Tóm tắt 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:29

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Nghiên cứu đánh giá và sử dụng đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình" là nghiên cứu, đánh giá sự phù hợp của đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 PHẠM ĐĂNG NGUYÊN 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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội, 2024
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS Phạm Huy Khang 2. PGS.TS Nguyễn Trọng Hiệp Phản biện 1:....... (Đại học........ ) Phản biện 2:....... (Đại học ........) Phản biện 3: ...... (Đại học........ ) Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải vào hồi giờ ’ ngày tháng năm 2024. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Quốc gia 2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải
1 1. Giới thiệu tóm tắt luận án Nội dung luận án gồm 4 chương; Mở đầu; Kết luận và kiến nghị; ngoài ra còn có một quyển phụ lục và một quyển các công trình nghiên cứu đóng riêng. - 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 cứ thực nghiệm trong phòng về vật liệu BTXM 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. - Quyển Phụ lục luận án: được đóng riêng, trong đó là các số liệu và những nội dung khác liên quan đến luận án. - Quyển các công trình nghiên cứu: Được đóng riêng, trong đó là các bài báo của NCS đã đăng liên quan đến luận án. 2. Lý do chọn đề tài 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. 3. Mục đích nghiên cứu
2 Nghiên cứu, đánh giá sự phù hợp của đá Dolomite trong xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đá Dolomite sử dụng làm móng, mặt đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. 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. 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.
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. Hình ảnh mỏ đá Dolomite tại Ninh Bình như Hình 1.1 Hình 1.1. Mỏ đá Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp - Ninh Bình 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. 1.1.2.2. Dolomite và một số loại đá trầm tích Do được thành tạo từ nhiều nguồn gốc khác nhau nên đá trầm tích gồm một số nhóm đá khác nhau, trong đó có đá Dolomite. 1.1.2.3. Một số đặc điểm của đá Dolomite Đá Dolomite có thành phần khoáng vật chính là Dolomite với công thức hóa học là CaMg(CO3)2. Ngoài thành phần cơ bản còn tồn tại: SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, Na2O, K2O, CO2…
4 Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của Dolomite Thành phần CaO MgO CO2 Hàm lượng (%) 30,4 21,9 47,7 1.1.3. Phân bố đá Dolomite trên thế giới, Việt Nam 1.1.3.1. Phân bố đá Dolomite trên thế giới Trên thế giới Dolomite phân bổ khá rộng rãi, trong đó có thể kể đến một số nước như Bỉ, Anh, Tây Ban Nha, Ý, Na Uy, Canada, Úc, Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Ả Rập thống nhất… 1.1.3.2. Phân bố đá Dolomite ở Việt Nam Đá Dolomite phân bố tập trung ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung, một ít ở Tây Nguyên. Hầu hết các mỏ Dolomite có quy mô nhỏ đến trung bình, một số mỏ có quy mô tương đối lớn phân bố tập trung ở các tỉnh: Yên Bái, Phú Thọ, Hà Giang, Thái Nguyên, Hòa Bình, Hà Nam, Ninh Bình, Nghệ An, Quảng Nam, Quảng Trị… 1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng đá Dolomite trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Trên thế giới Trên thế giới đá Dolomite không chỉ sử dụng trong ngành công nghiệp luyện kim, vật liệu chịu lửa và ứng dụng vào ngành nông nghiệp, môi trường, xây dựng, Dolomite còn ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học hiện đại. 1.2.2. Ở Việt Nam Ở Việt Nam đá Dolomite được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: gạch chịu lửa, gốm, xứ, thủy tinh cao cấp, phụ gia sản xuất các sản phẩm cao su, giấy, sơn, thức ăn gia xúc, làm chất cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, chất độn phân bón, phụ gia trong công nghiệp luyện kim… và gần đây Dolomite đã được sử dụng ở một số dự án làm vật liệu đắp nền đường.
