Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Địa kỹ thuật Xây dựng: Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Địa kỹ thuật Xây dựng "Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền" được nghiên cứu với mục tiêu:Đưa ra được tổng quan về các giải pháp kỹ thuật xử lý và tái sử dụng bùn nạo vét thành vật liệu xây dựng; Làm rõ cơ sở khoa học của giải pháp xử lý bùn thành vật liệu rời; ên cứu đưa ra được quy trình chế tạo vật liệu dạng rời từ bùn nạo vét ở dạng lỏng với hàm lượng nghèo phụ gia; Nghiên cứu được các đặc tính địa kỹ thuật của vật liệu rời chế tạo từ hàm lượng nghèo phụ gia từ đó đưa ra phạm vi ứng dụng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Địa kỹ thuật Xây dựng: Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Phạm Tri Thức NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN NẠO VÉT TỪ MỘT SỐ SÔNG, HỒ TRONG THÀNH PHỐ HÀ NỘI THÀNH VẬT LIỆU DẠNG RỜI DÙNG CHO CÔNG TÁC ĐẮP NỀN Ngành: Địa kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580211 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – 2025
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Huy Đông Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Đức Mạnh Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thị Nụ Phản biện 3: PGS.TS Vũ Anh Tuấn Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi giờ ngày tháng năm 2025 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc gia và thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Hà Nội là thủ đô của cả nước, nơi có tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng nhanh, tập trung nhiều sông, ao hồ lớn. Hàng năm một khối lượng lớn bùn được tạo ra từ quá trình xây dựng cơ sở hạ tầng và nạo vét sông, hồ. Bùn thường được đổ trực tiếp tại các bãi chứa tạm được cấp phép cũng như không được cấp phép với diện tích chiếm chỗ đáng kể, gây ô nhiễm môi trường với chi phí cho các bãi thải là rất lớn. Mặt khác, với nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng trong thành phố, đặc biệt với các dự án nâng cấp cải tạo đê, kè, xây dựng mở rộng đường đều cần đến một lượng vật liệu rất lớn cho công tác san nền, đắp nền móng công trình... Lượng vật liệu này thông thường sử dụng là cát hoặc đất cấp phối được khai thác từ các mỏ cát trong núi hoặc lòng sông. Việc khai thác cát đã tác động nghiêm trọng đến điều kiện địa chất, môi trường sinh thái, sạt lở đất và mất an toàn giao thông, đặc biệt là giao thông đường thủy. Trong khi đó, với mục tiêu phát triển bền vững, yếu tố về môi trường ngày càng được chú trọng, cùng với sức ép từ các bãi chứa được cấp phép đã quá tải, việc nghiên cứu, chế tạo vât liệu phục vụ công tác san lấp, đắp nền từ bùn thải nạo vét là nhu cầu tất yếu. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều giải pháp kỹ thuật được ứng dụng như: ép khô bùn; trộn phụ gia như vôi, xi măng nhằm tăng cường độ... Mỗi giải pháp đều có những ưu điểm, tồn tại cũng như phạm vi ứng dụng riêng. Trong đó giải pháp chế tạo bùn thành cát nhân tạo đã và đang được nghiên cứu phát triển và có tiềm năng ứng dụng cao cho vật liệu san lấp nền nhờ vào một số ưu điểm của vật liệu rời như: thoát nước nhanh, nhẹ, dễ vận chuyển, dễ lu lèn. Tuy nhiên, giải pháp này này còn khá mới mẻ và chưa được ứng dụng ở Việt Nam. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, nghiên cứu sinh đã lựa chọn luận án với đề tài: “Nghiên cứu xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu dạng rời dùng cho công tác đắp nền” có ý nghĩa về khoa học. Kết quả nghiên
