Nghiên cứu ứng xử thấm của đất cát san lấp trộn xi măng-bentonite

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài được xây dựng nhằm khẳng định khả năng chống thấm tốt của hỗn hợp đất cát trộn xi măng - bentonite, đồng thời xác định hàm lượng bentonite tối ưu cho hỗn hợp và giúp cộng đồng tự tin sử dụng hỗn hợp vật liệu cho các công trình với mục đích chống thấm. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của bài viết này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng xử thấm của đất cát san lấp trộn xi măng-bentonite

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ THẤM CỦA ĐẤT CÁT SAN LẤP TRỘN XI MĂNG-BENTONITE LƢƠNG T Ị ÍC * NGUYỄN DUY P ONG**, NGUYỄN TUẤN DUY K N *** TRẦN NGUYỄN OÀNG NG**** Investigation of hydaulic conductivity of soilcrete specimens made from dredging sand, cement, and bentonite Abstract: The hydraulic conductivity of soilcrete specimens created from dredging sand mixing with cement and bentonite expects to be relatively low to apply as impermeable cores for embankments, dams, containment walls and so on. Hydraulic conductivity of dredging sand samples taken in Dong Thap province mixed with a cement content of 300 kg/m3 and various bentonite contents of 25, 50, 75, 100 kg/m3 was conducted. The tests followed the ASTM D5856 and D5084 standards. The results indicate that: (1) The hydraulic conductivity of the dredging sand mixed with cement content was lower 1000 times than that of the unmixed sand; (2) the hydraulic conductivity of the sand mixed with cement and bentonite was lower than that of the sand mixed with cement and slightly increases with increasing in bentonite contents; (3) the hydraulic conductivity of soilcrete decreases with increasing in curing times; (4) the hydraulic conductivity of soilcrete was identical with hydraulic gradients; (5) the hydraulic conductivity of soilcrete varied from 4.86 x 10-9 m/s to 1 x 10-10 m/s. Keywords: Hydraulic conductivity, permeability, soilcrete, dredging sand, bentonite 1. G Ớ T ỆU * & Yamukyan, 2018; Tong & Sharkelford, 2016; Đất sét với hệ số thấm nhỏ (< 10-9 m/s) đƣợc Alkaya & Esener, 2011). sử dụng phổ biến làm lõi chống thấm cho các Đất cát trộn bentonite cho hệ số thấm phù công trình nhƣ đê, đập, và bãi chứa rác thải. Lõi hợp thay thế đất sét tự nhiên làm lõi chống thấm sét chống thấm hiệu quả vì là vật liệu tự nhiên cho đê đập đất (Tong & Shackeford, 2016; và thi công đơn giản. Tuy nhiên, đất sét phù hợp Ameta & Wayal, 2015; Castelbaum & chống thấm ngày càng khan hiếm (Martirosyan Sharkelford, 2014; Alkaya & Esener, 2011; Xu et al, 2011; Taha OME & Taha MR, 2007; * Nghiên cứu sinh, Khoa KTXD, Trường Đại học Bách Sällfors and Öberg-Högsta, 2002; Kenney et al, Khoa TP. HCM 1992). Bentonite hay montmorillonite có tính Email: ltbich.sdh19@hcmut.edu.vn trƣơng nở cao. Bentonite trộn cát làm giảm đáng ** Học viên cao học, Khoa KTXD, Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM kể hệ số thấm của cát tự nhiên (Alkaya and Email: ndphong.sdh19@hcmut.edu.vn Esener, 2011; Xu et al, 2011; Ameta and Wayal, *** Học viên cao học, Khoa KTXD, Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM 2008; Kumar and Young, 2002). Email: ntdkhanh15@gmail.com Hệ số thấm thấp của hỗn hợp cát-bentonite **** Giảng viên, PGS.TS., Khoa KTXD, Trường Đại học phụ thuộc vào độ ẩm, hàm lƣợng bentonite, và Bách Khoa TP. HCM Email: tnhhung@hcmut.edu.vn sự phân bố đồng đều của bentonite trong hỗn 34 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
