Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp vật liệu xỉ than tro bay xi măng từ nhà máy nhiệt điện duyên hải đắp nền và làm lớp móng kết cấu áo đường

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong các mục tiêu và giải pháp phục vụ phát triển kinh tế thì phát
triển năng lượng là một trong những nhu cầu thiết yếu phục vụ cho
ngành sản xuất và nhu cầu sinh hoạt cho toàn nhân loại. Ngày 21
tháng 7 năm 2011, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số
1208/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai
đoạn 2011 - 2020.
T nh Trà Vinh là một trong số những t nh được Trung
ng ưu ti n
đầu tư quy hoạch y dựng n ng th n mới iai đoạn năm 2011- 2015
t nh Trà Vinh c 17 ã thực hiện y dựng n ng th n mới nhưng cho
đến nay ch được 4 ã đạt ti u ch n ng th n mới, đa phần các ã
h ng đạt ti u ch n ng th n mới phần lớn là do mạng lưới giao th ng
n ng th n h ng đạt theo bộ ti u ch của n ng th n mới
Từ các vấn đề nêu trên, học viên quan tâm và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng
đắp nền và làm lớp móng kết cấu áo đƣờng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát
Xác định quan hệ giữa các hàm lượng vật liệu trong hỗn hợp x
than - tro bay - i măng đến các ch ti u c lý của hỗn hợp.
Kiến nghị áp dụng để thay thế lớp đắp nền đường và làm lớp móng
kết cấu áo đường cho các công trình giao thông tại t nh Trà Vinh.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Sử dụng hỗn hợp để ứng dụng xử lý nền trong công trình xây
dựng trên nền đất yếu như: đường giao th ng n ng th n, th n đ , đập
công trình thủy lợi, gia cố móng nhà có tải trọng nhỏ, ...

2
- Quan hệ giữa các t lệ x than - tro bay - i măng với các ch tiêu
c lý của hỗn hợp: Cường độ nén, cường độ ép chẻ, sức chống cắt, C,
, CBR, đầm nén tiêu chuẩn, m đun đàn hồi,...
- Sử dụng nguyên liệu sẵn có tại địa phư ng để nghiên cứu, ứng
dụng vào ngành xây dựng giao thông cho t nh nhà.
- Giảm giá thành xây dựng công trình.
- Góp phần làm giảm ô nhiễm m i trường.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Hỗn hợp x than, tro bay từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải kết

ᵠ

hợp với i măng để tạo thành lớp vật liệu biến cứng đạt yêu cầu trong
xây dựng đắp nền và làm lớp móng kết cấu áo đường.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu sử dụng vật liệu x than - tro bay - i măng nhà máy
nhiệt điện Duyên Hải, đắp nền và làm lớp móng kết cấu áo đường.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu, tìm hiểu lý thuyết tính toán vật liệu đắp nền và
lớp móng kết cấu áo đường.
- Thí nghiệm ác định các ch ti u c lý của x than-tro bay - i măng
- Mô hình số sự làm việc của đắp nền, lớp kết cấu áo đường sử
dụng x than - tro bay - i măng
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Đánh giá khả năng làm việc của hỗn hợp nhằm tăng sức chịu tải
của nền - m ng đường của công trình xây dựng và giao thông.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài c thể làm c sở tham khảo, phục
vụ công tác thiết kế, xây dựng các công trình.
- Kết quả nghiên cứu giúp cho chủ đầu tư c th m phư ng án so
sánh phư ng án ử lý, gia cố nền đường.


3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU
ĐẮP NỀN ĐƢỜNG VÀ LÀM MÓNG KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG
TẠI TRÀ VINH - CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ YÊU CẦU
1.1. T.1. RÀ VINH - CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ Yliệu đắp nền
đƣờng và làm tầng móng kết cấu áo đƣờng áp dụng tại Trà Vinh
1.1.1. Tình hình sử dụng vật liệu làm lớp đắp nền đường và lớp
móng đường tại Trà Vinh
Đồng bằng Sông Cửu Long cũng như ở t nh Trà Vinh nền đất chủ
yếu là các loại đất bùn và cát giồng, đá rất khan hiếm, cho nên xử lý
nền m ng đường rất cao. Việc xử lý tận dụng các nguồn vật liệu tại
địa phư ng để xây dựng nền móng công trình nói chung và xây dựng
nền m ng đường

t n i ri ng đã đặt cho các nhà khoa học. Yêu cầu

c bản đặt ra là xử lý nền m ng đảm bảo khả năng chịu tải để thay
thế các loại vật liệu truyền thống, vừa đảm bảo tính ổn định lâu dài
và đẩy mạnh phát triển hạ tầng giao thông của t nh góp phần thúc đẩy
phát triển kinh tế xã hội địa phư ng
1.1.2. Cấp phối thiên nhiên [11]
Vật liệu đắp nền đường không có quy chuẩn cấp phối đất thiên
nhiên. Vật liệu đắp nền đường phổ biến là đất lẫn đá, ngoài ra còn đất