5 1.2.3. Các nghiên cứu mới về đá Dolomite làm vật liệu xây dựng 1.2.3.1. Triển vọng phát triển của bê tông tự lèn tại Nga 1.2.3.2. Nghiên cứu khả năng sử dụng đá Dolomite phong hóa làm vật liệu xây dựng Trong một công trình nghiên cứu của mình PGS.TS Vũ Đình Đấu, đã lựa chọn đá Dolomite Hà Nam để nghiên cứu chế tạo vữa và bê tông đưa ra được các so sánh về sự khác nhau giữa bê tông cốt liệu đá Dolomite và bê tông thông thường. 1.3. Đá Dolomite trên địa bàn tỉnh Ninh Bình 1.3.1. Đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình Để phân loại đặc điểm đá Dolomite Ninh Bình, trong một công trình nghiên cứu PGS.TS Lương Quang Khang đã tiến hành nghiên cứu thach học, thành phần hóa học và tính chất cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình, cụ thể như sau [19]: 1.3.1.1. Thành phần thạch học và khoáng vật a. Đá Dolomit nguyên khối b. Đá Dolomite vụn 1.3.1.2. Thành phần hóa học chung của đá Dolomite Ninh Bình Bảng 1.7. Tổng hợp thành phần của đá Dolomite Ninh Bình Hàm lượng các thành Các đặc phần chính (%) CaO MgO MKN HO trưng thống kê (%) Hàm lượng trung bình 30,83 20,23 46,60 0,39 Phương sai 2,14 1,70 0,07 0,16 Hệ số biến thiên V (%) 4,74 6,45 0,56 101,80 Tổng số mẫu nghiên cứu 347 347 243 347 Min 28,56 13,03 45,21 0,03 Max 38,50 21,80 46,85 2,83
6 1.3.1.3. Tính chất cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình Bảng 1.13. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đá Dolomite Ninh Bình Giá trị phân tích Các chỉ tiêu cơ lý đá cơ bản Từ Đến T. bình 1. Thể trọng tự nhiên (g/cm3) 2,67 2,74 2,69 2. Tỷ trọng 2,74 2,78 2,77 3. Cường độ kháng nén khô (KG/cm2) 680,0 1352,8 862,8 4. Cường độ kháng kéo khô (KG/cm2) 48,3 130,0 78,4 5. Lực dính kết (KG/cm2) 50 135 80 6. Góc ma sát (độ) 36020' 37045' 37006' 7. Độ khe hở (%) 1,4 3,9 2,6 Từ các kết quả tính toán ở trên có thể thấy rằng đá Dolomite phân bố trên địa bàn tỉnh Ninh Bình nói chung có chất lượng khá tốt với hàm lượng MgO cao, các thành phần có hại có hàm lượng thấp. Các loại đá Dolomite nguyên khai chưa bị phong hoá mầu xanh đen có cường độ kháng nén cao tương tự với các đá granit. 1.3.2. Phân bố và trữ lượng Vùng rất có triển vọng: Bao gồm các khu Đông Sơn (thành phố Tam Điệp) và Phú Long - Kỳ Phú (huyện Nho Quan). Vùng có triển vọng: Bao gồm các khu Thạch Bình và Phú Sơn (huyện Nho Quan). Vùng không có triển vọng: Bao gồm các khu phân bố các đá trầm tích thuộc hệ tầng Suối Bàng, Nậm Thẳm, Tân Lạc và Đệ Tứ. 1.3.3. Quy hoạch khai thác sử dụng đá Dolomite Ninh Bình Theo Quyết định số 2908/QĐ-UBND ngày 26 tháng 12 năm 2007 của UBND tỉnh Ninh Bình về việc phê quy hoạch khoanh vùng loại khoáng sản chủ yếu tỉnh Ninh Bình đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020.
