Luận án Nghiên cứu sử dụng đất đá thải từ các mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm đường ô tô - Đỗ Văn Thái

à giá trị đặc trưng của 2 Mẫu. Giá trị LA đặc trưng của Mẫu 1 là 36.10% và của Mẫu 2 là 41.08% Kết quả trung bình độ mài mòn LA của 2 Mẫu là 38.59%. Hình 2.10: Biểu đồ LA 11010090807060 99 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 82.8 6.987 9 0.294 0.520 74.76 3.417 9 0.218 0.770 Mean StDev N AD P Data P e rc e n t Mẫu 1 Mẫu 2 Variable Probability Plot of Mẫu 1, Mẫu 2 Normal - 95% CI Mẫu 2Mẫu 1 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Cư ờn g độ ( M P a ) 82.8 74.76 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén đá gốc: Mẫu 1, Mẫu 2 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 LA (%) D en si ty 36.10 0.05 32.5 32.5 Normal, Mean=32.5, StDev=2.19 Biểu đồ LA Mẫu 1 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 LA (%) D en si ty 41.08 0.05 34.8 34.8 Normal, Mean=34.8, StDev=3.82 Biểu đồ LA Mẫu 2 Mẫu 2Mẫu 1 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Cư ờn g độ ( M P a ) 82.8 74.76 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén đá gốc: Mẫu 1, Mẫu 2 48 2.3.6.3. Thí nghiệm chỉ số dẻo của đất (cỡ hạt nhỏ hơn 0,425mm) Sử dụng vật liệu đá từ 2 “mẫu đại diện” (Mẫu) để thí nghiệm chỉ số dẻo của cỡ hạt nhỏ hơn 0,425mm được thí nghiệm theo [35]. Giới hạn chảy của đất xác định thep phương pháp Casagrande là độ ẩm của đất khi nhào với nước được xác định bằng dụng cụ quay đập Casagrande, khi rãnh đất được khít lại một đoạn gần 13 mm (0,5 inch = 12,7 mm) sau 25 nhát đập chùy. Hình 2.11: Thí nghiệm xác định độ dẻo Hình 2.11 quá trình thí nghiệm chỉ số dẻo của đất, chi tiết kết quả thí nghiệm xem trong phần phụ lục. Hình 2.12 là kết quả phân tích thống kê giá trị trung bình và giá trị đặc trưng của 2 Mẫu. Bảng 2.8 là tập hợp các kết quả tính toán chỉ số dẻo. Bảng 2.8: Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định độ dẻo Thông số Mẫu 1 Mẫu 2 Trung bình Trung bình Đặc trưng Trung bình Đặc trưng Giới hạn chảy, % 28.42 29.65 27.12 29.64 29.65 Giới hạn dẻo, % 23.08 24.91 22.18 25.12 25.02 Chỉ số dẻo, % 5.34 4.74 4.94 4.52 4.63 Nếu lấy trung bình các giá trị đặc trưng của 2 mẫu được các giá trị đại diện khi đánh giá chất lượng vật liệu đất, đá thải: Giới hạn chảy 29.65%; Giới hạn dẻo 25.02%; và Chỉ số dẻo 4.63%. 49 Hình 2.12: Biểu đồ xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo 2.4.6.4. Thí nghiệm xác định chỉ số CBR Thí nghiệm đầm nén cải tiến để đạt độ chặt K=98%. Chọn phương pháp II – D dùng phương pháp cải tiến quy định trong [20] và [21]. Ngâm mẫu đã đầm chặt 98% trong nước 96h để thí nghiệm chỉ số sức chịu tải CBR Hình 2.13: Thí nghiệm CBR Kết quả thí nghiệm CBR dẫn trong Bảng 2.9. Hình 2.14 là biểu đồ phân phối chuẩn xác định giá trị đặc trưng CBR của 2 Mẫu đại diện. Kết quả trung bình của 2 giá trị đặc trưng cho 2 Mẫu để đánh giá chất lượng vật liệu là CBR=61.40% 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 X D e n si ty 29.65 0.05 28.42 28.42 Normal, Mean=28.42, StDev=0.75 Biểu đồ giới hạn chảy: Mẫu 1 