Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh đồng nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ôtô

Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Bằng Luận án Thạc Sỹ KHKT này, tác giả xin trân trọng cám ơn giúp đỡ tận tình Trường ĐH GTVT, Phòng đào tạo đại học sau đại học, Khoa cơng trình, Bộ mơn đường bộ, Nhà giáo: PGS.TS Bùi Xuân Cậy; TS.Nguyễn Văn Hùng; TS Nguyễn Mạnh Hùng; TS Lê Văn Bách Tác giả trân trọng cám ơn Phịng thí nghiệm Cơng ty Cổ phần Xây dựng Cơng trình Giao thơng 610 (thuộc Tổng Cơng ty CTGT 6) Công ty CP Đầu tư xây dựng Nam Phương, Công ty CP đá núi nhỏ,Phân viện KHCN GTVT phía Nam đồng nghiệp tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận án HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU I Sự cần thiết đề tài II.Mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu luận án Mục đích nghiên cứu luận án Nội dung nghiên cứu luận án 3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu III Kết cấu luận văn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA LÀM MẶT ĐƯỜNG ÔT Ô 7 I Khảo sát nguồn vật liệu cát tự nhiên dùng sản xuất bê tông nhựa Nguồn cung cấp cát sản xuất bê tông nhựa đạt chất lượng để sản xuất bê tông nhựa Chất lượng cát Trử lượng cát 3.1 Trử lượng xét duyệt 3.2 Khối lượng khai thác thực tế Điều kiện khai thác 10 Giá thành cát tự nhiên thị trường 12 II Tình hình sử dụng cát sản xuất bê tông nhựa 13 13 Tình hình sử dụng cát xay để sản xuất bê tơng nhựa giới Tỉnh hình sử dụng cát sản xuất bê tông nhựa tỉnh vùng kinh tế trọng điểm phía N 13 III Kết luận 14 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁT XAY 15 I Khảo sát nguồn vật liệu đá sản xuất cát xay, bê tông nhựa tỉnh Đồng Nai 15 Nguồn cung cấp vật liệu đá 15 Trử lượng đá 15 Chất lượng đá 15 II Công nghệ sản xuất cát xay 16 Thiết bị nghiền 16 Nguyên lý hoạt động máy Titan gối đệm khơng khí 18 Thơng số kỹ thuật Máy Titan D 19 20 4.Tính ưu việt máy nghiền roto trục đứng gối đệm khơng khí Titan Giá thành cát xay thị trường 22 CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ , ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG NHỰA 23 I Tổng quan bê tông nhựa 23 Thành phần tính ưu việt hỗn hợp bê tông nhựa 23 Lý thuyết cường độ ổn định biến dạng hỗn hợp bê tông nhựa 23 2.1 Cường độ hỗn hợp bê tông nhựa 23 25 2.2 Tính ổn định biến dạng hỗn hợp bê tông nhựa Cường độ yêu cầu độ ổn định mặt đường nhựa tác dụng tải trọng xe điều kiện thời tiết khác 25 3.1 Cường độ yêu cầu độ ổn định mặt đường nhựa nhiệt độ cao 25 28 3.2 Cường độ yêu cầu độ ổn định mặt đường nhựa chịu tác dụng nước HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Cơ sở lý luận q trình tác dụng tương hỗ hóa lý nhựa hạt khoáng chất 29 II Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa 30 III Vai trị, vị trí u cầu vật liệu chế tạo bê tông nhựa 33 Đá dăm 33 Cát 34 Bột khoáng 35 Nhựa đường 37 IV Các tiêu kỹ thuật yêu cầu bê tông nhựa 39 Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông nhựa 39 Yêu cầu tiêu lý bê tông nhựa chặt 41 V.Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi, độ bền chịu kéo uốn bê tông nhựa 47 Thií nghiệm xác định mơ đun đàn hồi bê tơng nhựa 47 Thí nghiệm xác định độ bền chịu kéo uốn bê tông nhựa thông qua thí nghiệm ép ch 48 CHƯƠNG IV: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CÁT XAY, CÁT TỰ NHIÊN 50 I Các tiêu lý cát 50 Thí nghiệm xác định thành phần hạt, mơ đun độ lớn cát (TCVN 242 - 86) 50 Khối lượng riêng cát (TCVN 339 - 86) 50 Hàm lượng sét có cát 51 Xác địn hàm lượng chung bụi, bùn sét có cát (TCVN 343 - 86) 51 Khối lượng thể tích độ xốp (TCVN 340 - 86) 52 Thành phần khống vật có cát (22TCN 61 - 84) 53 Xác định hàm lượng muối có cát biển 53 II Kết thí nghiệm cát xay cát tự nhiên 54 III Nhận xét 58 CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VỀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT VÀ KINH TẾ CỦA BÊ TÔNG NHỰA CÁT XAY, CÁT