Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của vật liệu đất, sợi và chất kết dính ở vùng đồng bằng sông cửu long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN TIẾN SỸ

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ
NĂNG CHỊU LỰC CỦA VẬT LIỆU ĐẤT , SỢI VÀ CHẤT
KẾT DÍNH KẾT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG
CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY
MÃ SỐ: 60 58 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ANH TUẤN
TS. LƯU XUÂN LỘC
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM, ngày…..tháng…..năm 2012
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.
2.
3.
4.
5.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA……………….


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo---

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN TIẾN SỸ

Giới tính : Nam

/ Nữ

Ngày, tháng, năm sinh :

29-05-1980

Nơi sinh : Hà Nam Ninh

Chuyên ngành:

Xây dựng cơng trình thủy

Khố:

2010-2012

1 - TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ
NĂNG CHỊU LỰC CỦA VẬT LIỆU ĐẤT , SỢI VÀ CHẤT KẾT DÍNH KẾT
Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
2 - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của vật liệu đất, sợi và chất
kết dính ở vùng Đồng Bằng Sơng Cửu Long.
Mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về các vật liệu đất trộn xi măng sợi.
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết của hệ vật liệu đất trộn xi măng cốt sợi

Chương 3 : Nguyên vật liệu và các phương pháp thí nghiệm.
Chương 4: Kết quả thí nghiệm và nhận xét.
Kết luận và kiến nghị.
3 - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
4 - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2012
5 - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Lê Anh Tuấn
TS. Lưu Xuân Lộc
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. Lê Anh Tuấn
TS. Lưu Xuân Lộc
PGS.TS Huỳnh Thanh Sơn
Đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
Ngày………tháng…..năm………
PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp là một nội dung học quan trọng để đánh giá và kết thúc quá
trình đào tạo, giúp học viên nâng cao cách nhìn nhận, tiếp cận và giải quyết vấn đề
thực tế bằng những kiến thức đã được trang bị trong thời gian học tập ở trường và
ngoài xã hội. Để hoàn thành luận văn và đạt được kết quả như ngày hơm nay
TƠI XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
Thầy giáo, TS. Lê Anh Tuấn và TS. Lưu Xuân Lộc đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp
đỡ tơi trong suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp
Các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước – Trường Đại học Bách
Khoa TP.HCM đã tận tình chỉ bảo tơi trong q trình học tập tại trường.

Phịng Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM về những hỗ
trợ trong thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp là những nguồn động viên quan trọng giúp tơi
quyết tâm và tự tin hồn thành tốt luận văn này.
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng tìm hiểu và học hỏi, tuy nhiên với kinh
nghiệm và kiến thức cịn hạn chế nên trong luận văn khơng tránh được một số thiếu
sót, tơi rất mong nhận được sự góp ý và chỉ dẫn của q thầy cơ và các bạn.


TĨM TẮT
Luận văn trình bày nghiên cứu trong phịng các yếu tố ảnh hưởng đến khả
năng chịu uốn và nén của vật liệu đất trộn xi măng có gia cường sợi với đất yếu ở
tỉnh Long An. Nghiên cứu được tiến hành với nhiều hàm lượng nước và hàm lượng
sợi khác nhau trong cùng hàm lượng xi măng, thay đổi hàm lượng xi măng từ 10%25%, thời gian bảo dưỡng từ 7 – 28 ngày.
Nghiên cứu cho thấy cường độ của đất trộn xi măng sợi ( nén, uốn ) sẽ giảm
mạnh ở những mẫu có độ ẩm khi trộn lớn hơn giới hạn chảy của đất gia cố; càng
giảm khi tăng tỷ số tổng hàm nước-xi măng. Phát triển nhanh đến hàm lượng xi
măng ( 10%-20%) sau đó có khuynh hướng tăng chậm lại. Hàm lượng sợi đay và
micro propylene từ 1 đến 3% được sử dụng trong cấp phối đất có khả năng tăng độ
biến dạng và cường độ kháng nén. Tính chất của đất phụ thuộc vào loại sợi, hàm
lượng sợi và chiều dài sợi Hàm lượng sét trong mẫu có ảnh hưởng nhiều đến cường
độ của mẫu, Hàm lượng ximang sử dụng là 10% thì đất có hàm lượng sét tối ưu là
11,63%. Khi cấp phối sử dụng ximang và đồng thời gia cường bằng hàm lượng sợi
thì tính chất của đất càng ổn định.
Nghiên cứu qua đó cho thấy sự phát triển cường độ chịu uốn và nén nở hông của
vật liệu đất trộn xi măng sợi có qui luật khá tương đồng.


ABSTRACT
The dissertation presents a study on indoor factors affecting bending and

compressive strength of fiber-reinforced soil cement to weak ground in Long An
Province. The study is conducted with different water and fiber contents to a cement
content. The cement content is varied from 10% to 25%. Curing time is from 7 to
28 days.
The study shows that the strength of fiber-reinforced soil cement
(compressive, bending) will significantly reduce for samples with higher moisture
contents when mixing than the yield strength of improved soil; the strength reduces
when water-cement ratio increases. The strength develops rapidly until cement
content reaches 10%-20%, then the development of strength slows down. Jute and
micro propylene fiber content of 1 – 3% is used for soil aggregate can increase
strain and compressive strength. Soil properties depend on type of fibers, fiber
content and length of fibers. Clay content in samples have significant affect on
strength of samples. Cement content used is 10%, so the optimal clay content is
11.63%. When cement together with reinforcing fibers are used in aggregate, soil is
more stable.
The study also shows the development of flexural strength and the development
of compressive strength of fiber-reinforced soil cement have pretty similar patterns.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….……1
1. Tính cấp thiết của đề tài………………………………….……….…….……1
2. Mục đích và vấn đề nghiên cứu của đề tài………………………….………..2
3. Phương pháp nghiên cứu………………………………………..……….…...2
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài…………………………………………..….…..3
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài………………………………………..………...4
6. Giới hạn của đề tài………………………………………………..………….4
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG
SỢI…………………………………………………………………………..………5
1. Ứng dụng của vật liệu đất trộn xi măng sợi…………………………….…....5

