Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.25 MB, 182 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

HÀ NỘI - 5/2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÙI TIẾN THÀNH

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ SỬ DỤNG ĐÁDOLOMITE TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH

Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thôngMã số: 9 58 02 05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. GS.TS Phạm Huy Khang2. PGS.TS Nguyễn Trọng Hiệp

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, tháng 5 năm 2024

LỜI CAM ĐOAN

Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thânNghiên cứu sinh. Các kết quả nghiên cứu, các kết luận trong luận án này là trungthực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Việc tham khảo cácnguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảođúng quy định.

Nghiên cứu sinh

Bùi Tiến Thành

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngồitrường đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho luận án.

Cuối cùng Nghiên cứu sinh bày tỏ lịng cảm ơn tới Sở Giao thơng vận tảiNinh Bình, các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trongsuốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Hà Nội, tháng 5 năm 2024

Nghiên cứu sinh

Bùi Tiến Thành

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ... i

LỜI CẢM ƠN ... ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ... xi

MỞ ĐẦU ... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNGTRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH ... 4

1.1. Giới thiệu chung về đá Dolomite ... 4

1.1.1.Khái quát về đá Dolomite ... 4

1.1.2.Sự hình thành đá Dolomite ... 5

1.1.3.Phân bố đá Dolomite trên thế giới, Việt Nam ... 10

1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng đá Dolomite trên thế giới và ở Việt Nam 13

1.2.1.Trên thế giới ... 13

1.2.2.Ở Việt Nam ... 13

1.2.3.Các nghiên cứu mới về đá Dolomite làm vật liệu xây dựng ... 14

1.3. Đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình ... 16

1.3.1.Đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình ... 16

1.3.2.Phân bố và trữ lượng ... 25

1.3.3.Quy hoạch khai thác sử dụng đá Dolomite Ninh Bình ... 29

1.4. Tình hình sử dụng đá Dolomite Ninh Bình trong xây dựng đường ơ tơ vànhững vấn đề đặt ra ... 31

1.4.1. Đánh giá tổng quát về chất lượng một số công trình đường đã sử dụngDolomite Ninh Bình ... 32

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.4.2.Các yêu cầu thực tiễn khi sử dụng Dolomite trên diện rộng ... 34

1.5. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ... 34

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ DOLOMITE GIA CỐ XI MĂNGLÀM MĨNG ĐƯỜNG Ơ TÔ ... 36

2.1. đầuMở ... 36

2.2. Móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng và các yêu cầu ... 37

2.2.1.Khái niệm ... 37

2.2.2.Các đặc điểm của CTB ... 38

2.2.3.Cơ sở lý thuyết về sử dụng vật liệu đá gia cố xi măng ... 42

2.3. Các thí nghiệm đánh giá hỗn hợp cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng ... 43

2.4. Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng ... 44

2.4.1.Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm ... 44

2.4.2.Thiết kế thành phần cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng ... 49

2.4.3.Quy hoạch mẫu thí nghiệm ... 50

2.5. Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng 51

2.5.1.Chuẩn bị thí nghiệm ... 51

2.5.2.Cường độ chịu nén R n ...53

2.5.3.Cường độ chịu kéo khi ép chẻ R ec ...59

2.5.4.Mô đun đàn hồi E ... 66

2.5.5.Thí nghiệm xác định cường độ nén của đá gốc ... 73

2.5.6.Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của móng cấp phối gia cố xi măng ... 74

2.6. luậnKết ... 75

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ VẬT LIỆUBÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU DOLOMITE LÀM MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ ... 77

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

3.1. đầuMở ... 77

3.2. Bê tông xi măng mặt đường và các yêu cầu ... 78

3.2.1.Khái quát về mặt đường bê tông xi măng ... 78

3.2.2.Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của mặt đường BTXM ... 79

3.2.3.Các thí nghiệm đánh giá hỗn hợp BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình 80

3.3. Quy hoạch mẫu thí nghiệm theo phương pháp Taguchi ... 80

3.3.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite...81

3.3.2. Phương pháp phân tích Taguchi ...83

3.4. Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình ... 84

3.4.1.Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm ... 84

3.4.2.Thiết kế thành phần cấp phối bê tông ... 93

3.5. Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite ... 96

3.5.1.Chuẩn bị thí nghiệm ... 96

3.5.2.Cường độ nén của R n ...100

3.5.3.Cường độ chịu kéo khi uốn R ku ...104

3.5.4.Mô đun đàn hồi (E) ... 109

4.2. Trình tự tính tốn, thiết kế mặt đường BTXM ... 119

4.3. Mơ hình tính tốn, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn ... 121

4.3.1.Mơ hình tính tốn ... 121

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

4.3.2.Các trạng thái giới hạn tính tốn ... 121

4.3.3.Xác định cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu của tấm BTXM ... 122

4.3.4.Hệ số độ tin cậy



r ...122

4.3.5.Vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định ... 123

4.3.6.Tải trọng trục tiêu chuẩn để tính mỏi và quy đổi về trục tiêu chuẩn 123

4.3.7.Tải trọng trục đơn nặng nhất thiết kế Pm ... 123

4.3.8.Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất Tg ... 123

4.4. Tính tốn các trị số ứng suất kéo uốn do tải trọng và do Gradien nhiệt độ tạivị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM ... 124

4.4.1.Trường hợp móng trên bằng vật liệu dạng hạt ... 124

4.4.2.Trường hợp móng trên bằng vật liệu hạt gia cố ... 129

4.5. Tính tốn, thiết kế mặt đường BTXM cốt liệu Dolomite ... 132

4.5.1.Đề xuất các phương án thiết kế và các số liệu xuất phát ... 133

4.5.2. Kiểm toán các phương án thiết kế do tải trọng xe chạy và Gradien nhiệtđộ gây ra. ... 135

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 137

DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ... 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 139

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

GTVT ĐHGTVTBGTVT

: Giao thông vận tải

: Đại học Giao thông vận tải: Bộ Giao thông vận tải

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của Dolomite ... 9

Bảng 1.2. Tỷ trọng của một số khoáng vật ... 9

Bảng 1.3. Khả năng hịa tan của một số khống vật ... 9

Bảng 1.4. Các loại đá vôi - Dolomite ... 10

Bảng 1.5. Tổng hợp trữ lượng đá Dolomite cả nước ... 12

Bảng 1.6. Thành phần cơ bản của bê tông tự lèn Dolomite ... 15

Bảng 1.7. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite Ninh Bình ... 18

Bảng 1.8. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Đông Sơn - Tam Điệp ... 19

Bảng 1.9. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Sơn - Nho Quan ... 20

Bảng 1.10. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Thạch Bình - Nho Quan 21

Bảng 1.11. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Long, Kỳ Phú - NhoQuan ... 22

Bảng 1.12. Tổng hợp thành phần có hại trong đá Dolomite tỉnh Ninh Bình ... 23

Bảng 1.13. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình ... 24

Bảng 1.14. Quy hoạch đá Dolomite tỉnh Ninh Bình năm 2010 ... 29

Bảng 1.15. Quy hoạch đá Dolomite tỉnh Ninh Bình năm 2020 ... 30

Bảng 2.1. Các đặc tính của CTB ... 37

Bảng 2.2. Thành phần hạt của cấp phối đá dăm ... 43

Bảng 2.3. Thành phần hạt của cấp phối đá dăm GCXM ... 43

Bảng 2.4. Lựa chọn thành phần hạt cấp phối Dolomite ... 47

Bảng 2.5. Tính chất xi măng ... 48

Bảng 2.6. Tỷ lệ gia cố xi măng sử dụng trong cấp phối đá Dolomite ... 49

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Bảng 2.8. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ nén ... 53

