TỔNG QUAN
CẤP PHỐI ĐÁ DĂM GIA CỐ XI MĂNG – YÊU CẦU VẬT LIỆU CHẾ TẠO
CPĐDGCXM là hỗn hợp được tạo thành từ đá dăm có kích thước hạt tiêu chuẩn, được phối trộn với xi măng và nước theo tỷ lệ tối ưu Quá trình lu lèn diễn ra trước khi xi măng ninh kết nhằm tạo độ chặt cho hỗn hợp.
Cốt liệu lớn đá dăm đóng vai trò quan trọng trong việc chịu lực, giúp móng đường có khả năng chịu tải trọng từ trên xuống Nó tạo ra độ dính bám vững chắc với lớp nền phía dưới và lớp kết cấu áo đường phía trên.
Xi măng: Là chất kết dính các hạt trong cấp phối đồng thời tạo cường độ cho lớp móng đường khi được cung cấp độ ẩm tốt nhất;
Cường độ của CPĐDGCXM được hình thành dựa trên nguyên lý lèn chặt hỗn hợp vật liệu với xi măng tại độ ẩm tối ưu.
2.1.2 Yêu cầu của vật liệu CPĐDGCXM
Bảng 2 1: Yêu cầu thành phần hạt [5]
Kích thước lỗ sàng vuông, mm
Chỉ tiêu mài mòn Ló Angeles của vật liệu CPĐD lớp móng trên thì không lớn hơn 35%, lớp móng dưới thì không lớn hơn 45%
CPĐD có hàm lượng hữu cơ không lớn hơn 2%, muối Sunfat nhỏ hơn 0,25%, chỉ số dẻo nhỏ hơn 6% và tỷ lệ thoi dẹt nhỏ hơn18%
Bảng 2 2: Yêu cầu với xi măng [5]
2 Thời gian đông kết, phút:[7]
4 Độ ổn định thể tích , xác định theo PP La
Hàm lượng xi măng dùng tối thiểu 3% tổng khối lượng hỗn hợp thô, lượng xi măng tối đa thông thường dùng không quá 6%;
Khi sử dụng thực tế xi măng thường hao hụt so với thiết kế nên khi ra ngoài thực tế phải lấy hơn lượng xi măng thiết kế 0,2%;
TGNK của xi măng tối thiểu 120 phút, có thể sử dụng phụ gia kéo dài thời gian ninh kết
Bảng 2 3: Yêu cầu của nước [5]
TỔNG QUAN BÊ TÔNG TÁI CHẾ GIA CỐ XI MĂNG
Khái niệm BTTCGCXM tương tự như CPĐDGCXM, là một hỗn hợp vật liệu bao gồm cốt liệu BTTC với cấp phối hạt liên tục, được trộn với xi măng và nước theo tỷ lệ tối ưu Tuy nhiên, hàm lượng vật liệu theo khối lượng trong hỗn bê tông tái chế gia cố xi măng sẽ có sự thay đổi.
2.2.2 Tình hình sử dụng hỗn hợp BTTCGCXM trên thế giới và trong nước
2.2.2.1 Cốt liệu bê tông tái chế đã qua xử lý xi măng làm lớp nền và nền dưới ở
Theo nghiên cứu của Ahmed Ebrahim Abu El-Maaty Behiry Đại học Menoufia Ai Cập [14]
Bảng 2 4: Cấp phối theo tiêu chuẩn Ai Cập [5]
Kích thước Phần trăm lọt sàng (%) sàng
Hình 2 1: Biểu đồ đường cong CPBTTC [14]
Tác giả đã tiến hành trộn RCA với đá vôi truyền thống (LSA) theo các tỷ lệ 0,0%, 25%, 50%, 75% và 100% RCA Các thí nghiệm được thực hiện bao gồm kiểm tra đầm nén, chỉ số CBR, thí nghiệm tấm ép cứng, nén không giới hạn và độ bền kéo.
