CHƯƠNG 2 CƠ SỞ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT
3.2.4 Nhận xét kết quả thí nghiệm nén và chụp tia X mẫu đất xi măng
Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng MMT và lượng nước khi trộn tạo mẫu. Khi hàm lượng MMT tăng thì cường độ chịu nén của mẫu giảm. Đồng thời khi tăng tỉ số tổng lượng nước và xi măng thì cường độ nén của mẫu giảm rất lớn do tính hút nước cao của MMT trong hỗn hợp. Do đó trong thi công trụ đất xi măng ngoài hiện trường cần chú ý cao độ mực nước ngầm và độ ẩm của nền đất yếu để điều chỉnh lượng nước trộn cho thích hợp, không làm giảm hiệu quả xử lý nền đất yếu.
Giá trị CT-value của mẫu có hàm lượng MMT 3,3% là cao nhất, đồng nghĩa mẫu có độ chặt hay khối lượng thể tích cao nhất. Hình dạng phá hoại của mẫu đất xi măng quan sát bằng ảnh tia X có dạng hình côn, thể hiện tính giòn của vật liệu. Tính giòn của mẫu đất xi măng tăng theo thời gian bảo dưỡng và giảm khi tăng hàm lượng MMT và tăng lượng nước.
Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng thích hợp cho đất ĐBSCL có hàm lượng MMT khác nhau
Mỗi loại đất có hàm lượng MMT khác nhau khi được gia cố bằng trụ đất xi măng sẽ cho hiệu quả gia cố nền khác nhau. Với cùng một yêu cầu về cường độ của nền đất được gia cố, cần xác định hàm lượng xi măng dùng để tạo trụ đất xi măng gọi là hàm lượng xi măng thích hợp.
Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thành Đạt và các đồng nghiệp (2010) cho thấy tương quan của cường độ nén của mẫu đất trộn xi măng ứng với hàm lượng xi măng aw ở độ ẩm hỗn hợp khi trộn gần giới hạn chảy của đất chưa xử lý [59]. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng khi tăng aw từ 10% đến 20% thì ở mỗi cấp hàm lượng xi măng tăng lên thì qu ở cấp sau giá trị đạt từ 1,38 đến 1,12 lần so với cấp trước. Khi aw từ 20% đến 25% thì thì qu ở aw =25% đạt 1,05 so với thì qu ở 20%. Điều này chứng tỏ rằng, cường độ nén nở hông tăng nhanh đến aw=20% sau đó có khuynh hướng tăng chậm ở các hàm lượng xi măng cao hơn.
Theo Bergado (1996) [52] thì khi aw < 5% thì cường độ nén nở hông của đất trộn xi măng rất thấp, khi aw nằm trong khoảng 5% đến 25% thì cường độ sẽ tăng khi aw tăng.
74
Nhưng khi aw > 25% thì cường độ tăng không đáng kể. Do đó, hàm lượng xi măng được chọn để tạo mẫu đất trộn xi măng là trong khoảng 5% đến 25%.
- Đất sét tự nhiên lấy tại xã Quơn Long – huyện Chợ Gạo – tỉnh Tiền Giang ở độ sâu -3,0m, đất được thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý theo các tiêu chuẩn [60], [61], [62], [63], [64] [65], [66] như Bảng 3.8, có hàm lượng MMT 6%;
- Hàm lượng Bentonite thêm vào đất lần lượt như sau: 0%, 5%, 10% và 15% (tương ứng hàm lượng MMT trong hỗn hợp đất và Bentonite là: 6%, 9%, 12% và 15%);
- Hàm lượng xi măng là 5%, 10%, 15%, 25%;
- Độ ẩm của hỗn hợp khi trộn là 80%;
- Mẫu được bảo dưỡng trong môi trường nước ngọt.
Hỗn hợp đất sét và bentonite; đất sét, Bentonite và xi măng được thí nghiệm xác định độ trương nở theo TCVN 8719:2012. Kết quả thí nghiệm thể hiện ở Bảng 3.9.
Bảng 3.8 Các tính chất của đất dùng thí nghiệm
STT Chỉ tiêu cơ lý Giá trị
1 Độ ẩm tự nhiên, W (%) 45,14
2 Khối lượng riêng tự nhiên, w (g/cm3) 1,743 3 Khối lượng riêng khô, d (g/cm3) 1,201
4 Hệ số rỗng, eo 1,290
5 Giới hạn chảy, WL (%) 47,59
6 Giới hạn dẻo, WP (%) 25,2
7 Chỉ số dẻo, IP (%) 22,39
8 Lực dính, c (kG/cm2) 0,067
9 Góc ma sát trong, (o) 3o53’
10
Thành phần
hạt
Hạt cát (%) 18,1
Hạt bụi (%) 43,5
Hạt sét (%) 38,4
75
Thí nghiệm nén một trục nở hông được thực hiện sau thời gian bảo dưỡng 07 ngày, 14 ngày, 28 ngày. Tổng cộng có 16 trường hợp (Bảng 3.10) được thí nghiệm với 144 mẫu đất xi măng.
