Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu đất trộn xi măng (P2)
Có rất nhiều yếu tốảnh hưởng đến tính chất cơ học của hỗn hợp đất trộn xi măng. Trong nghiên cứu này, một loạt thí nghiệm nén một trục nở hông để xác định cường độ chịu nén của các mẫu đất trộn xi măng được thực hiện, các mẫu này được tạo trong các điều kiện khác nhau để tìm ra thông số hợp lý cho hỗn hợp đất trộn xi măng. Các ảnh hưởng quan trọng bao gồm các yếu tố về thời gian bảo dưỡng, hàm lượng xi măng, tỉ lệ nước tổng lượng nước trên xi măng và môi trường bảo dưỡng khác nhau. Kết quả nghiên cứu đã xác định được hàm lượng xi măng tối ưu từ biểu đồ cường độ chịu nén của mẫu đất trộn xi măng tại huyện Tân Phú Đông là 20%.
>> Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu đất trộn xi măng (P1)
3. Kết quả thí nghiệm
3.1. Kết quả thí nghiệm các mẫu trộn với nước tiêu chuẩn và bảo dưỡng trong môi trường không khí
Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 1 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu được tạo với các tỉ số tổng lượng nước trên xi măng khác nhau.
3. Kết quả thí nghiệm
3.1. Kết quả thí nghiệm các mẫu trộn với nước tiêu chuẩn và bảo dưỡng trong môi trường không khí
Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 1 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu được tạo với các tỉ số tổng lượng nước trên xi măng khác nhau.
Ảnh hưởng wT/c đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 2 thể hiện mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước/xi măng, với thời gian bảo dưỡng mẫu khác nhau.
Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 3 là mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng khác nhau.
3.2. Kết quả thí nghiệm các mẫu trộn với nước và bảo dưỡng trong môi trường nước tại Tân Phú Đông
Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 4 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu được tạo với các tỉ số tổng lượng nước trên xi măng khác nhau.
Ảnh hưởng thời gian bảo dưỡng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 4 cho thấy mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và thời gian bảo dưỡng khi mẫu được tạo với các tỉ số tổng lượng nước trên xi măng khác nhau.
Ảnh hưởng wT/c đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 5 thể hiện mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và tỉ lệ tổng lượng nước/xi măng, với thời gian bảo dưỡng mẫu khác nhau.
Ảnh hưởng hàm lượng xi măng đến cường độ mẫu đất trộn xi măng: Hình 6 là mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và hàm lượng xi măng, với thời gian bảo dưỡng khác nhau.
Cường độ nén nở hông qu của mẫu đất trộn ximăng khi bảo dưỡng 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày thay đổi khi tỷ số wT/c thay đổi. Khi wT/c tăng thì cường độ nén nở hông giảm. Cường độ nén nở hông giảm đến các điểm có độ ẩm của hỗn hợp khi trộn gần bằng giới hạn chảy của đất chưa xử lý và các điểm sau đó cường độ có khuynh hướng giảm mạnh hơn khi tăng wT/c. Do đó khi chọn giải pháp trộn ướt cho đất trộn xi măng thì tổng hàm lượng nước của hỗn hợp nên chọn gần giới hạn chảy của đất chưa xử lý.
Chênh lệch cường độ của mẫu đất trộn ximăng giữa mẫu ở 28 ngày và 7 ngày giảm khi gia tăng tỷ số wT/c và có khuynh hướng khi tăng tỷ số wT/c đến một giới hạn nào đó thì cường độ mẫu đất trộn xi măng ở các thời gian bảo dưỡng khác nhau sẽ không còn sự khác biệt.
Cường độ của mẫu đất trộn xi măng tăng với sự tăng hàm lượng xi măng. Từ kết quả trên cho thấy khi hàm lượng xi măng tăng đến 20% thì sự phát triển cường độ của mẫu đất trộn xi măng tăng nhanh hơn ở các hàm lượng lớn hơn sau đó trong tất cả thời gian bảo dưỡng cũng như môi trường dưỡng hộ.
Cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng có cùng thời gian bảo dưỡng và hàm lượng xi măng có cường độ cao ở môi trường không khí và thấy môi trường nước tại Tân Phú Đông. Nguyên nhân do trong nước Tân Phú Đông có hàm lượng ion Cl- lớn.
4. Kết luận
Cường độ nén nở hông qu của mẫu đất trộn xi măng thay đổi khi tỷ số wT/c thay đổi. Khi wT/c tăng thì cường độ nén nở hông giảm. Theo thời gian, mẫu đất trộn xi măng đóng rắn và cường độ tăng dần lên. Nguyên lý cơ bản của việc gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng là xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt các phản ứng hóa học sau đó dần đóng rắn lại.