Bảng 2.9. Tổng hợp giá trị cường độ nén R n (MPa) ...53

Bảng 2.10. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ ... 59

Bảng 2.11. Tổng hợp giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ R ec (MPa) ...60

Bảng 2.12. Số lượng mẫu thí nghiệm mơ đun đàn hồi ... 66

Bảng 2.13. Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E(MPa) ... 67

Bảng 2.14. Cường độ nén đá gốc Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp ... 73

Bảng 2.15. Yêu cầu về cường độ theo TCVN 8858 ... 74

Bảng 2.16. Yêu cầu về cường độ theo TCCS 38 ... 74

Bảng 3.1. Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm ... 82

Bảng 3.1. (Tiếp) ... 83

Bảng 3.2. Thành phần hạt của đá Dolomite dùng thiết kế hỗn hợp bê tông ... 85

Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý đá dăm Dolomite dùng cho bê tông xi măng ... 86

Bảng 3.4. Bảng thành phần hạt của cát tự nhiên ... 87

Bảng 3.5. Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát ... 88

Bảng 3.6. Bảng thành phần hạt của cát nghiền từ đá Dolomite ... 90

Bảng 3.7. Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát nghiền từ đá Dolomite (TCVN9205:2012) ... 91

Bảng 3.8. Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng VICEM PCB40 ... 92

Bảng 3.9. Các chỉ tiêu cơ lý của nước dùng cho thí nghiệm ... 93

Bảng 3.10. Thành phần cấp phối bê tông Dolomite dùng cát tự nhiên ... 96

Bảng 3.11. Thành phần cấp phối bê tông dùng cát nghiền từ đá Dolomite ... 96

Bảng 3.12. Cấp phối bê tơng Dolomite dùng cát hỗn hợp có 50% cát nghiền từ đáDolomite và 50% cát vàng tự nhiên. ... 96

Bảng 3.13. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ nén ... 100

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Bảng 3.14. Tổng hợp giá trị cường độ nén R n (MPa) ...101

Bảng 3.15. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ nén ... 103

Bảng 3.16. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ kéo uốn ... 105

Bảng 3.17. Tổng hợp giá trị cường độ kéo uốn R ku (MPa) ...106

Bảng 3.18. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ kéo uốn ... 108

Bảng 3.19. Số lượng mẫu thí nghiệm mơ đun đàn hồi E ... 109

Bảng 3.20. Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E (GPa) ... 111

Bảng 3.21. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ mô đun đàn hồi ... 113

Bảng 3.22. CTE của BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình ... 115

Bảng 3.23. Tổng hợp giá trị CTE của một số nghiên cứu, quy trình ... 115

Bảng 3.24. Độ mài mòn của BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình ... 117

Bảng 4.1. Chiều dày tấm BTXM thông thường theo cấp hạng đường ... 120

Bảng 4.2. Phân cấp quy mô giao thông ... 120

Bảng 4.3. Chọn độ tin cậy và hệ số độ tin cậy thiết kế



r ...122

Bảng 4.4. Hệ số dãn nở nhiệt α c của BTXM ...128

Bảng 4.5. Các thông số đầu vào của các loại bê tông ... 132

Bảng 4.6. Các thông số tính tốn của các loại bê tông ... 132

Bảng 4.7. Cấp và quy mô giao thông tính tốn ... 133

Bảng 4.8. Kết quả kiểm toán tuyến đường ĐT.482C ... 136

Bảng 4.9. Kết quả kiểm toán tuyến đường ĐT.482D ... 136

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình ... 4

Hình 1.2. Thành phần hóa học đá Dolomite Ninh Bình ... 31

Hình 2.1. Độ võng mặt đường khi dùng các loại móng khác nhau ... 38

Hình 2.2. Giảm chiều dày lớp móng ... 39

Hình 2.3. Mẫu khoan rút lõi CTB ... 39

Hình 2.4. Giảm độ hằn lún vệt bánh xe ... 40

Hình 2.5. Hạn chế hơi ẩm phá hoại mặt đường ... 41

Hình 2.6. Vị trí mỏ đá Đơng Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình ... 45

Hình 2.7. Lấy mẫu đá Dolomite tại mỏ Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình ... 46

Hình 2.8. Q trình gia cơng đá Dolomite để phối trộn theo cấp phối ... 47

Hình 2.9. Biểu đồ thành phần hạt Dolomite ... 48

Hình 2.10. Gia cơng đá Dolomite chuẩn bị cốt liệu chế bị mẫu ... 51

Hình 2.11. Dụng cụ thí nghiệm và khuôn mẫu ... 51

Hình 2.12. Phối trộn vật liệu và chế bị mẫu thí nghiệm ... 52

Hình 2.13. Thí nghiệm và dạng phá hoại mẫu nén ... 54

Hình 2.14. Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu nén 55

Hình 2.15. Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng cường độ nén ... 55

Hình 2.16. Ảnh hưởng các yếu tố đến cường độ nén R n ...56

Hình 2.17. Cường độ nén R n trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ...57

Hình 2.18. Phân tích phương sai và hậu định R n theo hàm lượng XM ...57

Hình 2.19. Phân tích phương sai và hậu định R n theo thời gian ...57

Hình 2.20. Biểu đồ tương tác R n theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ...58

Hình 2.21. Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ ... 60

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Hình 2.22. Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu chịu

kéo khi ép chẻ ... 61

Hình 2.23. Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng cường độ chịu kéo khi ép chẻ 61

Hình 2.24. Ảnh hưởng các yếu tố đến cường độ chịu kéo khi ép chẻ R ec ...62

Hình 2.25. R ec trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ...63

Hình 2.26. Phân tích phương sai và hậu định R ec theo hàm lượng XM ...64

Hình 2.27. Phân tích phương sai và hậu định R ec theo thời gian ...64

Hình 2.28. Biểu đồ tương tác R ec theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ...65

Hình 2.29. Thí nghiệm mơ đun đàn hồi ... 67

Hình 2.30. Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu mô đunđàn hồi ... 68

Hình 2.31. Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng mô đun đàn hồi ... 68

Hình 2.32. Ảnh hưởng các yếu tố đến mô đun đàn hồi E ... 69

Hình 2.33. Mơ đun đàn hồi E trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng 70

Hình 2.34. Phân tích phương sai và hậu định E theo hàm lượng XM ... 71

Hình 2.35. Phân tích phương sai và hậu định E theo thời gian ... 71

Hình 2.36. Biểu đồ tương tác E theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ... 72

Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo mặt đường BTXM thông thường có khe nối ... 79

Hình 3.2. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM có giải phân cách giữa ... 79

Hình 3.3. Lựa chọn thành phần hạt thơ của đá Dolomite ... 86

Hình 3.4. Thành phần hạt của cát tự nhiên ... 88

Hình 3.5. Thành phần hạt mịn của cát nghiền ... 89

Hình 3.6. Thành phần hạt của cát nghiền từ đá Dolomite ... 90

Hình 3.7. Chuẩn bị cốt liệu thí nghiệm ... 97

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 3.9. Các loại thiết bị thí nghiệm ... 98

