Nghiên cứu gia cố cấu trúc đất bùn sét theo công nghệ geopolymer để cải tạo nền đất yếu

IăH CăQU CăGIAăTP H ăCHệăMINH TR NG I H C BÁCH KHOA TR NăV NăTHU NGHIểN C U GIA C C U TRÚC T BỐN SÉT THEO CỌNG NGH GEOPOLYMER C IT ON N TY U LU NăÁNăTI NăS ăK ăTHU T TP.ăH ăCHệăMINHă- N Mă2021 TR IăH CăQU CăGIAăTP.ăHCM NG I H C BÁCH KHOA TR NăV NăTHU NGHIểN C U GIA C C U TRÚC T BỐN SÉT THEO CỌNG NGH GEOPOLYMER C IT ON N TY U ChuyênăngƠnh:ăK ăTHU TăXỂYăD NGăCỌNGăTRỊNHăNG M Mưăs ăchuyênăngƠnh:ă62.58.02.04 Ph năbi năđ căl pă:ăăPGS.ăTS.ăTôăV năL n Ph năbi năđ căl pă:ăăPGS.ăTS.ăVõăNg căHƠ Ph năbi nă:ăăPGS.ăTS.ăVõăPhán Ph năbi nă:ăăPGS.ăTS.ăTr ngăQuangăThƠnh Ph năbi nă:ăăTS.ăLêăV năPha NG IăH NGăD NăKHOAăH C PGS.ăTS.ăChơuăNg că n PGS.ăTS.ăNguy năV năChánh L I CAM OAN Tácăgi ăxinăcamăđoanăđơyălƠăcơngătrìnhănghiênăc uăc aăb năthơnătácăgi ăCácăk tăqu ă nghiênăc uăvƠăcácăk tălu nătrongălu năánănƠyălƠătrungăth căvƠăkhôngăsaoăchépăt ăb tăk ă m tăngu nănƠoăvƠăd iăb tăk ăhìnhăth cănƠo.ăVi căthamăkh oăcácăngu nătƠiăli uăđưăđ th căhi nătríchăd năvƠăghiăngu n tƠiăli uăthamăkh oăđúngăquyăđ nh Tácăgi ălu năán Tr năV năThu i că TịM T T LU N ÁN Cơngătrìnhăxơyăd ngătrênăn năđ tăy uăth ngăph iăđ iăm tăv iănhi uăv năđ ănh ăs că ch uăt iăc aăn năth păvƠăđ ălúnăkéoădƠiătheoăth iăgian.ă ơyălƠăv năđ ănanăgi iăv iăcácăk ă s ăxơyăd ngăvƠăc năcóăbi năphápăkh căph căt năg căv năđ ăNguyênănhơnăc aăv năđ ă trênălƠădoăđ căđi măc uăt oăvƠăc uătrúcăc aăđ tăy u.ăM tătrongănh ngălo iăđ tăy uăph ă bi nălƠăđ tăbùnăsét,ăchúngăđ kínhăd căc uăt oăch ăy uăb iăcácăthƠnhăph năh tăsétăcóăđ iă2m,ăliênăk tăkháăl ngăl oăv iăđ ăr ngăl n.ă ngă ăc iăt oălo iăđ tăy uătrênăthƠnhă lo iăđ tăt tăh nătrongăl nhăv căxơyăd ng:ăcóăkh ăn ngăt oăraăs căch uăt iăl năv iăđ ălúnă nh ,ăc năcóăbi năphápăthayăđ iălƠmăchoăc uătrúcăc aăđ tătr ănênăđ căch căh n,ăliênăk tă gi aăcácăh tăch tăch ăh n.ăGi iăphápăhi năđangăđ căth căhi năr ngărưiăđ ăđ tăđ tiêuănƠyălƠăs ăd ngăch tăliênăk tălƠăxiăm ngăđ ătr năv iăđ tăy u.ăPh tr năxiăm ngălƠăđi năhìnhăchoăgi iăphápătrên,ăđưăđ căm că ngăphápăc căđ tă că ngăd ngăr ngărưiătrongăth căt ă xơyăd ng.ă G năđơyăcôngăngh ăv tăli uăch tăk tădínhăcóăti năb ăv m ngăpoocăl ngăđ tăb c,ăngoƠiăch tăk tădínhălƠăxiă căs ăd ngăph ăbi nătrongăxơyăd ng,ăng ch tăk tădínhăm i,ăđ iătaăcịnăphátătri năm tălo iă căm nhădanhălƠăbêătơngăc aăth ăk ă21ăđóăchínhălƠăch tăk tădínhă d aătrênăn năt ngăcơngăngh ăgeopolymer.ăC ăs ăkhoaăh căc aăcôngăngh ănƠyălƠăd aătrênă ph nă ng c aăcácăv tăli uăaluminosilicateătrongămôiătr đ b năvƠăc ngăki măđ ăt oăraăs năph m có ngăđ cao.