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 X D en si ty 29.64 0.05 27.12 27.12 Normal, Mean=27.12, StDev=1.53 Biểu đồ giới hạn chảy: Mẫu 2 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 X D en si ty 24.91 0.05 23.08 23.08 Normal, Mean=23.08, StDev=1.11 Biểu đồ giới hạn dẻo: Mẫu 1 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 X D en si ty 25.12 0.05 22.18 22.18 Normal, Mean=22.18, StDev=1.79 Biểu đồ giới hạn dẻo: Mẫu 2 50 Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm CBR Mẫu 1 Ký hiệu Chỉ số CBR, % Mẫu 2 Ký hiệu Chỉ số CBR, % 1 M1 69.2 1 M1 67.8 2 M2 74.3 2 M2 67.3 3 M3 66.7 3 M3 66.4 4 M4 63.5 4 M4 63.7 5 M5 67.8 5 M5 73.6 6 M6 66.2 6 M6 67.2 7 M7 71.1 7 M7 70.6 8 M8 65.8 8 M8 72.5 9 M9 78.2 9 M9 61.1 Trung bình, Xtb 69.20 Trung bình, Xtb 67.80 Độ lệch chuẩn, S 4.64 Độ lệch chuẩn, S 4.00 Giá trị đặc trưng, Xdt 61.58 Giá trị đặc trưng, Xdt 61.22 Hình 2.14: Biểu đồ CBR 2.3.7 Nhận xét, đánh giá kết quả thí nghiệm đất, đá thải để sử dụng làm vật liệu xây dựng nền đường và kết cấu mặt đường Trên cơ sở các kết quả khảo sát, thí nghiệm tại các mỏ khai thác than QN và đối chiếu với các yêu cầu về vật liệu dùng trong xây dựng đường ô tô, đề xuất một số hướng sử dụng đất đá thải trong xây dựng nền móng đường ô tô như sau: 2.3.7.1 Sử dụng trực tiếp để đắp nền đường ô tô Trong [11] quy định vật liệu đắp nền đường không được sử dụng trực tiếp các loại đất bùn, đất than bùn; đất mùn lẫn hữu cơ có thành phần hữu cơ quá 10,0%, đất có lẫn cỏ và rễ cây, lẫn rác thải sinh hoạt; đất lẫn muối; đất sét có độ trương nở cao. 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 X D e n si ty 61.57 0.05 69.2 69.2 Normal, Mean=69.2, StDev=4.64 Biểu đồ CBR: Mẫu 1 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 X D en si ty 61.22 0.05 67.8 67.8 Normal, Mean=67.8, StDev=4 Biểu đồ CBR: Mẫu 2 51 Chỉ số CBR từ 8% đến 3%. Kích cỡ hạt lớn nhất của các hạt sỏi cuội, đá lẫn trong đất 100mm cho phép đắp trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đường và là 150 mm khi đắp phạm vi dưới khu vực tác dụng. Cường độ chịu nén của đá trên 20 Mpa. Như vậy, đối chiếu yêu cầu kỹ thuật trong [11] vật liệu đất đá thải tại bãi thải ĐCS hoàn toàn có thể dùng để đắp nền đường. Tuy nhiên chỉ tận dụng được những cỡ hạt từ 150 mm trở xuống. 2.3.7.2 Sử dụng trực tiếp làm móng, mặt đường ô tô Ở đây vật liệu đất đá tại bãi thải ĐCS được quan niệm và sử dụng như là một loại cấp phối thiên nhiên (CPTN), không có gia công hoặc xử lý gì thêm mà sử dụng trực tiếp để làm móng đường ô tô các loại hoặc mặt đường cấp phối. Trong [6] yêu cầu về về Chỉ số dẻo (PI) nhỏ hơn hoặc bằng 12%; Chỉ số LA nhỏ hơn hoặc bằng 50%; Chỉ số CBR lớn hơn hoặc bằng 30% và thành phần hạt vật liệu cấp phối thiên nhiên phải nằm trong vùng giới hạn của đường bao cấp phối quy định. Như vậy, vật liệu đất đá của bãi thải ĐCS sau khi loại bỏ đá có kích cỡ lớn hơn 50mm hoàn toàn có dùng để xây dựng móng đường ô tô hoặc làm mặt đường cấp thấp (mặt đường cấp phối) tùy theo các chỉ tiêu về PI, LA, CBR tương ứng. Mặt khác theo [7] thì vật liệu đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh nếu được gia công nghiền sàng thành cấp phối thì đảm bảo đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật sử dụng như lớp cấp phối đá dĕm loại II, làm lớp móng dưới trong kết cấu mặt đường. 