Luận án tiến sĩ nghiên cứu cải tạo đất bazan bằng hỗn hợp puzolan xi măng vôi là

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM ___________________________________ NGUYỄN HỮU NĂM NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BAZAN BẰNG HỖN HỢP PUZOLAN – XI MĂNG – VÔI LÀM TƯỜNG NGHIÊNG CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM _________________________________ NGUYỄN HỮU NĂM NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BAZAN BẰNG HỖN HỢP PUZOLAN – XI MĂNG – VÔI LÀM TƯỜNG NGHIÊNG CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN NGÀNH : Địa kỹ thuật xây dựng MÃ SỐ :9580211 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Ngô Anh Quân 2. Hoàng Phó Uyên Hà Nội, năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.

Tôi xin cam đoan luận án được tiến hành nghiên cứu một cách nghiêm túc và kết quả nghiên cứu của các nhà nghiên cứu đi trước đã được tiếp thu một cách chân thực, cẩn trọng, có trích nguồn dẫn cụ thể trong luận án đúng quy định. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Hữu Năm ii LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài “Nghiên cứu cải tạo đất bazan bằng hỗn hợp puzolan – xi măng – vôi làm tường nghiêng chống thấm đập đất vùng tây nguyên” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân với sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè đồng nghiệp và người thân. Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các cơ quan, các cá nhân đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS.

Ngô Anh Quân, PGS. Hoàng Phó Uyên đã tận tình hướng dẫn cũng như tạo điều kiện tốt nhất cho NCS trong quá trình học tập và hoàn thành luận án Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam, Ban tổ chức – hành chính, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Thuỷ công đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Tác giả xin chân thành cảm ơn đơn vị công tác, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp đỡ, ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện Luận án. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, chắc chắn Luận án không tránh khỏi những thiếu sót.

