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

nhưỡng; về sản xuất vật liệu như gạch, ngói trong xây dựng; san lấp mặt bằng, làm đường tạm, dân sinh; sản xuất cát nhân tạo. 1.3.3 Phân tích và đề xuất nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thử nghiệm trong phòng về cấp phối đất, đá thải đã đề xuất gia cố xi mĕng; lựa chọn tỷ lệ chất kết dính hợp lý; phân tích đánh giá hiệu quả gia cố và xác định các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp gia cố xi mĕng dùng trong tính toán thiết kế thử nghiệm hiện trường. Xây dựng đoạn đường thử nghiệm sử dụng đất đá thải mỏ than trong kết cấu áo đường; Đề xuất một số kết cấu điển hình; đề xuất công nghệ sản xuất vật liệu cấp phối; hoàn thiện công nghệ thi công lớp cấp phối đất đá thải gia cố xi mĕng. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, phân tích cơ sở khoa học về sử dụng vật liệu trong xây dựng mặt đường ô tô. Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, thử nghiệm ngoài hiện trường. Sử dụng phương pháp tổng hợp, thống kê trong thiết kế thực nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm. Chương 2: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG ĐẤT, ĐÁ THẢI MỎ THAN KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 2.1 Nghiên cứu cơ sở khoa học sử dụng vật liệu đất, đá gia cố chất kết dính vô cơ trong xây dựng mặt đường ô tô 6 2.1.1 Khái niệm chung về gia cố vật liệu Quá trình tác động vật lý và cơ học do nghiền nhỏ cốt liệu, trộn và đầm nén để tạo khả nĕng tiếp xúc chặt chẽ giữa các hạt đất, đá cũng như các chất trộn thêm vào. Tính chất cơ lý và độ chặt được cải thiện, làm tĕng khả nĕng ổn định với nước và hạn chế những tác động có hại trong môi trường. Tuy nhiên hiệu quả gia cố cao chỉ đạt được với điều kiện chọn đúng chất liên kết và tỉ lệ sử dụng phù hợp với nhóm đất hay nhóm vật liệu hạt cần gia cố. Đồng thời chất liên kết phải được phân bố đồng đều kết hợp đầm nén đảm bảo. 2.1.2. Sự hình thành cường độ của đất gia cố chất kết dính vô cơ Đất gia cố chất kết dính vô cơ là hình thức trộn đều đất với chất kết dính vô cơ và nước theo một tỷ lệ nhất định trong thiết bị hoặc ở hiện trường; sau đó rải và lu lèn đến độ chặt yêu cầu tạo thành các lớp vật liệu móng, mặt đường. Cường độ của đất gia cố sẽ tĕng theo thời gian để đạt được cường độ thiết kế yêu cầu tùy thuộc vào loại chất liên kết sử dụng. Sự hình thành cường độ và tính ổn định nước của hỗn hợp vật liệu hạt gia cố chất liên kế vô cơ phụ thuộc nhiều vào thành phần khoáng của vật liệu hạt, phương pháp gia cố, các phản ứng xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa các chất kết dính với vật liệu khoáng và quá trình trao đổi ion giữa chúng. 