KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU KÉO CỦA RƠM RẠ NHẰM TÁI SỬ DỤNG LÀM VẬT LIỆU GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG
Lê Thái Bình - Trường Đại học Điện lực
Mobile: 0983.01.05.29
E-mail: binhlt@epu.edu.vn
Tóm tắt
Hàng năm, ở đồng bằng châu thổ sông Hồng nguồn rơm rạ rất dồi dào với sản lượng hàng triệu tấn, đã bị đốt bỏ gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu, rơm rạ có thể tái sử dụng để tăng cường khả năng chịu lực nền đất. Trong khi đó, nền đường giao thông khu vực này đa phần là đất yếu, cần được gia cố. Bài báo đề cập đến khả năng chịu kéo của rơm rạ trong các môi trường kiềm khác nhau - mô phỏng nền đất khu vực nhằm tái sử dụng rơm rạ làm vật liệu gia cố nền đường giao thông nói riêng cũng như nền móng công trình nói chung.
1. Đặt vấn đề
Vùng châu thổ sông Hồng có diện tích trồng lúa lớn nhất miền Bắc, cùng với tập quán đốt bỏ rơm rạ sau thu hoạch rất lãng phí. Việc đốt rơm rạ đã gây ô nhiễm đối với môi trường như tạo khói, bụi đồng thời phát thải ra một lượng rất lớn khí CO2, CO và CH4 gây ảnh hưởng hiệu ứng nhà kính. Theo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (2010), mỗi năm lượng phát thải khí nhà kính từ hoạt động nông nghiệp là 65 triệu tấn CO2, chiếm 43% tổng lượng khí nhà kính của cả nước. Bên cạnh sự ô nhiễm của các ngành công nghiệp thì đây cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng cho khu vực nông thôn và các vùng lân cận.
Một đặc thù giao thông khu vực này là các con đường giao thông nông thôn đều đi qua vùng có địa chất không tốt, phần nền đường thường nằm trong dải đất yếu, ít có khả năng chịu lực nên khi thi công phải đào bỏ thay thế bằng vật liệu tốt hơn.
Về bản chất, rơm rạ có cấu tạo là các sợi xenlulo, hoàn toàn có tác dụng tăng cường liên kết và khả năng chịu lực khi được phối trộn với các thành phần vật liệu làm nền đường ô tô.
Do vậy việc khảo sát khả năng chịu kéo của rơm rạ khi ngâm trong các môi trường có tính kiềm khác nhau để đánh giá khả năng ổn định trong đất khi được tận dụng để kết hợp với các chất phụ gia khác làm nhiệm vụ gia cố cho nền đất trong khu vực vùng châu thổ Sông Hồng là rất thiết thực. Góp phần giải quyết được một phần vấn đề ô nhiễm môi trường do đốt rơm rạ gây ra. Mặt khác, đây cũng là giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế-xã hội và giá thành xây dựng nền đường rất có thể sẽ rẻ hơn so với vật liệu thay thế.
2. Đặc thù khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng
2.1. Đất xây dựng khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng:
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5747:1993 Đất xây dựng – Phân loại, đất xây dựng là mọi đất đá, cát hoặc đá, kể cả đất trồng và những vật chất phế thải của sản xuất và đời sống, vốn là một hệ nhiều thành phần, biến đổi theo thời gian, được sử dụng làm nền, môi trường phân bố công trình hoặc vật liệu để xây dựng công trình [1].
Vật liệu đắp nền đường theo tiêu chuẩn AASHTO đã quy định cụ thể cho các loại: Vật liệu thích hợp; Vật liệu mượn có lựa chọn; Vật liệu đắp dạng hạt có lựa chọn; Vật liệu dính đắp ta luy nền đắp; Vật liệu không thích hợp [2].
Theo các tài liệu nghiên cứu địa chất, đất vùng châu thổ sông Hồng là đất phù sa, như vậy trong môi trường đất khu vực có tính kiềm với thành phần như bảng 1.
Bảng 1 - Thành phần các chất vô cơ trong đất phù sa
|
SiO2 (%) |
R2O3 (%) |
N (%) |
P2O5 (%) |
Na2O + K2O (%) |
CaO + MgO (%) |
pH |
|
55 – 65 |
25 – 30 |
0,2 – 0,3 |
0,4 – 0,6 |
2 – 3 |
2 – 2,5 |
7 - 7,5 |
2.2. Thực trạng nguồn rơm rạ sau thu hoạch:
Nguồn rơm, rạ sau thu hoạch hiện nay chủ yếu vẫn sử dụng một cách nhỏ lẻ tại các hộ gia đình, chưa có nhiều cơ sở sản xuất tận thu và chế biến rơm, rạ thành các sản phẩm có giá trị.