Phần trăm lọt sàng (%) Đá vôi Cận dưới Cận trên
Bảng 2 5:Kết quả đầm nén chưa xử lý xi măng [5]
Tên hỗn hợp Vật liệu Wo (OMC) (%) γkmax(MDD)(t/m 3 )
Hình 2 2: Kết quả CBR đối với hỗn hợp trộn [2]
Bảng 2 6: Kết quả thí nghiệm tấm ép cứng [5]
Tên hỗn hợp Sự biến dạng (mm) Chỉ số biến dạng dẻo Pdr (%)
Modun đàn hồi Mr (MPa)
Cường độ nén không giới hạn (UCS) phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm hàm lượng xi măng, mật độ hỗn hợp khô, độ ẩm, cốt liệu mịn và thời gian đóng rắn.
Hỗn hợp RA25 Hỗn hợp
Hình 2 3: Sự ảnh hưởng của xi măng đến cường độ nén [2]
Bảng 2 7: Mối quan hệ giữa độ ẩm và tỷ trọng khô với hỗn hợp đã qua xử lý xi măng [14]
Hình 2 4: Sự ảnh hưởng của độ ẩm đến CĐN [2]
Hình 2 5: Sự ảnh hưởng của cốt liệu mịn đến CĐN [2]
Khối lượng thể tích khô (t/m 3 )
Xi măng 4% Xi măng 5% Xi măng 6% Xi măng 7%
Hình 2 6: Sự ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến CĐN [2]
Bảng 2 8: Kết quả độ bền uốn [14]
Tên hỗn hợp Ngày bảo dưỡng
Cường độ kéo gián tiếp (ITS) (Mpa)
Cường độ uốn (FS) (Mpa)
Thời gian đóng rắn (ngày)
Chỉ số CBR của hỗn hợp tái chế đạt giá trị cao nhất khi hàm lượng RCA là 0% Khi hàm lượng RCA tăng lên 75%, mô đun của hỗn hợp đạt mức lớn nhất Ngược lại, biến dạng dẻo của hỗn hợp giảm xuống mức thấp nhất, chỉ còn 60% khi hàm lượng RCA đạt 100%.
Cường độ nén không giới hạn của hỗn hợp RCA được xử lý với xi măng có mối quan hệ tuyến tính với hàm lượng xi măng Đồng thời, khối lượng thể tích khô giảm khi hàm lượng RCA tăng Đặc biệt, ở độ ẩm từ 9-14%, cường độ nén của RCA xử lý xi măng đạt hiệu quả tốt nhất.
2.2.2.2 Nghiên cứu tính khả thi của BTTC cho mặt đường BTXM ở Canada
Bảng 2 9: Cấp phối cốt liệu thô của bê tông xi măng theo tiêu chuẩn cơ sở
Bảng 2 10: Cấp phối cốt liệu mịn của bê tông xi măng theo tiêu chuẩn cơ sở
Tác giả đã tiến hành nghiên cứu bằng cách trộn vật liệu tái chế RCA với đá vôi truyền thống LSA theo các tỷ lệ 0,0%, 15%, 30% và 50% RCA Các thí nghiệm được thực hiện để kiểm tra các chỉ tiêu như cường độ nén (CĐN), cường độ uốn (CĐU) và hệ số giãn nở nhiệt.
Mẫu nộn là mẫu hỡnh trụ trũn cú ỉ15x30cm theo tiờu chuẩn ASTM C39
Hình 2 7: Kết quả cường độ nén bê tông [3]
CĐN của các hỗn hợp bê tông tái chế đều đạt cường độ ở 28 ngày Sử dụng 30%RCA CĐN không ảnh hưởng
Mẫu uốn có kích thước 15x15x60cm theo tiêu chuẩn ASTM C78
Vào Cường độ thiết kế
Hình 2 8: Kết quả thí nghiệm uốn [3]
Sự phát triển của cường độ nén bê tông nhựa (CĐU) cho thấy xu hướng tương tự với cường độ nén, trong đó độ bền uốn có thể tăng lên đến 30% khi sử dụng RCA Mức tăng cường độ lớn nhất được ghi nhận từ bảy ngày đến 28 ngày tuổi, đạt 30% RCA, trong khi mức tăng cường độ của 50% RCA lại thấp hơn Kết quả cho thấy cường độ uốn cao hơn giá trị khuyến nghị của CAC, đạt từ 8-12% so với cường độ nén hoặc 0,6-0,8 căn bậc.