Hình 3.10. Cơng tác đúc mẫu BTXM ... 99

Hình 3.11. Các tổ mẫu phục vụ cơng tác thí nghiệm ... 99

Hình 3.12. Thí nghiệm cường độ chịu nén BTXM ... 101

Hình 3.13. Phân tích S/N (R n ) trên phần mềm Minitab ...102

Hình 3.14. Thí nghiệm kéo uốn BTXM ... 104

Hình 3.15. Phân tích S/N (R ku ) trên phần mềm Minitab ...107

Hình 3.16. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi E ... 110

Hình 3.17. Phân tích S/N (E) trên phần mềm Minitab ... 112

Hình 3.18. Một số hình ảnh thí nghiệm CTE ... 116

Hình 3.19. Một số hình ảnh thí nghiệm độ mài mòn ... 117

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Phát triển hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ là một yêu cầu kháchquan. Trong những năm gần đây đầu tư, xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng giaothông đường bộ được quan tâm đặc biệt, có vai trị quan trọng trong việc thúc đẩysự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Cùng với việc đầu tư xây dựng các tuyếnđường bộ là nhu cầu rất lớn về vật liệu xây dựng. Các nguồn vật liệu truyền thốngngày càng khan hiếm, do đó cần nghiên cứu, phát triển và sử dụng nguồn vật liệumới, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật để thay thế.

Ninh Bình là một tỉnh có trữ lượng các mỏ vật liệu khá lớn, tuy nhiên với việcquần thể danh thắng Tràng An bao gồm ba khu vực liền kề nhau là di tích cố đơ HoaLư, khu danh thắng Tràng An - Tam Cốc - Bích Động và rừng nguyên sinh đặcdụng Hoa Lư được UNESCO cơng nhận di sản văn hóa và thiên nhiên thế giới từngày 23 tháng 6 năm 2014 thì việc bảo tồn nguyên trạng hệ thống núi đá vôi củaquẩn thể này vốn là nguồn cung cấp vật liệu truyền thống trước đây rất được quantâm.

Đá Dolomite có nguồn gốc từ đá trầm tích, là một loại vật liệu có trữ lượngtương đối lớn trong cả nước nói chung và trên địa bàn tỉnh Ninh Bình nói riêng. Cácmỏ đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình thường khơng nằm trong khu vực bảotồn, thuộc diện được quy hoạch khai thác.

Đá Dolomite đã được sử dụng để đắp nền đường K95, K98 [2] [4] [31] [34][35] bước đầu khẳng định được chất lượng tại một số cơng trình quan trọng của tỉnh

Ninh Bình. Tuy nhiên để làm móng, mặt đường cần phải nghiên cứu, đánh giá, thựcnghiệm để khẳng định tính khả thi của loại vật liệu này nhằm sử dụng tiết kiệm, cóhiệu quả nguồn tài nguyên hữu hạn này trong việc xây dựng các tuyến đường giaothông đường bộ.

Do vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

2. Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá sự phù hợp của đá Dolomite trong xây dựng đường ô

tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

- Thơng qua tài liệu đã được cơng bố của các nhà nghiên cứu cộng với tiếnhành thí nghiệm trong phòng để xác định một số các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đáDolomite.

- Thiết kế thành phần, thí nghiệm trong phịng các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗnhợp cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng; hỗn hợp bê tông xi măng sử dụng cốt liệuđá Dolomite làm móng và mặt đường ơ tơ.

- Kiểm tốn kết cấu móng, mặt đường để khẳng định tính khả thi khi sử dụngđá Dolomite làm vật liệu trong xây dựng móng, mặt đường ơ tơ.

3. Đới tượng và phạm vi nghiên cứu

Đá Dolomite sử dụng làm móng, mặt đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

4. Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.

Thu thập tài liệu kết hợp với thí nghiệm trong phịng để xác định một số chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đá Dolomite.

Thực nghiệm trong phòng, đánh giá khả năng sử dụng đá Dolomite làm lớp móng, lớp mặt đường ơ tơ.

Xử lý số liệu bằng các cơng cụ tính.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàia. Ý nghĩa khoa học

- Nghiên cứu các đặc trưng của đá Dolomite tại tỉnh Ninh Bình.

- Nghiên cứu các đặc tính làm việc của móng cấp phối đá dolomite làm móng mặt đường.

- Nghiên cứu các đặc tính làm việc của BTXM sử dụng cốt liệu Dolomite (bao gồm cả cốt liệu thô, cốt liệu mịn) trong xây dựng mặt đường ô tơ.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

b. Ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần thay thế nguồn vật liệu truyền thống khan hiếm (đá vôi) trongxây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

- Tăng hiệu quả kinh tế đối với việc sử dụng nguồn đá Dolomite trên địa bàntỉnh Ninh Bình hiện chủ yếu sử dụng trong đắp nền đường.

- Đề tài nghiên cứu sẽ giải quyết vấn đề khó khăn do nguồn vật liệu truyềnthống ngày một khan hiếm (đá vôi) trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnhNinh Bình.

- Bên cạnh đó đề tài cũng đề xuất được việc sử dụng đá Dolomite một cáchtiết kiệm, có hiệu quả hơn khi khơng chỉ sử dụng làm vật liệu đắp nền như thựctrạng mà còn sử dụng làm móng, mặt đường ơ tơ trên địa bàn tỉnh Ninh Bình.

6. Cấu trúc của Luận án

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀTÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINHBÌNH

1.1.Giới thiệu chung về đá Dolomite1.1.1. Khái quát về đá Dolomite

Dolomite là loại đá trầm tích cacbonat, thường đi với đá vơi, vì thế giữa đávơi và đá Dolomite có nhiều dạng chuyển tiếp như đá vơi - đá vôi manhe - đá vôiDolomite - Dolomite vôi - Dolomite. Đá Dolomite thường có màu trắng, xám, vàngnhạt, nâu xám... khi chứa nhiều di tích hữu cơ đá có màu xám, nếu chứa bitum haycó màu nâu. Hình ảnh mỏ đá Dolomite tại Ninh Bình như Hình 1.1

Hình 1.1. Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình

Đá Dolomite có thành phần khống vật Dolomite là chính, ngồi ra cịn gặpcanxit, nhiều khi có hàm lượng tương đối cao và cịn gặp khá nhiều khống vật phụnhư thạch cao, anhydrit, thạch anh - calcedon, oxit và hidroxit sắt, xelestin, fluorit,khoáng vật muối pirit, macazit, hydromica, momoriolit, các vật liệu hữu cơ phântán. Vật liệu vụn trong Dolomite rất ít gặp, khơng nhiều như trong đá vơi, khi thànhtạo Dolomite thì kết thúc quá trình phân dị cơ học. Trong các mặt cắt địa chất có thể

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

gặp những tầng Dolomite dầy và độc lập hoặc xen kẽ với đá vôi, với đá vụn, thậm

chí xen kẽ với những loại muối, thạch cao, anhydrit [21].1.1.2. Sự hình thành đá Dolomite

1.1.2.1. Sự thành tạo các loại đá

Theo nguồn gốc thành tạo, đá được chia thành 3 loại chính: đá magma, đá

trầm tích và đá biến chất [22].

