Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ "Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về đá Dolomite và tình hình sử dụng trên địa bàn tỉnh Ninh Bình; nghiên cứu sử dụng đá Dolomite gia cố xi măng làm móng đường ô tô; nghiên cứu thực nghiệm trong phòng về vật liệu bê tông xi măng sử dụng cốt liệu Dolomite làm mặt đường ô tô;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÙI TIẾN THÀNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ SỬ DỤNG ĐÁ DOLOMITE TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - 5/2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÙI TIẾN THÀNH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ SỬ DỤNG ĐÁ DOLOMITE TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 9 58 02 05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS Phạm Huy Khang 2. PGS.TS Nguyễn Trọng Hiệp HÀ NỘI - 5/2024
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Hà Nội, tháng 5 năm 2024 LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Nghiên cứu sinh. Các kết quả nghiên cứu, các kết luận trong luận án này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Nghiên cứu sinh Bùi Tiến Thành i
LỜI CẢM ƠN Luận án thực hiện tại Bộ môn Đường bộ, Khoa Công trình, Trường Đại học Giao thông vận tải. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy đã tận tình hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Công trình, các Thầy cô giáo trong Bộ môn Đường bộ - Trung tâm khoa học GTVT - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã giúp đỡ và tạo điều kiện để hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài trường đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho luận án. Cuối cùng Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng cảm ơn tới Sở Giao thông vận tải Ninh Bình, các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 5 năm 2024 Nghiên cứu sinh Bùi Tiến Thành ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................... xi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH ........................................................................4 1.1. Giới thiệu chung về đá Dolomite .....................................................................4 1.1.1. Khái quát về đá Dolomite .........................................................................4 1.1.2. Sự hình thành đá Dolomite .......................................................................5 1.1.3. Phân bố đá Dolomite trên thế giới, Việt Nam.........................................10 1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng đá Dolomite trên thế giới và ở Việt Nam .....13 1.2.1. Trên thế giới ............................................................................................13 1.2.2. Ở Việt Nam .............................................................................................13 1.2.3. Các nghiên cứu mới về đá Dolomite làm vật liệu xây dựng ...................14 1.3. Đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình ......................................................16 1.3.1. Đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình...........................................................16 1.3.2. Phân bố và trữ lượng ...............................................................................25 1.3.3. Quy hoạch khai thác sử dụng đá Dolomite Ninh Bình ...........................29 1.4. Tình hình sử dụng đá Dolomite Ninh Bình trong xây dựng đường ô tô và những vấn đề đặt ra ...............................................................................................31 1.4.1. Đánh giá tổng quát về chất lượng một số công trình đường đã sử dụng Dolomite Ninh Bình ..........................................................................................32 iii
1.4.2. Các yêu cầu thực tiễn khi sử dụng Dolomite trên diện rộng...................34 1.5. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ...........................................................34 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ DOLOMITE GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ ...................................................................................36 2.1. Mở đầu ...........................................................................................................36 2.2. Móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng và các yêu cầu ..................................37 2.2.1. Khái niệm ................................................................................................37 2.2.2. Các đặc điểm của CTB............................................................................38 2.2.3. Cơ sở lý thuyết về sử dụng vật liệu đá gia cố xi măng ...........................42 2.3. Các thí nghiệm đánh giá hỗn hợp cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng ......43 2.4. Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng .......44 2.4.1. Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm .................................................44 2.4.2. Thiết kế thành phần cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng ....................49 2.4.3. Quy hoạch mẫu thí nghiệm .....................................................................50 2.5. Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng .....51 2.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm ................................................................................51 2.5.2. Cường độ chịu nén Rn .............................................................................53 2.5.3. Cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rec ...........................................................59 2.5.4. Mô đun đàn hồi E ....................................................................................66 2.5.5. Thí nghiệm xác định cường độ nén của đá gốc ......................................73 2.5.6. Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của móng cấp phối gia cố xi măng ..........74 2.6. Kết luận ..........................................................................................................75 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU DOLOMITE LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ..............................................................................................................................77 iv
3.1. Mở đầu ...........................................................................................................77 3.2. Bê tông xi măng mặt đường và các yêu cầu ..................................................78 3.2.1. Khái quát về mặt đường bê tông xi măng ...............................................78 3.2.2. Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của mặt đường BTXM ..........................79 3.2.3. Các thí nghiệm đánh giá hỗn hợp BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình 80 3.3. Quy hoạch mẫu thí nghiệm theo phương pháp Taguchi ................................80 3.3.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite ...........................................................................................................................81 3.3.2. Phương pháp phân tích Taguchi .............................................................83 3.4. Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình ........84 3.4.1. Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm .................................................84 3.4.2. Thiết kế thành phần cấp phối bê tông .....................................................93 3.5. Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite ........................96 3.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm ................................................................................96 3.5.2. Cường độ nén của Rn ............................................................................100 3.5.3. Cường độ chịu kéo khi uốn Rku .............................................................104 3.5.4. Mô đun đàn hồi (E) ...............................................................................109 3.5.5. Thí nghiệm mở rộng..............................................................................114 3.6. Kết luận ........................................................................................................118 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG BTXM SỬ DỤNG CỐT LIỆU DOLOMITE ..................................................................................................119 4.1. Mở đầu .........................................................................................................119 4.2. Trình tự tính toán, thiết kế mặt đường BTXM .............................................119 4.3. Mô hình tính toán, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn ........................................121 4.3.1. Mô hình tính toán ..................................................................................121 v