2 của cường độ nén [16] Giá trị cường độ uốn nằm trong khoảng 17,3% cường độ nén đối với RCA 30% và 25% cường độ nén đối với RCA 0%
Hình 2 9: Sự phát triển CĐN bê tông RCA theo thời gian [3]
Bảng 2 11: Đánh giá cường độ bê tông đúc tại chỗ [3]
CĐN có chứa 30%RCA lớn nhất và bê tông có chứ 0%RCA nhỏ nhất;
Khả năng làm việc của bê tông tái chế (RCA) giảm sau 5-10 phút, khiến hỗn hợp cứng hơn và khó thi công hơn so với cốt liệu nguyên chất Đặc biệt, độ sụt của hỗn hợp bê tông RCA cũng thấp hơn so với bê tông nguyên sinh khi tỷ lệ nước/cement (W/C) được giữ nguyên Nguyên nhân là do RCA có độ hấp thụ nước cao hơn và cấu trúc góc cạnh.
Chỉ số phát triển (0 C – giờ)
Độ ẩm của RCA làm giảm độ sụt của bê tông Bê tông chứa RCA được sấy trong lò có độ sụt thấp nhất so với bê tông chứa RCA được làm khô trong không khí hoặc bảo hòa.
Bê tông sử dụng cốt liệu tái chế (RCA) có cường độ nén thấp hơn so với bê tông sử dụng cốt liệu nguyên sinh Tỷ lệ nước trên xi măng (W/C) là yếu tố chính ảnh hưởng đến cường độ nén, trong khi các yếu tố khác bao gồm hàm lượng mịn của RCA, độ sạch của cốt liệu, và sự tương tác giữa tỷ lệ W/C và hàm lượng RCA thô cũng đóng vai trò quan trọng.
Cường độ bê tông chứa cốt liệu tái chế từ bê tông (RCA) giảm nhẹ do kích thước vật liệu nhỏ hơn 2mm so với cát tự nhiên Đặc biệt, độ bền liên kết của bê tông với RCA thấp hơn 20% so với bê tông nguyên sinh Hơn nữa, độ cứng của bê tông giảm từ 21,3 MPa với cốt liệu tự nhiên xuống còn 11,6 MPa khi sử dụng 100% RCA Sự suy giảm độ cứng này thường đi kèm với sự giảm cường độ nén.
MĐĐH giảm từ 20-30% khi sử dụng RCA;
Bê tông chứa cốt liệu tái chế (RCA) có độ co ngót lớn hơn so với bê tông sử dụng cốt liệu nguyên sinh Các yếu tố như lượng xỉ, tỷ lệ nước trên xi măng (W/C), lượng vữa còn dính trong RCA và kích thước của RCA đều có ảnh hưởng đáng kể đến độ co ngót của bê tông.
Hấp thụ nước: Bê tông chứa RCA có độ hấp thụ nước cao hơn, lượng hấp thụ nước tăng lên khi hàm lượng RCA tăng lên;
Tính thấm: Độ thấm bê tông chứa RCA tăng khoảng 10% đến 45% so với bê tông chứa cốt liệu nguyên sinh [22]
2.2.2.3 Sử dụng bê tông tái chế và gạch đất sét nghiền làm nền đường không gắn kết [23]
Theo nghiên cứu của Chi Sun Poon, Dixon Chan khoa Xây dựng và kết cấu, đại học Bách khoa Hồng Kông (2005) cấp phối hạt tuân theo tiêu chuẩn BS 882:1992 [23]
Bảng 2 12: Cấp phối cốt liệu theo tiêu chuẩn Anh BS 882: 1992 [23]
Bảng 2 13: Cấp phối cốt liệu bê tông tái chế để làm nền dưới không gắn kết mà Chi
Sun Pôn, Dixon Chan đã sử dụng [23]
Khống chế 100RCA 75RCA 50RCA
Hình 2 10: Giá trị CBR (không ngâm và ngâm 4 ngày) cho mỗi vật liệu nền
Tác giả đã thực hiện thí nghiệm với vật liệu RCA trộn không liên kết với gạch đất sét nghiền (CB) theo các tỷ lệ 100%RCA, 75%RCA và 50%RCA Các cấp phối nền được kiểm tra bằng phương pháp CBR sau khi nén chặt ở độ ẩm tối ưu, với các thử nghiệm được thực hiện cả trong điều kiện ngâm nước và không ngâm nước trong 4 ngày Kết quả cho thấy chỉ số CBR cao nhất đạt 85% với vật liệu tự nhiên, trong khi các hỗn hợp 100%RCA, 75%RCA và 50%RCA lần lượt đạt 66%, 62% và 43% Ngoài ra, giá trị CBR giảm dần khi hàm lượng CB tăng lên, với các giá trị CBR của hỗn hợp 100%RCA, 75%RCA và 50%RCA dãy II lần lượt là 38%, 40% và 35%.