2 cứu của luận án sẽ là cơ sở khoa học và thực tiễn thúc đẩy việc tận thu nguồn bùn thải nạo vét cũng như từ thi công các công trình ngầm thành vật liệu xây dựng đóng góp vào sự phát triển chung của xã hội. 2. Mục tiêu nghiên cứu 1) Đưa ra được tổng quan về các giải pháp kỹ thuật xử lý và tái sử dụng bùn nạo vét thành vật liệu xây dựng. 2) Làm rõ cơ sở khoa học của giải pháp xử lý bùn thành vật liệu rời. 3) Lấy được các mẫu bùn điển hình ở một số sông, hồ lớn, đánh giá các chỉ tiêu lý, hóa và khả năng xử lý thành vật liệu đắp nền. 4) Nghiên cứu đưa ra được qui trình chế tạo vật liệu dạng rời từ bùn nạo vét ở dạng lỏng với hàm lượng nghèo phụ gia. 5) Nghiên cứu được các đặc tính địa kỹ thuật của vật liệu rời chế tạo từ hàm lượng nghèo phụ gia từ đó đưa ra phạm vi ứng dụng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung vào các mẫu bùn được lấy từ một số sông, hồ trong nội thành Hà Nội. Ngoài ra, phụ gia tạo cường độ là các loại xi măng ở thị trường trong nước, phụ gia tạo keo kết dính là loại polymer siêu thấm nước có hoạt tính cao thường được sử dụng trong xây dựng. Với mục tiêu cuối cùng là nghiên cứu chế tạo được một loại vật liệu dạng rời giống cát nhân tạo, xuyên suốt luận án này được gọi tên là GFM (viết tắt của granular cement treated soil for filling material), tác giả chú trọng vào nghiên cứu đặc tính địa kỹ thuật của loại vật liệu GFM được chế tạo từ hàm lượng nghèo phu gia. 4. Phương pháp nghiên cứu Tác giả sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu gồm: khảo sát thực nghiệm, phương pháp tổng hợp và thống kê số liệu, thí nghiệm trong phòng và phân tích đánh giá số liệu. 5. Giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án 5.1. Giá trị khoa học Tác giả đã tập trung nghiên cứu làm rõ cơ sở khoa học của phương pháp chế tạo một loại vật liệu dạng rời từ vật liệu bùn
3 dạng lỏng, xây dựng qui trình chế tạo vật liệu này với qui mô trong phòng thí nghiệm. Làm rõ vai trò của phụ gia xi măng và polymer trong quá trình biến bùn lỏng thành vật liệu dạng hạt rời. Tác giả cũng lý giải rõ ứng xử về ứng suất - biến dạng của loại vật liệu/đất dạng rời nhưng các hạt đất lại có nguy cơ bị vỡ ra và co lại (không phải hạt cứng/rắn giống như cát hay cuội sỏi). 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án mở ra một hướng mới thúc đẩy công tác xử lý bùn nạo vét từ các sông, ao hồ cũng như bùn phải thải ra từ các hoạt động xây dựng khác. Sản phẩm của quá trình xử lý là vật liệu rời dạng hạt GFM (như cát) có thể sử dụng làm vật liệu san lấp cũng như nền của một số loại công trình đường giao thông, đất đắp sau tường chắn đất,… Cũng từ kết quả của nghiên cứu này, một lượng lớn bùn từ công tác nạo vét sông, ao hồ đang từ chất thải có thể xử lý để trở thành vật liệu san lấp, góp phần bảo vệ môi trường sống, giảm sức ép về nhu cầu nguồn vật liệu đắp nền cho quá trình phát triển cơ sở hạ tầng trên cả nước. 6. Những đóng góp mới của luận án Với ý nghĩa về khoa học và thực tiễn nêu trên, đóng góp mới của luận án có thể được tổng hợp ở các nội dung sau: 1) Tác giả đã đề xuất được qui trình xử lý bùn nạo vét ở dạng lỏng, hạt mịn, thành một loại vật liệu