Mục tiêu của bài viết là sử dụng xỉ than để nghiên cứu mối quan hệ giữa các hàm lượng vật liệu trong hỗn hợp đất-xỉ than thông qua thực nghiệm với các chỉ tiêu cơ lí của hỗn hợp vật liệu như: Thành phần hạt, cường độ kháng nén, sức chống cắt (C, , Su), hệ số thấm, CBR, đầm nén tiêu chuẩn.
Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp đất xỉ than để làm đường giao thông Research on the use of soil-coal slag mixture for road-bed transport construction > HUỲNH VĂN HIỆP1; LÂM VĂN CHÚC2; HUỲNH HỒNG3; BÙI PHƯỚC HẢO4 Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh E-mail: hvhiep@tvu.edu.vn, Ban quản lí dự án Đầu tư xây dựng khu vực Thị xã Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh E-mail: lamchuc79@gmail.com, Công ty CP Tư vấn xây dựng Môi trường Duy Thành tỉnh Trà Vinh E-mail: huynhhong286@gmail.com, ĐT: 0913980245 Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh E-mail: phuochao@tvu.edu.vn, ĐT: 0345501368 ABSTRACT: In recent years, coal slag are effectively used in construction in many countries around the world The objective of the paper is to use coal slag, through experiment, to study the relationship between the material content in the soil-coal slag mixture with the mechanical and physical properties of the material mixture such as: grain composition, compression resistance strength, shear strength (C, ,Su), permeability coefficient, CBR, standard compaction Then, the grain composition are compared with group A1-A3 in AASHTO M145 standard to determine the mixing ratio of soil–coal slag that meets the standard in making road-bed and leveling In addition, Plaxis software are also used to simulate and evaluate the stability of roadbed with soil-coal slag material for high and coastal embankment Keywords: soil-coal slag mixture; road-bed; mechanical and physical properties; AASHTO standard TÓM TẮT: Hiện nay, nhiều nước giới xỉ than sử dụng hiệu ngành xây dựng Mục tiêu báo sử dụng xỉ than để nghiên cứu mối quan hệ hàm lượng vật liệu hỗn hợp đất-xỉ than thông qua thực nghiệm với tiêu lí hỗn hợp vật liệu như: thành phần hạt, cường độ kháng nén, sức chống cắt (C, , Su), hệ số thấm, CBR, đầm nén tiêu chuẩn Sau đó, thành phần hạt so sánh với nhóm A1- A3 theo tiêu chuẩn AASHTO M145 để xác định tỷ lệ phối trộn hỗn hợp đất-xỉ than đạt yêu cầu để làm đường san lấp mặt Đồng thời, viết sử dụng phần mềm Plaxis để mô đánh giá độ ổn định đường đắp vật liệu đất-xỉ than cho trường hợp đắp cao đắp ven bờ Từ khóa: hỗn hợp đất-xỉ than; đường; tiêu lí; tiêu chuẩn AASHTO GIỚI THIỆU Tro bay xỉ than phế phẩm cơng nghiệp, có nguồn gốc từ q trình đốt than nhà máy nhiệt điện Nó vật liệu phức tạp người gây ra, việc xử lí khơng cách trở thành mối quan tâm môi trường dẫn đến lãng phí nguồn tài ngun phục hồi Do nhu cầu cấp bách liên tục phát triển phương pháp tái chế tro bay xỉ than Chính vậy, đánh giá trước tiên để mơ tả q trình tạo ra, đặc tính hóa lí mối nguy hiểm tro bay xỉ than cấp độ toàn cầu Sau tập trung vào ứng dụng tiềm nó, bao gồm sử dụng cơng nghiệp cải tạo đất, công nghiệp xây dựng, công nghiệp gốm sứ Cuối cùng, ưu điểm nhược điểm ứng dụng này, phương thức sử dụng tro bay toàn giới hướng nghiên cứu tương lai xem xét Ở số quốc gia có kinh tế phát triển hay có mức độ phát thải tro xỉ nhiệt điện lớn tro xỉ nhiệt điện tái sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực để tận thu tài nguyên