Đá magma được thành tạo do sự đông cứng của dịng dung nham nóng chảy

phun lên từ trong lòng đất. Dòng dung nham này là các dung dịch silicat có thànhphần rất phức tạp và chứa các loại khí, hơi nước khác nhau.

Khi dịng dung nham phun lên và đơng cứng lại ngay trong lịng đất thì sẽtạo thành đá magma xâm nhập. Do được thành tạo trong điều kiện áp suất cao, sựđông cứng xảy ra từ từ và đều đều nên các khoáng vật dễ dàng kết tinh, tạo nên đámagma kết tinh hoàn toàn, dạng khối, chặt xít như đá granit, gabro…

Khi dịng dung nham trào lên mặt đất và đơng cứng lại thì sẽ tạo thành đámagma phún xuất (hay phun trào). Do ở mặt đất nhiệt độ và áp suất thấp, nhiệt thoátnhanh nên không thuận lợi cho việc kết tinh của các khống vật, tạo nên đá magmaở dạng vơ định hình, có nhiều lỗ rỗng như đá bazan, đá bọt… Các đá phun tràođược thành tạo từ đại cổ sinh thì được gọi là đá phun trào cổ, còn nếu thành tạo mớigần đây thì được gọi là phun trào trẻ.

Đá trầm tích được thành tạo có thể theo 3 cách:

- Do sự lắng đọng và gắn kết của các mảnh vụn (là các sản phẩm phong hoácủa đá gốc hay các vụn núi lửa);

- Do sự kết tủa của chất hố học có trong nước;- Do sự nén chặt của các di tích động, thực vật.

Tuỳ theo các cách thức thành tạo như vậy mà người ta cũng chia thành cácđá trầm thích cơ học, trầm tích hố học và trầm tích hữu cơ.

Đá trầm tích chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ trái đất nhưng nó bao phủ tới 75%diện tích mặt đất với các chiều dày khác nhau (từ 3 - 4km ở vùng Trung Á, còn 1km

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Đá biến chất được tạo thành do sự biến đổi sâu sắc của đá magma, đá trầm

tích và cả đá biến chất có trước dưới tác động của nhiệt độ cao, áp suất lớn và cácchất có hoạt tính hố học. Dựa vào các nhân tố tác động chủ yếu, người ta chia ra:

- Biến chất tiếp xúc xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối magma nóng chảyvà đá vây quanh. Nhiệt độ cao đã làm thay đổi thành phần, kiến trúc và tính chấtcủa đất đá. Càng xa khối magma, mức độ biến chất của đá giảm dần.

- Biến chất động lực xảy ra dưới tác động của áp suất cao không chỉ do trọnglượng các lớp đá nằm trên mà còn do áp lực sinh ra trong hoạt động tạo sơn của cácquá trình kiến tạo. Do vậy, đất đá bị mất nước, độ rỗng giảm đi, sự liên kết giữachúng tăng lên làm thay đổi kiến trúc và cấu tạo của đá.

- Biến chất khu vực thường xảy ra dưới sâu do tác động đồng thời của nhiệtđộ cao và áp suất lớn làm thành phần, kiến trúc của đá bị thay đổi.

1.1.2.2. Dolomite và một sớ loại đá trầm tích

Do được thành tạo từ nhiều nguồn gốc khác nhau nên đá trầm tích gồm một

số nhóm đá khác nhau rõ rệt, trong đó có đá Dolomite [22].

* Nhóm đá trầm tích vụn được hình thành chủ yếu từ các mảnh vỡ của các

loại đá tồn tại trước đó hoặc từ các sản phẩm phong hố của các đá gốc, được nước,gió hay băng hà vận chuyển, tích tụ rồi gắn kết lại với nhau một cách cơ học, nênloại trầm tích này cũng được gọi là trầm tích cơ học.

Tuỳ theo kích thước của các mảnh vụn trong đá mà người ta chia thành cácđá cuội kết, dăm kết, cát kết các loại, bột kết và sét kết. Trong các loại đá này thì độrỗng đóng vai trị rất quan trọng. Độ rỗng sẽ nhỏ nhất khi các hạt nhỏ lấp đầy lỗrỗng giữa các hạt lớn hơn hay khi trong các lỗ rỗng lấp đầy các chất gắn kết. Tuỳtheo thành phần trong đá cát kết mà người ta còn chia thành cát kết thạch anh (khiđá được tạo thành chủ yếu từ thạch anh), arko (khi thành phần chủ yếu của đá làfelspat) và grauvac (khi đá được tạo thành từ các mảnh vụn đá).

Một loại cát kết đặc biệt có nguồn gốc magma được tạo thành do các mảnhvụn phun ra từ núi lửa. Những đám mây bốc lửa gồm các vật liệu vụn trơi nổi trênkhí và bụi có nhiệt độ rất cao, di chuyển xuống dưới theo sườn núi lửa với tốc độlớn, khi nguội lạnh, tuỳ theo thành phần là các mảnh vụn có góc cạnh hay các hạt

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

mịn như tro mà sẽ tạo thành dăm kết núi lửa hay tuf núi lửa. Các hạt gắn kết vớinhau trong điều kiện nhiệt độ cao, tạo thành một loại đá chặt cứng, có tính chấttương tự như đá magma cùng loại.

* Nhóm đá trầm tích carbonat bao gồm đá vơi chủ yếu được tạo nên bằng

khoáng vật canxit, đá Dolomite và một số đá thuộc nhóm trầm tích vụn nhưng cóchứa vơi.

Cũng như nhóm đá trên, độ rỗng là thuộc tính cơ bản để phân biệt đặc tínhcơ học của các loại đá khác nhau trong nhóm. Người ta phân biệt độ rỗng nguyênsinh là do khi chưa lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt. Độ rỗng thứ sinh được tạo nênbởi sự mở rộng mạng tinh thể trong quá trình biến đổi canxit thành Dolomit - qtrình Dolomit hố. Đá vôi rất không đồng nhất về mặt cấu tạo: một số loại thì xốp,nhưng một số loại thì rất chặt. Theo nguồn gốc thành tạo, đá vơi có thể chia thànhcác loại đá vơi hố học, hữu cơ, vụn và hỗn hợp.

Đá vơi hố học thường được thành tạo do sự lắng đọng các chất kết tủacarbonat ở trong nước. Điển hình của loại này là tuf vơi và đá vôi trứng cá. Đá tufvôi được tạo thành ở vùng có nước mạch lộ ra. Do chảy trên mặt đất, một phần CO2

bị mất đi nên CaCO3 được kết tủa lại, tạo thành đá vơi có lỗ rỗng và khơng phânlớp. Loại tuf vơi có độ chặt cao, độ rỗng nhỏ, có một phần kiến trúc kết tinh thìđược gọi là travertin. Độ bền của tuf vôi khi khô khoảng 80MPa. Đá vôi trứng cáđược tạo thành ở biển nông do sự kết tủa các hạt CaCO3 đồng tâm, rồi chúng lạiđược gắn lại với nhau bằng chính canxit. Độ bền loại đá này chỉ khoảng 16 -20MPa.

