PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế của đất nƣớc, nhu cầu phát triển về cơ sở hạ tầng rất lớn và cấp thiết, trong đó việc xây dựng cơ sở hạ tầng đặc biệt là giao thông đƣờng bộ tại tỉnh Bến Tre là mục tiêu quan trọng nhằm nâng cao đời sống dân cƣ và khai thác tiềm năng kinh tế của địa phƣơng. Tuy nhiên, các nguồn vật liệu truyền thống nhƣ đá, sỏi đỏ và đất đạt chất lƣợng phục vụ cho xây dựng công trình đƣờng ô tô ngày càng khan hiếm, điều kiện khai thác ngày càng khó khăn. Vì thế xu hƣớng cải tạo đất tại chỗ làm lề bờ bao thay thế cho vật liệu truyền thống đang đƣợc nghiêm cứu và ứng dụng.
Đồng thời, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, việc các khu công nghiệp mọc lên khắp nơi với quy mô ngày càng lớn, vận tải hàng hóa và nhu cầu đi lại của xã hội ngày một nâng cao. Nó tạo động lực mạnh mẽ cho sự thông thƣơng hàng hóa kết nối giữa các trung tâm kinh kế với nhau. Vì vậy, hệ thống giao thông đƣờng bộ những năm gần đây đƣợc nhà nƣớc và ngƣời dân đặc biệt quan tâm và đầu tƣ rất lớn. Tuy nhiên, việc công trình tăng đột biến khiến cho việc cung cấp vật liệu đất đắp bao lề đƣờng ngày càng khan hiếm.
Trong khi đó, chất lƣợng vật liệu đất đắp lề sử dụng vật liệu tại chỗ chƣa đạt yêu cầu kỹ thuật làm ảnh hƣởng trực tiếp nhất là chất lƣợng công trình. Loại vật liệu phổ biến nhất hiện nay dùng để xây dựng lề bờ bao là sỏi đồi, sỏi đỏ, do có chất lƣợng tốt và dễ sử dụng. Một vấn đề bất cập hiện nay là vật liệu sỏi đỏ đặc biệt là khu vực tỉnh Bến Tre không có mỏ vật liệu sỏi đỏ để xây dựng lề bờ bao do đó phải vận chuyển vật liệu từ các mỏ vật liệu ở xa nhƣ các tỉnh Đồng Nai, Bình Dƣơng về tới công trình, dẫn đến việc lụa chọn vật liệu phù hợp để xây dựng lề bờ bao vô cùng khó khăn. Vì vậy, việc nghiên cứu lựa chọn hàm lƣợng xi măng phù hợp để gia cố đất đào tại chỗ dùng làm vật liệu đắp lề bờ bao tại dự án QL60 tỉnh Bến Tre 2 thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu thoả mãn theo chỉ dẫn kỹ thuật của dự án là vô cùng cần thiết, nhằm góp phần tìm ra phƣơng pháp cải tiến, nâng cao chất lƣợng hỗn hợp đất xi măng.
Đây cũng là một giải pháp giúp cải thiện chất lƣợng hoạt động của vật liệu đắp lề bờ bao nhằm tăng cao tuổi thọ, giảm thiểu chi phí, không làm ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh góp phần đem lại lợi ích kinh tế dài lâu. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nhằm xử lý và cải tạo đất tại chỗ với nhiều ƣu điểm nổi bật nhƣ: tận dụng lại vật liệu địa phƣơng, thi công nhanh bằng thiết bị trộn tại chỗ, giảm chi phí vận chuyển từ mỏ vật liệu đến chân công trình, có tính ổn định nƣớc tốt, ổn định nhiệt,. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu tái sử dụng vật liệu đất đào tại chỗ dùng làm vật liệu đắp lề bờ bao, cụ thể là tại dự án QL60 tỉnh Bến Tre. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu lựa chọn hàm lƣợng xi măng phù hợp để gia cố đất đào tại chỗ dùng làm vật liệu đắp lề bờ bao tại dự án QL60 tỉnh Bến Tre.
Phƣơng pháp nghiên cứu Trong luận văn này tập trung nghiên cứu những vấn đề sau: + Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đất tại chỗ gia cố xi măng tƣơng ứng với các tỉ lệ % xi măng khác nhau; + Cƣờng độ chịu nén (Rnén) theo các ngày tuổi 7; 28; + Cƣờng độ ép chẻ (Rép chẻ) theo các ngày tuổi 7; 28; + Chỉ tiêu CBR trong phòng sau 4 ngày tuổi; + Lựa chọn hàm lƣợng xi măng hợp lý; + Công nghệ thi công ngoài hiện trƣờng Sử dụng phƣơng pháp kết hợp giữa lý thuyết, thực nghiệm và chuyên gia. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GIA CỐ CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 1. Gới thiệu chung về vật liệu đất tại chỗ gia cố xi măng dùng làm đất đắp lề bờ bao tại dự án QL60 tỉnh Bến Tre 1. Đất gia cố xi măng Một trong những nguyên tắc cơ bản trong xây dựng đƣờng là tận dụng nguyên vật liệu địa phƣơng.
Gia cố đất tại chỗ để làm các lớp móng, mặt đƣờng sẽ giảm đƣợc một khối lƣợng vật liệu lớn đặc biệt là giảm công vận chuyển nên giá thành sẽ giảm đi, đặc biệt là những vùng khan hiếm vật liệu nhƣ vùng đồng bằng sông Cữu Long nói chung và tỉnh Bến Tre nói riêng. Đất có thể gia cố bằng các chất liên kết cô cơ (xi măng, vôi, tro bay,.), các chất liên kết hữu cơ (nhựa đƣờng, các hợp chất cao phân tử,. Chất lƣợng của các lớp đất gia cố có thể sánh với các lớp đá dăm, cấp phối đá dăm. Đối với vùng khí hậu ẩm ƣớc, chế độ ẩm của đất bất lợi thì việc gia cố đất bằng chất liên kết vô cơ để làm các lớp nền trên cùng còn có tác dụng rất quan trọng là ngăn chặn nƣớc ngầm thấm lên làm yếu các lớp trên của kết cấu mặt đƣờng, tránh đƣợc tình trạng bùn đất phùn lên các kẽ đá.
Dùng xi măng để gia cố đất làm đƣờng là một biện pháp có hiệu quả lớn. Phƣơng pháp gia cố đất bằng xi măng pooclăng, xi măng pooclăng – xỉ hoặc xi măng có thêm chất phụ gia nhƣ clorua canxi, vôi và các hóa chất khác đã đƣợc sử dụng rộng rãi.000km đƣờng có dùng lớp đất gia cố xi măng và đến năm 1976 đã lên đến 4. Ở Ba Lan có đến 5.000km đƣờng ô tô có dùng chất gia cố xi măng (1968). Ở Mỹ từ năm 1935 đến 1968 có đến 720 triệu m2 đƣờng dùng đất gia cố xi măng.
Ở các nƣớc Anh, Pháp, Đức … cũng sử dụng phổ biến đất gia cố xi măng trong xây dựng đƣờng. Ở Miền Bắc nƣớc ta, trƣớc đây vì xi măng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quan trọng và cấp thiết khác nên chƣa đƣợc sử dụng 4 rộng rãi trong việc gia cố đất để xây dựng đƣờng. Ngày nay, nguồn xi măng trong nƣớc rất dồi dào, do đó vấn đề sử dụng mặt và móng đƣờng dùng chất liên kết là xi măng đang đƣợc nhiều nhà chuyên môn quan tâm. Dùng xi măng để gia cố đất sẽ làm thay đổi một cách cơ bản các tính chất ban đầu của đất.
Đất gia cố xi măng ít chịu ảnh hƣởng của nƣớc, có độ cứng lớn, cƣờng độ chịu nén, môđun biến dạng (đàn hồi) đều tăng lên. Đất gia cố xi măng có thể sánh đƣợc với lớp đá dăm. Cƣờng độ của đất gia cố xi măng phụ thuộc vào hệ số ma sát và lực dính của nó. Trị số của hệ số ma sát và lực dính trong đất gia cố xi măng cao hơn nhiều so với đất, và điều quan trọng là lực dính trong đất gia cố xi măng không giảm xuống nhiều khi chịu tác dụng của nƣớc và của tải trọng trùng phục.
Các quá trình phát sinh trong đất gia cố với xi măng rất phức tạp, bao gồm các quá trình lý học và cơ học cũng nhƣ cả hóa học và hóa lý. Khác với sự hóa rắn bình thƣờng của bê tông, xi măng hay vữa xi măng, trong đó xi măng hóa rắn chủ yếu trong các sản phẩm của chính sự thủy phân; ở đây, quá trình hóa rắn diễn ra trong môi trƣờng hoạt tính của vật liệu hạt mịn phân tán có các thành phần khoáng hóa khác nhau, chúng làm thay đổi quá trình hóa rắn bình thƣờng của xi măng, làm ảnh hƣởng đến cƣờng độ và độ ổn định nƣớc của hệ thống. Trong giai đoạn đầu của quá trình ấy thì xi măng trộn trong đất đƣợc tiếp xúc với nƣớc sẽ tạo thành hiđrô silicát canxi (CaO.nH2O hoặc Ca(OH)2) và các sản phẩm khác của sự thủy phân. Trong giai đoạn tiếp theo sẽ xảy ra sự tƣơng tác của đất với các sản phẩm thủy hóa của xi măng (nhƣ hiđrô silicát canxi (CaO.nH2O hoặc Ca(OH)2).
Vì tỷ diện của xi măng và đất đều rất lớn nên quá trình tƣơng tác hóa lý (trao đổi ion) và hóa học xảy ra rất mạnh, khả năng phản ứng trao đổi ion của đất tăng lên rất nhiều. Khả năng này càng rất rõ đối với những loại đất không chứa cácbonnát, không bão hòa bazơ. Nó trƣớc tiên dẫn đến sự hấp thụ cation Ca++ từ canxi hiđrôxít đƣợc tách ra trong dung dịch, làm giảm số lƣợng ion canxi trong hệ thống và do đó phá hoại quá trình hóa rắn của xi măng (quá trình hóa rắn bình thƣờng của xi măng phải xảy ra trong điều kiện 5 dung dịch đƣợc bão hòa canxi). Các quá trình hóa rắn của đất – xi măng chậm lại và cấu trúc của hệ thống đất gia cố xi măng cũng kém bền vững hơn trong xi măng hay trong bê tông xi măng.
Khác với bê tông xi măng hay vữa xi măng, trong đất gia cố xi măng, đất là một thành phần hoạt tính rất mạnh, đất có thể tạo nên những tác dụng có lợi (vi dụ đất cacbonát) hoặc bất lợi cho các quá trình cấu – trúc – hóa trong đất xi măng. Vì thế quá trình tƣơng tác cũng nhƣ mức độ thay đổi các tính chất cơ lý của đất khi gia cố với xi măng, quá trình công nghệ thi công và bảo dƣỡng mà còn phụ thuộc vào tính chất của đất nhƣ: độ phân tán, thành phần hạt, thành phần khoáng – hóa, bản chất hóa – keo (dung lƣợng trao đổi, thành phần các cation và anion bị hấp thụ), hàm lƣợng các muối hòa tan, hàm lƣợng và thành phần chất mùn, hàm lƣợng cacbonát canxi và thạch cao, độ pH. Đất thích hợp nhất để gia cố xi măng là loại á cát, hỗn hợp sét – cát có thành phần cấp phối tốt nhất, đất cát có nhiều loại kích cỡ hạt, á sét nhẹ. Các loại đất á sét nặng, đất sét cũng có thể gia cố xi măng, nhƣng lƣợng xi măng cần hiều hơn và năng lƣợng trong việc gia công đất cũng tốn nhiều xin xem bảng 1-3 Không nên dùng loại đất sét nặng có giới hạn nhão > 45, chỉ số dẻo >27 và lƣợng hạt sét quá 30% để gia cố với xi măng.
Đất có chứa nhiều muối hòa tan (muối clorua > 4% hoặc muối sunfát > 2%), đất chứa nhiều mùn nhất là mùn axít, đất có độ pH<5 đều không thích hợp với việc gia cố xi măng nếu không có những biện pháp đặc biệt.