đồi, đá lẫn đất Đất là vật liệu chủ yếu để làm nền đường, có phổ biến
ở các n i Thành phần của nó rất phức tạp, tính chất phụ thuộc vào t
lệ các thành phần hạt, thành phần vật liệu khoáng chất và trạng thái
của đất (độ ẩm) Ngoài đất ra có khi còn gặp đá trong thi c ng nền
đường.
- Nền đắp đất lẫn đá: đất lẫn từ 30% đến dưới 70% đá các loại có
kích cỡ từ 50mm cho đến kích cỡ lớn nhất cho phép quy định;


4
- Nền đắp đất: đất các loại có thể lẫn < 30% khối lượng đá, cuội
sỏi có kích cỡ từ 19mm trở l n cho đến cỡ hạt lớn nhất là 50mm. Vật
liệu đắp loại này có thể ác định được độ chặt tiêu chuẩn ở trong
phòng thí nghiệm theo 22 TCN 333-06.
- Nền đắp đá: Các loại đá với kích cỡ từ 37,5mm trở lên chiếm ≥
70% khối lượng.
1.1.3. Cát đen (có hoặc không có gia cố chất liên kết vô cơ) [1]
Là các loại cát có nguồn gốc từ cát tàn t ch, cát sườn tích, cát bồi
tích (cát sông), cát biển, cát gió (hình thành do tác dụng của gió) và
cả các loại cát nghiền nhân tạo (sản phẩm của công nghệ gia c ng đá,
sỏi cuộn).
1.1.4. Phế phẩm công nghiệp [3]
Là loại x thép. X thép là loại chất thải được sinh ra trong quá
trình luyện thép từ các tạp chất hi đưa vào lò luyện
Việc tái chế x thép được đánh giá là thực sự cần thiết để đáp ứng
đồng thời mục tiêu kinh tế lẫn m i trường Để tái chế ở quy mô lớn,
x thép có thể được sử dụng như chất độn i măng hoặc cốt liệu san
lắp nền hay cốt liệu bê tông nhựa đường.
1.1.5. Cấp phối đá dăm [10]
CPĐD được chia thành hai loại:

CPĐD loại I – là cấm phối hạt mà tất cả các cở hạt được nghiền từ
đá nguy n hai
CPĐD loại II – là cấp phối hạt được nghiền từ đá nguy n hai
hoặc sỏi cuội
1.2. Các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý đối với vật liệu đắp nền đƣờng
và làm tầng móng kết cấu áo đƣờng

1.2.1. Yêu cầu đối với vật liệu đắp nền đường trên nền đất yếu
- các thí nghiệm [12]


5
1. Kh ng được sử dụng trực tiếp các loại đất dưới đ y để đắp bất
cứ bộ phận nào của nền đường:
2 Kh ng được dùng đất bụi nhóm A-4 và A-5 (theo phân loại ở
AASHTO M145) để xây dựng các bộ phận nền đường dưới mức
nước ngập hoặc mức nước ngầm và không nên dùng chúng trong
phạm vi khu vực tác dụng của nền đường
3. Vật liệu đắp nền phải có sức chịu tải CBR nhỏ nhất
4. Kích cỡ hạt lớn nhất của các hạt sỏi cuội, đá lẫn trong đất áp
dụng cho trường hợp đắp đất lẫn đá là 100mm hi đắp trong phạm vi
khu vực tác dụng của nền đường và là 150mm hi đắp phạm vi dưới
khu vực tác dụng.
6. Phân loại đất đắp nền đường (Bảng 1.4)
1.2.2. Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng móng kết cấu áo
đường ôtô - các thí nghiệm (móng trên, móng dưới)
1. Yêu cầu về loại đá
2. Yêu cầu về thành phần hạt của vật liệu CPĐD [16]
3. Yêu cầu đối với vật liệu nền móng
1.3. Các lý thuyết tính toán ổn định , lún nền đƣờng theo tiêu

chuẩn hiện hành
1.3.1. Lý thuyết tính toán ổn định theo phương pháp căn bằng
giới hạn [4]
 Phƣơng pháp phân mảnh cổ điển
Phư ng pháp ph n mảnh cổ điển được t nh theo s đồ ở b n dưới
và hệ số ổn định Kj (bỏ qua động đất) ứng với một mặt trượt tròn có
tâm Oj được ác định theo công thức.
n