TỰ NHIÊN 59 I Thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa sản xuất cát xay, cát tự nhiên 59 Chuẩn bị vật liệu 59 Kết thí nghiệm thiết kế tính chất bê tơng nhựa 60 2.1 Kết thí nghiệm thiết kế bê tơng nhựa cát xay 60 2.2 Kết thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa cát tự nhiên 62 2.3 Kết thí nghiệm tiêu bê tơng nhựa cát xay thay cát tự nhiên theo tỷ lệ cát tự nhiên bê tông nhựa cát tự nhiên 64 2.3 Kết thí nghiệm tiêu bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên theo thành phần bê tông nhựa cát tự nhiên 65 II Đánh giá mặt kinh tế việc sử dụng cát xay, cát tự nhiên sản xuất bê tông nhựa 66 III Xác lập mối quan hệ biến đổi mô đun đàn hồi độ bền kéo uốn bê tông nhựa cát xay cát tự nhiên theo nhiệt độ 69 Sự biến đổi mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa cát xay theo nhiệt độ 69 Sự biến đổi độ bền kéo uốn vật liệu bê tông nhựa cát xay theo nhiệt độ 70 Đưa tiêu tính tốn điều kiện kiểm tốn IV Nhận xét 71 Về mặt kỹ thuật 71 HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Về mặt kinh tế CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ I Kết luận II Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN II: PHẦN PHỤ LỤC THUYẾT MINH Phụ lục 1:Thí nghiệm tiêu lý cát xay, cát tự nhiên Phụ lục 2:Kết thí nghiệm thiết kế bê tơng nhựa cát xay Phụ lục 3:Kết thí nghiệm thiết kế bê tơng nhựa cát tự nhiên Phụ lục 4:Kết thí nghiệm tiêu bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên theo tỷ lệ cát tự nhiên bê tông nhựa cát tự nhiên Phụ lục 5:Kết thí nghiệm tiêu bê tơng nhựa cát xay thay cát tự nhiên theo thành phần bê tông nhựa cát tự nhiên Phụ lục 6:Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi vật liệu bê tơng nhựa cát xay, cát tự nhiên Phụ lục 7:Kết thí nghiệm độ bền kéo uốn vật liệu bê tơng nhựa cát xay, cát tự nhiên Phụ lục 8:Một số hình ảnh thí nghiệm Phụ lục 9:Một số văn pháp lý liên quan đến việc cấm khai thác cát sơng đồng nai HV: Lª Thμnh Trung Trang 72 74 74 74 76 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô PHẦN MỞ ĐẦU I SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam vùng kinh tế phát triển động nước, tốc độ tăng trưởng tăng trưởng bình qn hàng năm chiếm 13 - 14%, đóng gớp ngân sách nước chiếm gần 40% Hiện nay, nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng giao thông lớn, đòi hỏi khối lượng lớn nguồn cát xây dựng cơng trình: cầu, đường, san lắp mặt bến, bãi, … Trong nhiều năm qua việc khai cát sông thuộc khu vực phía Nam khơng tn thủ u cầu mơi trường, dẫn đến nguồn tài nguyên bị kiệt quệ, hai bờ sơng bị xói lở nghiêm trọng Chính vậy, số sông lớn bị cấm khai thác cát, có sơng Đồng Nai Do đó, số cơng trình phải nhập nguồn cát từ Campuchia, lượng cát có hạn, giá thành cao từ 160 000 đến 180 000 VNĐ/m3 không chủ động khâu sản xuất, đặc biệt sản xuất bê tông nhựa Cho nên, việc tìm kiếm nguồn vật liệu khác thay nguồn cát thiên nhiên công ty sản xuất bê tông nhựa đặc biệt quan tâm Hiện nay, số trạm trộn sử dụng cát xay khai thác mỏ đá thuộc tỉnh Đồng Nai để sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Tuy nhiên, để có sở đánh giá hiệu kinh tế – kỹ thuật việc sử dụng cát xay để chế tạo bê tông nhựa để áp dụng đại trà thực tế việc “ Nghiên cứu sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô” có giá trị cần thiết II MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Mục đích nghiên cứu luận án - Khắc phục khan nguồn cát tự nhiên để sản xuất bê tông nhựa - Tạo hỗn hợp bê tông nhựa từ cát xay từ đá đảm bảo giá thành hợp lý chất lượng đảm bảo theo yêu cầu tiêu chuẩn 22TCN 249 – 98 “Quy trình cơng nghệ thi cơng nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa – Yêu cầu kỹ thuật” Nội dung nghiên cứu luận án - Phân tích khan nguồn vật liệu cát, dự báo nhu cầu sử dụng thời gian tới - Đặc tính lý đá mỏ khai thác Đồng Nai - Tính chất thành phần cát xay - Nghiên cứu chế tạo hổn hợp bê tông nhựa sản