ăNgu năv tăli uăaluminosilicate banăđ uăcóănhi uătrongătroăbay,ă đ tăsét.Trongăđó,ătroăbayăhayătroăx ănóiăchungălƠăm tăch tăph ăph măc aăcácănhƠămáyă nhi tăđi năđ t thanăđangăđ ngu năôănhi mămôiătr căxơyăd ngănhi uă ăVi tănamănh ngăn măg năđơyăvƠălƠăm tă ngăđángăbáoăđ ng M cătiêuăc aălu năánănƠyălƠăt năd ngăngu năph ăth iătroăx ăc aăcácănhƠămáyănhi tăđi nă đ tăthanăđ ăgiaăc ngăc uătrúcăc aăđ tăsétăy uăd aătrênăcông ngh ăgeopolymerăđ ăđ tă m cătiêuăképălƠăx ălỦăn năđ tăy uătrongăcơngătrìnhăxơyăd ngăvƠăgi măthi uăôănhi mămôiă tr ngădoăgi măngu năph ăth iătroăx ă tăy uăsauăkhiăđ căx ălỦăcóăth ăs ăd ngălƠmă n năcơngătrìnhăho căs ăd ngănh ăm tălo iăv tăli uăh uăíchăđ ălƠmăn năđ p,ăcácăb ăph nă c uăt oăđ ngăôătô,ăcácăb ăph năc uăt oăh uăíchătrongăxơyăd ngăcơngătrìnhăng m ii Ti năhƠnhăthíănghi mătrongăphịngăvƠăngoƠiăhi nătr c ngăv ăs ăhìnhăthƠnhăvƠăphátătri nă ngăđ ăc aăgeopolymerăt ngăh păt ăngu nătroăbayăt iănhƠămáyănhi tăđi năV nhăTơnă vƠăđ tăsétăy uăt iăthƠnhăph ăH ăChíăMinhătrongăđi uăki nănhi tăđ ăvƠăápăsu tăth C ngăđ ăch uănénăn ăhơngăđ tăđ hƠmăl cătrongăphịngăthíănghi măqu= 48,1 daN/cm2 ngăv iă ngătroăbayăs ăd ngălƠă40%ă,ăt ăl ădungăd chăch tăho tăhóaăchi mă40%ăkh iăl ch tăr năvƠăn ngăđ ădungăd chăNaOHălƠă10ămol/l.ăMôăđunăđƠnăh iăđ tăđ =3209 daN/cm2 C ngăv iăhƠmăl kh iăl ngăđ ănénăn ăhôngăđ tăđ căngoƠiăhi nătr ngă căkhiăđóăE50 ngăqu= 34,7 daN/cm2, ngătroăbayăs ăd ngălƠă40%,ăt ăl ădungăd chăch tăho tăhóaăchi mă40% ngăch tăr năvƠăn ngăđ ădungăd chăNaOHălƠă10ămol/l.ăGiáătr ăc nh tăthuăđ ng.ă căl năg pă151ăl năc đunăđƠnăh iăl nănh tăđ tăđ ki năl yăm uăhi nătr ngăđ ănénăl nă ngăđ ăch uănénăbanăđ uăc aăđ tăkhiăch aăx ălỦ.ăMơă căkhiăđóăE50 = 1663,5 daN/cm2 =ă166,3ăMPaă(trongăđi uă ngăv ăd ngăh ăkhô).ăKhiăs ăd ngăcácăph ngăti năthiăcơngăs nă cóăhi nănayăđ ăđƠoăđ t,ătr năbêătơngă ăđ ăthiăcơngăh năh păgeopolymerăt ăđ tăy uăt iă thƠnhăph ăH ăChíăMinh,ătroăbayăV nhăTơn,ăd ngăh ătrongăđi uăki năt ănhiênăv iăđ tă n năxungăquanhăcóăđ ă măcao,ămơăđunăđƠnăh iăc aăv tăli uăgeopolymerăcóăth ăđ tăđ E = 637 daN/cm2 ,ăb ngăkho ngă20%ăgiáătr ămôăđunăđƠnăh iăl nănh tăđ tăđ că cătrongă uăki năthíănghi mătrongăphịng,ăv iăcùngăc păph iăv tăli u K t qu phân tích b ngăph ngăpháp ph n t h u h n kh ngăđ nh vi c s d ngăđ m geopolymer, c t geopolymer b ng v t li u geopolymer t ng h p t đ t y u tro bay góp ph n gi măđángăk đ lún chuy n v ngang c a n năđ pătrênăđ t y u Khi s d ng v t li uăgeopolymerăđ păsauăl ngăt đ ng th i gi m n i l călênăt ng h m, làm gi măđángăk áp l căđ tălênăt ng, ng V iăcácăc ăs ăkhoaăh cătrìnhăbƠyătrongălu năán,ăk tăh păv iăk tăqu ăthíănghi mătrongă phịngăvƠăthíănghi mămơăhìnhăt iăhi nătr ngăchoăth yăkh ăn ngă ngăd ngăgi iăphápăx ă lỦăn năđ tăy uăb ngătroăbayăd aătrênăcôngăngh ăgeopolymerămangăl iăhi uăqu ăcaoăv ăk ă thu t,ăkinhăt ăvƠămôiătr ng,ăgi iăquy tătri tăđ ănh ngăhi năt cơngătrìnhătrênăđ tăy u,ădoăđưăthayăđ iăđ ngăb tăl iăkhiăxơyăd ngă căc uătrúcăc aăđ tăy uăvƠălƠmăchoăđ tăy uătr ă thành đ tăcóăcácăđ cătínhăxơyăd ngăt tăh n.