Kj 

 (c l  Q cos  tg  F (Y / R )
i 1

i i

i

i

i

j

n

 (Q sin  )
i 1

i

i


6
 Phƣơng pháp Bishop
T nh toán theo phư ng pháp Bishop thì hệ số ổn định Kj ứng với
một mặt trượt tròn trung tâm Oj được ác định theo công thức sau:
n

Kj 



Qi tg 
 mi  F (Y / R j )
i 

 c l  cos 
i 1



i i

n

 Q sin 
i 1

i

i

1.3.2. Lý thuyết tính toán lún nền đường theo tiêu chuẩn hiện
hành
- Độ lún cố kết Sc được t nh theo phư ng pháp ph n tầng lấy
tổng với công thức sau:
Hi
 i  i
C i lg( ipz /  vzi )  Cci lg z i vz ]
i  r
 pz
i 1 1  e0
n

Sc  

(1)

1.3.3. Tính toán theo mô hình trên phần mềm Plaxis 8.2 [9]
- Đ n giản, dễ sử dụng, tính ổn định cao và rất thân thiện;
- Có thể giải quyết các bài toán li n quan đến sự tư ng tác giữa
c ng trình và m i trường đất với các tải trọng tĩnh và động;
- Cho phép tự xây dựng mô hình tính toán và sử dụng trong
chư ng trình như m hình mẫu bằng công nghệ mã nguồn mở.
1.4. Các lý thuyết tính toán, kiểm tra kết cấu nền áo đƣờng theo
tiêu chuẩn hiện hành [8]
1. Điều kiện tính toán
Theo tiêu chuẩn này, kết cấu được em là đủ cường độ khi thỏa

mãn điều kiện 1 4 6 dưới đ y

 ktt 

R
K

ktt

tt
ktt

(1.4.6)

cd

2. Xác định σktt
Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối
σktt được ác định theo biểu thức 1.4.7
(1.4.7)
 ktt   ktt. p. k b


7
3. Xác định trị số m đun đàn hồi yêu cầu Eyc
Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác
định theo biểu thức 1.4.8
ktt
(1.4.8)
Rtt  k1. k 2 . k ktt

4. Các trường hợp t nh toán, phư ng pháp t nh toán và cách ác định Ech
1.5. Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.5.1. Nghiên cứu trong nước
a. Nghiên cứu của ThS.Trần Văn Tuấn, 2017 [7]
Nghiên cứu sử dụng tro bay nhà máy Nhiệt điện Duy n Hải gia cố
cấp phối thi n nhi n (cát đen) làm m ng đường tại t nh Trà Vinh
làm tăng hả năng chịu tải của đất và có các ch tiêu kỹ thuật cao (có
thể đạt độ bên cấp III) đảm bảo làm lớp m ng đường thay thế cho lớp
móng bằng cấp phối đá dăm hoặc cấp phối thiên nhiên.
b. Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả ThS.Bùi Anh Tuấn và
ThS.Lê xuân Quí, 2015 [6]
Thực nghiệm, đánh giá hả năng sử dụng tro bay Nhà máy Nhiệt
điện Cao Ngạn kết hợp với i măng PC30 chế tạo vật liệu tự đầm
thông qua các ch ti u c bản li n quan đến kỹ thuật đường bộ để
đánh giá hả năng thay thế vật liệu đất đắp truyền thống: Độ linh
động, cường độ chịu nén (Rn), sức chịu tải CBR, m đun đàn hồi
(Eđh). Tỷ lệ phối trộn: 5% i măng + 95% tro bay, 10% i măng +
90 % tro bay, 20% i măng + 80% tro bay.
1.5.2. Nghiên cứu trên thế giới
a. Nghiên cứu của Salgado R. và cộng sự, 2007 [13]
- Nghiên cứu mẫu đất hỗn hợp của tro bay và tro đáy với tỷ lệ
hỗn hợp hác nhau (50, 75, và 100% hàm lượng tro bay theo trọng
lượng), tro đáy c cỡ hạt trên rây 200, mẫu chế bị được đầm chặt
tư ng đối R = 95%.
b. Nghiên cứu của nhóm đồng tác giả Tanaya Deb và Sujit Kumar
Pal, 2014 [14]