2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước……………………….….………8
2.1

Các nghiên cứu ngoài nước về đất – ximăng - sợi………….……..….8

2.2

Các nghiên cứu trong nước………………………………..….……..10

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI
MĂNG CỐT SỢI ……………………………………………………….…….….11
1. Mơ hình cấu trúc của đất ximăng sợi............................................................ 11
1.1 Xi măng……………………………………………………...……...….11
1.2 Đất bùn sét………………………………………………………...……13
1.3 Sợi Polypropylen…………………………………………………..…...17
2. Các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến các tính chất
của vật liệu hỗn hợp đất gia cố xi măng ........................................................18
2.1 Sự gia tăng các đặc trưng về lý học khi đất gia cố xi măng…………....18
2.2 Sự gia tăng các đặc trưng về cơ học khi đất gia cố xi măng………..….19


CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU.........................................................................................................25
3.1

Các thí nghiệm vật lý cơ bản.....................................................................25
3.1.1 Thí nghiệm xác định độ ẩm…………………………………..…….25
3.1.2 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích………………………...…26
3.1.3 Thí nghiệm xác định thành phần hạt…………………..…………....26
3.1.4 Thí nghiệm xác định giới hạn dẻo, giới hạn chảy Atterberg……..…27

3.2

Các thí nghiệm trên mẫu đất trộn xi măng gia cường thêm sợi................28
3.2.1 Thí nghiệm nén đơn ( nén một trục nở hơng ) ………...……….…..28
3.2.2 Thí nghiệm cường độ chịu uốn của mẫu đất trộn ximăng gia cường
thêm sợi…………………..………………………………….………31

3.3

Phương pháp nghiên cứu..........................................................................33
3.3.1 Định nghĩa các thơng số liên quan………………………......….…33
3.3.2 Vị trí đất thí nghiệm và cơng tác lấy mẫu………………….….…..34

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ............................41
4.1 Ảnh hưởng của sợi đến tính chất của đất......................................................41
4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ N-XM đến cường độ của mẫu.....................................45
4.3 Ảnh hưởng của độ ẩn đến cường độ của mẫu................................................48
4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ của mẫu.........................52
4.5 Tương quan giữa cường độ chịu nén và chịu uốn của mẫu...........................55
4.6 Ảnh hưởng của hàm lượng sét đế cường độ của mẫu....................................58
4.7 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đay đến cường độ của mẫu...........................61
4.8 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi PP đến cường độ của mẫu............................65
4.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước-ximăng đến cường độ của mẫu có trộn sợi.........70


4.10 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ của mẫu có trộn thêm
sợi……………………………………………………………….……………...74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................79
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO............................................................82

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................83


MỤC LỤC HÌNH
Hình 2.1 : Mơ hình các pha trong đất................................................................14
Hình 2.2 : Mơ hình phân tán hạt xi măng trong đất…………………………...16
Hình 2.3 : Mơ hình phân tán hạt xi măng - nước (gel)…………………….….16
Hình 2.4 : Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến độ bền nén nở hơng……....20
Hình 2.5 : Độ bền chống cắt khơng thốt nước…………..……………….…….22

Hình 3.1 Lăn đất thành que trong thí nghiệm xác định giới hạn dẻo………..….28
Hình 3.2 : Nén mẫu xác định cường độ nén nở hơng qu…………….………...…….31
Hình 3.3 : Sơ đồ thí nghiệm uốn…………………………………...………...…32
Hình 3.4 : So sánh mối tương quan giữa qu và aW của đất gia cố xi măng……36
Hình 3.5 : Máy trộn mẫu………………………...…………………………...…38
Hình 3.6 : Tạo mẫu……………………………………………………………...39
Hình 3.7 : Bảo dưỡng mẫu trong khn………………………………..……….40

Hình 4.1 : Mối tương quan giữa cường độ và độ biến dạng của mẫu của hai loại
sợi……………………………………………………………………………….42
Hình 4.2. Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và cường độ qU , chiều dài sợi
20mm……………………………………………………………………………43
Hình 4.3. Mối quan hệ hàm lượng sợi và cường độ qU với chiều dài khác
nhau……………………………………………………………………………..44
Hình 4.4 : Mối quan hệ giữa tỷ lệ N-XM và cường độ chịu nén………...……..46
Hình 4.5 : Mối quan hệ giữa tỷ lệ N-XM và cường độ chịu uốn………….........47


Hình 4.6 : Mối tương quan giữa

qU và tỷ lệ nước – đất……………………..…50

Hình 4.7 : Mối tương quan giữa

RU và tỷ lệ nước – đất………………….........51

Hình 4.8 : Mối tương quan giữa qU và hàm lượng ximang……………….........54
Hình 4.9 : Mối tương quan giữa

