Tóm tắt: Nghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng trong xây dựng đường ô tô

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI </b>

<b>NGUYỄN CAO CƯỜNG </b>

<b>NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG ĐÁ THẢI VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIA CỐ XI MĂNG </b>

<b>TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ </b>

<b>Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã sớ: 9 58 02 05 </b>

<b>TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ </b>

<b>Hà Nội, 2024</b>

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

<b>CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI </b>

<b>Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Phạm Huy Khang </b>

Trường Đại học Giao thông vận tải

<b>2. TS Nguyễn Văn Nam </b>

Trường Đại học Giao thông vận tải

Phản biện 1:... (Trường Đại học... ) Phản biện 2:... (Trường Đại học... ) Phản biện 3:... (Trường Đại học... )

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại: Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi giờ phút ngày tháng năm 2024.

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

<i>1. Thư viện Quốc gia </i>

<i>2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải </i>

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

<b>CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ </b>

1. TS. Nguyễn Trọng Hiệp, GS. TS. Phạm Huy Khang, TS. Nguyễn Văn

<i>Nam, ThS. Phạm Quang Thông, ThS. Nguyễn Cao Cường (2022), Nghiên cứu </i>

<i>sử dụng đá thải tại các mỏ đá kết hợp với tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than trong xây dựng móng kết cấu mặt đường ơ tơ, Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng </i>

10/2022.

2. GS. TS. Phạm Huy Khang, TS. Nguyễn Văn Nam, ThS. Phạm Quang

<i>Thông, TS. Nguyễn Trọng Hiệp, ThS. Nguyễn Cao Cường (2023), Nghiên cứu </i>

<i>một số chỉ tiêu cường độ của hỗn hợp đá thải tro bay gia cố xi măng sử dụng làm móng kết cấu áo đường ơ tơ, Tạp chí Giao thông vận tải số tháng 03/2023. </i>

<i>3. TS. Nguyễn Trọng Hiệp, ThS. Nguyễn Cao Cường (2023), Nghiên cứu </i>

<i>vật liệu thay thế lớp móng CTB trên đường cao tốc bằng đá thải tại các mỏ đá gia cố xi măng, Tạp chí Cầu đường Việt Nam số tháng 06/2023.</i>

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

<b>1. Giới thiệu tóm tắt luận án </b>

Nội dung luận án gồm 4 chương; Mở đầu; Kết luận và kiến nghị; ngồi ra cịn có một quyển phụ lục và một quyển các cơng trình nghiên cứu đóng riêng.

<b>2. Lý do chọn đề tài </b>

Trong những năm gần đây đầu tư, xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ được quan tâm đặc biệt, có vai trị quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Cùng với việc đầu tư xây dựng các tuyến đường bộ là nhu cầu rất lớn về vật liệu xây dựng nói chung và đá xây dựng nói riêng.

Trong q trình khai thác đá, thơng thường có 15-30% đất đá thải ra trong quá trình sản xuất đá các loại. Với khối lượng hàng chục triệu m<small>3</small> đá (đáp ứng theo yêu cầu kỹ thuật) các loại cần sử dụng thì lượng đá thải ra tại các mỏ rất lớn. Ngoài vật liệu đá thải, hiện nay một nguồn vật liệu khác cũng đang gây ra những tác động không nhỏ tới môi trường đó là tro bay tại các nhà máy nhiệt điện. Theo kết quả điều tra của Viện Vật liệu xây dựng, tổng lượng tro, xỉ phát thải năm 2016 khoảng 15.784.357 tấn, dự kiến đến năm 2030 lượng tro, xỉ phát thải khoảng 38.314.500 tấn.

Với khối lượng lớn, các chất thải này có thể gây ra những vấn đề phức tạp liên quan đến các rủi ro về ô nhiễm, chất lượng đất đai và các ảnh hưởng về mỹ quan. Việc nghiên cứu và sử dụng 2 loại vật liệu phế thải này là hết sức cần thiết khơng chỉ sử dụng có hiệu quả nguồn tài ngun mà cịn có ý nghĩa phát triển bền vững trong xây dựng. Chính vì

<i>vậy đề tài “Nghiên cứu công nghệ sử dụng đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố </i>

<i>xi măng trong xây dựng đường ơ tơ” là cần thiết, có tính thời sự và có ý nghĩa khoa học. </i>

<b>3. Mục đích nghiên cứu </b>

Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng đá thải kết hợp với tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng làm móng mặt đường ơ tô và đường GTNT; Nghiên cứu đề xuất công nghệ sử dụng đá thải và tro bay gia cố xi măng làm móng mặt đường ơ tơ và đường GTNT.