Nền phụ tái chế có KLTTK thấp hơn và độ ẩm tối ưu cao hơn so nền phụ làm bằng vật liệu tự nhiên;
Khi hàm lượng gạch đất sét nghiền thô tăng lên, tỷ trọng khô tối đa giảm và độ ẩm tối ưu tăng lên;
Nền phụ sử dụng gạch đất sét nghiền vì cốt liệu mịn ít bị biến đổi độ ẩm hơn so với nền phụ sử dụng CLBTTC mịn;
Sử dụng gạch đất sét nghiền làm giảm giá trị CBR;
Nền phụ sử dụng gạch đất sét nghiền làm cốt liệu mịn có giá trị CBR thấp hơn nền phụ sử dụng CLBTTC làm cốt liệu mịn;
Khả thi khi trộn cốt liệu bê tông tái chế và gạch đất sét nghiền để tạo ra nền phụ với giá trị CBR ngâm ít nhất là 30%;
Tất cả các nền phụ tái chế có độ nở không đáng kể sau 4 ngày ngâm
2.2.2.4 Các đặc tính cấp cao của RCA và ứng dụng của chúng trong xây dựng mặt đường bê tông, Bỉ (2019) [24]
Hình 2 11: Thành phần hạt 12 cấp phối bê tông tái chế RCA [24]
Bảng 2 14: Yêu cầu cấp cao đối với hỗn hợp bê tông có hàm lượng bọt khí ≥ 3% đối với các cơ sở đường (LE) và lớp xây dựng (BF) [24]
Yêu cầu S250 LE BF Độ sụt (mm) 10-40 20-60
Phầ n trầ m lọ t sầ ng (%)
Cát Đá vôi 2 -6,3mm Đá vôi 6,3 - 20mm
Biểu đồ độ sụt và tỷ trọng của 12 lô bê tông sử dụng RCA [24]:
Hình 2 12: Biểu đồ độ sụt LE [24]
Hình 2 13: Biểu đồ độ sụt BF [24]
Sụ t (m m ) Sụt (mm)Sụt (mm)
Hình 2 14: Biểu đồ khối lượng riêng LE [24]
Hình 2 15: Biểu đồ khối lượng riêng BF [24]
Khối lượng riêng (kg/m3 ) Khối lượng riêng (kg/m3 )
Biểu đồ độ sụt của 12 hỗn hợp bê tông sử dụng RCA cho các cơ sở đường không phải lúc nào cũng nằm trong giới hạn S250 từ 10-40mm Khi tỷ lệ thay thế 40% cốt liệu thô, độ sụt của hầu hết các trường hợp đều vượt quá giới hạn trên 40mm Ngoại trừ hỗn hợp BF20 – 2, độ sụt của tất cả các hỗn hợp bê tông liên quan đến lớp xây dựng (BF) đều cao hơn nhiều so với giới hạn S250.