RU và a w ………………………..…………..54

Hình 4.10 : Mối tương quan giữa

RU và qU ……………………...…………...57

Hình 4.11 : Mối tương quan giữa hàm lượng sét và qU …………….……........59
Hình 4.12 : Mối tương quan giữa hàm lượng sợi đay và qU …………………..63
Hình 4.13 : Mối tương quan giữa hàm lượng sợi đay và Ru……………………64
Hình 4.14 : Mối tương quan giữa hàm lượng sợi và qU ……………….………67
Hình 4.15 : Mối tương quan giữa hàm lượng sợi PP và

RU …………………...68

Hình 4.16 : Mối quan hệ giữa tỷ lệ Nước-Ximăng và cường độ chịu nén (sợi
đay)……………………………………………………………………………...71
Hình 4.17 : Mối quan hệ giữa tỷ lệ Nước-Ximăng và cường độ chịu nén (sợi
PP)………………………………………………………………………………71
Hình 4.18 : Mối quan hệ giữa tỷ lệ Nước-Ximăng và cường độ chịu uốn (sợi
đay)……………………………………………………………………………...72
Hình 4.19 : Mối quan hệ giữa tỷ lệ Nước-Ximăng và cường độ chịu uốn (sợi

PP)………………………………………………………………………………72
Hình 4.20 : Mối tương quan giữa cường độ nén qu và aw (sợi đay)………...…74
Hình 4.21 : Mối tương quan giữa cường độ nén qu và aw (sợi PP)……….........75
Hình 4.22 : Mối tương quan giữa cường độ uốn Ru và aw (sợi đay)…………..76
Hình 4.23 : Mối tương quan giữa cường độ uốn Ru và aw (sợi PP)……………77


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1 : Tính chất của đất bùn sét tại Băngkok……………………….........19
Bảng 3.1 : Chỉ tiêu cơ lý của đất……………………………...…………….…34
Bảng 3.2 : Các chỉ tiêu của xi măng PCB40 ( TCVN 6260-1977 )………..….37
Bảng 3.3 : Thành phần hóa học của xi măng PCB40 ( tham khảo của xi măng Hà
Tiên )………………………...…………………………………………………37
Bảng 4.1 : Cường độ và biến dạng của đất gia cố sợi đay với chiều dài 20
mm…………………………………………………………………………….41
Bảng 4.2 : Cường độ và biến dạng của đất gia cố sợi polypropylene với chiều dài
20 mm………………………………………………………………………….41
Bảng 4.3 : Cường độ và biến dạng của đất gia cố sợi đay với chiều dài ……..40
mm……………………………………………………………………….……42
Bảng 4.4 : Cường độ chịu nén và chịu uốn của mẫu……………………..…...45
Bảng 4.5 : Tương quan giữa độ ẩm đến cường độ chịu nén và chịu uốn của
mẫu…………………………………………………………………………….49
Bảng 4.6 : Mối tương quan giữa qU hoặc RU và a w ở độ ẩm thích hợp…….53
Bảng 4.7 : Mối tương quan giữa qU và RU …………………..……………....55
Bảng 4.8 : Tương quan giữa hàm lượng sét và cường độ chịu nén……….…..58
Bảng 4.9 Tương quan giữa hàm lượng sét tối ưu và cường độ chịu nén tối
ưu……………………………………………………………………………....60
Bảng 4.10 : Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đay đến cường độ của mẫu……....61
Bảng 4.11 : Ảnh hưởng của hàm lượng sợi polypropylene đến cường độ của
mẫu……………………………………………………………………………..66

KÝ HIỆU
aw

Hàm lượng xi măng

e

Hệ số rỗng

C

Lực dính

qu

Cuờng độ nén nở hơng

Ru
V

Cường độ chịu uốn
Thể tích

N-XM

Tỷ lệ nước – xi măng

γW

Dung trọng ướt

γd

Dung trọng khơ

W

Độ ẩm tự nhiên

Ao/A
ε

Diện tích tiết diện ngang ban đầu/diện tích tính đổi

Biến dạng dọc trục của mẫu

ΔL

Chiều cao biến dạng của mẫu

ϕ

Góc ma sát

P

Lực dọc trục hay lực khi mẫu phá hoại

α

Liều lượng xi măng

PL

Giới hạn dẻo

LL

Giới hạn chảy

Lo

Chiều cao ban đầu của mẫu

Mmax

Mô ment lớn nhất

IL

Độ sệt ( chỉ số nhão )

b

Chiều rộng trung bình của mẫu sau phá hoại.