làm phụ gia cho xi măng, bê tông, làm vật liệu cho gạch, vữa xây không nung, cải tạo đất nông nghiệp phần lớn phục vụ làm vật liệu xử lý nền, san lấp cơng trình hồn ngun mỏ Theo số liệu từ hội thảo tro than giới năm 2013 cho lĩnh vực san lấp mức độ sử dụng mức châu Âu với 18,98 %, Ấn Độ với 6,4 % cho đắp đường giao thông 12,6 % cho san Ở Hoa Kỳ 11% sử dụng để san lấp thấp Nhật Bản với 5,6 % (World of Coal Ash, 2013) Thêm vào đó, Nga nghiên ISSN 2734-9888 10.2021 163 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG cứu phức hợp đặc tính kỹ thuật để đánh giá việc sử dụng vật liệu đất để xây dựng kè, đường ô tô hoạt động san lấp mặt (Sirotyuk et al., 2017) Ngồi ra, Mỹ khoảng 21 triệu xỉ công nghiệp thép sản xuất năm Hoa Kỳ, nhiều công dụng thương mại hiệu xỉ phát triển làm đường, vật liệu đắp (Proctor et al., 2000) Tại Việt Nam nay, nghiên cứu ứng dụng xỉ than chưa nhiều nhiều nghiên cứu tập trung chủ yếu vào sử dụng tro làm phụ gia xi măng, vật liệu gia cố nền, vật liệu san lấp, làm gạch ngói khơng nung, gạch bê tông nhẹ, gạch bê tông chưng áp Lượng chất thải xỉ đáy lò từ nhà máy nhiệt điện lị cơng nghiệp bắt đầu quan tâm nghiên cứu năm gần Chẳng hạn Châu Trường Linh, 2018 sử dụng hỗn hợp xỉ than - tro bay chưa qua xử lí từ Nhà máy Nhiệt điện gia cố xi măng để làm vật liệu đắp móng kết cấu áo đường xây dựng cơng trình giao thơng làm thân đê, đập cơng trình thủy lợi tỉnh Trà Vinh Kết đo mô-đun đàn hồi thi công thử nghiệm trường cho kết tương đồng với thử nghiệm phịng Song song việc thúc đẩy tiêu thụ xử lý tro xỉ đặt Đinh Quốc Dân cộng sự, 2019 nghiên cứu sử dụng tro xỉ nhiệt điện san lấp sở nghiên cứu xác định đặc trưng lý tro xỉ để đánh giá khả sử dụng loại tro xỉ nhiệt điện san lấp, đánh giá độ bền hỗn hợp tro xỉ xi măng với tỷ lệ xi măng khác mẫu tro xỉ, mẫu tro, mẫu xỉ lấy nhà máy nhiệt điện Việt Nam Việc xử lý tận dụng nguồn vật liệu địa phương để xây dựng móng cơng trình nói chung xây dựng móng đường tơ nói riêng đặt cho nhà khoa học Ở thời điểm nay, tình trạng xâm thực xói mịn ven sơng nên cấm khai thác loại vật liệu để xây dựng việc nghiên cứu để tận dụng phế phẩm xỉ than vào làm vật liệu đường san lấp mặt vấn đề đắn cấp thiết LẤY MẪU ĐẤT TẠI BÃI CHỨA K2; K3; K4; K5; K9 THÀN H PHẦN HẠT BÃI CHỨA VÀ XỈ DỰA VÀO AASHTO M145 SO SÁN H THÀNH PHẦN HẠT TĂ NG % XỈ CHỌN TỶ LỆ XỈ ĐỂ THÀNH PHẦN HẠT A1 - A3 (MỨC TỐI THIỂU - GẦN CẬN TRÊN) CHƯA SO SÁN H THÀNH PHẦN HẠT HỖN HP VỚI A1 - A3 THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊ U CƠ LÝ Su; Rn; CBR; K Wl; Wp; IP CHƯA ĐẠT TRONG CÁC CHỈ TIÊU SO SÁN H YÊU CẦU CUÛA AASHTO TCVN: 5747-1993; TCVN: 4447- 2012 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỌN TỶ LỆ HỖ N HP ĐẠT VÀO MÔ PHỎNG 2.1 Sơ đồ qui hoạch kế hoạch thực nghiệm ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG Để tiến hành thực nghiệm nghiên cứu đưa sơ đồ thực nghiệm hình kế hoạch thực nghiệm bảng để chọn giải Hình Sơ đồ thực nghiệm pháp tối ưu theo tiêu chuẩn AASHTO Bảng Kế hoạch thực nghiệm Số lượng mẫu Diễn giải Khối Khối lượng cốt liệu mẫu (g) Tiêu Thí nghiệm ngày tuổi lượng TT Thí nghiệm chuẩn mẫu 14 28 56 (g) Đất Đất khô Xỉ than Đầm chặt Đất K2 gia cố 5% xỉ tiêu chuẩn than Dung trọng Đất K3 gia cố 5% xỉ tốt than 22 TCN 333:2006 Đất K4 gia cố 45% xỉ (Phương than pháp II-D) Độ ẩm tốt Đất K5 gia cố 40% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ 3 3 3.820 7.258 3.629 