hợp (Kenney et al, 1992). Xu et al (2011) cho bentonite có thể phù hợp sử dụng trong các thấy ks giảm mạnh từ 1x10 -6 m/s xuống 1x10-10 công trình ngăn nƣớc. m/s khi đất cát trộn 5% bentonite, hàm lƣợng Tại Việt Nam, đất cát san lấp khá phổ biến, bentonite vƣợt quá 5% ks của hỗn hợp tiếp tục đất đƣợc bơm hút từ các sông. Tuy nhiên, đất giảm nhƣng không đáng kể. Cowland & Leung cát chủ yếu dùng để san lấp mặt bằng. Hệ số (1991) và Kenney et al (1992) cùng kết luận hệ thấm đất cát trộn xi măng-bentonite chƣa đƣợc số thấm hỗn hợp cát - bentonite đạt 1x10-9 m/s nghiên cứu và ứng dụng. Bài báo này tập trung yêu cầu hàm lƣợng bentonite tối thiểu là 7%. nghiên cứu ứng xử thấm của đất cát san lấp Sällfors & Öberg-Högsta (2002) đã đề xuất hàm vùng Tây Nam Bộ trộn xi măng - bentonite với lƣợng bentonite nên từ 4 - 13% để đạt mục đích các hàm lƣợng khác nhau trong phòng. Nghiên chống thấm và hiệu quả kinh tế trong xây dựng cứu nhằm khẳng định khả năng chống thấm tốt công trình. Tuy nhiên, hỗn hợp cát - bentonite có của hỗn hợp đất cát trộn ximăng - bentonite, thể xuất hiện các vết nứt bề mặt làm tăng hệ số đồng thời xác định hàm lƣợng bentonite tối ƣu thấm khi hàm lƣợng bentonite lớn, độ ẩm giảm cho hỗn hợp và giúp cộng đồng tự tin sử dụng (Esener, 2005 nguồn Alkaya & Esener, 2011). hỗn hợp vật liệu cho các công trình với mục Xi măng trộn vào đất cát - bentonite cũng đã đích chống thấm. đƣợc nghiên cứu về cƣờng độ và tính thấm của 2. P ƢƠNG P P LUẬN hỗn hợp vật liệu. Xi măng có thể đƣợc sử dụng 2.1. Tiêu chuẩn th nghiệm một lƣợng nhỏ (5-15%) với vai trò chất liên kết Phƣơng pháp tạo mẫu soilcrete tham khảo làm tăng cƣờng độ của đất cát – bentonite, làm tiêu chuẩn ASTM D698 và TCVN 9403:2012. giảm hệ số thấm, và giảm khả năng hình thành Phƣơng pháp thí nghiệm thấm tuân theo tiêu vết nứt (Iravanian, 2015; Alkaya & Esener, chuẩn ASTM D5084. 2011; Bahar et al., 2004). Đất cát trộn 10% 2.2. Vật liệu th nghiệm bentonite - 5% xi măng có hệ số thấm thấp hơn Cát đƣợc lấy ở tỉnh Đồng Tháp. Các mẫu đất 10 lần so với đất cát trộn 10% bentonite cát sau khi thu thập đƣợc bảo quản cẩn thận (Alkaya & Esener, 2011). Tƣơng tự, Iravanian trong bao nhựa. Độ ẩm tốt nhất và các trọng (2015) đã báo cáo hỗn hợp vật liệu với tỉ lệ lƣợng riêng của cát tại độ ẩm tốt nhất đƣợc xác 80% cát - 15% bentonite - 5% xi măng có hệ số định bằng thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn thấm thấp < 10-9 m /s và cho rằng với giá trị hệ (ASTM D698). Các chỉ tiêu cơ lý của cát đƣợc số thấm này hỗn hợp vật liệu cát trộn xi măng - trình bày trong Bảng 1. ảng 2. Chỉ tiêu cơ lý của cát sông san lấp ộ ẩm tốt nhất wop Trọng lƣợng riêng ƣớt γw Trọng lƣợng khô γdmax ộ pH (%) (kN/m3) (kN/m3) 15,15 17,84 15,18 6,7 Xi măng Portland PCB40 có các chỉ tiêu chất lƣợng tuân thủ theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 đƣợc trình bày trong Bảng 2. ảng 3. Chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng pooc lăng PCP40 Cường độ nén, (MPa) Thời gian đông kết, (phút) ộ min * ộ ổn định Hàm lượng 3 ngày 28 ngày Bắt đầu Kết thúc (%) thể tích (mm) SO3 (%) ≥ 18 ≥ 40 ≥ 45 ≤ 420 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 3,5 * xác định theo phần còn lại trên sàn lỗ không lớn hơn 0,09 mm. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 35
