96: Đồ thị ứng suất – Biến dạng mẫu D-30-06 28 ngày bảo dưỡng Trang 236 PHẦN 2: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH VI CẤU TRÚC BẰNG CHỤP HÌNH KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ 2.1 Kết mẫ đất sét Hình 2.1: Hình chụp vi cấu trúc đất sét 100 μm Trang 237 Hình 2.2: Hình chụp vi cấu trúc đất sét 50 μm Hình 2.3: Hình chụp vi cấu trúc đất sét 10 μm Trang 238 2.2 Kết phân tích mẫu đất sét gia cố xi-măng loại A Hình 2.4: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại A 100 μm Hình 2.5: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại A 50 μm Trang 239 Hình 2.6: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại A 10 μm 2.3 Kết phân tích mẫu đất sét gia cố xi-măng loại B Hình 2.7: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại B 100 μm Trang 240 Hình 2.8: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại B 50 μm Hình 2.9: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại B 10 μm Trang 241 2.4 Kết phân tích mẫu đất sét gia cố xi-măng loại C Hình 2.10: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại C 100 μm Hình 2.11: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại C 50 μm Trang 242 Hình 2.12: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại C 10 μm 2.5 Kết phân tích mẫu đất sét gia cố xi-măng loại D Hình 2.13: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại D 100 μm Trang 243 Hình 2.14: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại D 50 μm Hình 2.15: Hình chụp vi cấu trúc đất sét gia cố xi-măng loại D 10 μm Trang 244 ... TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN KHOÁNG TRONG XIMĂNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC ĐẤT TRỘN XI- MĂNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1-Nhiệm vụ: Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần khoáng. .. giá ảnh hưởng thành phần khống xi- măng đến hình thành cường độ cọc đất trộn xi- măng Ý nghĩa khoa học đề tài - Xác định yếu tố ảnh hưởng đến hình thành phát triển cường độ hàm lượng xi- măng. .. nhiều chủng loại xi- măng xuất thị trường Mục đích vấn đề nghiên cứu đề tài Nhiệm vụ đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần khống xi- măng đến hình thành cường độ cọc đất trộn xi- măng? ?? nhằm xác