Chất kết dớnh rắn trong nước (liờn kết thủy húa): là những khoỏng vật kết hợp với
nước tạo thành một loại vữa ngưng kết, đụng cứng trong nước và trong khụng khớ. Khi phản ứng với nước, chỳng tạo thành những thành phần thuỷ hoỏ ổn định, rất ớt
tan trong nước, cú lực liờn kết tốt giữa bản thõn chỳng và giữa chỳng với cỏc hạt
đất, hỡnh thành dần cường độ của hỗn hợp gia cố chất kết dớnh vụ cơ. Đụi khi để
tăng liờn kết cần phải trộn thờm chất xỳc tỏc thường là một bazơ mạnh. Cỏc chất
này thường là cỏc loại xi măng, vụi thuỷ, tro bay sunfat – vụi, xỉ lũ cao ...
Sự hỡnh thành cường độ và tớnh ổn định nước của hỗn hợp vật liệu hạt gia cố chất liờn kếvụ cơ phụ thuộc nhiều vào thành phần khoỏng của vật liệu hạt, phương phỏp
gia cố, cỏc phản ứng xảy ra tại bề mặt tiếp xỳc giữa cỏc chất kết dớnh với vật liệu khoỏng và quỏ trỡnh trao đổi ion giữa chỳng.
Trong vật liệu hạt thường tồn tại khoỏng vật nguyờn sinh và khoỏng vật thứ sinh. Khoỏng vật nguyờn sinh là sản phẩm hỡnh thành do đỏ bị phong húa vật lý, khoỏng vật thứ sinh là sản phẩm hỡnh thành do khoỏng vật nguyờn sinh bị phong húa húa học. Quỏ trỡnh phong húa húa học tạo nờn sản phẩm khoỏng thứ sinh cú tớnh chất hoàn toàn khỏc so với khoỏng nguyờn sinh ban đầu như cỏc khoỏng vật sột, cỏc ụ xớt nhụm, ụ xớt sắt...
Trong quỏ trỡnh gia cố cỏc khoỏng vật nguyờn sinh chỉ đúng vai trũ của khung cốt liệu mà khụng tham gia vào quỏ trỡnh trao đổi ion hay tương tỏc húa học với cỏc chất kết dớnh, cỏc khoỏng vật thứ sinh ảnh hưởng lớn đến sự hỡnh thành cường độ
của hỗn hợp gia cố. Vớ dụnhư CaSO4 tồn tại trong hỗn hợp sẽ gõy tỏc dụng xấu vỡ
thể tớch tăng rất lớn khi gặp nước dẫn đến phỏ hoại kết cấu vật liệu gia cố; nhỡn
chung sự tồn tại của cỏc khoỏng Na2SO4.10H2O, MgSO4.7H2O,... sẽ bất lợi cho hỗn hợp vật liệu hạt gia cố.
Cỏc hạt sột – keo (hạt keo cú kớch cỡdưới 10-4mm) cho dự cú cỏc nguyờn nhõn hỡnh thành khỏc nhau thỡ khi ẩm đều thể hiện một số đặc trưng của một hệ phõn tỏn keo sột. Hỗn hợp vật liệu hạt cú tỷ lệ hạt sột – keo càng lớn (>30% khối lượng) thỡ quỏ trỡnh húa keo đặc biệt rừ rệt. Ở trạng thỏi ẩm ướt, sột là hệ phõn tỏn trong đú cỏc hạt khoỏng là pha phõn tỏn, cũn dung dịch chứa trong lỗ rỗng giữa cỏc hạt là mụi
trường phõn tỏn. Bất kỳ một hệ phõn hạt phõn tỏn nào cũng cú năng lượng bề mặt
nhất định (năng lượng thừa ở bề mặt do lực hỳt tương hỗ của cỏc phõn tử trờn bề
mặt khụng được sử dụng hết cho sự dớnh kết phõn tử) được đo bằng tớch số giữa sức
căng bề mặt ở ranh giới hai pha (cứng và lỏng) với trị số tổng diện tớch bề mặt của
tất cả cỏc hạt phõn tỏn. Năng lượng bề mặt của ỗn hợp được tạo ra chủ yếu là do tổng diện tớch hay là tỷ diện của hạt. Năng lượng này cú thể hỳt và giữ chặt cỏc phõn tử và cỏc hạt keo của những chất khỏc từmụi trường hoặc lỗ rỗng xung quanh.
Hiện tượng hỳt bề mặt này gọi là sự hấp phụ và cỏc vật chất được nghiền nhỏ trở
thành cú tớnh hấp phụ. Đất chứa nhiều hạt nhỏ (sột – keo) và được nghiền nhỏ sẽ cú
khảnăng hấp phụ cỏc phõn tử liờn kết được trộn thờm vào. Khảnăng hấp phụ cú thể
gồm: khảnăng hỳt cơ học, khảnăng hỳt vật lý, khảnăng hỳt húa học, khảnăng hỳt
húa học.
Mụi trường khuếch tỏn D
Cỏc hạt sột keo cú mang điện nờn chỳng khụng đơn thuần là những vật chất vi
lượng mà là cỏc hạt cú cấu trỳc mang điện phức tạp như Hỡnh 2.3 và do đú chỳng cú
khả năng trao đổi ion với phõn tử của cỏc chất khỏc cú trong dung mụi của hệ phõn
tỏn. Lớp khuếch tỏn càng dày thỡ đất càng phõn tỏn dẫn đến tớnh chất cơ lý của đất càng kộm (tớnh dẻo, tớnh nở co và ộp co của đất tăng nờn). Tại lớp khuếch tỏn C, vựng càng xa bề mặt lực hỳt tĩnh điện từ lừi càng giảm tạo ra khả năng trao đổi ion+
(cũng gọi là khảnăng hỳt húa lý) với mụi trường xung quanh. Sựtrao đổi này dẫn
đến bề dày lớp khuếch tỏn thay đổi và làm thay đổi tớnh chất cơ lý của lớp vật liệu thay đổi. Lợi dụng sự trao đổi ion+ nhằm làm giảm bề dày lớp khuếch tỏn là một trong cỏc nguyờn lý gia cố vật liệu. Khả năng trao đổi ion cú thể xếp theo thứ tự
sau: Fe+++ > Al+++ > H+ > Ba++ > Ca++ > Mg++ > NH4+ > K+ > Na+.[28].