Bentonite có các chỉ tiêu cơ lý tuân theo tiêu chuẩn API SPEC 13A đƣợc trình bày ở Bảng 3. ảng 4. Chỉ tiêu chất lƣợng của bentonite Khối lƣợng riêng Giới hạn chảy Phần trăm khối lƣợng hạt lọt qua sàng ộ ẩm (%) (g/cm3) (%) 0,075 mm (%) 0,9 10 440 80 Nƣớc dùng chế tạo mẫu soilcrete và thí nghiệm thấm là nƣớc sinh hoạt phù hợp tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 đƣợc trình bày trong Bảng 4. ảng 5. àm lƣợng tối đa cho phép của các chất trong nƣớc trộn vữa [19] Muối hòa tan Ion sunfat (SO4)2- Ion clo (Cl)- Cặn không tan Hàm lƣợng (mg/l) 10.000 2.700 3.500 300 2.3. Chuẩn bị mẫu trong hỗn hợp đất - xi măng - bentonite đƣợc Mẫu đất cát tự nhiên định nghĩa là tỉ sổ giữa khối lƣợng xi măng khô Mẫu đất cát thu thập về phòng thí nghiệm (kg), khối lƣợng bentonite (kg) trên một đơn vị đƣợc sấy khô sau đó trộn với nƣớc để đạt độ ẩm thể tích đất cần gia cố (m3). Các thông số vật tốt nhất 15.15%. Đất ở độ ẩm tốt nhất đƣợc tạo liệu tạo mẫu soilcrete đƣợc trình bày trong Bảng mẫu trong khuôn trụ tròn thành cứng có kích 5. Quy trình chế tạo mẫu soilcrete tạo từ đất cát thƣớc D × H = (62 × 140) mm tuân theo tiêu san lấp đƣợc thực hiện nhƣ sau: (1) Cát khô chuẩn ASTM D698 với công đầm đạt 600 kN- trộn với nƣớc ứng với độ ẩm tốt nhất 15.15%; m/m3. Đất lần lƣợt đƣợc cho vào khuôn thành 3 (2) Trộn xi măng khô và bentonite với đất ẩm lớp, mỗi lớp đƣợc đầm 21 lƣợt bằng thanh đầm đến khi hỗn hợp tƣơng đối đồng đều trong 5 có trọng lƣợng 1.54 kg, chiều cao rơi 0.305 m. phút (Hình 1); (3) Trộn hỗn hợp đất - xi măng Hai đầu mẫu có bịt bằng đá thấm và vải địa kỹ – bentonite với nƣớc theo tỉ lệ w:BC = 0.7:1 thuật để ngăn chặn sự trôi đi của các hạt mịn trong 5 phút để có hỗn hợp soilcrete thuận lợi trong quá trình thí nghiệm thấm. Bão hòa mẫu trong việc đầm nén mẫu (Hình 2); (4) Hỗn hợp đất bằng máy bơm hút chân không đến khi soilcrete lần lƣợt đƣợc cho vào khuôn thành 3 không thấy xuất hiện bọt khí trong thời gian 48 lớp, mỗi lớp đƣợc đầm bằng máy đầm rung đến giờ. Quá trình bão hòa mẫu sử dụng nƣớc đã khi không còn bọt khí từ 3 – 5 phút (Hình 3); đƣợc loại bỏ bọt khí. (5) Bịt kín các đầu khuôn bằng nilong và dán Mẫu đất cát trộn xi măng và bentonite nhãn (Hình 4); (6) Ngâm bảo dƣỡng mẫu trong Các mẫu đất cát trộn xi măng – bentonite nƣớc để đẩy nhanh quá trình phát triển cƣờng (soilcrete) đƣợc chế tạo trong phòng thí nghiệm độ của mẫu soilcrete (Hình 5). (7) Sau 2 ngày bằng khuôn nhựa PVC dạng hình trụ tròn có tuổi, mẫu đƣợc ép đẩy ra khỏi khuôn (Hình 6). chiều cao, H = 65 mm và đƣờng kính, D = 62 Xác định chiều cao và đƣờng kính mẫu, các mm, kích thƣớc này tuân thủ theo tiêu chuẩn kích thƣớc đƣợc đo ở 3 vị trí khác nhau và lấy ASTM D5084. giá trị trung bình (Bảng 6); (8) Bão hòa mẫu Các mẫu soilcrete trong nghiên cứu này đƣợc bằng bình hút chân không với lực hút -80 kPa chế tạo tại hàm lƣợng xi măng 300 kg/m3 và các trong thời gian 48 giờ (Hình 7); (9) Lắp đặt hàm lƣợng bentonite lần lƣợt 25, 50, 75, và 100 mẫu đã bão hòa nƣớc vào thiết bị để tiến hành kg/m3. Hàm lƣợng xi măng, bentonite (kg/m3) thí nghiệm thấm. 36 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
