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

Luận án tiến sĩ này tập trung vào vấn đề xử lý lượng lớn bùn nạo vét phát sinh từ các hoạt động xây dựng và duy tu sông, hồ tại Hà Nội. Hiện trạng đổ thải trực tiếp gây ô nhiễm môi trường và tốn kém chi phí, trong khi nhu cầu vật liệu san lấp cho phát triển hạ tầng đô thị là rất lớn và việc khai thác vật liệu tự nhiên gây tác động tiêu cực. Nghiên cứu này nhằm mục đích chuyển đổi bùn thải thành vật liệu xây dựng dạng rời, góp phần giải quyết đồng thời hai vấn đề môi trường và tài nguyên.

Luận án này hướng tới các nhà nghiên cứu, kỹ sư, chuyên gia trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng, kỹ thuật môi trường, và quy hoạch đô thị, đặc biệt là những người quan tâm đến giải pháp bền vững cho quản lý chất thải và tái sử dụng vật liệu trong xây dựng hạ tầng. Các cơ quan quản lý nhà nước, doanh nghiệp xây dựng và các tổ chức liên quan đến bảo vệ môi trường tại các đô thị lớn như Hà Nội cũng là đối tượng hưởng lợi từ kết quả nghiên cứu này.

Luận án tiến sĩ này trình bày một nghiên cứu toàn diện về việc xử lý bùn nạo vét từ các sông, hồ nội thành Hà Nội để tạo ra vật liệu dạng rời (GFM) dùng cho công tác đắp nền. Mục tiêu chính là đưa ra tổng quan về các giải pháp xử lý bùn, làm rõ cơ sở khoa học của việc chuyển đổi bùn thành vật liệu rời, đánh giá các chỉ tiêu lý hóa và khả năng xử lý của các mẫu bùn điển hình tại Hà Nội, đề xuất quy trình chế tạo GFM từ bùn lỏng với hàm lượng phụ gia nghèo, và nghiên cứu các đặc tính địa kỹ thuật của GFM để xác định phạm vi ứng dụng. Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu bùn lấy từ một số sông, hồ tại Hà Nội, sử dụng xi măng và polymer siêu thấm nước làm phụ gia. Phương pháp nghiên cứu kết hợp khảo sát thực nghiệm, tổng hợp, thống kê số liệu, thí nghiệm trong phòng và phân tích đánh giá. Về giá trị khoa học, luận án đã làm rõ cơ sở khoa học của phương pháp chế tạo GFM từ bùn lỏng, xây dựng quy trình chế tạo ở quy mô phòng thí nghiệm, và làm rõ vai trò của xi măng, polymer trong quá trình biến đổi bùn. Đặc biệt, nghiên cứu đã lý giải ứng xử ứng suất - biến dạng của GFM, chỉ ra rằng các hạt vật liệu có nguy cơ vỡ và co lại. Về ý nghĩa thực tiễn, kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc xử lý bùn nạo vét, biến bùn thải thành vật liệu san lấp có giá trị (GFM), góp phần bảo vệ môi trường và giảm áp lực khai thác vật liệu tự nhiên. Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc đề xuất quy trình xử lý bùn nạo vét dạng lỏng, hạt mịn thành GFM, chỉ ra khả năng sản xuất GFM với hàm lượng phụ gia thấp để tối ưu chi phí và mở rộng phạm vi ứng dụng. Luận án cũng chỉ rõ đặc tính ứng suất-biến dạng khác biệt của GFM so với cát sỏi truyền thống: GFM có đặc tính giống cát sỏi ở cấp ứng suất nhỏ nhưng ứng xử như đất dính ở cấp ứng suất lớn. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp đề xuất phù hợp với bùn từ các sông, hồ Hà Nội (có hàm lượng hạt mịn cao, nhiều nước, SiO2 lớn, oxit và kim loại nặng trong giới hạn cho phép). GFM có thể sản xuất từ bùn lỏng với hàm lượng phụ gia nghèo (xi măng và polymer), đặc biệt nếu bùn được tách nước đến độ ẩm giới hạn dẻo thì có thể không cần polymer. GFM là vật liệu dạng hạt rời, có tỷ trọng hạt từ 2,55-2,61, khối lượng đơn vị thể tích khô nhỏ (1,63-1,70 g/cm³), hệ số rỗng lớn (1,22-1,49), thoát nước tốt, nhẹ, dễ vận chuyển và lu lèn. Về cơ học, GFM có xu hướng biến dạng dẻo ở hàm lượng xi măng thấp (5-10%) và giòn hơn ở hàm lượng cao hơn (15-20%). Hàm lượng polymer thấp (0,1-0,3%) ít ảnh hưởng đến độ bền, nhưng 1% có thể làm giảm độ bền. Khả năng đầm chặt không phụ thuộc nhiều vào độ ẩm. Chỉ số CBR của GFM đạt từ 2,4% đến 11,79% tùy hàm lượng xi măng, đáp ứng yêu cầu cho vật liệu nền đường các cấp. GFM có đặc trưng biến dạng khác biệt với vật liệu thông thường, đường cong nén có 3 giai đoạn. Đặc tính kháng cắt của GFM cho thấy khả năng chịu cắt lớn, góc ma sát trong từ 30-38° và lực dính từ 5-36 kPa, cao hơn nhiều so với cát tự nhiên.