Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô-tô
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI *** LÊ VĂN BÁCH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT BIỂN BÌNH THUẬN VÀ VŨNG TÀU LÀM BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô-TÔ CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ Mà SỐ: 2 - 15 - 08 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HO À CHÍ MIN H - 2006 Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đường bộ, Khoa Công Trình, Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội. Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN TUẤN HIỆP, Đại học Giao Thông Vận Tải. TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG, Phân viện KHCN GTVT. Phản biện 1: GS.TS. Đỗ Bá Chương , Tr−êng §¹i häc XD. Phản biện 2: GS.TS. Nguyễn Xu©n Đào, Héi CÇu ®−êng VN. Phản biện 3: TS. Do·n Minh T©m, ViƯn KHCN GTVT. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước. Họp tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội. Vào hồi 8 giờ 00, ngày 20 tháng 9 năm 2006. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia, thư viện Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, thư viện Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Cơ sở II TP. Hồ Chí Minh. CÔNG TRÌNH CÔNG BO Á CỦA TÁC GIẢ 1. Trần Tuấn Hiệp, Võ Xuân Lý, Lê Văn Bách (2000), Nghiên cứu sử dụng vật liệu đòa phương vùng đồng bằng Nam Bộ làm bê tông xi măng, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ. 2. Lê Văn Bách (2001), Nghiên cứu sử dụng cát đỏ bờ biển Bình Thuận làm bê tông xi măng móng mặt đường ô tô, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường. 3. Trần Tuấn Hiệp, Võ Xuân Lý, Lê Văn Bách (2002), Nghiên cứu sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô và công trình phòng hộ ben biển vùng đồng bằng Nam Bộ, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số tháng 6/2002. 4. Lê Văn Bách (2005), Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông xi măng dùng cát biển Vũng Tàu có sử dụng các chất phụ gia, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường. 5. Lê Văn Bách (2005), Bước đầu nghiên cứu sử dụng cát biển Nam Bộ làm bê tông xi măng, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 11 tháng 6/2005. 6. Lê Văn Bách (2005), Một số biện pháp cải thiện các đặc tính kỹ thuật của bê tông xi măng dùng cát biển Nam Bộ, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 12 tháng 11/2005. 7. Lê Văn Bách (2005), Cấu trúc của bê tông xi măng dùng cát biển Nam Bộ, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 12 tháng 11/2005. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Ở nước ta, trước kia cũng như hiện nay phần lớn chỉ dùng cát vàng (là cát hạt trung hoặc hạt lớn) để chế tạo bê tông xi măng, nhưng nguồn cát vàng chỉ có ở một số nơi trên các sông suối, nên vấn đề khai thác và vận chuyển cát vàng từ những nơi đó đến chân công trình là rất khó khăn và tốn kém. Trong khi đó, cát mòn sông, biển lại có hầu hết ở các nơi, trữ lượng vô tận nên việc nghiên cứu sử dụng cát mòn thay cát vàng để chế tạo bê tông xi măng có ý nghóa rất lớn trong vấn đề giảm giá thành xây dựng, đảm bảo tốc độ thi công, giảm khó khăn trong khâu khai thác và vận chuyển đối với các miền vùng sâu, vùng xa; không làm cạn kiệt tài nguyên môi trường. 2. Mục đích nghiên cứu Trong quá trình phát triển cơ sở hạ tầng giao thông vận tải Việt Nam, việc phát triển hệ thống đường sá vùng đồng bằng Nam bộ và Nam Trung bộ đã và đang đặt ra những yêu cầu cấp thiết do đặc thù đòa lý khu vực rất khan hiếm các vật liệu đạt yêu cầu quy chuẩn về xây dựng đường ô tô như cát, đá, sỏi, Thực tế xây dựng đường cho thấy rằng ở các vùng trũng, chòu ảnh hưởng nhiều của nước ngập thì dùng bê tông xi măng để xây dựng móng mặt đường là một giải pháp kỹ thuật có hiệu quả. Mục đích nghiên cứu của đề tài là làm sao có thể sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô để hạ giá thành xây dựng của công trình. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của luận án là nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận, sự ứng dụng loại cát này để chế tạo bê tông xi măng không cốt thép dùng trong xây dựng đường ô tô. - Luận án cũng chỉ hạn chế nghiên cứu sử dụng cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận để chế tạo bê tông xi măng không có cốt thép dùng trong đường ô tô (chủ yếu dùng làm lớp móng của mặt đường), vì việc han gỉ và ăn mòn cốt thép trong bê tông sử dụng cát biển là không thể tránh khỏi. Trong đó: R ku – Cường độ chòu kéo khi uốn của bê tông xi măng, kG/cm 2 ; R n – Cường độ kháng nén của bê tông xi măng, kG/cm 2 ; 2.6 Một số kết luận về các chỉ tiêu khai thác của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu: mô đun đàn hồi khi nén tónh của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu đạt được từ 90,3 – 93,7% so với bê tông xi măng dùng cát thông thường, độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 12-13%, độ không xuyên nước của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 10,7-11,2%. 2.7 Về mặt hiệu quả kinh tế, bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu rẻ hơn bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường là 19.330đ/m 3 . Kiến nghò Có thể sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô, làm giảm giá thành xây dựng một cách đáng kể, tận dụng được nguồn vật liệu xây dựng vô tận ở đòa phương, làm phong phú thêm các loại vật liệu xây dựng hiện nay. Hợp lý nhất là có thể dùng cát mòn biển Nam Bộ để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng lớp móng mặt đường cấp cao và lớp mặt của mặt đường ô tô cấp thấp, mặt đường của đường nông thôn cho tỉnh Bình Thuận và tỉnh Bà Ròa Vũng Tàu. Dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài Trong thời gian tới, cần tiếp tục nghiên cứu một số các chỉ tiêu có liên qua tới thiết kế mặt đường bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu như: - Đánh giá mức độ giảm cường độ theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng xe chạy (tải trọng trùng phục) cũng như ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ. - Đánh giá mức độ giản nở và co ngót của bê tông xi măng dùng cát biển khi nhiệt độ thay đổi. - Hiện tượng từ biến trong bê tông xi măng dùng cát biển. - 24 - - 1 - 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: thông qua việc thu thập tài liệu, số liệu từ các kết quả của các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, tiến hành tổng hợp, phân tích tài liệu, đề xuất các giải pháp sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô. - Nghiên cứu lý thuyết nhằm có một cái nhìn tổng quan về sự thành tạo và biến đổi của vật liệu cát mòn biển để chế tạo bê tông xi măng trên thế giới và trong khu vực. - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác đònh tính chất vật liệu của hỗn hợp bê tông, tính chất bê tông xi măng, trong khi thực nghiệm có dùng phương pháp đối chứng để so sánh một số chỉ tiêu của bê tông xi măng dùng cát mòn biển và bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường. 5. Ý nghóa khoa học của luận án Ý nghóa khoa học của luận án là nghiên cứu cơ sở lý luận và tính hiệu quả để sử dụng vật liệu đòa phương, góp phần làm đa dạng và phong phú các loại vật liệu dùng để chế tạo bê tông xi măng không cốt thép dùng trong xây dựng dân dụng và cầu đường. 