ảng 6. Thông số vật liệu chế tạo mẫu soilcrete Khối Tỷ lệ nƣớc Hàm Hàm Khối Khối Khối lƣợng đất trên hàm Ký hiệu lƣợng xi lƣợng lƣợng lƣợng lƣợng ở độ ẩm lƣợng chất mẫu măng bentonite xi măng bentonite nƣớc 15.15% kết dính (kg/m3) (kg/m3) (g) (g) (g) (g) w:BC B0 300 0 350 0,7 58,9 0 41,23 B25,1 300 25 350 0,7 58,9 4,9 44,7 B25,2 300 25 350 0,7 58,9 4,9 44,7 B50 300 50 350 0,7 58,9 9,8 48,1 B75 300 75 350 0,7 58,9 14,7 51,5 B100 300 100 350 0,7 58,9 19,6 55 ảng 7. K ch thƣớc mẫu soilcrete Chiều ƣờng Ký hiệu Khối cao kính (m) mẫu lƣợng (g) (mm) B0 65,1 61,8 393 B25,1 65,7 61,5 406 B25,2 65,2 61,8 405 B50 66,2 61,2 405 B75 66,1 61,1 404 B100 66,3 61,2 400 b) Cát–xi măng trộn với bentonite Hình 1. Trộn đất cát với xi măng và bentonite a) Cát trộn với xi măng khô bằng trộn tay ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 37
Hình 2. Trộn hỗn hợp cát - xi măng - bentonite với nước theo tỉ lệ w:BC = 0.7:1 Hình 5. Mẫu được ngâm bảo dưỡng trong nước Hình 3. Đầm mẫu bằng máy đầm rung Hình 4. Mẫu được bọc plastic đ giữ ẩm Hình 6. Lấy mẫu khỏi khuôn bằng kích 38 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
Hình 8. Thiết bị thấm có thành mềm Hình 7. Bão hòa mẫu bằng máy hút chân không Hệ số thấm của mẫu đất tự nhiên, ksoil, và các 2.4. Th nghiệm thấm mẫu soilcrete, ks, ở nhiệt độ thí nghiệm đƣợc Hệ số thấm của mẫu đất cát tự nhiên, ksoil, tính theo công thức (1), hoặc (2) tùy theo đƣợc xác định bằng thiết bị thành cứng theo phƣơng pháp thí nghiệm (ASTM D5084): phƣơng pháp cột áp vào giảm - cột áp ra không Theo nguyên lý cột áp vào hạ - cột áp ra đổi. Độ dốc thủy lực từ 2-5 nhằm tránh hiện không đổi: tƣợng cố kết mẫu và rò rỉ nƣớc chảy dọc theo aL h k  2.303 .log 1 (1) thành khuôn mẫu. Đối với các mẫu soilcrete, ks, At h2 đƣợc xác định bằng thiết bị thành mềm đƣợc Theo nguyên lý cột áp vào hạ - cột áp ra thiết kế riêng phục vụ cho nghiên cứu này, thiết dâng: (ain =aout = a) bị tuân theo tiêu chuẩn ASTM D5084 (Hình 8). aL h k  2.303 .log 1 (2) Cột áp vào mẫu 3-4 m, độ dốc thủy lực có giá trị 2 A.t h2 40 ± 5 hoặc cột áp vào mẫu lớn hơn 9-10 m với trong đó: k - hệ số thấm (m/s); L - chiều dài độ dốc thủy lực đạt đƣợc 130 ± 5. Cột áp vào của mẫu (m); A - diện tích tiết diện mẫu; a - buồng luôn lớn hơn cột áp vào mẫu từ 1-2 m diện tích tiết diện ống nƣớc chảy vào mẫu (m2); nhằm đảm bảo nƣớc thấm không bị chảy dọc t = t1 - t2 - khoảng thời gian xác định chênh cao thành mẫu. Quá trình lắp đặt mẫu vào thiết bị cột áp h1 và h2 (giây); h1 - chênh cao cột áp tại thấm đƣợc thực hiện hoàn toàn trong nƣớc, đảm thời điểm t1 (m); h2 là chênh cao cột áp tại thời bảo cho mẫu đƣợc bão hòa nƣớc hoàn toàn. điểm t2 (m). Mẫu lắp đặt trong thiết bị thấm thành mềm đƣợc Hệ số thấm ở nhiệt độ thí nghiệm đƣợc mô tả ở Hình 8. Một viên đá thấm và hai tờ giấy quy đổi về nhiệt độ chuẩn 20 0 C theo Công lọc bằng vải địa kỹ thuật đƣợc đặt ở hai đầu thức (3): mẫu. Viên đá thấm tại hai bề mặt để phân bố k20  RT  k (3) đều áp lực lên mẫu. Các tấm giấy lọc để ngăn trong đó: k20 - hệ số thấm ở nhiệt độ chuẩn chặn sự trôi ra của các hạt mịn từ mẫu thử. 0 20 C (m/s); k - hệ số thấm ở nhiệt độ thí ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 39