-1-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với tốc độ đơ thị hóa ngày càng nhanh địi hỏi việc xậy dựng nhiều cơng
trình hạ tầng và các phương tiện dịch vụ nhất là ở các đơ thị. Bên cạnh đó quĩ đất
dành cho xây dựng các cơng trình hạ tầng ngày càng hạn hẹp kết hợp với nên đất
xây dựng thường là đất yếu đặc biệt là đất ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long (
ĐBSCL), thành phố Hồ Chí Minh ( TPHCM). Các loại đất ở khu vực này thường có
những yếu điểm như cường độ thấp, độ ổn định không cao, lún nhiều, lún không
đều và lún kéo dài theo thời gian.
Tại khu vực ĐBSCL các đô thị lớn đều nằm gần các con sông lớn nhu sơng
Tiền, sơng Hậu, sơng Vàm Cỏ …Tuy nhiên tình hình sạt lở tại các khu vực này diễn
ra một cách nghiêm trọng trong những năm gần đây. Ở ĐBSCL có hàng trăm đoạn
sông sạt lở mạnh thuộc nhiều tỉnh thành. Hiện nay có nhiều đoạn đường của Quốc
lộ 1A chỗ gần sông bị sạt lở nghiêm trọng ảnh hưởng lớn đến đời sống kinh tế và an
tồn giao thơng đi lại của nhân dân.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp được nghiên cứu về xử lý đất trong các
cơng trình trên thế giới như Trụ đất trộn ximăng, cọc đất vôi, cọc cát xi măng, cọc
đá và cọc cát đầm chặt, bệ phản áp, …trong đó giải pháp trụ đất trộn xi măng là một
trong nhưng biện pháp thích hợp để gia cố đất yếu. Kỹ thuật gia cố xi măng đất
được áp dụng và phát triển mạnh mẽ tại các nước Thụy Điển, Nhật Bản và ở Việt
Nam (trong những năm gần đây), phổ biến ở những cơng trình cần ổn định khi đào
hố, nền đê đập, nền cho móng các bồn chứa, nền các nhà cao tầng, các cơng trình
ven sơng, biển, …
Trong phạm vi nghiên cứu, đất yếu thuộc địa bàn tỉnh Long An có những đặc
điểm đặc trưng của đất yếu vùng ĐBSCL. Tại đây thường xuyên chịu ảnh hưởng
của sự xâm nhập thủy triều kéo theo nước mặn xâm nhập vào. Vì vậy cần nghiên
cứu sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến sự hình thành và phát triển khả

-2-

năng chịu tải đứng và ngang của trụ đất trôn xi măng kết hợp thêm sợi nhằm ứng
dụng giải pháp trụ đất trộn xi măng kết hợp với sợi trong gia cố sạt lở bờ sông, nền
đất yếu ở Long An nói riêng và khả năng áp dụng cho ĐBSCL và các vùng khác có
điều kiện tương đồng đạt hiệu quả cao nhất về kinh tế - kỹ thuật.
Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu đất yếu ở Đồng Bằng Sơng Cửu Long có
thể tóm tắt nêu ra các đặc điểm chủ yếu sau đây :
• Tồn bộ Đồng Bằng Sơng Cửu Long (ĐBSCL) đều thuộc loại ĐẤT YẾU.
• Đất sét yếu này có các đặc trưng cơ lý cơ bản như sau:
- Dung trọng thiên nhiên của đất : γ ≈ 14,5 ÷15,5 KN/m3.
- Độ ẩm thiên nhiên của đất : W ≈ 75% ÷65%.
- Hệ số rỗng thiên nhiên của đất e ≈ 1,5 ÷2,0.
- Các đặc trưng cơ học của đất : các đặc trưng về độ bền của đất : Góc nội ma sát
tiêu chuẩn của đất ϕ O tc ≈ 4o ÷ 5o, lực dính tiêu chuẩn CO tc = 5 ÷ 6 KN/m2.
- Các đặc trưng biến dạng của đất : Mođun biến dạng thiên nhiên tổng quát của đất
Eo
≈ 500 ÷ 600 KN /m2 hoặc mođun biến dạng tỷ đối của Maslov N.N. : eM = 50 ữ
100
mm/m .
ã Chiu dy t sột yu BSCL cú H 10m ữ 40m.
ã t yếu thuộc loại than bùn xuất hiện ở vùng rừng U Minh tỉnh Cà mau
2. Mục đích và vấn đề nghiên cứu của đề tài :
Nghiên cứu trên lý thuyết và mơ hình thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng
gia cường tính ổn định của vật liệu đất vùng đồng bằng sông Cửu Long.
-

Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng xi măng và sợi đến sự hình thành và
phát triển cường độ của đất.

-3-

-

Đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm đến sự hình thành và phát triển cường độ
của đất.

-

Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng sét đến cường độ của đất.

-

Đánh giá mối tương quan giữa khả năng chịu uốn và nén của đất.

3. Phuơng pháp nghiên cứu.
3.1 Nghiên cứu lý thuyết :
- Cơ sở lý thuyết của sự tương tác giữa đất - xi măng - sợi đến sự hình thành
và phát triển cường độ của vật liệu.
- Công nghệ tái chế và thi công vật liệu đất – ximăng – sợi.
3.2

Phương pháp thực nghiệm :

- Các thí nghiệm cơ bản xác định chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất nguyên dạng.
- Phương pháp chế tạo mẫu đất trộn xi măng và sợi tự nhiên, bảo dưỡng, các
phương pháp thí nghiệm nén một trục nở hơng, thí nghiệm nén mẫu chịu
uốn.
- Kết quả thí nghiệm thu được, đánh giá đặc tính của đất trộn xi măng kết

hợp với sợi tự nhiên thu được thơng qua kết quả thí nghiệm và phân tích
đánh giá kết quả thí nghiệm.
4. Ý nghĩa khố học của đề tài.
- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển cường
độ của vật liệu đất – ximang – sợi.
- Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào nghiên cứu khả năng chịu uốn của cơng
trình chịu tải trọng ngang có sử dụng trụ đất trộn xi măng.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
- Ứng dụng kết quả thí nghiệm vào nghiên cứu khả năng chịu lực cao, cường
độ biến dạng cao, khả năng chịu được sự thay đổi của môi trường ướt khô liên tục
trong công tác san lấp nền cũng như trong công tác gia cố bờ sông.