Đá vơi hữu cơ được thành tạo do sự tích tụ các di tích hữu cơ, phổ biến nhấtlà loại đá vơi vỏ sị. Loại đá vơi này có độ rỗng cao, độ bền thấp. Một dạng khác củađá vôi hữu cơ là đá phấn, có thành phần giống như đá vơi nhưng độ bền thì thấp hơnnhiều.

Đá vơi vụn gồm những mảnh vụn của đá vôi và được gắn chặt lại bằngcanxit. đây là loại đá tái trầm tích.

Đá vơi hỗn hợp được thành tạo một phần từ các mảnh vụn, một phần từ các

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

marn vôi) khi lượng CaCO3 lớn hơn và đá marn sét khi lượng CaCO3 ít. Ở ngồibiển, đá marn tạo thành tầng dày. Khi lộ trên mặt đất, nó dễ bị phong hoá, tạo thànhđá bùn.

Đá Dolomite được thành tạo từ khoáng vật cùng tên với các tạp chất như

canxit, thạch cao màu xám trắng hay đỏ. Kiến trúc dạng hạt, cấu tạo khối chặt xít.Độ bền nén của Dolomit khoảng 100 - 140MPa. Dolomite được dùng làm vật liệuxây dựng, vật liệu chịu lửa.

* Nhóm đá ḿi: Đá của nhóm này thường gặp ở dạng halit (NaCl), silvin

(KCl), silvinit (hỗn hợp của halit và silvin), anhydrit và thạch cao (CaSO4 ở dạngkhan và ngậm nước) … Tất cả các đá trong nhóm đều có thể hồ tan được trongnước. Theo quan điểm địa chất, các trầm tích này cũng được gọi là trầm tích do bốchơi hay đá bốc hơi, được thành tạo do sự bốc hơi của nước trong hồ nước mặn vàbiển.

Các đá muối thường có màu trắng. Muối ăn (NaCl) thường có vị mặn, muốikali có vị đắng. Các trầm tích đá muối dày tạo thành mỏ kích thước lớn.

Anhydrit là CaSO4 ở dạng khan, khi gặp nước biến thành thạch cao, thể tíchtăng lên tới > 30%. Độ bền nén của anhydrit khoảng 60 - 80MPa.

Thạch cao được tạo thành do kết quả hợp nước của CaSO4, có màu trắng hayxám, vàng, nâu khi bị lẫn các tạp chất. Kiến trúc hạt thô. Độ bền nhỏ hơn 20MPa.Thạch cao được dùng làm phấn, vật liệu trang trí trong xây dựng hay để bó bộttrong y tế.

* Nhóm đá trầm tích hữu: cơ được thành tạo do sự tích tụ và nén chặt của

các di tích động thực vật. Từ các di tích động vật sẽ tạo thành các loại đá như đá vôivỏ sị, đá vơi san hơ, đá phấn như đã trình bày trong nhóm đá trầm tích carbonat. Từcác di tích thực vật sẽ tạo thành các loại trầm tích như điatomit, opoka (đá silic),than bùn hay than đá…

1.1.2.3. Một số đặc điểm của đá Dolomite

Đá Dolomite có thành phần khống vật chính là Dolomite. Khoáng vậtDolomite được thành tạo từ dung dịch thật hay do quá trình thay thế trao đổi, khóphân biệt được với canxit (CaCO3). Dưới kính hiển vi có thể phân biệt được với

canxit bằng các hạt hình thoi tự hình của Dolomite [1].

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Đá Dolomite có thành phần khống vật chính là Dolomite có cơng thức hóahọc là CaMg(CO3)2. Thành phần của Dolomite đưa ra tại Bảng 1.1. Đá Dolomitengoài thành phần cơ bản còn tồn tại một số thành phần khác như: SiO2, TiO2, Al2O3,Fe2O3, FeO, MnO, Na2O, K2O, CO2… [32].

Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của Dolomite

Khống vật Dolomite có tỷ trọng và khả năng hịa tan so với một số khoáng

vật khác được thể hiện trong các Bảng 1.2 và 1.3 [36].

Bảng 1.2. Tỷ trọng của một sớ khống vật

Halit NaCl

Gip CaSO4. 2H2OAnhidrit CaSO4

Canxit CaCO3

Dolomite CaMg(CO3)2

2,16 - 2,172,31 - 2,32,89 - 2,962,71 - 2,722,8 - 2,99

Bảng 1.3. Khả năng hịa tan của một sớ khống vậtKhống vậtNăng lượng mạng kết tinh

Canxit CaCO3

Dolomite CaMg(CO3)2

Nhận xét: Đá Dolomite thuộc nhóm đá trầm tích carbonat cùng với đá vơi

(một loại đá đã dùng rất nhiều trong xây dựng công trình, trong đó có cả móng và

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Dolomite và đá vơi cũng có những điểm khác như: tỷ trọng, cường độ chịu nén vàđộ bền trong nước… của đá Dolomite được đánh giá cao hơn đá vôi.

Giữa đá Dolomite và đá vơi có những dạng chuyển tiếp, căn cứ vào hàmlượng các khống vật chính canxit và Dolomite có quan điểm phân ra đá Dolomite,

đá vơi và các đá trung gian đưa ra tại Bảng 1.4 [1].

Bảng 1.4. Các loại đá vôi - Dolomite

1.1.3.2. Phân bố đá Dolomite ở Việt Nam

Đá Dolomite phân bố tập trung ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung, một ít ởTây Ngun, có nguồn gốc chủ yếu là trầm tích và biến chất từ các thành tạo trầm tíchcarbonat. Phân bố xen kẹp trong đá vôi và đá vôi Dolomite thuộc các hệ tầng có tuổikhác nhau. Hầu hết các mỏ đá Dolomite có quy mơ nhỏ đến trung bình, một số mỏ cóquy mơ tương đối lớn phân bố tập trung ở các tỉnh: Yên Bái, Phú Thọ, Hà Giang, TháiNgun, Hịa Bình, Hà Nam, Ninh Bình, Nghệ An, Quảng Nam, Quảng Trị…

Trong cơng trình nghiên cứu của TS. Mai Trọng Tú đã tổng hợp một số mỏ

đá Dolomite của Việt Nam như sau [32]:

- Dolomite Bút Sơn, xã Bút Sơn, huyện Kim Bảng, Hà Nam: Mỏ Dolomitenằm trong đá vơi hệ tầng Đồng Giao. Có hai loại là Dolomite rắn chắc và Dolomitephong hóa phân bố ở trên mặt. Dolomite có thể sử dụng trong cơng nghiệp thủytinh. Thành phần (%): MgO 19,3-22,68; CaO 28,81-33,31.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

- Dolomite Bản Chanh, xã Đồng Chum, huyện Đà Bắc: Dolomite phân bốtrong các trầm tích carbonat hệ tầng Đá Đinh tạo thành dải kéo dàitheo phương TB-ĐN gần 7km, rộng 0,5-2,5km. Có hai loại là Dolomite phân lớptrung bình, màu trắng hoặc màu xám hạt mịn, phân bố trong diện tích 8km2 vàDolomite vị nát thành một dải ở phía Tây Bắc dọc đứt gãy, kéo dài 4km. Thành phần(%): CaO 18-22; MgO 22-28; SiO2 0,3-19; Fe2O3 0,5-1,5; R2O3 + MnO 5; Al2O3 +P2O3 + Mn3O4 2-10.