nghiệm; RT - hệ số quy đổi độ nhớt của nƣớc đất, dẫn đến hệ số thấm giảm (Iravanian, theo nhiệt độ, đƣợc xác định theo tiêu chuẩn 2015; Abbey et al., 2018). ASTM D5084. 3. K T QUẢ VÀ T ẢO LUẬN Các mẫu đất tự nhiên và mẫu soilcrete đã đƣợc chế tạo và thực hiện thí nghiệm thấm để nghiên cứu ứng xử thấm của đất cát san lấp ở tỉnh Đồng Tháp trộn với xi măng PCB40, hoặc trộn với hỗn hợp xi măng PCB40 và bentonite. 3.1. ệ số thấm đất tự nhiên đất-xi măng và đất-xi măng-bentonite Hệ số thấm của các mẫu đất cát tự nhiên chƣa xử lý, đất cát trộn xi măng hàm lƣợng 300 kg/m3 , đất cát trộn xi măng hàm lƣợng 300 kg/m3 và bentonite hàm lƣợng lần lƣợt 25, 50, 75, 100 kg/m3 ở 28 ngày tuổi thể hiện trên Hình 9. Hệ số thấm mẫu cát tự nhiên và các hình 9. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số mẫu soilcrete ở 28 ngày tuổi thấm đất cát trộn xi măng hàm lƣợng 300 kg/m3 giảm đáng kể từ 10 -3 đến 10-4 lần so với 3.2. ệ số thấm của đất trộn xi măng - đất cát tự nhiên và tiếp tục giảm khi trộn thêm bentonite theo thời gian phụ gia bentonite. Kết quả này tƣơng đồng với Hệ số thấm của tất cả các mẫu đất cát trộn Iravanian (2015), Alkaya & Esener (2011). hỗn hợp xi măng - bentonite đều giảm theo Đất cát trộn xi măng, phản ứng thủy hóa xi thời gian bảo dƣỡng (Hình 10). Với các hàm măng tạo ra sản phẩm Calcium-silicate- lƣợng bentonite khác nhau 25, 50, 75, 100 hydrate (CSH) ở dạng keo bao phủ các hạt xi kg/m3 , hệ số thấm ks các mẫu đều giảm nhanh măng, lấp đầy khoảng trống giữa các hạt đất trong 2 tuần đầu với tốc độ lần lƣợt 60%, làm giảm độ rỗng, dẫn đến hệ số thấm giảm so 60%, 44% và 52%. Sau 2 tuần, hệ số thấm với đất cát tự nhiên. Đất cát đƣợc trộn với xi của các mẫu soilcrete giảm dần với tốc độ măng - bentonite có hai phản ứng hóa học chậm hơn. Kết quả này cũng tƣơng đồng với chính thể hiện ứng xử của xi măng và Tran-Nguyen et al. (2020), Helson et al. bentonite. Đầu tiên là phản ứng thủy hóa xi (2018), Mengue et al. (2017), Akbulut & măng tạo ra CSH và Ca(OH)2 tƣơng tự nhƣ Saglamer (2004). Hệ số thấm soilcrete giảm khi đất cát trộn với xi măng. Phản ứng theo thời gian là do tiến trình xi măng hóa pozzolanic giữa sản phẩm của quá trình thủy trong đất diễn ra chậm, kéo dài hóa xi măng Ca2+ và pozzolan (SiO 2 và Al2 O3) (Kamruzzaman, 2002). Ngay sau quá trình có trong bentonite, hình thành các sản phẩm thủy hóa xi măng, sự trao đổi ion giữa Ca 2+ Calcium-aluminate-hydrate (CAH), Calcium- và pozzolan trong bentonite liên tục diễn ra silicate-hydrate (CSH) và Calcium-aluminum- hình thành các sản phẩm keo tụ (Wong et al., silicate-hydrate (CASH). Các sản phẩm này ở 2008). Lỗ rỗng trong đất ngày càng đƣợc lấp dạng keo, ngậm nƣớc nhanh chóng chiếm chỗ đầy bởi các sản phẩm keo tụ dẫn đến hệ số trống trong hỗn hợp vật liệu, giảm độ rỗng, thấm giảm dẫn theo thời gian (Iravanian, giảm khả năng liên kết giữa các lỗ rỗng trong 2015; Ahnberg, 2003). 40 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021
chắc hơn làm tăng cƣờng độ, giảm hệ số thấm (Nontananandh et al., 2005). Trong nghiên cứu này, hệ số thấm của soilcrete giảm khoảng 10 lần khi mẫu cát – xi măng đƣợc trộn thêm bentonite hàm lƣợng 25 kg/m3. Tuy nhiên, khi tăng hàm lƣợng bentonite lên 50 kg/m3, ks của hỗn hợp chỉ giảm 4 lần so với mẫu cát – xi măng ban đầu và giá trị hệ số thấm này hầu nhƣ không đổi nếu tiếp tục tăng bentonite lên hàm lƣợng 75, 100 kg/m3 (hình 11). Norval (2017), Ata et al (2015), Xu et al (2011) cũng đã cho kết quả tƣơng tự. Thể tích lỗ Hình 10. Hệ số thấm các mẫu đất cát trộn rỗng trong đất đƣợc lấp đầy dần bởi lƣợng sản hỗn hơp xi măng - bentonite theo thời gian phẩm đƣợc hình thành từ quá trình thủy hóa hóa xi măng và trao đổi ion giữa