Nghiên cứu ứng dụng bê tông nhẹ để làm bó vỉa, tường chống ồn trong xây dựng đường ôtô,luận văn thạc sỹ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN VĂN LUẬN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TƠNG NHẸ ĐỂ LÀM BĨ VỈA, TƯỜNG CHỐNG N TRONG XY DNG NG ễTễ CHUYÊN NGàNH : XÂY DựNG ĐƯờNG Ô TÔ Và ĐƯờNG THàNH PHố Mà Số : 60-58-30 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT GI¸O VI£N H¦íNG DÉN: TS NGUN THANH SANG HÀ NỘI - 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bê tông nhẹ để làm bó vỉa, tường chống ồn xây dựng đường ơtơ” nhận động viên, giúp đỡ tận tình thầy cơ, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thanh Sang hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp tài liệu, tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ mơn Đường - Khoa cơng trình, phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng - Bộ môn Vật liệu xây dựng tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa học Cuối biết ơn đến người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp khích lệ, động viên tơi mặt suốt thời gian làm Luận văn Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Nguyễn Văn Luận MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ TRONG XÂY DỰNG GIAO THÔNG 1.1 Khái niệm chung 1.2 Lịch sử phát triển 13 1.3 Phân loại tính chất kỹ thuật bê tông nhẹ 20 1.4 Các phương pháp thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật bê tông nhẹ 24 1.5 Công nghệ sản xuất bê tông nhẹ 26 1.6 Tổng quan ứng dụng bê tơng nhẹ xây dựng cơng trình giao thơng 31 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM VẬT LIỆU CHẾ TẠO, THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CỦA BÊ TÔNG NHẸ 40 2.1 Các yêu cầu chung 40 2.2 Vật liệu chế tạo bê tông nhẹ 40 2.2.1 Cát mịn: 40 2.2.2 Xi măng 42 2.2.3 Tro bay 43 2.2.4 Chất tạo bọt 47 2.2.5 Nước 49 2.3 Thiết kế thành phần bê tông nhẹ thành phần thực nghiệm 49 2.3.1 Thành phần 49 2.3.2 Chuẩn bị mẫu 50 2.3.3 Thử nghiệm vật liệu 51 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56 3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn sử dụng 56 3.2 Kết nghiên cứu cường độ chịu nén 57 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BÊ TƠNG NHẸ LÀM BĨ VỈA VÀ TƯỜNG CHỐNG ỒN TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ 61 4.1 Các yêu cầu kỹ thuật bê tơng làm bó vỉa, bê tơng làm tường chống ồn 61 4.2 Công nghệ chế tạo thi cơng bê tơng nhẹ làm bó vỉa 62 4.3 Công nghệ thi công tường chống ồn bê tông nhẹ 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 – Giới thiệu mác xi măng nên dùng cho phép BTNCLR Bảng 1.2 – Chọn mác cốt liệu rỗng tương ứng với mác TK BT Bảng 1.3 – Khối lượng thể tích BTNCLR trạng thái khơ Bảng 1.4 - Lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông nhệ cốt liệu rỗng Bảng 1.5 - Hệ số hiệu chỉnh lượng