- Dolomite Thạch Bình, xã Thạch Bình, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình.Dolomite phân bố trong đá vơi hệ tầng Đồng Giao thành những dải hẹp phương TB-ĐN. Thành phần (%): CaO 30,57-31,65; MgO 20,62-21,44; Al2O3 0,06-0,57; Fe2O3

0,04-0,19; P 0,002-0,136; S 0,005-0,026; MKN 43,57-44,85.

- Dolomite Ngọc Lập: Vây quanh thân khoáng là các đá cát kết, phiến sét hệtầng Sinh Vinh. Thân khống Dolomite có dạng thấu kính dày 50 - 100m. Thành phần(%): CaO 24-30; MgO 17-21; SiO2 <6%; (Fe2O3 + Al2O3 + Mn3O4 + SiO2) <10%.

- Dolomite Làng Lai, xã La Hiên, huyện Võ Nhai, Thái Nguyên: Dolomitephân bố trong địa tầng carbonat hệ tầng Bắc Sơn (C - Pbs). Thân quặng là 1 thấukính dài 1840m, rộng 300 - 450m, dày 200 - 320m; Dolomite màu xám sáng, xámhồng, kết tinh dạng hạt (> 0,3mm). Trong Dolomite canxit chiếm 10 - 20%. Thànhphần (%): MgO 20,65; CaO 31,31; HO 0,16; Mn3O4 + Al2O3 + SiO2 < 0,65.

- Dolomite Mật Sơn xã Đơng Hưng, huyện Đơng Sơn, Thanh Hóa: Phân bốtrong đá vôi Bắc Sơn, diện tích 0,6km2. Những lớp Dolomite xen trongđá vôi với đá vôi Dolomite. Dolomite màu trắng xám, hạt nhỏ và vừa. Thànhphần (%): Dolomite 75%, canxit: 20%, hydroxyt Fe: 5%, thỏa mãn cho yêu cầuluyện kim.

- Dolomite Tân Ấp, Xã Hương Hóa, Tuyên Hóa, Quảng Bình: Dolomitechiếm phần giữa khối đá vơi Tân Ấp. Phát hiện, đánh giá 4 thân, dài 150-400m,rộng 40-200m, dày 21-91m. Thành phần (%): MgO19,12-20,53; CaO 32,14-33,57; SiO2 0,21-0,08; Fe2O3 0,08-0,25.

- Dolomite Thôn 2 Tắc Pỏ, xã Trà Mai, huyện Trà My: Thân khoáng dạng

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Thành phần (%): MgO = 18,87-22,18; SiO2 1,58-8,74; Al2O3 0,12-0,42; Mn3O4 0,35.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

0-Bảng 1.5. Tổng hợp trữ lượng đá Dolomite cả nước

Tỉnh/ Thành phố

Quy mô mỏ

Tên mỏ/điểm khoáng sản

Tr.lượng(Tr. tấn)

Tắc Pỏ, 7 Trà Cang, 2 Trà Don

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng đá Dolomite trên thế giới và ở Việt Nam1.2.1. Trên thế giới

Trên thế giới đá Dolomite không chỉ sử dụng trong ngành công nghiệp luyệnkim, vật liệu chịu lửa và ứng dụng vào ngành nông nghiệp, môi trường, xây dựng,đá Dolomite còn ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học hiện đại.

1.2.2. Ở Việt Nam

Ở Việt Nam đá Dolomite được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khácnhau như: gạch chịu lửa, gốm, xứ, thủy tinh cao cấp, phụ gia sản xuất các sản phẩmcao su, giấy, sơn, thức ăn gia xúc, làm chất cải tạo môi trường ni trồng thủy sản,chất độn phân bón, phụ gia trong công nghiệp luyện kim… và gần đây Dolomite đãđược sử dụng ở một số dự án làm vật liệu đắp nền đường.

Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt quy hoạch thăm dị, khai thác, chế biến vàsử dụng khống sản làm vật liệu xây dựng ở Việt Nam. Theo đó, nhu cầu về thămdị, khai thác và dự trữ khống sản Dolomite như sau: Giai đoạn 2011 - 2015: 5triệu tấn; giai đoạn 2016 - 2020 (kéo dài đến nay): 5 triệu tấn; tổng cộng: 10 triệu

tấn [24] [25] [26].

Trong công nghiệp luyện kim, theo “Quy hoạch phát triển ngành thép ViệtNam đoạn 2007 - 2015, có xét đến năm 2025” đã được Thủ tướng Chính phủ phêduyệt, trong đó để đáp ứng nhu cầu sản xuất thép thì dự kiến sản lượng đá Dolomitenguyên khai trong mỗi giai đoạn cần: Năm 2010: 2,8 - 3,1 triệu tấn; Năm 2015: 4,2- 4,6 triệu tấn; Năm 2020: 5,6 - 5,9 triệu tấn; Năm 2025: 6,7 - 7,0 triệu tấn.

Theo một số nghiên cứu, đá Dolomite ở Việt Nam có đặc điểm chất lượng,đặc tính kĩ thuật tương đối tốt, quy mơ mỏ khá lớn đáp ứng mọi yêu cầu kĩ thuật đểsử dụng cho các ngành khác nhau ở nước ta. Tuy nhiên, tại thời điểm hiện tại trìnhđộ kỹ thuật cơng nghệ chế biến đá Dolomite trong nước cịn thấp, nền kinh tế chưaphát triển mạnh nên trong những năm tới đá Dolomite vẫn chỉ chủ yếu sử dụng cholĩnh vực luyện kim, sản xuất thuỷ tinh, sử dụng trong xử lý môi trường làm ổn địnhđộ PH của môi trường nước trong các đầm hồ nuôi tôm, làm sạch nước sinh hoạt,nước thải công nghiệp và sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu làm đường ô tô (đây làcác lĩnh vực có khả năng sử dụng đá Dolomite nhiều hơn cả).

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

1.2.3. Các nghiên cứu mới về đá Dolomite làm vật liệu xây dựng1.2.3.1. Triển vọng phát triển của bê tông tự lèn tại Nga

Bê tơng tự lèn là bê tơng có khả năng tự chảy nhờ tác động của trọng lượng bản thân và tự điền đầy những chỗ trống trong ván khuôn, thậm chí cả ở những vị trí có bố trí dày đặc cốt thép, mà không cần tới bất kỳ tác động cơ học nào, đồng thời đảm bảo tính đồng nhất. Lịch sử của loại bê tông này khởi nguồn tại Nhật Bản vào cuối thập niên 80 thế kỷ XX. GS. Okamura của Đại học Tokyo đã nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế một thế hệ chất phụ gia mới cho bê tơng - phụ gia hóa dẻo hiệu quả cao (Nguồn Bộ Xây dựng ChuyenmucID=1145&IDNews=51675&tieude=trien-vong-phat-trien-cua-be-tong- tu-len-tai-nga.aspx).

Nhờ các tính chất ưu việt, bê tơng tự lèn đã được phát triển rộng rãi tại TâyÂu, trong đó quốc gia tiên phong trong nghiên cứu ứng dụng rộng rãi loại bê tôngnày là CHLB Đức. Sau khi nghiên cứu kỹ các tính chất của bê tơng tự lèn tại ViệnKhoa học Xây dựng CHLB Đức, trong các năm 2000 - 2001, những tiền đề cho việcchính thức sản xuất và triển khai loại vật liệu này trên toàn châu Âu đã được cácnhà khoa học Đức thiết lập.

Tuy nhiên tại Nga lại khác, công nghệ thi công bê tông tự lèn gần đây mới đượcnghiên cứu để triển khai. Để chứng minh cho các tính năng của bê tông tự lèn, cácchuyên gia trường Đại học Cơng nghệ hóa Mendeleev (Nga) đã nghiên cứu một sốthành phần và tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn hợp bê tông tự lèn. Hỗn hợp đượcchuẩn bị trong điều kiện phịng thí nghiệm, với các cốt liệu có sẵn, trong đó có sửdụng:

- Xi măng pooc lăng 500 của nhà máy Malsev, đạt tiêu chuẩn GOST 10178.Cường độ 47,3 MPa; Cát thạch anh cỡ hạt = 2,3 micron - GOST 8736.

- Đá nghiền cỡ hạt 5 … 20 mm (cỡ hạt tối đa 25 mm), hàm lượng hạt thoi dẹtlà 21% - GOST 8267.

- Cốt liệu nhỏ (bột đá vôi Dolomite - GOST 14050). Tỷ diện riêng của bột ởtình trạng ban đầu là 245 m2 /kg; khối lượng riêng 2.500 kg/m3. Sau nghiền tỷ diện

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

- Phụ gia siêu dẻo (Sika Viscocrcete).

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Sau khi trộn, hỗn hợp bê tông được đổ vào khn tạo hình có kích thước10x10x10 cm. Thành phần hỗn hợp bê tơng và các tính chất bền vững của bê tôngthu nhận được đưa ra tại Bảng 1.6.

Bảng 1.6. Thành phần cơ bản của bê tông tự lèn Dolomite

Thành phần hỗn hợp bê tông

Khốilượngcủa hỗn

Cường độ nén theo ngàytuổi

Xi măng

Qua bảng trên, có thể thấy:

- Tiêu hao bột đá vôi Dolomite trong hỗn hợp bê tông không được vượt quá200 kg/m3 (tránh gia tăng nhu cầu nước).

- Trường hợp có phụ gia siêu dẻo, sẽ thu nhận được một cấu trúc khác của đáxi măng ít có khả năng bị phá vỡ. Các kết quả này nói lên sự gia tăng đáng kểcường độ bê tông khi bị nén, so với cường độ phù hợp với công thức nổi tiếng củaBolomei - Skramtaev.

- Dù cịn một số tính chất không phù hợp của cốt liệu lớn sử dụng trong thínghiệm nêu trên với các yêu cầu thường đặt ra đối với đá dăm cho bê tông tự lèn, vàtrong thí nghiệm này cịn sử dụng bột đá Dolomite khơng hoạt tính, song các nhànghiên cứu đã thành cơng trong việc tạo ra bê tông tự lèn chất lượng tốt. Hỗn hợpbê tông từ tất cả thành phần trên khơng có sự tách nước. Thí nghiệm được tiến hànhtheo phương pháp quy định trong tiêu chuẩn GOST 10060 và đều đưa tới những kếtquả như nhau. Các số liệu cuối cùng đều cho thấy: Bê tông tự lèn không chỉ có triểnvọng ứng dụng trong các cơng trình xây dựng bê tơng nói chung mà cịn có thể sử

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

1.2.3.2. Nghiên cứu khả năng sử dụng đá Dolomite phong hóa làm vật liệu xây dựng

Việc sử dụng nguồn phế thải để sản xuất vật liệu xây dựng cho phép tậndụng tối đa nguồn nguyên vật liệu, giảm bớt chi phí năng lượng để gia cơng trongq trình sản xuất VLXD, giảm chi phí cho việc thải bỏ và loại trừ được các ảnhhưởng có hại của chúng đối với mơi trường.

Đá Dolomite phong hóa hiện có tại một số địa phương ở nước ta với trữlượng lớn, rất dễ khai thác nhưng hiện chỉ mới được sử dụng vào san lấp nềnđường. Đá Dolomite phong hóa là dạng rời tơi, có nhiều loại cỡ hạt, cường độ néndập tương đối cao, vì thế có thể sử dụng các cấp hạt làm cốt liệu trong sản xuất vữavà bê tơng, đồng thời có thể tận dụng lượng hạt mịn làm phụ gia cho xi măng.

Trong một công trình nghiên cứu của mình sau khi có nhưng phân tích, đánhgiá PGS.TS Vũ Đình Đấu, Khoa Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng đãlựa chọn đá Dolomite Hà Nam để nghiên cứu chế tạo vữa và bê tông đưa ra đượccác so sánh về sự khác nhau giữa bê tông cốt liệu đá Dolomite và bê tông thơngthường. Góp phần bước cho những nghiên cứu sau này về sử dụng vật liệu đá

Dolomite làm vật liệu xây dựng [18].

1.3. Đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình1.3.1. Đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình

Để phân loại đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình, trong một cơng trình nghiêncứu PGS.TS Lương Quang Khang đã tiến hành nghiên cứu thach học, thành phần

hóa học và tính chất cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình, cụ thể như sau [19]:1.3.1.1. Thành phần thạch học và khoáng vật

Để nghiên cứu thành phần thạch học của đá Dolomite đã tiến hành lấy vàphân tích 50 mẫu lát mỏng trong phịng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu cho thấytrong các khối đá Dolomite có các loại đá sau:

a. Đá Dolomite nguyên khối

Chiếm khối lượng chủ yếu trong các diện tích phân bố đá Dolomite. Bằngmắt thường đá Dolomite mầu xám xanh hoặc xanh đen, cấu tạo khối đến phân lớpdầy. Bề mặt phong hoá các lớp đá Dolomite thường sần sùi dạng da voi khác hẳnvới bề mặt các lớp đá vôi thông thường. Thành phần khoáng vật bao gồm Dolomite,

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

canxit đi cùng với các khoáng vật phi carbonat như clorit, geothit. Theo bảng phânloại thông thường các đá carbonat thì chúng thuộc vào loại đá Dolomite vàDolomite lẫn vôi. Theo các kết quả phân tích mẫu khống tướng, các khống vậtsulphur và oxit hầu như vắng mặt.

Đặc điểm các khoáng vật tạo đá chủ yếu:

- Dolomite: Khoáng vật chiếm hàm lượng cao nhất trong các đá Dolomite vàDolomite lẫn vơi, có hàm lượng dao động từ 80% đến 88%, trung bình 84%. Cáchạt Dolomite kích thước rất nhỏ, thường nhỏ hơn 0,05mm, trên các vật kính phóngđại số lớn, hiếm khi có hạt lớn thấy được các tiết diện hình thoi. Dưới một niconDolomite khơng mầu, cát khai hồn tồn, dưới 2 nicon giao thoa xám trắng bậc cao.