<b>4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu </b>

Đá thải tại các mỏ đá kết hợp với tỷ lệ tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố với xi măng sử dụng làm lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô, đường GTNT .

<b>5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài </b>

+ Kiến nghị cơng nghệ thi cơng và kiểm sốt chất lượng lớp vật liệu

<i><b>- Ý nghĩa thực tiễn: </b></i>

+ Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào hiện thực hóa chủ trương tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên và bảo vệ môi trường và tận dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường ô tô.

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

+ Giải quyết vấn đề khan hiếm vật liệu trong xây dựng các cơng trình giao thơng. + Góp phần giảm giá thành xây dựng khi tận dụng vật liệu phế thải.

<b>CHƯƠNG 1 </b>

<b>TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG ĐÁ THẢI VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIA CỐ XI MĂNG LÀM MĨNG VÀ MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ </b>

<b>1.1. Đá thải tại các mỏ đá và tình hình sử dụng đá thải trong xây dựng đường ơ tô </b>

<b>1.1.1. Hệ thống giao thông đường bộ và nhu cầu vật liệu xây dựng </b>

Kết cấu hạ tầng nói chung và kết cấu hạ tầng giao thơng nói riêng là nền tảng cơ sở vật chất có vai trị đặc biệt quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Do đó, trong những năm gần đây, Chính phủ Việt Nam ln quan tâm ưu tiên tăng vốn đầu tư từ nguồn ngân sách để xây dựng một kết cấu hạ tầng giao thông đồng bộ, hiện đại.

Quyết định số 326/QĐ-TTg ngày 01/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ về Quy hoạch phát triển mạng đường bộ cao tốc đến năm 2030 đáp ứng yêu cầu lâu dài của đất nước. Theo đó, triển khai 21 tuyến đường, tổng chiều dài 6.411 km, riêng tuyến Bắc Nam và tuyến Bắc Nam phía Đơng có tổng chiều dài 2.083 km, tuyến phía Tây dài 1.269 km. Theo quy hoạch, đến năm 2050 sẽ có 9014km đường cao tốc với 41 tuyến.

Để thực hiện được nhiệm vụ trên riêng nguồn vật liệu để xây dựng là vô cùng lớn, riêng lượng đá các loại ước tính đến năm 2030 nhu cầu đá xây dựng các loại cần khoảng 169.250.400 m<small>3</small>, đến năm 2050 nhu cầu đá sẽ là 248.450.400 m<small>3</small>.

Lượng đá trên được khai thác ở hàng trăm mỏ khác nhau mới có thể đáp ứng được yêu cầu.

<b>1.1.2. Quy trình khai thác đá tại mỏ </b>

Thông thường lượng vật liệu khai thác thành phẩm tại các mỏ chỉ chiếm khoảng 85% còn lại khoảng 15-30% là lượng đất đá phải cào bóc và rơi vãi trở thành đá thải tùy thuộc vào chiều dày tầng phủ, công nghệ khai thác và chế biến đá.

70-Tóm lại: Nguồn phế thải tại các mỏ đá rất lớn, đây được coi là nguồn tài nguyên lớn cần được quan tâm nghiên cứu và sử dụng đặc biệt là trong xây dựng giao thông

Nguồn vật liệu đá để xây dựng ở nước ta rất lớn, nhưng không phải là vô tận. Do vậy khai thác có hiệu quả, bền vững góp phần bảo vệ môi trường là một nhiệm vụ quan trong đối với những người làm công tác nghiên cứu về xây dựng đường ô tô.

<b>1.2. Tổng quan về tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam </b>

<b>1.2.1. Nguồn gốc tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than </b>

Tro bay là chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than. Trong quá trình đốt cháy than và các phụ phẩm kèm theo trong buồng đốt sản sinh ra tro, xỉ. Các nhà máy nhiệt điện đốt than đang áp dụng các công nghệ sau: đốt than phun, đốt than tầng sơi tuần hồn, đốt than tầng sơi áp lực, khí hóa than.