Theo số liệu thống kê sơ bộ năm 2016 (Tổng cục Thống kê, 2017) sản lượng lúa khu vực đồng bằng sông Hồng khoảng 6,5 triệu tấn thì lượng rơm phát sinh theo [3] ước khoảng 7,4 triệu tấn.
Trong mỗi vụ thu hoạch người dân tuốt lúa, phơi rơm rạ ngoài đường gây cản trở giao thông, phá hỏng mặt đường hoặc làm tắc các dòng kênh mương… khiến hạ tầng cơ sở cũng như môi trường bị xâm hại.
|
Hình 1 – Rơm rạ đốt ngay cạnh đường gây mất ATGT |
Hình 2 – Ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính đến sức khỏe |
2.3. Thành phần của rơm rạ [4]:
Rơm rạ có nguồn gốc thực vật là sản phẩm của quá trình quang hóa từ các thành phần có sẵn trong không khí.
- Thành phần hóahọc: Thành phần hóa học và thành phần các chất vô cơ có trong rơm rạ thể trong bảng 2 và 3.
Bảng 2 - Thành phần hóa học của rơm rạ
|
Thành phần (%) |
Hơi ẩm |
Xenlulozơ |
Hemixenlulozơ |
Lignin |
Các hợp chất trích ly |
Tro |
Tổng |
|
Rơm |
7,08 |
42,41 |
12,65 |
18,62 |
6,48 |
12,76 |
100 |
Bảng 3 - Thành phần các chất vô cơ trong tro của rơm rạ
|
SiO2 (%) |
K (%) |
Na (%) |
Các chất khác (%) |
Tổng |
|
72,593 |
2,636 |
0,369 |
0,369 |
100 |
- Thành phần nguyên tố: Kết quả phân tích nguyên tố trong rơm rạ như bảng 4.
Bảng 4 - Thành phần nguyên tố trong rơm rạ
|
Nguyên tố |
C |
H |
O |
N |
S |
H/C |
|
Thành phần (%khối lượng) |
53,94 |
5,84 |
39,20 |
1,02 |
0,02 |
1,29 |
3. Kết quả nghiên cứu
3.1. Chuẩn bị vật liệu nghiên cứu:
- Rơm rạ: Đồng bằng châu thổ sông Hồng (Thái Bình, Hà Nam) được phơi khô tự nhiên.
- Nước vôi: được chế từ vôi bột hòa tan trong nước với các nồng độ 10%, 15%, 20%.
- Số lượng mẫu: 117 mẫu (trong đó: mẫu không ngâm 9 mẫu; Mẫu ngâm nước vôi nồng độ 10%, 15%, 20% mỗi loại 36 mẫu).
- Thiết kế mẫu: Mẫu được tạo hình gồm các rợi rơm rạ cho chiều dài trung bình 25-30 cm, sắp lại thành bó có đường kính 10mm. Hình dạng và kích thước mẫu tạo hình sơ bộ như hình 3.
- Thí nghiệm được thực hiện trên máy RT-1250A (hình 4).
|
Hình 3 - Thiết kế mẫu rơm rạ làm thí nghiệm |
Hình 4 – Máy đo lực kéo đứt mẫu RT-1250A |
2.2. Kết quả thí nghiệm:
- Kết quả thí nghiệm khả năng chịu kéo của mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 10% ở các ngày tuổi khác nhau được thể hiện trên bảng 5.
Bảng 5 – Kết quả thí nghiệm mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 10%
|
Ngày ngâm mẫu |
7 ngày |
14 ngày |
28 ngày |
56 ngày |
||||||||
|
Lực kéo đứt mẫu (N) |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
|
517 |
513 |
515 |
505 |
503 |
504 |
498 |
495 |
496 |
484 |
482 |
483 |
|
- Kết quả thí nghiệm khả năng chịu kéo của mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 15% ở các ngày tuổi khác nhau được thể hiện trên bảng 6.