Bảng 3.9 Độ trương nở của đất tự nhiên và đất trộn xi măng Độ trương nở
RN
Hàm lượng MMT 6%
Hàm lượng MMT 9%
Hàm lượng MMT 12%
Hàm lượng MMT 15%
Đất tự nhiên
có độ ẩm 20% 2,45% 4,52% 6,75% 8,49%
Đất trộn xi măng có hàm lượng xi
măng 10%
0,45% 0,70% 1,30% 3,55%
Bảng 3.10 Các trường hợp thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng hợp thích hợp Các trường
hợp thí nghiệm
Hàm lượng xi măng,
aw (%)
Hàm lượng Bentonite,
ab (%)
Hàm lượng MMT, aMMT (%)
Thời gian bảo dưỡng,
t (ngày)
Số lượng
mẫu Trường hợp 13 5
0 6
7, 14, 28 9
Trường hợp 14 10 7, 14, 28 9
Trường hợp 15 15 7, 14, 28 9
Trường hợp 16 25 7, 14, 28 9
Trường hợp 17 5
5 9
7, 14, 28 9
Trường hợp 18 10 7, 14, 28 9
Trường hợp 19 15 7, 14, 28 9
Trường hợp 20 25 7, 14, 28 9
Trường hợp 21 5
10 12
7, 14, 28 9
Trường hợp 22 10 7, 14, 28 9
Trường hợp 23 15 7, 14, 28 9
Trường hợp 24 25 7, 14, 28 9
Trường hợp 25 5
15 15
7, 14, 28 9
Trường hợp 26 10 7, 14, 28 9
Trường hợp 27 15 7, 14, 28 9
Trường hợp 28 25 7, 14, 28 9
76
Kết quả thí nghiệm nén một trục nở hông sau 07 ngày bảo dưỡng mẫu (Bảng 3.11, Hình 3.35 và Hình 3.36) cho thấy với cùng một hàm lượng xi măng, cường độ mẫu đất xi măng giảm khi hàm lượng MMT tăng. Khi hàm lượng MMT tăng 9% (từ 6% lên 15%) với hàm lượng xi măng 5% thì cường độ mẫu đất xi măng giảm 44%, với hàm lượng xi măng 10% thì cường độ mẫu đất xi măng giảm 52%, với hàm lượng xi măng 15% thì cường độ mẫu đất xi măng giảm 51%, với hàm lượng xi măng 25% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 53%.
Bảng 3.11 Cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng ứng với 7 ngày bảo dưỡng Hàm lượng MMT,
aMMT (%)
Hàm lượng xi măng
aw=5% aw=10% aw=15% aw=25%
6 0,09 0,42 0,63 1,49
9 0,06 0,36 0,54 1,35
12 0,06 0,23 0,36 0,80
15 0,05 0,20 0,31 0,70
Hình 3.35 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng ứng với thời gian bảo dưỡng 7 ngày
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độ chịu nén, qu(MPa)
Hàm lượng xi măng, aw(%) aMMT=6%
aMMT=9%
aMMT=12%
aMMT=15%
77
Kết quả thí nghiệm nén một trục nở hông sau 14 ngày bảo dưỡng mẫu (Bảng 3.12, Hình 3.37 và Hình 3.38) cho thấy với cùng một hàm lượng xi măng, cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm khi hàm lượng MMT tăng. Khi hàm lượng MMT tăng 9% (từ 6%
lên 15%) với hàm lượng xi măng 5% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 33%, với hàm lượng xi măng 10% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 42%, với hàm lượng xi măng 15% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 49%, với hàm lượng xi măng 25% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 44%.
Hình 3.36 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo dưỡng 7 ngày
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
5 7 9 11 13 15
Cường độ chịu nén, qu(MPa)
Hàm lượng MMT, aMMT(%)
aw=25%
aw=15%
aw=10%
aw=5%
Bảng 3.12 Cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng ứng với 14 ngày bảo dưỡng Hàm lượng MMT,
aMMT (%)
Hàm lượng xi măng
aw=5% aw=10% aw=15% aw=25%
6 0,09 0,43 0,70 1,57
9 0,06 0,36 0,59 1,29
12 0,06 0,28 0,45 1,23
15 0,06 0,25 0,36 0,88
78
Hình 3.37 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng ứng với thời gian bảo dưỡng 14 ngày
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độ chịu nén, qu(MPa)
Hàm lượng xi măng, aw(%) aMMT=6%
aMMT=9%
aMMT=12%
aMMT=15%
Hình 3.38 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo dưỡng 14 ngày
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
5 7 9 11 13 15
Cường độ chịu nén, qu(MPa)
Hàm lượng MMT, aMMT(%)
aw=25%
aw=15%
aw=10%
aw=5%
79
Kết quả thí nghiệm nén một trục nở hông sau 28 ngày bảo dưỡng mẫu (Bảng 3.13, Hình 3.39 và Hình 3.40) cho thấy với cùng một hàm lượng xi măng, cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm khi hàm lượng MMT tăng. Khi hàm lượng MMT tăng 9% (từ 6%
lên 15%) với hàm lượng xi măng 5% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 33%, với hàm lượng xi măng 10% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 23%, với hàm lượng xi măng 15% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 47%, với hàm lượng xi măng 25% thì cường độ mẫu đất trộn xi măng giảm 35%.
Bảng 3.13 Cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng ứng với 28 ngày bảo dưỡng Hàm lượng MMT,
aMMT (%)
Hàm lượng xi măng
aw=5% aw=10% aw=15% aw=25%
6 0,09 0,52 0,97 1,90
9 0,06 0,50 0,80 1,76
12 0,06 0,45 0,64 1,30
15 0,06 0,40 0,51 1,23
Hình 3.39 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độ chịu nén, qu(MPa)
Hàm lượng xi măng, aw(%) aMMT=6%
aMMT=9%
aMMT=12%
aMMT=15%
80
Nhận xét kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng thích hợp: Khi đất yếu có hàm lượng MMT thay đổi được gia cố với hàm lượng xi măng 5% thì sự thay đổi cường độ của mẫu thay đổi không đáng kể. Khi hàm lượng xi măng tăng từ 10% đến 25% thì có sự thay đổi rõ rệt về cường độ nén của mẫu đất trộn xi măng. Khi đất có hàm lượng MMT tăng, để mẫu có cường độ ổn định theo yêu cầu phải tăng hàm lượng xi măng. Cụ thể với đất có hàm lượng MMT 6% chỉ cần hàm lượng xi măng 15% thì cường độ mẫu sau 28 ngày đạt 1,0 MPa trong khi với đất có hàm lượng MMT 9% thì hàm lượng xi măng cần 17%, với đất có hàm lượng MMT 12% thì hàm lượng xi măng cần 20% và với đất có hàm lượng MMT 15% thì hàm lượng xi măng cần đến 22%
(Hình 3.39). Căn cứ vào biểu đồ quan hệ này có thể lựa chọn hàm lượng xi măng thích hợp cho các loại đất có chứa khoáng vật MMT với các hàm lượng khác nhau.
Hình 3.40 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
5 7 9 11 13 15
Cường độ chịu nén, qu(MPa)
Hàm lượng MMT, aMMT(%)
aw=25%
aw=15%
aw=10%
aw=5%
81 Kết luận chương
Cường độ chịu nén của mẫu đất xi măng bị ảnh hưởng bởi hàm lượng MMT và hàm lượng nước khi trộn tạo mẫu. Khi hàm lượng MMT tăng thì cường độ nén của mẫu giảm. Đồng thời khi tăng tỉ số tổng lượng nước và xi măng thì cường độ nén của mẫu giảm rất lớn do tính hút nước cao của MMT trong hỗn hợp. Hàm lượng MMT được xem là tối ưu để sử dụng công nghệ gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là 3,3%.
Khi tăng hàm lượng MMT 0% đến 3,3% thì khối lượng thể tích của mẫu đất xi măng tăng từ 3,3% đến 9,8% thì khối lượng thể tích của mẫu đất xi măng giảm. Tương ứng với sự gia tăng và giảm giá trị CT-value của các ảnh tia X chụp ngang qua mẫu.
Hình dạng phá hoại của mẫu đất xi măng quan sát bằng ảnh tia X thể hiện tính giòn.
Tính giòn của mẫu đất xi măng tăng theo thời gian bảo dưỡng và giảm khi tăng hàm lượng MMT, và tăng lượng nước. Độ biến dạng lớn nhất chỉ 1,0%.
Căn cứ vào biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày, có thể lựa chọn hàm lượng xi măng thích hợp cho các loại đất ở ĐBSCL có chứa khoáng vật MMT với các hàm lượng khác nhau.
82