6. Ý nghóa thực tiễn của luận án Ý nghóa thực tiễn của luận án là kết quả nghiên cứu đáp ứng yêu cầu cấp bách của xã hội hiện đang cần nhiều vật liệu xây dựng, đặc biệt là vùng đồng bằng Nam bộ nơi khan hiếm vật liệu xây dựng. Kết quả của luận án có thể ứng dụng ngay để hạ giá thành xây lắp của công trình một cách đáng kể và mang lại hiệu quả kinh tế cao. 7. Những đóng góp mới của luận án Trong khuôn khổ luận án này chỉ đặt vấn đề nghiên cứu một số nội dung chủ yếu mà theo tổng kết trên thế giới cũng như trong nước chưa có tác giả nào đặt vấn đề, hoặc nghiên cứu chưa sâu, đó là: - Nghiên cứu sử dụng vật liệu cát mòn ở bờ biển Bình Thuận và Vũng Tàu để chế tạo bê tông xi măng trong phòng thí nghiệm. - Giải thích cơ chế hình thành cường độ của bê tông xi măng cát biển về vật lý, hóa học, thành phần khoáng. - Nghiên cứu và phân tích cấu trúc của bê tông xi măng dùng cát biển và đối chứng với bê tông xi dùng cát vàng thông thường. KE Á T LUẬN VÀ KIE Á N NGHỊ Kết luận 1. Về cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu: 1.1 Mô đun độ lớn của cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận (gần bằng 1) là khá nhỏ so với cát vàng (2,514). 1.2 Vì cát biển được lấy ở các cồn cát cách xa bờ và do mưa lâu ngày rửa sạch nên hàm lượng muối trong cát biển là khá nhỏ (khoảng 0,01%). 2. Về bê tông xi măng dùng cát biển: 2.1 Nếu dùng cát biển khai thác tự nhiên có hàm lượng muối NaCl khoảng 0.01% tại các cồn cát ở Bình Thuận và Vũng Tàu để làm bê tông xi măng thì cường độ kháng nén và cường độ chòu kéo khi uốn của nó đạt được từ 90 – 92% so với bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường. 2.2 Khi tăng khoảng 8 - 10% xi măng cho bê tông dùng cát Bình Thuận và Vũng Tàu thì cường độ kháng nén của bê tông này sẽ tương đương với cường độ kháng nén của bê tông dùng cát vàng thông thường. Tuy nhiên, giá thành sau cùng của bê tông xi măng cát biển vẫn rẻ hơn bê tông xi măng cát vàng là 19.330đ/m 3 . 2.3 Khi dùng xi măng bền sunfat để chế tạo bê tông xi măng cát biển sẽ cải thiện được cường độ sau cùng của bê tông (tăng lên từ 0.6 - 2.3%) nhưng không làm cho giá thành của bê tông tăng lên. 2.4 Có thể dùng phụ gia Platimen 96 cho bê tông để cải thiện một số tính chất của bê tông dùng cát biển như giảm nước và kéo dài thời gian ninh kết cho bê tông, tăng được cường độ sau cùng của bê tông lên từ 5,2 – 6,4% khi giữ nguyên lượng xi măng. Về mặt kinh tế, bê tông xi măng dùng cát biển có phụ gia Platimen 96 sẽ rẻ hơn bê tông xi măng cát vàng thông thường khoảng 14.160đ/m 3 (cường đô sau cùng là như nhau). 2.5 Với bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu, ta có sự tương quan giữa cường độ kháng nén và cường độ chòu kéo khi uốn của bê tông xi măng như sau: R ku = (0.123 – 0.147)R n ; - 23 - - 2 - - Nghiên cứu các giải pháp nhằm khắc phục các ảnh hưởng xấu của cát biển và biện pháp nâng cao cường độ của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu như sử dụng các chất phụ gia cho bê tông. - Nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ sản xuất và sử dụng vật liệu cát mòn ở bờ biển Nam Bộ để chế tạo bê tông xi măng và công nghệ xây dựng mặt đường bê tông xi măng sử dụng cát biển. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ MỘT SỐ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA CÁT BIỂN BÌNH THUẬN VÀ VŨNG TÀU 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng cốt liệu khai thác ở biển để chế tạo bê tông trên thế giới Năm 1949, tại hội nghò quốc tế ở Lisbon, nhà khoa học Pháp A.M.Fernandes trong báo cáo chung có đề cập đến vấn đề sử dụng cát ở biển để chế tạo bê tông xi măng. Ở Mỹ năm 1956, hội quốc gia về cát đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế tạo bê tông. Ở Liên xô, năm 1965 F.M.Ivanov và V.C.Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát ở biển Đen để chế tạo bê tông thủy công. Trên trang Web “The reasons why we have sea-sand houses” ngày 5/11/2003 cũng đã đề cập đến ảnh hưởng của muối trong cát biển khi xây dựng nhà. Khi dùng cát biển trộn với xi măng thay cho cát sông bình thường làm nhà ở thì lượng muối Clorua trong cát biển làm ảnh hưởng ít nhiều đến chất lượng của nhà ở, nhưng những ảnh hưởng này là không đáng kể. 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng trong xây dựng và nghiên cứu sử dụng cốt liệu khai thác ở biển để chế tạo bê tông ở việt nam 1.2.