8
- Nghiên cứu c t nh của đất hỗn hợp tro bay để ứng dụng làm vật

liệu xây dựng.
K và tƣơng lailà
Ở thời điểm hiện nay do tình trạng xâm thực xói mòn ven sông t nh
Trà Vinh nên cát ven sông trà Vinh cấm khai thác và các loại vật liệu
hác để xây dựng nền và m ng đường rất khan hiếm do vậy việc nghiên
cứu để tận dụng phế phẩm này vào làm vật liệu nền và m ng đường là
vấn đề đúng đắn và bức thiết nhằm tận dụng được x than, tro bay từ nhà
máy nhiệt điện Duyên Hải t nh Trà Vinh vào việc xây dựng đường giao
thông tại Trà Vinh. Nó góp phần giải quyết được nhiều vấn đề tồn đọng
là: chí phí, vật liệu, tiến độ thi công và kỹ thuật Đ y là các vấn đề quan
tâm nhất trong thiết kế đường ô tô hiện nay.
Chƣơng 2
XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ
CỦA HỖN HỢP XỈ THAN -TRO BAY - XI MĂNG
2.1. Phế phẩm xỉ than, tro bay tại nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải
2.1.1. Phế phẩm xỉ than (bottom ash)
Tro x là một trong số các chất thải rắn sinh ra trong quá trình đốt
than của các nhà máy nhiệt điện với hai thành phần tro bay và tro
đáy Tùy thuộc vào nguồn nhiên liệu (than đá, than n u…) và c ng
nghệ đốt (lò than phun, lò tầng s i…) mà hối lượng và thành phần
tro x khác nhau. Theo các tài liệu khoa học, trong quá trình đốt cháy
than để sản xuất điện, khoảng 15 ÷ 20% chất v c

h ng cháy và cả

lượng than chưa cháy hết bị dính vón thành các hạt lớn r i uống đáy
lò gọi là x than hay tro đáy và 80% ÷ 85% chất v c

h ng cháy

còn lại sẽ bay theo h i lò thoát ra ngoài thành tro bay được thu hồi
bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện, lọc túi.
2.1.2. Phế phẩm tro bay (fly ash)


9
Trong các thành phần hóa học của tro x bao gồm tới hàng chục
nguyên tố hóa học (h n 30 nguy n tố) khác nhau, tồn tại chủ yếu ở các
dạng oxit SiO2, Al2O3, MgO, Fe2O3, FeO, TiO3, Cr2O3, MnO, SO3,
Na2O, K2O, B2O3..... trong cac oxit trên thì oxit SiO2, Al2O3, Fe2O3, SO3,
NA2O, MgO, CaO được coi là thành phần chủ yếu vì chúng có hàm
lượng lớn quyết định đến các tính chất c bản của tro x .
2 2 Các chỉ tiêu cơ lý của xỉ than, tro bay và xi măng
2.2.1. Chỉ tiêu cơ lý của xỉ than
X than có Dmax 9 5mm l n h n cát hạt thô, có nhiều thành phần
hạt nhỏ 0.075mm, phân bốn các cở hạt tư ng đối đồng đều.
Bảng 2.2. Phân tích khối lƣợng riêng xỉ than

Hình 2.2. Biểu đồ cấp phối hạt xỉ than


10
2.2.2. Chỉ tiêu cơ lý hóa tro bay
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu cơ - lý - hóa của tro bay

2.2.3. Chỉ tiêu cơ lý hóa của xi măng
Bảng 2.5. Các chỉ tiêu cơ - lý - hóa của xi măng

2.2.4. Nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp Xỉ than - Tro
Bay - Xi măng

Tro bay, x than là các loại phụ gia hoạt tính nhân tạo, có chứa các
thành phần hoạt tính (SiO2 , Al2O3) có khả năng

ết hợp với

Ca(OH)2 (sản phẩm từ phản ứng thủy hóa của i măng và nước trong
hỗn hợp) Bởi vậy, ở dạng nghiền mịn, chúng có tính chất puzolan
hoặc tính chất thuỷ lực, nghĩa là hỗn hợp của chúng với i măng hoặc
các chất hoạt hoá tự cứng được trong m i trường nước ở nhiệt độ
bình thường.


11
2.3. Quy hoạch thực nghiệm
Thực hiện đầm chặt trong phòng thí nghiệm mẫu hỗn hợp vật liệu
x than, tro bay, i măng theo Ti u chuẩn áp dụng TCVN 4201:2012;
nhằm ác định độ ẩm tốt nhất opt ứng với dung trọng khô lớn nhất
dmax; Nghiên cứu từ tổng quan, đề nghị thí nghiệm cho 5 loại mẫu
hỗn hợp vật liệu gồm G2-48; G4-46; G4-36; G6-44 và G8-42.
2.4. Các chỉ tiêu cơ lý hỗn hợp Xỉ than - Tro bay - Xi măng tƣơng
ứng với các tỉ lệ khác nhau
2.4.1. Thí nghiệm thành phần hạt hỗn hợp
Bảng 2.7. Thành phần hạt hỗn hợp G2-48

Hình 2.5. Biểu đồ Cấp phối mẫu hỗn hợp vật liệu
2.4.2. Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn (TCVN 4201:2012)
Từ kết quả đầm chặt tiêu chuẩn (proctor cải tiến) cho thấy các
đường cong đầm chặt mẫu nghiên cứu thí nghiệm tiệm cận đường