2.3.7.3 Làm móng mặt đường ô tô sau khi gia cố với xi mĕng Đề xuất này với quan niệm đất đá tại bãi thải ĐCS được coi là một loại CPTN, sau khi đã chọn lọc và gia cố với xi mĕng để làm móng đường ô tô các loại hoặc mặt đường cấp thấp. Trong tiêu chuẩn quốc gia [8], có thể sử dụng các loại CPTN để gia cố xi mĕng làm lớp móng dưới cho mọi kết cấu áo đường cứng hoặc mềm và chỉ nên sử dụng chúng làm lớp móng trên cho mặt đường từ đường cấp III trở xuống với các yêu cầu sau: + Khi dùng làm lớp móng trên nên sử dụng CPTN có lượng lọt sàng trên 90%; + Các loại CPTN loại B và C cũng có thể gia cố xi mĕng để làm lớp mặt trên có láng nhựa cho kết cấu áo đường cấp cao A2. + Khi CPTN dùng để gia cố xi mĕng làm lớp móng trên yêu cầu chỉ tiêu Los 52 Angeles (LA) không vượt quá 35%, trường hợp dùng làm lớp móng dưới (không trực tiếp với tầng mặt của lớp kết cấu áo đường) yêu cầu không vượt quá 45%. + Hỗn hợp cấp phối phải có hàm lượng tạp chất hữu cơ không được vượt quá 2%, hàm lượng muối Sunfát không được quá 0.25%, chỉ số dẻo phải nhỏ hơn 6% (với CPTN cho phép chỉ số dẻo ≤ 12) và tỷ lệ thoi dẹt xác định theo [9] không được quá 18%. Mặt khác, nếu được gia công nghiền sàng theo đúng cấp phối quy định trong [7] và [19] thì đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh còn sử dụng như lớp cấp phối đá dĕm gia cố xi mĕng, làm lớp móng trên trong kết cấu mặt đường. 2.4 Nghiên cứu đề xuất lựa chọn cấp phối đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh làm vật liệu kết cấu mặt đường ô tô. Như đã phân tích ở Mục 2.3, đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh có thể coi như là một nguồn vật liệu tự nhiên, sẵn có và hoàn toàn có thể sử dụng trong xây dựng đường. Tuy nhiên nếu chỉ áp dụng phương án tuyển, loại bỏ các loại đá có kích thước lớn để phù hợp với [6]; [7] và [8] thì lượng vật liệu thu được đạt yêu cầu chỉ chiếm tỷ lệ rất thấp (không đến 10%), hệ số sử dụng không cao dẫn đến hiệu quả kinh tế thấp và thiếu tính khả thi. Do đó trong nghiên cứu này đề xuất áp dụng phương án gia công nghiền, sàng để tạo ra các loại cấp phối đất, đá hợp lý đủ tiêu chuẩn có thể sử dụng làm các lớp móng đường ô tô có gia cố hoặc không gia cố với xi mĕng với mục đích sử dụng được tối đa vật liệu đất, đá thải mỏ than. Sử dụng hai phương án gia công (nghiền và sàng) để tạo cấp phối đất đá, dùng trong nghiên cứu và thử nghiệm dưới đây: - Phương án 1: Sử dụng riêng phần đá nhóm A từ đất, đá bãi thải ĐCS để sản xuất cấp phối đá dĕm theo yêu cầu về thành phần hạt đạt Dmax theo [7] đồng thời cũng đạt Dmax= 31,5 theo [8]. Cấp phối đá dĕm thu được sau khi nghiền sàng phần đá nhóm A từ đất, đá bãi thải ĐCS được đặt tên là “Cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS”. - Phương án 2: Sử dụng tất cả các cỡ hạt, cả nhóm A và nhóm B từ đất, đá bãi thải ĐCS (có cả đất) để sản xuất cấp phối “đất lẫn đá”. Cấp phối loại này có tính chất gần với cấp phối thiên nhiên nhưng lại có nhiều chỉ tiêu gần tương đương cấp phối đá dĕm A-ĐCS. Cấp phối “đất lẫn đá” thu được sau khi nghiền sàng toàn bộ phần đất, đá bãi thải ĐCS được đặt tên là “Cấp phối đá dĕm nhóm AB-ĐCS”. 2.4.1 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối đá nhóm A-ĐCS - Thành phần hạt của cấp phối đá nhóm A-ĐCS thu được dẫn ở Bảng 2.10. 53 Bảng 2.10: Thành phần hạt của cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS Kích cỡ lỗ sàng vuông, mm Tỷ lệ % lọt qua sàng CPĐD nhóm A-ĐCS TCVN 8858:2011 Dmax= 31,5 TCVN 8859:2011 Dmax= 25,0 37,5 100 100 100 31,5 - 95 ÷ 100 - 25,0 85 79 ÷ 90 79-90 19,0 78 67 ÷ 83 67-83 9,5 57 49 ÷ 64 49-64 4,75 40 34 ÷ 54 34-54 2,36 30 25 ÷ 40 25-40 0,425 17 12 ÷ 24 12-24 0,075 6 2 ÷ 12 2-12 Sử dụng vật liệu theo cấp phối nhóm A-ĐCS thí nghiệm đầm nén cải tiến II-D và thí nghiệm CBR ứng với độ chặt 98% ngâm nước 96h. Kết quả giá trị đặc trưng CBR của cấp phối đá nhóm A-ĐCS bằng 67.98% như Hình 2.20. Thí nghiệm hàm lượng hạt thoi dẹt được kết quả 16%. Hàm lượng hữu cơ 0.5% và lượng muối sunphat 0%. - Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu khác của cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS dẫn ở Bảng 2.11. Hình 2.15: Biểu đồ CBR của CPDD nhóm A-ĐCS 858075706560 99 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 Mean 73.54 StDev 3.382 N 9 AD 0.198 P-Value 0.836 CBR-A ĐCS P e rc e n t Normal - 95% CI Biểu đồ: CBR-A ĐCS 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 CBR A-ĐCS D en si ty 67.98 0.05 73.54 73.54 Normal, Mean=73.54, StDev=3.382 Biểu đồ phân phối chuẩn CBR A-ĐCS 54 Bảng 2.11: Một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS Chỉ tiêu CPĐD nhóm A- ĐCS TCVN 8859:2011 TCVN 8858:2011 Loại I Loại II Độ hao mòn Los-Angeles của cốt liệu (LA), % 38.59 ≤ 35 ≤ 40 móng trên ≤ 35 Chỉ số sức chịu tải CBR tại độ chặt K98, ngâm nước 96 h, % 67.98 (61.40) ≥ 100  - Giới hạn chảy (WL), % 29.65 ≤ 25 ≤ 35 - Chỉ số dẻo (IP), % 4.63 (5.34) ≤ 6 ≤ 6 ≤ 6 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % 16 ≤ 18 ≤ 20 Hàm lượng hữu cơ, % 0.5 (0.9) - - 2 Hàm lượng muối Sunfát 0.0 - - 0.25 Ghi chú: Trị số trong ngoặc đơn là của cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS - Để xác định các thông số thiết kế kết cấu mặt đường thì phải thí nghiệm mô đun đàn hồi lớp cấp phối A-ĐCS. Trong điều kiện nghiên cứu chưa thí nghiệm được đối với vật liệu rời nên được xác định thông qua trị số CBR. Theo [18] đều lấy mô đun đàn hồi và hệ số lớp a theo các toán đồ phụ thuộc vào chỉ số CBR. Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã xây dựng mối liên hệ giữa mô đun đàn hồi hữu hiệu Mr của lớp vật liệu cấp phối đá dĕm và hệ số CBR. Nghiên cứu ở Pháp nĕm 2014 Adama Dione, Meissa Fall, Yves, Berthaud, Farid Benboudjema, Alexandre Michou (2014), Implementation of Resilient Modulus - CBR relationship in Mechanistic-Empirical (M. -E) Pavement Design đã kiến nghị quan hệ này phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường theo AASHTO và phương pháp cơ học thực nghiệm Mr = 91.226 + 0.017 x (CBR) 2 (2.7) Trong đó : Mr là mô