-4-

6. Giới hạn của đề tài.
Do hạn chế về thời gian nên đề tài giới hạn :
-

Chỉ nghiên cứu đất ở một khu vực của tỉnh Long An.

-

Trong đề tài này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm
lượng xi măng, hàm lượng sợi, hàm lượng sét …mà chưa xét đến các
yếu tố ảnh hưởng khác như năng lượng trộn, thời gian trộn, ảnh hưởng
của nhiệt độ trong quá trình trộn,…

-

Chưa nghiên cứu sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất trộn xi măng
sợi so với đất chưa xử lý.

-

Chưa xem xét tương quan giữa cường độ trong phịng thí nghiệm và
ngồi hiện trường.


-5-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG SỢI

1. Ứng dụng của vật liệu đất trộn xi măng sợi
- Phương pháp trộn sâu (DMM) là một trong cơng nghệ xử lý đất tại chỗ,
theo đó là đất pha trộn với vật liệu xi măng hoặc vật liệu khác. Báo cáo này nêu lại
lịch sử phát triển của các phương pháp khác nhau DMM và cung cấp một bản tóm
tắt cơ cấu của các ứng dụng. Nó cũng so sánh các ứng dụng của DMM với các hình
thức cạnh tranh của xử lý và cải tiến đất. Phần lớn báo cáo mô tả về các phương
pháp riêng lẻ, tập trung vào thiết bị, các quy trình, và các thuộc tính của đất được xử
lý. Báo cáo tiếp tục bằng cách mô tả bản chất của thị trường Bắc Mỹ, Nhật Bản, và
Scandinavia, trong khi các quan sát cũng được thực hiện trên những biện pháp tiềm
năng khác nhau để phát triển hơn nữa tại Hoa Kỳ.
- Bên cạnh đó, đất sét có thể được ổn định bằng cách sử dụng chất kết dính
Vơi, qua đó tăng cường nhiều tính chất kỹ thuật của đất và sản xuất một vật liệu xây
dựng được cải thiện. Trong đó các khống chất thường xuyên nhất xảy ra tại mỏ đất
sét, cụ thể là, kaolinit, montmorilonite được biến tính và thạch anh đã phải chịu một
loạt các thí nghiệm. Với việc bổ sung vơi, dẻo của montmorilonite được biến tính
đã giảm trong khi đó các kaolinite và thạch anh đã được tăng lên đôi chút. Tuy

nhiên, việc bổ sung vôi vào cho đến khi có ảnh hưởng ít dẻo của nó, nhưng giảm
thiểu đáng kể xảy ra ở đó của đất sét nhiều lớp. Tất cả các tài liệu kinh nghiệm về
sự gia tăng độ ẩm thích hợp của đất sét và giảm độ khô tối đa, cũng như tỷ lệ mang
California nâng cao, về việc bổ sung vôi. Một số gia tăng đáng kể sức mạnh và
Young Modulus xảy ra trong các tài liệu này khi họ đã được xử lý bằng vôi. Chiều
dài của thời gian bảo dưỡng và nhiệt độ mà tại đó chưa diễn ra đã có một ảnh hưởng
quan trọng vào số lượng của phát triển cường độ.
-Tuy nhiên, sự giãn nở của sợi đất đen được sử dụng để đánh giá nếu nhiệt
độ môi trường xung quanh ảnh hưởng đến tiến độ của các phản ứng vôi-đất. Các


-6-

tiến bộ trong xử lý tại chỗ vôi đã được theo dõi bằng cách sử dụng dẫn điện và đo
độ pH. Dưới tác dụng của pozzolane hoạt tính và nhiệt độ dưỡng hộ sẽ ảnh hưởng
đến tính chất của đất. Nghiên cứu này kết hợp các khái niệm về kỹ thuật hóa học cải
thiện mơi trường đất với địa kỹ thuật cho sự cải thiện của một đất sét mềm. Xi măng
Portland thông thường (OPC) với hàm lượng là 200 kg/m3 được sử dụng như một
chất ổn định chính. Đối với các hỗn hợp khác, OPC là một phần thay thế bằng 1030% trọng lượng khô của tro bay thu được từ các nhà máy dầu thực vật.
-Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cường độ ổn định của đất được tăng lên rõ
rệt khi trộn với OPC và OPC với thay thế 10% tro bay. hỗn hợp tro bay -đất-xi
măng với hàm lượng tro bay cao hơn 20% trưng bày những điểm mạnh tương đối
thấp hơn ở ngắn hạn, tuy nhiên, lợi nhuận ổn định trong cường độ có thể được quan
sát thấy ở dài hạn. Ngồi ra, mối tương quan giữa giảm trên cường độvà hàm lượng
tro bay đã được đề xuất và dự báo về điểm mạnh về nội dung định trước tro bay có
thể được thực hiện. Nó có thể kết luận rằng sự phát triển mạnh là do các phản ứng
hydrat hóa và pozzolanic như điều tra phân tích XRD. Nó cũng được tìm thấy rằng
một gia tăng đáng kể cường độ nén là tỷ lệ thuận với số lượng các sản phẩm hydrat
hóa chủ yếu như canxi hydrat silicat (CSH).
-Một cuộc nghiên cứu về ứng xử của đất, đất xi măng, và đất xi măng sợi với