12
bão hòa 98%. Chế bị mẫu hỗn hợp tr n c sở dung trọng h và độ
ẩm tối ưu được chọn để chế bị như bảng sau.
Bảng 2.8. Các chỉ tiêu dung trọng, độ ẩm mẫu hỗn hợp vật liệu
Loại mẫu
G2-48 G4-46 G4-36 G6-44 G8-42
Dung trọng (g/cm3) 1.534
1.555
1.545
1.548
1.559
Độ ẩm (%)
18.0
17.70
16.60
17.60
16.50

Hình 2.6. Kết quả đầm chặt proctor - đường bảo hòa mẫu hỗn hợp
vật liệu
2.4.3. Thí nghiệm nén đơn trục (qu) (ASTM D2166-98A)
Quan hệ ứng suất và biến dạng tăng gần như tuyến tính cho đến t
lệ biến dạng khoảng 0.72 hầu như các mẫu đạt giá trị ứng suất cực
hạn, trong đ mẫu cao nhất là 4.071 Mpa (G 8-42), mẫu thấp nhất là
0.703 Mpa (G2-48).

Hình 2.8. Biểu đồ quan hệ ứng suất- biến dạng mẫu hỗn hợp vật liệu


13

Hình 2.9. Biểu đồ cường độ nén đơn trục mẫu hỗn hợp vật liệu
2.4.4. Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ (Rch) (TCVN
8862:2011)
Bảng 2.10. Tổng hợp Cƣờng độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu hỗn hợp
vật liệu
Cƣờng độ chịu nén khi ép chẻ Rch (Mpa)
TT ký hiệu mẫu
7 ngày 14 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày
1
G2-48
0.051
0.081
0.108
0.133
0.152
2
G4-46
0.057
0.153
0.305
0.327
0.348
3
G4-36
0.154
0.262
0.300
0.307
0.322

4
G6-44
0.211
0.365
0.443
0.482
0.488
5
G8-42
0.254
0.455
0.458
0.593
0.613

Hình 2.11. Biểu đồ cường độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu hỗn hợp vật liệu

2.4.5. Thí nghiệm sức chống cắt (TCVN 4199:2012)
Sức chống cắt của đất (cường độ chống cắt của đất), là lực
chống trượt lớn nhất trên một đ n vị diện tích tại mặt trượt, khi


14
khối đất này trượt lên khối đất ia dưới tác dụng của tải trọng
ngoài, nó là yếu tố chủ yếu quyết định đối với sự ổn định của nền
và an toàn của công trình.
Bảng 2.11. Kết quả sức chống cắt hỗn hợp vật liệu
Ký hiệu mẫu
TT
Chỉ tiêu thí nghiệm

Tuổi mẫu
G2-48 G4-46 G6-44 G8-42
o
o
o
o
1 Góc nội ma sát  (độ phút)
28
37 67’ 40 97’ 43 51’ 46 55’
2
28
1.382 2.055 2.536 2.842
Lưc d nh C(Mpa)
2.4.6. Thí nghiệm môđun đàn hồi (TCVN 9843:2013)
Dựa theo ti u chuẩn TCVN 9843:2013 ác định modul đàn hồi
của vật liệu gia cố chất kết d nh v c phục vụ cho công tác thiết kế
và kiểm tra chất lượng công trình thực tế với số lượng mẫu chế tạo là
75 tổ mẫu (định ở các tuổi 14 ngày, 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày)
Bảng 2.12. Kết quả cƣờng độ môđun đàn hồi hỗn hợp vật liệu
Cƣờng độ môđun đàn hồi E (Mpa)
TT ký hiệu mẫu
7 ngày 14 ngày 28 ngày 56 ngày 90 ngày
1
G2-48
75.945 116.802 121.379 135.725 150.43
2
G4-46
92.009 203.661 297.130 326.460 335.45
3
G4-36

92.123 171.424 262.072 306.755 315.781
4
G6-44
112.721 217.017 326.564 335.460 356.85
5
G8-42
120.788 226.210 334.683 347.250 368.45

Hình 2.14. Biểu đồ môđun đàn hồi mẫu hỗn hợp vật liệu


15
2.4.7. Thí nghiệm hệ số thấm (TCVN 8723:2012)
Hệ số thấm giao động không lớn khi so sánh trong cùng áp lực và
thời gian dưỡng hộ, ở cấp áp lực nén 300 kPa từ 20.60x10-6÷11.80-6
cm/s (G2-48); 20.50x10-6÷13.00-6 cm/s (G4-46); 15.80x10-6÷14.80-6
cm/s (G6-44); hệ số thấm giảm theo thời gian dưỡng hộ. Kết quả thí
nghiệm được dùng mô phỏng khi lớp vật liệu đang làm lớp đắp nền,
đặc biệt trên nền đất yếu; có ảnh hưởng của nước ngầm.