dùng xi măng cho 1m3 BTNCLR Bảng 1.6 – Lượng dùng nước cho hỗn hợp bê tông dùng cát thường Bảng 1.7 – Mật độ cốt liệu lớn 11 Bảng 1.8 – Mật độ cốt liệu lớn 12 Bảng 2.1 - Thành phần hạt mô đun độ mịn cát mịn 41 Bảng 2.2 - Các tính chất lý xi măng VISSAI PCB40 42 Bảng 2.3 - Thành phần hóa học xi măng VISSAI PCB40 42 Bảng 2.4 - Thành phần khoáng vật xi măng VISSAI PCB40 43 Bảng 2.5 - Các tính chất lý tro bay VINA F&C (Phả Lại) 44 Bảng 2.6 - Thành phần hóa học tro bay VINA F&C (Phả Lại) 44 Bảng 2.7 - Lượng lọt sàng tro bay VINA & FC 45 Bảng 2.8 - Các tiêu chất lượng tro bay theo ASTM C618, BS.EN 450-1 46 Bảng 2.9 - Thành phần trộn cấp phối 49 Bảng 2.10 - Giá trị hệ số  53 Bảng 3.1 - Cường độ chịu nén 57 Bảng 3.2 - Khối lượng thể tích 58 Bảng 3.3 - Độ hút nước 59 Bảng 3.4 - Độ hút nước theo TCVN 6477: 2011 gạch bê tông 59 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 - Bê tông bọt dùng để lấp đầy khoảng trống 29 Hình 1.2 - Gạch bê tơng nhẹ 31 Hình 2.1- Cát mịn từ Quảng Bình 41 Hình 2.2 - Biểu đồ cấp phối cát 41 Hình 2.3 - Giản đồ Rơnghen 43 Hình 2.4 - Thành phần hạt tro bay VINA (Phả Lại) 44 Hình 2.5 - Tro bay VINA F&C 46 Hình 2.6 - Chất tạo bọt sau pha 48 Hình 2.7- Chất tạo bọt sau pha 49 Hình 2.8 - Máy nén khí 50 Hình 2.9 - Máy trộn vữa 50 Hinh 2.10- Khuôn sản xuất gạch 51 Hình 3.1 - Biểu đồ cường độ chịu nén 57 Hình 3.2 - Biểu đồ khối lượng thể tích mẫu thí nghiệm 58 Hình 3.3 - Biểu đồ độ hút nước 60 Hình 4.1 – Bó vỉa đúc sẵn 63 Hình 4.2 – Bó vỉa loại 53×18×100 64 Hình 4.3 – Bó vỉa loại 23×26×100 64 Hình 4.4 – Bó vỉa loại 22×18×100 65 Hình 4.5 - Gạch bê tơng nhẹ đúc sẵn khối nhỏ phục vụ xây dựng tường chống ồn 66 Hình 4.6 - Gạch bê tông nhẹ đúc sẵn khối lớn phục vụ xây dựng tường chống ồn 67 Hình 4.7 – Thi công tường chống ồn lắp ghép 73 LỜI MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ nghiên cứu sử dụng cốt liệu tự nhiên từ thời kỳ La mã, cốt liệu nhân tạo khoảng cách 70 năm Các kết cấu bê tông nhẹ dùng Anh, Châu Âu, Mỹ Nhật Bản Vào thời gian gần phát triển thêm loại bê tông nhẹ: bê tông bọt bê tông không dùng cốt liệu mịn Theo định số Theo định số 356/QĐ-TTg năm 2013 quy hoạch phát triển GTVT đường Việt Nam đến năm 2020 có nhiều cơng trình xây dựng đường triển khai để khai thông huyết mạch cho đất nước Nghiên cứu ứng dụng loại vật liệu thay vật liệu truyền thống đáp ứng phát triển bền vững gồm: vật liệu địa phương tiết kiệm lượng hướng phù hợp với xu xây dựng Vật liệu bê tông nhẹ đạt yêu cầu trên, xây dựng cơng trình đường chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng Hơn sử dụng khối bê tơng nhẹ để làm bó vỉa xây dựng đường giảm thiểu nhân công thi công lắp ghép giảm thiểu tai nạn xẩy phương tiện va chạm với khối bê tơng vỉa hè Ngồi sử dụng khối bê tông nhẹ dùng tường cách âm cho giải phân cách cách âm hai bên đường đường có tốc độ xe chạy cao ồn Vì đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bê tơng nhẹ để làm bó vỉa, tường chống ồn xây dựng đường ôtô” cần thiết xây dựng đường ôtô II Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu vật liệu thay phần vật liệu truyền thống xây dựng cơng trình giao thơng, đem lại lợi ích kinh tế xã hội cho dự án Mặt khác nghiên cứu để làm phong phú lựa chọn vật liệu xây dựng cầu đường Việt Nam 2 III Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu thành phần, số tính chất bê tơng nhẹ làm bó vỉa, tường chống ồn xây dựng đường ôtô IV Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan bê tông nhẹ, nghiên cứu thực nghiệm số tính chất bê tơng nhẹ ứng dụng xây dựng đường ôtô V Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm VII Kết cấu luận văn gồm: Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan bê tông nhẹ xây dựng giao thông Chương 2: Nghiên cứu thử nghiệm vật liệu chế tạo, thiết kế thành phần bê tông nhẹ Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận Chương 4: Ứng dụng bê tơng nhẹ làm bó vỉa tường chống ồn xây dựng đường ôtô Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ TRONG XÂY DỰNG GIAO THÔNG 1.1 Khái niệm chung Bê tơng nhẹ bê tơng có khối lượng thể tích từ 500 đến 1800 kg/m3, cường độ đạt từ 15 – 30 đến 400 – 500 daN/cm2 [12] - Theo cấu tạo, phân thành loại sau: + Bê tông nhẹ cấu tạo đặc: lỗ rỗng hạt nhét đầy vữa xi măng, tỉ trọng nhẹ đạt nhờ sử dụng cốt liệu nhẹ + Bê tông nhẹ cấu tạo xốp: lỗ rỗng hạt cốt liệu nhét đầy vữa xi măng xốp + Bê tông nhẹ hốc lớn: vữa xi măng không đủ để nhét đầy lỗ rỗng, bọc xung quanh hạt cốt liệu gắn kết chúng lại với - Theo công dụng, chia thành: + Bê tông nhẹ chịu lực (bê tông nhẹ kết cấu): tiêu quan trọng Rn (0 = 1400 – 2000 kg/m3) + Bê tông nhẹ chịu lực - cách nhiệt (0 = 500 – 1400 kg/m3) Với hai loại bê tông này, việc giảm tỉ trọng đạt nhờ sử dụng cốt liệu nhẹ + Bê tông nhẹ cách nhiệt: tiêu quan trọng khối lượng thể tích (0 = 300 – 500 kg/m3) Để đạt tỉ trọng này, thường sử dụng phụ gia tạo bọt (bê tông bọt) Hỗn hợp bê tông gồm cát nghiền mịn, xi măng, nước, phụ gia tạo bọt, phụ gia dẻo Để có cấp phối hợp lý với lượng dùng xi măng nhỏ nhất, cần phải chọn loại vật liệu sử dụng Mác xi măng định vào mác bê tông theo (Bảng 1.1) Bảng giới thiệu mác xi măng (XM) nên dùng cho phép dùng bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (BTNCLR) mác 150  500 Bảng 1.1 – Giới thiệu mác xi măng nên dùng cho phép BTNCLR Mác BTNCLR 150 200 250 300 350 400 500 Mác - Nên dùng 400 400 400 500 500 500 600 xi - Cho phép 300 300 300 400 400 400 500 dùng 500 600 500 600 600 600 măng 600 Cường độ cốt liệu lớn cần đạt giá trị không thấp trị số (Bảng 1.2.) Bảng dùng để chọn mác cốt liệu rỗng (CLR) tương ứng với mác thiết kế bê tông Tuỳ theo cốt loại cốt liệu rỗng độ ép vỡ xi lanh quy mác theo cường độ nén CLR Bảng 1.2 – Chọn mác cốt liệu rỗng tương ứng với mác TK BT Mác BTNCLR Mác CLR Cường độ ép vỡ CLR xi lanh (daN/cm2) cho theo cường độ nén Sỏi Đá dăm Đá dăm (trừ dăm aglôpôrit) aglôpôrit 150 75 15 10 200 100 20 12 250 125 25 15 300 150 35 18 10 350 200 45 22 12 400 250 55 27 14 500 300 65 33 16 Khối lượng thể tích rời tự nhiên (đổ đống) cốt liệu rỗng không nên vượt giá trị (Bảng 1.3) Trong bảng cho mác lớn từ loại sỏi rỗng dăm rỗng phụ thuộc vào khối lượng thể tích bê tơng nhẹ Bảng 1.3 – Khối lượng thể tích BTNCLR trạng thái khơ  Khối lượng thể tích BTNCLR trạng thái khô, m k kg / m3 vb'  Loại 1200 CLR Sỏi rỗng Dăm rỗng 1300 1400 1500 1600 1700 1800 -/500 -/600 -/700 600/800 700/900 800/- 900/- - -/500 -/600 500/700 600/800 700/900 800/1000 Ghi chú: Tử số khối lượng thể tích cốt liệu lớn dùng cốt liệu nhỏ cát thường; mẫu số khối lượng thể tích cốt liệu lớn dùng cốt liệu nhỏ cát nhẹ Tỷ lệ phối hợp hạt cốt liệu lớn nên lấy sau: phối hợp hai cấp (5  10) : (10  30) 40: 60%, phối hợp cấp (5  10): (10  20): (20  40) 20 : 30 : 50% Cường độ trung bình cốt liệu lớn tính theo cơng thức:   R  R x  R x  R x :10 k k1 k 2 k3 (1.1) Trong đó: Rk1, Rk2, Rk3 - cường độ nén cấp cốt liệu lớn quy đổi từ độ ép vỡ xi lanh thép đường kính 120mm, daN/cm2; x1, x2, x3 - hàm lượng cấp hạt hỗn hợp cốt liệu, % Cát nhẹ dùng bê tông nhẹ mác 150  500 cần đảm bảo môđun độ lớn 1,8  2,5 khối lượng thể tích đổ đống khơng 600 kg/m3 Đối với bê tơng mác 150 sử dụng cát pelrit phồng nở có khối lượng thể tích khơng 200 kg/m3, lượng hạt mịn lọt sàng 0,14mm không 10% theo thể tích Ngồi bê tơng mác 150  200 mác xi măng vượt giá trị cho phép dùng bảng 1.1 dùng cát có lượng lọt sàng 0,14mm tới 25% Khi xác định lượng dùng xi măng sử dụng số liệu thực nghiệm Bảng 1.4 1.5, có xét đến phụ thuộc cường độ bê tơng nhẹ khơng vào hoạt tính chất kết dính (mác xi măng) tỷ lệ N/X, mà vào tính chất hàm lượng cốt liệu lớn tính cơng tác hốn hợp bê tơng Bảng 1.4 cho lượng dùng xi măng bê tông nhẹ từ cốt liệu lớn Dmax = 20mm cát thường, độ cứng hỗn hợp bê tông 20  30s Còn Bảng 2.5 cho hệ số thay đổi lượng dùng xi măng thay mác xi măng, loại cát, cỡ hạt lớn cảu cốt liệu tính công tác hỗn hợ bê tông Đầu tiên theo bảng 1.4 xác định lượng dùng xi măng phụ thuộc vào mác bê tông mác theo cường độ nén cốt liệu lớn Sau theo Bảng 1.5 người ta điều chỉnh lượng dùng xi măng phù hợp với tính chất vật liệu sử dụng tính cơng tác hỗn hợp bê tông Bảng 1.4 - Lượng dùng xi măng cho 1m3 bê tông nhệ cốt liệu rỗng Mác Mác CLR theo cường độ hạt Mác xi măng 75 100 125 150 200 250 300 150 400 300 280 260 240 230 220 210 200 400 - 340 320 300 280 260 250 250 400 - - 390 360 330 310 290 300 500 - - - 420 390 360 330 350 500 - - - - 450 410 380 400 500 - - - - - 480 450 500 600 - - - - - 570 540 BTNCLR