lượng nước khác nhau và lượng chất xơ là để nghiên cứu các chất xơ
(Polypropylene) ảnh hưởng đến cường độ đất (đất sét). Phịng thí nghiệm thực hiện
xét nghiệm đo các mối liên hệ với ứng suất biến dạng bằng cách sử dụng một thiết
bị kiểm tra lập phương multiaxial. Các thí nghiệm đã được thiết lập cho hai bài
kiểm tra khác nhau, nén thuỷ tĩnh (HC) và nén ba trục thông thường (CTC). Đối với
CTC, một áp lực hãm được mô phỏng để phù hợp với những căng thẳng xảy ra theo
một đường quận. Độ ẩm đất trong thời gian thử nghiệm đã được thiết lập với nội
dung nước thích hợp (9%). Xi măng đã được cho vào không đổi ở mức 6 phần trăm
trọng lượng của đất. Mục tiêu chính của điều tra này là để cải thiện đất bằng cách
thêm vào xi măng và các sợi với lượng nước khác nhau.
-Tại Brazil, Ghavani và cơng sự đã nghiên cứu cải tiến tính chất của vật liệu đất
bằng các vật liệu địa phương. Tre, dừa, sợi đay và là vật liệu có sẵn trong giàu có ở


-7-

Brazil và không được sử dụng trong xây dựng dân dụng. Trong bài báo này kết quả
mới được trình bày liên quan đến việc áp dụng các sợi đay và dừa kết hợp với ba
loại đất tại địa phương thích hợp để sản xuất khối đất hỗn hợp gia cố bằng sợi đay
và dừa.
-Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất - vôi/xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm
1980 với ựu giúp đỡ của Viện địa Kỹ thuật Thuỵ Điển (SGI). Đề tài nghiên cứu
được Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số cơng
trình dân dụng và cơng nghiệp ở Hà Nội và Hải Phịng. Cơng trình đầu tiên ở phía
Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi cơng
là cơng trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu cơng nghiệp Trà Nóc, TP Cần
Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000 đài cọc.
-Trên cơ sở tổng hợp các phương pháp nghiên cứu, chủ yếu trong xử lý đất
là phương pháp hố học và cơ học, với chất kết dính thường dùng trong xử lý là xi
măng. Hàm lượng xi măng sử dụng trong khoảng từ 100-200 Kg/m³. Đồng thời sự

pha trộn hàm lượng sợi thích hợp sẽ làm nâng cao tính chất chịu lực của vật liệu
đất.
-Trong đề tài này tác giả sẽ nghiên cứu sự kết hợp giữa hai phương pháp xử
lý hoá học và cơ học của vật liệu đất, sợi và chất kết dính nhằm tăng cường sự ổn
định của nền đất, đặc biệt là khu vực đồng bằng sơng Cửu Long

2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.1. Các nghiên cứu ngoài nước về đất –ximăng-sợi:
- Hiện nay tại Nhật các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công loại vật liệu
được tái chế từ các loại bùn đất có hàm lượng nước cao được thải ra từ các
cơng trình xây dựng, họ đã sử dụng loại vật liệu này trong công tác san lấp tại
nhiều vùng có xảy ra động đất và sau khi có động đất xảy ra thì những cơng
trình xây dựng được san lấp bởi các loại đất được gia cường thì có mức thiệt
hại nhỏ hơn so với các chỗ khác,vì vậy kết quả cho thấy rằng là loại vật liệu “


-8-

đất ximang trộn sợi“ có cường độ chịu tải trọng động cao (Tạp chí Tài Nguyên
Nước Hội Thủy Lợi Việt Nam số 4-2010)
- Bên cạnh sự thiếu hụt thực phẩm, tình trạng thiếu nhà ở là một trong những
vấn đề quan trọng nhất trên trái đất. Để cải thiện tình trạng này và làm cho nó
có thể để xây dựng nhà nhiều hơn, đặc biệt đối với các gia đình có thu nhập
thấp, nó là cần thiết để kiểm tra tất cả các địa phương có sẵn vật liệu có thể
được sử dụng cho xây dựng. Tre, dừa sợi sisal và là vật liệu có sẵn trong giàu
có ở Brazil và không được sử dụng trong xây dựng dân dụng. Để tăng số lượng
thông tin liên quan đến hành vi của vật lý và cơ học của các vật liệu này một
số chương trình nghiên cứu được thực hiện tại Giáo Hoàng Universidade
Catlica ở Rio de Janeiro (PUC-Rio) và Universidade Federal da Paraiba
(UFPb) dưới sự giám sát chung của tác giả đầu tiên. Trong bài báo này kết quả

