CHƯƠNG 2 CƠ SỞ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG VẬT
3.2.3 Sự thay đổi cường độ chịu nén của đất xi măng
Theo thời gian, mẫu đất xi măng sau tri trộn sẽ đóng rắn và cường độ chịu nén tăng dần lên. Nguyên lý cơ bản của việc gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt các phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại.
Các phản ứng chủ yếu của chúng là phản ứng thủy giải và thủy hóa của xi măng, tác dụng của các hạt đất với các chất thủy hóa của xi măng, tác dụng cacbonat hóa. Kết quả nghiên nghiên cứu cho thấy rằng cường độ mẫu đất xi măng tăng nhanh trong khoảng thời gian 14 ngày sau khi tạo mẫu (Hình 3.19, Hình 3.20, Hình 3.19 và Hình 3.20).
Hình 3.17 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm lượng MMT aMMT= 0%
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độchịunén, qu(MPa)
Thời gian bảo dưỡng (ngày) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Hàm lượng MMT: 0%
58
Hình 3.18 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm lượng MMT aMMT= 3,3%
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độchịunén, qu(MPa)
Thời gian bảo dưỡng (ngày) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Hàm lượng MMT: 3,3%
Hình 3.19 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm lượng MMT aMMT= 6,5%
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độchịunén, qu(MPa)
Thời gian bảo dưỡng (ngày) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Hàm lượng MMT: 6,5%
59
Với cùng một hàm lượng xi măng, cường độ nén của mẫu tăng khi tăng hàm lượng MMT từ 0% đến 3,3%, nhưng giảm khi tăng hàm lượng MMT từ 3,3% đến 9,8%
(Hình 3.21, Hình 3.22 và Hình 3.23). Nguyên nhân do khối lượng thể tích tăng khi tăng hàm lượng MMT từ 0% đến 3,3%, nhưng giảm khi tăng từ 3,3% đến 9,8%, đồng thời do độ hoạt động bề mặt của MMT cao nên hàm lượng MMT lớn ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của xi măng từ đó làm giảm cường độ của mẫu. Hàm lượng MMT trong đất nền được xem là tối ưu để sử dụng công nghệ gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng là 3,3%.
Hình 3.20 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu có hàm lượng MMT aMMT= 9,8%
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10 15 20 25 30
Cường độchịunén, qu(MPa)
Thời gian bảo dưỡng (ngày) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Hàm lượng MMT: 9,8%
60
Hình 3.21 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng ứng với thời gian bảo dưỡng 7 ngày
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10
Cường độchịunén, qu(MPa)
Hàm lượng MMT, aMMT(%) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Thời gian bảo dưỡng: 7 ngày
Hình 3.22 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng ứng với thời gian bảo dưỡng 14 ngày
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10
Cường độchịunén, qu(MPa)
Hàm lượng MMT, aMMT(%) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Thời gian bảo dưỡng: 14 ngày
61
Khi tăng lượng nước thì cường độ mẫu giảm với các hàm lượng MMT khác nhau.
Nguyên nhân do khi tăng lượng nước sẽ làm giảm khối lượng thể tích của mẫu từ đó làm giảm cường độ mẫu. Do đó trong thi công trụ đất xi măng ngoài hiện trường cần chú ý mực nước ngầm và độ ẩm của đất yếu để điều chỉnh lượng nước trộn cho thích hợp, không làm giảm hiệu quả gia cố nền đất yếu.
Sự gia tăng giá trị CT-value khi mẫu bị nén: Khi bị nén mẫu đất xi măng bị co ngắn lại theo phương nén làm cho mẫu đất xi măng chặt hơn thể hiện qua ảnh chụp tia X (Hình 3.24 Hình 3.25, Hình 3.26 và Hình 3.27) và giá trị CT-value trung bình ngang qua mặt cắt A-A trong giai đoạn gia tải lớn hơn ban đầu khi chưa đặt tải (Hình 3.28). Nghĩa là khối lượng thể tích của mẫu tăng khi mẫu bị nén.
