Nghiên cứu thành phần tính chất của bê tông cát có sử dụng nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường bê tông xi măng

Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng Mục Lục Trang Mở đầu Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan bê tông xi măng làm lớp móng mặt đường 1.1.1 Tởng quan về móng mă ̣t đường ôtô 1.1.2 Các tính kỹ thuâ ̣t của bê tơng làm lớp móng mă ̣t đường Ơtơ .10 1.2 Tổng quan bê tông xi măng nhiều tro bay .14 Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm bê tông cát nhiều tro bay (HFSC) để làm lớp móng mă ̣t đường ôtô 2.1 Vật liệu chế tạo và tiêu chuẩn thí nghiêm .25 ̣ 2.1.1 Cát lớn 25 2.1.2 Cát nhỏ 25 2.1.3 Xi măng 25 2.1.4 Tro bay 26 2.1.5 Phụ gia 27 2.1.6 Nước 27 2.2 Thiết kế thành phần bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường .27 2.3 Thí nghiêm ̣ xác định các đă ̣c tính học của HFSC 28 2.3.1 Cường độ nén 28 2.3.2 Mô đun đàn hồi 31 2.3.3 Cường độ kéo bửa 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tơ ng xi mă ng Như biết hàng năm nhà máy nhiệt điện thải nhiều phế thải vào môi trường xung quanh gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng làm ảnh hưởng tới sức khỏe đời sống nhân dân Chính việc tận dụng nguồn phế phẩm từ nhà máy nhiệt điện điều cần thiết vừa đem lại nguồn lợi ích cho đất nước vừa làm giảm nhiễm môi trường xung quanh Một nguồn phế phẩm tận dụng tro bay Đây nguồn ngun liệu đáp ứng tính chất cường độ độ liên kết tính ổn định với nước mơi trường.Tro bay kết hợp với số hợp chất khác tạo thành chất kết dính thay cho xi măng bột đá đặc biệt dùng cho vùng đá có nguy cạn kiệt từ khai thác mỏ đá Xuất phát từ lợi ích thực tế mà tro bay đem lại yêu cầu đòi hỏi đất nước thúc chúng em làm đề tài “ Nghiên cứu thành phần tính chất bê tơng cát có sử dụng nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường bê tông xi măng “.Với đề tài chúng em muốn mở hướng việc sử dụng tro bay làm phụ gia cho bê tông xi măng làm lớp móng mặt đường đồng thời qua giúp chúng em học thêm nhiều kiến thức bổ ích lý thú giúp chúng em tự tin bước vào tương lai Phương pháp nghiên cứu tham khảo tài liệu nước nước vấn đề có liên quan , tiến hành thực nghiệm nghiên cứu thành phần tính chất bê tơng sử dụng tro bay từ rút nhân xét kêt luận Vì thời gian thực đề tài có hạn kiến thức khoa học vô tận nên chắn báo cáo nghiên cứu khoa học chúng em cịn nhiều thiếu sót hạn chế,chúng em mong thầy cô giáo người quan tâm đến đề tài bổ sung đóng góp ý kiến để đề tài hoàn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn Th.S Trần Lê Thắng với thầy cô giáo môn vật liệu xây dựng -Trường đại học Giao Thông Vận Tải giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành đề tài Nhóm sinh viên thực Lê Ngọc Hải Hoàng Văn Biên Nguyễn Văn Đơ 1.1 Ch¬ng 1: tỉng quan Tổng quan bê tơng xi măng làm lớp móng mặt đường Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng 1.1.1 Tổng quan móng mặt đường tơ Móng mặt đường ôtô thường có hai lớp: lớp móng lớp móng Với mặt đường chịu lượng giao thơng nặng ,các lớp móng làm vật liệu gia cố chất