7 Nhận xét: Ninh Bình có một nguồn đá Dolomite với trữ lượng tương đối lớn, chất lượng tốt và đồng đều, các chỉ tiêu cơ lý khá phù hợp để nghiên cứu sử dụng thay thế các nguồn vật liệu truyền thống đáp ứng nhu cầu phát triển kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ Thành phần hóa học của đá Dolomite Ninh Bình được thể hiện ở Hình 1.2 [19] 1,95% 0,39% 1 CaO 30,83% 2 MgO 46,60% 3 MKN 4 HO 20,23% 5 Khác Hình 1.2. Thành phần hóa học đá Dolomite Ninh Bình 1.4. Tình hình sử dụng đá Dolomite Ninh Bình trong xây dựng đường ô tô và những vấn đề đặt ra Với trữ lượng lớn, khai thác thuận lợi và đặc biệt là chất lượng được đánh giá cao. Việc sử dụng Dolomite làm vật liệu xây dựng đường ô tô trên địa bàn tỉnh Ninh Bình đang rất được quan tâm, ủng hộ của các cấp, các ngành. 1.4.1. Đánh giá tổng quát về chất lượng một số công trình đường đã sử dụng Dolomite Ninh Bình Trong những năm gần đây, trên địa bàn tỉnh Ninh Bình đã sử dụng Dolomite để làm vật liệu đắp nền đường ở một số dự án và cho
8 kết quả khả quan. Nhìn chung đến thời điểm hiện tại các dự án đều khai thác tốt và phát huy hiệu quả đầu tư. 1.4.2. Các yêu cầu thực tiễn khi sử dụng Dolomite trên diện rộng Việc Bộ GTVT cho phép sử dụng vật liệu đắp nền bằng Dolomite là một hướng mới để giảm bớt áp lực về nhu cầu cung cấp vật liệu đắp nền đường truyền thống, trong đó yêu cầu các Chủ đầu tư phải tổ chức xây dựng quy trình thi công nghiệm thu trình cấp có thẩm quyền phê duyệt [27] [23] [3]. Tuy nhiên với những tính chất cơ lý sẵn có của đá Dolomite có thể nghiên cứu sử dụng làm móng, mặt đường nhằm tiết kiệm, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên có hạn này. 1.5. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Với những tính chất cơ lý sẵn có của đá Dolomite nói chung và chất lượng của Dolomite Ninh Bình nói riêng thì việc sử dụng làm móng, mặt đường là rất khả thi. Tuy nhiên, để sử dụng đá Dolomite làm móng, mặt đường ô tô cần phải nghiên cứu một cách bài bản, toàn diện hơn trước khi sử dụng trên diện rộng. Qua việc nghiên cứu, thực nghiệm có thể đề xuất sử dụng đá Dolomite làm loại vật liệu mới thay thế đá vôi là vật liệu truyền thống trước đây trên địa bàn tỉnh Ninh Bình. CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ DOLOMITE GIA CỐ XI MĂNG LÀM MÓNG ĐƯỜNG Ô TÔ 2.1. Mở đầu Ở Chương 1 đã nghiên cứu, đánh giá giữa đá Dolomite và đá vôi có nhiều tính chất tương đồng. Do vậy việc sử dụng cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng sau đó kiểm tra, đánh giá trên theo TCVN
9 8858 giống như đá vôi và các loại đá thông thường khác là có cơ sở và đảm bảo độ tin cậy về mặt lý thuyết cũng như thực nghiệm. 2.2. Móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng và các yêu cầu 2.2.1. Khái niệm 2.2.2. Các đặc điểm của CTB 2.2.3. Cơ sở lý thuyết về sử dụng vật liệu đá gia cố xi măng Vật liệu đá gia cố xi măng có cốt liệu thô chính là các loại đá dăm, đá dăm sỏi thiên nhiên, hoặc hỗn hợp các phụ phẩm của các xí nghiệp sản xuất đá. Hỗn hợp vật liệu đá có thể chọn theo một cấp phối nhất định. Khi gia cố xi măng, bộ phận các hạt nhỏ trong hỗn hợp vật liệu đá sẽ thay đổi tính chất cơ lý nhiều nhất. Bộ phận các hạt nhỏ này có tỉ diện lớn nhất, nó ảnh hưởng nhiều đến quá trình đông cứng của đá xi măng và cường độ của hỗn hợp vật liệu. Vì vậy thành phần hạt ảnh hưởng rất lớn đến cường độ của hỗn hợp của vật liệu và của mặt đường sau này. 2.3. Các TN đánh giá hỗn hợp cấp phối đá Dolomite GCXM - Cường độ chịu nén Rn: Được xác định theo TCVN 8858 - Cường độ chịu kéo uốn Rku: Được xác định bằng phương pháp ép chẻ theo TCVN 8862:2011 - Mô đun đàn hồi E: theo TCVN 9843:2013 2.4. Phân tích các chỉ tiêu TN cấp phối đá Dolomite GCXM 2.4.1. Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm 2.4.1.1. Cấp phối đá Dolomite - Vị trí lấy mẫu đá Dolomite Trong nghiên cứu này nghiên cứu sinh lựa chọn vật liệu đá Dolomite tại mỏ Đông Sơn - Tam Điệp. - Thành phần hạt cấp phối đá Dolomite
10 Đá Dolomite lấy từ mỏ thường tồn tại ở dạng đá xô bồ, có kích thước lớn, không đồng đều. Sau khi được gia công thành các cỡ hạt danh định theo tiêu chuẩn hiện hành sẽ làm cấp phối đá dăm gia cố xi măng (TCVN 8858). 2.4.1.2. Xi măng 2.4.1.3. Nước 2.4.2. Thiết kế thành phần cấp phối Dolomite gia cố xi măng Chọn lượng xi măng để gia cố cốt liệu Dolomite trong khoảng 3 đến 7%. 2.4.3. Quy hoạch mẫu thí nghiệm Các thí nghiệm được thực hiện trên các mẫu cấp phối Dolomite gia cố xi măng có tỷ lệ từ 3% đến 7% với các chỉ tiêu cơ lý sau: Cường độ nén; Cường độ ép chẻ; Mô đun đàn hồi. Tổng hợp số lượng là 165 mẫu. 2.5. Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của CP đá Dolomite GCXM 2.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm 2.5.2. Cường độ chịu nén Rn 2.5.2.1. Kế hoạch và thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm cường độ nén, kết quả thí nghiệm theo các tổ mẫu được tổng hợp giá trị trung bình đưa ra tại Bảng 2.9 Bảng 2.9. Tổng hợp giá trị cường độ nén Rn(MPa) Tuổi mẫu Giá trị trung bình theo tuổi Độ lệch chuẩn (ngày) mẫu Tỷ lệ 7 14 28 56 7 14 28 56 XM (%) 3 5,26 5,94 6,54 6,74 0,33 0,14 0,28 0,12 4 6,39 7,17 7,88 8,07 0,14 0,23 0,18 0,07 5 8,54 9,64 10,61 10,94 0,20 0,31 0,40 0,33 6 9,69 10,94 12,16 12,72 0,26 0,30 0,41 0,16 7 10,41 11,71 13,08 13,69 0,21 0,24 0,37 0,11
11 2.5.2.2. Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm * Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng: Trong khoảng từ 4 đến 6% cường độ có xu hướng tăng rõ nét nhất. * Ảnh hưởng của độ tuổi: Giai đoạn từ 7-28 ngày cường độ nén phát triển rất nhanh, từ 28-56 ngày mức độ tăng chậm thể hiện qua độ dốc biểu đồ cường độ nén theo ngày tuổi. 2.5.3. Cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rec 2.5.3.1. Kế hoạch và thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ, kết quả thí nghiệm theo các tổ mẫu được tổng hợp giá trị trung bình đưa ra tại Bảng 2.11. Bảng 2.11. Tổng hợp giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rec(MPa) Tuổi mẫu Giá trị TB theo tuổi mẫu Độ lệch chuẩn (ngày) 7 14 28 56 7 14 28 56 Tỷ lệ XM (%) 3 0,30 0,32 0,37 0,40 0,01 0,01 0,01 0,02 4 0,33 0,42 0,57 0,60 0,02 0,01 0,02 0,01 5 0,42 0,55 0,72 0,75 0,01 0,02 0,04 0,02 6 0,49 0,65 0,84 0,88 0,03 0,02 0,03 0,04 7 0,56 0,70 0,90 0,93 0,02 0,02 0,03 0,01 2.5.3.2. Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm * Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng: Trong khoảng từ 4 đến 6% cường độ có xu hướng tăng rõ nét nhất. * Ảnh hưởng của độ tuổi: Ở giai đoạn đầu từ 7-28 ngày thì cường độ chịu kéo khi ép chẻ phát triển rất nhanh, từ 28-56 ngày thì mức độ tăng chậm hơn thể hiện qua độ dốc của biểu đồ cường độ chịu kéo khi ép chẻ theo ngày tuổi. 2.5.4. Mô đun đàn hồi E 2.5.4.1. Kế hoạch và thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm mô đun đàn hồi, kết quả thí nghiệm theo các tổ mẫu được tổng hợp giá trị trung bình đưa ra tại Bảng 2.13.