4.3.2. Các trạng thái giới hạn tính toán ...........................................................121 4.3.3. Xác định cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu của tấm BTXM ..............122 4.3.4. Hệ số độ tin cậy  r ...............................................................................122 4.3.5. Vị trí tấm BTXM dễ bị phá hoại mặc định ...........................................123 4.3.6. Tải trọng trục tiêu chuẩn để tính mỏi và quy đổi về trục tiêu chuẩn ....123 4.3.7. Tải trọng trục đơn nặng nhất thiết kế Pm..............................................123 4.3.8. Trị số gradien nhiệt độ lớn nhất Tg .......................................................123 4.4. Tính toán các trị số ứng suất kéo uốn do tải trọng và do Gradien nhiệt độ tại vị trí giữa cạnh dọc tấm BTXM ..........................................................................124 4.4.1. Trường hợp móng trên bằng vật liệu dạng hạt ......................................124 4.4.2. Trường hợp móng trên bằng vật liệu hạt gia cố ....................................129 4.5. Tính toán, thiết kế mặt đường BTXM cốt liệu Dolomite ............................132 4.5.1. Đề xuất các phương án thiết kế và các số liệu xuất phát ......................133 4.5.2. Kiểm toán các phương án thiết kế do tải trọng xe chạy và Gradien nhiệt độ gây ra. .........................................................................................................135 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................137 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .......................................................138 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................139 vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT GTVT : Giao thông vận tải ĐHGTVT : Đại học Giao thông vận tải BGTVT : Bộ Giao thông vận tải BXD : Bộ Xây dựng TCĐBVN : Tổng cục Đường bộ Việt Nam UBND : Ủy ban nhân dân NB : Ninh Bình TCN : Tiêu chuẩn ngành TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCCS : Tiêu chuẩn cơ sở ANOVA : Analysis of Variance (Phân tích phương sai) CPĐD : Cấp phối đá dăm CPTN : Cấp phối thiên nhiên GCXM : Gia cố xi măng BTXM : Bê tông xi măng BTN : Bê tông nhựa CTB : Cement Treated Base (Móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng) CTE : Coefficient of Thermal Expansion (Hệ số giãn nhiệt) Rn : Cường độ chịu nén Rec : Cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rku : Cường độ kéo khi uốn E : Mô đun đàn hồi PC : Xi măng Poóclăng PCB : Xi măng Poóclăng hỗn hợp vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của Dolomite .................................................9 Bảng 1.2. Tỷ trọng của một số khoáng vật .................................................................9 Bảng 1.3. Khả năng hòa tan của một số khoáng vật ...................................................9 Bảng 1.4. Các loại đá vôi - Dolomite ........................................................................10 Bảng 1.5. Tổng hợp trữ lượng đá Dolomite cả nước ................................................12 Bảng 1.6. Thành phần cơ bản của bê tông tự lèn Dolomite ......................................15 Bảng 1.7. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite Ninh Bình ...................................18 Bảng 1.8. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Đông Sơn - Tam Điệp .........19 Bảng 1.9. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Sơn - Nho Quan ...........20 Bảng 1.10. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Thạch Bình - Nho Quan ....21 Bảng 1.11. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite khu Phú Long, Kỳ Phú - Nho Quan ..........................................................................................................................22 Bảng 1.12. Tổng hợp thành phần có hại trong đá Dolomite tỉnh Ninh Bình ............23 Bảng 1.13. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình .......................24 Bảng 1.14. Quy hoạch đá Dolomite tỉnh Ninh Bình năm 2010 ................................29 Bảng 1.15. Quy hoạch đá Dolomite tỉnh Ninh Bình năm 2020 ................................30 Bảng 2.1. Các đặc tính của CTB ...............................................................................37 Bảng 2.2. Thành phần hạt của cấp phối đá dăm .......................................................43 Bảng 2.3. Thành phần hạt của cấp phối đá dăm GCXM ..........................................43 Bảng 2.4. Lựa chọn thành phần hạt cấp phối Dolomite ...........................................47 Bảng 2.5. Tính chất xi măng ....................................................................................48 Bảng 2.6. Tỷ lệ gia cố xi măng sử dụng trong cấp phối đá Dolomite ......................49 Bảng 2.7. Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm..........................................................50 viii
Bảng 2.8. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ nén...................................................53 Bảng 2.9. Tổng hợp giá trị cường độ nén Rn(MPa) ..................................................53 Bảng 2.10. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ .......................59 Bảng 2.11. Tổng hợp giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rec(MPa) ......................60 Bảng 2.12. Số lượng mẫu thí nghiệm mô đun đàn hồi .............................................66 Bảng 2.13. Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E(MPa)...............................................67 Bảng 2.14. Cường độ nén đá gốc Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp .........................73 Bảng 2.15. Yêu cầu về cường độ theo TCVN 8858 .................................................74 Bảng 2.16. Yêu cầu về cường độ theo TCCS 38 ......................................................74 Bảng 3.1. Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm..........................................................82 Bảng 3.1. (Tiếp) ........................................................................................................83 Bảng 3.2. Thành phần hạt của đá Dolomite dùng thiết kế hỗn hợp bê tông .............85 Bảng 3.3. Chỉ tiêu cơ lý đá dăm Dolomite dùng cho bê tông xi măng .....................86 Bảng 3.4. Bảng thành phần hạt của cát tự nhiên .......................................................87 Bảng 3.5. Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát ................................................................88 Bảng 3.6. Bảng thành phần hạt của cát nghiền từ đá Dolomite ...............................90 Bảng 3.7. Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát nghiền từ đá Dolomite (TCVN 9205:2012) ................................................................................................................91 Bảng 3.8. Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng VICEM PCB40 .......................................92 Bảng 3.9. Các chỉ tiêu cơ lý của nước dùng cho thí nghiệm ....................................93 Bảng 3.10. Thành phần cấp phối bê tông Dolomite dùng cát tự nhiên .....................96 Bảng 3.11. Thành phần cấp phối bê tông dùng cát nghiền từ đá Dolomite ..............96 Bảng 3.12. Cấp phối bê tông Dolomite dùng cát hỗn hợp có 50% cát nghiền từ đá Dolomite và 50% cát vàng tự nhiên. .........................................................................96 Bảng 3.13. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ nén...............................................100 ix
Bảng 3.14. Tổng hợp giá trị cường độ nén Rn(MPa) ..............................................101 Bảng 3.15. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ nén ...........................................103 Bảng 3.16. Số lượng mẫu thí nghiệm cường độ kéo uốn........................................105 Bảng 3.17. Tổng hợp giá trị cường độ kéo uốn Rku (MPa) .....................................106 Bảng 3.18. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ kéo uốn ....................................108 Bảng 3.19. Số lượng mẫu thí nghiệm mô đun đàn hồi E ........................................109 Bảng 3.20. Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E (GPa) ............................................111 Bảng 3.21. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ mô đun đàn hồi ........................113 Bảng 3.22. CTE của BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình .....................................115 Bảng 3.23. Tổng hợp giá trị CTE của một số nghiên cứu, quy trình ......................115 Bảng 3.24. Độ mài mòn của BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình ........................117 Bảng 4.1. Chiều dày tấm BTXM thông thường theo cấp hạng đường ..................120 Bảng 4.2. Phân cấp quy mô giao thông ...................................................................120 Bảng 4.3. Chọn độ tin cậy và hệ số độ tin cậy thiết kế  r......................................122 Bảng 4.4. Hệ số dãn nở nhiệt αc của BTXM ...........................................................128 Bảng 4.5. Các thông số đầu vào của các loại bê tông .............................................132 Bảng 4.6. Các thông số tính toán của các loại bê tông ...........................................132 Bảng 4.7. Cấp và quy mô giao thông tính toán .......................................................133 Bảng 4.8. Kết quả kiểm toán tuyến đường ĐT.482C..............................................136 