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nước Nhiều cơ quan, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về bê tông xi măng sử dụng cát biển, cát mòn và đã có kết quả nhất đònh như đề tài “Bê tông cát đen” của tác giả Hoàng Phủ Lan, đề tài “Vật liệu - 22 - - 3 - Tấm BTXM cát biển M.350, h=24cm Cát mòn biển gia cố 8% xi măng, h=15cm Đất nền bằng á sét đầm chặt k=0,98 Lớp cát trộn nhựa, h=2-3cm Hình 4.4 Kết cấu áo đường BTXM dùng cát biển làm lớp mặt Tấm BTXM cát biển M.250, h=24cm Nền cát mòn biển đầm chặt k=0,98 Lớp BTN, h=14cm Hình 4.5 Kết cấu áo đường BTXM dùng cát biển làm lớp móng 1. Công tác chuẩn bò thi công 2. Điều chỉnh và kiểm tra cấp phối bê tông 3. Yêu cầu đối với lớp móng 4. Công tác kiểm tra trắc đòa 5. Lắp đặt ván khuôn 6. Trộn và vận chuyển bê tông 7. Đổ và đầm bê tông 8. Thi công các khe nối 9. Bảo dưỡng bê tông xi măng 10. Xẻ khe và chèn khe 11. Tháo dỡ ván khuôn 12. Đề phòng các đường nứt sớm 13. Kiểm tra chất lượng công trình 4.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế Nếu tính cho 1 m 3 bê tông xi măng thì bê tông xi măng dùng cát biển rẻ hơn bê tông xi măng dùng cát vàng là 19.330đ. xây dựng bằng cát sông Hồng” của tác giả Vũ Linh, đề tài “Vấn đề sử dụng cát, đá biển và nước biển trong bê tông” của Võ Thới Trung,… Từ tháng 12 năm 1998 đến tháng 4 năm 1999, nhóm tác giả Trần Tuấn Hiệp, Lê Văn Bách, Võ Xuân Lý, Nguyễn Phước Minh, Đinh Trọng Nguyên Khôi của trường Đại học Giao thông Vận tải Cơ sở II cũng đã tiến hành thí nghiệm xác đònh một số chỉ tiêu về cường độ của bê tông xi măng có sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn vùng đồng bằng Nam bộ. Quá trình nghiên cứu được thực hiện thành hai giai đoạn: Giai đoạn 1: thí nghiệm đònh hướng. Giai đoạn 2: Từ các thí nghiệm lần thứ nhất có tính đònh hướng và cho kết quả khả quan, tập thể nghiên cứu đã tiếp tục triển khai thí nghiệm lần thứ hai vào năm 1999. Thí nghiệm với các mẫu bê tông xi măng chế tạo từ cát vàng và cát biển Vũng Tàu, đá Hóa An, nước sạch. Kết quả thí nghiệm được thống kê theo bảng (1.1). Bảng 1.1 Cường độ kháng nén, Kg/cm 2 Mác 100 Mác 150 Mác 200 Ngày tuổi, ngày Cát biển Cát vàng Cát biển Cát vàng Cát biển Cát vàng 5 72.25 72.46 106.17 148.85 129.64 189.15 7 81.74 76.21 112.36 159.07 136.09 194.68 10 86.84 83.37 116.58 169.00 152.86 204.72 14 93.52 85.88 126.99 175.00 162.50 209.00 18 100.28 90.64 136.50 177.00 176.22 222.00 22 104.68 92.87 139.63 178.00 178.06 229.00 28 106.37 103.65 146.16 180.00 182.74 230.00 36 109.92 111.28 154.87 183.00 192.33 235.00 48 110.55 115.13 167.10 191.00 198.77 244.00 Thực nghiệm cho thấy cường độ bê tông xi măng dùng cát biển không thua kém bê tông xi măng dùng cát vàng nhiều. - 21 4 - (a) (b) Hình 3.27 Các vết nứt vi mô của vữa xi măng trong cấu trúc bê tông a) BTXM cát vàng thông thường; b) BTXM cát mòn biển (a) (b) Hình 3.28 Các vết nứt vi mô trong cấu trúc của bê tông trên ranh giới của vữa xi măng và cốt liệu a) BTXM cát vàng thông thường; b) BTXM cát mòn biển CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG Việc chế tạo bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu về cơ bản vẫn giống với quy trình công nghệ sản xuất bê tông xi măng thông thường. Tuy nhiên cần chú ý đến một số đặc điểm khi khai thác cát biển. 4.1 Đề xuất một vài kết cấu mặt đường bê tông xi măng điển hình khi dùng cát biển Sau đây xin được đề xuất thiết kế một số ke á t cấu áo đường cứng điển hình (mặt đường bê tông xi măng) theo “Quy trình thiết ke á áo đường cứng 22TCN223 – 95” khi dùng cát mòn biển(H.4.4 và 4.5): 4.2 Côn g n g hệ xâ y dựn g mặt đườn g bê tôn g xi măn g dùn g cát biển - 5 - - 20 - 1.3 Thí nghiệm xác đònh các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cát mòn bờ biển Vũng Tàu, Bình Thuận và cát vàng thông thường Quá trình thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Trường Đại Học GTVT Cơ Sở II và Trung tâm Dòch vụ phân tích thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ bản của cát vàng thông thường và cát biển được thống kê theo bảng 1.11. Bảng 1.11 TT Các chỉ tiêu Cát vàng ĐN Cát biển VT Cát biển BT 1 Mô đun độ lớn 2,514 0,945 1,131 2 Khối lượng riêng, g/cm 3 2,703 2,612 2,640 3 Độ ẩm, % 3,83 0,258 0,367 4 Hàm lượng sét, % 0,014 0,004 0,004 5 Hàm lượng mica, % 0,88 0,255 0,165 6 Hàm lượng bụi, bùn, sét, % 1,247 0,457 0,670 7 Khối lượng thể tích, g/cm 3 1,483 1,391 1,391 8 Độ xốp X 0 , % 45,1 46,7 47,3 9 Tổng lượng muối, % 0,00 0,057 0,063 Nhận xét: - Mô đun độ lớn của cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận (xấp xỉ bằng 1) là khá nhỏ so với cát vàng thông thường (2,514). - Vì cát biển lấy ở các cồn cát cách xa bờ và do mưa lâu ngày rửa sạch nên hàm lượng muối trong cát biển là khá nhỏ (khoảng 0,01%). CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT ĐÁNG CHÚ Ý CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG CÁT BIỂN 2.1 Bê tông xi măng làm đường ô tô 2.1.1 Đặc điểm và tính chất của bê tông xi măng làm đường Bê tông làm đường trực tiếp chòu tác dụng của tải trọng xe chạy, tác dụng của điều kiện khí hậu thời tiết, của điều kiện đòa hình Do đó, dẫn đến cường độ kháng nén của vữa xi măng dùng cát biển nhỏ hơn vữa xi măng dùng cát vàng thông thường. 3.4.2 Cấu trúc của bê tông xi măng qua kính hiển vi điện tử quét Cấu trúc của bê tông xi măng mác 300 ở 28 ngày tuổi dùng cát vàng thông thường và cát biển Vũng Tàu được thể hiện ở hình 3.26.a và 3.26.b. Trong cấu trúc của bê tông xi măng cát vàng đóng rắn đa số là các khoáng Ca(OH) 2 có dạng hình khối đặc chắc (hình 4.26.a), còn trong cấu trúc của bê tông xi măng cát biển Vũng Tàu đóng rắn đa số là các khoáng Ca(OH) 2 có dạng hình cầu với những hạt cát rất mòn cùng với các tinh thể của muối NaCl hiện diện trong nó (hình 3.26.b), từ đó làm giảm liên kết giữa vữa xi măng và các cốt liệu hạt trong bê tông. Điều này đã giải thích tại sao cường độ của bê tông xi măng dùng cát biển luôn nhỏ hơn cường độ của bê tông xi măng dùng cát vàng từ 10 – 15%. (a): BTXM cát vàng (b): BTXM cát biển Vũng Tàu Hình 3.26 Cấu trúc của bê tông xi măng mác 300 ở 28 ngày tuổi 3.5 Đặc trưng trạng thái của bê tông xi măng dưới tác dụng của tải trọng Phương pháp nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử quét đã cho thấy đối với bê tông dùng cát vàng thông thường hoặc cát mòn biển khi bò phá vỡ trong chúng hình thành các vết nứt vi mô đứt (Hình 3.27 và 3.28), xảy ra do không đồng đều cấu trúc của bê tông. Như vậy, qua phân tích nguyên nhân và cơ chế phá hoại của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường là các vết nứt vi mô, còn với cát mòn biển, có thể thấy chúng bò phá hoại theo các vết nứt vi mô của phần vữa. Điều này giải thích tại sao, cường độ của bê tông xi măng dùng cát mòn biển thấp hơn cường độ của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 8 – 15%. (a) (b) Hình 3.24 Hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu vữa cát trắng Vũng Tàu ở 28 ngày tuổi Trong cấu trúc mẫu vữa ca ù t đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu đa số là các khoáng Ca(OH) 2 đóng rắn có dạng hình khối 6 cạnh hoặc hình cầu. Các khoáng C – S – H kết tinh dạng hình que kim 0,5 – 2μm xung quanh khoáng Ca(OH) 2 kết lại thành mạng lưới tổ ong và cũng có các tinh thể hạt mòn của C – S – H với sự hiện diện của muối NaCl kết tinh lại thành các hạt mòn và tồn tại trong cấu trúc dưới dạng tinh thể (hình 3.23.b và 3.24.b). (a) (b) Hình 3.25 Hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu vữa cát vàng thông thường ở 28 ngày tuổi Còn với mẫu vữa cát vàng thông thường thì các khoáng Ca(OH) 2 đóng rắn có dạng hình khối. Các khoáng C – S – H cũng kết tinh dạng hình que kim 0,5 – 2μm xung quanh khoáng Ca(OH) 2 kết lại thành mạng lưới tổ ong và cũng có các tinh thể hạt mòn của C – S – H (hình 3.25.b). Ngoài ra, các lỗ rỗng chứa nước kiềm của xi măng poóclăng hydrat đường