12 Bảng 2.13. Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi E(MPa) Tuổi mẫu Giá trị trung bình theo tuổi Độ lệch chuẩn (ngày) mẫu Tỷ lệ 14 28 56 14 28 56 XM (%) 3 1414,75 1554,75 1634,61 48,95 83,80 40,96 4 1954,91 2147,11 2259,60 97,07 142,66 39,42 5 2404,77 2639,15 2771,74 164,73 175,56 130,17 6 2772,66 3046,43 3283,34 158,57 162,24 56,83 7 2871,02 3155,97 3504,84 99,53 164,96 72,43 2.5.4.2. Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm * Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng: Trong khoảng từ 4 đến 6% mô đun đàn hồi có xu hướng tăng rõ nét nhất. * Ảnh hưởng của độ tuổi: Ở giai đoạn đầu từ 14-28 ngày thì mô đun đàn hồi phát triển rất nhanh, từ 28-56 ngày mức độ tăng chậm hơn thể hiện qua độ dốc của biểu đồ Mô đun đàn hồi theo ngày tuổi. 2.5.5. Thí nghiệm xác định cường độ nén của đá gốc Bảng 2.14. Cường độ nén đá gốc Dolomite Đông Sơn - Tam Điệp KT mẫu Tải Quy định DT Rn Rn TB STT Dài Rộng trọng theo TCVN (mm2) (MPa) (MPa) (mm) (mm) (kN) 8859:2011 1 50,15 49,75 2495 272 109 ≥ 60 MPa 2 50,05 49,5 2477,5 267,8 108,1 đối CPĐD 3 49,95 49,25 2460 261,3 106,2 105,6 làm lớp trên; 4 49,7 49,35 2452,7 253,8 103,5 ≥ 40 đối với 5 49,6 48,95 2427,9 245,9 101,3 móng dưới
13 Kết quả cho thấy cường độ nén đá gốc của đá Dolomite tại mỏ Đông Sơn - Tam Điệp có giá trị tương đối cao, nằm trong khoảng mà PGS.TS Lương Quang Khang đã thí nghiệm đối với các tập mẫu đã Dolomite trên địa bàn Ninh Bình và giá trị mà GS.TS Nguyễn Sỹ Ngọc đã nêu ra trong [22], điều này cho thấy kết quả có độ tin cậy cao. 2.5.6. Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của móng cấp phối GCXM - Đối với chỉ tiêu Rn: Hỗn hợp đá Dolomite gia cố xi măng ở 14 ngày tuổi với tỷ lệ xi măng từ 3% - 7% có giá trị từ 5,8 MPa - 11,98 MPa đều đáp ứng được yêu cầu của lớp móng đường ô tô. - Đối với chỉ tiêu Rec (hoặc Rku): Hỗn hợp đá Dolomite gia cố xi măng ở 14 ngày tuổi với tỷ lệ xi măng 4% có Rec đạt giá trị từ 0,41 MPa - 0,43 MPa đáp ứng yêu cầu làm lớp móng trên của đường ô tô từ cấp III trở xuống. Hỗn hợp đá Dolomite gia cố xi măng ở 14 ngày tuổi với tỷ lệ xi măng từ 5% - 7% có Rec đạt giá trị từ 0,53 MPa - 0,72 MPa đáp ứng yêu cầu làm lớp móng trên của tầng mặt bê tông nhựa và BTXM của đường cao tốc, đường cấp I, cấp II hoặc lớp mặt có láng nhựa. 2.6. Kết luận Trong Chương 2 NCS đã đưa ra các luận điểm để đánh giá cấp phối đá Dolomite gia cố xi măng là một loại CPĐDGCXM. Tập trung nghiên cứu, thực nghiệm trong phòng một số chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của đá Dolomite và hỗn hợp đá Dolomite gia cố xi măng như: Cường độ nén đá gốc của đá Dolomite; Cường độ chịu nén Rn, Cường độ chịu kéo uốn Rku, Mô đun đàn hồi E của cấp phối Dolomite GCXM. Đá Dolomite có nhiều tính chất tương đồng với đá vôi vì đều được hình thành từ đá trầm tích và khoáng vật thành tạo nên hai loại đá này đều có gốc carbonat. Do vậy việc sử dụng TCVN 8858 làm cơ sở
14 để đối chiếu các yêu cầu về cường độ đối với cấp phối Dolomite GCXM là phù hợp. Đá Dolomite Ninh Bình có chất lượng tương đối tốt và đồng đều, tuy nhiên vẫn bị lẫn những tạp chất có hại với tỷ lệ rất nhỏ. Mặc dù vậy việc nghiên cứu, đánh giá, thực nghiệm trong phòng một cách đầy đủ và bài bản trước khi sử dụng làm móng GCXM là một việc làm hết sức cần thiết. Qua kết quả nghiên cứu, thực nghiệm cho ta một số kết quả sau về Dolomite Ninh Bình: - Đáp ứng chỉ tiêu về cường độ đối với yêu cầu của cường độ nén đá gốc làm móng CPĐDGCXM. - Đá Dolomite gia cố xi măng 5% (Rn =9,64 MPa, Rec = 0,55MPa) phù hợp để làm móng trên của tầng mặt bê tông nhựa và BTXM của đường cao tốc, đường cấp I, cấp II hoặc lớp mặt có láng nhựa. - Đá Dolomite gia cố xi măng 4% (Rn = 7,17 MPa, Rec = 0,42 MPa) phù hợp để làm móng trên của tầng mặt bê tông nhựa và BTXM của đường từ cấp III hoặc các đường cấp thấp hơn khác. Như vậy đá Dolomite Ninh Bình đáp ứng các yêu cầu để làm móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng sử dụng trong kết cấu áo 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 3.1. Mở đầu Với những tính chất tương đồng giữa đá Dolomite và đá vôi thì việc sử dụng đá Dolomite làm cốt liệu cho hỗn hợp BTXM và được được kiểm tra, đánh giá theo TCCS 39: 2022/TCĐBVN; TCCS 40:
15 2022/TCĐBVN giống như đá vôi và các loại đá thông thường khác là có cơ sở và đảm bảo độ tin cậy về mặt lý thuyết cũng như thực nghiệm. 3.2. Bê tông xi măng mặt đường và các yêu cầu 3.2.1. Khái quát về mặt đường bê tông xi măng 3.2.2. Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của mặt đường BTXM Mặt đường BTXM được thiết kế dựa trên lý thuyết ''Tấm trên nền đàn hồi''. 3.2.3. Các TN đánh giá hỗn hợp BTXM cốt liệu Dolomite Ninh Bình Cường độ chịu nén Rn xác định theo TCVN 3118:2022 Cường độ chịu kéo uốn Rku xác định theo TCVN 3119:2022 Mô đun đàn hồi E xác định theo TCVN 5726:2022 3.3. Quy hoạch mẫu thí nghiệm theo phương pháp Taguchi 3.3.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite Thành phần BTXM cốt liệu Dolomite được thiết kế phục vụ công tác thí nghiệm trong phòng dựa trên cơ sở 3 nguyên tắc sau: (1) Sử dụng đá Dolomite làm cốt liệu thô, cốt liệu nhỏ là cát vàng tự nhiên, chất kết dính là xi măng thông thường với hàm lượng thay đổi theo 03 cấp và 03 tỉ lệ N/X. (2) Sử dụng đá Dolomite làm cốt liệu thô, cốt liệu nhỏ là cát xay từ đá Dolomite, chất dính kết là xi măng thông thường với hàm lượng thay đổi theo 03 cấp và 03 tỉ lệ N/X. (3) Sử dụng đá Dolomite làm cốt liệu thô, cốt liệu nhỏ là hỗn hợp cát xay từ đá Dolomite và cát tự nhiên, chất dính kết là xi măng thông thường với hàm lượng thay đổi theo 03 cấp và 03 tỉ lệ N/X. Bảng 3.1. Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm
16 Ma trận quy hoạch L9 theo Taguchi Tỷ lệ XM N/X Tuổi x1 x2 x3 x4 CX (%) (kg) (ngày) 0 320 0.44 7 1 1 1 1 0 370 0.46 14 1 2 2 2 0 420 0.48 28 1 3 3 3 50 320 0.46 28 2 1 2 3 50 370 0.48 7 2 2 3 1 50 420 0.44 14 2 3 1 2 100 320 0.48 14 3 1 3 2 100 370 0.44 28 3 2 1 3 100 420 0.46 7 3 3 2 1 Bảng 3.1. (Tiếp) Chỉ tiêu xác Tuổi mẫu Kích Số lượng Phương định (ngày) thước(cm) (mẫu) pháp TN 7 Mẫu lập 3x3 TCVN Cường độ nén 14 phương 3x3 3118:2022 28 150x150x150 3x3 7 3x3 Cường độ kéo Mẫu dầm TCVN 14 3x3 khi uốn 150x150x600 3119:2022 28 3x3 Mẫu trụ TCVN Mô đun đàn hồi 28 3x9 D150xH300 5726:2022 Tổng cộng 81 3.3.2. Phương pháp phân tích Taguchi Phương pháp Taguchi là công cụ hữu ích để thiết kế 1 hệ thống chất lượng cao. Nó cung cấp các nhìn nhận tổng quan và có hệ thống
17 để tối ưu hóa các thiết kế về chất lượng và tính năng vật liệu. 3.4. Phân tích các chỉ tiêu thí nghiệm BTXM cốt liệu Dolomite NB 3.4.1. Vật liệu được sử dụng trong thí nghiệm 3.4.1.1. Cốt liệu thô Dolomite Ninh Bình Đá dăm sử dụng trong hỗn hợp là đá Dolomite Ninh Bình được lấy tại mỏ Đông Sơn - Tam Điệp. 3.4.1.2. Cốt liệu nhỏ Trong đề tài nghiên cứu sử dụng hai loại cốt liệu: (1) Cát tự nhiên); (2) Cát nghiền từ đá Dolomite. 3.4.1.3. Chất kết dính (xi măng) Ta chọn xi măng dùng thí nghiệm là loại PCB40 VICEM Bút Sơn. 3.4.1.4. Nước Nước dùng cho việc chế tạo mẫu bê tông là nước máy Hà Nội. 3.4.2. Thiết kế thành phần cấp phối bê tông 3.4.2.1. Lựa chọn phương pháp thiết kế thành phần cấp phối BT 3.4.2.2. Tính toán thành phần cấp phối bê tông Lựa thành phần cấp phối bê tông mác 30, 32,5, 35 MPa như sau: Bảng 3.10. Thành phần cấp phối bê tông Dolomite dùng cát tự nhiên Xi măng Cát Nước Tỉ lệ Ký hiệu Đá (kg) (kg) (kg) (lít) N/X 1.3 320 730 1286 141 0,44 2.3 370 657 1241 170 0,46 3.3 420 576 1199 201 0,48 Bảng 3.11. Thành phần cấp phối bê tông Dolomite dùng cát xay từ Dolomite Xi măng Nước Tỉ lệ Ký hiệu Cát (kg) Đá (kg) (kg) (lít) N/X I.3 320 834 1200 154 0,48 II.3 370 787 1179 163 0,44 III.3 420 698 1141 193 0,46
18 Bảng 3.12. Cấp phối bê tông Dolomite dùng cát hỗn hợp có 50% cát xay từ Dolomite và 50% cát vàng tự nhiên. Xi măng Cát (kg) Đá Nước Tỉ lệ Ký hiệu (kg) xay vàng (kg) (lít) N/X 3 320 400,5 400,5 1222 147 0,46 6 370 359 359 1182 178 0,48 9 420 337,5 337,5 1163 185 0,44 3.5. Thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTXM cốt liệu Dolomite 3.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm Các loại vật liệu: Cốt liệu lớn từ đá Dolomite; Cốt liệu nhỏ bằng cát Việt Trì và cát xay từ Dolomite; Xi măng VICEM PCB40; nước máy. Hình 3.11. Các tổ mẫu phục vụ công tác thí nghiệm 3.5.2. Cường độ nén của Rn 3.5.2.1. Kế hoạch và thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm cường độ nén, kết quả thí nghiệm theo các tổ mẫu được tổng hợp giá trị trung bình đưa ra tại Bảng 3.14.