đun đàn hồi hữu hiệu cấp phối đá dĕm (Mpa) và CBR chỉ số sức chịu tải California của cấp phối đá dĕm (%). Hình 2.16 là biểu đồ tương quan giữa các thông số của lớp móng dưới không gia cố 55 theo hướng dẫn thiết kế kết cấu áo đường mềm AASHTO1993. Mr có thể được xác định qua hệ số lớp ai, CBR, thí nghiệm nén 3 trục Texas. Hình 2.16: Biểu đồ xác định hệ số lớp a3 của lớp móng dưới làm bằng vật liệu hạt, theo các tham số cường độ: mô đun đàn hồi ESB và/ hoặc trị số CBR Từ Hình 2.16 với giá trị đặc trưng CBR=67.98% thì hệ số lớp a=0.135 và mô đun đàn hồi hữu hiệu vào khoảng 125MPa. Nhận xét: Loại vật liệu cấp phối đá dĕm thu được sau khi nghiền sàng phần đá nhóm A từ đất – đá bãi thải ĐCS có các chỉ tiêu cơ lý đạt cấp phối đá dĕm loại II theo [7] và đạt yêu cầu dùng để gia cố với xi mĕng để làm móng trên của đường ô tô [8]. Như vậy lớp vật liệu cấp phối A-ĐCS có thể dùng trực tiếp làm làm lớp móng dưới của các loại kết cấu áo đường ô tô, nếu gia cố với xi mĕng có thể dùng làm móng trên của kết cấu áo đường ô tô. 2.4.2 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối đá nhóm AB-ĐCS - Thành phần hạt của cấp phối đá nhóm AB-ĐCS thu được dẫn ở Bảng 2.12. 56 Bảng 2.12: Thành phần hạt của cấp phối đá dĕm nhóm AB-ĐCS Kích cỡ lỗ sàng vuông, mm Lượng lọt sàng, % CPĐD, Dmax 37,5 CPĐD, Dmax 31,5 CPTN loại A CPTN loại B CPĐD AB-ĐCS Cấp phối thực tế (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 50,0 100 100 100 37,5 95-100 100 100 100 - 95 31,5 - 95-100 - - - 90 25,0 - 79-90 - 75-95 79-90 85 19,0 58-78 67-83 - - 67-83 78 9,5 39-59 49-64 30-65 40-75 49-64 57 4,75 24-39 34-54 25-55 30-60 34-54 45 2,36 (2,00) 15-30 25-40 15-40 20-45 20-45 37 0,425 7-19 12-24 8-20 15-30 15-30 23 0,075 2-12 2-12 2-8 5-15 5-15 12 Các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá nhóm AB-ĐCS gần tương tự như loại A-ĐCS được dẫn ở Bảng 2.12. Có 02 chỉ tiêu cao hơn A-ĐCS là chỉ số dẻo là (IP=5.34%); hàm lượng hữu cơ (0.9%) và giá trị CBR là thấp hơn so với cấp phối A-ĐCS (CBR=61.40%). Tra toán đồ Hình 2.16 được giá trị hệ số lớp a=0.13 và mô đun đàn hồi vào khoảng 120MPa. 2.5 Nghiên cứu cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS và nhóm AB-ĐCS gia cố xi mĕng làm vật liệu trong kết cấu mặt đường ô tô 2.5.1 Tóm tắt yêu cầu và nội dung nghiên cứu 1. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS gia cố xi mĕng với 02 tỷ lệ thông thường (4% và 6%) để kiểm tra xem có đạt các chỉ tiêu yêu cầu về cường độ theo [8] làm móng đường ô tô hay không, đồng thời dùng để so sánh với cấp phối đá dĕm nhóm AB-ĐCS gia cố xi mĕng. 2. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để lựa chọn được tỷ lệ xi mĕng hợp lý cho hỗn hợp cấp phối đá dĕm nhóm AB-ĐCS gia cố xi mĕng: giữ nguyên loại cấp phối, sử dụng một loại chất gia cố là xi mĕng, chỉ có một biến thay đổi là tỷ lệ xi mĕng 57 trong hỗn hợp tương ứng: 0%; 2%; 4%; 6%; 8%; 10%). 3. Xác định các thông số kỹ thuật của cấp phối đá dĕm nhóm AB-ĐCS gia cố xi mĕng (tỷ lệ xi mĕng hợp lý) để đối chiếu với yêu cầu trong [8] và dùng trong tính toán thiết kế kết cấu áo đường thử nghiệm. 