Tro thơ được thải ra ở đáy lò thường được gọi là tro đáy hoặc xỉ than, tro được thu tại lị ngưng kích thước nhỏ và đồng đều được gọi là tro bay. Lượng tro và xỉ rất lớn, chiếm khoảng 30% đến 35% lượng than sử dụng. Trong đó lượng tro bay chiếm khoảng

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

65 – 95%, lượng tro đáy chiếm khoảng 5 – 35% tùy thuộc vào công nghệ đốt, loại than sử dụng.

<b>1.2.2. Các đặc trưng của tro bay </b>

<i>1.2.2.1. Thành phần hóa học của tro bay </i>

Tro bay của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khống có trong than đá. Hầu hết các loại tro bay đều có thành phần là các hợp chất silicat bao gồm các oxit như SiO<small>2</small>, Al<small>2</small>O<small>3</small>, Fe<small>2</small>O<small>3</small>, TiO<small>2</small>, MgO, CaO, … với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngồi ra cịn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn, …

<i>1.2.2.2. Cấu trúc hình thái của tro bay </i>

Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt khác nhau, các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có hình dạng rất khác nhau. Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng. Thông thường các hạt tro bay hình cầu, rắn được coi là các hạt đặc và các hạt tro bay hình cầu mà bên trong rỗng có khối lượng riêng thấp hơn 1,0 g/cm<small>3</small> được gọi là các hạt rỗng. Các hạt tro bay đặc có khối lượng riêng trong khoảng 2,0- 2,5 g/cm<small>3</small> có thể cải thiện các tính chất khác nhau của vật liệu nền như độ cứng, độ bền nén.

<i>1.2.2.3. Phân bổ kích thước hạt của tro bay </i>

Kích thước hạt tro bay là một yếu tố quan trọng quyết định khả năng ứng dụng của nó. Mỗi loại tro bay tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu, điều kiện đốt và phương pháp thu hồi mà có sự phân bố kích thước hạt trong tro bay khác nhau. Tro bay có kích thước hạt nằm trong khoảng 10 – 350 m, phân đoạn có đường kính hạt nhỏ hơn 45 m chiếm tỷ trọng lớn [46].

<b>1.2.3. Phân loại tro bay </b>

Yêu cầu và phân loại tro bay theo TCVN10302: 2014 và ASTM C618 về cơ bản là giống nhau. Tại TCVN10302: 2014, nhằm tận dụng tối đa nguồn tro bay trong nước của Việt Nam cũng như tiếp thu thành tựu các nước phát triển, đã quy định chi tiết với các cơng trình cụ thể từ đó cho phép các lĩnh vực khơng có u cần cao về cường độ khoảng chấp nhận lớn hơn về các thành phần bất lợi ví dụ như hàm lượng MKN.

<b>1.2.4. Tình hình vật liệu tro bay tại Việt Nam </b>

Theo [38], [3], lượng tro, xỉ các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam phát sinh trong thời gian tới có thể ước tính đến năm 2030 hơn 38 triệu tấn.

<b>1.2.5. Tính chất của tro bay nhiệt điện đốt than ở Việt Nam </b>

Các NMNĐ ở Việt Nam hiện nay áp dụng hai loại công nghệ đốt than là công nghệ đốt than phun và công nghệ đốt than tầng sơi tuần hồn. Trong đó, NMNĐ có cơng nghệ đốt than phun là phổ biến. Theo [38], đến năm 2020 và 2030, công nghệ đốt than tầng sôi nước ta chỉ chiếm khoảng 10% tổng công suất NMNĐ than. Do đặc điểm công nghệ khác nhau nên tro bay các NMNĐ theo hai loại công nghệ đốt than này cũng rất khác nhau.

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

<b>Hình 1.6. Hình dạng hạt tro bay điển hình của NMNĐ đớt than phun [3]1.3. Lý thuyết về sử dụng vật liệu đất, đá gia cớ chất kết dính vơ cơ trong xây dựng mặt đường ô tô </b>

<b>1.3.1. Khái niệm chung về gia cố vật liệu </b>

Quá trình tác động vật lý và cơ học do nghiền nhỏ cốt liệu, trộn và đầm nén để tạo khả năng tiếp xúc chặt chẽ giữa các hạt đất, đá cũng như các chất trộn thêm vào. Kết quả của quá trình này là làm tăng thêm một cách đáng kể cường độ kháng nén, kháng uốn và chỉ tiêu CBR, những đặc trưng cơ bản có lợi trong thi cơng xây dựng đường. Các chất liên kết vơ cơ điển hình như xi măng, vôi, puzoland… khi đưa vào trộn gia cố với cấp phối vật liệu đất đá thải sẽ xảy ra những tương tác về hóa lý giữa chúng, kết quả làm thay đổi về chất một cách cơ bản. Tính chất cơ lý và độ chặt của nó được cải thiện, làm tăng khả năng ổn định với nước và hạn chế những tác động có hại trong mơi trường.

<b>1.3.2. Sự hình thành cường độ của vật liệu gia cố chất kết dính vơ cơ </b>

Vật liệu gia cố chất kết dính vơ cơ là hình thức trộn đều vật liệu được làm nhỏ, chất kết dính vơ cơ và nước theo một tỷ lệ nhất định trong thiết bị hoặc ở hiện trường, sau đó được rải và lu lèn đến độ chặt yêu cầu tạo thành các lớp vật liệu móng mặt đường. Cường độ của vật liệu gia cố sẽ tăng theo thời gian để đạt được cường độ thiết kế yêu cầu.

<b>1.3.3. Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi măng </b>

Đối với bê tông xi măng hay vữa xi măng thì cường độ được hình thành chủ yếu nhờ sự biến cứng của các sản phẩm do sự thủy hóa của xi măng (tạo ra bộ khung đá xi măng liên kết cứng các hạt). Trong khi đó đối với phần lớn hỗn hợp vật liệu hạt gia cố xi măng thì sự thủy hóa của xi măng lại xảy ra tại lỗ rỗng của hỗn hợp, trong một mơi trường hoạt tính có các cốt liệu mịn phân tán và có thành phần khống hóa khác nhau; điều này dẫn đến sự tồn tại tương tác giữa các sản phẩn thủy hóa của xi măng (như CaO.SiO<small>2</small>.nH<small>2</small>O hoặc Ca(OH)<small>2</small>) với các thành phần cốt liệu mịn có trong hỗn hợp [2].

<b>1.3.4. Sự hình thành cường độ đá thải kết hợp tro bay gia cố xi măng </b>

Khi sử dụng tro bay và xi măng cùng với một lượng nước nhất định để gia cố đá thải sẽ xảy ra các phản ứng thủy hóa và phản ứng puzolan.

Các phản ứng thủy hóa chính của xi măng theo [51]

2(3CaO.SiO<small>2</small>) + 6 H<small>2</small>O → 3CaO.2SiO<small>2</small>.3H<small>2</small>O + 3Ca(OH)<small>2</small> (1-1) 2(2CaO.SiO<small>2</small>) + 4 H<small>2</small>O → 3CaO.2SiO<small>2</small>.3H<small>2</small>O + Ca(OH)<small>2</small> (1-2)

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

Ca(OH)2 sinh ra từ các phản ứng thuỷ hóa kết hợp với SiO<small>2</small>, Al<small>2</small>O<small>3</small>, Fe<small>2</small>O<small>3</small> trong tro bay tạo thành các phản ứng puzolan theo [50]

SiO<small>2</small> + Ca(OH)<small>2</small> + H<small>2</small>O → CaO.SiO<small>2</small>.2H<small>2</small>O (1-8) Al<small>2</small>O<small>3</small> + Ca(OH)<small>2</small> + H<small>2</small>O → CaO.Al<small>2</small>O<small>3</small>.2H<small>2</small>O (1-9) SiO<small>2 </small>+ Al<small>2</small>O<small>3 </small>+ Ca(OH)<small>2 </small>+ H<small>2</small>O → CaO.SiO<small>2</small>.Al<small>2</small>O<small>3</small>.2H<small>2</small>O (1-10) Fe<small>2</small>O<small>3</small> + Al<small>2</small>O<small>3 </small>+ Ca(OH)<small>2 </small>+ H<small>2</small>O → CaO.Al<small>2</small>O<small>3</small>.Fe<small>2</small>O<small>3</small>.2H<small>2</small>O (1-11) Sản phẩm của các phản ứng này ngưng tụ và biến cứng tạo cường độ cho hỗn hợp đá thải và tro bay gia cố xi măng.

Ngoài vai trị là chất kết dính thì tro bay cịn đóng vai trị như các con lăn (do có hình dạng tròn) trong việc sắp xếp các hạt vật liệu trong quá trình đầm.