Bảng 6 – Kết quả thí nghiệm mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 15%
|
Ngày ngâm mẫu |
7 ngày |
14 ngày |
28 ngày |
56 ngày |
||||||||
|
Lực kéo đứt mẫu (N) |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
|
512 |
510 |
511 |
505 |
502 |
503 |
495 |
493 |
494 |
481 |
478 |
480 |
|
- Kết quả thí nghiệm khả năng chịu kéo của mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 20% ở các ngày tuổi khác nhau được thể hiện trên bảng 7.
Bảng 7 – Kết quả thí nghiệm mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 20%
|
Ngày ngâm mẫu |
7 ngày |
14 ngày |
28 ngày |
56 ngày |
||||||||
|
Lực kéo đứt mẫu (N) |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
max |
min |
TB |
|
509 |
507 |
508 |
501 |
499 |
500 |
491 |
488 |
490 |
480 |
476 |
478 |
|
- Tổng hợp Kết quả thí nghiệm khả năng chịu kéo trung bình của mẫu được thể hiện trên bảng 8 và hình 5.
Bảng 8 – Tổng hợp kết quả thí nghiệm khả năng chịu kéo của rơm rạ
|
Ngày tuổi |
Lực kéo đứt mẫu trung bình (N) |
|||
|
Ngâm nước vôi nồng độ 10% |
Ngâm nước vôi nồng độ 15% |
Ngâm nước vôi nồng độ 20% |
Không ngâm nước vôi |
|
|
7 ngày |
515 |
511 |
508 |
520 |
|
14 ngày |
504 |
503 |
500 |
|
|
28 ngày |
496 |
494 |
490 |
|
|
56 ngày |
483 |
480 |
478 |
|
Kết quả thí nghiệm khả năng chịu kéo của mẫu được thể hiện trên hình 7.
Hình 5 – Lực kéo đứt mẫu trong các điều kiện môi trường khác nhau
3.3. Nhận xét, đánh giá:
- Đối với mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 10% thì độ suy giảm khả năng chịu kéo của các mẫu ở các ngày ngâm 7, 14, 28 và 56 là khoảng 2-4% so với mẫu không ngâm.
- Đối với mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 15% thì độ suy giảm khả năng chịu kéo của các mẫu ở các ngày ngâm 7, 14, 28 và 56 là khoảng 3-5% so với mẫu không ngâm.
- Đối với mẫu ngâm trong nước vôi với nồng độ 20% thì độ suy giảm khả năng chịu kéo của các mẫu ở các ngày ngâm 7, 14, 28 và 56 là khoảng 4-6% so với mẫu không ngâm.
- Qua kết quả thí nghiệm có thể thấy, khả năng chịu kéo của rơm rạ ít bị thay đổi trong môi trường kiềm (suy giảm khả năng chịu kéo khoảng 2-6%).
4. KẾT LUẬN
- Qua số liệu khảo sát cho thấy rơm rạ sau khi phơi khô tự nhiên tương đối ổn định khi ngâm trong đất có tính kiềm, đặc trưng của đất phù sa khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng.
- Cùng với các kết quả đã nghiên cứu tái sử dụng rơm rạ làm vật liệu xây dựng thì bước đầu cho thấy khả năng sử dụng rơm rạ phối hợp với chất kết dính có thể được dùng để gia cố cải tạo đất nhằm nâng cao sức chịu tải của đất nền.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiêu chuẩn Việt Nam (1993), “TCVN 5747:1993 Đất xây dựng – Phân loại”, Việt Nam.
[2] Doãn Hoa (2001), “Thi công đường ô tô”, NXB Xây dựng, Hà Nôi.
[3] Trần Sỹ Nam và các cộng sự (2014), “Ước tính lượng và các biện pháp xử lý rơm rạ ở một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long”, Tạp chí khoa học trường Đại học Cần Thơ.
[4] Phạm Thị Thu Giang (2015), “Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác hiệu quả cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ rơm rạ”, Luận án tiến sĩ hóa học, Hà Nội.
GIỚI THIỆU TÁC GIẢ
Họ và tên: Lê Thái Bình, năm sinh: 1975
Học hàm, học vị: Thạc sỹ, NCS Chức vụ: Giảng viên
Đơn vị công tác: Bộ môn Công nghệ Xây dựng, Khoa Công nghệ Cơ khí, Trường Đại học Điện lực
Email: binhlt@epu.edu.vn Điện thoại: 0983.01.05.29
Đang NCS tại trường Đại học Kiến trúc, chuyên ngành Kỹ thuật cơ sở hạ tầng