4. So sánh đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của 2 loại cấp phối nhóm A-ĐCS và AB- ĐCS cùng gia cố với tỷ lệ xi mĕng 4% và 6%. 2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm Đã tiến hành lập kế hoạch chế bị và thí nghiệm xác định các thông số của cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS và AB-ĐCS với yêu cầu đủ để xử lý số liệu và đáp ứng được những tiêu chí nêu ở 2.5.1. - Tổng hợp khối lượng thí nghiệm A-ĐCS gia cố xi mĕng dẫn ở Bảng 2.13. Bảng 2.13: Tổng hợp khối lượng các thí nghiệm cần thực hiện nhóm A-ĐCS STT Chỉ tiêu thí nghiệm Hàm lượng xi mĕng, % Số lượng tổ mẫu Số lượng mẫu Ký hiệu mẫu 1 Cường độ chịu nén (sau 14 ngày tuổi) theo TCVN 8858:2011 4 1 9 NA4-19 6 1 9 NA6-19 2 Cường độ ép chẻ theo TCVN 8858:2011 4 1 9 KA4-19 6 1 9 KA6-19 3 Mô đun đàn hồi theo Phụ lục C3 22TCN 211-06 5 (sau khi đã TN ở 1, 2) 1 9 EA5-19 4 Tổng số mẫu thí nghiệm xi mĕng 45 Ghi chú: N: Cường độ chịu nén sau 14 ngày tuổi; K: Cường độ ép chẻ sau 14 ngày tuổi; E: Mô đun đàn hồi sau 28 ngày tuổi; A: Cấp phối đá dĕm nhóm A-ĐCS; Chỉ số thứ nhất (trước gạch nối): Tỷ lệ xi mĕng; Chỉ số thứ hai (sau gạch nối): Số hiệu mẫu trong tổ mẫu. 58 - Tổng hợp khối lượng thí nghiệm A-ĐCS gia cố xi mĕng dẫn ở Bảng 2.14. Bảng 2.14: Tổng hợp khối lượng các thí nghiệm cần thực hiện nhóm AB-ĐCS STT Chỉ tiêu thí nghiệm Hàm lượng xi mĕng (p), % Số lượng tổ mẫu Số lượng mẫu Ký hiệu mẫu 1 Cường độ chịu nén (sau 14 ngày tuổi) theo TCVN 8858:2011 2 1 9 NAB2-19 4 1 9 NAB4-19 6 1 9 NAB6-19 8 1 9 NAB8-19 10 1 9 NAB10-19 2 Cường độ ép chẻ (sau 14 ngày tuổi) theo TCVN 8858:2011 2 1 9 KAB2-19 4 1 9 KAB4-19 6 1 9 KAB6-19 8 1 9 KAB8-19 10 1 9 KAB10-19 3 Mô đun đàn hồi theo Phụ lục C3 22TCN 211- 06 6 (tỷ lệ sau khi đã phân tích lựa chọn) 1 9 EAB6-19 4 Tổng số mẫu thí nghiệm gia cố xi mĕng 99 Ghi chú: N: Cường độ chịu nén sau 14 ngày tuổi; K: Cường độ ép chẻ sau 14 ngày tuổi; E: Mô đun đàn hồi sau 28 ngày tuổi; AB: Cấp phối đá dĕm nhóm AB-ĐCS; Chỉ số thứ nhất (trước gạch nối): Tỷ lệ xi mĕng; Chỉ số thứ hai (sau gạch nối): Số hiệu mẫu trong tổ mẫu. 59 2.5.3 Chế bị mẫu và thí nghiệm 2.5.3.1. Chế bị mẫu thí nghiệm Đã tiến hành chế bị mẫu thí nghiệm bằng phương pháp khống chế thể tích theo các bước sau đây: - Thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn xác định thể tích khô lớn nhất (kmax) và độ ẩm tối nhất (Wo) của cấp phối A-ĐCS hoặc AB-ĐCS khi chưa gia cố theo [20]; - Tính trước khối lượng một mẫu hỗn hợp cấp phối đá thải gia cố xi mĕng ở trạng thái độ ẩm tốt nhất để đúc mẫu thí nghiệm như sau: Gọi khối lượng một mẫu hỗn hợp là Q (g), khối lượng vật liệu đá thải khô là D (g), xi mĕng khô là X(g) và nước là N(g), thể tích một mẫu hỗn hợp hay chính là thể tích khuôn chế bị mẫu là V (cm3). Mẫu thí nghiệm nén và ép chẻ dùng khuôn cối Protor cải tiến, có V = 2123,06 cm3; mẫu thí nghiệm mô đun đàn hồi có V = 785,4 cm3. Ta có công thức tính như sau: Q = D + X + N (g) (2.8) Trong đó: - D = V * kmax * (1 – 0,01 * p) (g) - X = 0,01 * p * V * kmax (g) - N = D * 0,01 * Wo + 0,5 * X (g) - Từ đó, có thể tính trước được khối lượng một serie n mẫu hỗn hợp đá