CĐN bê tông ở 7 ngày, 28 ngày của 12 lô bê tông sử dụng RCA
Hình 2 16: Biểu đồ CĐN nén sau 7 ngày LE [24]
Hình 2 17: Biểu đồ CĐN sau 7 ngày BF [24]
Hình 2 18: Cường độ nén sau 28 ngày LE [24]
CĐN sau 7 ngày (N/mm2 ) CĐN sau 28 ngày (N/mm2 )
Hình 2 19: CĐN sau 28 ngày BF [24]
Cường độ nén sau 7 và 28 ngày của tất cả các hỗn hợp đều đáp ứng yêu cầu cấp cao của S250, ngoại trừ lô 7 với tỷ lệ thay thế 20% và 40%, cùng với lô 12 có tỷ lệ thay thế 40% cho lớp xây dựng Đối với hỗn hợp cơ sở đường, không có sự khác biệt rõ ràng giữa hai tỷ lệ thay thế, trong khi đối với hỗn hợp lớp xây dựng (BF), cường độ nén thấp hơn ở tỷ lệ thay thế 40% Cường độ nén của RCA hầu như không khác biệt so với NAC trong hầu hết các hỗn hợp liên quan đến lớp xây dựng.
2.2.2.5 Chất kết dính xỉ kiềm xi măng trong hỗn hợp BTCLTC ứng xử cơ học của nó (Tập 11 số 5 tháng 09 năm 2017, Tạp chí KHCNXD)[25]
Bảng 2 15: Vật liệu sử dụng trong hỗn hợp bê tông [25]
Lượng vật liệu cho 1m 3 bê tông, (kg)
NaOH 32% Đá dăm Đá RCA
Cát RCA CĐN sau 28 ngày (N/mm2 )
ĐƯỜNG CẤP PHỐI THIẾT KẾ
Chọn đường cấp phối được lựa chọn ngẫu nhiên trong miền cấp phối theo tiêu chuẩn TCVN 8858 : 2011
Bảng 3 1: Thành phần cấp phối thiết kế [5]
Miền cấp phối đá dăm Dmax 31,5 Cận dưới Cận trên
Hình 3 1:Đường cong cấp phối lựa chọn.
LỰA CHỌN CỐT LIỆU
3.2.1.1 Cốt liệu đá cấp phối từ mỏ đá tự nhiên
Hình 3 2: Cốt liệu sử dụng cho đề tài
Cốt liệu đá dăm được khai thác từ mỏ đá Thuận Lập Ấp 6, Bà Rịa Vũng Tàu, bao gồm cốt liệu đá dăm cấp phối nghiền từ đá núi có nguồn gốc macma hoặc biến chất, cụ thể là loại Granite Cốt liệu thô có kích thước lọt sàng 31,5mm và nằm trên sàng 4,75mm, trong khi cốt liệu mịn có kích thước hạt lọt qua sàng 4,75mm.
Biểu đồ thành phần hạt
Cận dướiCận trên Đường cấp phối
Hình 3 4: Cốt liệu RCA cho đề tài
CLBTTC được sản xuất từ bê tông khối lập phương 15x15x15 cm với Mác 300 daN/cm² tại Công ty Cổ Phần Xây Dựng Nam Nguyên, tọa lạc tại Trạm trộn KCN huyện Đất Đỏ, Bà Rịa Vũng Tàu Thành phần cốt liệu của sản phẩm này tương tự như đá dăm cấp phối.
Hình 3 3: Quá trình tạo cốt liệu tái chế
Hỗn hợp được nghiên cứu bao gồm các tỷ lệ 0%RCA, 25%RCA, 50%RCA, 75%RCA và 100%RCA, kết hợp với đá dăm tự nhiên Thành phần hạt của hỗn hợp được phối trộn theo tiêu chuẩn Dmax 31,5 (TCVN 8858: 2011).
