Sử Dụng Cấp Phối Đồi Gia Cố Xi Măng Xây Dựng Đường Nông Thôn Tại Xã Hoà Sơn Huyện Lương Sơn Tỉnh Hoà Bình

1

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHIỆP PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

SỬ DỤNG CẤP PHỐI ĐỒI GIA CỐ XI MĂNG XÂY DỰNG

ĐƢỜNG NÔNG THÔN TẠI XÃ HOÀ SƠN, HUYỆN LƢƠNG SƠN,

TỈNH HOÀ BÌNH

NGÀNH: CÔNG NGHIỆP PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

MÃ NGÀNH: 102

Giáo viên hướng dẫn : Th.S. Đặng Văn Thanh

Sinh viên thực hiện : Trần Văn Toàn

Khoá học : 2004 – 2008.

Hà Tây, 5 - 2008

2

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đất nƣớc đang trong quá trình hội nhập kinh tế, giao lƣu với các nƣớc trên

thế giới; việc phát triển kinh tế xã hội để đƣa đất nƣớc trở thành nƣớc công

nghiệp có nền sản xuất tiên tiến, hiện đại đã và đang đƣợc Đảng và Nhà nƣớc

quan tâm, chú trọng đặt mục tiêu hàng đầu trong chiến lƣợc phát triển đất nƣớc.

Nƣớc ta dân cƣ tập trung nhiều ở các vùng nông thôn, lao động làm nông

nghiệp là chủ yếu. Việc phát triển đất nƣớc nhất thiết phải phát triên kinh tế

nông thôn, kinh tế miền núi. Để làm đƣợc điều đó thì vấn đề giao lƣu văn hoá,

trao đổi mua bán hàng hoá giữa các vùng, các tỉnh phải đƣợc đẩy mạnh. Thực

tế ở nhiều vùng nông thôn đặc biệt là miền núi của nƣớc ta kinh tế chƣa phát

triển, đi lại khó khăn, trao đổi mua bán giao lƣu văn hoá, đƣa kiến thức đƣờng

nối của Đảng và Nhà nƣớc đến Đồng bào còn nhiều hạn chế. Vì vậy mà yêu

cầu cấp thiết cần đặt ra là xây dựng đƣợc nhiều mạng lƣới đƣờng giao thông

nông thôn nhằm thông thƣơng giữa các vùng với nhau góp phần thúc đẩy phái

triển kinh tế xã hội từng vùng cũng nhƣ phát triển đất nƣớc. Với phƣơng thức

Nhà nƣớc và nhân dân cùng làm để xây dựng vùng nông thôn và miền núi phát

triển đƣa đất nƣớc sánh vai với các cƣờng quốc trên Thế giới.

Trong xây dựng đƣờng, vật liệu xây dựng là một yếu tố quan trọng, quyết

định đến giá thành và chất lƣợng đƣờng. Đặc biệt đối với đƣờng nông thôn

miền núi, với đặc trƣng cấp hạng thấp và hạn chế về vốn đầu tƣ nên việc sử

dụng vật liệu địa phƣơng để xây dựng đƣờng là một yêu cầu cần thiết.

Xuất phát từ thực tế đó, tôi thực hiện khoá luận tốt nghiệp với tên đề tài:

"Sử dụng cấp phối đồi gia cố xi măng xây dựng đường nông thôn tại xã Hoà

Sơn, huyện Lương Sơn, tỉnh Hoà Bình".

3

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Mục tiêu, các cơ sở lý thuyết và các phƣơng pháp gia cố đất

1.1.1. Mục tiêu và các phƣơng pháp gia cố đất

Các vật liệu hạt nhƣ đất có cƣờng độ liên kết giữa các hạt nhỏ hơn đáng kể

so với cƣờng độ bản thân mỗi hạt. Vì vậy, chúng thuộc hệ vật liệu phân tán, rời

rạc và mặc dù có thể áp dụng các giải pháp cải thiện thành phần hạt hoặc tăng

độ chặt thì khi sử dụng làm các lớp liên kết áo đƣờng chúng chỉ có thể đạt đƣợc

một khả năng giới hạn về cƣờng độ và độ ổn định với nƣớc. Để đáp ứng các

yêu cầu cao về cƣờng độ và độ ổn định hoặc để tận dụng các loại vật liệu địa

phƣơng có tại chỗ rẻ tiền thì cần phải biến các vật liệu rời rạc, phân tán nói trên

thành các vật liệu toàn khối có cƣờng độ liên kết giữa các hạt tăng lên và không

nhạy cảm với nƣớc bằng cách gia cố đất với các loại chất liên kết khác nhau.