Ca2+ và pozzolan 3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bentonite có trong bentonite. Tốc độ và mức độ phát triển lên hệ số thấm mẫu đất cát trộn xi măng - các sản phẩm này phụ thuộc vào hàm lƣợng xi bentonite măng và bentonite trong hỗn hợp vật liệu Ảnh hƣởng của hàm lƣợng bentonite lên hệ (Ahnberg, 2003). Khi lƣợng bentonite vƣợt quá số thấm của mẫu đất cát trộn xi măng – một giá trị nhất định, ks hầu nhƣ không phụ bentonite đƣợc xác định bằng cách so sánh kết thuộc vào lƣợng bentonite tăng thêm. Hàm quả hệ số thấm ở 28 ngày tuổi của các mẫu cát lƣợng bentonite lớn (50, 75, 100 kg/m3), lƣợng trộn cùng một hàm lƣợng xi măng 300 kg/m3 bentonite tăng thêm sẽ thay thế một lƣợng cát với bentonite có hàm lƣợng lần lƣợt 25, 50, trong hỗn hợp vật liệu với kích thƣớc mẫu 75, và 100 kg/m3, tƣơng ứng (Hình 11). Kết không đổi làm thay đổi cấu trúc của hỗn hợp. quả cho thấy ks của soilcrete giảm khi trộn Đồng thời, bentonite là vật liệu có độ trƣơng thêm bentonite. Kết quả này tƣơng đồng với nở cao khi gặp nƣớc tạo thành gel có thể tích Abbey et al. (2018), Ata et al. (2015), gấp 15 lần thể tích khô của nó (Abeele, 1986), Iravanian (2015), Alkaya & Esener (2011). lƣợng bentonite dƣ không tham gia các phản Nguyên nhân đƣợc giải thích cho xu hƣớng ứng hóa học trƣơng nở bao bọc quanh các hạt này là vật liệu bentonite có hạt nhỏ nên diện tích bề mặt tiếp xúc lớn cho phép chúng hấp cốt liệu làm tăng kích cỡ hạt, kết quả làm tăng thụ một phần nƣớc trong nƣớc lỗ rỗng và thể tích lỗ rỗng (Taha OME and Taha MR, không cho di chuyển tự do nhƣ lƣợng nƣớc 2007). Một nguyên nhân khác có thể là lƣợng còn lại trong lỗ rỗng (Alkaya & Esener, 2011). bentonite lớn với tính chất trƣơng nở cao, việc Mặt khác, bentonite là vật liệu sét có chứa các đầm nén khó đạt độ chặt để lại nhiều lỗ rỗng ion âm nhanh chóng phản ứng với Ca 2+ đƣợc hơn dẫn đến hệ số thấm tăng. Nhƣ vậy, trong giải phóng từ quá trình thủy hóa hóa xi măng nghiên cứu này hàm lƣợng bentonite 25 kg/m 3 tạo ra các sản phẩm dạng gel. Các sản phẩm là tối ƣu nhất nếu sử dụng hỗn hợp vật liệu cho này làm cho cấu trúc soilcrete trở nên đặc mục đích chống thấm. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 41
Hình 11. Hệ số thấm tại 28 ngày tuổi của Hình 12. Hệ số thấm của mẫu soilcrete theo các mẫu soilcrete từ đất cát trộn xi măng gradient thủy lực hàm lượng 300 kg/m3 và bentonite lần lượt 0, 25, 50, 75, 100 kg/m3 4. K T LUẬN Sáu mẫu soilcrete đã đƣợc chế tạo trong 3.4. Ảnh hƣởng của gradient thủy lực lên phòng thí nghiệm từ đất cát san lấp tỉnh Đồng hệ số thấm mẫu đất cát trộn xi măng - Tháp với xi măng hàm lƣợng 300 kg/m3 và bentonite nhiều hàm lƣợng bentonite khác nhau lần lƣợt Sự ảnh hƣởng độ lớn gradient thủy lực lên 25, 50, 75, 100 kg/m3. Hệ số thấm của các mẫu hệ số thấm mẫu đất cát trộn xi măng – soilcrete đã đƣợc khảo sát bằng thí nghiệm thấm theo phƣơng pháp cột áp vào giảm - cột áp ra bentonite đƣợc đánh giá bằng cách so sánh kết không đổi hoặc cột áp vào giảm – cột áp ra dâng quả thí nghiệm thấm của hai mẫu soilcrete trên thiết bị thấm thành mềm. Đối với đất cát tự đƣợc chế tạo cùng một hàm lƣợng xi măng nhiên đƣợc thực hiện trên thiết bị thành cứng. 300 kg/m3 và hàm lƣợng bentonite 25 kg/m3 Các kết luận đƣợc rút ra từ quá trình thí nghiệm (B25.1 và B25.2). Độ dốc thủy lực áp dụng thí nhƣ sau: nghiệm thấm cho hai mẫu B25.1; B25.2 lần (1) Hệ số thấm đất cát trộn xi măng hàm lƣợt là 40, 132. ks tại 28 ngày tuổi của hai mẫu lƣợng 300 kg/m3 giảm đáng kể từ 10-3 đến 10-4 đƣợc thể hiện ở hình 12. Kết quả cho thấy sự lần so với đất cát tự nhiên. thay đổi hệ số thấm theo gradient thủy lực là (2) Đất cát trộn xi măng kết hợp bentonite không đáng kể (