<b>1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đá, đá thải, tro bay gia cớ xi măng làm móng mặt đường ơ tơ </b>

<b>1.4.1. Trên thế giới </b>

Sử dụng đá thải (phụ phẩm) của mỏ đá làm móng mặt đường ơ tơ đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu [52], [56], [54], [53], [49], [55] . Do gốc đá, công nghệ khai thác, gia công đá khác nhau nên kết quả thu được cũng có sự khác nhau. Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu đã chỉ ra, đá thải (phụ phẩm) tại mỏ tạo ra trong quá trình khai thác đá hồn tồn có thể sử dụng làm vật liệu xây dựng móng mặt đường. Khi sử dụng vật liệu này kết hợp với tro bay hoặc/và xi măng sẽ làm tăng ổn định, tăng cường độ và có thể đáp ứng yêu cầu làm móng mặt đường ơ tơ.

<b>1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước </b>

Nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải như đá thải, tro bay như vật liệu chính hoặc chất gia cố làm móng mặt đường ơ tơ đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Hoàng Tùng và cộng sự [46] đã nghiên cứu vật liệu đất lẫn đá gia cố tro xỉ để làm vật liệu làm nền mặt đường giao thông. Bùi Tuấn Anh [1] đã nghiên cứu sử dụng tro thải kết hợp với đất gia cố xi măng và nghiên cứu đá thải (Tam Điệp, Đồng Mỏ) trộn tro thải (khơng có xi măng) để làm móng mặt đường ơ tơ. Đỗ Văn Thái [36] đã nghiên cứu sử dụng đá thải tại các mỏ than khu vực Quảng Ninh gia cố xi măng (không có tro bay) làm móng đường ơ tơ. Các tác giả Trần Ngọc Huy, Nguyên Đức Trọng, Hồ Văn Quân và các cộng sự [34], [42], [45], [43], [44], [35] đã nghiên cứu sử dụng tro bay kết hợp với cấp phối đá dăm hoặc đất gia cố xi măng làm móng mặt đường ơ tơ. Kết quả rà sốt cho thấy, cho tới nay ở Việt Nam chưa có đề tài nào nghiên cứu sử dụng đá thải trộn tro bay gia cố xi măng làm móng mặt đường ô tô.

<b>1.5. Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án </b>

Đề tài luận án nghiên cứu tập trung vào các vấn đề chủ yếu sau đây:

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của hỗn hợp đá thải kết hợp với tro bay gia cố xi măng nhằm đánh giá khả năng sử dụng của hỗn hợp này cho các lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô.

- Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý vật liệu đá thải và tro bay nhà máy nhiệt điện gia cố xi măng làm móng và mặt đường ô tô.

- Nghiên cứu đề xuất một số kết cấu mặt đường sử dụng hỗn hợp đá thải và tro bay gia cố xi măng.

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

<b>CHƯƠNG 2 </b>

<b>NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP ĐÁ THẢI VÀ TRO BAY NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIA </b>

<b>CỐ XI MĂNG LÀM MĨNG MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ </b>

Trong Chương này sẽ trình bày về kế hoạch thực nghiệm trong phịng và các kết quả thí nghiệm với vật liệu đá thải, các vật liệu đầu vào khác và các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp đá thải tro bay gia cố xi măng. Từ các kết quả thí nghiệm sẽ đưa ra các phân tích, đánh giá về khả năng sử dụng hỗn hợp đá thải tro bay gia cố xi măng làm các lớp móng áo đường ơ tô.

<b>2.1. Yêu cầu của vật liệu gia cố chất kết dính vơ cơ làm móng đường ơ tơ </b>

<b>2.1.1. Yêu cầu cơ bản đối với đất gia cố chất kết dính vơ cơ theo TCVN 10379:2014 </b>

Theo TCVN 10379:2014 [16], đất dùng để gia xi măng trước hết phải là loại đất được phép dùng để đắp nền đường.

<b>2.1.2. Yêu cầu vật liệu của cấp phối thiên nhiên và cấp phối đá dăm gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011 </b>

<b>Nhận xét: có thể tham khảo các yêu cầu vật liệu cấp phối đá dăm và cấp phối thiên </b>

nhiên gia cố xi măng theo TCVN 8858:2011 và theo QĐ 2218/QĐ-BGTVT năm 2018 để đánh giá vật liệu đá thải kết hợp với tro bay gia cố xi măng, trong đó có xem xét châm trước giá trị giới hạn của một số chỉ tiêu của vật liệu đá thải.