xuất từ cát xay Đặc tính hổn hợp bê tơng bê tơng nhựa sản xuất từ cát xay - Đánh giá khả sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa - So sánh tính hiệu kinh tế – kỹ thuật cát xay với cát tự nhiên dùng sản xuất bê tơng nhựa HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đá khai thác số mỏ tỉnh Đồng Nai: Mỏ Phước Tân, Hóa An, Châu Thới, - Nghiên cứu cát xay Công ty CP Đá Núi Nhỏ sản xuất từ cát mỏ đá để sản xuất bê tông nhựa Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết cấp phối chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa - Phương pháp thực nghiệm: chế tạo mẫu thử phịng thí nghiệm - Trên sở thống kê số liệu từ thực nghiệm kết thu thập được; kết nghiên cứu lý thuyết, đánh giá khả sử dụng cát xay để chế tạo BTN hiệu kinh tế-kỹ thuật giải pháp đề xuất II KẾT CẤU ĐỀ TÀI: Nội dung luận văn trình bày chương bao gồm : Chương mở đầu Chương I: Tổng quan tình hình sử dụng cát để sản xuất BTN làm mặt đường ô tô Chương II: Công nghệ sản xuất cát xay Chương III: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết bê tông nhựa Chương VI: Thí nghiệm xác định tiêu lý cát xay, cát tự nhiên Chương V: Phân tích đánh giá theo cát tiêu kỹ thuật kinh tế bê tông nhựa cát xay, cát tự nhiên Chương V: Kết luận & Kiến nghị HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường tơ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ I KHẢO SÁT NGUỒN VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN CUNG CẤP CHO SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA Nguồn cung cấp cát sản xuất bê tông nhựa khu vự kinh tế phía Nam: Các mỏ cát sông Đông Nai nguồn cung cấp cát chủ yếu cho vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Sơng Đồng Nai qua địa phận hai tỉnh Bình Dương Đồng Nai Cát sông Đồng Nai trầm tích lịng đại tích tụ từ trước có đập thủy điện Trị An Các tài liệu lịch sử (ảnh hàng không, đồ) cho thấy, chế độ tự nhiên, sông Đồng Nai từ Trị An đến cầu Cát Lái thuộc vùng đồng ngập lụt đồng thủy triều Khi chảy qua hai vùng đồng này, hoạt động bồi tụ chiếm ưu tạo nên bãi bồi dần lấp đầy lịng sơng Đáy sông nhiều nơi nông cạn, tàu bè qua lại khó khăn thủy triều xuống Trầm tích lịng phân bố suốt chiều dài sơng hình thành mỏ cát có trữ lượng đáng kể Trong năm qua mỏ cát cung cấp hàng triệu m3 cát xây dựng có chất lượng tốt, phục vụ cho việc xây dựng khu đô thị, khu chế xuất, hệ thống giao thông, cầu, cảng thành phố khu vực phía Nam Chất lượng cát : Dựa vào đặc điểm địa chất mỏ địa chất khu vực phân chia mỏ cát lịng sơng Đồng Nai từ Tân Uyên đến Cát Lái thành hai mỏ riêng biệt, với chất lượng tương ứng sau: Mỏ Nam cầu Đồng Nai, kéo dài từ cầu Đồng Nai đến Cát Lái, nơi sông Đồng Nai chảy đồng thủy triều Các thân cát thường phân bố tập trung khúc uốn, dày 10-20 m Kích thước hạt cát trung bình đến mịn, màu xám, xám đen, vài nơi bị nhiễm mặn yếu Cát phân bố lịng sơng khúc uốn rộng (500-1.700 m) Vách sơng cấu tạo trầm tích bở rời chủ yếu sét, sét bột, cao tương đối so với mực nước triều kiệt 1,0-1,5 m Đánh giá chung: cát mỏ Nam cầu Đồng Nai có chất lượng trung bình, đáp ứng xây dựng cơng trình dân dụng Hoạt động khai thác cát lịng sơng ảnh hưởng đến môi trường khu vực Mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai, kéo dài từ Bến Trâu (Tân Uyên) đến cầu Đồng Nai, nơi sông Đồng Nai chảy đồng ngập lụt Các thân cát có dạng kéo dài, dày 5-15 m Kích thước hạt cát trung bình đến thơ, cát sạch, có màu vàng, xám vàng, khơng bị nhiễm mặn Cát phân bố lịng sơng hẹp (rộng 200-300 m), vách bờ nhiều đoạn dốc đứng, cao tương đối 4-7 m so với mực nước Cấu tạo vách bờ trầm tích bở rời gồm hai phần: lớp cát sét, cát sạn, sét bột,sét HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Đánh giá chung: cát mỏ Bắc cầu Đồng Nai có chất lượng tốt vùng, đạt tiêu chuẩn sản xuất bê tông xây dựng cơng trình cao cấp Tuy vậy, môi trường địa chất mỏ nhạy cảm với hoạt động khai thác Tuy