CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TèNH HèNH NGHIấN CỨU
4.1 MỤC TIấU, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU
4.1.1 Đặt vấn đề
Thực tế điều hành cụng tỏc phũng chống lụt bóo của tỏc giả trong thời gian qua cho thấy khi cú sự cố thấm nền đờ về mựa lũ (như ở cống Tắc Giang vừa qua) cụng tỏc xử lý khẩn cấp giờ đầu hết sức khú khăn vất vả, đũi hỏi phải cú những cụng nghệ thiết bị mới và hiện đại. Một trong những cụng nghệ đỏp ứng được điều đú là khoan phụt húa chất.
Trong chương 1, luận ỏn đó tổng quan về cỏc phương phỏp khoan phụt, trong đú cú đề cập đến phương phỏp khoan phụt húa chất. Ưu điểm của khoan phụt húa chất so với khoan phụt ximăng là: (1) độ nhớt của vữa phụt nhỏ (thậm chớ gần bằng nước) nờn dễ xõm nhập vào đất đỏ, đặc biệt là đất cỏt pha hạt mịn như trong điều kiện nền đờ ở Hà Nam; (2) khống chế được thời gian làm cứng của vữa (thời gian keo húa), thậm chớ cú thể keo húa gần như tức thời (10 giõy đến 30 giõy), cho phộp phụt vữa trong điều kiện cú dũng chảy ngầm mà khụng bị trụi vữa như trong KPXM. Vỡ vậy, khi đặt vấn đề nghiờn cứu xử lý khẩn cấp sự cố thấm nền đờ luận ỏn hướng đến sử dụng khoan phụt húa chất.
Nhược điểm của khoan phụt húa chất đơn thuần, như nhiều tài liệu đó dẫn, là cũn nghi ngại đến độ bền lõu dài của vữa. Hướng khắc phục hiện nay là sử dụng hỗn hợp vữa xi măng + húa chất. Vỡ vậy, luận ỏn đi ngay vào việc sử dụng hỗn hợp xi măng + húa chất trong nghiờn cứu thực nghiệm. Húa chất sử dụng trong nghiờn cứu là “nước thủy tinh – soldium silicate” , là loại thụng dụng và cú mặt rộng rói trờn thị trường hiện nay, kể cả ở Việt Nam.
Trờn thế giới, nghiờn cứu khoan phụt húa chất được tiến hành từ những năm 1940 của thế kỷ trước. Ngày nay đó cú những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là chế tạo ra vữa phụt cú tớnh năng đặc biệt, vớ dụ như “silica colloidal” dạng vật liệu nano. Tại Việt
Nam, cỏc nghiờn cứu khoan phụt húa chất chủ yếu mới chỉ triển khai trong phũng thớ nghiệm. Đó cú một số cố gắng để triển khai trong thực tế, nhưng do thiết bị cải tiến từ cỏc thiết bị khoan phụt thụng thường nờn chưa phổ biến được vào sản xuất. Trong nghiờn cứu của luận ỏn đó sử dụng thiết bị khoan phụt húa chất đồng bộ nhập khẩu, đặc biệt là thiết bị trộn húa chất (chemical mixer), lần đầu tiờn cú mặt ở Việt nam. Vỡ vậy, cú thể núi những nghiờn cứu của luận ỏn là mới và cú tớnh khả thi cao trong thực tiễn.
Vữa phụt đúng rắn trong mụi trường đất dưới sõu do đú tớnh chất cơ lý bị ảnh hưởng bởi cỏc điều kiện mụi trường tại chỗ. Vỡ vậy, luận ỏn tỡm hiểu những ảnh hưởng đú qua việc so sỏnh kết quả khoan phụt hiện trường và trong phũng để cú những nhận xột, điều chỉnh cần thiết.
4.1.2 Khỏi niệm cơ bản về khoan phụt bằng nước thủy tinh (Soldium Silicate) Silicate)
a) Soldium Silicate (dạng dung dịch, dạng bột) được tạo ra bằng cỏch nấu chảy SiO2 và Na2CO3 ở nhiệt độ cao và bỏn ra dưới dạng dung dịch. Nú cú thể hũa tan trong nước, vỡ vậy cũn gọi là nước thủy tinh (thủy tinh lỏng) cú cụng thức N O.nSiO .mH O. Chỉ tiờu ỏp dụng của Soldium Silicate là chỉ số Mole (Mocular
ratio) tớnh theo cụng thức: 032 , 1 . O Na SiO Mol 2 2 = (tớnh theo trọng lượng) (4.1)
Nồng độ của Sodium Silicate được thể hiện qua chỉ số Be' và từ Be' cú thể tớnh khối lượng riờng của dung dịch:
ρ − =144,3 144,3 ' Be (4.2) Trong đú:
ρ - khối lượng riờng của dung dịch b) Độ nhớt của Soldium Silicate
Độ nhớt của Soldium Silicate phụ thuộc vào chỉ số Mol, nú thay đổi theo khối lượng riờng tựy theo nộng độ và nhiệt độ, cho dự nú cú cựng một chỉ số Mol. Nồng độ cang cao và nhiệt độ càng cao thỡ độ nhớt càng giảm.
c) pH: Độ pH của Soldium Silicate thể hiện tớnh năng của dung dịch. pH tăng khi chỉ số SiO và Na2O tăng. Khi chỉ sụ khối lượng của SiO và Na2O giảm thỡ độ pH giảm.
d) Nghiờn cứu thời gian keo húa của Soldium Silicate (thường gọi là silica sol). Shimada (1992) đó làm một số thớ nghiệm trờn cỏc mẫu đất cú độ pH khỏc nhau, sử dụng nhiều dung dịch silica sol cú tỉ lệ [H+]/[SiO2]n khỏc nhau.
