Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn làm vật liệu san, đắp nền đường (21/11/2025)

Theo tổng hợp, từ năm 2013 đến 2019, Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Tư lệnh Hải quân, Bộ Quốc phòng và UBND các tỉnh đã lập và phê duyệt 40 dự án với khối lượng cát nhiễm mặn tận thu khoảng 250 triệu m³. Bộ Xây dựng đã tổ chức kiểm tra 40 dự án và có văn bản hướng dẫn 38 dự án với khối lượng 45,4 triệu m³ bằng 18,16% khối lượng đã được phê duyệt của các Bộ, ngành địa phương. Cũng theo chỉ đạo của Phó Thủ tướng Chính phủ, Bộ Xây dựng chủ trì, phối hợp với Bộ Khoa học và Công nghệ và các cơ quan liên quan nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn phục vụ xây dựng trong nước; xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật sử dụng cát nhiễm mặn làm vật liệu xây dựng, ban hành hoặc trình ban hành theo quy định.

Xuất phát từ chủ trương của Đảng và Nhà nước về xây dựng phát triển cơ sở hạ tầng ven biển và hải đảo; đối mặt với thực trạng cạn kiệt nguồn cát tự nhiên trong khi nguồn cát nhiễm mặn tận thu có trữ lượng lớn. Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã đề xuất và được Bộ Khoa học và Công nghệ tuyển chọn, giao nhiệm vụ thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp quốc gia “Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn làm vật liệu san, đắp nền đường”. Đề tài do PGS.TS. Văn Viết Thiên Ân làm chủ nhiệm.

Lu lèn, thí nghiệm độ chặt K lớp vật liệu đất đắp.

Nghiên cứu cho thấy, cát nhiễm mặn khai thác từ biển hoặc từ các đụn cát ven biển là vật liệu khá sạch, hàm lượng hạt mịn < 0,075mm thấp, hàm lượng tạp chất hữu cơ và bụi bùn sét cũng thấp nên gần như không có tính dẻo dính. Cát nhiễm mặn có cấu tạo bề mặt, độ lớn cũng như cấp phối thành phần hạt khác biệt so với cát sông. Cát nhiễm mặn thường có bề mặt tròn trơn, mô đun độ lớn thấp, cấp phối thành phần hạt thường tập trung ở một khoảng hẹp nên có thể dẫn đến khó đầm chặt, tính ổn định thấp hơn so với các loại vật liệu truyền thống khác. Thành phần hóa của cát nhiễm mặn cao hơn so với vật liệu truyền thống như cát sông hoặc đất. Các tính chất cơ lý của cát nhiễm mặn tương đương với cát sông. Các chỉ tiêu cơ lý, hóa của cát nhiễm mặn đáp ứng cơ bản các yêu cầu về vật liệu đắp nền đường (TCVN 9436:2012). Có thể sử dụng cát nhiễm mặn thay thế các vật liệu truyền thống để đắp nền đường. Tuy nhiên, với những tính chất đặc thù như hàm lượng muối hòa tan cao, cấp phối thành phần hạt tập trung ở khoảng hẹp với 1-2 cấp hạt mịn điển hình nên cần đánh giá khả năng thi công, sức chịu tải cũng như độ ổn định của các kết cấu nền đường khác nhau sử dụng cát nhiễm mặn. Bên cạnh đó cần có những đánh giá dài lâu về tác độ của hàm lượng muối hòa tan cao trong cát nhiễm mặn đến môi trường xung quanh.

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hình thành cường độ của nền đường có sử dụng vật liệu cát nhiễm mặn cho thấy, việc cải thiện các đặc tính cơ lý của nền đường đắp bằng cát nhiễm mặn thông qua việc thay đổi, điều chỉnh cấp phối thành phần hạt là khó khăn. Bên cạnh tăng cường khả năng đầm chặt lớp vật liệu đắp bằng cát nhiễm mặn, cần có các biện pháp khác như gia cường bằng vải địa kỹ thuật, geocell, phối hợp đắp xen kẹp các lớp vật liệu khác nhau nhằm cải thiện khả năng chịu taỉ cũng như độ ổn định của nền đường đắp bằng cát nhiễm mặn.

Khảo sát, đánh giá cát nhiễm mặn ở các địa phương cho thấy, cát nhiễm mặn được phân bố từ Bắc vào Nam với nguồn trữ lượng lớn và phong phú. Các tính chất cơ lý, hóa về cơ bản đáp ứng yêu cầu làm vật liệu san đắp nền đường theo TCVN 9436:2012. Kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm, các mẫu cát nhiễm mặn là cát hạt mịn, có cấp phối thành phần hạt hẹp tập trung chủ yếu ở cấp hạt dưới 0,5 và trên 0,075mm. Các mẫu cát này thuộc nhóm A-2 theo AASHTO M145. Riêng mẫu cát nhiễm mặn hút ở cửa sông Nghĩa Hưng, Nam Định sử dụng cho đắp thử mô hình trong bãi thử thuộc nhóm A-3 do thành phần hạt dưới 0,075 khá cao. Chỉ số CBR thấp nhất là 7,3; cao nhất là 15,35. Tổng hàm lượng muối hòa tan trong mẫu cát biển dao động khá lớn từ 0,1 đến 0,45 phụ thuộc vào vị trí, địa điểm và thời gian lấy mẫu. Kết quả đánh giá chất lượng nền đường đắp bằng cát nhiễm mặn trong quá trình thi công cho thấy, độ đầm chặt của các lớp cát nhiễm mặn sau khi lu lèn đều đạt yêu cầu K95. Mô đun đàn hồi E của kết cấu nền đường đắp 100% bằng cát nhiễm mặn đạt trên 50 MPa. Khi sử dụng vải địa kỹ thuật, geocell, lớp đất dính truyền thống để gia cố thêm cho lớp đắp bằng cát nhiễm mặn thì mô đun đàn hồi E tăng lên không đáng kể. Kết quả quan trắc lún, chuyển vị ngang theo thời gian 6 tháng cho thấy, đáy lớp nền đường đắp 100% cát nhiễm mặn lún trong khoảng từ 32mm đến 41mm trong khi đó đáy lớp nền đường đắp 100% đất đắp lún trong khoảng từ 23mm đến 25mm. Độ lún của đáy nền đường chủ yếu xảy ra ở các lớp đắp đầu tiên dưới tác động của quá trình lu lèn. Tốc độ lún giảm dần ở các lớp đắp cuối và gần như không lún thêm nhiều sau khi kết thúc quá trình đắp và lu lèn. Nền đường không có sự chuyển vị ngang đáng kể trong quá trình thi công cũng như sau khi thi công.

Với vị trí thi công công trình nền đường đắp bằng cát nhiễm mặn không bị ngập nước, mực nước ngầm rất sâu thì ảnh hưởng của hàm lượng clo và tổng hàm lượng muối hòa tan cao của cát nhiễm mặn từ nền đường ra môi trường xung quanh là chưa đáng kể. Cần tiếp tục theo dõi theo thời gian dài hơn. Nền đường sử dụng cát nhiễm mặn đảm bảo các yêu cầu của vật liệu, độ đầm chặt, mô đun đàn hồi, độ lún và chuyển vị ngang (độ ổn định và biến dạng) nằm trong phạm vi cho phép của các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam cũng như của AASHTO. Kết quả tính toán so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho thấy, khi chưa tính đến đơn giá của vật liệu cát nhiễm mặn thì chi phí giá thành của 100m hạng mục nền đường đắp 100% cát nhiễm mặn thấp hơn gần ½ so với kết cấu nền đường đắp 100% đất đắp truyền thống.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Công nghệ thông tin và Truyền thông Hải Phòng./.