Đó chính là mục tiêu của việc gia cố đất hoặc các vật liệu khác nhau bằng các

chất liên kết sử dụng chúng làm các lớp kết cấu áo đƣờng.

Để làm các lớp trong kết cấu áo đƣờng ô tô, thƣờng sử dụng các phƣơng

pháp gia cố dƣới đây:

1-Gia cố các vật liệu hạt bằng chất liên kết vô cơ (vôi, xi măng, chất liên kết

puzôlan, tro bay, axit phốtphoric và các muối của axit này như supe phốt phát

đơn hoặc kép...).

Các quá trình hoá học và hoá lý xảy ra khi trộn chất liên kết vô cơ với đất

hoặc vật liệu hạt, cụ thể là các quá trình thuỷ phân, thuỷ hoá các chất liên kết

khoáng vật hoặc quá trình trao đổi iôn giữa các chất liên kết với đất sẽ dẫn đến

sự hình thành những chất liên kết hoặc keo kết mới mà không hoà tan trong

nƣớc, nhờ đó đất và vật liệu hạt sau khi gia cố chất liên kết vô cơ sẽ có cấu trúc

kết tinh, có tính toàn khối, có cƣờng độ và tính ổn định đối với nƣớc đƣợc nâng

cao.

2- Gia cố đất bằng cách trộn nguội với các chất liên kết hữu cơ (nhựu lỏng,

nhựa đường, nhũ tương nhựa).

4

Đây là phƣơng pháp gia cố vận dụng các đặc trƣng hoá lý ở bề mặt của các

thành phần có mặt trong hỗn hợp, sự hấp thụ hoá học của các hạt đất với nhựa

và tụ hợp các phân tử nhựa để tạo ra các màng liên kết, từ đó tạo cho đất gia cố

có cấu trúc ngƣng tụ làm cho cƣờng độ và độ ổn định với nƣớc của chúng đƣợc

tăng lên. Đất gia cố nhựa lỏng hoặc nhũ tƣơng nhựa có thể sử dụng làm lớp

móng cho mặt đƣờng cấp cao hoặc lớp mặt của lớp mặt đƣờng cấp thấp. Tuy

nhiên, chúng hầu nhƣ chƣa đƣợc sử dụng ở nƣớc ta vì các loại nhựa lỏng nói

trên chƣa có sẵn và có công nghệ chƣa phổ cập. Hơn nữa, chỉ có thể gia cố

nhựa đối với một số loại đất ít háo nƣớc, trong khi lƣợng nhựa cũng phải sử

dụng tới từ 6- 14% khối lƣợng đất khô. Chính vì vậy, phạm vi của đất gia cố

nhựa rất hạn chế, thƣờng đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp không có điều kiện sử

dụng các loại vật liệu khác thì mới xét đến việc sử dụng chúng.

3- Gia cố đất bằng các chất keo tụ hợp cao phân tử ( keo furfrol-anilin, keo

acrila, keo cacbamit, keo urê- fomandehit, chất bã giấy licnin sunfônat…).

Các chất keo tụ hợp này thƣờng đƣợc gọi là các pôlime, cấu tạo phân tử của

chúng bao gồm nhiều phân tử nối liền nhau bằng liên kết hoá học thành kết cấu

chuỗi thẩng, phân nhánh hoặc mạng. Sau khi trộn với đất, các kết cấu pôlime có

hoạt tính cao và có khả năng dính bám cao đối với các vật chất khác nảy sẽ tạo

thành các lồng bao bọc các hạt đất tạo cho đất gia cố có cấu trúc ngƣng tụ nhờ

đó chỉ với mọt lƣợng nhỏ keo pôlome sẽ tạo cho đất gia cố có biến cứng nhanh,

tăng cƣờng độ. Để có thể trộn đều với đất bằng một lƣợng nhỏ thì các chất

pôlime lúc đầu phải hoà tan đƣợc trong nƣớc và có khả năng chảy trên bề mặt

của đất ẩm, nhƣng sau khi biến cứng thì chúng lại phải ổn định với nƣớc. Muốn

thế, chỉ những loại pôlime có thể liên kết hoạt tính trực tiếp và có khả năng hấp

