- Cơ chế hình thành cường độ:
Tro bay là sản phẩm muội thu đƣợc từ ống khói của các nhà máy nhiệt điện, tro bay có đặc tính nhƣ một loại puzơlan [37], [38], [40], hạt tro bay có dạng hình cầu, mịn, đường kính hạt trung bình khoảng (1 ÷ 100) m, tỷ diện tích trung bình khoảng (250 ÷ 600) m2/kg. Thành phần của tro bay chứa chủ yếu SiO2 ở trạng thái vô định hình (tỉ lệ có thể chiếm đến 60% ÷ 80%), Al2O3, và CaO (có thể hàm lƣợng tới 20% tùy vào từng loại tro bay khác nhau) và một số hợp chất khác nhƣ SO3, Fe2O3....
Khi có thêm hàm lượng tro bay, ngoài cơ chế hình thành cường độ như trên sẽ có xảy ra một số phản ứng khác. Thông thường, khả năng hút cơ học phụ thuộc vào độ rỗng của đất, các hạt có đường kính lớn hơn đường kính lỗ rỗng bị giữ lại, khi bổ sung cỏc hạt mịn tro bay cú đường kớnh cỡ hạt từ (1ữ100) àm sẽ làm giảm độ rỗng trong hỗn hợp đất nhất là đối với các hạt đất mịn hơn. Quá trình phản ứng hóa - lý làm thay đổi tính chất hóa học, vật lý và cơ học của đất, khi đó đất trao đổi các ion Ca2+, Ma2+, Na+, K+, OH-, CO3
2-, SO4 2-…
Quá trình thủy hóa, đóng rắn các khoáng clanhke theo các phương trình (2.22), (2.23), (2.24), nhƣ sau:
2(3CaO.SiO2) + 5H2O = 3CaO.2SiO2.H2O + 3Ca(OH)2 (2.22) 2CaO.SiO2 + 3H2O = CaO.SiO2.2H2O + Ca(OH)2 (2.23) 3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O (2.24)
Sản phẩm phụ trong quá trình thủy hoá xi măng sẽ phản ứng với các cấu tử của tro bay, tạo thành sản phẩm có tính chất kết dính theo phương trình (2.25), (2.26), (2.27), nhƣ sau:
Ca(OH)2 + SiO2 (vôđịnhhình) + H2O = CaO.SiO2.2H2O (2.25) 3Ca(OH)2 + Al2O3(hoạt tính) + 3H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O (2.26) 3Ca(OH)2 + Fe2O3(hoạt tính) + 3H2O = 3CaO.Fe2O3.6H2O (2.27)
Theo các phương trình trên, kết quả quả của các phản ứng hóa học sẽ làm tăng tỷ lệ rắn trong hệ và tạo cho chất kết dính có cường độ tăng lên theo thời gian.
Tro bay nghiên cứu trong Luận án là tro bay Vĩnh Tân, với thành phần thí nghiệm mô tả trong Bảng 3.8, là loại tro bay loại F, có các hàm lƣợng SiO2 khoảng 51,4%, Al2O3 khoảng 24,5%, Fe2O3 khoảng 12,5% (tổng lƣợng SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 là 88,4% >70% (ứng với cho bay loại F)).
Cũng tương tự tro bay loại F ở các nhà máy niệt điện khác, tro bay Vĩnh Tân có cấu trúc là các hạt hình cầu, khi đƣợc sử dụng trong hỗn hợp vật liệu, có tác dụng làm giảm ma sát giữa các hạt cốt liệu trong hỗn hợp, giúp cho hỗn hợp vật liệu có tính công tác cao.
- Yêu cầu của xi măng đối với đất gia cố xi măng:
Theo yêu cầu của xi măng dùng để gia cố, xi măng thường dùng là các loại
xi măng Pooclăng có các đặc tính kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 2682:2009 [21] hoặc xi măng Pooclăng hỗn hợp có các đặc trƣng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:2009 [24]; yêu cầu xi măng dùng để gia cố đất có mác từ 30 MPa trở lên. Để đạt đƣợc các chỉ tiêu kĩ thuật làm lớp móng, mặt đường theo TCVN 10379:2014 [9], tiêu chuẩn khuyến cáo tỉ lệ xi măng từ 5% đến 12% khối lƣợng đất khô tùy thuộc vào thành phần hạt.
- Yêu cầu của xi măng đối với cát gia cố xi măng:
Xi măng thường dùng trong cát gia cố xi măng là các loại xi măng Poóclăng có các đặc trƣng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 2682:2009 [21]
hoặc xi măng Poóclăng hỗn hợp có các đặc trƣng kỹ thuật phù hợp với các quy định tại TCVN 6260:2009 [24]. Để đạt đƣợc các chỉ tiêu kĩ thuật làm lớp móng mặt đường quy định tại theo TCVN 10186:2014 [10], tiêu chuẩn khuyến cáo tỉ lệ xi măng từ 6% đến 12% khối lƣợng đất khô tùy thuộc vào thành phần hạt.
Theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6260:2009 [20] xi măng pooc lăng hỗn hợp – Yêu cầu kỹ thuật, xi măng hỗn hợp là chất kết dính thủy, đƣợc sản xuất bằng cách nghiền mịn hỗn hợp clanhke xi măng pooc lăng với thạch cao và các phụ khoáng, có thể sử dụng phụ gia công nghệ (nếu cần) trong quá trình nghiền hoặc bằng cách trộn đều các phụ gia khoáng đã nghiền mịn với xi măng pooc lăng;
theo quy định tổng lƣợng phụ gia khoáng trong xi măng pooc lăng hỗn hợp (tính theo khối lƣợng xi măng) không lớn hơn 40%, và đối với phụ gia đầy không quá 20%, qua đó hình thành xi măng pooc lăng hỗn hợp (kí hiệu là PCB).
Theo [45], tác giả đƣa ra kết quả nghiên cứu tỉ lệ tro thải tại các nhà máy nhiệt điện Uông Bí, Cao Ngạn, với tỉ lệ 5% có ý nghĩa sử dụng lớp đáy của kết cấu áo đường; tỉ lệ 10% có thể sử dụng lớp nền trên của nền đường ô tô thông thường hoặc mặt đường giao thông nông thôn.
Đối với nguồn vật liệu địa phương gồm cát đỏ, tro bay, cát nghiền có nghiên cứu theo lý thuyết cấu trúc thô của 2 loại hỗn hợp vật liệu, nhƣ sau:
(1): Đối với hỗn hợp cát đỏ + tro bay + xi măng + nước: thì cát đỏ đóng vai trò là cốt liệu chính, một phần tro bay + xi măng đóng vai trò là chất kết dính, phần còn lại của tro bay đóng vai trò là vi cốt liệu.
(2): Đối với hỗn hợp cát đỏ + cát nghiền + tro bay + xi măng + nước: thì cát đỏ + cát nghiền đóng vai trò là cốt liệu chính, một phần tro bay + xi măng đóng vai trò là chất kết dính và phần tro bay còn lại cũng đóng vai trò là vi cốt liệu.
Trong Luận án này, việc nghiên cứu gia cố không chỉ có thành phần cát với xi măng mà còn có thêm thành phần tro bay nhƣ phân tích trên đây (có thể vừa đóng vai trò chất kết dính, có thể vừa đóng vai trò là vi cốt liệu), để mục tiêu nghiên cứu chế tạo được hỗn hợp vật liệu đáp ứng yêu cầu cường độ và khuyến cáo về tỉ lệ xi măng trong các tiêu chuẩn TCVN 10379:2014 [9], TCVN 10186:2014 [10], [19], luận án nghiên cứu đề xuất lựa chọn tỉ lệ xi măng gia cố trong hỗn hợp cao hơn mức tối thiểu và thấp hơn mức tối đa, cụ thể lần lƣợt là 6%, 8% và 10%.