Hỡnh 4.1 Kết quả thớ nghiệm của Shimada (1992)
Trong đồ thị hỡnh 4.1, trục X là tỷ số [H+]/[SiO2]n, trục Y là thời gian keo húa, tớnh bằng phỳt.
Đường cong A là đường cong keo húa của bản thõn silica sol dựng cho thớ nghiệm. Trong mọi trường hợp, thời gian keo húa của silica sol trong đất được rỳt ngắn đỏng kể, đại khỏi nằm trong phạm vi giữa đường thẳng B (trường hợp đất cú pH khoảng 5) và đường thẳng C (trường hợp pH khoảng 9,5) trong đồ thị hỡnh 4.1. Như vậy, thời gian keo húa thay đổi phụ thuộc vào độ pH, đặc biệt mức độ rỳt ngắn ở đất cú tớnh kiềm sẽ lớn.
Theo đồ thị hỡnh 4.1, thời gian keo húa trong đất đo được từ khoảng 3~300 phỳt, nếu silical sol được chế tạo để giỏ trị [H+]/[SiO2]n nằm trong phần gạch chộo giữa đường thẳng B và C thỡ sẽ tốt.
Giỏ trị [H+]/[SiO2]n cú thể được điều chỉnh bằng cỏch pha trộn cỏc thành phần của chất thỳc đẩy keo húa và hỗn hợp (thủy tinh lỏng + chất phản ứng acid). Hỗn hợp (thủy tinh lỏng + chất phản ứng acid) thường gọi là dung dịch A, chất thỳc đẩy keo húa là dung dịch B. Khi phun kết hợp hai dung dịch A và B vào đất sẽ cú tỏc dụng làm cứng nền một cỏch nhanh chúng.
Trong cỏc loại đất chứa nhiều hữu cơ cú độ acid cao, nờn sử dụng silica sol cú hàm lượng [H] thấp để giảm giỏ trị [H+]/[SiO2]n, qua đú rỳt ngắn thời gian keo húa. Đồng thời giỏ trị [H+]/[SiO2]n cú thể điều chỉnh theo chất thỳc đẩy keo húa. Việc điều chỉnh thời gian keo húa nhanh hoặc chậm cho phộp ứng dụng kỹ thuật này để xử lý trờn diện rộng.
Túm lại, nghiờn cứu khoan phụt là vấn đề cũn mới mẻ, phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng cụng trỡnh, đũi hỏi phải cú những thớ nghiệm cụ thể. Luận ỏn bước đầu tiếp cận với vấn đề này, kết quả được bỏo cỏo cụ thể dưới đõy.
4.1.3 Mục tiờu nghiờn cứu
Mục tiờu tổng quỏt: Nghiờn cứu khả năng ứng dụng khoan phụt húa chất để xử lý khẩn cấp sự cố thấm nền đờ.
Mục tiờu cụ thể:
- Nghiờn cứu tỏc dụng của cỏc thành phần cấp phối vữa, từ đú tỡm ra cấp phối tối ưu;
- Tỡm hiểu khả năng cải thiện cường độ và khả năng chống thấm của đất sau khi được xử lý bằng phương phỏp khoan phụt húa chất;
- Sử dụng 2 cụng nghệ thiết bị khoan phụt hiện cú ở Việt nam (khoan phụt thuần ỏp truyền thống và khoan phụt kiểu tia – Jet grouting) kết nối với thiết bị trộn húa chất tự động để tiến hành cỏ thử nghiệm hiện trường, so sỏnh và kiến nghị ỏp dụng.
4.1.4 Phương phỏp nghiờn cứu
Nghiờn cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm hiện trường và trong phũng. 4.1.5 Phạm vi nghiờn cứu
Cỏc cọc thử nghiệm đó được thi cụng tại hiện trường. Để đỏnh giỏ khả năng cải thiện cường độ của đất, cần thực hiện thớ nghiệm nộn nở hụng (nộn một trục) trờn cỏc mẫu đất nguyờn trạng và đất sau khi xử lý. Để đỏnh giỏ khả năng cải thiện hệ số thấm của đất, cỏc thớ nghiệm thấm trờn mẫu đất nguyờn trạng và đất sau khi xử lý sẽ được thực hiện và so sỏnh kết quả.
Thờm vào đú, để nghiờn cứu tỏc dụng của cỏc thành phần cấp phối vữa, từ đú tỡm ra cấp phối tối ưu, ba cụng thức cấp phối khỏc nhau sẽ được sử dụng để tạo mẫu thớ nghiệm. Kết quả thớ nghiệm nộn và thớ nghiệm thấm trong phũng và trờn hiện trường sẽ được so sỏnh trước khi rỳt ra kết luận.