Tác giả kính mong các Thầy Cô chỉ bảo, các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Nguyễn Hữu Năm iii MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG BIỂU vii MỤC LỤC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT VÀ CẢI TẠO ĐẤT BẰNG CHẤT KẾT DÍNH 5 1.1 Thấm qua đập đất thuộc vùng Tây Nguyên.1 Hiện trạng thấm đập đất thuộc vùng Tây Nguyên.2 Nghiên cứu về thấm đập đất.3 Chỉ tiêu cơ lý, thành phần khoáng vật và hóa học của các loại đất đặc trưng trong khu vực nghiên cứu ở trạng thái tự nhiên.2 Các giải pháp chống thấm cho đập đất.1 Giải pháp chống thấm cho đập đất xây mới.2 Các giải pháp xử lý thấm cho đập đất hiện hữu.3 Nhận xét về các giải pháp chống thấm đập đất.3 Cải tạo đất tại chỗ bằng chất kết dính.1 Nghiên cứu cải tạo đất bằng chất kết dính vô cơ trên thế giới.2 Nghiên cứu cải tạo đất bằng chất kết dính vô cơ ở Việt Nam.4 Kết luận Chương 1. 34 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG PUZOLAN TỰ NHIÊN ĐỂ CẢI TẠO ĐẤT 36 2.1 Cơ sở khoa học cải tạo đất bằng puzolan kết hợp chất kết dính.1 Quá trình thủy hóa vôi trong đất.2 Quá trình thủy hóa xi măng trong đất.3 Cải tạo đất bằng các chất kết dính.4 Ứng xử của xi măng với đất.5 Ứng xử của chất kết dính với đất và puzolan tự nhiên.6 Các sản phẩm thủy hóa của puzolan tự nhiên và puzolan nhân tạo.2 Cơ sở về công tác thí nghiệm và các yêu cầu của vật liệu đất làm kết cấu iv tường nghiêng chống thấm cho đập đất.1 Các tiêu chuẩn áp dụng cho việc thí nghiệm.2 Một số yêu cầu của vật liệu đất làm kết cấu tường nghiêng chống thấm cho đập đất.3 Vật liệu đất đắp đập ở Tây Nguyên.1 Thành phần khoáng hóa của mẫu đất bazan ở khu vực nghiên cứu.2 Tính chất cơ lý của mẫu đất bazan KVNC.3 Nhận xét về tính chất đất Bazan và khả năng cải tạo bằng phụ gia.4 Nguồn puzolan tự nhiên tại Việt Nam và Tây Nguyên.5 Đánh giá khả năng sử dụng puzolan tự nhiên lựa chọn nghiên cứu để cải tạo đất.1 Đặc điểm phân bố.2 Đánh giá chất lượng puzolan tự nhiên nghiên cứu.3 Thí nghiệm các tính chất của puzolan tự nhiên.6 Cơ sở lựa chọn cấp phối thí nghiệm.1 Hàm lượng xi măng.2 Hàm lượng vôi.3 Hàm lượng puzolan tự nhiên.7 Kết luận Chương 2. 72 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CƠ CHẾ CẢI TẠO ĐẤT BẰNG PUZOLAN TỰ NHIÊN, XI MĂNG VÀ VÔI THÔNG QUA MÔ HÌNH NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 73 3.1 Sử dụng mô hình nhiệt động lực học nghiên cứu cải tạo đất tại chỗ bằng chất kết dính.1 Sơ lược về mô hình nhiệt động lực học và các ứng dụng của mô hình.2 Ứng dụng của mô hình nhiệt động lực học vào nghiên cứu thủy hóa xi măng74 3.2 Lựa chọn phần mềm mô phỏng cân bằng nhiệt động lực học.3 Nguyên lý cơ bản của mô hình nhiệt động lực học.1 Độ hoạt động và lực ion.2 Cân bằng nhiệt động lực học.4 Thành phần khoáng hóa của vật liệu đầu vào cho mô hình nhiệt động lực học84 3.5 Thiết kế sơ bộ cấp phối bằng mô hình nhiệt động lực học.1 Kịch bản cấp phối và kết quả mô hình.2 Phân tích kết quả của mô hình.6 Phân tích cơ chế cải tạo đất của hỗn hợp puzolan tự nhiên, xi măng và vôi bằng mô hình nhiệt động lực học.1 Phản ứng đất- puzolan tự nhiên -xi măng-vôi.2 Phản ứng đất-xi măng- puzolan tự nhiên.3 So sánh độ hoạt tính của puzolan tự nhiên Đắk Nông với puzolan tự nhiên Bigadiç-Thổ Nhĩ Kỳ bằng mô hình nhiệt động lực học.7 Kết luận chương 3.

98 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BAZAN TÂY NGUYÊN BẰNG PUZOLAN TỰ NHIÊN, XI MĂNG VÀ VÔI – ÁP DỤNG THỬ TRÊN MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 99 4.1 Nội dung thí nghiệm và so sánh với mô hình nhiệt động lực học.1 Nội dung thí nghiệm.2 Kết quả thí nghiệm.3 Đánh giá mối quan hệ giữa CSH, CASH với cường độ nén và hệ số thấm .2 Nghiên cứu ảnh hưởng của puzolan, xi măng và vôi đến hệ số thấm.1 Thí nghiệm thấm cho mẫu đất.2 Kết quả thí nghiệm.3 Thí nghiệm thấm cho mẫu bê tông.4 Lựa chọn cấp phối hợp lý.3 Đánh giá đặc tính cơ học của cấp phối hợp lý.1 Cường độ kháng nén ở các ngày tuổi khác nhau.2 Cường độ kéo khi ép chẻ ở các ngày tuổi khác nhau.3 Mô đun đàn hồi ở các ngày tuổi khác nhau.4 Tính tan rã của đất đã được cải tạo.5 Tính trương nở của đất đã được cải tạo.4 Nghiên cứu thí nghiệm hiện trường đánh giá hiệu quả chống thấm của đất cải tạo puzolan và chất kết dính.1 Phương pháp thí nghiệm.2 Kịch bản thí nghiệm.3 Kết quả thí nghiệm thấm hiện trường.5 Phân tích tính toán khả năng sử dụng đất gia cố puzolan tự nhiên làm kết cấu chống thấm cho một đập đất.1 Giới thiệu về công trình đập đất.2 Đánh giá an toàn thấm.6 Kết luận Chương 4.140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 141 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 PHỤ LỤC 154 vii MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1. Bảng phân loại các hồ chứa Thủy lợi ở Tây Nguyên theo dung tích. Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất có cấu trúc tự nhiên. Khoảng biến thiên của các chỉ tiêu chính.

Thành phần khoáng vật đất loại sét Tây Nguyên. Thành phần khoáng vật và hóa học chủ yếu trong các vỏ phong hóa ở Tây Nguyên. Tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau. Các sản phẩm thủy hóa chính puzolan tự nhiên và puzolan nhân tạo.

Thống kê các hồ chứa sử dụng các loại đất đắp ở Tây Nguyên, [33]. Kết quả thí nghiệm thành phần khoáng vật đất bazan tại KVNC. Kết quả thí nghiệm thành phần hóa học của đất bazan KVNC. Chỉ tiêu thí nghiệm và tiêu chuẩn áp dụng thí nghiệm.

Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý đất nghiên cứu. Trữ lượng và đặc tính của một số mỏ puzolan ở Việt Nam [54]. Đặc điểm một số loại puzolan ở vùng Tây Nguyên [20]. Tổng hợp thành phần khoáng vật phân tích thạch học.

Tổng hợp phân tích thành phần khoáng vật bằng Rơnghen. Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý mẫu puzolan tự nhiên. Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ tiêu hóa học mẫu puzolan tự nhiên. Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ số độ hoạt tính với xi măng và cường độ hoạt tính.

Hàm lượng xi măng cần thiết để cải tạo đất. Hàm lượng xi măng cần thiết để cải tạo đất phân loại theo USCS. Phương trình phản ứng và hằng số cân bằng ở điều kiện thông thường T=25°C; p0 = 1,1013 × 105Pa. Thành phần của xi măng sử dụng (PCB40 Hà Tiên).

Thành phần khoáng của vôi. Thành phần khoáng của puzolan tự nhiên. Hàm lượng chuẩn hóa của các khoáng có trong đất cải tạo sau khi đạt viii được cân bằng. Hàm lượng khoáng C-S-H và C-A-S-H mô phỏng trong của hai cấp phối đất cải tạo có và không có sử dụng puzolan tự nhiên.

Thành phần khoáng của puzolan tự nhiên được khai thác tại Bigadiç-Thổ Nhĩ Kỳ [121]. Hàm lượng khoáng C-S-H và C-A-S-H được tạo ra khi sử dụng puzolan tự nhiên Bigadiç và puzolan tự nhiên Đắk Nông. Bảng tổng hợp các cấp phối thí nghiệm. Kết quả đầm nén hỗn hợp gia cố P-C-L với các hàm lượng khác nhau 104 Bảng 4-3.

Kết quả thí nghiệm thấm bằng phương pháp địa kỹ thuật. Cấp phối thí nghiệm thấm bằng phương pháp mẫu bê tông. Kết quả thí nghiệm thấm bằng phương pháp mẫu bê tông. Cường độ kháng nén ở các ngày tuổi khác nhau.

Cường độ kéo khi ép chẻ ở các ngày tuổi khác nhau. Mô đun đàn hồi ở các ngày tuổi khác nhau. Kết quả thí nghiệm tan rã tại các tỷ lệ phối trộn. Kết quả thí nghiệm độ trương nở của các hỗn hợp tại 7 ngày tuổi.

Kết quả thí nghiệm thấm bằng phương pháp hiện trường. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đất đắp đập.