2.1.3 Sự hình thành cường độ của các lớp vật liệu gia cố xi mĕng Trong giai đoạn đầu xi mĕng trộn trong đất được thủy hóa nhờ nước trong hỗn hợp sẽ tạo các sản phẩm thủy hóa; các sản phẩm này biến cứng giúp hình thành cường độ cho hỗn hợp. Trong giai đoạn tiếp theo sẽ xảy ra sự tương tác hóa lý và hóa học của cốt liệu mịn trong hỗn hợp với các sản phẩm thủy hóa của xi mĕng. Kết quả của hai quá trình trên tạo ra cấu trúc kết tinh có cường độ cao cho hỗn hợp gia cố xi mĕng. Cường độ này không chỉ phụ thuộc vào mác xi mĕng, tỷ lệ, loại xi mĕng mà còn phụ thuộc vào các tính chất như độ phân tán, thành phần hạt, thành phần khoáng hóa, hàm lượng các muối hòa tan, hàm lượng mùn hữu cơ và độ pH trong hỗn hợp vật liệu gia cố. Theo tính chất của xi mĕng, quá trình hình thành cường độ của lớp vật liệu gia cố xi mĕng cũng phát triển dần chủ yếu trong giai đoạn 28 ngày tuổi. 2.2 Thiết kế thí nghiệm và xử lý thống kê số liệu thí nghiệm 2.2.1 Thiết kế thí nghiệm Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of Experiments) bao gồm lựa chọn thí nghiệm, quy hoạch mẫu, thực hiện thí nghiệm và phân tích thống kê xử lý kết quả. Nghiên cứu thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) sử 7 dụng phần mềm Minitab 18 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%, trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu với số mẫu nhỏ sử dụng phương pháp của Tukey. 2.2.2 Các công thức tính toán Đối với tập mẫu xi gồm n mẫu, có giá trị trung bình x và độ lệch chuẩn s . Giá trị trung bình được xác định theo công thức: 1 n i i x x n   (2.1) Độ lệch chuẩn của thông số cần kiểm soát x được tính bằng công thức:  2 1 1 n i i x x s n    (2.2) Với số mẫu thử (sample) n ≤30 thì mẫu số của công thức là (n-1) còn với tổng thể (population) n >30 thì thay (n-1) bằng n. Trong các nghiên cứu thí nghiệm trong phòng với số mẫu nhỏ nên sử dụng với mẫu số (n-1). Hệ số biến sai của thông số cần kiểm soát được tính theo công thức v s c x  (2.3) Đối với tổ mẫu hoặc tập mẫu, để đánh giá mức độ biến động hoặc đánh giá độ chụm, thường dùng khoảng R (Range) theo công thức max minR X X  (2.4) Khoảng tin cậy được xác định là khoảng giá trị mà với một xác suất tương ứng thì tham số nằm trong khoảng đó. Cận dưới của khoảng tin cậy được gọi là giới hạn tin cậy dưới. Cận trên của khoảng tin cậy được gọi là giới hạn tin cậy trên. Trong kiểm soát chất lượng thi công mặt đường thường lấy khoảng tin cậy (CI) ±95%. CI s x x n   (2.5) Với CIx là các giá trị cận dưới và cận trên của khoảng tin cậy ứng với độ tin cậy R;  là hệ số xác định theo t-test;  là sai số cho phép 1 R   , thường R=95% thì =5%. Giá trị đặc trưng dtX của biến số X tuân theo quy luật phân bố chuẩn được tính: .SdtX X K  (2.6) Trong đó hệ số K=1,645 ứng với độ tin cậy R = 95% 2.2.3 Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu 8 Sử dụng phần mềm thống kê Minitab 18 đánh giá lại số mẫu với tiêu chuẩn t- test, power=0,8 (hệ số 1 0,8 0, 2    ) và mức ý nghĩa =0,05 (Hình 2.5) Độ mạnh và cỡ mẫu 1-Sample t-test Giá trị trung bình = null (versus ≠ null) Tính toán độ mạnh cho giá trị trung bình = null + độ chênh kệch α = 0.05 Giả thiết độ lệch chuẩn = 1 Kết quả Cỡ mẫu Độ mạnh