nhiên, mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai, nơi có đặc điểm mơi trường tự nhiên nhạy cảm với hoạt động khai thác cát lịng sơng Mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai có nguồn gốc trầm tích sơng hình thành từ trước có đập thủy điện Trị An Cho đến ngưng khai thác (năm 2004), năm mỏ cát cung cấp hàng triệu m3 cát vàng chất lượng tốt để sản xuất bê tơng xây dựng cơng trình cao cấp khu vực Từ năm 1995 đến 2004, doanh nghiệp khai thác mỏ lấy vượt trữ lượng phép, khai thác gần 3.000.000 m3 Khai thác không tuân thủ quy định độ sâu khai thác, khoảng cách xa bờ nguyên nhân trực tiếp gây tai biến xói lở bờ sơng Việc quản lý hoạt động khai thác chưa hiệu nguyên nhân gián tiếp gây tác động xấu tới môi trường khu vực Đến năm 2004, việc khai thác mỏ cát sông Đồng Nai chấm dứt khai thác trữ lượng cho phép, hoạt động khai thác gây sạt lở nhiều đoạn vách bờ sông [1, 3] Hình Sơ đồ phân bố bãi cát mỏ Bắc cầu Đồng Nai Trử lượng khoáng sản Năm 1995, triển khai cơng trình “Thăm dị trữ lượng cát lịng sơng Đồng Nai” [4] tác giả áp dụng số kỹ thuật như: đo địa hình lịng sơng thiết bị đo sâu hồi âm (Echosounder), định vị điểm đo hệ định vị toàn cầu (GPS), sử dụng máy khoan Air-lift để xác định bề dày lớp cát, ứng dụng kỹ thuật hệ thông tin địa lý HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô (GIS) để tính tốn khối lượng cát xử lý loại đồ Trong đợt khảo sát năm 1999 2004, kỹ thuật tiếp tục hoàn thiện nâng cao [1] Các liệu ba lần khảo sát (1995, 1999, 2004) xử lý môi trường GIS sở để đánh giá hoạt động khai thác mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai thời gian qua 3.1 Trữ lượng xét duyệt Cát lòng sơng loại hình mỏ đặc biệt, việc khai thác thường có tác động mạnh đến mơi trường, trữ lượng khai thác trữ lượng tính điều kiện khai thác khơng ảnh hưởng đến môi trường (chủ yếu không gây sạt lở bờ sông) Như vậy, việc khoanh định bãi cát cách bờ khoảng cách an toàn (khoảng cách xa bờ mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai 50 m), phải xác định độ sâu khai thác hợp lý, tức độ sâu khai thác đảm bảo không gây sạt lở vách bờ Bảng trữ lượng cát Hội đồng Xét duyệt trữ lượng khoáng sản phê chuẩn ngày 25/11/1995, ứng với độ sâu phép khai thác cho khu vực Bảng Trữ lượng cát xét duyệt Trữ lượng C1 (m3) Khu vực Tên bãi Độ sâu tính (m) Tân Uyên I.1 -7 I.2 -7 1.538.000 I.3 -7 231.000 I.4 -7 II.1 -8 576.000 II.2 -8 10.000 II.3 -8 597.000 III.1 -8 2.377.000 Cù lao Bình Chánh Cù lao Rùa Hóa An Cộng Trữ lượng C2 (m3) Tổng 315.000 315.000 1.901.000 132.000 5.329.000 1.183.000 2.377.000 437.000 5.776.000 Trên sở trữ lượng phê chuẩn, Bộ Công nghiệp cấp phép khai thác cho doanh nghiệp thuộc tỉnh Đồng Nai Sông Bé với sản lượng 1.200.000 m3/năm (mỗi tỉnh khai thác 600.000 m3/năm.) 3.3 Khối lượng khai thác thực tế Trong thực tế, hoạt động khai thác diễn không bãi khoanh định Các xáng cạp cát thường xuyên di chuyển khai thác khắp đoạn sông Việc đánh giá khối lượng khai thác thực tế việc làm khơng đơn giản có nhiều doanh nghiệp khai thác đoạn sông, tài ngun lấy khỏi lịng sơng đơi chuyển sang cho sở kinh doanh trung gian Ngay công ty, việc quản lý sản lượng khai thác xáng cạp vấn đề… Nhằm xác định khối lượng khai thác, phần tính tốn chúng tơi dựa vào bề mặt địa hình lịng sơng xây dựng cho khu vực ứng với ba thời điểm: tháng 7/1995, HV: Lª Thμnh Trung Trang Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô tháng 8/1999, tháng 5/2004 Sử dụng kỹ thuật GIS để tính tốn khối lượng: lấy bề mặt địa hình thời điểm sau (bề mặt UPPER) trừ bề mặt địa hình thời điểm trước (bề mặt LOWER) xác định khối lượng cát khai thác theo giai đoạn (Bảng 3) Bảng Khối lượng khai thác giai đoạn 1995-1999, 1999-2004 (m3) Khu vực 1995- 1999 Tân Uyên 1999-2004 Tổng 1.121.796 1.121.796 2.808.744 637.781 3.446.525 Cù lao Rùa 828.162 1.158.809 1.986.971 Hóa An 250.498 1.698.392 1.948.890 3.887.404 4.616.778 8.504.182 Cù lao Bình Chánh Cộng Giai đoạn 1995-1999, việc khai thác tập trung khu vực cù lao Bình Chánh với 2.808.744m3, khu vực cầu Hóa An (250.498 m3) Tổng khối lượng khai thác giai đoạn 3.887.404 m3 (tính đến tháng 8/1999) Trong báo cáo thức doanh nghiệp tổng sản lượng khai thác đến đầu năm 1999 3.084.928 m3 (tính đến tháng 1/1999), thấp so với tính tốn khoảng 800.000 m3 Như vậy, kết tính tốn phù hợp với báo cáo, ước tính từ tháng đến tháng 8/1999, doanh nghiệp khai thác khoảng 100.000 m3/tháng Tổng khối lượng khai thác giai đoạn 1999-2004 4.616.778 m3 Việc khai thác tập trung vào khu vực Hóa An, cù lao Rùa Tân Uyên Nếu tính lượng cát khai thác nạo vét khu vực Hóa An-cầu Ghềnh sơng Cái (cù lao Phố) khối lượng khai thác toàn mỏ Bắc cầu Đồng Nai lớn Điều kiện khai thác: Khai thác cát lịng sơng thuộc mỏ Bắc cầu Đồng Nai chắn ảnh hưởng tới mơi trường tự nhiên lẽ lịng sơng hẹp, uốn khúc mạnh, vách bờ sông dốc đứng, cấu tạo vách bờ trầm tích bở rời gắn kết yếu Chính lý đó, Khoa học, Công nghệ & Môi trường yêu cầu doanh nghiệp thực nghiêm túc Luật môi trường hoạt động khai thác mỏ Thực tế hoạt động khai thác diễn phức tạp, xáng cạp khai thác vị trí, miễn có cát Việc kiểm tra khai thác cát lịng sơng khơng đơn giản moong khai thác nằm lớp nước dày Các quan chức xác định vị trí xáng cạp cách xa bờ, khó xác định độ sâu khai thác, muốn biết phải tiến hành đo đạc Ở nơi cát có chất lượng tốt, xáng cạp móc sâu, lợi dụng ban đêm xáng cạp khai thác cát sát chân vách bờ HV: Lª Thμnh Trung Trang 10 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô 14000 E đh, daN/cm2 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 10 20 30 40 50 60 Sự biến đổi mô đun đàn hồi (E đh) theo nhiệt độ Hình III-7 Quan hệ mô đun đàn hồi vật liệu nhiệt độ Độ bền kéo uốn Rku phụ thuộc vào nhiệt độ: Kết thí nghiệm khảo sát độ bền kéo uốn chịu tác động nhiệt độ thơng qua thí nghiệm ép chẻ cho thấy: Các giá trị đạt nhiệt độ 10oC thay đổi từ 16 đến 19 daN/cm2, nhiệt độ 30oC thay đổi từ 6.5 đến daN/cm2 nhiệt độ 50oC thay đổi từ 3.0 đến 4.5 daN/cm2 Căn kết thí nghiệm, có quan hệ biến đổi độ bền kéo uốn bê tông nhựa phụ thuộc vào nhiệt độ thể hình III-8 Giá trị đội bền kéo uốn tính tốn theo nhiệt độ dùng thiết kế xem chi tiết bảng 16 – phụ lục R ku, daN/cm2 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 10 20 30 40 50 60 Sự biến đổi Độ bền kéo uốn theo nhiệt độ Hình III-8 Quan hệ độ bền kéo uốn nhiệt độ Đưa tiêu tính tốn điều kiện kiểm tốn: Từ kết thí nghiệm, sử dụng tiêu mơ đun đàn hồi độ bền kéo uốn bê tông nhựa tổng hợp III-11 để tính tốn kết cấu áo đường mềm Bảng III-11 HV: Lª Thμnh Trung Trang 70 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Độ bền kéo uốn Rku (daN/cm ) o (15 C) Mô đun vật liệu (daN/cm ) Loại vật liệu 10oC 15oC 30oC 50oC 60oC 10oC 30oC 50oC BTNC20 cát tự nhiên 10766 8800 4014 2648 3100 17.73 7.18 3.78 BTNC20 cát xay 12790 10400 4675 2871 3250 18.00 8.61 4.94 Đối chiếu với qui trình, tiêu kỹ thuật thí nghiệm đạt hỗn hợp bê tơng nhựa chế tạo từ vât liệu cát xay mỏ đá tỉnh Đồng Nai có điểm khác biệt Bảng III-12 Mô đun vật liệu (daN/cm ) TÍnh võng Ev TÍnh võng Ev TÍnh võng Ev o o o (30 C) (15 C) (60 C) Loại vật liệu Đồng Nai Qui trình BTNC20 cát tự nhiên BTNC20 cát xay Độ bền kéo uốn Rku (daN/cm ) o (15 C) Đồng Nai Qui trình Đồng Nai Qui trình Đồng Nai Qui trình 4014 3600 8800 10000 3100 3000 15 15 4675 - 10400 - 3250 - 15.6 - Như vậy, theo điều kiện kiểm toán qui trình áp dụng:  Tính tốn cường độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi nhiệt độ 30oC với mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa cát xay: E đh = 4675 daN/cm2 lớn cát tự nhiên 4014 daN/cm2  Tính tốn theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn nhiệt độ 15 oC với mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa cát xay: E đh = 10400 daN/cm2và độ bền chịu kéo uốn cho phép Rku = 15.6 daN/cm2, lớn bê tông nhựa cát tự nhiên tương ứng E đh = 8800 daN/cm2và Rku = 15 daN/cm2  Tính tốn theo tiêu chuẩn chóng trượt nhiệt độ 60 oC với mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa cát xay: E đh = 3250 daN/cm2 lớn cát tự nhiên 3100 daN/cm2 khoảng 5% IV.Nhận xét: Về tiêu kỹ thuật 1.1 Thành phần cấp phối bê tông nhựa HV: Lª Thμnh Trung Trang 71 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Căn kết thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật bê tông nhựa chế tạo từ vật liệu cát xay cho phép nhận xét sau: -Các loại đá, cát bột khoáng đảm bảo tiêu chuẩn dùng cho việc chế tạo hỗn hợp bê tơng nhựa nóng -Đường cong cấp phối mẫu bê tông nhựa thiết kế đáp ứng miền tiêu chuẩn qui định -Tuy nhiên đường công cấp phối bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên theo tỷ lệ cát xay có phần nằm nằm ngồi phạm vi qui định nằm sai số cho phép qui trình 1.2 Các tiêu kỹ thuật yêu cầu - Tổng hợp kết thí nghiệm ta có bảng so sánh loại bê tơng nhựa sau: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BÊ TƠNG NHỰA NÓNG C20 TÊN CÁC CHỈ TIÊU Đơn vị Qui định CÁT TN Cát xay Cát xay Ghi Cát xay 0x3 thay cát TN thay cát TN theo tỷ lệ theo cấp phối 2.425 2.382 2.408 13.27 11.84 12.44 3.31 4.14 3.53 4.01 2.86 3.56 5.05 5.30 5.30 g/cm Khối lượng thể tích 2.393 >8 Độ ổn định 60oC 12.03 kN 75 83.65 88.20 80.73 86.73 % 60oC, 24 h,so với độ ổn định ban đầu Độ rỗng cốt liệu, Vro % 14 - 18, 16.01 14.80 16.32 15.48 Độ rỗng BTN, Vr % - 6, 4.47 3.43 4.83 3.86 - Bê tông nhựa cát xay, cát tự nhiên cát xay thay cho cát tự nhiên theo cấp phối bê tông cát tự nhiên đảm bảo tiêu yêu cầu 22TCN 249 – 98 - Cường độ nén Marshall bê tông nhựa cát xay đáp ứng qui trình lớn cường độ nén bê tông nhựa sản xuất từ cát thiên khoảng 10-14% Tuy nhiên, nhiệt độ thí nghiệm tăng lên cường độ bê tơng nhựa cát xay có xu hường giảm đáp ứng yêu cầu qui trình Về tiêu kinh tế Như vậy, xét mặt kỹ thuật cát xay đảm bảo đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật loại vật liệu cát dùng cho sản xuất hỗn hợp bê tơng nhựa nóng Các tiêu bê tơng nhựa sản xuất từ cát xay toàn toàn đáp ứng tiêu qui định qui trình bê tơng nhựa 22TCN249 – 98 Tuy nhiên, vào kết thí nghiệm mơ đàn hồi, cường độ kéo uốn bê tông nhựa sản xuất từ cát xay khảo sát biến đổi đặc tính theo nhiệt độ ta có HV: Lª Thμnh Trung Trang 72 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô nhận xét : Mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo vật liệu bê tông nhựa sản xuất từ cát xay giảm nhiệt độ tăng cao Tóm lại: -Các thơng số kỹ thuật chất lượng mẫu bê tông nhựa cát xay đạt theo yêu cầu tiêu chuẩn ngành 22TCN 249 – 98 -Các tiêu kỹ thuật tính tốn bê tơng nhựa chế tạo từ vật liệu địa phương có khác biệt so với qui trình 22TCN 211 – 93 Mơ đun đàn hồi tính võng lớn khoảng 10%, mơ đun đàn hồi tính trượt tính kéo uốn lớn khoảng 5% so với qui trình Mơ đun đàn hồi độ bền kéo uốn bê tông nhựa chịu tác động lớn chế độ nhiệt mặt đường cần thiết phải sử dụng tiêu kỹ thuật phù hợp với điều kiện khí hậu địa phương Như vậy, giá thành 1tấn bê tông nhựa sản xuất từ cát xay thay cát tự nhiên theo cấp phối có giá thành lớn 25 000 VNĐ so với giá thành 1tấn bê tông nhựa sản xuất từ cát tự nhiên Nhưng ta thiết kế tối ưu thành phần bê tơng nhựa cát xay gía thành chênh lệch với bê tông nhựa cát tự nhiên truyền thống không đáng kể ( vào khoảng 1000 VNĐ mổi tấn) Các tiêu kỹ thuật bê tông nhựa đáp ứng triệt để yêu cầu qui trình 22 TCN 249 – 98 HV: Lª Thμnh Trung Trang 73 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I.Kết luận: Từ kết nghiên cứu rút kết luận sau: * Cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai dùng máy nghiền Titan gối đệm khơng khí đáp ứng u cầu vật liệu cát sản xuất bê tông nhựa theo TCVN 1771 – 87, tiêu chuẩn từ TCVN 337 – 86 đến 346 – 86 TCVN 4376 – 86 * Căn vào tiêu chuẩn qui định bê tơng nhựa nóng thể 22TCN249 – 98 “Quy trình cơng nghệ thi cơng nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa – Yêu cầu kỹ thuật” BTN sản xuất cát xay mỏ đá tỉnh Đồng Nai đáp ứng yêu cầu * Bê tông nhựa sản xuất từ cát xay có cường độ marshall cao (10 – 12)% , đồng thời tiết tiêt kiệm (4-6)% hàm lượng nhựa so với bê tông nhựa cát tự nhiên * Khi tiếp tục xét đến tiêu kinh tế ta nhận thấy dùng bê tơng nhựa cát xay giá thành giảm so với giá thành bê tông nhựa cát tự nhiên, nhiên chênh lệch không đáng kể * Các tiêu bê tông nhựa cát xay nhiệt độ bình thường tính chất bê tơng nhựa cát xay tốt sovới bê tông nhựa cát tự nhiên ứng.Tuy nhiên, nhiệt độ thí nghiệm tăng lên tính chất bê tơng nhựa cát xay có xu hướng giảm dần Nhưng nhìn chung điều kiện nhiệt độ làm việc vật liệu bê tông nhựa tiêu bê tơng nhựa cát xay cịn đáp ứng tiêu cường độ, mô đun vật liệu độ bền kéo uốn mà luận văn đề cập đến * Tổng hợp tiêu kỹ thuật kinh tế bước đầu ta kết luận : Có thể sử dụng hỗn hợp bê tơng nhựa nóng chế tạo từ vật liệu cát xay tỉnh Đồng Nai vào việc xây dựng đường ô tô * Trong thành phần hạt cát xay từ đá tồn lượng lớn bột đá Do vây mà thiết kế bê tông nhựa cát xay nên hạ hàm lượng bột khống thành phần bê tơng nhựa nhằm hạ giá thành bê tơng nhựa Lượng bột đá đóng vai trị gần giống với bột khống, khơng nhét đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu lớn (đá dăm hay sỏi) làm tăng độ đặc hỗn hợp mà cịn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum mặt mặt khoáng mỏng lực tương tác giưa chúng tăng lên, cường độ độ bền nước bê tông nhựa tăng lên Tuy nhiên, mối quan hệ vật lý, hóa học bề mặt bột đá bitum làm tăng cường độ bê tông nhựa làm tăng tính dịn * Mặt đường bê tơng nhựa nóng loại mặt đường có nhiều ưu điểm sử dụng rộng rải thiết kế xây dựng đường Tính tốn thiết kế phải đảm bảo cường độ ổn định biến dạng, ổn định tác dụng tải trọng xe điều kiện thời tiết khác nhau, an toàn khai thác sử dụng Muốn vậy, phải nghiên cứu kỹ đặc tính kỹ HV: Lª Thμnh Trung Trang 74 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô thuật vật liệu chế tạo bê tông nhựa, yêu cầu kỹ thuật bê tông nhựa, tính tốn bố trí hợp lý tầng lớp áp đường II.Kiến nghị: 1.Kết nghiên cứu cho thấy: * Vật liệu cát tự nhiên đáp ứng yêu cầu ngày giảm theo qui trình sản xuất bê tơng nhựa 22TCN 249 – 98, cụ thể mô đun độ lớn cát tự nhiên ngày giảm dao động khoảng (1- 2) Địi hỏi, chúng phải có phương án bổ sung, thay cát tự nhiên thành phần bê tông nhựa vật liệu xay dùng cát xay trộn với cát tự nhiên theo tỷ lệ trộn phù hợp * Nội dung luận văn cho thấy bước đầu thành công việc sử dụng cát xay để thay cát tự nhiên đảm bảo kỹ thuật giá thành thành hợp lý, tương đương với giá thành bê tông nhựa sản xuất từ cát tự nhiên 2.Các hướng nghiên cứu phát triển tiếp: * Phạm vi đề tài nghiên cứu hỗn hợp bê tơng nhựa nóng loại chặt, hạt trung có miền cấp phối tối ưu đáp ứng yêu cầu “làm việc” cho lớp lớp kết cấu áo đường mềm Cần tiếp tục nghiên cứu với số lượng lớn mẫu thí nghiệm nhằm xác hóa tiêu kỹ thuật dùng tính tốn bê tơng nhựa * Ngun cứu phối trộn cát xay có giá thành mơ đun độ lớn cát tự nhiên hành có mơ đun độ lớn nhỏ theo tỷ lệ cụ thể để tạo hỗn hợp cát có mơ dun độ lớn đạt tiêu chuẩn : 2,25 – 3.35 thành phần hạt nằm đường bao thiêu của cát xây dựng Nhằm gớp phần nâng cao tiêu kỹ thuật bê tông nhựa, giá thành * Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng bột đá lớn cát xay đến chất lượng hỗn hợp bê tơng nhựa cát xay HV: Lª Thμnh Trung Trang 75 Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Quang Chiêu – Đỗ Bá Chương – Dương Ngọc Hải – Nguyễn Xuân Trục Thiết kế đường ô tô, tập II Trường Đại học Giao thông vận tải, 1990 Phạm Duy Hữu – Vũ Đức Chính – Đào Văn Đơng – Nguyễn Thanh Sang Bê tông asphalt Nhà xuất giao thơng vận tải Trần Đình Bửu – Nguyễn Quang Chiêu – Dương Ngọc Hải – Nguyễn Khải Xây dựng mặt đường ô tô Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1978 Phạm Duy Hữu Vật liệu xây dựng Nhà xuất Giao thông vận tải, 2002 Nguyễn Uyên Cơ sở địa chất học đất móng cơng trình Nhà xuất Xây dựng, 2004 Võ Trọng Hùng – Phùng Mạnh Đắc Cơ học đá ứng dụng xây dựng cơng trình ngầm khai thác mỏ Nhà xuất Xây dựng, 2004 Trung tâm nghiên cứu môi trường địa chất – Đại học Mỏ - Địa chất Bản đồ địa chất khoáng sản tỉnh Gia Lai Xác định nhiệt độ tính tốn bê tơng Asphalt khu vực phía Nam Luận văn Thạc sỹ, TP HCM 2000 Học viên: KS Nguyễn Kim Sơn Hướng dẫn khoa học NGƯT TS Nguyễn Huy Thập, TS Nguyễn Mạnh Hùng Đá xây dựng – Phương pháp thí nghiệm – TCVN 1771, 1772 – 87 10 Qui trình thí nghiệm tiêu lý đá – 22TCN 57 – 84 11 Tiêu chuẩn thí nghiệm mài mịn LosAngeles (LA) – AASHTO – T96 12 Phương pháp thí nghiệm hệ số đương lượng cát – ASTM – D2419 – 79 13 Cát xây dựng – Phương pháp thí nghiệm thành phần hạt mô đun độ lớn – TCVN 342 – 86 14 Tiêu chuẩn thí nghiệm chất lượng bột khoáng – 22TCN 58 – 84, 22TCN 63 – 90, 22TCN 63 – 84, NFP 98 – 256 15 Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc – Yêu cầu kỹ thuật, phương pháp thử 22TCN 279 – 01 16 Tiêu chuẩn thí nghiệm chất lượng nhựa đường đặc 22TCN 63 – 84, ASTM D5 – 86, ASTM D133 – 86, ASTM D92 – 85, ASTM D6/D5, ASTM D6 – 80, ASTM D2042 – 81, ASTM D70 – 82, AASHTO T49 – 89, AASHTO T51 – 89, AASHTO T53 – 89, AASHTO T48 – 89, AASHTO T47 – 83, AASHTO T44 – 90, AASHTO T228 – 90 17 Qui trình thiết kế áo đường mềm – 22TCN 211 – 93 18 Qui trình thí nghiệm bê tơng nhựa – 22TCN 62 – 84 19 Tiêu chuẩn thí nghiệm tiêu Marshall – AASTO – T254 20 Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định khả dính bám đá nhựa – 22TCN 63 – 84, AASHTO – T182 21 Qui trình cơng nghệ thi cơng nghiệm thu mặt đường bê tơng nhựa -22TCN 249 – 98 HV: Lª Thμnh Trung Trang 76 Lấy mẫu trường Mẫu tập kết phịng thí nghiệm Thí nghiệm tiêu lý cốt liệu, bi tum, bột khoáng Thí nghiệm tiêu lý cốt liệu, bi tum, bột khống Thí nghiệm tiêu lý cốt liệu, bi tum, bột khoáng Chuẩn bị cốt liệu để tiến hành đúc mẫu Nung bi đến nhiệt độ trộn cốt lệu sấy nóng Trộn nhựa với cốt liệu Mẫu đúc Thí nghiệm khối lượng thể tích bê tơng nhựa ( Cân nước) Ngâm mẫu đến 60 oC 30phút, 24h để nén Marshall Nến Marshall mẫu bê tông nhựa cát xay Mẫu bê tông nhựa sau đúc Máy nén mẩu Marshall Luận văn Thạc sỹ Nguyên cứu – sử dụng cát xay mỏ đá tỉnh Đồng Nai sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Thành phần cấp phối cở hạt hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng Lượng bê tơng nhựa Cỡ hạt lớn danh định Vị trí lớp BTN Bê tông nhựa chặt (BTNC) Hạt nhỏ BTNC 10 10 Lớp Hạt nhỏ BTNC 15 15 Lớp hay lớp Hạt trung BTNC 20 20 Lớp hay lớp Hạt trung BTNC 25 25 Lớp Hạt cát BTNC 5 (6) Vỉa hè, xe đạp thô sơ Bê tông nhựa rỗng (BTNR) Hạt trung BTNR25 25 Lớp hay lớp móng Hạt lớn BTNR 31.5 31,5 Lớp móng Hạt lớn BTNL 40 40 Lớp móng Ghi chú: (*) Lớp Lớp Lớp móng Lớp móng Lê Thành Trung Lượng lọt qua sàng % Theo sàng lỗ tròn (*) (mm) 40 31.5 25 20 15 10 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 0.071 No18 No35 No50 No100 No200 Theo sàng ASTM (inch) 5/6 No5 No10 Lượng nhựa tính theo % cốt liệu 1(1/) 3/4 5/8 1/2 31.5 22.5 19.0 16.0 12.5 8.0 4.0 2.0 1.0 0.5 0.3 0.16 0.075 100 95-100 43-57 31-44 22-33 16-24 12-18 8-13 6-11 5.5-6.5 100 95100 65-75 43-57 31-44 22-33 16-24 12-18 8-13 6-11 5.5-6.5 100 95-100 81-89 65-75 43-57 31-44 22-33 16-24 12-18 8-13 5-10 5.0-6.0 95-100 - 76-84 60-70 43-57 31-44 22-33 16-24 12-18 8-13 5-10 5.0-6.0 100 95-100 68-83 45-67 28-50 18-35 11-23 8-14 7.0-9.0 Theo sàng ASTM (mm) 100 100 95-100 100 95-100 - - 50-70 30-50 20-35 13-25 9-18 6-13 4-9 0-4 4.5-5.5 95-100 - 75-95 75-95 - 55-75 55-75 40-60 40-60 25-45 25-45 15-35 15-35 - 5-18 5-18 4-14 4-14 3-8 3-8 0-4 0-4 4.0-5.0 4.0-5.0 : Bộ sàn lỗ tròn tiêu chuẩn gồm sàn lỗ tròn từ 0,63mm trở lên, sàng lổ vuông từ 0,315mm trở xuống : Lớp mặt đường bê tông nhựa lớp (Wearing coursez) : Lớp mặt đường bê tông nhựa lớp (Binder course) : Phần tầng móng (Base) : Phần tầng móng (Subbase) Trang: 33