ă iii ABSTRACT Constructions on soft ground often face many problems such as low load capacity of the foundation and prolonged settlement over time This is a difficult problem for construction engineers and needs to take measures to overcome the problem The cause of the above problem is the structural and structural characteristics of soft soil One of the most popular soft soil types is clayey mud, which is composed mainly of clay particles less than 2m in diameter, loosely linked with large porosity To improve the above soft soil to a better soil type in the construction sector: capable of creating a large load capacity with small subsidence, it is necessary to take measures to change the soil structure to become more dense, bonding between particles is tighter The currently widely implemented solution to achieve this goal is to use a cementitious binder to mix with soft soil The cement-mixed soil pile method is typical of the above solution, which has been widely used in construction practice Recently, the technology of adhesive materials has made great progress, in addition to the cementitious Portland cement that is commonly used in construction, a new type of adhesive has been developed, dubbed the calf Cardboard of the 21st century is an adhesive based on geopolymer technology The scientific basis of this technology is based on the reaction of aluminosilicate materials in an alkaline environment to produce products with high strength and durability The original source of aluminosilicate material was abundant in fly ash, clay, in which fly ash or ash, in general, was a waste product of coal-fired thermal power plants that are being built in many recent years and is an alarming source of environmental pollution The goal of this thesis is to utilize the ash and slag waste of coal-fired thermal power plants to reinforce the structure of soft clay based on geopolymer technology to achieve the dual goal of treating soft ground in the building building and minimizing environmental pollution due to reducing waste ash and slag The treated soft soil can be used as a building foundation or used as a useful material for embankment, road construction parts, useful structural parts in public construction implicit submission iv Conducted laboratory and field experiments on the formation and intensity development of geopolymer synthesized from fly ash sources at Vinh Tan thermal power plant and soft clay in Ho Chi Minh City under temperature conditions and normal pressure The compressive strength is not achieved in the laboratory qu = 48.1 daN/cm2 corresponding to the amount of fly ash used is 40%, the rate of activator solution accounts for 40% of solids weight and concentration of the solution NaOH solution is 10 mol/l The obtained elastic modulus is then E50 = 3209 daN/cm2 The compressive strength achieved in the field qu = 34.7 daN/cm2, corresponding to the amount of fly ash used is 40%, the rate of activator solution accounts for 40% of solids weight and concentration of the solution NaOH is 10 mol/l The value of maximum compressive strength obtained is 151 times