- Canxit: Khoáng vật carbonat canxi thường đi cùng Dolomite. Đôi khi,canxit tạo nên các dải đám ổ nhỏ do tái kết tinh hoặc canxi hố. Canxit có hàmlượng thường từ 1-5% đến dưới 10%, dạng hạt tha hình, kích thước nhỏ đến rất nhỏ,thường dưới 0,05-0,01mm, cục bộ trong các đám tái kết tinh mạnh mới tìm thấyđược các hạt calcit có kích thước đến 0,3mm. Dưới 1 nion, canxit khơng mầu, cátkhai hoàn toàn, dưới 2 nicon giao thoa xám trắng bậc cao.

- Các khoáng vật phi carbonat: Về cơ bản khơng phát hiện được dưới kínhhiển vi. Chúng chỉ được phát hiện bởi các phương pháp phân tích rơnghen và nhiệtvi sai, chủ yếu là các khoáng vật clorit và geothit.

Đáng lưu ý, hầu như trong các đá Dolomite Ninh Bình nói riêng và Dolomitehệ tầng Đồng Giao nói chung hầu như khơng chứa các khống vật vụn cơ học nhưthạch anh, plagioclas. Chính vì vậy, mà hàm lượng các chất khơng tan trong bảngphân tích thành phần hố học của đá Dolomite là rất thấp. Các kết quả nghiên cứucủa trường Đại học Mỏ - Địa chất trên dải đá Dolomite Kim Bảng - Thanh Liêmcũng hoàn toàn phù hợp với các nhận định trên.

b. Đá Dolomite vụn

Đây chính là một sản phẩm độc đáo trên tầng đá Dolomite. Thông thường,đối với các đá carbonat giầu canxit, chúng thường bị hoà tan khi tiếp xúc với nướcmặt và nước ngầm, do đó thường tạo nên các hang động karst. Đối với các đá giầuDolomite, tốc độ hoà tan rất chậm, do đó thường bền vững. Trong các miền địa hìnhthuận lợi, như độ dốc khơng lớn có thể hình thành nên vỏ phong hoá cơ học.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Tại đồi "Con Lợn" khu Đông Sơn (Tam Điệp - Ninh Bình) mặt cắt vỏ phonghố được mơ tả như sau:

* Lớp đất phủ: Dầy 0,2 đến 0,5m. Phân bố dưới chân đồi, thành phần sét phamàu xám đen có lẫn các mảnh đá và mùn thực vật.

* Lớp dăm sạn: Chiều dầy 0,5 đến 12m. Thành phần bao gồm các hạt dămsạn và mảnh đá thành phần Dolomite kích thước từ 0,2 đến 3,4 cm.

Các kết quả phân tích hoá học cho thấy, thành phần hoá học của đới dăm sạntrên đồi "Con Lợn" khơng có sự khác biệt so với các đá Dolomite nguyên khối vớicác giá trị trung bình các oxit như sau: CaO = 30-31%, MgO = 19-21%, SiO2 =0,24%, Al2O3 = 0,11%, Fe2O3 = 0,12%, SO3 = 0.01%, R2O = 0,5%, P2O5 và TiO2

rất thấp.

1.3.1.2. Thành phần hóa học chung của đá Dolomite Ninh Bình

Tiến hành xử lý thống kê các chỉ tiêu phân tích hố cơ bản và tồn diện cơbản theo 6 tập mẫu là tập mẫu chung (tập 1), 4 tập mẫu cho 4 diện tích có triển vọngDolomite là Đơng Sơn (tập 2), Phú Sơn (tập 3), Thạch Bình (tập 4), Phú Long - KỳPhú (tập 5) và tập mẫu phân tích hố tồn diện (tập 6). Sau đây là mơ tả tóm tắt cácđặc trưng thống kê hàm lượng thành phần hố học của Dolomite Ninh Bình theotừng tập mẫu.

(1) Tập mẫu gồm tồn bộ mẫu phân tích cơ bản (tập 1)

Đặc điểm phân bố thống kê hàm lượng CaO, MgO, HO và MKN trong tậpmẫu 1 và được tổng hợp đưa ra tại Bảng 1.7.

Bảng 1.7. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite Ninh Bình

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

0,390,16101,803470,032,83

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

(2) Tập mẫu tính riêng cho từng khu có triển vọng Dolomite

Đặc điểm phân bố thống kê hàm lượng CaO, MgO, HO, MKN thuộc 4 khucó triển vọng là Đơng Sơn, Phú Sơn, Thạch Bình và Phú Long - Kỳ Phú được tổnghợp kết quả tính thống kê hàm lượng các thành phần chính của đá Dolomitenhư nhưsau:

* Khu Đơng Sơn, Tam Điệp (tập mẫu 2) đưa ra tại Bảng 1.8.

Bảng 1.8. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Đông Sơn - Tam Điệp

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

0,410,21111,291680,032,83

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

* Khu Phú Sơn, Nho Quan (tập mẫu 3) đưa ra tại Bảng 1.9.

Bảng 1.9. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Sơn - Nho Quan

Hàm lượng các thành

Hàm lượng trung bìnhPhương sai

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

1,95

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

* Khu Thạch Bình, Nho Quan (tập mẫu 4)

Bảng 1.10. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Thạch Bình - Nho Quan

46,0846,86

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Từ các kết quả bảng trên rút ra nhận xét sau:

- Hàm lượng CaO dao động từ 28,56% đến 37,94%, trung bình 30,18%. Hệsố biến thiên Vc = 6,05%. Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng MgO dao động từ 13,94% đến 21,80%, trung bình 20,39%. Hệsố biến thiên Vc = 8,24%. Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều và tập trungchủ yếu trong khoảng từ 18,93% đến 21,26%.

- Hàm lượng HO dao động từ 0,23% đến 0,89%, trung bình 0,48%. Hệ sốbiến thiên Vc = 37,88%. Hàm lượng biến đổi thuộc loại tương đối đồng đều.

- Hàm lượng MKN dao động từ 46,08% đến 46,67%, trung bình 46,67%. Hệsố biến thiên Vc = 0,57%. Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

* Khu Phú Long - Kỳ Phú, Nho Quan (tập mẫu 5)

Bảng 1.11. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Long, Kỳ Phú Nho Quan

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu nghiên cứuMin

Từ các kết quả bảng trên rút ra nhận xét sau:

- Hàm lượng CaO thay đổi từ 28,70% đến 33,65%, trung bình 30,72%. Hàmlượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

- Hàm lượng MgO thay đổi từ 17,38% đến 21,47%, trung bình 19,78%. Hàmlượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng MKN dao động từ 46,41% đến 46,72%, trung bình 46,63%.Hàm lượng biến đổi thuộc loại rất đồng đều.

- Hàm lượng HO dao động từ 0,12% đến 1,79%, trung bình 0,67%. Hàmlượng biến đổi thuộc loại tương đối đồng đều.

(3) Tập mẫu phân tích hố tồn phần (tập mẫu 6)

Kết quả phân tích 40 mẫu hố tồn phần cho thấy đá Dolomite ngồi cácthành phần chính CaO, MgO, MKN, HO đã nêu trên, cịn có các thành phần tạpchất có hại như: SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3, P2O5, SO3 … Các thành phần này đãđược xử lý thống kê. Kết quả thống kê được tổng hợp đưa ra tại Bảng 1.12.

Bảng 1.12. Tổng hợp thành phần có hại trong đá Dolomite tỉnh Ninh Bình

Hệ số biến thiên V (%) Tổng số mẫu

</div>