dạng rời GFM (giống cát) làm vật liệu san lấp và nền móng công trình... Từ qui trình sản xuất đó, tác giả cũng đã chỉ ra được vật liệu GFM có thể sản xuất được từ một lượng nhỏ phụ gia xi măng và polymer, nhằm hướng tới giá thành phù hợp và đưa ra được phạm vi ứng dụng của vật liệu GFM sản xuất từ các mức hàm lượng phụ gia khác nhau. 2) Tác giả đã chỉ ra được đặc tính ứng suất-biến dạng khác biệt của vật liệu GFM so với vật liệu dạng rời như cát sỏi truyền thống. Đó là ở cấp ứng suất nhỏ vật liệu GFM có đặc tính giống cát sỏi, nhưng ở cấp ứng suất lớn vật liệu GFM ứng xử như đất dính. 7. Cấu trúc của luận án Cấu trúc của luận án ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm có 3 chương, 12 bảng, 98 hình ảnh và biểu đồ
4 trình bày trên 128 trang không kể phần phụ lục. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÙN THẢI VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ TẬN THU BÙN THÀNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1. Khái niệm chung về bùn và nguồn gốc phát thải bùn trong thành phố Hà Nội 1.2. Thực trạng tận thu bùn nạo vét tại Hà Nội và một số thành phố lớn ở Việt Nam 1.3. Một số giải pháp/công nghệ xử lý bùn nạo vét thành vật liệu xây dựng trên thế giới và ở Việt Nam Là phương pháp bùn ở dạng lỏng sau khi nạo vét, tập kết ở một vị trí nhất định, sau đó được trộn với một lượng phụ gia (xi măng, vôi, tro bay, bột giấy...). 1.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính kỹ thuật của vật liệu đắp chế tạo từ bùn kết hợp với xi măng 1.5. Cơ sở khoa học của giải pháp xử lý bùn lỏng thành vật liệu dạng rời Nguyên lý xử lý bùn lỏng thành vật liệu dạng hạt được trình bày trong hình 1.34. r +Xi măng Hình 1.34. Nguyên lý tạo hạt từ bùn lỏng 1.6. Đánh giá lựa chọn giải pháp xử lý bùn nạo vét từ một số sông, hồ thành phố Hà Nội thành vật liệu đắp dạng rời CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA BÙN, PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN XỬ LÝ BÙN THÀNH VẬT LIỆU ĐẮP DẠNG RỜI 2.1. Công tác lấy mẫu bùn và bảo quản bùn cho thí nghiệm 2.2. Một số đặc tính vật lý và hoá học cơ bản của các mẫu bùn từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội 2.2.1. Phương pháp thí nghiệm
5 2.2.2. Một số chỉ tiêu vật lý của các mẫu bùn a) Độ ẩm ban đầu mẫu bùn. b) Độ ẩm giới hạn chảy mẫu bùn. c) Độ ẩm giới hạn dẻo của mẫu bùn. Hình 2.5. Độ ẩm ban đầu và các độ ẩm giới hạn Atterberg của một số mẫu bùn.
6 a) Mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm. b) Mẫu bùn hồ Tây. c) Mẫu bùn sông Nhuệ. Hình 2.8. Cấp phối hạt của một số mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm, hồ Tây và sông Nhuệ.
7 Hình 2.9. Lượng chất hữu cơ mẫu bùn tại hồ Tây, hồ Hoàn Kiếm và sông Nhuệ. 2.2.3. Một số đặc tính hóa học cơ bản của các mẫu bùn Tác giả chỉ tập trung phân tích các thành phần hóa có ảnh hưởng lớn đến khả năng tái sử dụng. Kết quả được trình bày trên các hình 2.10, hình 2.14 và hình 2.15. Hình 2.10. Độ pH mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm, hồ Tây và sông Nhuệ. a) Mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm “H”
8 b) Mẫu bùn hồ Tây “W” Hình 2.14. Hàm lượng các ô xít có trong mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm và hồ Tây. a) Mẫu bùn hồ Hoàn Kiếm b) Mẫu bùn hồ Tây. Hình 2.15. Hàm lượng Kim loại nặng bùn hồ Hoàn Kiếm và hồ Tây.
