Ảnh hưởng của hàm lượng bã thải thạch cao đến cường độ chịu nén của kết cấu móng đường giao thông

ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BÃ THẢI THẠCH CAO ĐẾN CƯỜNG ĐỘ<br /> CHỊU NÉN CỦA KẾT CẤU MÓNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG<br /> IMPACT OF GYPSYM CONTENT ON ROAD FOUNDATION BEHAVIOR<br /> 1Viện<br /> <br /> TRẦN LONG GIANG1, NGUYỄN THỊ DIỄM CHI2<br /> Nghiên Cứu Khoa học Công nghệ Hàng hải, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam<br /> 2Khoa Công trình, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam<br /> <br /> Tóm tắt<br /> Trong bài báo này, các tác giả đề cập đến ảnh hưởng của hàm lượng bã thải thạch cao<br /> lên cường độ chịu lực của móng đường giao thông trong đó có sử dụng một phần bã thải<br /> thạch cao để làm vật liệu gia cố, thông qua các thí nghiệm ép mẫu trong phòng thí<br /> nghiệm, các tác giả đã đưa ra kết luận sơ bộ về phương pháp xử lý nền móng đường<br /> giao thông có sử dụng bã thải thạch cao để gia cố, từ đó các kiến nghị về hàm lượng bã<br /> thải thạch cao tối đa dùng trong hỗn hợp vật liệu gia cố nên tuân thủ các yêu cầu về tỷ lệ<br /> cấp phối hạt theo TCVN 8858:2011.<br /> Từ khóa: Bã thải thạch cao, móng đường, thí nghiệm, tỷ lệ tối đa, cường độ nén.<br /> Abstract<br /> In this paper, the authors discussed the effect of gypsum content on the strength of the<br /> road foundation, using a part of gypsum as a stabilized material. By experimental<br /> analysis, the authors assumed primary conclusions about the possible treatment of<br /> using gypsum for soil stabilization in road construction, hence the recommendations on<br /> the Maximum gypsum content used in the mixed stabilized material should follow the<br /> requirements of Vietnamese standards TCVN 8858:2011.<br /> Keywords: Gypsum, road foundation, experiment, maximum ratio, compressive strength.<br /> 1. Giới thiệu<br /> Áp lực về việc tái sử dụng nguyên vật liệu phế thải ngày càng tăng do vấn đề chi phí để xử<br /> lý các bãi rác. Cách xử lý truyền thống bã thạch cao là chôn lấp, nhưng từ tháng 7 năm 2015, Ủy<br /> ban Châu Âu đã đưa ra hướng dẫn xử lý bã thải thạch cao, phân loại và sử dụng làm vật liệu đầu<br /> vào cho các sản phẩm tấm thạch cao và xi măng [1]. Điều này đã làm gia tăng cách giải pháp khác<br /> nhau trong việc xử lý các chất thải này. Gần đây tại Anh đã có những nghiên cứu và thử nghiệm<br /> về việc sử dụng bã thải thạch cao kết hợp với tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện để thi công đường<br /> giao thông nông thôn.<br /> Trong bài báo này các tác giả, xem xét việc sử dụng bã thải thạch cao, kết hợp phụ gia hóa học<br /> trong thi công kết cấu móng đường cứng sao cho hiệu quả và phù hợp với điều kiện của Việt Nam.<br /> 2. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu<br /> 2.1. Bã thải thạch cao<br /> <br /> Thể tích (%)<br /> <br /> Bã thải thạch cao được sử dụng trong nghiên cứu này, được nhóm tác giả lấy từ nhà máy<br /> DAP – Đình Vũ Hải Phòng. Việc phân tích thành phần kích cỡ hạt và hóa học được tiến hành tại<br /> phòng thí nghiệm của Viện hóa học Công nghiệp Việt Nam. Kích thước hạt của bã thải thạch cao<br /> được phân tích bằng máy Laze Mastersize 2.000 với độ sai số  1% [2]. Như được trình bày ở<br /> Hình 1, các hạt đường kính trong khoảng 1 µm đến 1 mm và phần lớn  30 µm. Căn cứ vào các<br /> yêu cầu trong Bảng 2 của TCVN 8858:2011 lượng bã thải thạch cao dùng trong cấp phối hỗn hợp<br /> để làm móng đường không vượt quá tỷ lệ 50% (Với cấp phối loại C).<br /> <br /> Kích cỡ hạt (µm)<br /> Hình 1. Phân tích kích cỡ hạt của bã thải thạch cao<br /> <br /> 80<br /> <br /> Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải<br /> <br /> Số 55 - 8/2018<br /> <br /> Trọng lượng (%)<br /> <br /> Theo phân tích bã thải thạch cao gồm nhiều tạp chất và chất độc hại biểu thị trên Hình 2.<br /> Tạp chất và chất độc hại chiếm khoảng 20% trong thành phần của bã thải thạch cao, chính vì vậy<br /> cần có đánh giá tác động môi trường khi sử dụng vật liệu này thi công đường giao thông.<br /> <br /> Các tạp chất và<br /> chất độc hại<br /> <br /> Nhiệt độ (oC)<br /> Hình 2. Kết quả phân tích bã thải thạch cao<br /> <br /> 2.2. Xi măng<br /> Xi măng được sử dụng trong nghiên cứu là xi măng PCB30 Hải Phòng. Tính chất cơ lý của<br /> các loại xi măng này được thể hiện ở Bảng 1.<br /> Bảng 1. Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của xi măng PCB30 Hải Phòng<br /> <br /> Đơn vị<br /> <br /> Kết quả<br /> thí nghiệm<br /> <br /> Quy phạm<br /> TCVN 6260-2009<br /> <br /> Độ mịn<br /> - Lượng sót sàng No009<br /> - Độ mịn Blaine<br /> <br /> %<br /> cm2/g<br /> <br /> 2,4<br /> 3.200<br /> <br /> Lượng nước tiêu chuẩn<br /> <br /> %<br /> <br /> 27,5<br /> <br />  10<br />  2.800<br /> -<br /> <br /> Tính chất<br /> <br /> Độ ổn định thể tích<br /> Khối lượng riêng<br /> Thời gian đông kết<br /> - Bắt đầu<br /> - Kết thúc<br /> Cường độ nén<br /> - Sau 3 ngày<br /> - Sau 28 ngày<br /> <br /> mm<br /> <br /> 1,00<br /> <br />  10<br /> <br /> g/cm3<br /> <br /> 3,08<br /> <br /> -<br /> <br /> Phút<br /> Phút<br /> <br /> 120<br /> 225<br /> <br />  45<br />  420<br /> <br /> MPa<br /> MPa<br /> <br /> 15,6<br /> 30,8<br /> <br />  14,0<br />  30,0<br /> <br /> 2.3. Đá cấp phối Base loại B<br /> Đá cấp phối Base loại B là hỗn hợp đá bụi, đá dăm và đất, có kích cỡ từ 0-5cm, dùng làm<br /> đá cấp phối cho nền đường, dùng để dặm vá hoặc làm mới đường, tạo độ bền chắc do có tính kết<br /> dính cao khi gặp nước. Các tính chất cơ lý của đá cấp phối Base loại B trong nghiên cứu được<br /> trình bày trong Bảng 2.<br /> Bảng 2. Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của đá cấp phối Base loại B<br /> <br /> TT<br /> <br /> Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải<br /> <br /> Tên chỉ tiêu thí nghiệm<br /> <br /> Đơn vị<br /> <br /> Giá trị<br /> <br /> 1<br /> <br /> Khối lượng thể tích<br /> <br /> kg/m3<br /> <br /> 1.410<br /> <br /> 2<br /> <br /> Khối lượng riêng<br /> <br /> g/cm3<br /> <br /> 2.707<br /> <br /> 3<br /> <br /> Độ rỗng<br /> <br /> %<br /> <br /> 30,1<br /> <br /> 4<br /> <br /> Tạp chất bụi bùn sét<br /> <br /> %<br /> <br /> 1,20<br /> <br /> 5<br /> <br /> Tạp chất hữu cơ<br /> <br /> %<br /> <br /> 2,0<br /> <br /> 6<br /> <br /> Hàm lượng thoi dẹt<br /> <br /> %<br /> <br /> 8,22<br /> <br /> 7<br /> <br /> Độ ẩm<br /> <br /> %<br /> <br /> 4,49<br /> <br /> 8<br /> <br /> Mô đun độ lớn<br /> <br /> Số 55 - 8/2018<br /> <br /> 3,47<br /> <br /> 81<br /> <br /> Cấp phối hạt<br /> <br /> TT<br /> <br /> Kí<br /> hiệu<br /> mẫu<br /> <br /> 1<br /> <br /> MB<br /> <br /> Lọt sàng, %<br /> <br /> Lượng sót tích lũy của Base B, %<br /> 0,075<br /> (mm)<br /> <br /> 0,14<br /> (mm)<br /> <br /> 0,315<br /> (mm)<br /> <br /> 0,63<br /> (mm)<br /> <br /> 1,25<br /> (mm)<br /> <br /> 2,5<br /> (mm)<br /> <br /> 5,0<br /> (mm)<br /> <br /> 99,9<br /> <br /> 91,9<br /> <br /> 85,3<br /> <br /> 76,5<br /> <br /> 53,9<br /> <br /> 39,2<br /> <br /> 7,400<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 8,1<br /> <br /> 2,7<br /> <br /> 2,7<br /> <br /> 46,1<br /> <br /> 51,1<br /> <br /> 92,6<br /> <br /> 2.4. Phụ gia hóa học<br /> Phụ gia hóa học dùng để hóa cứng hỗn hợp vật liệu là phụ gia RRP-235-Spezial, đây là vật<br /> liệu ở dạng lỏng, tỷ trọng 1,05 T/m3 so với nước sinh hoạt, có chức năng làm ổn định hoặc tăng<br /> kết dính xi măng với đất. RRP-235-Spezial thích hợp cho tất cả các loại bùn và đất cố kết với phù<br /> sa và một lượng cát nhỏ là 15%. Trong điều kiện bình thường, RRP-235-Spezial chứa axit<br /> sunphoric chia thành 1 H+ và 1 gốc axit để thay thế cho ion OH- trên các hạt đất sét. Phản ứng trao<br /> đổi ion OH- cộng với ion H+ để trở thành nước trung hòa. Lượng dư axit dính trên đất sét hoạt<br /> động như một màng dầu cách nước, giúp đẩy các hạt nước ra. Nếu như đất được đầm tốt sẽ<br /> không thể nở ra hay co lại vì vậy móng đường đất sẽ trở nên hoàn toàn chắc chắn [3].<br /> Bảng 3. Lượng RRP/1m2<br /> <br /> Tỷ lệ lọt qua sàng<br /> 0.06mm (%)<br /> <br /> Lượng RRP cho 1m2<br /> <br /> 15<br /> <br /> 31<br /> <br /> 20<br /> <br /> 33<br /> <br /> 25<br /> <br /> 34<br /> <br /> 30<br /> <br /> 36<br /> <br /> 35<br /> <br /> 37<br /> <br /> 40<br /> <br /> 39<br /> <br /> 45<br /> <br /> 40<br /> <br /> 50<br /> <br /> 42<br /> <br /> 55<br /> <br /> 44<br /> <br /> 60<br /> <br /> 45<br /> <br /> (g/m2)<br /> <br /> 2.5. Nước<br /> Nước dùng trong trộn bê tông là nước máy, đạt theo tiêu chuẩn nước trộn bê tông và vữa<br /> TCVN 4506-2012.