mới được trình bày liên quan đến việc áp dụng các sợi sisal và dừa kết hợp với
ba loại đất tại địa phương thích hợp để sản xuất khối đất hỗn hợp gia cố bằng
sợi sisal và dừa.(Normando P. Barbosac, Romildo D. Toledo Filho (1998))
- Sự phát triển của một loại mới của khối đất-xi măng sử dụng xơ dừa dừa với
dẫn nhiệt thấp là mục đích chính của nghiên cứu này. Tỷ lệ hỗn hợp khác nhau
được xem và năm mẫu cho mỗi mẫu được chế tạo bằng cách sử dụng quá trình
sản xuất làm bằng tay tại địa phương sử dụng rộng rãi trong nước. Điều tra còn
hạn chế để dẫn nhiệt của các mẫu vật, độ bền nén, trọng lượng và mật độ số
lượng lớn. Đó là kết luận rằng việc sử dụng sợi dừa như phụ gia đều có thể làm
giảm nhiệt độ dẫn khối và trọng lượng. Tỷ lệ khối lượng tối ưu của đất: xi
măng: cát để sản xuất các thuộc tính tốt là 5.75:1.25:2. Tỷ lệ dừa xơ dừa là
20% xi măng tương ứng với 0,8 kg / block. Các tính chất mẫu trung bình như
sau: dẫn nhiệt của 0,6510 W / mK, cường độ nén của 39,55 kg/cm2, trọng
lượng 4,85 kg và mật độ lớn trong số 1586,77 kg/m3. Khi so sánh với khối
đất-xi măng thương mại, giảm tương ứng với độ dẫn nhiệt và trọng lượng là
khá đáng kể, 54% và 750g tương ứng (Joseph Khedari, Pornnapa
Watsanasathaporn (2004)).
- Bài báo này điều tra sức mạnh kết quả và hành vi tính dẻo khi các sợi cọ
phân phối ngẫu nhiên được sử dụng để gia cố đất phù sa, cát. Đất hỗn hợp đã
được thử nghiệm trong điều kiện phịng thí nghiệm và kiểm tra cường độ nén
không nở hông (UCS), tỷ lệ Bearing California (CBR) và thử nghiệm nén chặt.
Kết quả cho thấy, sức mạnh tối đa và còn lại, định hướng của thất bại bề mặt,
độ dẻo và mối quan hệ căng thẳng biến dạng của mẫu vật đã được đáng kể ảnh
hưởng bởi sự bao gồm các sợi cọ. Một kết quả quan trọng là xác định rằng sức


-9-

mạnh thất bại trượt kiểm soát sự thất bại của mẫu vật chứ khơng phải là thất
bại

vỡ
sức mạnh. Nói chung nó đã được tìm thấy rằng gia cố đất bằng cách sử dụng
sợi cọ như củng cố chính là vật liệu kỹ thuật có lợi và có khả năng có thể được
sử dụng thường xuyên hơn, mặc dù việc sử dụng thêm lĩnh vực
và thử nghiệm nên được thực hiện. Với mối quan tâm hiện nay trong môi
trường và phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, tăng cường đất thông qua việc
sử dụng các vật liệu tự nhiên (trong trường hợp cọ sợi) và thúc đẩy việc trồng
rừng cọ là một trong những cách mà các kỹ sư và nhà thiết kế có thể đóng góp
một trái đất xanh hơn. Thêm vào thực tế này mà chà là một trong những cây
trồng nhất trên thế giới với một phân phối trên tồn thế giới khoảng 100 triệu
lịng bàn tay được phân phối tại 30 quốc gia bao gồm Trung Đông, Châu Á,
Châu Phi, Bắc Mỹ, các nước Địa Trung Hải và Úc trong một nguồn tài nguyên
dồi dào có sẵn ở nhiều nơi thực hành kỹ thuật công nghệ cao hoặc khơng có
sẵn, hoặc q tốn kém. Việc sử dụng cọ để gia cố đất có ý nghĩa trong nhiều
khu vực của thế giới là một nguồn vật liệu địa phương có sẵn hiệu quả cho
việc xây dựng nền đường. (S.M. Marandi, M.H.Bagheripour, R. Rahgozar, and
H. Zare (2008)).
- Mục đích của nghiên cứu này là xác định hành vi của đất-xi măng sợi với
lượng chất xơ khác nhau trong điều kiện lĩnh vực mô phỏng để cải thiện thiết
kế hiện tại quy trình. Để đánh giá hiệu quả của hệ thống mặt đường, một đất
subbase mẫu từ Athen Quận lộ 20 đã được trộn với xi măng và sợi và thử
nghiệm trong điều kiện tải multiaxial. Hiệu quả của cả hai xi măng Portland và
các sợi polypropylene fibrillated được khảo sát. Quan tâm đặc biệt là làm thế
nào cải tiến đất sợi và trong điều kiện đất nhận ra sức mạnh tối ưu của nó. Các
thiết bị multiaxial thích hợp hơn so với thử nghiệm ba trục và điều kiện tốt hơn
xấp xỉ hơn so với lĩnh vực thử nghiệm nén khơng xác định. Các thiết bị
multiaxial cũng có chức năng tốt trong các môi trường thử nghiệm và có khả
năng cung cấp kết quả phù hợp.Trong nghiên các hành vi hệ thống đất
subbase, các yếu tố môi trường được xem xét rất cẩn thận. Như minh chứng
trong nghiên cứu này, phản ứng của một mẫu vật rõ ràng là bị ảnh hưởng bởi

độ ẩm ướt ở phía bên của tối ưu. Kết quả thử nghiệm trong phịng thí nghiệm
này cũng dự đoán xu hướng biến dạng của đất (đất sét) trong điều kiện tương
tự. Tỷ lệ chất xơ với 0,321% đã được thiết lập trong những thí nghiệm này
được mô phỏng từ các dự án phức hợp văn phịng / kho với Dallas Texas. Để
có được kết quả ở điều kiện khác nhau, nội dung chất xơ đã được thay đổi đến
0,1% và 0,5% với lượng nước khác nhau để so sánh kết quả của đất cụ thể.


- 10 -

Thuỷ
tĩnh
nén
và
ba
trục
thông
thường
thử nghiệm nén được sử dụng để điều tra các mẫu vật.( (Tawan -Lim prasert
1995, USA.)
2.2. Các nghiên cứu trong nước:
- Khoa Kỹ thuật Xây dựng - trường Bách Khoa - đại học Quốc gia thành phố
Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu thí nghiệm loại vật liệu đất + xi măng có kết
hợp với sợi sơ dừa.
- Cơng trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu cơng nghiệp Trà Nóc, TP
Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000 dài cọc.
- Đại lộ Đông Tây TP.HCM sử dụng phương pháp khô với chiều sâu trụ đất
trộn xi măng lên tới 26m
- Cơng trình sân bay quốc tế Cần Thơ sử dụng phương pháp khô với chiều sâu trụ
đất trộn xi măng 6m.