thải gia cố xi mĕng ở trạng thái độ ẩm tốt nhất như mong muốn. - Trộn hỗn hợp cấp phối đá thải gia cố đã chuẩn bị (tính trước) ở trên đây, ủ hỗn hợp khoảng 2 giờ (Đối với mẫu 0% xi mĕng thì vẫn có thể dùng công thức (2.8) để tính với lượng xi mĕng bằng không và thời gian ủ mẫu chỉ là 30 phút). - Chế bị mẫu cho thí nghiệm nén và thí nghiệm ép chẻ (ở độ chặt K = 100%) bằng khuôn cối proctor cải tiến. Thực hiện phép thử theo [8]. Mỗi tổ thí nghiệm đúc 9 mẫu. Ký hiệu mẫu như trên đã trình bày ở trên bằng miếng giấy in chế bản vi tính, ghi vào nhật ký ngày đúc mẫu, ngày lấy mẫu ra thí nghiệm để theo dõi. Tiến hành bảo dưỡng ẩm mẫu gia cố trong thùng giữ ấm. - Chế bị mẫu cho thí nghiệm mô đun đàn hồi được thực hiện tương tự như trên nhưng kích thước khuôn mẫu để thí nghiệm mô đun đàn hồi là 10 cm x 10 cm. Xem hình 2.17 và hình 2.18. Trên thực tế đã sử dụng khuôn viên và mặt bằng tại phòng thí nghiệm LAS XD 72 có thêm trang bị thêm bộ gá và kích thủy lực hỗ trợ công việc lấy mẫu ra khỏi khuôn đúc đảm bảo nhanh gọn, chính xác, không hư hại mẫu. Bộ gá được chế tạo từ khung thép gắn với kích tay thủy lực loại 5 tấn chế tạo tại chỗ do Xưởng công trình, 60 khoa công trình trường UTT hỗ trợ. Hình 2.17: Chuẩn bị hỗn hợp gia cố xi mĕng Hình 2.18: Chế bị, tháo khuôn và ký hiệu mẫu thử 2.5.4.2. Thí nghiệm mẫu Sau khi đủ thời gian bảo dưỡng, tiến hành thí nghiệm nén và ép chẻ các mẫu đá gia có xi mĕng theo quy định tại [8] và thí nghiệm mô đun đàn hồi theo Phụ lục C3 tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường mềm [17]. Xem hình 2.19 và 2.20. Hình 2.19: Thí nghiệm cường độ chịu nén 61 Hình 2.20: Thử nghiệm kiểm tra cường độ chịu nén khi ép chẻ 2.5.4 Kết quả thí nghiệm đối với nhóm A-ĐCS gia cố xi mĕng Kết quả Thí nghiệm được thể hiện ở các Hình 2.21, Hình 2.22, Hình 2.23 và tập hợp Bảng 2.15. Đối chiếu với [8] thì cấp phối đá A-ĐCS gia cố 4% và 6% đều có thể làm lớp móng trên cho tất cả các cấp đường. Tuy nhiên theo [19] để làm lớp móng trên cho các đường cao tốc, đường cấp II trở lên thì mô đun đàn hồi phải trong khoảng 600-800 MPa, cho các đường cấp III trở xuống thì Edh=400-600 MPa. Như vậy lớp vật liệu A-ĐCS gia cố 4-6% xi mĕng chỉ dùng làm lớp móng trên cho đường cấp III trở xuống hoặc lớp móng dưới cho tất cả các cấp đường. Hình 2.21: Biểu đồ cường độ nén ở 14 ngày A-ĐCS gia cố xi mĕng Hình 2.22: Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày A-ĐCS gia cố xi mĕng 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Rn 14 ngày (MPa) D en si ty 4.046 0.05 4.26 4.26 Normal, Mean=4.26, StDev=0.13 Biểu đồ Rn 14 ngày tuổi A-ĐCS 4% XM 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Rn 14 ngày (MPa) D en si ty 5.233 0.05 5.71 5.71 Normal, Mean=5.71, StDev=0.29 Biểu đồ Rn 14 ngày tuổi A-ĐCS 6% XM 20 15 10 5 0 Rech 14 ngày (MPa) D en si ty 0.4771 0.05 0.51 0.51 Normal, Mean=0.51, StDev=0.02 Biểu đồ Rech 14 ngày tuổi A-ĐCS 4% XM 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Rech 14 ngày (MPa) D en si ty 0.5178 0.05 0.6 0.6 Normal, Mean=0.6, StDev=0.05 Biểu đồ Rech 14 ngày tuổi A-ĐCS 6% XM 62 Hình 2.23: Biểu đồ mô đun