<br /> 3. Kết quả thí nghiệm<br /> Công tác thí nghiệm được tiến hành với 6 tổ mẫu với tỷ lệ bã thải thạch cao thay đổi 10%,<br /> 15%, 20%, 25%, 30% và 35%, ký hiệu tương ứng M1 đến M6 như sau:<br /> Bảng 4. Cường độ chịu nén của các hỗn hợp từ bã thải tấm thạch cao<br /> <br /> Ký hiệu hỗn hợp<br /> <br /> M1<br /> M2<br /> M3<br /> M4<br /> M5<br /> M6<br /> <br /> 82<br /> <br /> Cường độ tại thời điểm (MPa)* Khối lượng riêng<br /> (kg/m3)<br /> 3 ngày 7 ngày<br /> 28 ngày<br /> 1,61<br /> 1,85<br /> 1,70<br /> 1,23<br /> 0,91<br /> 0,35<br /> <br /> 3,61<br /> 4,37<br /> 4,99<br /> 2,10<br /> 1,90<br /> 1,65<br /> <br /> 7,77<br /> 14,18<br /> 13,45<br /> 6,97<br /> 4,26<br /> 3,10<br /> <br /> Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải<br /> <br /> 1.980<br /> 1.960<br /> 1.950<br /> 1.890<br /> 1.730<br /> 1.650<br /> <br /> Số 55 - 8/2018<br /> <br /> Lượng phụ gia hóa học sử dụng 4 lít cho 1 m3 hỗn hợp vật liệu, lượng xi măng sử dụng<br /> không đổi 72kg trong cả 6 tổ mẫu, kết quả trong 28 ngày cường độ chịu nén mức cao nhất (14,18<br /> MPa) có được ở hỗn hợp với thành phần 15% bã thải thạch cao (M2), cường độ chịu nén mức<br /> thấp nhất (3,10 MPa) có được ở hỗn hợp với thành phần 35% bã thải thạch cao (M6). Việc cường<br /> độ chịu nén tăng từ M1 (7,77 MPa) đến M2 (14,18 MPa), bắt đầu giảm M3 (13,45 MPa), M4 (6,97<br /> MPa), M5 (4,28 MPa) và M6 (3,1 MPa) có thể lý giải là khi hàm lượng bã thải thạch cao 10% chưa<br /> đủ lấp hết lỗ rỗng trong hỗn hợp vật liệu, khi hàm lượng bã thải thạch cao đạt 15% thì đủ lấp đầy<br /> các lỗ rỗng trong hỗn hợp vật liệu nên cường độ chịu nén của hỗn hợp là lớn nhất, khi tiếp tục tăng<br /> lượng bã thải thạch cao thì hàm lượng hạt có đường kính nhỏ hơn 1mm tăng lên quá so với yêu<br /> cầu Bảng 2 TCVN 8858: 2011 dẫn đến cường độ chịu nén giảm.<br /> 4. Kết luận<br /> Thông qua nghiên cứu nêu trên, các tác giả rút ra các kết luận như sau:<br /> Việc sử dụng bã thải thạch cao trong thành phần hỗn hợp vật liệu để thi công móng đường<br /> giao thông là hoàn toàn khả thi (vì cường độ chịu nén thấp nhất đạt 3,1Mpa > 3,0Mpa đáp ứng các<br /> yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 8858:2011);<br /> Hàm lượng bã thải thạch cao tối đa dùng trong hỗn hợp vật liệu gia cố không nên vượt quá<br /> 30% vì khả năng chịu nén của hỗn hợp vật liệu giảm nhanh.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] Saadaoui, E., Ghazel, N., Ben Romdhane, C., Massoudi, N., Phosphogypsum: potential uses<br /> and problems-a review. International Journal of Environmental Studies 74(4), pp. 558-567, 2017<br /> [2] Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa học đề tài cấp Bộ Xây dựng. Nghiên cứu sử dụng bã thải<br /> thạch cao xây dựng nền đường giao thông và bãi chứa hàng hóa. TĐ 06-17, Mã số:, 4/2018.<br /> Ngày nhận bài:<br /> Ngày nhận bản sửa:<br /> Ngày duyệt đăng:<br /> <br /> 13/6/2018<br /> 20/6/2018<br /> 27/6/2018<br /> <br /> Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải<br /> <br /> Số 55 - 8/2018<br /> <br /> 83<br /> <br />