(5) Hệ số thấm của hỗn hợp cát - xi măng - construction of unpermeable layer,”. Scientific bentonite đạt từ 4.86 x 10-9 m/s đến 1 x 10-10 m/s. Research and Essays, Vol. 6, No. 21, pp. 4492- LỜ CẢM ƠN 4503, 2011. Nghiên cứu này đƣợc thực hiện từ nguồn [8]. N.K. Ameta and A.S. Wayal. “Effect of kinh phí nghiên cứu của đề tài loại B - Đại học Bentonite on Permeability of Dune Sand,” Quốc gia TP HCM, mã số B2018-20-04. Nhóm Electronic Journal of Geotechnical nghiên cứu chân thành cảm ơn Đại học Quốc Engineering, Vol. 13, bund. A, 8 pp, 2008. gia TP HCM và trƣờng Đại học Bách Khoa đã [9]. S. Akbulut and A. Saglamer. hỗ trợ hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu. “Modification of hydraulic coductivity on granular soils using waste materials,” Waste TÀ L ỆU T AM K ẢO Management, Vol. 24, pp. 491-499, 2004. [10]. J. J. Assaad and J. Harb (2013). “Use [1]. American Society for Testing and of the Falling-Head Method to Assess Materials. “Standard test method for Permeability of Freshly Mixed Cementitious- measurement of hydraulic conductivity of Based Materials,” Journal of Materials in saturated porous material using a flexible wall Civil Engineering, Vol. 25, No. 5, pp 580 - permeameter.” ASTM D5084, 2010, 24 pages. 588, May 2013. [2] American Society for Testing and [11]. A.A. Ata, T. N. Salem, and N. M. Materials. “Standard test method for Elkhawas. “Properties of soil–bentonite– measurement of hydraulic conductivity of cement bypass mixture for cutoff walls,” porous material using a rigid wall, Construction and Building Materials, pp. 950- compaction mold permeameter.” ASTM 956, May 2015. D5856, 1995, 8 pages. [12]. R. Bahar, M. Benazzoug, and S. Kenai. [3]. American Society for Testing and “Performance of compacted cement - stabilised Materials. “Standard test method for laboratory soil,” Cement and concrete composites, Vol 26, compaction characteristics of soil using pp. 811-820, 2004. standard effort (12,400 ft-lbf/ft3 (600 kN- [13]. D. Castelbaum and C. D. Shackelford. m/m3).” ASTM D 698 - 91, (1998), 8 pages. “Hydraulic Conductivity of Bentonite Slurry [4]. S.J. Abbey, S. Ngambi, A. O. Olubanwo, Mixed Sands,” Journal of Geotechnical and and F. K. Tetteh. "Strength and Hydraulic Geoenvironmental Engineering, Vol. 135, No. Conductivity of Cement and By - Product 12, 17 pp, December 2009. Cementitious Materials Improved Soil," [14]. J. W. Cowland and B. N. Leung. “A International Journal of Applied Engineering Field Trial of a Bentonite Landfill Liner”. Waste Research. Vol.13, pp. 8684-8694, 2018. Management and Research, Vol. 9, No. 1, pp. [5]. W. V. Abeele. “The influence of 277-291, 1991. bentonite on the permeability of sand silts,” [15]. M. K. Gueddouda, M. Lamara, N. Nuclear and chemical waste management. Vol Abou-bekr, and S. Taibi. “Hydraulic 6, pp 81-88, 1986. behaviour of dune sand-bentonite [6]. H. Ahnberg. “Measured permeabilities in mixtures under confining stress,” stabilised Swedish soils,” Grouting and Grout Geomechanics and Engineering, Vol. 2, No. treatment, pp. 622-633, 2003. 3, pp. 213-227, 2010. [7]. D. Alkaya and A. B. Esener. “Usability [16]. O. Helson, J. Eslami, A. Beaucour, A. of sand-bentonite-cement mixture in the Noumowe, and P. Gotteland (2018). “Hydro- ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021 43