Hình 3.23 Quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng ứng với thời gian bảo dưỡng 28 ngày
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
0 5 10
Cường độchịunén, qu(MPa)
Hàm lượng MMT, aMMT(%) wT/c = 3
wT/c = 4 wT/c = 5
Hàm lượng xi măng: 20%
Thời gian bảo dưỡng: 28 ngày
62
a) Ảnh chụp tia X giai đoạn ban đầu b) Ảnh chụp tia X giai đoạn gia tải
c) CT-value tại vị trí A-A trước và trong quá trình mẫu bị nén
Hình 3.24 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT aMMT= 0% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3
500 600 700 800 900 1000 1100
-25.0 -12.5 0.0 12.5 25.0
CT-value
Vị trí từ tâm mẫu (mm)
Gia tải, CT-value tb= 855 Ban đầu, CT-value tb== 842 Trường hợp 1: aMMT=0%, aw=20%, wT/c=3
Mật độ hạt thấp Cao
63
a) Ảnh chụp tia X giai đoạn ban đầu b) Ảnh chụp tia X giai đoạn gia tải
c) CT-value tại vị trí A-A trước và trong quá trình mẫu bị nén
Hình 3.25 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT aMMT= 3,3% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3
500 600 700 800 900 1000 1100
-25.0 -12.5 0.0 12.5 25.0
CT-value
Vị trí từ tâm mẫu (mm)
Gia tải, CT-value tb= 868 Ban đầu, CT-value tb= 853
Trường hợp 4: aMMT=3,3%, aw=20%, wT/c=3
Mật độ hạt thấp Cao
64
a) Ảnh chụp tia X giai đoạn ban đầu b) Ảnh chụp tia X giai đoạn gia tải
c) CT-value tại vị trí A-A trước và trong quá trình mẫu bị nén
Hình 3.26 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT aMMT= 6,5% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3
500 600 700 800 900 1000 1100
-25.0 -12.5 0.0 12.5 25.0
CT-value
Vị trí từ tâm mẫu (mm)
Gia tải, CT-value tb= 861 Ban đầu, CT-value tb= 850 Trường hợp 7: aMMT=6,5%, aw=20%, wT/c=3
Mật độ hạt thấp Cao
65
a) Ảnh chụp tia X giai đoạn ban đầu b) Ảnh chụp tia X giai đoạn gia tải
c) CT-value tại vị trí A-A trước và trong quá trình mẫu bị nén
Hình 3.27 Ảnh tia X và sự phân bố giá trị CT-value ngang các mẫu đất xi măng có hàm lượng MMT aMMT= 9,8% khi tỉ số tổng lượng nước và xi măng wT/c=3
500 600 700 800 900 1000 1100
-25.0 -12.5 0.0 12.5 25.0
CT-value
Vị trí từ tâm mẫu (mm)
Gia tải, CT-value tb= 850 Ban đầu, CT-value tb= 840 Trường hợp 10: aMMT=9,8%, aw=20%, wT/c=3
Mật độ hạt thấp Cao
66
Hình 3.28 Quan hệ giữa giá trị CT-value và hàm lượng MMT của mẫu đất xi măng trước và khi bị nén
800 850 900
0 5 10
CT-value
Hàm lượng MMT, aMMT(%)
Gia tải Ban đầu aw=20%, wT/c=3
67
Giai đoạn bắt đầu khi mẫu đất xi măng chịu lực, quan hệ giữa ứng suất – biến dạng phù hợp với định luật Hocke. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của các mẫu đất xi măng thể hiện mẫu bị phá hoại giòn, tính giòn của hỗn hợp tăng theo thời gian bảo dưỡng và giảm khi tăng hàm lượng MMT, tăng lượng nước. Theo kết quả tính toán thống kê độ biến dạng lớn nhất tương ứng với trạng thái phá hoại của mẫu đất xi măng có lượng nước khác nhau, chứa 9,8% MMT ở 7 ngày bảo dưỡng rất nhỏ, khoảng 1,0% (Hình 3.29).
Hình dạng phá hoại của các mẫu đất xi măng được tạo với các hàm lượng MMT khác nhau thể hiện ở Hình 3.30 cho thấy mẫu đất xi măng bị phá hoại cắt.
Hình 3.29 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng dọc trục của mẫu đất xi măng
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0 1 2
Ứng suất, qu (MPa)
Biến dạng dọc trục, (%)
wT/c = 3 wT/c = 4 wT/c = 5 Hàm lượng xi măng: 20%
Hàm lượng MMT: 9,8%
Thời gian bảo dưỡng: 7 ngày
68
Hình dạng phá hoại cắt của các mẫu đất xi măng này được quan sát bên trong rõ ràng hơn bằng các ảnh chụp tia X ngang qua các mẫu, được phân tích và xây dựng thành ảnh 3D bằng phần mềm ImageJ (Hình 3.31, Hình 3.32, Hình 3.33 và Hình 3.34).
a) Trường hợp 3 (aMMT= 0%) b) Trường hợp 6 (aMMT= 3,3%)
c) Trường hợp 9 (aMMT= 6,5%) d) Trường hợp 12 (aMMT= 9,8%) Hình 3.30 Mẫu đất trộn xi măng sau khi thí nghiệm nén, có aw=20%, wT/c=5
69 1)
2)
8) 3)
4)
5)
9) 6)
7)
Hình 3.31 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường hợp 3 (aMMT=0%, aw=20%, wT/c=5)
1)
7)
Mật độ
hạt thấp Cao
70 1)
2)
8) 3)
4)
5)
9) 6)
7)
Hình 3.32 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường hợp 6 (aMMT=3,3%, aw=20%, wT/c=5)
1)
7)
Mật độ
hạt thấp Cao
71 1)
2)
8) 3)
4)
5)
9) 6)
7)
Hình 3.33 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường hợp 9 (aMMT=6,5%, aw=20%, wT/c=5)
1)
7)
Mật độ
hạt thấp Cao
72 1)
2)
8) 3)
4)
5)
9) 6)
7)
Hình 3.34 Ảnh chụp tia X ngang vết nứt bên trong của mẫu đất trộn xi măng trường hợp 12 (aMMT=9,8%, aw=20%, wT/c=5)
1)
7)
Mật độ
hạt thấp Cao
73