Khác biệt 9 0.8  Hình 2.5: Phân tích lựa chọn số mẫu thí nghiệm 2.2.4 Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm Độ chụm là mức độ gần nhau giữa các kết quả thử nghiệm độc lập nhận được trong điều kiện quy định, thể hiện chất lượng công tác thí nghiệm, đảm bảo cơ sở khoa học để phân tích đưa ra những kết luận và kiến nghị của đề tài nghiên cứu. 2.3 Khảo sát, lấy mẫu đại diện và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ, lý, hóa của đất, đá thải mỏ than Đông Cao Sơn 2.3.1 Lựa chọn bãi thải đại diện Bãi thải Đông Cao Sơn là bãi thải có dung tích lớn nhất, ước tính lên đến 295 triệu m3, là nơi tập trung thu gom đất đá thải từ các mỏ than lộ thiên lân cận như: Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Khe Chàm II và Đông Đá Mài, chiếm trên 94% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng. Hình 2.6: Đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn 2.3.2 Đặc điểm chung của bãi thải Đông Cao Sơn 1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 α 0.05 StDev 1 Alternative ≠ Assumptions Difference P o w e r 9 Size Sample Power Curve for 1-Sample t Test 9 Vật liệu đất, đá thải tại bãi thải ĐCS thành phần chủ yếu bao gồm các loại đá phong hóa (cát kết, bột kết, sét kết) có độ bền cơ học không cao và lẫn trong đó một lượng nhỏ đất từ bề mặt của tầng phủ, ước chiếm khoảng 10% tổng số vật liệu thải. Đất đá thải có nhiều cỡ hạt khác nhau, thay đổi từ dạng hạt bụi đến cát, dĕm sạn rồi đến các loại đá cục và đá tảng (Hình 2.6). 2.3.3 Lấy mẫu đất, đá thải đại diện Tiến hành điều tra, phân tích và lập kế hoạch lấy “mẫu” một cách rất cẩn trọng, tiêu chí cơ bản sau: thứ nhất, mẫu phải đại diện cho toàn bộ khu vực bãi thải; thứ hai, một lần lấy mẫu phải đủ khối lượng cho các nghiên cứu thí nghiệm (phân loại và xác định thành phần hạt, chỉ tiêu cơ lý, các đặc trưng kỹ thuật trong xây dựng đường). Hình 2.7: Lấy mẫu đất, đá thải đại diện mỏ Đông Cao Sơn 2.3.4 Thành phần khoáng hóa của đất, đá bãi thải Thành phần khoáng hóa của đất đá thải ở bãi đổ thải ĐCS khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh được dẫn ở Bảng 2.1 (Trích dẫn số liệu báo cáo tại Hội nghị khoa học thường niên 2014/ISBN: (978-604-82- 1388-06). Bảng 2.1: Thành phần khoáng hóa đất, đá thải mỏ Đông Cao Sơn Số TT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả trung bình P.Pháp thử 1 SiO2 % 77,12 TCVN 7131 - 2002 2 Fe2O3 % 4,47 3 KMn % 4,42 4 Al2O3 % 9,4 5 TiO2 % 0,26 6 K2O % 1,67 7 Na2O % 0,16 8 CaO % 0,84 9 MgO % 0,8 10 SO3 % 0,02 2.3.5 Xác định thành phần hạt 10 Thành phần cỡ hạt được chia làm 2 nhóm: Nhóm A kích cỡ trên 50mm; nhóm B kích cỡ từ 50mm trở xuống. Kết quả phân tích dẫn ở Bảng 2.2 Bảng 2.2: Khối lượng theo nhóm bãi thải Đông Cao Sơn. Nhóm Kích cỡ, mm Khối lượng, % Mẫu 1 Mẫu 2 A >50 89,6 88,5 B ≤ 50 10,4 11,5 Loại cỡ >50mm lại được chia thành 3 cấp: Cấp a: >50100mm; Cấp b: >100 ÷ 150mm; Cấp c: >150mm. Kết quả phân tích tỷ lệ phần trĕm khối