kính 5 – 10μm chứa các khoáng Ca(OH) 2 có khối 6 cạnh và các tinh thể hạt mòn, q ue kim của khoán g C – S – H . - 19 - - 6 - điạ chất và chế độ thủy nhiệt của khu vực xây dựng đường. Sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm của môi trường xung quanh sẽ làm xuất hiện biến dạng nhiệt, biến dạng co rút và ứng suất trong bê tông. 2.1.2 Yêu cầu đối với hỗn hợp bê tông làm đường Mặt đường bê tông xi măng sẽ đạt chất lượng cao nếu trong khi thi công hỗn hợp bê tông được đầm nén đến độ chặt lớn nhất. Muốn vậy, hỗn hợp bê tông lúc thi công mặt đường phải có độ dễ thi công (độ linh động) phù hợp với khả năng đầm chặt của thiết bò đầm nén được sử dụng. 2.1.3 Sử dụng xi măng bền sunfat trong BTXM dùng cát biển 2.1.3.1. Thí nghiệm xác đònh cường độ kháng nén của bê tông xi măng Các loại tuổi bê tông cần thí nghiệm: 3, 7, 14, 28, 45, 60, 90 và 180 ngày tuổi với mác 300. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở biểu đồ hình 2.8 và 2.9. Hình 2.8 Biểu đồ cường độ kháng nén của BTXM cát biển Bình Thuận khi dùng xi măng poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat Nhận xét: - Về mặt cường độ kháng nén thì bê tông xi măng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu dùng 2 loại xi măng Poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat đều ổn đònh sau 28 ngày tuổi. - Cường độ kháng nén của bê tông xi măng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu khi dùng xi măng xi măng bền sunfat ở các ngày 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 12345678 Ngày tuổi, ngày Cường độ kháng nén, kg/cm2 Dùng XM Poóclăng Dùng XM bền sunfat 3 7 14 28 45 60 90 180 Kết quả thí nghiệm độ không xuyên nước của bê tông xi măng dùng các loại cát khác nhau được thống kê theo bảng 3.9. Bảng 3.9 Chỉ tiêu BTXM cát vàng BTXM cát đỏ BTXM cát trắng Độ không xuyên nước, kg/cm 2 10 10,7 11,2 Nhận xét: như vậy, với thành phần hạt nhỏ chiếm đa số trong thành phần của bê tông nên độ không xuyên nước của bê tông xi măng dùng cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 10,7- 11,2%. 3.4 Nghiên cứu về cấu trúc của vữa xi măng và bê tông xi măng bằng kính hiển vi điện tử quét 3.4.1 Cấu trúc của vữa xi măng Để có thể nghiên cứu rõ hơn sự hình thành cường độ cũng như những ảnh hưởng bên trong của vữa xi măng và so sánh đối chứng giữa mẫu vữa dùng cát vàng thông thường và mẫu vữa dùng cát biển, tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp phi tiêu chuẩn là dùng kính hiển vi điện tử quét. Các phân tích này được tiến hành trong phòng thí nghiệm của trường Đại học Cần Thơ. Các hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu vữa xi măng cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu cũng như cát vàng thông thường ở 28 ngày tuổi được trình bày ở hình 3.23.a, 3.23.b, 3.24.a, 3.24.b và 3.25.a, 3.25.b. (a) (b) Hình 3.23 Hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu vữa cát đỏ Bình Thuận ở 28 ngày tuổi - 18 - - 7 - tuổi đều cao hơn so với dùng xi măng Poóclăng PC30 từ 0,6 – 2,3%. Nhưng giá thành của hai loại xi măng này trên thò trường là xấp xỉ nhau, do đó khi dùng cát biển làm bê tông xi măng nên dùng xi măng bền sunfat sẽ hiệu quả hơn. Hình 2.9 Biểu đồ cường độ kháng nén của BTXM cát biển Vũng Tàu khi dùng xi măng poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat - Phân tích về mặt cấu trúc: cấu trúc của bê tông xi măng cát biển dùng xi măng Poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat mác 300 ở 28 ngày tuổi được thể hiện ở hình 2.10.a và 2.10.b. a) (b) Hình 2.10 Cấu trúc của bê tông xi măng mác 300 ở 28 ngày tuổi a) BTXM cát biển dùng XM Poóclăng; b) BTXM cát biển dùng XM bền sunfat 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 12345678 Ngày tuổi, ngày Cường độ, kG/cm2 Dùng XM Poóclăng Dùng XM bền sunfat 3 7 14 28 45 60 90 180 Một cách gần đúng, ta rút ra quan hệ giữa cường độ kháng nén R n và cường độ chòu kéo khi uốn R ku tương ứng với 3 loại mác: 250, 300 và 350; 3 loại cát: Cát vàng Đồng Nai, cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu như sau: R ku = (0.106 – 0.110)R n , kG/cm 2 (3.19) 3.3.3 Xác đònh mô đun đàn hồi khi nén tónh của bê tông xi măng Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của bê tông xi măng dùng các loại cát khác nhau được thống kê theo bảng 3.7. Nhận xét: mô đun đàn hồi của bê tông ximăng dùng cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu vẫn thấp hơn bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 7,3 – 9,7%. Bảng 3.7 Chỉ tiêu BTXM cát vàng BTXM cát đỏ BTXM cát trắng Mô đun đàn hồi, kG/cm 2 330.000 306.000 298.000 3.3.4 Xác đònh độ mài mòn của bê tông xi măng Khi dùng bê tông xi măng làm lớp mặt đường thì độ mài mòn là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong khai thác của bê tông xi măng. Kết quả thí nghiệm xác đònh độ mài mòn của bê tông xi măng dùng các loại cát khác nhau được thống kê theo bảng 3.8. Bảng 3.8 Chỉ tiêu BTXM cát vàng BTXM cát đỏ BTXM cát trắng Độ mài mòn 0,29 0,35 0,38 Nhận xét: như vậy, độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 12-13%. Vì trong cấu trúc của bê tông xi măng dùng cát biển được cấu tạo bởi hồ xi măng là cát hạt mòn, sự liên kết giữa cốt liệu và vữa xi măng trên diện tích bề mặt nhỏ, dẫn đến độ chống mài mòn thấp. 3.3.5 Xác đònh độ không xuyên nước của bê tông xi măng - 8 - - 17 - Trong cấu trúc của bê tông xi măng dùng xi măng Poóclăng PC30 đóng rắn đa số là các khoáng Ca(OH) 2 có dạng hình khối. Ở các lỗ rỗng, các khoáng C – S – H kết tinh dạng hình que kim 1 – 2μm kết lại thành mạng lưới tổ ong xung quanh khoáng Ca(OH) 2 (hình 2.10.a). Còn trong cấu tru ù c của bê tông xi măng cát biển dùng xi măng bền sunfat đóng rắn đa số là các khoáng Ca(OH) 2 có dạng hình cầu. Ở các lỗ rỗng, các khoáng C – S – H kết tinh dạng hình que kim 1 – 4μm dày đặc hơn, kết lại thành mạng lưới tổ ong xung quanh khoáng Ca(OH) 2 và các tinh thể của muối NaCl đã bò chuyển hóa (hình 2.10.b). Các lỗ rỗng chứa nước kiềm của xi măng bền sunfa t hydrat đường kính 5 – 10μm chứa các khoáng Ca(OH) 2 có khối 6 cạnh và các tinh thể hạt mòn, que kim của khoáng C – S – H. Chính vì thế nên cường độ của bê tông xi măng cát biển dùng xi măng bền sunfat sẽ cao hơn bê tông xi măng cát biển dùng xi măng poólăng PC30 từ 0,6 – 2,3%. 2.1.3.2. Thí nghiệm xác đònh cường độ kéo uốn của bê tông xi măng Thí nghiệm cho 2 loại cát (cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu), cho 2 loại bê tông dùng 2 loại xi măng khác nhau là xi măng Poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat. Kết quả được trình bày ở biểu đồ hình 2.11. 34.50 35.00 35.50 Cường độ, kG/cm2 Cát trắng VT 34.83 34.90 Cát đỏ BT 35.15 35.28 12 Hình 2.11 Biểu đồ cường độ kéo uốn của BTXM sau 28 ngày tuổi Ghi chú: 1, 2 lần lượt là BTXM dùng XM Poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat. VT – Vũng Tàu, BT – Bình Thuận. Nhận xét: sau 28 ngày tuổi thì cũng giống như cường độ kháng nén, cường độ chòu kéo uốn của bê tông xi măng cát trắng [...]... với bê tông xi măng dùng cát vàng Nhận xét: Ở 28 ngày tuổi, khi tăng 5% xi măng cho bê tông dùng cát đỏ và cát trắng (giữ nguyên thành phần bê tông của cát vàng) thì cường độ kháng nén của bê tông dùng cát vàng lớn hơn của bê tông dùng cát đỏ và cát trắng là 3.99% và 3.4% Còn khi tăng 10% xi măng cho bê tông dùng cát đỏ và cát trắng (giữ nguyên thành phần bê tông của cát vàng) thì cường độ Vũng Tàu, ... và cát trắng thì cường độ kháng nén của bê tông dùng cát đỏ và cát trắng sẽ tương đương với cường độ kháng nén của bê tông dùng cát vàng (giữ nguyên thành phần bê tông của cát vàng) 3.2.3 Nghiên cứu sự thay đổi cường độ kháng nén của bê tông xi măng khi thay đổi hàm lượng của cát biển và cát vàng trong thành phần của bê tông xi măng Nhận xét: - Nếu lấy tỷ lệ cát trong thành phần bê tông là 25% cát vàng... của bê tông làm bằng cát đỏ và cát trắng đạt được từ 92 - 94% so với bê tông cát vàng Còn cường độ của bê tông dùng cát đỏ và cát trắng không sai khác nhau nhiều (1.5%) Kết kuận: Sau thời gian 28 ngày và những ngày tiếp theo thì cường độ của bê tông làm bằng cát vàng sẽ cao hơn cường độ của bê tông làm bằng cát biển khoảng từ 8 –10% 3.2.2 Thay đổi hàm lượng xi măng trong bê tông xi măng dùng cát biển. .. của bê tông xi măng dùng cát trắng Vũng Tàu, cát đỏ Bình Thuận có sử dụng chất phụ gia cũng xấp xỉ bằng cường độ chòu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát vàng Đồng Nai không dùng phụ gia 2.1.4.2 Cường độ chòu kéo khi uốn kháng nén của bê tông dùng cát đỏ và cát trắng sẽ lớn hơn của bê tông dùng cát vàng là 2.07% và 1.34% Kết luận: Như vậy khi tăng khoảng 8 - 10% xi măng cho bê tông dùng cát đỏ và. .. cát đỏ hoặc 25% cát vàng – 75% cát trắng thì cường độ kháng nén của bê tông này sẽ nhỏ hơn bê tông dùng 100% cát vàng lần lượt là 7.99% và 8.51% (xét bê tông ở 90 ngày tuổi và M.250) - Nếu lấy tỷ lệ cát trong thành phần bê tông là 50% cát vàng – 50% cát đỏ hoặc 50% cát vàng – 50% cát trắng thì cường độ kháng nén của bê tông này sẽ nhỏ hơn bê tông dùng 100% cát vàng lần lượt là 6.15% và 7.46% (xét bê. .. hơn bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường Điều này nói lên được những hạn chế của bê tông xi măng dùng cát hạt nhỏ 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng xác đònh các đặc tính kỹ thuật của bê tông xi măng 3.2.1 Thí nghiệm xác đònh cường độ kháng nén của bê tông xi măng Từ kết quả nén mẫu trong phòng thí nghiệm, tiến hành xử lý số liệu và tính toán cường độ của bê- tông xi- măng dùng các loại cát và. .. BT – Bình Thuận, ĐN – Đồng Nai 2.1.5 Kết luận - Nếu dùng chất phụ gia cho bê tông xi măng dùng cát mòn biển Bình Thuận và Vũng Tàu thì sau 28 ngày tuổi cường độ của nó sẽ tăng lên so với khi không dùng phụ gia từ 5.2 – 6.4% - Với cát mòn biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông có chất phụ gia Platiment 96 thì cường độ kháng nén đạt được xấp xỉ bằng bê tông dùng cát vàng thông thường không sử dụng phụ... khi uốn của bê tông mác 250 khi dùng cát trắng Vũng Tàu, cát đỏ Bình Thuận sẽ đạt được 88,9% và 92,9% so với cát vàng Đồng Nai; còn với mác 300 và 350 lần lượt là 93,4%, 93,8% và 90,0%, 91,7% Như vậy, cũng giống như cường độ kháng nén, cường độ chòu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát trắng Vũng Tàu, cát đỏ Bình Thuận sẽ thấp hơn cường độ chòu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát vàng Đồng Nai... của BTXM cát vàng Đồng Nai 20.00 Cát trắng Vũng Tàu 350.00 300.00 250.00 200.00 M.350 40.00 0.00 Vũng Tàu và cát đỏ Bình Thuận khi sử dụng xi măng bền sunfat có cao hơn khi dùng xi măng Poóclăng PC30 nhưng không nhiều (khoảng 1%) 2.1.4 Bê tông xi măng cát biển có sử dụng chất phụ gia 2.1.4.1 Cường độ kháng nén Qua kết quả tính toán sau thí nghiệm ta thấy: 1 2 3 32.79 37.68 41.56 Cát đỏ Bình Thuận 34.26... 6.15% và 7.46% (xét bê tông ở 90 ngày tuổi và M.250) - Nếu lấy tỷ lệ cát trong thành phần bê tông là 75% cát vàng – 25% cát đỏ hoặc 75% cát vàng – 25% cát trắng thì cường độ kháng nén của bê tông này sẽ nhỏ hơn bê tông dùng 100% cát vàng lần lượt là 3.60% và 2.87% (xét bê tông ở 90 ngày tuổi và M.250) Kết luận: Như vậy kích thước và hàm lượng của cát loại cát khác nhau trong bê tông sẽ ảnh hưởng đến . bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 12-13%, độ không xuyên nước của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng. tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu: mô đun đàn hồi khi nén tónh của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu đạt được từ 90,3 – 93,7% so với bê tông xi măng dùng cát. và sử dụng vật liệu cát mòn ở bờ biển Nam Bộ để chế tạo bê tông xi măng và công nghệ xây dựng mặt đường bê tông xi măng sử dụng cát biển. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