liên kết hữu vô làm cho chúng chịu tác dụng thẳng đứng xe nặng gây đường Các lớp móng phân bố áp lực lên đất bảo đảm biến dạng đường nằm giới hạn cho phép Với mặt đường xe chạy khơng làm lớp móng làm lớp móng vật liệu gia cố a Lớp móng mặt đường mềm Mặt đường mềm có lớp móng vật liệu hạt mặt đường mềm có lớp móng gia cố nhựa -Mặt đường mềm có lớp móng vật liệu hạt: Lớp móng vật liệu hạt không gia cố chất liên kết khiến cho độ cứng kết cấu mặt đường nhỏ ,phụ thuộc vào cường độ đất chiều dày lớp móng Loại kết cấu mặt đường mềm có lớp móng vật liệu hạt khơng gia cố thích hợp với đường có lượng giao thơng nhỏ xe nặng chạy -Mặt đường mềm có lớp móng gia cố nhựa: Độ cứng cường độ chịu kéo lớp móng gia cố nhựa cho phép giảm nhanh ứng suất thẳng đứng truyền xuống đường, ngược lại tải trọng xe gây ứng suất kéo uốn lớp mặt lớp móng.Nếu lớp dính chặt với độ cứng kết cấu lớn ,ngược lại lớp trượt lên lớp chịu kéo dễ bị nứt mỏi -Yêu cầu vật liệu làm tầng móng: + Có độ cứng định,it biến dạng khơng chịu tác dụng trực tiếp bánh xe hoạt tải tác dụng trực tiếp yếu tố + Có thể chịu bào mịn ,kích cỡ lớn, dùng vật liệu rời rạc cường độ giảm dần theo chiều sâu để truyền áp lực phân bố áp lực thẳng đứng xe cộ đến đất đủ để đất chịu đựng + Khi tuyến đường qua vùng có chế độ thủy nhiêt bất lợi lớp móng dưói ngồi chức chịu lực cịn đóng vai trị lớp nước,cách cách nước dể cải thiện chế độ thủy nhiệt mặt đường b Móng mặt đường cứng Kết cấu mặt đường cứng thường gồm có bê tơng xi măng đặt lên lớp móng Do bê tơng có độ cứng lớn nên thu nhận hầu hết tải trọng cho xe chạy gây truyền tải trọng xuống móng diện tích rộng bê tơng chịu lực chủ yếu cịn móng chịu lực khơng đáng kể Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tơ ng xi mă ng Lớp móng khơng tham gia chịu lực lớn mặt đường mềm yêu cầu chất lượng phải đồng phải ổn định với nước khơng tích lũy biến dạng dư.Ngồi lớp móng phải đủ cường độ bảo đảm cho xe máy thi công vận chuyển lại làm việc thuận lợi thường làm lớp móng đá cát gia cố ximăng ,hoặc bê tông nghèo -Yêu cầu lớp móng mặt đường cứng : + Các yêu cầu lớp móng nằm mặt đường bê tơng xi măng pc lăng thay đổi tuỳ theo vật liệu làm lớp móng ghi bảng sau Các lớp móng dùng kết cấu mặt đường cứng T T Vật liệu Modun đàn hồi tối thiểu (MPa)1 Chiều dầy tối thiểu (cm) Trị số CBR tối thiểu2 (%) Hỗn hợp bê tông nghèo (trộn ướt) 10,0001 Cấp phối đá dăm loại gia cố với xi măng  4800 Hỗn hợp đá dăm trộn nhựa bitum ≥1380 Cấp phối đá dăm loại (loại đá vôi), (chỉ dùng lưu lượng giao thông nhỏ)  200 (3) R28ng  5MPa (3) R28ng  15MPa (3) Chiều dầy tối đa có hiệu lu lèn Vật liệu thi công theo tiêu chuẩn AASHTO/ (cm) ASTM 15 25 AASHTO M157 10 15 (25) 10(12) D3515 10 15(20) D2940 R7ng  4MPa (4) độ ổn đinh Marshall ≥ 4kN  80 + Đối với lớp móng khác với lớp móng hỗn hợp bê tông nghèo, phải làm thêm lớp vật liệu khơng thấm nước, có ma sát nhỏ đồng đặt lớp móng bê tơng xi măng poóclăng Lớp có chiều dày tối thiểu cm làm bê tông nhựa Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng cỡ hạt danh định 9.5 mm đường cao tốc đường ôtô cấp cao Nếu