lượng mỗi cấp hạt trong tổng khối lượng của nhóm A bãi thải ĐCS dẫn ở Bảng 2.3. Bảng 2.3: Khối lượng theo cấp bãi thải ĐCS (nhóm A) Cấp Kích cỡ, mm Khối lượng, % Mẫu I Mẫu II a > 150 50,6 57,2 b > 100÷150 26,6 21,8 c > 50100 22,8 21,0 Loại có kích cỡ từ 50mm trở xuống phân tích thành phần hạt theo TCVN 4198: 2015. Kết quả dẫn ở Bảng 2.4. Bảng 2.4: Thành phần cỡ hạt của đất đá bãi thải Đông Cao Sơn (nhóm B) Cỡ sàng, mm Lượng lọt sàng, % Mẫu I Mẫu II 50 99,17 100 25 86,2 84,42 9,5 64,32 60,54 4,75 51,2 46,91 2 26,85 33,41 0,425 11,31 13,68 0,075 3,84 5,06 Đáy 11 Tổng hợp phân loại cỡ hạt của đất đá bãi thải ĐCS dẫn ở Bảng 2.5. Bảng 2.5: Tổng hợp phân loại cỡ hạt của đất đá bãi thải ĐCS Nhóm Cấp Kích cỡ, mm Kết quả % Mẫu I Mẫu II A a >150 45,3 50,7 b >100÷150 23,8 19,3 c >50100 20,5 18,5 B 50 ÷ 25 1,44 1,81 25 ÷ 9,5 2,27 2,77 9,5 ÷ 4,75 1,35 1,58 4,75 ÷ 2 2,54 1,57 2 ÷ 0,425 1,61 2,29 0,42 ÷ 0,075 0,77 1,00 < 0,075 0,4 0,59 Hình 2.7a: Phân loại thành phần cỡ hạt đất, đá bãi thải ĐCS Từ cỡ hạt được phân loại trên sẽ nghiên cứu đề xuất 2 hướng sử dụng: (i) chỉ nghiền sàng nhóm A ra thành cấp phối có dạng tương tự cấp phối đá dĕm, hoặc (ii) nghiền sàng nhóm A sau đó phối trộn với nhóm B tạo thành cấp phối loại AB. 2.3.6 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ bản của đất, đá thải Thí nghiệm được thực hiện với cả 2 mẫu đại diện Mẫu I và Mẫu II. Bảng 2.6: Danh mục, khối lượng, phương pháp thử nghiệm Số TT Nội dung thí nghiệm Số mẫu thử Tổng mẫu thử Phương pháp thử Mẫu I Mẫu II 1 Cường độ đá gốc 9 9 18 TCVN 7572- 10:2006 2 Độ mài mòn LA% 9 9 18 TCVN 7572–12: 2006 3 Giới hạn chảy % 9 9 18 TCVN 4197–1995 4 Giới hạn dẻo % 9 9 18 TCVN 4197–1995 5 Đầm nén tiêu chuẩn 9 9 18 22TCN 333-06. 6 CBR 9 9 18 22TCN 332–06 2.3.6.1. Thí nghiệm cường độ của đá gốc 12 Kết quả trung bình cường độ đặc trưng của 2 mẫu là 70,22 MPa. 2.3.6.2. Thí nghiệm độ mài mòn Los Angeles Kết quả trung bình độ mài mòn LA của 2 Mẫu là 38,59%. 2.3.6.3. Thí nghiệm chỉ số dẻo của đất Kết quả trung bình: Giới hạn chảy 29,65%; Giới hạn dẻo 25,02%; Chỉ số dẻo 4,63%. 2.4.6.4. Thí nghiệm xác định chỉ số CBR Kết quả trung bình CBR 61,40%. 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 Đề xuất một số hướng sử dụng đất đá thải trong xây dựng nền móng đường ô tô như sau: 1. Sử dụng trực tiếp để đắp nền đường ô tô 2. Sử dụng trực tiếp làm móng, mặt đường ô tô 3. Làm móng mặt đường ô tô sau khi gia cố với xi mĕng 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 - Phương án 1: Sử dụng riêng vật liệu nhóm A để sản xuất cấp phối theo yêu cầu về thành phần hạt đạt Dmax theo TCVN 8859:2011 đồng thời cũng đạt Dmax= 31,5 theo TCVN 8858:2011 đặt tên là “Cấp phối A-ĐCS”. - Phương án 2: Sử dụng tất cả các cỡ hạt đất đá bãi thải ĐCS để sản xuất cấp phối “đất lẫn đá” đặt tên là “Cấp phối AB-ĐCS”. 