Luận án – Nghiên cứu cải tạo đất bazan bằng hỗn hợp puzolan–xi măng–vôi làm tường nghiêng chống thấm cho đập đất vùng Tây Nguyên

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BAZAN BẰNG HỖN HỢP PUZOLAN - XI MĂNG – VÔI LÀM TƯỜNG NGHIÊNG CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

Ngành:

Địa Kỹ thuật xây dựng

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp cải tạo đất bazan, một loại vật liệu phổ biến ở vùng Tây Nguyên nhưng có nhiều hạn chế khi sử dụng làm vật liệu đắp đập, đặc biệt là trong việc đảm bảo khả năng chống thấm. Đất bazan tại đây thường khó đầm chặt, có tính tan rã, lún ướt, hệ số thấm lớn, dễ gây thấm mất nước cho hồ chứa và có nguy cơ tiềm ẩn sự cố cho các đập đất. Trong khi đó, nguồn đất sét tại chỗ lại khan hiếm.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là đề xuất cấp phối phù hợp giữa puzolan tự nhiên, xi măng và vôi để cải tạo đất bazan, nhằm tạo ra vật liệu làm tường nghiêng chống thấm cho đập đất vừa và nhỏ ở Tây Nguyên. Hỗn hợp cải tạo cần đạt hệ số thấm nhỏ hơn 10⁻⁵ cm/s và ổn định với nước (không trương nở, co ngót, không tan rã). Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu đa dạng, bao gồm nghiên cứu tài liệu, kế thừa, thực nghiệm và mô hình toán nhiệt động lực học.

Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc làm sáng tỏ định lượng sự hình thành các chất keo CSH, CASH thông qua mô hình nhiệt động lực học, giúp tăng cường độ, độ kết dính và giảm hệ số thấm của đất cải tạo. Nghiên cứu cũng đã đề xuất thành công cấp phối P10C5L4 (10% puzolan tự nhiên, 5% xi măng, 4% vôi) đạt yêu cầu về kết cấu tường nghiêng chống thấm. Kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho thấy cấp phối này có hệ số thấm từ 5×10⁻⁶ cm/s đến 1×10⁻⁶ cm/s, đảm bảo khả năng chịu lực, chống tan rã và trương nở khi gặp nước, đồng thời đường bão hòa nằm trong vùng an toàn thấm khi áp dụng cho đập đất.

Giải pháp này không chỉ tối ưu hóa việc sử dụng nguồn puzolan tự nhiên dồi dào tại địa phương, giảm lượng dùng xi măng và vôi, mà còn góp phần giảm giá thành xây dựng kết cấu chống thấm, thúc đẩy phát triển kinh tế vùng và đảm bảo chất lượng kỹ thuật cho các công trình thủy lợi.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

  • 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

  • 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

  • 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

  • 6. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

  • 7. NỘI DUNG VÀ CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

• CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT VÀ CẢI TẠO ĐẤT BẰNG CHẤT KẾT DÍNH

  • 1.1 Thấm qua đập đất thuộc vùng Tây Nguyên

    • 1.1.1 Đập đất ở Tây Nguyên

    • 1.1.2 Nghiên cứu về thấm đập đất

    • 1.1.3 Chỉ tiêu cơ lý, thành phần khoáng vật và hóa học của các loại đất đặc trưng trong khu vực nghiên cứu ở trạng thái tự nhiên

  • 1.2 Các giải pháp chống thấm cho đập đất

    • 1.2.1 Giải pháp chống thấm đập đất trong thiết kế, xây dựng công trình thủy lợi

    • 1.2.2 Các giải pháp xử lý thấm cho đập đất hiện hữu.

  • 1.3 Cải tạo đất tại chỗ bằng chất kết dính

    • 1.3.1 Nghiên cứu cải tạo đất bằng chất kết dính vô cơ trên thế giới

      • 1.3.1.1 Nghiên cứu cải tạo đất bằng vôi, xi măng

      • 1.3.1.2 Nghiên cứu cải tạo đất bằng puzolan

      • 1.3.1.3 Cải tạo đất bằng vôi kết hợp với xi măng, puzolan hoặc tro bay:

    • 1.3.2 Nghiên cứu cải tạo đất bằng chất kết dính vô cơ ở Việt Nam

      • 1.3.2.1 Nghiên cứu và áp dụng cải tạo đất bằng xi măng và vôi

      • 1.3.2.2 Nghiên cứu và sử dụng puzolan tự nhiên

  • 1.4 Kết luận Chương 1

• CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG PUZOLAN TỰ NHIÊN ĐỂ CẢI TẠO ĐẤT

  • 2.1 Cơ sở khoa học cải tạo đất bằng puzolan kết hợp chất kết dính

    • 2.1.1 Quá trình thủy hóa vôi trong đất

    • 2.1.2 Quá trình thủy hóa xi măng trong đất

    • 2.1.3 Cải tạo đất bằng các chất kết dính

    • 2.1.4 Ứng xử của xi măng với đất

    • 2.1.5 Ứng xử của chất kết dính với đất và puzolan tự nhiên

    • 2.1.6 Sản phẩm thủy hóa của puzolan tự nhiên và puzolan nhân tạo

  • 2.2 Cơ sở về công tác và yêu cầu của vật liệu đất làm kết cấu tường nghiêng chống thấm cho đập đất.

    • 2.2.1 Các tiêu chuẩn áp dụng cho việc thí nghiệm

    • 2.2.2 Một số yêu cầu của vật liệu đất làm kết cấu tường nghiêng chống thấm cho đập đất

  • 2.3 Vật liệu đất đắp đập ở Tây Nguyên.

    • 2.3.1 Thành phần khoáng hóa của đất bazan ở KVNC

    • 2.3.2 Tính chất cơ lý của mẫu đất bazan KVNC

  • 2.4 Nguồn puzolan tự nhiên tại Việt Nam và Tây Nguyên

  • 2.5 Đánh giá khả năng sử dụng puzolan tự nhiên lựa chọn nghiên cứu để cải tạo đất

    • 2.5.1 Đặc điểm phân bố

    • 2.5.2 Đánh giá chất lượng puzolan tự nhiên nghiên cứu

    • 2.5.3 Thí nghiệm các tính chất của puzolan tự nhiên

      • 2.5.3.1 Chỉ tiêu cơ - lý của mẫu puzolan tự nhiên

      • 2.5.3.2 Đặc điểm thạch học - khoáng vật

      • 2.5.3.3 Đặc điểm thành phần hóa học

      • 2.5.3.4 Hoạt tính của puzolan

  • 2.6 Cơ sở lựa chọn cấp phối thí nghiệm

    • 2.6.1 Hàm lượng xi măng

    • 2.6.2 Hàm lượng vôi

    • 2.6.3 Hàm lượng puzolan tự nhiên

  • 2.7 Kết luận Chương 2

• CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CƠ CHẾ CẢI TẠO ĐẤT BẰNG PUZOLAN TỰ NHIÊN, XI MĂNG VÀ VÔI THÔNG QUA MÔ HÌNH NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

  • 3.1 Sử dụng mô hình nhiệt động lực học nghiên cứu cải tạo đất tại chỗ bằng chất kết dính

    • 3.1.1 Sơ lược về mô hình nhiệt động lực học và các ứng dụng của mô hình

    • 3.1.2 Ứng dụng của mô hình nhiệt động lực học vào nghiên cứu thủy hóa xi măng

  • 3.2 Lựa chọn phần mềm mô phỏng

  • 3.3 Nguyên lý cơ bản của mô hình nhiệt động lực học

    • 3.3.1 Độ hoạt động và lực ion

    • 3.3.2 Cân bằng nhiệt động lực học

  • 3.4 Thành phần khoáng hóa của vật liệu đầu vào cho mô hình nhiệt động lực học

  • 3.5 Thiết kế sơ bộ cấp phối bằng mô hình nhiệt động lực học

  • 3.6 Phân tích cơ chế cải tạo đất của hỗn hợp puzolan tự nhiên, xi măng và vôi bằng mô hình nhiệt động lực học

    • 3.6.1 Phản ứng đất- puzolan tự nhiên -xi măng-vôi

    • 3.6.2 Phản ứng đất-xi măng- puzolan tự nhiên

    • 3.6.3 So sánh độ hoạt tính của puzolan tự nhiên Đắk Nông với puzolan tự nhiên Bigadiç-Thổ Nhĩ Kỳ bằng mô hình nhiệt động lực học

  • 3.7 Kết luận chương 3

• CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CẢI TẠO ĐẤT BAZAN TÂY NGUYÊN BẰNG PUZOLAN TỰ NHIÊN, XI MĂNG VÀ VÔI – ÁP DỤNG THỬ TRÊN MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH CỤ THỂ

  • 4.1 Nội dung thí nghiệm và so sánh với mô hình nhiệt động lực học

    • 4.1.1 Nội dung thí nghiệm

    • 4.1.2 Kết quả thí nghiệm

      • 4.1.2.1 Đầm nén tiêu chuẩn (K=0,95)

      • 4.1.2.2 Cường độ kháng nén ở 14 ngày tuổi (K=0,95; OMC=28%)

  • 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của puzolan, xi măng và vôi đến hệ số thấm

    • 4.2.1 Thí nghiệm thấm cho mẫu đất

    • 4.2.2 Kết quả thí nghiệm

    • 4.2.3 Thí nghiệm thấm cho mẫu bê tông

      • 4.2.3.1 Phương pháp thí nghiệm

      • 4.2.3.2 Kết quả thí nghiệm thấm

  • 4.3 So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả của mô hình nhiệt động lực học

  • 4.4 Đánh giá đặc tính cơ học của cấp phối hợp lý

    • 4.4.1 Lựa chọn cấp phối hợp lý

    • 4.4.2 Cường độ kháng nén ở các ngày tuổi khác nhau

    • 4.4.3 Cường độ kéo khi ép chẻ ở các ngày tuổi khác nhau

    • 4.4.4 Mô đun đàn hồi ở các ngày tuổi khác nhau

    • 4.4.5 Tính tan rã của đất đã được cải tạo

    • 4.4.6 Tính trương nở của đất đã được cải tạo

  • 4.5 Nghiên cứu thí nghiệm hiện trường đánh giá chống thấm của đất cải tạo puzolan và chất kết dính

    • 4.5.1 Phương pháp thí nghiệm

    • 4.5.2 Kịch bản thí nghiệm

    • 4.5.3 Kết quả thí nghiệm thấm hiện trường

  • 4.6 Áp dụng thử kết quả nghiên cứu xử lý thấm cho mô hình công trình cụ thể.

    • 4.6.1 Giới thiệu mô hình

    • 4.6.2 Đánh giá an toàn thấm

  • 4.7 Kết luận Chương 4

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • I. KẾT LUẬN

  • II. KIẾN NGHỊ

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