thụ hoá học đối với các hạt khoáng thì mới có thể sử dụng để gia cố đất dùng

trong kết cấu áo đƣờng. Chú ý rằng một số chất nhƣ sunfônat licnin tuy có hoạt

tính bề mặt và tính kết dính cao nhƣng không ổn định với nƣớc sau khi trộn với

đất thì phải sử dụng them cùng với vôi để đảm bảo tính ổn định nƣớc của đất

gia cố. Do vậy, việc sử dụng các chất keo tụ hợp cao phân tử để gia cố đất cần

5

phải đƣợc nghiên cứu thử nghiệm thận trọng trong nƣớc ở trong phòng thí

nghiệm. Mặt khác, các chất keo tụ này hiện còn đắt, chƣa đƣợc tiêu chuẩn hoá

nhƣ nhứng thƣơng phẩm phổ cập, do vậy chúng ít đƣợc sử dụng trong xây

dựng đƣờng ở nƣớc ta.

4- Gia cố đất bằng phương pháp tổng hợp

Gia cố tổng hợp là biện pháp sử dụng phối hợp đồng thời nhiều phƣơng

pháp gia cố nhƣ gia cố cơ học, gia cố hoá học hay đồng thời nhiều loại chất liên

kết hoặc sử dụng liên kết cùng với các phụ gia hoá chất khác nhằm lợi dụng các

ƣu điểm và khắc phục các nhƣợc điểm của mỗi chất liên kết riêng rẽ để tạo

đƣợc hiệu quả gia cố cao.

5- Gia cố bằng một số hoá chất khác

Trong những năm gần đây một số doanh nghiệp nƣớc ngoài luôn đặt vấn đề

tiếp thị vào Việt Nam nhiều hoá chất mà theo họ có thể sử dụng để gia cố với

đất rất hiệu quả: Sử dụng các loại hoá chất dạng lỏng với tỷ lệ rất nhỏ (1-2kg

cho 10.000m3

đất) có hiệu quả rất cao. Với vật liệu này thì phƣơng tiện giao

thông có thể trực tiếp đi trên lớp gia cố mà không cần làm lớp mặt. Tuy nhiên

qua thử nghiệm trong phòng và hiện trƣờng thì hầu hết hiệu quả không cao và

giá thành của phƣơng pháp gia cố này rất cao. Nên phƣơng pháp gia cố này ít

đƣợc sử dụng ở nƣớc ta.

1.1.2. Cơ sở lý thuyết và ảnh hƣởng của các yếu tố khác nhau đến quá

trình gia cố đất

1- Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật của đất đến nguyên lý và hiệu quả

gia cố đất

Trong đất thƣờng tồn tại các khoáng vật nguyên sinh và các khoáng vật thứ

sinh. Khi các loại đá bị phong hoá thành đất dƣớc các tác nhân vật lý thì tạo

thành các khoáng vật nguyên sinh. Cát chỉ gồm các khoáng vật nguyên sinh là

những loại khoáng vật tƣơng đối ổn định, ít hoạt tính, do đó trong quá trình

hình gia cố cát với các chất liên kết khác nhau, cát hầu nhƣ chỉ đóng vai trò cốt

6

liệu, còn quá trình trao đổi ion hoặc quá trình tƣơng tác hoá học giữa cát và

chất liên kết hầu nhƣ không xảy ra.

Các khoáng vật thứ sinh đƣợc hình thành từ các khoáng vật nguyên sinh

dƣới tác dụng phong hoá hoá học; từ các hạt khoáng vật nguyên sinh cỡ nhỏ, từ

quá trình phong hoá hoá học sẽ tạo ra các khoáng vật thứ sinh mới có tính chất

hoàn toàn khác với khoáng vật nguyên sinh ban đầu nhƣ khoáng vật sét, các

oxit nhôm, oxit sắt, oxit canxi, oxit magiê, các khoáng vật hoà tan trong nƣớc.

Riêng khoáng vật sét là các khoáng vật có hoạt tính bề mặt cao và thƣờng

gồm 3 loại:

 Cao lanh là loại khoáng vật thứ sinh hình thành trong môi trƣờng axít,

có thành phần hoá học là Al4Si4O10(OH)8. Loại này tính trƣơng nở thấp, khả

năng hút các vật chất khác kém.

 Mônmôrinôlit là loại khoáng vật sét hình thành trong môi trƣờng kiềm,

có thành phần hoá học là Al4Si8O20(OH)4. Loại này có lực liên kết hợp với

nƣớc lớn hơn rất nhiều so với cao lanh nên có tính trƣơng nở và hút nƣớc rất

lớn và là loại vật liệu rất kém ổn định trong nƣớc.

 Hiđrômica là loại khoáng vật trung gian giữa 2 loại kia.

 Các khoáng vật hoà tan trong nƣớc gồm các loại:

 Khó hoà tan, tiêu biểu là muối CaCO3 nếu trong đất có nhiều CaCO3 thì

đất càng phân tán, tính co ép giảm đi, cƣờng độ và tính thấm nƣớc tăng lên.

 Loại có mức hoà tan vừa phải, tiêu biểu là CaSO4. Loại này khi kết tinh

sẽ gay ra tác dụng xấu vì thể tích tăng lên rất lớn khi gặp nƣớc sẽ dẫn đến phá

hoại kết cấu của đất.

 Loại dễ hoà tan, tiêu biểu là muối clorua NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2… các

muối này vừa dễ hoà tan vừa hút đƣợc lƣợng nƣớc gấp 4-5 lần khối lƣợng bản

than. Vì vậy ở các vùng sa mạc, khô hạn thƣờng dùng CaCl2 để xử lý cát bụi

làm đƣờng tạm cho xe đi lại. Nhìn chung, nếu đất chứa trên 0,5% loại muối dễ

hào tan thì tính chất của đất bắt đầu chịu ảnh hƣởng của muối, còn nếu trên 3%

7

thì tính chất đất hoàn toàn quyết định bởi tính chất của loại muối có mặt trong

nó.

2- Ảnh hưởng của thành phần hữu cơ

Ngoài một số khoáng vật hữu cơ đƣợc xem là một khoáng vật thứ sinh hình

thành do tác dụng hoá học nhƣ mùn nhôm, mùn sắt, trong đất còn có các chất

hữu cơ có nguồn gốc từ động thực vật bị mục ruỗng phân huỷ do các hoạt động

của các vi sinh vật gồm loại chƣa phân huỷ hết nhƣ than bùn và loại đã phân

huỷ hết nhƣ các chất mùn hữu cơ.

Mùn hữu cơ là chất cao phân tử chứa các nguyên tố C, H, O, N, trong đó

chủ yếu là các axit mùn hữu cơ tạo cho đất có màu đen, màu nâu xám.

Các thành phần hữu cơ đều là các loại chất thích nƣớc tạo cho đất có tính

hút nƣớc mạnh, tính co ép lớn và giảm tính thấm nƣớc của đất. Do vậy chúng

đều là yếu tố gây bất lợi cho việc gia cố đất và thông thƣờng chúng phải đƣợc

xử lý trƣớc khi gia cố đất với các chất liên kết khác. Thƣờng xử lý bằng cách

trộn một tỷ lệ vôi 2-3% với đất có chứa hữu cơ vì khi chất hữu cơ bão hoà ion

Ca++ thì tính thích nƣớc của nó giảm xuống.

3- Các đặc điểm của hệ phân tán keo sét và ảnh hưởng của nó đến các quá

trình hình thành cường độ và tính ổn định nước của đất gia cố.

Đặc điểm quan trọng của đất sét nhƣ đất sét, á sét, á cát dù có quá trình

hình thành khác nhau, thành phần hạt, thành phần khoáng vật và các hoá học

khác nhau, là khi bị bẩn chúng có thể biểu hiện một số tính chất đặc trƣng của

một hệ phân tán keo đất. Khi trong đất chứa nhiều hạt sét- keo lớn hơn 30%

khối lƣợng đất thì quá trình hoá keo đặc biệt rõ rệt thể hiện ở những đặc trƣng

dƣới đây:

- Ở trạng thái ẩm ƣớt đất loại sét là một hệ phân tán trong đó các hạt

khoáng là pha phân tán, còn dung dịch nƣớc chứa trong lỗ rỗng giữa các hạt là

môi trƣờng phân tán. Bất kỳ một hệ hạt phân tán nào cũng có năng lƣợng bề

mặt nhất định (năng lƣợng thừa ở bề mặt do lực hút tƣơng hỗ của các phần tử

trên bề mặt không đƣợc sử dụng hết cho sự gẵn kết phân tử) đƣợc đo bằng tích