đàn hồi A-ĐCS gia cố 5% xi mĕng Bảng 2.15: Tổng hợp kết quả thí nghiệm vật liệu A-ĐCS gia cố xi mĕng Mẫu Hàm lượng xi mĕng 4% 6% 5% Rn(Mpa) Rech(Mpa) Rn(Mpa) Rech(Mpa) Edh(Mpa) 1 4.34 0.51 5.65 0.60 584 2 4.13 0.50 5.75 0.58 565 3 4.25 0.49 5.62 0.57 570 4 4.05 0.52 5.46 0.62 548 5 4.53 0.53 5.87 0.61 562 6 4.27 0.48 5.89 0.59 584 7 4.23 0.47 5.84 0.58 596 8 4.32 0.53 5.13 0.69 545 9 4.24 0.52 6.15 0.52 603 Xtb 4.26 0.51 5.71 0.60 573 S 0.13 0.02 0.29 0.05 20.23 Xđt 4.04 0.47 5.23 0.52 539.72 660640620600580560540520500 99 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 Mean 573 StDev 20.23 N 9 AD 0.207 P-Value 0.808 Edh P e rc e n t Normal - 95% CI Biểu đồ kiểm tra phân phối Edh 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 Edh (MPa) D en si ty 539.7 0.05 573 573 Normal, Mean=573, StDev=20.23 Biểu đồ mô đun đàn hồi 63 2.5.5 Kết quả thí nghiệm đối với nhóm AB-ĐCS gia cố xi mĕng Tương tự như đối với A-ĐCS ở trên, kết quả thí nghiệm AB-ĐCS được tập hợp ở Bảng 2.16, Bảng 2.17 và các Hình 2.24, Hình 2.25 Đối chiếu với [8] và Quyết định [19] thì cấp phối đá AB-ĐCS có mô đun đàn hồi chỉ ở trong khoảng 400-600 MPa nên chỉ làm được lớp móng trên cho các đường cấp III trở xuống. Tất cả các tỷ lệ gia xi mĕng đều có thể làm lớp móng dưới. Để làm lớp móng trên thì cường độ chịu nén tối thiểu 3MPa và cường độ ép chẻ tối thiểu 0.35MPa, như vậy tỷ lệ gia cố xi mĕng lớn hơn hoặc bằng 4% mới đảm bảo. Tỷ lệ gia cố 2% xi mĕng không làm được lớp móng trên cho tất cả các cấp đường. Bảng 2.16: Kết quả cường độ nén ở 14 ngày cấp phối AB-ĐCS với các tỷ lệ xi mĕng Mẫu Cường độ nén ở 14 ngày (MPa) 2% 4% 6% 8% 10% 1 2.18 3.57 5.14 6.65 7.45 2 2.35 3.77 5.23 6.65 7.46 3 2.05 4.10 5.38 6.15 7.32 4 2.19 3.69 5.02 6.49 7.26 5 2.31 3.56 5.42 6.42 7.54 6 2.13 4.12 5.38 6.57 7.64 7 2.09 4.06 5.21 6.37 7.29 8 2.23 4.07 5.45 6.23 7.04 9 2.29 3.28 5.12 6.87 8.01 Xtb 2.20 3.80 5.26 6.49 7.45 S 0.10 0.30 0.15 0.22 0.27 Xđt 2.03 3.31 5.01 6.12 6.99 64 Bảng 2.17: Kết quả cường độ ép chẻ ở 14 ngày và mô đun đàn hồi cấp phối AB-ĐCS với các tỷ lệ xi mĕng Mẫu Cường độ ép chẻ ở 14 ngày (MPa) E đh (MPa) 2% 4% 6% 8% 10% 6% 1 0.28 0.41 0.50 0.58 0.69 475 2 0.31 0.44 0.54 0.61 0.72 480 3 0.33 0.39 0.52 0.65 0.68 485 4 0.36 0.36 0.49 0.62 0.73 487 5 0.27 0.42 0.56 0.64 0.71 491 6 0.29 0.46 0.52 0.57 0.68 468 7 0.33 0.47 0.59 0.59 0.74 501 8 0.29 0.39 0.48 0.64 0.64 447 9 0.30 0.38 0.50 0.61 0.73 495 Xtb 0.31 0.41 0.52 0.61 0.70 481.00 S 0.03 0.04 0.04 0.03 0.03 16.24 Xđt 0.26 0.35 0.46 0.57 0.65 454.28 65 Hình 2.24: Biểu đồ cường độ nén ở 14 ngày AB-ĐCS Hình 2.25: Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày AB-ĐCS Phương trình hồi quy của cường độ nén với tỷ lệ xi mĕng được thiết lập bằng phần mềm Minitab có dạng tuyến tính, đảm bảo có ý nghĩa thống kê: Các hệ số đều có p- value<0.05 và hệ số xác định điều chỉnh R2đc=97.76% Phân tích hồi quy: Rn với Tỷ lệ XM 108642 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Tỷ lệ xi măng (%) R n ( M P a) 3 3.5 4 1.5 7.44556 6.48889 5.26111 3.80222 2.20222 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén