Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô
-1- B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO T ẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI ** NGUYỄN ĐỨC TRỌNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HP CÁT XAY– CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 -2- B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO T ẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI ** NGUYỄN ĐỨC TRỌNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HP CÁT XAY– CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chun ngành : Xây dựng đường ơtơ và đường thành phố Mã số : 62.58.30.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TRẦN TUẤN HIỆP PGS.TS LÃ VĂN CHĂM HÀ NỘI - 2013 -3- LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải; Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải- Cơ Sở II; Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM; Trường Đại Học Quốc Gia TP.HCM; Liên Hiệp Khoa Học Địa Chất Nền Móng Vật Liệu Xây Dựng; Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học; Khoa công trình; Bộ môn Đường bộ; Bộ môn Vật liệu xây dựng. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến các thầy hướng dẫn là PGS.TS Trần Tuấn Hiệp và PGS.TS Lã Văn Chăm đã hết sức tận tình góp ý và định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu của luận án. Xin cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Công trình, Bộ môn Đường Bộ, Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng và Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Giao thông - Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã động viên, nhiệt tình giúp đỡ và cung cấp các tài liệu quý báu để tác giả hoàn thành luận án này. -4- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Hà Nội, ngày …… tháng … năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Đức Trọng -I- MỤC LỤC Danh mục hình ảnh, biểu đồ Danh mục các bảng Danh mục các chữ viết tắt Trang Mở đầu: 01 Lý do lựa chọn đề tài 05 Mục đích nghiên cứu 05 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 06 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 06 Cấu trúc của đề tài 06 Những đóng góp của đề tài trong lĩnh vực chuyên ngành 07 Chương 1: Tổng quan về bê tông xi măng và sử dụng cát xay– cát tự nhiên sản xuất bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô 09 1.1 Giới thiệu chung 09 1.2 Tổng quan các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên và cát xay để sản xuất bê tông xi măng 12 1.2.1 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng ở trên thế giới và tại Việt Nam 13 1.2.2 Các nghiên cứu và các công trình ứng dụng bê tông xi măng dùng cát xay ở trên thế giới và tại Việt Nam 16 1.2.3 Hướng sử dụng hợp lý cát địa phương để sản xuất bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ 21 1.2.4 Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của đề tài 23 1.3 Các yêu cầu của bê tông xi măng làm đường ô tô 23 1.4 Một số lý thuyết thành phần hạt của cốt liệu trong bê tông 25 -II- 1.5 Nguyên lý hình thành cường độ và các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ của bê tông xi măng 26 1.5.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông xi măng 27 1.5.2 Cấu trúc của bê tông xi măng 28 1.5.3 Các giai đoạn hình thành cấu trúc vi mô của hỗn hợp BTXM 34 1.5.4 Các hướng kỹ thuật làm tăng cường độ dính và cường độ vữa XM .35 1.6 Các phương pháp thiết kế thành phần BTXM sử dụng cát xay 35 1.6.1 Thiết kế thành phần BT theo phương pháp Bolomey-Skramtaev 35 1.6.2 Thiết kế thành phần bê tông theo TCXDVN 322:2004 36 1.6.3 Thiết kế thành phần bê tông theo quy hoạch thực nghiệm 36 1.7 Mục tiêu của đề tài 37 1.8 Nội dung nghiên cứu 37 1.9 Phương pháp nghiên cứu 38 Chương 2 : Thuộc tính của vật liệu dùng chế tạo bê tông xi măng và cát xay khu vực Đông Nam Bộ 39 2.1 Đặt vấn đề 39 2.2 Thực trạng của nguồn cung ứng vật liệu chế tạo bê tông xi măng khu vực Đông Nam Bộ 40 2.2.1 Thực trạng nguồn cung cấp xi măng 40 2.2.2 Thực trạng nguồn cung cấp đá dăm 43 2.2.3 Các nguồn vật liệu cát tự nhiên vùng Đông Nam Bộ 51 2.2.4 Nước 60 2.2.5 Phụ gia bê tông 61 2.3 Cát xay khu vực Đông Nam Bộ 62 2.3.1 Đặt vấn đề 62 2.3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của cát xay tại các mỏ đặc trưng khu vực Đông Nam Bộ 64 2.3.3 Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ khi phối trộn cát xay và cát tự nhiên với các tỷ lệ khác nhau 69 -III- Kết luận chương 2 72 Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm về bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 73 3.1 Đặt vấn đề 73 3.2 Cơ sở lý thuyết và tính toán thành phần chế tạo bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 74 3.2.1 Cơ sở lý thuyết 74 3.2.2 Tính toán thành phần chế tạo bê tông xi măng sử dụng cát xay và cát tự nhiên 78 3.2.3 Thiết kế thành phần của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 84 3.3 Thực nghiệm xác định một số tính chất của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 90 3.3.1 Thành phần BTXM sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 90 3.3.2 Công tác chuẩn bị và lập kế hoạch, triển khai thí nghiệm 90 3.3.3 Kết quả thí nghiệm xác định tính chất của bê tông tươi và sự phát triển cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi của bê tông xi măng 93 3.3.4 Xác định độ lệch chuẩn và hệ số phân tán của kết quả thí nghiệm về cường độ của bê tông xi măng 97 3.3.5 Khả năng chống mài mòn cuả bê tông xi măng 98 3.3.6 Cấu trúc của bê tông xi măng 100 3.3.7 Thiết lập các mối quan hệ từ các tính chất cơ học cuả BTXM 101 Kết luận chương 3 103 Chương 4: Nghiên cứu sử dụng cát xay, hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên và phụ gia trong xây dựng mặt đường bê tông xi măng 105 4.1 Mở đầu 105 4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn trong cát xay đến tính chất của bê tông xi măng 105 4.2.1 Đặt vấn đề 105 -IV- 4.2.2 Các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn trong cát xay đến các tính chất của bê tông xi măng 106 4.2.3 Kết quả thí nghiệm và phân tích 107 4.2.4 Tìm tỷ lệ hạt mịn tối ưu trong cát xay để sản xuất BTXM 112 4.3 Nghiên cứu sử dụng phụ gia sản xuất BTXM dùng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên trong xây dựng đường ô tô 114 4.3.1 Sự cần thiết sử dụng phụ gia sản xuất bê tông dùng hỗn hợp cát trong xây dựng đường ô tô 114 4.3.2 Công tác chuẩn bị, lập kế hoạch và triển khai thí nghiệm 116 4.3.3 Kết quả thí nghiệm và đánh giá 118 4.4 Nghiên ứng dụng bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên trong xây dựng kết cấu áo đường ô tô 122 4.4.1 Mở đầu 122 4.4.2 Mặt đường cứng và các tính năng cơ học của vật liệu xây dựng mặt đường cứng 123 4.4.3 Đề xuất các kết cấu áo đường bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 130 4.5 Phân tích hiệu quả kinh tế 132 Kết luận chương 4 135 Kết luận, kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo 137 A. Kết luận 137 B. Kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo 140 Các công trình đã công bố của tác giả Tài liệu tham khảo Phần phụ lục -V- DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Cát xay (cát nhân tạo) và cát tự nhiên 16 Hình 1.2: Máy nghiền cát từ đá nội địa đang vận hành tại Công ty Cổ phần Đá Phước Hòa, Bà Rịa – Vũng Tàu 17 Hình 1.3: Đập thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc) lớn nhất thế giới 18 Hình 1.4: Thủy điện Sơn La 18 Hình 1.5: Hầm Thủ Thiêm (TP.HCM) 18 Hình 2.1: Biểu đồ nhiễu xạ Rơn ghen của các mẫu đá nghiên cứu 46 Hình 2.2: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát Tân Uyên, mặt cắt MC.03 57 Hình 2.3: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát cù lao Bình Chánh, mặt cắt MC.45 57 Hình 2.4: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát cù lao Rùa, mặt cắt MC.93 58 Hình 2.5: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát Hóa An, mặt cắt MC.127 58 Hình 2.6: Bề mặt của cát xay Hóa An với độ phóng đại 500 lần 63 Hình 2.7: Bề mặt của cát tự nhiên Đồng Nai với độ phóng đại 500 lần 63 Hình 2.8: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Hóa An 65 Hình 2.9: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Tân Thành 66 Hình 2.10: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Châu Pha 67 Hình 2.11: Biểu đồ nhiễu xạ Rơn ghen của mẫu cát xay Phước Tân 67 Hình 2.12: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Phước Tân 68 Hình 2.13: Biểu đồ phân tích thành phần hạt hỗn hợp khi phối trộn cát xay và cát mịn tự nhiên theo các tỷ lệ khác nhau 70 -VI- Hình 3.1: Biểu đồ biểu diễn thành phần hạt cốt liệu của các cấp phối bê tông xi măng 83 Hình 3.2: Chế tạo và bảo dưỡng mẫu bê tông xi măng 86 Hình 3.3 : Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn của bê tông 91 Hình 3.4: Thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông 91 Hình 3.5: Thí nghiệm mô đun đàn hồi khi nén tĩnh 92 Hình 3.6 : Thí nghiệm độ co mềm - co ngót của bê tông 92 Hình 3.7: Thí nghiệm độ mài mòn của bê tông 92 Hình 3.8: Biểu đồ biểu diễn sự phát triển Rn của BTXM theo thời gian 95 Hình 3.9: Biểu đồ biểu diễn sự phát triển Ru của BTXM theo thời gian 95 Hình 3.10: Biểu đồ biểu diễn mô đun đàn hồi của BTXM ở tuổi 28 và 56 ngày 96 Hình 3.11: Biểu đồ biểu diễn độ mài mòn của bê tông xi măng 99 Hình 3.12: Bề mặt của cát tự nhiên và cát xay trước khi chế tạo bê tông. 100 Hình 3.13: Cấu trúc của bê tông xi măng cường độ 36MPa sử dụng cát tự nhiên và hỗn hợp cát (x1300) tuổi 28 ngày 100 Hình 4.1 : Biểu đồ biểu diễn độ co mềm của BTXM 30MPa khi dùng cát xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau theo thời gian 110 Hình 4.2: Biểu đồ biểu diễn cường độ chịu nén của bê tông xi măng 30MPa khi dùng cát xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau ở tuổi 7 và 28 ngày 110 Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn cường độ chịu kéo uốn của BTXM 30MPa khi dùng CX với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau ở tuổi 7,28 ngày 111 Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông xi măng với các hàm lượng hạt mịn có trong cát xay 112 Hình 4.5: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa cường độ kéo uốn của bê tông xi măng với các hàm lượng hạt mịn có trong cát xay 112 [...]... xây dựng đường ô tô Đối tượng, phạm vi nghiên cứu : - Đối tượng nghiên cứu là bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên ở Đông Nam Bộ để thay thế cát tự nhiên hạt to chế tạo BTXM dùng làm mặt đường ô tô - Phạm vi nghiên cứu là đề xuất thành phần cấp phối cốt liệu bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn – cát mịn tự nhiên phổ biến trong khu vực Đông Nam. .. dùng chế tạo bê tông xi măng và cát xay khu vực Đông Nam Bộ +) Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm về bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên +) Chương 4: Nghiên cứu sử dụng cát xay, hỗn hợp cát xay - cát tự nhiên và phụ gia trong xây dựng mặt đường bê tông xi măng +) Phần kết luận, kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo +) Danh mục các công trình nghiên cứu đã công bố của tác... đã công bố tài liệu nghiên cứu dùng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi măng 1.2.1.2 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng dùng trong xây dựng ở Việt Nam Ở Việt Nam, việc ứng dụng bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô được bắt đầu từ thời Pháp thuộc (xây dựng mỏ than Đèo Nai) Từ những năm 1960-1961, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng được tiến hành với quy mô ngày... măng làm đường ô tô còn tồn tại những hạn chế nhất định Vì thế đề tài : Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay - cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô là hết sức cần thiết Nội dung chính đề cập trong luận án là sử dụng hiệu quả loại cát xay có thành phần hạt chưa hợp chuẩn chiếm khối lượng lớn ở khu vực Đông Nam Bộ bằng cách phối trộn với cát mịn tự nhiên. .. tỷ lệ hợp lý dùng làm cốt liệu nhỏ thay thế cát tự nhiên hạt to để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô Do tính ứng dụng rộng rãi của bê tông xi măng trong các lĩnh vực khác nhau cũng như trong xây dựng đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ Trong khi nguồn cát tự nhiên có chất lượng tốt để sản xuất bê tông xi măng ngày -5- càng khan hiếm và giá cả tăng cao là một câu hỏi lớn mà ngành công nghiệp... các tính chất cơ học tốt và thỏa mãn các yêu cầu của bê tông trong xây dựng đường tô -9- CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ SỬ DỤNG CÁT XAY – CÁT TỰ NHIÊN SẢN XUẤT TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 1.1 Giới thiệu chung Bê tông là loại vật liệu không thể thiếu trong xây dựng hiện đại, là một trong những loại vật liệu xây dựng được sử dụng với khối lượng lớn nhất và quyết định phần nào... đóng góp của đề tài trong lĩnh vực chuyên ngành : Các kết quả nghiên cứu về thành phần, tính chất của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn ở Đông Nam Bộ và cát mịn tự nhiên đã chứng minh tính khả thi của bê tông dùng loại vật liệu này trong xây dựng kết cấu mặt đường tô 1 Luận án đã tổng hợp, phân tích được các kết quả nghiên cứu, ứng dụng về bê tông xi măng sử dụng cát địa phương ở... phối trộn giữa cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên để có được loại vật liệu hợp chuẩn đáp ứng được yêu cầu của bê tông xi măng làm mặt đường ô tô là cần thiết Việc nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên để thay thế cát vàng dùng chế tạo bê tông xi măng hầu như chưa được nghiên cứu ở trong nước hoặc có nhưng còn sơ khai và chưa được ứng dụng vào thực... trong khu vực Đông Nam Bộ Nghiên cứu một số tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông xi măng, kiến nghị giải pháp sử dụng hiệu quả, đề xuất khả năng ứng dụng bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay - cát mịn tự nhiên trong xây dựng kết cấu mặt đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài : - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu cơ sở phối trộn giữa cát xay và cát tự nhiên hạt mịn sẵn có,... 1.64% Cường độ chịu nén bê tông xi măng dùng cát biển thấp hơn bê tông xi măng dùng cát tự nhiên từ 5 10% Sau 28 ngày tuổi bê tông xi măng dùng cát biển vẫn tăng trưởng cường độ đáng kể, cường độ bê tông xi măng cát biển ở 60 ngày tuổi cao hơn 28 ngày tuổi từ 5 10% -16- Việc nghiên cứu, khai thác cát biển để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô là khả thi, góp phần làm phong phú và đa . NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HP CÁT XAY CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chun ngành : Xây dựng đường. về bê tông xi măng và sử dụng cát xay cát tự nhiên sản xuất bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô 09 1.1 Giới thiệu chung 09 1.2 Tổng quan các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên và cát xay. NGUYỄN ĐỨC TRỌNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HP CÁT XAY CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT