ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ đất trộn xi măng (SCM) được áp dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới cho các mục đích khác nhau như gia cố đất yếu, lõi đê, đập, ổn định mái dốc, tường ngăn vách hố đào, v. Công nghệ SCM với ý tưởng đơn giản là trộn đất tự nhiên với xi măng tạo ra vật liệu mới có các đặc trưng cơ-hóa-lý tốt hơn đất tự nhiên trong thời gian ngắn. Để ứng dụng hiệu quả công nghệ SCM, người thiết kế cần có kiến thức tốt về các ảnh hưởng đến các đặc tính cơ-lý-hoá của đất trộn xi măng (soilcrete) [1], [2], [3]. Tuy nhiên, các nghiên cứu về soilcrete chủ yếu tập trung vào các đặc trưng cơ học như cường độ, độ cứng, và biến dạng khi phá hoại [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12].
Các chỉ tiêu này phổ biến được dùng đánh giá chất lượng soilcrete hiện trường. Trong khi đó, hệ số thấm, một thông số vật lý quan trọng của soilcrete, được sử dụng cho các mục đích chống thấm, nhưng thấm của soilcrete vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện, đặc biệt trong điều kiện của Việt Nam. Hệ số thấm của soilcrete đã được một số tác giả trên thế giới nghiên cứu như Yuzhen et al. 1999 [13], Chew et al.
2004 [14], Bellezza & Fratalocchi 2006 [2], Tran et al. 2014 [15], Ikhlef et al. 2015 [16], Deng et al. 2015 [17], Govindasamy & Taha 2016 [18], Mousavi & Wong 2016 [19], Mengue et al.
2017 [20], Helson et al. 2018 [21], Abbey et al. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu hệ số thấm của soilcrete, đặc biệt đối với soilcrete được tạo từ đất hạt mịn vẫn chưa nhận được sự đồng thuận. Một số nghiên cứu cho thấy hệ số thấm soilcrete cao hơn so với đất tự nhiên [14], [15], [23] và một số khác cho kết quả ngược lại [24], [20], [25], [26].
EuroSoilStab (2002) [23] chỉ ra rằng hệ số thấm tăng từ 100 đến 1000 lần khi đất được ổn định bằng chất kết dính. Mengue et al. (2017) [20] lại kết luận hệ số thấm của mẫu soilcrete tạo từ đất sét trộn 6% xi măng thấp hơn 9 lần so với đất chưa xử lý. Bellezza & Fratalocchi (2006) [2] báo cáo rằng hệ số thấm soilcrete cao hoặc thấp hơn đất tự nhiên phụ thuộc loại đất được trộn với xi măng.
Hệ số thấm soilcrete giảm theo hàm lượng xi măng [16], [17], [22], [27], [28]. Ngược lại, hệ số thấm của soilcrete tăng khi tăng hàm lượng xi măng [2], [14]. Ngoài ra, một 1 số tác giả khác lại cho rằng hệ số thấm của soilcrete giảm khi tăng hàm lượng xi măng đến một giá trị nhất định sau đó tăng ngược trở lại nếu tiếp tục tăng xi măng [18], [20], [29]. Đối với đất cát trộn xi măng, nhìn chung các nghiên cứu cho thấy hệ số thấm giảm so với đất tự nhiên [21], [25], [30], [31].
Ở Việt Nam, công nghệ đất trộn xi măng bắt đầu được ứng dụng từ những năm 2000 [32] chủ yếu cho mục đích xử lý lớp đất yếu (TCVN 9403:2012 [33]). Trong những năm gần đây, cọc đất xi măng đã được sử dụng trong chống thấm nhưng chưa nhiều, một vài công trình sử dụng soilcrete làm tường vây hố đào tầng hầm như Sài Gòn Pearl, tòa nhà Lạc Việt Building ở TP. Hồ Chí Minh, các tòa nhà cao tầng ở Vũng Tàu, Nha Trang [34], làm tường đê chống thấm mang cống D10 - Hà Nam, và đê quai nhà máy thủy điện Sơn La [35]. Các kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường để xác định trực tiếp hệ số thấm soilcrete còn hạn chế.
Thiết bị thí nghiệm thấm yêu cầu phức tạp, thời gian thí nghiệm kéo dài, và thiết bị chuyên dụng cho thí nghiệm đo thấm soilcrete trong phòng phải nhập khẩu với giá thành cao vì chưa được sản xuất tại Việt Nam. Hệ số thấm của vật liệu soilcrete chưa được nghiên cứu toàn diện mà chỉ là một phần nhỏ trong nghiên cứu của một số tác giả. Hệ số thấm soilcrete trong nghiên cứu của các tác giả được xác định bằng thiết bị thấm thành cứng (dao vòng) theo tiêu chuẩn TCVN 8723:2012 như nghiên cứu của Mai Thị Hồng 2019 [36] và Nguyễn Hữu Năm 2021 [37]. Hệ thống thiết bị này tiềm ẩn nguy cơ nước chảy dọc thành mẫu, đặc biệt đối với mẫu đất trộn xi măng bị co ngót trong quá trình ninh kết, có thể gây sai lệch đáng kể hệ số thấm.
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng đất được kiến tạo với lớp đất bùn sét yếu dày ở trạng thái dẻo mềm đến chảy với khả năng chịu tải rất thấp [38]. ĐBSCL còn có nguồn vật liệu cát san lấp dồi dào được bơm hút từ đáy các sông. Cát san lấp chủ yếu dùng để san lấp mặt bằng, nâng cao độ nền đường, hoặc dùng làm đầy thân đê bao được quây bằng đất sét tạo đê đất chống lũ bảo vệ hoa màu kết hợp làm đường giao thông nông thôn. Các đê đất này thường bị hư hỏng sau mùa lũ lụt hàng năm.
Độ đầm chặt dưới chuẩn của các đê đất tạo nhiều lỗ rỗng, các hạt cát trong thân đê bị rửa trôi dưới tác dụng của dòng thấm thông qua các lỗ rỗng liên kết với nhau. Những lỗ rỗng cũng như các vết nứt bên trong đê đất ngày càng phát triển, mở rộng gây ra vỡ đê đất, một 2 kiểu phá hoại đê bao phổ biến ở ĐBSCL. Người dân địa phương phải thường xuyên đắp lại đê sau mùa lũ, gây lãng phí thời gian và tăng cao chi phí xây dựng. Việc tận dụng tối đa vật liệu địa phương cho nhiều mục đích sử dụng được quan tâm.
Đất trộn xi măng cho giải pháp tường chống thấm được đề xuất. Tường soilcrete ngăn thấm dòng nước lũ đã được thi công thí điểm ở Đồng Tháp và An Giang bước đầu có hiệu quả nhất định [39]. Tuy nhiên, hệ số thấm soilcrete vẫn khó xác định ở Việt Nam. Hệ số thấm của soilcrete là một trong những yêu cầu chính khi thiết kế chống thấm.
Hệ số thấm thấp của soilcrete tạo từ các loại đất ở khu vực ĐBSCL cần được minh chứng một cách khoa học. Đề tài này tập trung nghiên cứu một cách bao quát ứng xử thấm của một số loại đất đặc trưng ở ĐBSCL trộn xi măng trong phòng. Thiết bị thấm thành mềm được thiết kế và chế tạo phù hợp phục vụ cho các thí nghiệm thấm soilcrete. Phân tích ứng xử thấm soilcrete theo thời gian bảo dưỡng, loại và hàm lượng xi măng, loại đất, và phụ gia bentonite.
Vi cấu trúc mẫu soilcrete theo thời gian bão dưỡng, theo hàm lượng xi măng được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét, phép phân tích tia X, và phương pháp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X, để lý giải sự giảm hệ số thấm soilcrete. Nghiên cứu này kỳ vọng phát triển cơ sở dữ liệu thấm soilcrete một cách tin cậy ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu sẽ mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn của soilcrete liên quan đến các ứng dụng chống thấm như sử dụng soilcrete làm lõi chống thấm cho đập đất, chống thấm cho đê bao trong mùa lũ, ngăn nước ngầm trong các hố đào, ngăn thấm dung dịch chứa các chất ô nhiễm của các khu xử lý rác thải có khả năng làm ô nhiễm nước ngầm, v. ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU Hệ số thấm là một đặc trưng vật lý quan trọng của soilcrete, đã được một số tác giả trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng soilcrete cho mục đích chống thấm như lõi đê, đập, tường ngăn vách hố đào, v.
Tuy nhiên, các nghiên cứu vẫn chưa có sự thống nhất về hệ số thấm soilcrete tăng hay giảm so với đất tự nhiên, đặc biệt đối với soilcrete tạo từ đất hạt mịn. Ở Việt Nam, soilcrete đã được ứng dụng phổ biến nhưng tính đến thời điểm hiện tại chủ yếu cho mục đích gia cố đất nền (TCVN 9403:2012 [33]). Các nghiên cứu về soilcrete phần lớn tập trung về các đặc trưng cơ học như cường độ, độ cứng, và biến dạng khi phá hoại [5], [6], [7], [9]. Từ những nghiên cứu tổng quan cho thấy đất trộn xi măng không 3 chỉ làm tăng cường độ, độ cứng, sự ổn định mà có thể còn có khả năng chống thấm cao.
Soilcrete có tiềm năng áp dụng cho giải pháp chống thấm ở Việt Nam. Tuy nhiên, hệ số thấm của soilcrete chưa được nghiên cứu toàn diện và tin cậy ở Việt Nam do sự hạn chế về thiết bị thí nghiệm thấm. Ngoài ra, hệ số thấm soilcrete khó xác định do cấu trúc phức tạp của sản phẩm soilcrete, và chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như loại đất, phân bố thành phần hạt, khoáng chất hạt đất, trạng thái đất, loại xi măng, hàm lượng xi măng, thời gian bảo dưỡng, v. Bản chất thấm của soilcrete cần được làm rõ.
Vì vậy, đề tài này tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị thí nghiệm thấm thành mềm phù hợp cho vật liệu soilcrete, thực hiện thí nghiệm thấm, phân tích các thành phần khoáng trong soilcrete, và vi cấu trúc soilcrete để nhắm đến sự hiểu biết toàn diện ứng xử thấm của soilcrete. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu toàn diện ứng xử thấm của soilcrete tạo ra từ một số loại đất ở ĐBSCL trộn với vữa xi măng trong phòng. Các mục tiêu cụ thể hướng đến: (1) Nghiên cứu chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm thấm soilcrete trong phòng. (2) Xây dựng quy trình hướng dẫn thí nghiệm thấm vật liệu soilcrete trong phòng thí nghiệm bằng thiết bị thấm chế tạo.
(3) Phân tích ứng xử thấm soilcrete theo các khía cạnh bao gồm: thời gian bảo dưỡng, hàm lượng xi măng, loại xi măng, loại đất, và phụ gia bentonite. (4) Thiết lập bước đầu mối tương quan giữa cường độ và hệ số thấm của soilcrete. (5) Khảo sát vi cấu trúc và thành phần khoáng của soilcrete. (6) Mô phỏng và phân tích khả năng sử dụng soilcrete làm tường ngăn thấm, tăng ổn định cho đường ven sông và đê bao ở khu vực ĐBSCL.
PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU 4. Phương pháp Đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu gồm: Phương pháp nghiên cứu tổng quan: Tổng quan các tài liệu, các cơ sở lý thuyết, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến hệ số thấm của đất trộn xi măng. Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm: Thực hiện các thí nghiệm trong phòng xác định hệ số thấm và cường độ mẫu soilcrete. Phân tích ứng xử thấm của mẫu soilcrete theo hàm lượng xi măng, thời gian bảo dưỡng, loại đất, loại xi măng, và phụ gia bentonite.
Thực hiện thí nghiệm xác định thành phần khoáng và quan sát vi cấu trúc mẫu soilcrete để lý giải kết quả hệ số thấm soilcrete.