Kết quả cường độ nén trong thí nghiệm nén các mẫu đất trộn xi măng cho thấy: Cường độ nén nở hông tăng nhanh ở đến aw=20% sau đó có khuynh hướng tăng chậm ở các hàm lượng xi măng cao hơn. Cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng được bão dưỡng trong môi trường không khí lớn hơn mẫu được bảo dưỡng trong môi trường nước Tân Phú Đông.
Khi bị nén mẫu đất trộn xi măng bị co ngắn lại theo phương nén nhưng đồng thời cũng bị nở theo phương vuông góc với phương nén gọi là hiện tượng nở ngang. Sự nở ngang quá mức gây ra sự nứt và phá vỡ mẫu. Giai đoạn bắt đầu khi mẫu đất trộn xi măng chịu lực, quan hệ ứng suất - biến dạng về cơ bản là phù hợp với định luật Hocke.
Tính chất cơ học của vật liệu đất trộn xi măng thường căn cứ kết quả thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng và nước. Điều này giúp cho người kỹ sư thiết kế biết rõ các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất xi măng và đề xuất hàm lượng xi măng sử dụng cho gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng hợp lý.
(Hết)
Tài liệu tham khảo
[1] Han-Georg Kempfert and Berhane Gebreselassie (2006). Excavations and Foundation in Soft Soil Krips bv, Meppel.
[2] Bruce, D. A. (2000). An Introduction to the Deep Soil Mixing Methods as used in Geotechnical Applications. FDWA-RD-99-138, Federal Highway Admisnistration, McClean, VA.
[3] Filz, G. M., Hodges, D. K., Weatherby, D. E. and Marr, W. A. (2005). Standardized Definitions and Laboratory Procedures for Soil-Cement Specimens Applicable to the Wet Method of Deep Mixing. Int. Conf. on Deep Mixing, Stockholm, pp. 1-13.
[4] Holm, G. “State of Practice in Dy Mixing Methods (2003). Grouting and Ground Treatment, Proceedings of the 3rd International Conference, ASCE Special Publication. No. 120, New Orleans, 145-163.
[5] Toshihide Shibi, Yuki Ohtsuka (2021). In fluence of applying overburden stress during curing on the unconfined compressive strength of cement-stabilized clay. Soils and Foundations, vol. 61, pp. 1123-1131, 2021. DOI: 10.1016/j.sandf.2021.03.007.
[6] Thanakorn Chompoorat, Thanakit Thepumong, Anupong Khamplod, Suched Likitlersuang (2022). Improving mechanical properties and shrinkage cracking characteristics of soft clay in deep soil mixing. Construction and Building Materials, vol. 316, 2022. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125858.
[7] Nguyen Anh Tuan and Nguyen Ngoc Thang (2019). Cement deep mixing method of soil stabilization effecting of montmorillonite content on the bearing capacity of ground improvement. Civil Engineering and Technology (IJCIET), vol. 10, Iss. 12, pp. 440-449.
[8] Nguyễn Ngọc Thắng và Thiệu Ngọc Hồ (2021). Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình bể chứa xăng dầu ở Tiền Giang. Tạp chí Vật liệu và Xây dựngViện Vật liệu xây dựng, Bộ Xây dựng, số 4/2021, trang 84-89. DOI: 10.54772/jomc.04.2021.158.
[9] Terashi, M. (1997). Deep Mixing Methods – Brief state of the art. International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Germany, pp. 2475-2478.
[10] Nguyễn Ngọc Thắng và Võ Ngọc Hà (2019), Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
[11] TCVN 9403:2012. Gia cố nền đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng. Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Vụ Khoa học Công nghệ.
[12] A.S.T.M. D1632-96. Standard Practice for Making and Curing Soil-Cement Compression and Flexure Tests Specimens in the Laboratory.
[13] A.S.T.M. D5102-96. Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Compacted Soil-Lime Mixtures.
Chênh lệch cường độ của mẫu đất trộn ximăng giữa mẫu ở 28 ngày và 7 ngày giảm khi gia tăng tỷ số wT/c và có khuynh hướng khi tăng tỷ số wT/c đến một giới hạn nào đó thì cường độ mẫu đất trộn xi măng ở các thời gian bảo dưỡng khác nhau sẽ không còn sự khác biệt.
Cường độ của mẫu đất trộn xi măng tăng với sự tăng hàm lượng xi măng. Từ kết quả trên cho thấy khi hàm lượng xi măng tăng đến 20% thì sự phát triển cường độ của mẫu đất trộn xi măng tăng nhanh hơn ở các hàm lượng lớn hơn sau đó trong tất cả thời gian bảo dưỡng cũng như môi trường dưỡng hộ.
Cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng có cùng thời gian bảo dưỡng và hàm lượng xi măng có cường độ cao ở môi trường không khí và thấy môi trường nước tại Tân Phú Đông. Nguyên nhân do trong nước Tân Phú Đông có hàm lượng ion Cl- lớn.
4. Kết luận
Cường độ nén nở hông qu của mẫu đất trộn xi măng thay đổi khi tỷ số wT/c thay đổi. Khi wT/c tăng thì cường độ nén nở hông giảm. Theo thời gian, mẫu đất trộn xi măng đóng rắn và cường độ tăng dần lên. Nguyên lý cơ bản của việc gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng là xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt các phản ứng hóa học sau đó dần đóng rắn lại.
Kết quả cường độ nén trong thí nghiệm nén các mẫu đất trộn xi măng cho thấy: Cường độ nén nở hông tăng nhanh ở đến aw=20% sau đó có khuynh hướng tăng chậm ở các hàm lượng xi măng cao hơn. Cường độ nén nở hông của mẫu đất trộn xi măng được bão dưỡng trong môi trường không khí lớn hơn mẫu được bảo dưỡng trong môi trường nước Tân Phú Đông.
Khi bị nén mẫu đất trộn xi măng bị co ngắn lại theo phương nén nhưng đồng thời cũng bị nở theo phương vuông góc với phương nén gọi là hiện tượng nở ngang. Sự nở ngang quá mức gây ra sự nứt và phá vỡ mẫu. Giai đoạn bắt đầu khi mẫu đất trộn xi măng chịu lực, quan hệ ứng suất - biến dạng về cơ bản là phù hợp với định luật Hocke.
Tính chất cơ học của vật liệu đất trộn xi măng thường căn cứ kết quả thí nghiệm nén mẫu hỗn hợp đất, xi măng và nước. Điều này giúp cho người kỹ sư thiết kế biết rõ các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của trụ đất xi măng và đề xuất hàm lượng xi măng sử dụng cho gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng hợp lý.
(Hết)
Tài liệu tham khảo
[1] Han-Georg Kempfert and Berhane Gebreselassie (2006). Excavations and Foundation in Soft Soil Krips bv, Meppel.
[2] Bruce, D. A. (2000). An Introduction to the Deep Soil Mixing Methods as used in Geotechnical Applications. FDWA-RD-99-138, Federal Highway Admisnistration, McClean, VA.
[3] Filz, G. M., Hodges, D. K., Weatherby, D. E. and Marr, W. A. (2005). Standardized Definitions and Laboratory Procedures for Soil-Cement Specimens Applicable to the Wet Method of Deep Mixing. Int. Conf. on Deep Mixing, Stockholm, pp. 1-13.
[4] Holm, G. “State of Practice in Dy Mixing Methods (2003). Grouting and Ground Treatment, Proceedings of the 3rd International Conference, ASCE Special Publication. No. 120, New Orleans, 145-163.
[5] Toshihide Shibi, Yuki Ohtsuka (2021). In fluence of applying overburden stress during curing on the unconfined compressive strength of cement-stabilized clay. Soils and Foundations, vol. 61, pp. 1123-1131, 2021. DOI: 10.1016/j.sandf.2021.03.007.
[6] Thanakorn Chompoorat, Thanakit Thepumong, Anupong Khamplod, Suched Likitlersuang (2022). Improving mechanical properties and shrinkage cracking characteristics of soft clay in deep soil mixing. Construction and Building Materials, vol. 316, 2022. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125858.
[7] Nguyen Anh Tuan and Nguyen Ngoc Thang (2019). Cement deep mixing method of soil stabilization effecting of montmorillonite content on the bearing capacity of ground improvement. Civil Engineering and Technology (IJCIET), vol. 10, Iss. 12, pp. 440-449.
[8] Nguyễn Ngọc Thắng và Thiệu Ngọc Hồ (2021). Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng cho công trình bể chứa xăng dầu ở Tiền Giang. Tạp chí Vật liệu và Xây dựngViện Vật liệu xây dựng, Bộ Xây dựng, số 4/2021, trang 84-89. DOI: 10.54772/jomc.04.2021.158.
[9] Terashi, M. (1997). Deep Mixing Methods – Brief state of the art. International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Germany, pp. 2475-2478.
[10] Nguyễn Ngọc Thắng và Võ Ngọc Hà (2019), Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
[11] TCVN 9403:2012. Gia cố nền đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng. Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Vụ Khoa học Công nghệ.
[12] A.S.T.M. D1632-96. Standard Practice for Making and Curing Soil-Cement Compression and Flexure Tests Specimens in the Laboratory.
[13] A.S.T.M. D5102-96. Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Compacted Soil-Lime Mixtures.
VLXD.org (TH/ Tạp chí KHCNXD)