higher than the initial compressive strength of the soil without treatment The maximum elastic modulus is then obtained, E50 = 1663.5 daN/cm2 = 166.3 MPa (under field sampling for dry curing) When using existing construction facilities to dig soil, mix concrete to construct geopolymer mixture from soft soil in Ho Chi Minh city, Vinh Tan fly ash, curing in natural conditions for the surrounding soil with high humidity, the elastic modulus of the geopolymer material can reach E = 637 daN/cm2, which is about 20% of the maximum elastic modulus value obtained under laboratory conditions , with the same material mix The results of analysis by the finite element method confirm that the use of geotechnical buffers, geotechnical columns made of geopolymer materials synthesized from soft soil and fly ash contributes significantly to reduce settlement and horizontal displacement of the ground fill on soft soil When using geopolymer material placed behind the tunnel wall, it significantly reduces soil pressure on the wall, and at the same time reduces internal force on the wall With the scientific basis presented in the dissertation, combined with the results of laboratory experiments and field modeling experiments, it shows the applicability of soft soil treatment solution with fly ash based on geopolymer technology bring high efficiency and completely solve adverse phenomena when constructing structures on soft soil, changing the structure of soft soil and making soft soil become soil with better building properties v L I CÁM Lu năánăđ căth căhi năv iăs ăh N ngăd năt nătơmăvƠăt nătìnhăc aăPGSăTS.ăChơuăNg că n,ăPGSăTS.ăNguy năV năChánh.ăCùngăv iăs ăch ăd năvƠăgiúpăđ ăc aăPGSăTS.ăNguy nă Minh Tâm, PGSăTS.ăLêăBáăVinh,ăPGSăTS.ăVõăPhán,ăPGSăTS.ăBùiăTr Tr ngăNgh a,ăTS.ă môn ăThanhăH i,ăTS.ăL iăV năQúi.ăLu năánăđ ngăS n,ăTS.ăLêă căs ăgiúpăđ ăc aăB ă aăc ậ N năMóng,ăKhoaăk ăthu tăXơyăd ng, PhịngăThíănghi măKi măđ nhăCơngă trìnhăLASăXDă313ăTr ngă iăh căGiaoăthơngăV năt iăThƠnhăph ăH ăChíăMinh.ăXină chơnăthƠnhăc mă nănh ngăh ngăd n,ăch ăd n,ăgiúpăđ ăt oăm i uăki năthu năl iăchoă tôiăđ căh căt păvƠănghiênăc uăđ ăhoƠnăthƠnhălu năánănƠy Nghiênăc uăsinhăxinăchơnăthƠnhăghiănh ănh ngăcôngă nănƠyăvƠăs ăc ăg ngăh năn aăđ ă nơngăcaoătriăth căvƠăđ oăđ căđ ăph căv ăt tăchoăs ănghi păgiáoăd c vi M CL C DANHăM CăCÁCăHỊNHă NH x DANHăM CăB NGăBI Uă xiii DANHăM CăCÁCăKụăHI UăVẨăT ăVI TăT T xiv M ă U 1ăăăTínhăc păthi tăc a đ ătƠiănghiênăc u .1 2ăăăM căđíchănghiênăc u 3ăăăụăngh aăkhoaăh căvƠăth căti năc aăđ ătƠi 4ăăăPh 5ăăă ngăphápănghiênăc u iăt ngăvƠăph măviănghiênăc u 6ăăăC uătrúcăc aălu năán .5 7ăăăNh ngăđóngăgópăm iăc aălu năán CH NGă1 T NG QUAN V CÁC GI I PHÁP GIA C N N VÀ NH NG NGHIÊN C U V GEOPOLYMER T NG H P T TROăBAYăVẨă T SÉT T ngăquanăv ăđ tăy uăvƠăcácăgi iăphápăgiaăc ăn n 1.1 1.1.1 Kháiăni măv ăđ tăy u 1.1.2 M cătiêuăc aăcácăcôngăngh ăx ălỦăn năđ tăy u 1.1.3 Cácăcôngăngh ăx ălỦăn năđ tăy u .8 1.2 Nh ngănghiênăc uăv ăgeopolymerăt ngăh păt ătroăbayăvƠăđ tăsétăs ăd ngăđ lƠmăn năđ păvƠăgiaăc ăn n 10 1.2.1 Kháiăquátăv ăs ăphátătri năc aăv tăli uăgeopolymer 10 1.2.2 Nh ngănghiênăc uăv ăgeopolymerăt ngăh păt ăđ tăsétăvƠătroăbay 13 1.3 Nh năxétăv ănh ngănghiênăc uătr c,ăđ ăxu tăh ngănghiênăc uăc aăđ ătƠiă lu năán .26 1.3.1 1.3.2 Nh năxétăv ănh ngăk tăqu ănghiênăc uăđưăcôngăb 26 ăxu tăh ngănghiênăc uăc aăđ ătƠiălu năán 26 CH NGă2 C ăS KHOA H C C A CÔNG NGH GEOPOLYMERă C I THI N TÍNH CH TăC ăH C C Aă T Y UăVẨăC ăS LÝ THUY T TÍNH TOÁN GIA C N N B NGă M VÀ C T GEOPOLYMER 28 C ăs ăkhoaăh căc aăcôngăngh ăgeopolymer 28 2.1 2.1.1 Kháiăni măv ăcôngăngh ăgeopolymer 28 2.1.2 C uătrúcăphơnăt ăc aăgeopolymer 28 vii 2.1.3 C ăch ăhóaăh căc aăcơngăngh ăgeopolymer 31 2.1.4 Qătrìnhăđóngăr năc aăgeopolymer 34 2.1.5 Tínhăch tăvƠă ngăd ngăc aăv tăli uăgeopolymer .38 C ăs ăkhoaăh căc aăv năđ ăc iăthi năđ cătínhăxơyăd ngăc aăđ tăy u 40 2.2 2.2.1 căđi măvƠăthƠnhăph năhóaăh căc aăđ tăy u 40 2.2.2 căđi măvƠăthƠnhăph năhóaăh căc aătroăbay 43 2.2.3 C ăs ălỦăthuy tăvƠăqătrìnhăhìnhăthƠnhăc 2.2.4 Xácăđ nhăcácăthơngăs ăv ăc ngăđ ăc aăđ tătr nătro bay 45 ngăđ ăđ tăgiaăc ăb ngăth cănghi măă 51 2.3 C ăs ălỦăthuy tătínhătốnăgiaăc ăn năb ngăđ măgeopolymerăvƠăc tă geopolymer 55 2.3.1 C ăs ălỦăthuy tătínhătốnăđ măgeopolymer .55 2.3.2 C ăs ălỦăthuy tătínhătốnăc tăgeopolymer 57 2.4 K tălu năch ng 61 CH NGă3 NGHIÊN C U TH C NGHI M S D NG V T LI U GEOPOLYMER T NG H P T T Y U T I CH K T H P V I TRO BAY LÀM V T LI Uă P VÀ GIA C N N 63 3.1 tăv năđ 63 3.2 Nguyênăli uăbanăđ uăđ ăt ngăh păgeopolymer 63 3.2.1 Tro bay .63 3.2.2 t sét 64 3.2.3 Dung d ch ch t ho t hóa ki m 65 3.3 Nghiênăc u th cănghi măđ ăđánhăgiáătínhăch tăc aăgeopolymerăt ngăh păt ă troăbayăvƠăđ tăsét 65 3.3.1 Ti năhƠnhănghiênăc uătrongăphịngăthíănghi m 65 3.3.2 Ti năhƠnhănghiênăc uăngoƠiăhi nătr 3.3.3 K tălu năph năthíănghi măhi nătr 3.4 K tălu năch ng 74 ng .83 ngă 84 CH NGă4ăS D NG V T LI UăGEOPOLYMERăTRONGăL NHăV Că A K THU T VÀ V Nă PHÂN TÍCH TÍNH TỐN 86 4.1 S d ng v t li u geopolymer t ng h p t đ t t i ch tro bay xây d ng cơng trình ng m 86 4.1.1 Tính tốn áp l căđ t lên cơng trình ng m 86 viii ... đóng góp m i c a lu n án L năđ uătiênăđư? ?nghiên? ?c u? ?gia? ?c ăđ t? ?sét? ?y uăt iăVi tăNamăb ng? ?công? ?ngh ? ?geopolymer? ? d aătrênătroăbayăV nhăTơnăđ ? ?gia? ?c ngăc u? ?trúc? ?c aăđ tăd năđ năt ngăc c aăđ t y uălênăhƠngătr... ngăpháp? ?gia? ?c ăn năđ tăy uăb ng? ?công? ?ngh ? ?geopolymer? ?s ăd ngătroăbay;ă ưă ngăd ngăv tăli u? ?geopolymer? ?t ngăh păt ătroăbayăvƠăđ tăy uătrongăcácăbƠiătoán? ?gia? ? c ăn nălƠmăđ m? ?geopolymer, ălƠmăc t? ?geopolymer? ?gia? ?c... ngăđ p cao đ u c u,ăbưiăđúcăcácăc u ki n l n, n n kho bãi); công trình gia c n n ph m vi nh h p Tr đ t gia c xiăm ngăth bùn, bùn, sét sét pha ngăđ cădùngăđ x lý, nén ch t l păđ t y uănh :ăThană