9 2.2.4. Đánh giá khả năng xử lý bùn từ một số sông, hồ trong thành phố Hà Nội thành vật liệu xây dựng 2.3. Nghiên cứu khả năng tạo hạt từ bùn dạng lỏng theo qui mô trong phòng thí nghiệm 2.3.1. Giới thiệu chung 2.3.2. Khảo sát qui trình trộn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Từ các kết quả trộn thử nghiệm trong phòng, qua nhiều lần hiệu chỉnh và đánh giá sơ bộ, tác giả đề xuất qui trình xử lý bùn lỏng thành vật liệu GFM trong phòng thí nghiệm theo trình tự như hình 2.20: Hình 2.20. Qui trình trộn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. 2.3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấp phối hạt của vật liệu GFM tiến hành khảo sát sự hình thành hạt, biến đổi cấp phối hạt cho các mẫu bùn. Kết quả được tổng hợp trên hình 2.23, hình 2.24 và hình 2.25: Hình 2.23. Ảnh hưởng của xi măng đến thành phần hạt của GFM.
10 Hình 2.24. Ảnh hưởng của polymer đến thành phần hạt của GFM. 2.4. Cơ chế hình thành và phát triển cường độ của hạt đất GFM Hình 2.28. Hình ảnh ở độ phóng đại 5.000 lần. CHƯƠNG 3. ĐẶC TÍNH ĐỊA KỸ THUẬT VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU ĐẮP DẠNG RỜI CHẾ TẠO TỪ BÙN NẠO VÉT VỚI HÀM LƯỢNG NGHÈO XI MĂNG VÀ POLYMER 3.1. Giới thiệu chung 3.2. Vật liệu và nội dung thí nghiệm 3.3. Một số đặc tính vật lý cơ bản của vật liệu GFM Tác giả tiến hành xác định các đặc trưng vật lý cơ bản của các mẫu GFM trong phòng thí nghiệm. Kết quả thu được như hình 3.3: a) Khối lượng đơn vị thể tích các mẫu GFM.
11 b) Tỷ trọng hạt các mẫu GFM. c) Hệ số rỗng các mẫu GFM. Hình 3.3. Một số đặc tính vật lý cơ bản của các mẫu GFM. 3.4. Độ bền của vật liệu GFM từ thí nghiệm nén một trục nở hông 3.4.1. Thí nghiệm xác định các thành phần ô xít chính trong xi măng 3.4.2. Thí nghiệm nén một trục nở hông 3.4.3. Kết quả thí nghiệm Hình 3.7 cho thấy khi hàm lượng xi măng nhỏ khoảng (5÷10)% mẫu dường như ở trạng thái biến dạng dẻo, trong khi đó khi hàm lượng xi măng tăng lên trên 15% mẫu bắt đầu có xu hướng biến dạng giòn. Trong khi đó ảnh hưởng của polymer đến độ bền nén nở hông là không quá lớn khi hàm lượng polymer ở mức (0,1÷0,4)% như hình 3.8:
12 a) Quan hệ giữa độ bền nén nở hông và biến dạng dọc trục. Hình 3.7. Kết quả nén một trục nở hông với các hàm lượng xi măng khác nhau. a) Quan hệ giữa độ bền nén và biến dạng dọc trục. Hình 3.8. Kết quả nén một trục nở hông với các hàm lượng polymer khác nhau. Hình 3.9. Ảnh hưởng của phương pháp trộn tới độ bền nén.