Hình 2.16. Biểu đồ thấm theo áp lực nén
2.4.8. Thí nghiệm CBR (Dựa theo tiêu chuẩn (22TCN 332-06)

Hình 2.17. Biểu đồ kết quả thí nghiệm CBR mẫu G2-48


16
2.5. Thi công thử nghiệm hiện trƣờng lớp xỉ than - tro bay - xi
măng
Tiến hành thi công thử nghiệm tại hiện trường: lớp vật liệu

được thi công trên lớp móng cấp phối đá dăm đã được chuẩn bị
sẵn, lu lèn chặt. Lớp vật liệu thử nghiệm dự kiến rộng 2,5m; dài
3m, chiều dày 20 cm sau khi lu lèn chặt, Kr = 1,25 hỗn hợp hàm
lượng thí nghiệm 6% xi măng
Trình tự thi công thử nghiệm như sau:
 Kiểm tra lớp móng: độ chặt, đo E; chuẩn bị các thiết bị lu lèn
 Vận chuyển xỉ than - tro bay - xi măng tập kết đến hiện
trường
 Trộn hỗn hợp vật bằng máy trộn 250 lít, đạt độ ẩm tốt nhất +
2%;
 San rãi lu lèn
2.6. Đánh giá kết quả các tổ mẫu thử
Dưạ vào cấp độ bền thấp nhất đạt được của 1 trong 3 chỉ tiêu
để đề xuất cấp độ bền thấp nhất, tuy nhiên đối với mô đun đàn
hồi đề nghị châm chước sau 56 ngày trường hợp bắt buộc lấy cấp
độ bền 28 ngày, đề xuất cấp độ bền như bảng dưới đây.
Bảng 2.18. Bảng tổng hợp cấp độ bền
Hỗn hợp vật liệu

Cấp độ bền

2%XM+48% tro bay+50 x

-

4%XM+46% tro bay+50 x

III

6%XM+44% tro bay+50 x

II

8%XM+42% tro bay+50 x

II


17
Kết luận chương 2
- Qua kết quả phân tích thì tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên
Hải theo TCVN 10302:2014: Tro ba : tro c hàm lượng CaO < h n
10%, ý hiệu: C. Theo ASTM 618 thì với tổng hàm lượng (SiO2 +
Fe2O3 + Al2O3 ) = 71,6% > 70% thì tro bay của nhà máy nhiệt điện
Duyên Hải thuộc loại F.
- Với tro bay loại F thì không thể sử dụng ri ng để gia cố vì phản
ứng tạo liên kết và thủy hóa kém, nhưng sẽ có phản ứng Puzzolan,
Do Vậy tro xi của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải có thể được dùng
làm vật liệu xây dựng, vật liệu công trình giao thông nhưng phải có
đưa thêm phụ gia như i măng, v i, sút để tăng phản ứng Puzzolan.
- Có thể sử dụng để thay thế cấp phối thiên nhiên khai thác tại t nh
Trà Vinh (cụ thể là cát đen thường dùng để làm lớp nền đường và lớp
m ng đường ở các công trình giao thông trong t nh Trà Vinh), hỗn
hợp vật liệu x than - tro bay - i măng c thể thay thế các loại cấp
phối thiên nhiên và cấp phối đá đăm hiện đang sử dụng xây giao
th ng đường ở Trà Vinh.
- Hỗn hợp vật liệu x than - tro bay - i măng đạt độ bền cấp từ
cấp III đến cấp II, đồng thời CBR >100 đảm bảo có thể sử dụng để
làm lớp m ng đường thay cho các lớp cấp phối thiên nhiên và cấp
phối đá dăm hoặc làm vật liệu đắp nền trên nền đất yếu nhưng tính

thấm rất nhỏ, khả năng cách nước rất cao.


18
Chƣơng 3
VẬN DỤNG TÍNH TOÁN LỚP VẬT LIỆU
XỈ THAN - TRO BAY - XM ĐẮP NỀN VÀ LÀM
KẾT CẤU ÁO ĐƢỜNG
3.1. Tính toán kết cấu áo đƣờng tuyến đƣờng Nguyễn Đáng nối
Dài
3.1.1. Giới thiệu công trình
Căn cứ tài liệu tham khảo là gói thầu TV-PW-2.01 xây dựng
đường Nguyễn Đáng và đường vào Lia 01 thuộc dự án nâng cấp đ
thị vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (MDR-UUP) - tiểu dự án Trà
Vinh. Theo qui trình thiết kế áo đường mềm 22 TCN 211-06, cũng
như em ét các yếu tố kinh tế kỹ thuật phù hợp vớ điều kiện khai
thác của dự án, cường độ mặt đường đối với kết cấu mặt đường của
tuyến đường Nguyễn Đán làm mới yêu cầu: Eyc ≥ 155Mpa.