Bảng 4.9. Kết quả kiểm toán tuyến đường ĐT.482D .............................................136 x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình .................................4 Hình 1.2. Thành phần hóa học đá Dolomite Ninh Bình ...........................................31 Hình 2.1. Độ võng mặt đường khi dùng các loại móng khác nhau...........................38 Hình 2.2. Giảm chiều dày lớp móng .........................................................................39 Hình 2.3. Mẫu khoan rút lõi CTB .............................................................................39 Hình 2.4. Giảm độ hằn lún vệt bánh xe ....................................................................40 Hình 2.5. Hạn chế hơi ẩm phá hoại mặt đường ........................................................41 Hình 2.6. Vị trí mỏ đá Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình ......................................45 Hình 2.7. Lấy mẫu đá Dolomite tại mỏ Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình ............46 Hình 2.8. Quá trình gia công đá Dolomite để phối trộn theo cấp phối .....................47 Hình 2.9. Biểu đồ thành phần hạt Dolomite .............................................................48 Hình 2.10. Gia công đá Dolomite chuẩn bị cốt liệu chế bị mẫu ...............................51 Hình 2.11. Dụng cụ thí nghiệm và khuôn mẫu .........................................................51 Hình 2.12. Phối trộn vật liệu và chế bị mẫu thí nghiệm ...........................................52 Hình 2.13. Thí nghiệm và dạng phá hoại mẫu nén ...................................................54 Hình 2.14. Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu nén ...55 Hình 2.15. Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng cường độ nén ...............................55 Hình 2.16. Ảnh hưởng các yếu tố đến cường độ nén Rn ...........................................56 Hình 2.17. Cường độ nén Rn trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ......57 Hình 2.18. Phân tích phương sai và hậu định Rn theo hàm lượng XM.....................57 Hình 2.19. Phân tích phương sai và hậu định Rn theo thời gian ...............................57 Hình 2.20. Biểu đồ tương tác Rn theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng ..................58 Hình 2.21. Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ ..............................................60 xi
Hình 2.22. Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu chịu kéo khi ép chẻ............................................................................................................61 Hình 2.23. Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng cường độ chịu kéo khi ép chẻ .....61 Hình 2.24. Ảnh hưởng các yếu tố đến cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rec ................62 Hình 2.25. Rec trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .............................63 Hình 2.26. Phân tích phương sai và hậu định Rec theo hàm lượng XM....................64 Hình 2.27. Phân tích phương sai và hậu định Rec theo thời gian ..............................64 Hình 2.28. Biểu đồ tương tác Rec theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .................65 Hình 2.29. Thí nghiệm mô đun đàn hồi ....................................................................67 Hình 2.30. Biểu đồ phân tích điều kiện áp dụng phương pháp thống kê mẫu mô đun đàn hồi .......................................................................................................................68 Hình 2.31. Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng mô đun đàn hồi............................68 Hình 2.32. Ảnh hưởng các yếu tố đến mô đun đàn hồi E .........................................69 Hình 2.33. Mô đun đàn hồi E trung bình theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng .....70 Hình 2.34. Phân tích phương sai và hậu định E theo hàm lượng XM ......................71 Hình 2.35. Phân tích phương sai và hậu định E theo thời gian .................................71 Hình 2.36. Biểu đồ tương tác E theo ngày tuổi và hàm lượng xi măng....................72 Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo mặt đường BTXM thông thường có khe nối .....................79 Hình 3.2. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM có giải phân cách giữa ......................79 Hình 3.3. Lựa chọn thành phần hạt thô của đá Dolomite .........................................86 Hình 3.4. Thành phần hạt của cát tự nhiên ...............................................................88 Hình 3.5. Thành phần hạt mịn của cát nghiền ..........................................................89 Hình 3.6. Thành phần hạt của cát nghiền từ đá Dolomite ........................................90 Hình 3.7. Chuẩn bị cốt liệu thí nghiệm .....................................................................97 Hình 3.8. Dụng cụ thí nghiệm và khuôn mẫu ...........................................................97 xii