13 3.5. Đặc tính đầm chặt 3.5.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 3.5.2. Kết quả thí nghiệm Hình 3.11 cho thấy vật liệu GFM có khối lượng đơn vị thể tích khô khá nhỏ, cho thấy vật liệu nhẹ, đường cong đầm chặt có độ cong nhỏ, tương đối thoải cho thấy khả năng đầm chặt không phụ thuộc quá nhiều vào độ ẩm, có khả năng thoát nước tốt. Hình 3.11. Độ ẩm đầm nén tốt nhất của các mẫu đất. 3.6. Sức chịu tải CBR của vật liệu GFM 3.6.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 3.6.2. Kết quả thí nghiệm Hình 3.14 cho thấy khả năng chịu áp lực của mẫu tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng, sự thay đổi áp lực tương đối rõ rệt khi tăng hàm lượng xi măng từ (5; 7; 10)%. Hình 3.14. Quan hệ giữa chỉ số CBR và khối lượng đơn vị thể tích khô của đất.
14 3.7. Khảo sát độ bền của vật liệu GFM trong môi trường tự nhiên 3.7.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 3.7.2. Kết quả thí nghiệm Hình 3.17 cho thấy các mẫu GFM tương đối bền trong môi trường tự nhiên, trị số CBR giảm không nhiều và ổn định theo thời gian. Hình 3.17. Chỉ số CBR ở công đầm cối 65 chày/lớp với từng chu kỳ lặp bão hòa-phơi khô. Hình 3.18 trình bày kích thước hạt chỉ thay đổi nhỏ sau 2 chu kỳ bão hòa và phơi khô mẫu, mỗi chu kỳ là 60 ngày, cho thấy độ bền cao của vật liệu GFM. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về độ bền lâu dài cho việc sử dụng thực tế. a) Vật liệu GFM sau 120 ngày ngâm bão hòa nước
15 b) Thành phần hạt của GFM ở chu kỳ bão hòa 60 ngày và 120 ngày Hình 3.18. Xác định đặc trưng tan rã của vật liệu GFM 3.8. Đặc tính biến dạng của vật liệu GFM trong thí nghiệm nén cố kết một trục 3.8.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 3.8.2. Kết quả thí nghiệm Hình 3.20 cho thấy đường cong nén e-log( σ v ) của các mẫu GFM được chia làm 3 giai đoạn khác với đường cong nén của đất sét thuần túy. Quá trình thoát nước từ lỗ rỗng kín kéo dài theo thời gian, dẫn đến biến dạng từ biến của các mẫu GFM như hình 3.22. Hình 3.20. Biểu đồ nén lún của các mẫu vật liệu GFM. Hình 3.21 cho thấy, trong vật liệu GFM với những hạt có liên kết yếu có xu hướng vỡ, tách thành các hạt nhỏ.
16 Hình 3.21. Thành phần hạt trước và sau khi nén mẫu GFM Hình 3.22. Biểu đồ biến dạng theo thời gian e-log(t) các mẫu GFM. 3.9. Cường độ và biến dạng của vật liệu GFM từ thí nghiệm nén ba trục CD 3.9.1. Vật liệu và phương pháp thí nghiệm 3.9.2. Kết quả thí nghiệm Ở giai đoạn cố kết đẳng hướng cho thấy GFM thoát nước nhanh: a) Mẫu GFM hàm lượng 5% xi măng.
17 b) Mẫu GFM hàm lượng 7% xi măng. c) Mẫu GFM hàm lượng 10% xi măng. d) Cát hạt trung trạng thái chặt và sét dẻo cứng cố kết thường. Hình 3.28. Sự thay đổi thể tích theo thời gian ở giai đoạn cố kết mẫu vật liệu GFM.
18 2) Giai đoạn gia tải cắt dọc trục Ở giai đoạn đầu khi gia tải cắt biến dạng εa nhỏ (0,2÷0,5)%, mối tương quan giữa ứng suất lệch và biến dạng là tuyến tính, khi biến dạng lớn thì mối tương quan này dần trở thành phi tuyến: a) Mẫu GFM 5% xi măng. b) Mẫu GFM 7% xi măng. c) Mẫu GFM 10% xi măng.