Hình 3.1. Kết cấu áo đường tuyến đường Nguyễn Đán


19
3.1.2. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn của
độ võng đàn hồi thực tế tuyến đường Nguyễn Đáng nối dài
a. Xét đến hệ số điều chỉnh b = f(H/D)
b. Tính Ech của cả kết cấu: sử dụng công thức 3.5 - 22TCN 211-06
c. Điều kiện kiểm toán
3.1.3. Tính toán kết cấu áo đường sử dụng lớp vật liệu xỉ than tro bay - xi măng thay thế lớp cấp phối đá dăm loại II theo 22TCN
211-06

a. Định Kết cấu và tham số tính toán
b. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn của độ
võng đàn hồi lớp hỗn hợp vật liệu 6% xi măng
c. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn của độ
võng đàn hồi lớp hỗn hợp vật liệu 6% xi măng giảm chiều dày lớp kết
cấu
3.2. Xây dựng mô h nh ố trên phần mềm Plaxis mô phỏng sự
làm việc của nền đắp bằng vật liệu xỉ than - tro bay - xi măng
1. Chọn mặt cắt tính toán;
2. Lập mô hình hình học;
3. án các điều kiện biên;
4. án các đặc trưng vật liệu;
5. Tạo lưới phần tử;
6. Xác định điều kiện ban đầu;
7. Xác định các giai đoạn tính toán;
8. Tính toán;
9. Hiển thị kết quả phân tích.
3.2.1. Tiến hành mô phỏng trên Plaxis V8.2
Lập mô hình hình học, gán điều kiện bi n, gán đặc trưng vật liệu


20
3.2.2. Các trường hợp tính
1. Trƣờng hợp 1: Tính toán theo thiết kế
2. Trƣờng hợp 2: Thay kết cấu áo đường (đất đắp K98 bằng hỗn
hợp gia cố x than - tro bay - i măng 2%)
3. Trƣờng hợp 3: Thay kết cấu áo đường (m ng đường bằng hỗn
hợp gia cố x than – tro bay – i măng 6%)
Mô hình trên Plaxis V8.2:

Hình 3.4. Sử dụng bài toán đối xứng trục cho mô hình này
1. Tạo lưới phần tử
2. Xác định điều kiện ban đầu
3. Kết quả tính toán theo từng trường hợp:
TRƢỜNG HỢP 1

Hình 3.11. Độ lún nền đường trên mô hình Plaxis 8.2 ở mặt cắt
theo thiết kế


21
TRƢỜNG HỢP 2

Hình 3.15. Độ lún nền đường trên mô hình Plaxis 8.2 khi thay
kết cấu áo đường (lớp cát đắp bằng hỗn hợp gia cố xỉ than - tro bay
- xi măng 2%)
TRƢỜNG HỢP 3

Hình 3.19. Độ lún nền đường trên mô hình Plaxis 8.2 khi thay kết
cấu áo đường (móng đường bằng hỗn hợp gia cố xỉ than – tro bay
– xi măng 6%)
- Khi thay thế lớp móng kết cấu áo đường thì trị số của độ lún
giảm đi, Ech lớp m ng đường hỗn hợp vật liệu x than - tro bay - xi
măng cao Ech thiết kế có thể giảm chiều dày lớp m ng để giảm khối
lượng vật liệu thi công kết cấu áo đường đạt hiệu quả về kinh tế.


22
- Việc thay thế hỗn hợp x than - tro bay - i măng trong việc làm
lớp móng kết cấu áo đường là hoàn toàn có thể.

3.3. Dự toán giá thành thi công lớp vật liệu xỉ than – tro bay – xi
măng so sánh với vật liệu địa phƣơng hiện tại
3.3.1. Cơ sở tính toán
Dựa vào quyết định số 2067/2016/QĐ/UBND t nh Trà Vinh về
công bố giá xây dựng, đ n giá giá nh n c ng và máy thi c ng
Căn cứ vào định mức 1776, hao phí thi công lớp móng cát gia cố
i măng và cấp phối đá dăm
Dựa vào đ n giá

y dựng và vận chuyển tro bay, x than từ Nhà

máy nhiệt điện Duyên Hải của công ty TNHH Nguyễn Trình, Thành
phố Trà Vinh.
3.3.2. Kết quả tính toán
Bảng 3.12. Dự toán chi phí cho 2 lớp móng dƣới kết cấu áo
đƣờng cấp phối đá dăm và hỗ hợp vật liệu xỉ than, tro bay, xm
Qua bảng dự toán chi phí xây dựng cho 100 m3 vật liệu có thể
thấy chi phí xây dựng lớp móng bằng vật liệu hỗn hợp X Than- Tro
bay- i măng thấp h n lớp móng cấp phối đá dăm truyền thống
thường được sử dụng. Vì vậy việc thay thế lớp móng cấp phối đá
dăm truyền thống bằng lớp vật liệu hỗn hợp X than - Tro bay - xi
măng đảm bảo khả năng làm việc và tính hiệu quả kinh tế cho công
trình.