2.4.1 Thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý cấp phối A-ĐCS Bảng 2.10: Thành phần hạt của cấp phối A-ĐCS Kích cỡ lỗ sàng vuông, mm Tỷ lệ % lọt qua sàng Cấp phối 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 13 - Kết quả CBR của cấp phối A-ĐCS bằng 67,98%; 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 A-ĐCS dẫn ở Bảng 2.11. Bảng 2.11: Một số chỉ tiêu cơ lý của cấp phối A-ĐCS Chỉ tiêu Cấp phối A-ĐCS TCVN 8859:2011 TCVN 8858:2011 Loại I Loại II Độ mài mòn LA, % 38,59 ≤ 35 ≤ 40 móng trên ≤ 35 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 Lượng hạt thoi dẹt, % 16 ≤ 18 ≤ 20 Lượng hữu cơ, % 0,5 (0,9) - - 2 Lượng muối Sunfát 0 - - 0,25 Ghi chú: Trị số trong ngoặc đơn là của cấp phối AB-ĐCS Nhận xét: 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; trường hợp sử dụng làm móng trên của kết cấu áo đường ô tô, đề xuất phương án gia cố với xi mĕng (trình bày ở phần dưới). 2.4.2 Thành phần hạt và chỉ tiêu cơ lý cấp phối AB-ĐCS Bảng 2.12: Thành phần hạt của cấp phối 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 Cấp phối AB-ĐCS 50,0 100 100 37,5 95-100 100 100 100 95 31,5 - 95-100 - - 90 25,0 - 79-90 - 75-95 85 19,0 58-78 67-83 - - 78 9,5 39-59 49-64 30-65 40-75 57 4,75 24-39 34-54 25-55 30-60 45 14 2,36 (2,00) 15-30 25-40 15-40 20-45 37 0,425 7-19 12-24 8-20 15-30 23 0,075 2-12 2-12 2-8 5-15 12 Các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối AB-ĐCS gần tương tự như cấp phối A-ĐCS được dẫn ở Bảng 2.11. Có 02 chỉ tiêu cao hơn A-ĐCS là chỉ số dẻo là (IP=5,34%); hàm lượng hữu cơ (0,9%); trị số CBR thấp hơn so với cấp phối A- ĐCS (CBR=61,40%). 2.5 Nghiên cứu cấp phối A-ĐCS và 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 gia cố cấp phối AB-ĐCS với xi mĕng theo các tỷ lệ: 0%; 2%; 4%; 6%; 8%; 10%. 2. Thử nghiệm gia cố cấp phối A-ĐCS với xi mĕng theo 02 tỷ lệ thông thường 4% và 6% (dựa trên kết quả thử nghiệm từ cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng) dùng để so sánh với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng. 3. Xác định các thông số kỹ thuật của cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng (tỷ lệ xi mĕng hợp lý) để đối chiếu với yêu cầu trong TCVN 8858:2011 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 A-ĐCS và AB-ĐCS cùng gia cố với tỷ lệ xi mĕng 4% và 6%. 2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm 2.5.3 Chế bị mẫu và thí nghiệm 2.5.4 Kết quả thí nghiệm đối với cấp phối A-ĐCS gia cố xi mĕng Kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 2.15. Bảng 2.15: Tổng hợp kết quả trung bình 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) Xtb 4,26 0,51 5,71 0,60 573 S 0,13 0,02 0,29 0,05 20,23 15 Mẫu Hàm lượng xi mĕng 4% 6% 5% Rn (Mpa) Rech (Mpa) Rn (Mpa) Rech (Mpa) Edh (Mpa) Xđt 4,04 0,47 5,23 0,52 539,72 2.5.5 Kết quả thí nghiệm đối với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng Kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở Bảng 2.16, Bảng 2.17 Bảng 2.16: Kết quả cường độ nén ở 14 ngày với cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng Mẫu Cường độ nén ở 14 ngày (MPa) 2% 4% 6% 8% 10% 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 Bảng 2.17: Kết quả cường độ ép chẻ ở 14 ngày Và Edh cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng Mẫu Cường độ ép chẻ ở 14 ngày (MPa) E đh (MPa) 2% 4% 6% 8% 10% 6% Xtb 0,31 0,41 0,52 0,61 0,70 481 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 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 Từ kết quả thí nghiệm, xử lý thống kê thiết lập được 2 phương trình hồi quy quan hệ giữa Rn, Rech với tỉ lệ xi mĕng gia cố (XM, %) 14 ngày tuổi. Rn = 1,0880 + 0,6587 XM (áp dụng cho độ tuổi 14 ngày) Rech = 0,2143 + 0,04950 XM (áp dụng cho độ tuổi 14 ngày) Phương trình này chỉ đúng điều kiện thực hiện trong phạm vi nghiên cứu của 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 ở 14 ngày Rn (MPa) 108642 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Tỷ lệ xi măng (%) R ec h ( M P a) 0.35 0.4 0.45 0.702222 0.612222 0.522222 0.413333 0.306667 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ ép chẻ ở 14 ngày Rech (MPa) 16 luận án với lượng xi mĕng từ 2% đến 10%. 2.5.6 So sánh kết quả thí nghiệm Rn, Rech mẫu cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia cố xi mĕng với tỉ lệ 4%, 6% a/ Kết quả phân tích cường độ nén Rn b/ Kết quả phân tích cường độ ép chẻ Rech 2.5.7 So sánh kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia cố xi mĕng 2.6 Nhận xét, kết luận chương 2 - Đất, đá bãi thải ĐCS, Cẩm Phả, Quảng Ninh là nguồn phế thải từ khai thác than có thể sử dụng trong xây dựng đường ô tô. - Đã xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật của 2 cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia cố xi mĕng tỷ lệ nghiên cứu. Đã xây dựng được phương trình hồi quy cường độ nén và cường độ ép chẻ của AB-ĐCS theo tỷ lệ xi mĕng; - Đã chứng minh cấp phối A-ĐCS gia cố xi mĕng có các chỉ tiêu kỹ thuật cao hơn cấp phối AB-ĐCS gia cố cùng hàm lượng xi mĕng; - Cấp phối đất đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh gia cố xi mĕng với tỷ lệ từ 4 % trở lên có thể làm kết cấu mặt của đường GTNT với điều kiện phải có lớp láng nhựa bảo vệ phía trên; - Kiến nghị tỷ lệ xi mĕng hợp lý để gia cố đất, đá thải mỏ than khu vực Cẩm Phả, Quảng Ninh từ 4% đến 6% theo khối lượng hỗn hợp; - Đề xuất phạm vi sử dụng cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS làm lớp móng dưới của kết cấu mặt đường ô tô theo TCN 221-06 và TCN274-01; Đề xuất phạm vi sử dụng của 2 cấp phối A-ĐCS và AB-ĐCS gia cố xi mĕng làm lớp móng trên của đường cấp III trở xuống hoặc lớp mặt có láng nhựa; Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VỚI KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG SỬ DỤNG ĐẤT ĐÁ THẢI TỪ CÁC MỎ THAN KHU VỰC CẨM PHẢ, QUẢNG NINH GIA CỐ XI MĔNG 3.1 Thiết kế đoạn đường thử nghiệm hiện trường 3.1.1 Tóm tắt nội dung và những yêu cần đoạn thử nghiệm hiện trường 3.1.2 Lựa chọn vị trí, mặt bằng và các thông sô hình học đoạn đường thử nghiệm 3.1.3 Kết cấu mặt đường thử nghiệm 3.2 Nghiên cứu sản xuất vật liệu cấp phối đất, đá thải 3.2.1 Khai thác, vận chuyển và tập kết vật liệu 3.2.2 Công tác sản xuất vật liệu thử nghiệm 3.3 Thi công nền đường đoạn thử nghiệm 17 3.3.1 Vật liệu đắp nền đường 3.3.2 Xử lý nền đường trước khi đắp 3.3.3 Thi công đắp đất nền đường 3.3.4 Kết quả kiểm tra nghiệm thu nền đường Kết quả đo Edh nền đường, giá trị trung bình E0= 45,37MPa lớn hơn giá trị tối thiểu 40 MPa theo quy định. 3.4 Thi công các lớp kết cấu áo đường đoạn thử nghiệm 3.4.1 Thi công lớp móng AB-ĐCS dày 18cm 1- Công tác chuẩn bị Hình 3.9: Công tác ghép ván khuôn thi công lớp móng 2- Vận chuyển, san rải, lu lèn Dùng máy ủi san sơ bộ rồi kết hợp với máy san chuyên dụng để san gạt cấp phối. Quá trình san gạt đảm bảo độ dốc dọc 1% và độ dốc ngang 2% theo hồ sơ thiết kế. Hình 3.10: Công tác tập kết, san rải và lu lèn lớp móng dưới 3- Kết quả kiểm tra nghiệm thu - Kiểm tra kích thước hình học lớp móng đường thử nghiệm; - Kiểm tra độ chặt hiện trường được tiến hành vào cuối chu trình lu bằng phiễu rót cát theo 22TCN 346-06. Hình 3.11: Thí nghiệm kiểm tra độ chặt lớp móng dưới - Tiến hành phép đo mô đun đàn hồi theo TCVN 8861:2011 cho lớp móng đường bằng tấm ép cứng, Hình 3.12: Đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm Hình 3.13: Sơ họa đo Edh tại 3 vị trí lớp móng đường thử nghiệm 18 Kết quả Edh trung bình trên bề mặt lớp móng cấp phối AB-ĐCS đạt 75,8MPa. 3.4.2 Thi công lớp móng AB-ĐCS gia cố xi mĕng 6% dày 16cm 1- Sản xuất vật liệu gia cố xi mĕng Sử dụng phương pháp trộn hỗn hợp tại trạm trộn bê tông thương phẩm của Chi nhánh 1 - Công ty cổ phần Sông Hồng 6 (địa chỉ: Quán Tiên, Hội Hợp, thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc). Hình 3.14: Công tác kiểm tra giám sát trạm trộn bê tông Sông Hồng 6 2- Thi công lớp cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng Toàn bộ quá trình san rải, lu lèn và hoàn thiện bề mặt được thực hiện trong thời gian trước khi xi mĕng ninh kết (120 phút). 3- Kiểm tra độ chặt lớp cấp phối AB-ĐCS gia cố xi mĕng 4- Công tác hoàn thiện và bảo dưỡng 3.5 Thi công lớp đá dĕm láng nhựa dày 3,5 cm tiêu chuẩn 4,5 kg/m2 3.5.1 Vật liệu - Đá dĕm: Sử dụng đá từ mỏ đá Minh Quang, Tam Đảo, Vĩnh Phúc, đạt tiêu chuẩn theo TCVN 8863:2011. - Nhựa đường: Sử dụng loại nhựa đường Singapore có độ kim lún 60/70 đạt yêu cầu kỹ thuật mặt đường láng nhựa nóng. 3.5.2 Thi công các lớp láng nhựa 3.6 Nghiên cứu thử nghiệm kiểm chứng giải pháp hạn chế vết nứt trong lớp cấp phối đất, đá gia cố xi mĕng 3.6.1. Giải pháp tạo đường nứt trước (cắt khe giả) Hình 3.18: Sơ họa mặt bằng phạm vi đường thử nghiệm 3.6.2.Điều chỉnh quy cách bảo dưỡng Giai đoạn 1: Duy trì công tác bảo dưỡng bằng phun nước giữ ẩm trong thời gian 72 giờ đầu, quan sát và theo dõi diễn biến vết nứt trên bề mặt của lớp AB - ĐCS 19 gia cố xi mĕng. Giai đoạn 2: Sau 3 ngày bảo dưỡng bằng tưới ẩm tiến hành cắt khe giả và đo đạc, theo dõi diến biến nứt sớm trên bề mặt lớp cấp phối AB-ĐCD gia cố xi mĕng, đã tiến hành bảo dưỡng bằng cách phủ kín lên bề mặt lớp nhũ tương nhựa đường gốc axit mật độ 0,8 – 1,2 lít/m2. Hình 3.20: Bảo dưỡng giai đoạn 2 (tưới nhũ tương) 3.6.3 Đo đạc theo dõi dõi diễn biến vết nứt - Trong 24 giờ đầu sau khi thi công; - Khoảng thời gian từ 24 giờ đến 72 giờ; - Thời gian sau khi đã bảo dưỡng bằng nhũ tương nhựa đường; - Nhận xét, đánh giá về nguyên nhân và diễn biến phát triển vết nứt. 3.7 Theo dõi đánh giá kết cấu mặt đường 3.7.1 Công tác kiểm tra nghiệm thu mặt đường 3.7.2 Khoan mẫu đánh giá cường độ chịu nén và ép chẻ Khoan mẫu thử nghiệm lớp gia cố xi mĕng tại các tuổi 7, 14 và 28 ngày theo TCVN 8858:2011. - Kết quả nén, chịu kéo khi ép chẻ mẫu khoan hiện trường Bảng 3.10: Kết quả cường độ nén mẫu khoan tại hiện trường Mẫu Cường độ nén ở tuổi (MPa) 7 ng 14 ng 28 ng Xtb 4,20 5,85 7,90 S 0,10 0,15 0,25 Xđt 4,03 5,60 7,49 Bảng 3.11: Kết quả cường độ ép chẻ mẫu khoan tại hiện trường Mẫu Cường độ ép chẻ ở tuổi (MPa) 7 ng 14ng 28ng Xtb 0,41 0,53 0,74 S 0,03 0,03 0,05 Xđt 0,37 0,48 0,65 Trị số kết quả cường độ chịu nén mẫu khoan thử nghiệm hiện trường ở độ tuổi 14 ngày Rn = 5,85 Mpa > 5,26 Mpa thí nghiệm trong phòng ở Chương 2 nên lớp cấp phối đá gia cố đạt yêu cầu cường độ nén. Chỉ số cường độ ép chẻ trung bình mẫu khoan hiện trường 0,53 Mpa > 0,52 MPa kết quả thử nghiệm trong phòng ở Chương 2. Như vậy mẫu thử khoan tại hiện trường đạt yêu cầu kỹ thuật theo quy định. 20 3.7.4 Đánh giá chung về đoạn đường thử nghiệm Đường khởi công vào ngày 01/04/2017, hoàn thành 31/09/ 2017. Có nhiều xe nặng ra vào phục vụ cho xây dựng các công trình trong trường. Hình 3.29. Tình hình khai thác trên đường thử nghiệm Trải qua gần 2 nĕm đưa vào khai thác sử dụng, việc theo dõi được duy trì thường xuyên, liên tục. Cho tới nay, trên đoạn đường thử nghiệm không xuất hiện hư hỏng, không có nứt phản ánh lên lớp mặt. Tại những vị trí có bố trí khe giả cũng không có dấu hiệu nứt phản ánh lên lớp bề mặt láng nhựa. 3.8 Nhận xét, kết luận chương 3 1. Đoạn đường thử nghiệm đã đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong các iêu chuẩn xây dựng đường ô tô hiện hành. 2. Cấp phối AB-ĐCS được sản xuất từ đất, đá thải nguyên khai tại bãi thải Đông Cao Sơn đáp ứng các yêu cầu làm móng dưới cho mặt đường; khi gia cố xi mĕng, phù hợp làm móng trên đường ô tô và lớp mặt cho đường GTNT. 3. Đã thử nghiệm kiểm chứng giải pháp cắt khe cho lớp cấp phối AB - ĐCS gia cố xi mĕng. Kết quả cho thấy, hiệu quả cắt khe không rõ ràng đồng thời gây giảm yếu cường độ lớp vật liệu gia cố và tốn công nên khuyến nghị không cần áp dụng biện pháp cắt khe. Thay vào đó, cần lưu ý chế độ bảo dưỡng tốt để hạn chế nứt co ngót và kết hợp tưới nhũ tương bảo vệ cũng như giúp phủ nứt rạn do co ngót trên bề mặt lớp gia cố. Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG LỚP ĐGHI