2.1.3 Sự hỡnh thành cường độ của cỏc lớp vật liệu gia cốxi măng
Đối với bờ tụng xi măng hay vữa xi măng thỡ cường độ được hỡnh thành chủ yếu
nhờ sự biến cứng của cỏc sản phẩm do sự thủy húa của xi măng (tạo ra bộkhung đỏ xi măng liờn kết cứng cỏc hạt). Trong khi đú đối với phần lớn hỗn hợp vật liệu hạt
gia cố xi măng thỡ sự thủy húa của xi măng lại xảy ra tại lỗ rỗng của hỗn hợp, trong
một mụi trường hoạt tớnh cú cỏc cốt liệu mịn phõn tỏn và cú thành phần khoỏng húa
khỏc nhau; điều này dẫn đến sự tồn tại tương tỏc giữa cỏc sản phẩn thủy húa của xi
măng (như CaO.SiO2.nH2O hoặc Ca(OH)2) với cỏc thành phần cốt liệu mịn cú trong
hỗn hợp [25].
Vỡ tỷ diện của xi măng và thành phần cốt liệu mịn đều rất lớn nờn quỏ trỡnh tương
tỏc húa lý (trao đổi ion) và húa học diễn ra mạnh. Điều này dẫn đến việc hấp phụ
cỏc ion Ca++ của xi măng làm giảm bề dày lớp khuếch tỏn và cỏc hạt cốt liệu mịn
được liờn kết chặt lại với nhau làm tăng cường độ của hỗn hợp; nhưng mặt khỏc bản thõn cỏc sản phẩm thủy húa của xi măng bị mất vụi khiến cho cường độ liờn kết của
bản thõn xi măng giảm xuống, quỏ trỡnh biến cứng chậm lại (chỳ ý quỏ trỡnh biến
cứng bỡnh thường của xi măng chỉ xảy ra trong điều kiện dung dịch được bóo hũa canxi), cấu trỳc kết tinh kộm vững chắc hơn so với vữa xi măng hoặc bờ tụng xi
măng. Cú thể tổng kết được sự hỡnh thành cường độ hỗn hợp gia cố xi măng gồm
hai quỏ trỡnh:
Trong giai đoạn đầu xi măng trộn trong đất được thủy húa nhờ nước trong lỗ rỗng
sẽ tạo cỏc sản phẩm thủy húa, cỏc sản phẩm này biến cứng tạo cường độ cho hỗn hợp.
Trong giai đoạn tiếp theo sẽ xảy ra sựtương tỏc húa lý và húa học của cốt liệu mịn
Kết quả của hai qua trỡnh trờn tạo ra cấu trỳc kết tinh cú cường độ cao cho hỗn hợp gia cố xi măng. Cường độ này khụng chỉ phụ thuộc vào mỏc xi măng, tỷ lệ, loại xi
măng mà cũn phụ thuộc vào cỏc tớnh chất như độ phõn tỏn, thành phần hạt, thành
phần khoỏng húa, hàm lượng cỏc muối hũa tan, hàm lượng mựn hữu cơ và độ pH
trong hỗn hợp vật liệu gia cố [26].
2.2 Thiết kế thớ nghiệm và trỡnh tự phõn tớch thống kờ xử lý số liệu 2.2.1 Thiết kế thớ nghiệm 2.2.1 Thiết kế thớ nghiệm
Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of Experiments) bao gồm lựa chọn thớ nghiệm, quy hoạch mẫu, thực hiện thớ nghiệm và phõn tớch thống kờ xử lý kết quả. Nghiờn cứu thiết kế thớ nghiệm tổng quỏt (General full factorial design) sử dụng phần mềm Minitab 18 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%. Số mẫu tựy theo mức độ chớnh
xỏc đảm bảo phỏt hiện sai khỏc của thớ nghiệm.
Phõn tớch phương sai ANOVA (Analysis Of Variance) một nhõn tốlà phương phỏp
thống kờ đểdựng để kiểm định giả thuyết trung bỡnh bằng nhau của từ 3 nhúm mẫu
trở lờn với khảnăng phạm sai lầm chỉ là 5%. Phõn tớch hậu định (post-hoc) dựng để
xem cú sự khỏc biệt cụ thể giữa nhúm nào và nhúm nào về một vấn đềnào đú cú ý
nghĩa thống kờ khụng. Hiện cú nhiều phương phỏp phõn tớch hậu định theo cỏc tỏc
giả khỏc nhau như Tukey, Fisher, Duncan,…trong khuụn khổđề tài nghiờn cứu với
số mẫu nhỏ sử dụng phương phỏp của Tukey.
2.2.2 Cỏc cụng thức tớnh toỏn
Để sử dụng được cỏc cụng thức, biểu đồ thống kờ phải xỏc định xem đại lượng ngẫu
nhiờn cú thuộc phõn phối chuẩn khụng. Cỏc quy trỡnh của Hoa Kỳ sử dụng phần
mềm Minitab để đỏnh giỏ phõn phối xỏc suất bằng phõn tớch Anderson-Darling
(AD).