mechanical behaviour of soilcrete through a [24]. A. L. Norval. “Hydraulic conductivity parametric laboratory study,” Construction and testing of cement-bentonite mixes for use in Building Materials, Vol.166, pp. 657-667, 2018. annular well seals,” M.A Theses, Missouri [17]. A. Iravania “Hydro-Mechanical university of science and technology, 2017. Properties of Compacted Sand-bentonite [25]. V. Picandet, D. Rangeard, A. Perrot, Mixtures Enhanced with Cement,” Ph.D. thesis, and T. Lecompte (2011). “Permeability Eastern Mediterranean University, 2015. measurement of fresh cement paste,” Cement [18]. A. H. M. Kamruzzaman. “Physico- and Concrete Research, 41, pp. 330–338, 2011. Chemical and Engineering of cement treated [26]. G. Sällfors and A. L. Öberg-Högsta. Singapore marine clay,” M.E. Thesis, National “Determination of Hydraulic Conductivity of University of Singapore, 2002. Sand-Bentonite Mixtures for Engineering [19]. T. Kenney, W. A. van Veen, M. A. Purposes”. Geotechnical and Geological Swallow, and M, A Sungaila. “Hydraulic Engineering, Vol. 20, No.1, pp. 65-80, 2002. Conductivity of Compacted Bentonite-Sand [27]. O. M. E. Taha and M. R. Taha. Mixtures,” Can. Geotech. J., Vol. 29, No. 3, pp. “Volume Change and Hydraulic Conductivity of 364–374, 1992. Soil-Bentonite Mixture,” Jordan Journal of [20]. S. Kumar and W. L. Yong. “Effect of Civil Engineering, Vol 9, No. 1, pp 43-58, 2007. Bentonite on Compacted Clay Landfill Barriers,” Soil [28]. S. Tong and C. D. Shackelford. and Sediment Contamination, Vol. 11, No. 1, pp. 71- “Standardized Hydraulic Conductivity Testing 89, 2002. of Compacted Sand-Bentonite Mixtures,” [21]. E. Mengue, H. Mroueh, L. Lancelot, Geotechnical Testing Journal, Vol. 39, No 6, and R. M. Eko. “Physicochemical and pp. 1015-1029, 2016. consolidation properties of compacted lateritic [29]. H-H. Tran-Nguyen, K. T. D. Nguyen, soil treated with cement,” Soils and and T. T. Nguyen. “Permeability of Soilcrete Foundations, Vol. 57, pp. 60-79, Feb. 2017. Specimens Made from the Mekong Delta’s Soft [22]. V. Martirosyan and M. Yamukyan. Clay Mixed with Cement Slurry,” Geo-congress “Comparative Study of Behaviour of Soil and 2020, pp. 751-758, 2020. Soil-Bentonite Mixtures for The Construction of [30]. L. S. Wong, R. Hashim, and F. H. Ali. Impermeable Barriers,” International Journal of “Strengh and permeability of stabilized peat Scientific Research in Civil Engineering, Vol 2 soil.” Journal of applied sciences, 8 (21), pp. (3), pp. 12-21, 2018. 3986-3990, 2008. [23]. S. Nontananandh, T. Yoobanpot, and S. [31]. S. Xu, Z. Wang, and Y. Zhang. “Study Boonyong. “Scanning electron microscopic on the Hydraulic Conductivity of Sand- investigation of cement stabilized soil,” in Bentonite mixtures used as Liner System of Proceedings of 10th National Conference on Civil Engineering, Chonburi-Thailand, 2005, Waste Landfill”. Advanced Materials Research, pp. 23-26. Vol. 194-196, pp. 909-912, 2011. Người phản biện: PGS, TS ĐẬU VĂN NGỌ 44 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1 - 2021