<b>2.2. Thí nghiệm đánh giá hỗn hợp đá thải và tro bay gia cố xi măng </b>

<b>2.2.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén </b>

Thơng thường sử dụng mẫu hình trụ, mẫu được chế bị trong khuôn Proctor cải tiến đến khối lượng thể tích khơ lớn nhất sau khi trộn hỗn hợp cốt liệu với xi măng 2 giờ ở độ ẩm tối ưu. Mẫu được bảo dưỡng ẩm 7 ngày và 7 ngày ngâm nước rồi đem nén với tốc độ gia tải là (6±1) KPa/s

<b>2.2.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo - uốn R<small>ku</small></b>

Mẫu thí nghiệm ép chẻ vật liệu cấp phối đá gia cố xi măng được chế tạo trong khn Proctor cải tiến có đường kính 152mm, chiều cao 117mm. Mẫu được đầm nén tới khối lượng thể tích khơ lớn nhất sau khi trộn hỗn hợp cốt liệu với xi măng 2 giờ ở độ ẩm tối ưu. Mẫu được bảo dưỡng ẩm 7 ngày và 7 ngày ngâm nước (ở nhiệt đô thí nghiệm) rồi đem nén.

<b>2.2.3. Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi E </b>

Mẫu nén hình trụ có thể chế bị bằng cối Proctor cải tiến với đường kính 152 mm, chiều cao 117 mm hoặc có thể chế bị bằng bộ khuôn và máy nén để chế bị mẫu có chiều cao bằng hai lần đường kính hoặc bằng đường kính mẫu. Nếu xác định mơ đun đàn hồi ở 28 ngày tuổi thì bảo dưỡng ẩm trong 21 ngày, tiếp theo ngâm nước trong 7 ngày.

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

<b>2.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật u cầu của vật liệu gia cớ chất kết dính vơ cơ làm móng đường, nền đường đường ơ tơ </b>

<b>2.4. Lựa chọn bãi đá thải và đánh giá chất lượng của đá thải </b>

<b>2.4.1. Lựa chọn bãi đá thải </b>

Trong nghiên cứu này nghiên cứu sinh lựa chọn vật liệu đá thải tại mỏ đá Sunway – Hòa Thạch – Quốc Oai. Mỏ có phạm vi rộng tới 50 ha trữ lượng lớn, gốc đá là đá bazan có cường độ chịu nén và khả năng chống mài mịn khá

cao. Mỏ đá có cơng nghệ khai thác, chế biến khá điển điển hình trong khu vực.

<b>2.4.2. Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đá thải </b>

Thành phần hạt của đá thải được tiến hành xác định theo TCVN 7572-2:2006, sau đó được so sánh với thành phần hạt tiêu chuẩn của cấp phối đá dăm (TCVN 8859:2023) và cấp phối thiên nhiên (TCVN 8857:2011).

Từ Hình 2.6 ta thấy thành phần hạt của đá thải

tương đối phù hợp với các loại cấp phối tự nhiên loại B. Do vậy, có thể điều chỉnh thành

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

phần hạt của đá thải bằng cách trộn thêm tro bay (vật liệu có thành phần chủ yếu là hạt mịn).

Hình 2.7 thể hiện đường cong cấp phối của đá thải điều chỉnh bằng cách trộn thêm tro bay thỏa mãn thành phần hạt cấp phối thiên nhiên loại B.

<b>Hình 2.7. Thành phần cấp phối hạt của hỗn hợp đá thải điều chỉnh bằng cách trộn tro bay </b>

<b>2.4.3. Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá thải </b>

Đối sánh các chỉ tiêu thí nghiệm của đá thải với các chỉ tiêu tương ứng yêu cầu đối với vật liệu làm móng áo đường cho thấy các mẫu thí nghiệm đá thải: (1) chưa đạt được các chỉ tiêu quy định đối với các loại Cấp phối đá dăm loại I ở hầu hết các chỉ số, chưa đáp ứng yêu cầu cảu cấp phối đá dăm loại II ở chỉ tiêu chỉ số dẻo; (2) đáp ứng được yêu cầu cơ bản đối

với Cấp phối thiên nhiên làm móng mặt đường.