191 than Cường độ chịu nén Đất K3 gia cố 5% xỉ TCVN 3 3 3.820 7.258 3.629 191 (D=152 mm, than 9403:2012 H=117 mm) Đất K4 gia cố 45% xỉ 3 3 3.820 4.202 2.101 1.719 than 164 10.2021 ISSN 2734-9888 ĐẠT VỚI NHÓM A1- A3 CỦ A AASHTO M145 Tổng khối lượng (g) Đất Xỉ than - - - - - - - - - - 87.096 2.292 87.096 2.292 50.424 20.628 Cắt trực tiếp (D=64mm; H=2cm) Đo hệ số thấm (D=64mm; H=2cm) Nén Nhanh (D=64mm; H=2cm) CBR (D=152 mm, H=117 mm) Đất K5 gia cố 40% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất K5 gia cố 60% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất K5 gia cố 60% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất K5 gia cố 60% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất K5 gia cố 60% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than TCVN 4199 2012 TCVN 41992012 TCVN 41992012 22 TCVN 333-06 Tổng Cộng 3 3 3.820 4.584 2.292 1.528 55.008 18.336 3 3 3.820 7.258 3.629 191 87.096 2.292 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 128 64 52 383 157 - - - 116 139 70 46 418 139 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 128 64 52 383 157 - - - 116 139 70 46 418 139 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 220 110 661 17 - - - 116 128 64 52 383 157 - - - 116 139 70 46 418 139 - - - 116 220 110 661 17 - - - 3.820 7.258 3.629 191 87.096 2.292 - - - 3.820 7.258 3.629 191 87.096 2.292 - - - 3.820 4.202 2.101 1.719 50.424 20.628 - - - 3.820 4.584 2.292 1.528 55.008 18.336 - - - 3.820 7.258 3.629 191 87.096 2.292 - - - - - - - - 741.792 92.724 2.2 Khảo sát địa chất phân tích thành phần vật liệu hành phân tích thành phần vật liệu ta có kết bảng Mẫu hỗn hợp vật liệu nghiên cứu chia thành loại bảng đất tương ứng với kí hiệu K2, K3, K4, K5, K9 Sau tiến Bảng Tỷ lệ (%) trung bình thành phần loại vật liệu theo cỡ hạt chứa đất K2, K3, K4, K5, K9 Tỷ lệ (%) trung bình TT Thành phần K2 K3 K3 K4 K5 Sạn sỏi 0,031 0,031 0 Hạt cát 40,867 40,867 40,4 33,9 24,23 Hạt bụi 29,136 29,136 27,6 31,1 36,12 Hạt sét 29,966 29,966 32,0 35,0 39,65 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 TỔNG ISSN 2734-9888 10.2021 165 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Bảng Tổng hợp bề dày lớp đất K2, K3, K4, K5, K9 Tổng chiều dày Tỷ lệ Tổng chiều dày Tỷ lệ khoan qua (m) (%) khoan qua (m) (%) TT Loại đất K2 K3 Tổng chiều dày khoan qua (m) K4 Tỷ lệ (%) Tổng chiều dày khoan qua (m) K5 Tỷ lệ (%) Tổng chiều dày khoan qua (m) K9 Tỷ lệ (%) Đất loại cát 4,7 5,0 4,7 5,0 5,2 12,7 6,6 5,81 1,3 2,1 Đất cát pha 5,2 5,6 5,2 5,6 7,1 17,3 8,8 7,75 0,9 1,5 Đất sét pha 36,5 39,0 36,5 39,0 4,3 10,5 23,9 21,06 14,6 23,5 Đất sét 47,1 50,4 47,1 50,4 24,4 59,5 74,2 65,37 45,2 72,9 Tổng cộng 93,5 100 93,5 2.3 Đánh giá tiêu lí đất 2.3.1 Thí nghiệm phân tích thành phần cỡ hạt 100 41,0 Bảng Thành phần hạt nguyên trạng (K2, K3, K4, K5, K9) Cát D(mm) 2-1 – 0,5 0,5 - 0,25 0,25 – 0,1 K2 0 26,3 K3 0 11,5 K4 0 9,8 K5 0 15,8 K9 0 29,5 Theo kết thí nghiệm thành phần hạt đất K2 có giới hạn chảy WL=44,69 số dẽo IP=22,14 Theo TCVN 5747:1993 bảng 3-6 phân chia hạt nhóm hạt theo hệ thống AASHTO Nên đất K2 đất thuộc nhóm A-2-7 loại đất sét dẻo (CL), trạng thái cứng có tính nén từ thấp đến trung bình Theo kết thí nghiệm thành phần hạt đất K3 có giới hạn chảy WL=45,03 số dẽo IP=21 Theo TCVN 5747:1993 bảng 3-6 phân chia hạt nhóm hạt theo hệ thống AASHTO Nên đất K3 đất thuộc nhóm A2-7 loại đất sét dẻo (CL), trạng thái cứng có tính nén từ thấp đến trung bình Theo kết thí nghiệm thành phần hạt đất K4 có giới hạn chảy WL=45.53 số dẽo IP=19.18 Theo TCVN 5747:1993 bảng 3-6 phân chia hạt nhóm hạt theo hệ thống AASHTO Nên đất K4 đất thuộc nhóm A-2-7 loại đất sét dẻo (CL), trạng thái cứng có tính nén từ thấp đến trung bình Theo kết thí nghiệm thành phần hạt đất K5 có giới hạn chảy WL=47 số dẽo IP=21 Theo TCVN 5747:1993 bảng 3-6 phân chia hạt nhóm hạt theo hệ thống AASHTO Nên đất K5 đất thuộc nhóm A-2-7 loại đất sét dẻo (CL), trạng thái cứng có tính nén từ thấp đến trung bình Theo kết thí nghiệm thành phần hạt đất K9 có giới hạn chảy WL=44,36 số dẽo IP=20,70 Theo TCVN 5747:1993 bảng 3-6 phân chia hạt nhóm hạt theo hệ thống AASHTO Nên đất K9 đất thuộc nhóm A-2-7 loại đất sét dẻo (CL), trạng thái cứng có tính nén từ thấp đến trung bình Bảng Sức kháng nén không nở hông Loại mẫu K2 Dung trọng trước thí nghiệm 0 Bụi Sét 0,1 – 0,05 0,05 – 0,01 0,01 – 0,005 < 0,005 12,8 24,8 25,9 10,2 44 15,7 16,2 12,5 16 15,4 43,5 15,3 16,1 12,7 32 23,5 21,3 14,5 21,8 12,9 2.3.2 Sức kháng cắt Thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất theo tiêu chuẩn TCVN 4199:2012 loại đất K2, K3, K4, K5, K9 có kết độ bền kháng cắt tương đương hình Hình Biểu đồ sức kháng cắt đất Từ hình cho thấy giá trị nhỏ φ=17°28’; giá trị lớn φ=18°12’ giá trị nhỏ C=0,222 daN/cm2; giá trị lớn C= 0,253daN/cm2 Nhìn chung sức chống cắt hỗn hợp có thay đổi mà khơng đáng kể gần tương đồng 2.3.3 Sức kháng nén không nở hông Kết thí nghiệm nén cố kết thể bảng K3 K4 K5 K9 1,7 1,72 1,71 1,75 1,74 Độ ẩm trước thí nghiệm W0 26,96 26,22 29,74 28,03 27,52 Tỷ trọng Hệ số rỗng trước thí nghiêm e0 2,68 2,7 2,56 2,7 2,6 1,001 0,981 0,942 0,975 0,964 0,7 0,72 0,81 0,78 0,76 Độ bão hịa nước trước thí nghiệm G0 1 Dung trọng sau thí nghiệm 1,34 1,36 1,32 1,37 1,36 Hệ số rỗng cấp áp lực cuối 0,801 0,673 0,841 0,804 0,809 Hệ số nén lún a (cm2/daN) 0,037 0,021 0,021 0,012 0,024 52,7 83,6 91,7 154,3 79,3 Mô đun đàn hồi E ( daN/cm ) 166 100 113,5 100 62,0 100 Đất chủ yếu đất sét pha có màu vàng nâu, xám nâu trạng thái nửa cứng Thí nghiệm thành phần hạt đất theo TCVN 4198:2014, đất có thành phần hạt bụi sét chiếm đa số 10.2021 ISSN 2734-9888 Hình Đất, xỉ than mẫu phối trộn Bảng Thành phần hóa học xỉ than Thành phần hóa học SiO2 Al2O3 Hàm lượng (%) 40,4 18,8 Fe2O3 6,42 CaO 0,91 Na2O 0,49 2.4 Đánh giá tiêu lí xỉ than Mẫu than xỉ nghiên cứu tro đáy lấy từ Nhà máy Nhiệt điện để làm cốt liệu rời thay cát quan tâm việc xác định đặc tính học nó, bao gồm nén chặt, thấm, độ bền, độ cứng độ kháng nén, Thành phần hoá học sở kết thử nghiệm Công ty CP tư vấn Xây dựng Môi trường Duy Thành (LAS 817); thành phần hóa học xỉ than bảng Bảng Thành phần hạt xỉ than Cỡ sàng 25 19 12,5 9,5 4,75 0,425 0,075 (mm) Xỉ than 0 100 98,075 77,825 27,05 4,075 (%) 2.5 Xác định tỷ lệ phối trộn Để tái tạo đất với mục đích sử dụng làm đất đắp đường tiêu quan trọng cần phải quan tâm tới thành phần hạt hỗn hợp Ta áp dụng theo tiêu chuẩn AASHTO M145, TCVN 9436:2012 ta chọn ngưỡng thành phần hạt từ A1-A3 theo phân loại AASHTO Mục tiêu nghiên cứu tận dụng tối đa đất sẵn có địa phương nên ta chọn tỷ lệ phối trộn hỗn hợp để tỷ lệ đất lớn thành hạt thỏa theo phân loại đất AASHTO Từ đó, tác giả đề xuất tỉ lệ xỉ than thêm vào đất để hỗn hợp có thành phần hạt vừa đủ thỏa mãn yêu cầu thành phần hạt theo AASHTO Sau tiến hành thí nghiệm tiêu lí khác Nếu có trường hợp không đạt quay thay đổi tỉ lệ xỉ than phối trộn bảng (thường theo xu hướng tăng thêm xỉ than) Bảng Tỷ lệ phối trộn đất xỉ than Tỉ lệ phối trộn (%) Tên hỗ hợp K2 K3 K4 K5 K9 Xỉ than 5 45 40 Đất 95 95 55 60 95 Hỗn 100 100 100 100 100 hợp KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá tiêu lí hỗn hợp - Thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn TCVN 4201:2012 Sau chế tạo mẫu theo tỉ lệ phối trộn bảng 8, tiến hành thí nghiệm hỗn hợp ta có kết thí nghiệm bảng K2O 3,49 SO3 1,48 MgO 1,33 Loss on Ignition (LOI) 26,6 Tổng 100 Bảng Các tiêu dung trọng, độ ẩm mẫu phối trộn Loại mẫu K2 K3 K4 K5 K9 Dung trọng tự nhiên (g/cm3) 1,68 1,72 1,53 1,67 1,68 Độ ẩm (%) 17,53 15,06 18,40 16,41 17,71 Từ bảng cho thấy giá trị dung trọng khô lớn độ ẩm tối ưu đầm chặt tiêu chuẩn có giá trị gần xấp xỉ nhau, đặc biệt độ ẩm Dung trọng khô lớn biến đổi từ 1,53 g/cm3 đến 1,72 g/cm3 - Thí nghiệm nén đơn trục (qu) TCVN 9403:2012 Do cường độ mẫu dự kiến nhỏ, nên thí nghiệm thực phịng thí nghiệm Xác định sức kháng nén đơn trục vật liệu phối trộn máy nén nở hông tự do, áp lực tăng dần tương đương 8mm/phút đến mẫu phá hoại Mẫu vật liệu hỗn hợp thí nghiệm loại mẫu 152x117 qua thời gian dưỡng hộ Bảng 10 Kết nén đơn trục mẫu phối trộn TT Ký hiệu mẫu Cường độ chịu nén (MPa) ngày 14 ngày 28 ngày 56 ngày K2 0,191 0,203 0,221 0,219 K3 0,087 0,092 0,092 0,088 K4 0,127 0,128 0,142 0,141 K5 0,237 0,283 0,293 0,338 K9 0,206 0,231 0,246 0,259 Bảng 10 cho thấy tỉ lệ xỉ than tăng cường độ nén tăng có số trường hợp đặt biệt tỉ lệ phối trộn cao có cường độ thấp so với tỉ lệ phố trộn, cường độ chịu nén vật liệu dạng hạt khơng có chất liên kết vô nên nhỏ nên không xét đến - Thí nghiệm cắt trực tiếp nén nhanh TCVN 4199:2012 Sức chống cắt đất lực chống trượt lớn đơn vị diện tích mặt trượt, khối đất trượt lên khối đất tác dụng tải trọng ngồi, yếu tố chủ yếu định ổn định an tồn cơng trình Dựa theo tiêu chuẩn TCVN 4199:2012 xác định sức chống cắt hỗn hợp việu liệu từ suy lực dính c góc ma sát φ với số lượng mẫu chế tạo gồm tổ mẫu xác định tuổi 28 ngày thí nghiệm ta có kết thể hình ISSN 2734-9888 10.2021 167 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Hình cho thấy có tăng rõ rệt tiêu sức chống cắt hỗn hợp đất xỉ than so với đất K2, tăng từ 17 o28’ lên 27o42’ tăng 58,68%, lực dính C tăng từ 0,222 KG/cm2 lên 2,521 KG/cm2 tăng 1035,59% tương tự với hỗn hợp phối trộn so với đất tương ứng tổng hợp bảng 11 - Thí nghiệm hệ số thấm TCVN 8723:2012 Để thí nghiệm hệ số thấm (k) vật liệu hỗn hợp theo phương pháp cột nước không đổi cho cấp áp lực 100 kPa; 200 kPa 300 kPa Mẫu đo thấm có kích thước Φ55x60 lượng mẫu chế tạo tổ mẫu (xác định tuổi 28 ngày) Hệ số thấm dao động không lớn so sánh áp lực thời gian dưỡng hộ, cấp áp lực nén 100 kPa từ 2,15x10-8cm/s (K2); 5,63x10-8cm/s (K3); 2,31x108 cm/s (K4); 2,06x10-8cm/s (K5); 1,49x10-8cm/s (K9); Kết thí nghiệm dùng mô lớp vật liệu làm lớp đắp nền, đặc biệt đất yếu; có ảnh hưởng nước ngầm Với tất mẫu, hệ số thấm nhỏ 28 ngày 1,49 x108 cm/s Tính thấm hỗn hợp sau đạt cường độ nhỏ, nhỏ nhiều so với hệ số thấm đất sét Điều cho thấy hiệu khả chống thấm hỗn hợp vật liệu tỉ lệ phối trộn - Thí nghiệm CBR (Dựa theo tiêu chuẩn 22TCN332:06) CBR tỷ số (%) áp lực nén (do đầu nén gây mẫu thí nghiệm áp lực nén mẫu tiêu chuẩn, ứng với độ ép lún 2,54cm 5,08cm CBR vật liệu tiêu để đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng làm nền, móng đường dùng để thiết kế kết cấu mặt đường theo tiêu chuẩn AASHTO Với số lượng mẫu thành phần tổ mẫu tuổi 28 ngày ngâm nước ngày đêm Bảng 12 cho thấy kết mẫu phối trộn, mẫu có CBR nhỏ K4=20,35 lớn mẫu K2= 24,63 Qua kết thí nghiệm tất mẫu có CBR>8 nên đủ điều kiện áp dụng cho đất đắp đường Hình Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt pháp cắt trực tiếp mẫu phối trộn Hình Biểu đồ thấm theo cấp áp lực nén 3.2 Đề xuất tỉ lệ phối trộn hợp lí hỗn hợp Qua đánh giá trữ lượng đất, phân tích tiêu lí đất, xỉ than kết thực nghiệm tỷ lệ phối trộn Sau so sánh với TCVN 5747:1993; TCVN 4447:2012 AASHTO nhóm tác giả đề xuất tỷ lệ phối trộn bảng làm vật liệu đắp đường giao thơng ta có bảng tổng hợp kết thực nghiệm bảng 13 Bảng 11 Bảng tổng hợp giá trị tăng giảm c φ sau hỗn hợp so với đất tương ứng Chỉ tiêu thí nghiệm K2 K3 K4 Tăng Tăng Tăng Góc nội ma sát φ 58,68% 188,72% 188.10% Tăng Giảm Tăng Lực dính c 1035.59% 70.72% 108.89% Bảng 12 Kết sức chịu tải CBR mẫu hỗn hợp vật liệu TT Chỉ tiêu thí nghiệm K2 K3 K4 K5 K9 28 2,190 2,115 2,041 2,008 1,933 28 24,63 22,49 20,35 21,96 24,10 Bảng 13 Bảng tổng hợp thực nghiệm tỷ lệ phối trộn mẫu Thông số thực nghiệm K2 K3 Dung trọng tự nhiên (g/cm ) Độ dốc thủy lực Vận tốc thấm (m/s) % CBR 168 1,68 K9 Tăng 217.58% Giảm 74.58% Ký hiệu mẫu Tuổi mẫu (ngày) Dung trọng khô (g/cm3) CBR (%) K5 Tăng 179.03% Tăng 133.99% 1,72 K4 K5 K9 1,53 1,67 1,68 330,579 333,333 307,692 333,333 333,333 8,27911E-06 1,354E-05 1,23E-05 1,473E-05 1,442E-06 24,63 22,49 20,35 21,96 24,1 Lực dính C (kG/cm ) 2,521 0,065 0,47 0,592 0,06 Góc nội ma sát (φ) 27ο42' 52ο23' 52ο03' 50ο56' 55ο56' Độ trương nở (%) 0,15 0,13 0,11 0,12 0,12 10.2021 ISSN 2734-9888 Hình Mặt cắt ngang đoạn đầu cầu tính tốn trường hợp đắp cao 5m (trường hợp 1) (b) (a) (c) Hình Kết tính đoạn đầu cầu tính toán trường hợp đắp cao 5m theo trường hợp (vật liệu K2) a Kết tính tốn chuyển vị tổng thể; b Kết tính độ lún đường S=44,14mm); c Kết tính hệ số ổn định (Kmin = 1,731) Qua thí nghiệm tiêu lí xỉ than đất, ta thấy CBR lớn dao động từ khoảng 20,43÷24,63, góc ma sát lớn từ 270 đến 550, độ trương nở từ 0,11%÷0,15% dung tự nhiên từ 1,53÷1,72g/cm3 tương ứng trường hợp K2, K3, K4, K5 K9 Kết ta thấy hỗn hợp xỉ than đất dùng thay cát để làm đường san lấp mặt 3.3 Đánh giá ổn định đường sử dụng hỗn hợp đất-xỉ than Dựa vào đặc trưng vật liệu hỗn hợp đất xỉ than, tác giả mô phần mềm Plaxis (Brinkgreve et al., 2007) đánh giá ổn định đường đề xuất giải pháp hợp lí Trường hợp tính tốn chia trường hợp cụ thể sau: TH1 (thay vật liệu đắp hỗn hợp đất K2 phối trộn xỉ than), TH2 (thay vật liệu đắp hỗn hợp đất K3 phối trộn xỉ than), TH3 (thay vật liệu đắp hỗn hợp đất K4 phối trộn xỉ than), TH4 (thay vật liệu đắp hỗn hợp đất K5 phối trộn xỉ than), TH5 (thay vật liệu đắp hỗn hợp đất K9 phối trộn xỉ than) 3.3.1 Đường đầu cầu Mục tiêu thay vật liệu đắp tôn cao hỗn hợp đất phối trộn xỉ than (K2, K3, K4, K5 K9) Kết tính tốn phần mềm Plaxis sở để lựa chọn vật liệu thay phù hợp (hình 6, 7), ta có kết tính tốn thể bảng 14 15 Bảng 14 Kết tính hệ số ổn định cho tốn đường đầu cầu Hệ số ổn định SF Mặt cắt ngang [K] TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 Nền đắp cao 5m 1,731 1,721 1,808 1,829 1,824 1,4 Nền đắp cao 6m 1,542 1,530 1,612 1,630 1,624 1,4 Nền đắp cao 7m 1,369 1,363 1,431 1,448 1,451 1,4 Bảng 15 Kết tính độ lún đường cho toán đường đầu cầu Độ lún đường (mm) Mặt cắt ngang [S] TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 Nền đắp cao 5m 44,14 43,20 40,32 38,87 36,47 400 Nền đắp cao 6m 59,47 57,98 54,39 42,24 49,18 400 Nền đắp cao 7m 78,01 76,12 71,67 68,68 64,07 400 Từ bảng 14 15 ta thấy kết tính lún đường trường hợp tính khác đảm bảo độ lún cho phép Ngược lại, kết tính ổn định cho toán đường đầu cầu sau: - Đối với mặt cắt đoạn đầu cầu cao 5m: hệ số ổn định cao K=1,711÷1,829, sử dụng tất hỗn hợp đất phối trộn xỉ than (K2, K3, K4, K5 K9) đắp đường đầu cầu cao 5m - Đối với mặt cắt đoạn đầu cầu cao 6m: hệ số ổn định K=1,530÷1,630 lớn hệ số ổn định cho phép [K]=1,4, sử dụng tất hỗn hợp đất phối trộn xỉ than (K2, K3, K4, K5 K9) đắp đường đầu cầu cao 6m - Đối với mặt cắt đoạn đầu cầu cao 7m: hệ số ổn định K=1,363÷1,451 Do vậy, mặt cắt đoạn đầu cầu cao 7m nên sử dụng hỗn hợp đất phối trộn xỉ than (K4, K5 K9) đắp đường đầu cầu cao 7m 3.3.2 Đường – đê – kè kết hợp Tổng hợp kết tính cho trường hợp khác trình bày bảng 16 bảng 17 ISSN 2734-9888 10.2021 169 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Bảng 16 Kết tính hệ số ổn định cho toán đường - đê kè kết hợp Hệ số ổn định SF [K] TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 1,239 1,242 1,247 1,249 1,252 1,20 Bảng 17 Kết tính độ lún đường cho tốn đường đê - kè kết hợp Độ lún đường (mm) [S] TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 40,40 39,94 39,36 39,13 38,60 300 Kết tính ổn định cho tốn đường – đê – kè kết hợp với trường hợp tính khác đảm bảo độ lún cho phép Do vậy, sử dụng tất hỗn hợp đất phối trộn xỉ than (K2, K3, K4, K5 K9) thay vật liệu đắp đường – đê – kè kết hợp 3.3.3 Đường đô thị quy hoạch Kết tính lún tương ứng S1 = 30,68 mm; S2 = 30,59 mm; S3 = 24,28 mm; S4 = 21,63 mm; S5 = 16,23 mm Kết tính lún đường trường hợp tính khác độ lún tính tốn [S]=16,23÷30,68mm nhỏ tương đương với độ lún cho phép [S] = 300mm Do ta sử dụng tất hỗn hợp đất phối trộn xỉ than (K2, K3, K4, K5 K9) thay kết cấu đường (lớp cát đắp) Qua kết tính tốn hỗn hợp xỉ than - đất (K2; K3; K4; K5; K9) độ lún tính tốn nhỏ nhiều so với độ lún cho phép Hệ số ổn định lớn hệ số ổn định cho phép nên đủ điều kiện dùng vật liệu hỗn hợp đắp đường vị trí đầu cầu, đường thị, đường – đê – kè kết hợp (trừ trường hợp đắp vị trí đầu cầu > 6m có K2, K3 không đạt hệ số ổn định) Thay đất đường cho thấy tính thấm cao, CBR lớn cho phép, độ bền vững cơng trình hiệu sử dụng xỉ than, gia cố đất đường nước giới, đặt biệt cho thấy triển vọng việc sử dụng xử lí xỉ than phối trộn đất để làm liệu xây dựng giao thông KẾT LUẬN - Đã đánh giá trữ lượng đất, phân tích tiêu lí đất, xỉ than Tiến hành phối trộn sau kết thực nghiệm tỷ lệ phối trộn ta có dung trọng tự nhiên lớn từ 1,53 đến 1,72 g/cm3, góc ma sát lớn từ 270 đến 550 xỉ than có kích cỡ đa dạng, cỡ hạt lớn 12,5mm nhỏ 0,425mm Các đặc trưng lí hỗn hợp đất xỉ than chưa qua xử lí sử dụng để thay cát - Hỗn hợp đề xuất gồm vật liệu xỉ than-đất có CBR>8 đảm bảo sử dụng để đắp đường thay cho lớp cấp phối thiên nhiên để làm vật liệu đắp đất yếu tính thấm nhỏ, khả cách nước cao - Dựa vào đặc trưng vật liệu hỗn hợp đất-xỉ than thí nghiệm, nghiên cứu đã mơ đánh giá ổn định dạng đường, sử dụng vật liệu nghiên cứu để đề xuất sử dụng loại hỗn hợp, tỉ lệ phối trộn phù hợp với chiều cao đắp, loại mặt cắt ngang (nền đắp cao đầu cầu, đường có nguy ngập nước, đường đắp thông thường san lấp mặt bằng) - Kết nghiên cứu giúp cho nhà quản lí, nhà thiết kế để có kế hoạch sử dụng tương lai cho đắp đường san lấp mặt điều kiện khang cát 170 10.2021 ISSN 2734-9888 TÀI LIỆU THAM KHẢO AASHTO, M145-91, The classification of soils and soil-agregate Mixtures for highway construction purpose, 2004 Brinkgreve RBJ, WM Swolfs, E Engin, D Waterman, A Chesaru, P Bonnier, V Galavi Plaxis user’s manual, version 2.0 Rotterdam: Balkema; 2007 Châu Trường Linh, Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay chưa xử lí - xi măng để đắp làm lớp móng kết cấu áo đường tỉnh Trà Vinh, Tạp chí Giao thơng vận tải, 2018, (http://www.tapchigiaothong.vn/nghien-cuu-su-dunghon-hop-vat-lieu-xi-than-tro-bay-chua-xu-ly-xi-mang-de-dap-nen-va-lam-lopmong-ket-cau-ao-duong-tai-tinh-tra-vinh) D M Proctor, K A Fehling, E C Shay, J L Wittenborn, J J Green, C Avent, R D Bigham, M Connolly, B Lee, T O Shepker, and M A Zak, Physical and Chemical Characteristics of Blast Furnace, Basic Oxygen Furnace, and Electric Arc Furnace Steel Industry Slags, Journal of Environmental science and technology, Vol 34, No 8, 2000, page 1576÷1582 Đồn Thế Tường, Đinh Quốc Dân, Đỗ Ngọc Sơn, Sử dụng tro xỉ nhiệt điện làm vật liệu san lấp, Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng - số 1/2019 trang 35÷43 Sirotyuk, V V.; Lunev, A A, Strength and deformation characteristics of Ash and Slag mixture, Magazine of Civil Engineering, 2017, Vol 74 Issue 6, page1÷14 22 TCN 332:06, Xác định số CBR đất, đá dăm phòng thí nghiệm, Bộ Giao thơng vận tải, 2006 22 TCN 333:06, Đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm, Bộ Giao thông vận tải, 2006 Tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 5747:1993 Đất xây dựng - Phân loại, xuất lần 1, Hà Nội, 1993 Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 4199:2012, Đất xây dựng-Phương pháp xác định sức chống cắt phịng thí nghiệm máy cắt phẳng, xuất lần 1, Hà Nội, 2012 Tiêu chuẩn Quốc Gia, TCVN 9436:2012, Nền đường ô tô - thi công nghiệm thu, xuất lần 1, Hà Nội, 2012 Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 4201:2012, Đất xây dựng-Phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn phịng thí nghiệm, Hà Nội, 2012 Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 9403:2012, Gia cố đất yếu - Phương pháp trụ đất xi măng, Hà Nội, 2012 Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 8723:2012, Đất xây dựng cơng trình thủy lợi- Phương pháp xác định hệ số thấm phịng thí nghiệm, Hà Nội, 2012 Tiêu chuẩn Quốc gia, TCVN 4447:2012, Công tác đất- thi công nghiệm thu, xuất lần 1, Hà Nội, 2012 Tiêu chuẩn Quốc gia-TCVN 4198:2014 Đất xây dựng – Phương pháp phân tích thành phần hạt phịng thí nghiệm, xuất lần thứ 1, Hà Nội, 2014 World of Coal Ash, World of Coal Ash Conference in Kentucky, 2013 ... 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất K5 gia cố 60% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất. .. H=117 mm) Đất K5 gia cố 40% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2 gia cố 5% xỉ than Đất K3 gia cố 5% xỉ than Đất K4 gia cố 45% xỉ than Đất K5 gia cố 60% xỉ than Đất K9 gia cố 5% xỉ than Đất K2... K5 K9 Kết ta thấy hỗn hợp xỉ than đất dùng thay cát để làm đường san lấp mặt 3.3 Đánh giá ổn định đường sử dụng hỗn hợp đất- xỉ than Dựa vào đặc trưng vật liệu hỗn hợp đất xỉ than, tác giả mô phần