cốt liệu lớp bê tông dùng kỹ sư Tư vấn cho phép + Đối với lớp móng hỗn hợp bê tơng nghèo cần có hàm lượng xi măng  250 kg/m3 (bao gồm  90 kg/m3 poóc lăng xi măng  100 kg/m3 tro bay) Độ co ngót 21 ngày khơng khí phải  0.000450 (đo theo AASHTO T160) 1.1.2 Các tính kĩ thuật bê tơng xi măng làm lớp móng mặt đường tơ a Kết cấu mặt đường bê tông xi măng Bê tông xi măng đổ chỗ bao gồm lớp: 1- lớp mặt (tấm bê tông), 2- lớp tạo phẳng, - lớp móng, 4- đất -Độ dốc ngang mặt đường bê tông xi măng từ 15-20 cm - Bề rộng lớp móng phải xác định tùy thuộc vào phương pháp tổ hợp máy thi công ,nhưng trường hợp nên rộng mặt bên từ 0,3- 0,5m -Trong trường hợp , 30cm đất lớp móng phải đầm chặt đạt độ chặt k= 0,98 đến 1,0 ;tiềp dươi 30cm phải đầm chặt đạt k =0,95 Đối với đoạn đường mà tình hình thủy văn , địa chất khơng tốt trước xây dựng mặt đường phải sử dụng biện pháp xử lý đặc biệt (thay đất, nước gia cố) -Lớp móng bố trí để giảm áp lực tải trọng tơ đất, để hạn chế nước ngầm qua qua khe xuống đất ,giảm tích lũy biến dạng góc cạnh tấm, tạo điều kiện đảm bảođộ phẳng , ổn định ,nâng cao cường độ khả chống nứt mặt đường đồng thời đảm bảo cho ôtô máy rải bê tông chạy lớp móng thời gian thi cơng Lớp móng làm bê tông nghèo , đá gia cô xi măng, cát gia cố xi măng , đất gia cố xi măng vôi.Trên đường địa phương đường nội , it xe nặng chạy làm móng đá dăm , xỉ ,cát Bề dày móng phải xác định theo tính tốn để chịu xe máy thi công,nhưng tối thiểu phải 14 cm bê tông nghèo ,15- 16 cm đất ,cát đá gia cố Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng băng 20cm cát hạt to hay cát hạt trung.Các đặc trưng tính tốn vật liệu làm móng tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN -211-93 -Lớp tạo phẳng giấy dầu ,cát trộn nhựa dày 2-3cm cát vàng dày 3-5cm.Lớp cấu tạo để đảm bảo độ phẳng lớp móng , đảm bảo dịch chuyển nhiệt độ thay đổi b Bề dày bê tông xi măng Tấm bê tơng xi măng có bề dày phải xác định theo tính tốn ,có lưu ý đến kinh nghiệm khai thác đường không nhỏ trị số bảng 2.1 Bảng 2.1 Vật liệu lớp móng -Đất , cát , đất gia cố chất liên kết vô -Đá dăm ,xỉ , sỏi cuội -Cát ,cấp phối Bề dày BTXM tối thiểu (cm) tùy thuộc lưu lượng xe tính tốn (xe/ ngày đêm) >10000 7000- 5000- 3000- 2000- 10001000 7000 5000 3000 2000 24 - 22 - 22 22 - 20 20 22 18 18 20 18 18 18 Ngoài bề dày tối thiểu tùy thuộc vào tải trọng trục thiết kế sau: - Trục đơn 9,5T bề dày tối thiểu 18 cm - Trục đơn 10 T bề dày tối thiểu 22cm - Trục đơn 12 T bề dày tối thiểu 24 cm c Cường độ bê tơng Bê tơng làm lớp lót mặt đường phải có cường độ chịu uốn giới hạn không nhỏ 40 daN/ cm2( cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ 300 daN/ cm2) Đối với đường cấp I ,II trị số phải không nhỏ 45 daN/cm2 (cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ 350 daN/cm2) Bê tơng làm lớp móng mặt đường bê tơng nhựa phải có cường độ chịu uốn giới hạn khơng nhỏ 25 daN/cm2( cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ 170 daN/cm2) (bảng 2.2) Các tiêu cường độ mô đun đàn hồi bê tông làm đường Bảng 2.2 Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tơ ng xi mă ng Cường độ giới hạn sau 28 ngày(daN/cm2) Các lớp kết cấu Cường độ chịu kéo uốn Cường độ chịu nén Mô đun đàn hồi E (daN/cm2) Lớp mặt 50 45 40 400 350 300 35.10000 33.10000 31,5.10000 Lớp móng mặt đường Bê tơng nhựa 35 30 25 250 200 170 29.10000 26,5.10000 23.10000 1.2 Tổng quan bê tông xi măng nhiều tro bay 1.2.1 Một số đặc tính bê tơng xi măng sử dụng nhiều tro bay - Từ năm 50 kỉ trước nhà khoa học biết sử dụng tro bay nhà máy điện đốt than để làm phụ gia cho bê tông Khoa học kĩ thuật ngày phát triển khẳng định kì diệu tro bay cơng nghệ bê tông - Tro bay loại puzzolan nhân tạo bao gồm oxit silic, oxit nhôm , oxit sắt chiếm khoảng 84% tinh cầu tròn ,siêu mịn lọt sàng từ 0,05-50 μm tro bay sử dụng nhiều mức độ khác loại cấu trúc bê tông hồ vữa mang lại hiệu giảm nhiệt thủy hóa giảm nước sử dụng tăng độ bền theo thời gian giảm phân tính tách nước… - Dùng tro bay làm phụ gia cho bê tông làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,52 lần tăng độ nhớt vữa giúp cho bê tông chui vào khe lỗ dễ dàng khử vôi tự Cao xi măng (khoảng 6%) thành phần gây nổ làm giảm chất lượng bê tông môi trường nước Đặc biệt việc đổ khối bêtông cực lớn công trình ,khi có phụ gia tro bay ta đổ bê tông gián đoạn mà đổ liên tục bê tông thường - Khống chế nhiệt độ ban đầu ,giảm ứng suất nhiệt khối bê tông ,tăng độ bền ,kéo dài tuổi thọ cơng trình , dùng để sản suất bê tông tự lèn cơng trình địi hỏi chịu lực cao - Giảm tỷ lệ nước /xi măng nên giảm tượng nứt co ngót Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tơ ng xi mă ng - Cải thiện tính bám dính lần đổ bê tơng tác dụng làm chậm đông kết xi măng sử dụng tro bay - Làm bê tơng dính bám với cốt thép cải thiện điều kiện bề mặt cấu kiện - Làm tăng cường độ tuổi muộn, giảm giá thành , cải thiện tính cơng tác hỗn hợp vữa bê tông - Làm tăng khả chống thấm chống ăn mòn Cl-, tăng độ bền sun phát ,giảm phản ứng kiềm silic , tăng độ bền cho bê tơng - Giảm nhiệt thủy hóa khí nên thích hợp cho bê tơng khối lớn - Giảm phân tầng tiết nước - Giảm khả xâm thực nước chống chua mặn - Dễ dàng thi công tạo mặt phẳng ,bơm dải Ứng dụng bê tông xi măng sủ dụng nhiều tro bay Tại Viêt Nam : năm qua có số quan đơn vị nghiên cứu sử dụng tro baycủa nhà máy nhiệt điện Việt Nam để sản xuất vật liệu xây dựng Viện vật liệu xây dựng nghiên cứu sản xuất chất kết dính mác thấp tro-vôi-thạch cao nghiên cứu sử dụng tro bay làm phụ gia thủy lực cho xi măng ,có thể cho thêm khoảng10% tro bay để làm tăng sản lượng xi măng mà đảm bảo tiêu lý hóa theo yêu cầu tiêu chuẩn Viện vật liệu xây dựng viện khoa học công nghệ xây dựng phối hợp nghiên cứu sản xuất cốt liệu rỗng không nung từ tro nhiệt điện phả lại để làm cốt liệu nhẹ cho bê tông nhẹ Công ty xây dựng thủy lợi 47 thuộc Nông nghiệp phát triển nông thôn ứng dụng tro bay thi công xây dựng đập bê tông Tân Giang cao 40m Bình Định để nâng cao chất lượng đập bê tơng giảm giá thành cơng trình sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại làm phụ gia thay phần xi măng thi công đập bê tông , việc sử dụng tro bay thi công đập bê tông làm giảm nhiệt thủy hóa xi măng chất lượng cơng trình nâng cao rõ rệt Trong kĩ thuật xây dựng đập thủy điện Sơn La nhà khoa học sử dụng công nghệ bê tông đầm lăn có sử dụng tro bay.Ngồi cơng trình thhủy điện Tuyên Quang thủy điện Sê San sử dụng tro bay Phả Lại xây dựng đập trọng lực bê tông khối lớn Trong tương lai gần nhu cầu sử dụng tro bay vào bê tông ngày lớn Một số cơng trình giới sử dụng bê tơng xi măng nhiều tro bay - Cơng trình Parklane Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tơ ng xi mă ng • cường độ nén yêu cầu - thấp 50MPa sau 150 ngày - lớn 35MPa sau 28 ngày • 26.000 m3 bê tơng • 17,780 m2 làm văn phịng, rạp chiêú phim, khu thương mại bãi đỗ xe tơ • Cột nhà có đường kính 900 mm cơng trình Parklane sử dụng cấp phối hỗn hợp bê tông sau: Thành phần Khối lượng Xi măng 180 kg/m3 Tro bay loại F 220 kg/m3 Cốt liệu nhỏ 800 kg/m3 Cốt liệu lớn Dmax= 20mm 1100 kg/m3 Nước 110 L/m3 Phụ gia siêu dẻo L/m3 Cơng trình xây dựng Bến cảng Purdy • Nó bao gồm tịa nhà văn phịng 22 tầng • Cường độ nén 28 ngày 45MPa  Bê tông nhiều tro bay lựa chọn cho phần dự án này, cường độ nén theo thứ tự 32 MPa 51 MPa lúc 28 ngày, tương ứng thu cho bê tông công trình xây dựng Bến cảng Purdy sử dụng cấp phối hỗn hợp bê tông Page Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tơ ng xi mă ng Thành phần Khối lượng Xi măng 180 kg/m3 Tro bay loại F 220 kg/m3 Cốt liệu nhỏ 900 kg/m3 Cốt liệu lớn Dmax= 12mm 1000 kg/m3 Nước 112 L/m3 Phụ gia siêu dẻo L/m3 Ứng dụng khối móng Thành phần Khối lượng Xi măng 150 kg/m3 Tro bay loại F 180 kg/m3 Cốt liệu lớn Dmax= 12mm 1020 kg/m3 Cốt liệu nhỏ 875 kg/m3 Nước 112 L/m3 Chất phụ gia khí 190 mL/m3 Phụ gia siêu dẻo L/m3 Khối móng 4x4x9m Cấp phối hỗn hợp Kết thử nghiệm trường Page 10 Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng Đền San Marga Iraivan tuổi thọ thiết kế 1000 năm Đổ bê tông nhiều tro bay Page 12 Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BÊ TÔNG CÁT NHIỀU TRO BAY (HFSC) ĐỂ LÀM LỚP MĨNG MẶT ĐƯỜNG ƠTƠ 2.1 Vật liệu chế tạo tiêu chuẩn thí nghiệm 2.1.1 Cát Page 13 Nghiên u nh phầ n, tính chấ t bê tơ ng cá t có sử dụ ng nhiều tro bay m lớ p mó ng mặ t đườ ng bê tô ng xi mă ng Cát chiếm tới 60-85% tổng thể tích bê tơng cát.Lưa chọn thích hợp loại cát thành phần hạt ảnh hưởng lớn đến tính chất bê tơng cát như: tính cơng tác hỗn hợp bê tơng cát cường độ, tính chống thấm, độ bền giá thành bê tông cát đông cứng,bởi lựa chọn loại cát khâu quan trọng lựa chọn tối ưu hỗn hợp bê tơng cát Có hai cách để xác định thành phần cát: dùng đường cong cấp phối lí tưởng dùng giá trị độ đặc hỗn hộp cốt liệu theo lý thuyết thực nghiệm Cát gồm cát bồi,cát mỏ cát từ công trường nghiền từ đá khối hay đá mịn có đường kính d/D phù hợp tcvn hay quốc tế.Khơng đòi hỏi yêu cầu cấp phối để chế tạo bê tông cát.Yêu cầu độ Trong thực tế, thận trọng dùng cát sạch, giống cát chế tạo bê tơng truyền thống Tóm lại: Cát sử dụng cho bê tơng cát có giới hạn rộng tận dụng loại cát hạt mịn số vùng, mà chưa dùng cho bê tông xi măng thông thường Vùng đồng sơng cửu long vùng có nhiều cát có mơ đun độ mịn