23
Kết Luận chƣơng 3

- Th ng qua nghi n cứu ta thấy vật liệu tro

được thử nghiệm

tại Quatest 2 các ch ti u h a đáp ứng được m i theo quy chuẩn việt
nam 07-2009.

- Nghi n cứu sự phối hợp giữa

than-tro bay- i măng tư ng

ứng các ch ti u: cường độ chịu nén, ép chẻ, sức chống cắt, CBR,
m đun đàn hồi… cho thấy hi hàm lượng i măng tăng dần l n sẽ
cho cường độ tăng l n ở ngưỡng 2-4% các ch ti u ép chẻ, sức chống
cắt, CBR, m đun đàn hồi tăng rất nhanh l n tới t lệ từ 4-6-8% các
ch ti u tăng chậm lại

- Với t lệ 4% i măng thì cường độ chịu nén, m đun đàn hồi
vượt qua ngưỡng c p I, II, III theo ti u chuẩn 1086-2011 Như vậy
với hàm lượng i măng 4-6% rất hợp lý đùng làm m ng ết cấu áo
đường cấp I, Cấp II

- Còn đối với nền đường y u cầu m đun đàn hồi nhỏ ch cần hàm
lượng i măng 2-4% th đáp ứng được nền đường
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận

- Thông qua nghiên cứu ta thấy vật liệu tro x được thử nghiệm
tại Quatest 2 các ch ti u h a đáp ứng được môi theo quy chuẩn việt
nam 07-2009.

- Nghiên cứu sự phối hợp giữa x than-tro bay- i măng tư ng

ứng các ch ti u: cường độ chịu nén, ép chẻ, sức chống cắt, CBR,
m đun đàn hồi… cho thấy hi hàm lượng i măng tăng dần lên sẽ
cho cường độ tăng l n ở ngưỡng 2-4% các ch tiêu ép chẻ, sức chống
cắt, CBR, m đun đàn hồi tăng rất nhanh lên tới t lệ từ 4-6-8% các
ch ti u tăng chậm lại.


24

- Nghiên cứu trong phạm vi đề tài đã nghi n cứu t lệ cấp phối
trộn x than, tro bay và i măng tư ứng với việc thực hiện các thí
nghiệm, nén đ n trục, m đun đàn hồi, ép chẻ, sức chống cắt, CBR
cho thấy t lệ hợp lý nhất x than 50%, tro bay 42-46%, i măng 4-8%
theo khối lượng.

- Trong đ hàm lượng i măng 2-4% ch đạt được cấp độ bền 1
theo tiêu chuẩn Việt Nam 10379-2014, với hàm lượng i măng
>4% đạt cấp độ bền 2-3 với tuổi 28 ngày.

- Với t lệ 4% i măng thì cường độ chịu nén, m đun đàn hồi
vượt qua ngưỡng cấp I, II, III theo tiêu chuẩn TCVN10379-2014.
Như vậy với hàm lượng i măng 4-6% rất hợp lý dùng làm móng kết
cấu áo đường cấp tư ng ứng độ bền I, cấp độ II, tư ng ứng kết cấu
áo đường cấp cao A1, A2

- Tính toán theo 22TCN 211-06 lớp kết cấu thay thế lớp hỗp hợp
vật liệu x than, tro bay, i măng c Ech=170 Mpa và lớp kết cấu
đường nguyễn đáng chưa thay thế có Ech=155 Mpa như vậy Ech
tăng th m 9%.

- Kết quả dự toán cho thấy hỗn hợp vật liệu x than, tro bay, xi
măng hiệu quả về inh tế, giảm giá thành

y dựng từ 45% so với

m ng đường sử dụng lớp m ng đá dăm truyền thống Đồng thời ử
nhiễm m i trường do tồn động

than tro bay tạo được vật liệu thay

thế đắp nền và lớp m ng ết áo đường
2. Kiến Nghị

- Cần thí nghiệm thêm tích lũy chất thải nguy hại vào môi trường
theo thời gian;

- Thi công thử nghiệm, quan trắc E, lún hiện trường theo thời
gian, đặt biệt trong điều kiện nền đất yếu, mực nước ngầm hoạt động
cao phổ biến tại Trà Vinh.