Hình 3.9. Các loại thiết bị thí nghiệm .......................................................................98 Hình 3.10. Công tác đúc mẫu BTXM .......................................................................99 Hình 3.11. Các tổ mẫu phục vụ công tác thí nghiệm ................................................99 Hình 3.12. Thí nghiệm cường độ chịu nén BTXM .................................................101 Hình 3.13. Phân tích S/N (Rn) trên phần mềm Minitab ..........................................102 Hình 3.14. Thí nghiệm kéo uốn BTXM ..................................................................104 Hình 3.15. Phân tích S/N (Rku) trên phần mềm Minitab .........................................107 Hình 3.16. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi E ................................................110 Hình 3.17. Phân tích S/N (E) trên phần mềm Minitab ............................................112 Hình 3.18. Một số hình ảnh thí nghiệm CTE ..........................................................116 Hình 3.19. Một số hình ảnh thí nghiệm độ mài mòn ..............................................117 xiii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Phát triển hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ là một yêu cầu khách quan. Trong những năm gần đây đầu tư, xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ được quan tâm đặc biệt, có vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Cùng với việc đầu tư xây dựng các tuyến đường bộ là nhu cầu rất lớn về vật liệu xây dựng. Các nguồn vật liệu truyền thống ngày càng khan hiếm, do đó cần nghiên cứu, phát triển và sử dụng nguồn vật liệu mới, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật để thay thế. Ninh Bình là một tỉnh có trữ lượng các mỏ vật liệu khá lớn, tuy nhiên với việc quần thể danh thắng Tràng An bao gồm ba khu vực liền kề nhau là di tích cố đô Hoa Lư, khu danh thắng Tràng An - Tam Cốc - Bích Động và rừng nguyên sinh đặc dụng Hoa Lư được UNESCO công nhận di sản văn hóa và thiên nhiên thế giới từ ngày 23 tháng 6 năm 2014 thì việc bảo tồn nguyên trạng hệ thống núi đá vôi của quẩn thể này vốn là nguồn cung cấp vật liệu truyền thống trước đây rất được quan tâm. Đá Dolomite có nguồn gốc từ đá trầm tích, là một loại vật liệu có trữ lượng tương đối lớn trong cả nước nói chung và trên địa bàn tỉnh Ninh Bình nói riêng. Các mỏ đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình thường không nằm trong khu vực bảo tồn, thuộc diện được quy hoạch khai thác. Đá Dolomite đã được sử dụng để đắp nền đường K95, K98 [2] [4] [31] [34] [35] bước đầu khẳng định được chất lượng tại một số công trình quan trọng của tỉnh Ninh Bình. Tuy nhiên để làm móng, mặt đường cần phải nghiên cứu, đánh giá, thực nghiệm để khẳng định tính khả thi của loại vật liệu này nhằm sử dụng tiết kiệm, có hiệu quả nguồn tài nguyên hữu hạn này trong việc xây dựng các tuyến đường giao thông đường bộ. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình” là hết sức cần thiết và có tính thời sự cao. 1
2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, đánh giá sự phù hợp của đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. - Thông qua tài liệu đã được công bố của các nhà nghiên cứu cộng với tiến hành thí nghiệm trong phòng để xác định một số các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đá Dolomite. - Thiết kế thành phần, thí nghiệm trong phòng các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng; hỗn hợp bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá Dolomite làm móng và mặt đường ô tô. - Kiểm toán kết cấu móng, mặt đường để khẳng định tính khả thi khi sử dụng đá Dolomite làm vật liệu trong xây dựng móng, mặt đường ô tô. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đá Dolomite sử dụng làm móng, mặt đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. 4. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Thu thập tài liệu kết hợp với thí nghiệm trong phòng để xác định một số chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đá Dolomite. Thực nghiệm trong phòng, đánh giá khả năng sử dụng đá Dolomite làm lớp móng, lớp mặt đường ô tô. Xử lý số liệu bằng các công cụ tính. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a. Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu các đặc trưng của đá Dolomite tại tỉnh Ninh Bình. - Nghiên cứu các đặc tính làm việc của móng cấp phối đá dolomite làm móng mặt đường. - Nghiên cứu các đặc tính làm việc của BTXM sử dụng cốt liệu Dolomite (bao gồm cả cốt liệu thô, cốt liệu mịn) trong xây dựng mặt đường ô tô. 2
b. Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần thay thế nguồn vật liệu truyền thống khan hiếm (đá vôi) trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. - Tăng hiệu quả kinh tế đối với việc sử dụng nguồn đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình hiện chủ yếu sử dụng trong đắp nền đường. - Đề tài nghiên cứu sẽ giải quyết vấn đề khó khăn do nguồn vật liệu truyền thống ngày một khan hiếm (đá vôi) trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. - Bên cạnh đó đề tài cũng đề xuất được việc sử dụng đá Dolomite một cách tiết kiệm, có hiệu quả hơn khi không chỉ sử dụng làm vật liệu đắp nền như thực trạng mà còn sử dụng làm móng, mặt đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. 6. Cấu trúc của Luận án Phần mở đầu. Chương 1. Tổng quan về đá Dolomite và tình hình sử dụng trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. Chương 2. Nghiên cứu sử dụng đá Dolomite gia cố xi măng làm móng đường ô tô. Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng về vật liệu bê tông xi măng sử dụng cốt liệu Dolomite làm mặt đường ô tô. Chương 4. Tính toán kết cấu mặt đường bê tông xi măng sử dụng cốt liệu Dolomite. Kết luận và kiến nghị Danh mục công trình nghiên cứu của tác giả Tài liệu tham khảo Phụ lục 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DOLOMITE VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH NINH BÌNH 1.1. Giới thiệu chung về đá Dolomite 1.1.1. Khái quát về đá Dolomite Dolomite là loại đá trầm tích cacbonat, thường đi với đá vôi, vì thế giữa đá vôi và đá Dolomite có nhiều dạng chuyển tiếp như đá vôi - đá vôi manhe - đá vôi Dolomite - Dolomite vôi - Dolomite. Đá Dolomite thường có màu trắng, xám, vàng nhạt, nâu xám... khi chứa nhiều di tích hữu cơ đá có màu xám, nếu chứa bitum hay có màu nâu. Hình ảnh mỏ đá Dolomite tại Ninh Bình như Hình 1.1 Hình 1.1. Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình Đá Dolomite có thành phần khoáng vật Dolomite là chính, ngoài ra còn gặp canxit, nhiều khi có hàm lượng tương đối cao và còn gặp khá nhiều khoáng vật phụ như thạch cao, anhydrit, thạch anh - calcedon, oxit và hidroxit sắt, xelestin, fluorit, khoáng vật muối pirit, macazit, hydromica, momoriolit, các vật liệu hữu cơ phân tán. Vật liệu vụn trong Dolomite rất ít gặp, không nhiều như trong đá vôi, khi thành tạo Dolomite thì kết thúc quá trình phân dị cơ học. Trong các mặt cắt địa chất có thể 4
gặp những tầng Dolomite dầy và độc lập hoặc xen kẽ với đá vôi, với đá vụn, thậm chí xen kẽ với những loại muối, thạch cao, anhydrit [21]. 1.1.2. Sự hình thành đá Dolomite 1.1.2.1. Sự thành tạo các loại đá Theo nguồn gốc thành tạo, đá được chia thành 3 loại chính: đá magma, đá trầm tích và đá biến chất [22]. Đá magma được thành tạo do sự đông cứng của dòng dung nham nóng chảy phun lên từ trong lòng đất. Dòng dung nham này là các dung dịch silicat có thành phần rất phức tạp và chứa các loại khí, hơi nước khác nhau. Khi dòng dung nham phun lên và đông cứng lại ngay trong lòng đất thì sẽ tạo thành đá magma xâm nhập. Do được thành tạo trong điều kiện áp suất cao, sự đông cứng xảy ra từ từ và đều đều nên các khoáng vật dễ dàng kết tinh, tạo nên đá magma kết tinh hoàn toàn, dạng khối, chặt xít như đá granit, gabro… Khi dòng dung nham trào lên mặt đất và đông cứng lại thì sẽ tạo thành đá magma phún xuất (hay phun trào). Do ở mặt đất nhiệt độ và áp suất thấp, nhiệt thoát nhanh nên không thuận lợi cho việc kết tinh của các khoáng vật, tạo nên đá magma ở dạng vô định hình, có nhiều lỗ rỗng như đá bazan, đá bọt… Các đá phun trào được thành tạo từ đại cổ sinh thì được gọi là đá phun trào cổ, còn nếu thành tạo mới gần đây thì được gọi là phun trào trẻ. Đá trầm tích được thành tạo có thể theo 3 cách: - Do sự lắng đọng và gắn kết của các mảnh vụn (là các sản phẩm phong hoá của đá gốc hay các vụn núi lửa); - Do sự kết tủa của chất hoá học có trong nước; - Do sự nén chặt của các di tích động, thực vật. Tuỳ theo các cách thức thành tạo như vậy mà người ta cũng chia thành các đá trầm thích cơ học, trầm tích hoá học và trầm tích hữu cơ. Đá trầm tích chỉ chiếm 5% khối lượng vỏ trái đất nhưng nó bao phủ tới 75% diện tích mặt đất với các chiều dày khác nhau (từ 3 - 4km ở vùng Trung Á, còn 1km ở vùng Xibir và chỉ từ 0,3 - 0,7km ở Thái Bình Dương). 5