<b>2.5. Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm </b>

<b>2.5.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu: </b>

- Đá thải (gốc đá Bazan): mỏ đá Sunway – Hòa Thạch – Quốc Oai – Hà Nội. - Tro bay: tro bay chưa qua xử lý nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn.

- Xi măng: xi măng Nghi Sơn PCB40

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

<b>2.5.2. Các nội dung nghiên cứu: </b>

Thực nghiệm, đánh giá khả năng sử dụng đá thải và tro bay gia cố xi măng trong kỹ thuật đường thông qua các chỉ tiêu cơ bản gồm: cường độ nén, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi E.

Căn cứ vào kết quả một số nghiên cứu đã dẫn tại Mục 1.4, nghiên cứu sinh lựa chọn tỉ lệ xi măng trong nghiên cứu là 4%, 5%, 6% và ở mỗi tỉ lệ xi măng sẽ thay đổi hàm lượng tro bay lần lượt là 0%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%. Tỉ lệ xi măng và tỉ lệ tro bay được tính theo khối lượng của đá thải ở trạng thái khô.

<b>2.5.3. Chế bị mẫu và phương pháp thí nghiệm: </b>

- Đá thải được lấy tại mỏ sau khi sàng loại bỏ hạt quá cỡ được trộn với tro bay và xi măng theo các tỉ lệ lựa chọn. Tiến hành thí nghiệm Proctor cải tiến theo TCVN 12790:2020 để xác định độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tích khơ lớn nhất ứng với từng tỉ lệ tro bay và xi măng. Sau đó tiến hành chế bị và bảo dưỡng mẫu xác định các chỉ tiêu cơ lý đã chọn theo quy định đến ngày thí nghiệm. Thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp ở ngày tuổi thứ 14 và 28.

<b>2.6. Kết quả thí nghiệm vật liệu thành phần </b>

<b>2.6.1. Kết quả thí nghiệm vật liệu đá thải sử dụng trong nghiên cứu </b>

Các kết quả thí nghiệm về thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý của đá thải mỏ Sunway như đã thể hiện ở phần trên.

<b>2.6.2. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của tro bay sử dụng trong nghiên cứu </b>

Tro bay sử dụng trong nghiên cứu là tro bay loại F, chưa qua xử lý nhưng đảm bảo các yêu cầu cơ bản sử dụng trong xây dựng [14].

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

<b>2.7. Cơng tác chế bị mẫu và cơng tác thí nghiệm </b>

Cơng tác chế bị mẫu và cơng tác thí nghiệm được thực hiện tại phịng thí nghiệm cơng trình – VILAS 047, trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, trường Đại học Giao thông vận tải

Trước tiên tiến hành thí nghiệm Proctor cải tiến theo TCVN 12790:2020 [17] để xác định độ ẩm tối ưu và khối lượng thể tích khơ lớn nhất của từng tỉ lệ tro bay và xi măng. Sau khi có kết quả thí đầm nén Proctor tiến hành đúc mẫu thí nghiệm xác định cường độ và mơ đun đàn hồi.

Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ được thực hiện tuân thủ theo TCVN 8862 :2011.

Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi được xác định bằng cách nén dọc trục trong điều kiện nở hông tự do tuân thủ theo TCVN 9843:2013.

<b>Một sớ hình ảnh về cơng tác chế bị mẫu và cơng tác thí nghiệm 2.8. Kết quả thí nghiệm và phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm </b>

<b>2.8.1. Kết quả thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén </b>

<i>2.8.1.1. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén </i>

Kết quả kiểm tra cho thấy, các kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén ở 14 và 28 ngày tuổi đảm bảo độ chụm với hệ số Cv=6%, đánh giá theo ASTM C670-2015.

Phân tích chỉ rả rằng cả 3 yếu tố hàm lượng xi măng, hàm lượng tro bay và tuổi của hỗn hợp đều có ảnh hưởng đến cường độ chịu nén. Khi tăng hàm lượng xi măng thì cường độ chịu nén của hỗn hợp tăng lên. Tồn tại một

hàm lượng tro bay cho cường độ chịu nén cao nhất ở vào khoảng 15 - 20%.

<b>Hình 2.15. Biểu đồ tổng hợp cường độ chịu nén của mẫu đá thải tro bay gia cố XM </b>

</div>