- 11 -

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ VẬT LIỆU ĐẤT TRỘN XI MĂNG
CỐT SỢI

Vật liệu gia cường cốt sợi là loại vật liệu hỗn hợp của hai hay nhiều thành
phần khác nhau, có các tính chất đặc biệt mà các vật liệu thành phầbn khơng có và
giữ ngun một số tính chất có ích khác của chúng.
Trong lĩnh vực gia cường cốt sợi, các vật liệu nền có chất kết dính từ xi
măng được gia cường bằng vật liệu cốt ( dạng sợi, dạng hạt…), gọi là vật liệu
composite hay vật liệu tổ hợp. Sự kết hợp đó nhằm hạn chế khuyết điểm của vật
liệu này bằng ưu điểm của vật liệu kia, tạo ra sản phẩm mới có tính năng cơ lý hơn
hẳn vật liệu ban đầu và ngồi ra cịn có thể hạ giá thành sản phẩm khi sử dụng vật
liệu truyền thống có tính năng cơ học tương đương.
Thơng thường vật liệu cốt có các tính chất cơ, hố , lý cao hơn vật liệu nền.
Vì vậy việc đưa vật liệu cốt vào nền nhằm mục đích phân tán các điểm chịu ứng
suất tập trung trên nền sang cho cốt, làm tăng khả năng chịu lực của vật liệu. Cịn
vật liệu nền đóng vai trị chất liên kết các cốt liệu độn, chuyển chất độn từ dạng rời
rạc thành vật liệu liên tục, làm tăng tính năng sử dụng.
1. Mơ hình cấu trúc của đất Xi măng, sợi .
Hệ nguyên vật liệu hình thành nên mơ hình cấu trúc đất gia cố gồm xi măng,
đất, sợi. Sau đây đề tài sẽ nghiên cứu tính chất và cơ chế hoạt động của từng
thành phần.
1.1 Xi măng
Xi măng Pooclang puzzolan là chất kết dính vơ cơ rắn chắc và bền trong
nước. Nó là sàn phẩm của sự nghiền mịn của clinke với phụ gia thạch cao ( 35%) và puzzolan (>15%). Thành phần puzzolan ở đây gồm SiO2 hoạt tính,
Al2 O3 hoạt tính. Hạt ximăng Porland là một hợp chất bao gồm silicat tricanxi

- 12 -

( C3 S ), Silicat dicanxi ( C 2 S ), Aluminate tricanxi ( C3 A ), Alumino-ferrite
tetracanxi ( C 4 AF ). Bốn phần tử chính này tạo nên độ bền hỗn hợp chủ yếu.
Quá trình rắn chắc của xi măng chia làm 3 giai đoạn :
Giai đoạn 1 : Giai đoạn chuẩn bị.
Giai đoạn 2 : Keo hoá hay chu kỳ ninh kết.
Giai đoạn 3 : kết tinh vật chất hay chu kỳ đóng rắn.
- Giai đoạn 1 : Nước tiếp xúc với các hạt xi măng, phản ứng hoá học
giữa xi măng và nước tiến hành trên bề mặt hat xi măng. Những chất hòa tan
được trong nước như : Ca (OH ) 2 ,3CaO. Al2 O3 .6 H 2 O lập tức hòa tan tạo thành thể
dịch bao quanh bề mặt hạt xi măng, các lớp tiếp theo tiếp tục phản ứng với
nước. Phản ứng xảy ra liên tục cho đến khi pha lỏng trở nên bão hòa bởi sản
phẩm phản ứng.
- Giai đoạn 2 : Gặp nước bão hòa, Ca (OH ) 2 , C3 A.6 H 2 O tiếp tục sinh ra
(do phản ứng thủy hóa) khơng hịa tan được nữa mà tồn tại ở thể keo. Chất
C 2 S .nH 2 O do phản ứng thủy hóa của C 2 S và C3 S sinh ra, vốn không tan sẽ

tách ra dạng phân tán nhỏ trong dung dịch tạo thành thể keo phân tán. Vì nước
ngày càng ít đi ( do bay hơi hay do hiện tượng thủy hóa của phần xi măng bên
trong ) mà lượng chất keo sinh ra ngày càng nhiều, tạo điều kiện cho các hạt
keo tương đối lớn ở dạng sệt làm xi măng mất tính dẻo và ngưng kết lại dần,
nhưng xi măng chưa hình thành cường độ.
- Giai đoạn 3 : Ca (OH ) 2 , C3 A.6 H 2 O từ thể ngưng keo chuyển dần sang
dạng kết tinh, có tinh thể nhỏ đan chéo nhau làm xi măng bắt đầu có cường độ.
chất C 2 S .nH 2 O vẫn tồn tại ở thể keo rất lâu sau đó mới có một bộ phận chuyển
thành tinh thể. Do lượng nước mất dần đi, keo khơ lại dần, kết chặt lại và tồn
bộ rắn chắc.

Khi tác dụng với nước, các thành phần khoáng vật chủ yếu của xi
măng sẽ thủy hóa theo các phản ứng sau :