Bảng 3 2: Yêu cầu kỹ thuật cho hỗn hợp cốt liệu RCA [5]
Phương pháp thử Lớp móng trên
1 Độ mài mòn Los Angeles, %
2 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % [27] ≤18
3 Hàm lượng hữu cơ, % [27] ≤2 TCVN 8941: 2011
Hình 3 5: Mài mòn Los Angeless
Hình 3 6: Hàm lượng thoi dẹt
Hình 3 8: Hàm lượng muối Sunfat
Hình 3 7: Hàm lượng hữu cơ
Bảng 3 3: Kết quả thí nghiệm các hỗn hợp cấp phối
TT Các chỉ tiêu Tỷ lệ trộn với RCA Kết quả Yêu cầu
1 Độ mài mòn Los Angeles, % [17]
2 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % [17]
Không chảy, không dẻo Max.6
Hình 3 10: Xi măng Nghi Sơn PCB 40
Bảng 3 4: Yêu cầu kỹ thuật của xi măng Nghi Sơn PCB 40 [5]
≥40 Thời gian đông kết, phút [7]:
Bề mặt riêng, PP Btaine, cm 2 /g
≥2800 Độ ổn định thể tích, xác định theo PP La ≤10
Hàm lượng SO3, % [9] ≤3,5 Độ nở Autociave, % [29] ≤0,8
Hình 3 11: CĐN xi măng 3 ngày và 28 ngày
Hình 3 12: Thí nghiệm độ dẻo tiêu chuẩn, thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết
Hình 3 13:Xác định độ nghiền mịn
Hình 3 14: Xác định độ ổn định thể tích
Bảng 3 5: Kết quả thí nghiệm của XM
Tên chỉ tiêu Kết quả
PCB40 Cường độ chịu nén, N/mm 2 (MPa) [6]:
24,4 47,2 Thời gian đông kết, phút [7]:
168 Độ nghiền mịn, xác định theo [8]:
Phần còn lại trên sàng 0,08mm, %
Bề mặt riêng, phương pháp Btaine, cm 2 /g
4291 Độ ổn định thể tích, xác định theo phương pháp La
Hàm lượng anhydric sunphuric (SO3), % [9] 1,72 Độ nở Autociave, % [29] 0,2
Nước được chọn là nguồn nước thủy cục
Bảng 3 6: Yêu cầu của nước [5]
Hình 3 16: Thí nghiệm hàm lượng ion Cl -
Hình 3 17: Thí nghiệm hàm lượng SO 4 2-
Hình 3 18: Thí nghiệm hàm lượng muối hòa tan (TDS).
Hình 3 19: Thí nghiệm hàm lượng cặn không tan (TSS)
Bảng 3 7: Kết quả thí nghiệm nước
Chỉ tiêu Kết quả Yêu cầu kỹ thuật
THIẾT KẾ CẤP PHỐI
3.3.1 Thiết kế cấp phối bằng phương pháp đầm nén tiêu chuẩn
Bộ sàng tiêu chuẩn: sàng vuông theo ASTM C88 gồm 1 bộ, kích thước mắt sàng 50mm, 37,5mm, 31,5mm, 25mm, 19,0mm, 9,5mm, 4,75mm, 2,63mm, 0,425mm, 0,075mm
Hình 3 20: Bộ sàng tiêu chuẩn
Cân điện tử gồm 2 cái: Một cân 15kg, độ chính xác ±1g và một cân 800g, độ chính xác 0,01g
Chày đầm cải tiến bằng thép có khối lượng 4,536 ±0,009kg
Hình 3 23: Đầm chày và cối cải tiến
Hình 3 21: Cân điện tử 30000g sai số 1g và cân điện tử
Hình 3 22: Bếp ga mini và một số dụng cụ khác
• Khuôn hình trụ bằng thép có D = 152,4 ± 0,66mm, cao h = 116,43 ± 0,13mm
3.3.1.2 Trình tự gia công mẫu
Trình tự chuẩn bị vật liệu và đúc mẫu hỗn hợp cấp phối theo tiêu chuẩn hiện hành ở Việt Nam (22TCN 333 : 2006) [30]
Cốt liệu được làm khô ngoài tự nhiên hoặc được sấy trong tủ, nhiệt độ duy trì không quá 60 o C;
Dùng sàng 19,0mm để loại bỏ hạt quá cỡ;
Xi măng được chọn 5% và 7% theo khối lượng;
Trộn hỗn hợp cấp phối với xi măng và lượng nước tối ưu, sau đó cho vào cối đầm Tiến hành đầm 5 lớp, mỗi lớp sử dụng 56 chày đầm Sau khi hoàn tất quá trình đầm, mẫu được tạo hình và sử dụng máy ép thủy lực để tháo mẫu, sau đó tiến hành bảo dưỡng.
3.3.2 Thí nghiệm hỗn hợp cấp phối CLBTTC
3.3.2.1 Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu Đá dăm, RCA phải có chất lượng phù hợp [5] Tiến hành thí nghiệm và đối chiếu với tiêu chuẩn, nếu cốt liệu không đạt yêu cầu thì phải thay thế
3.3.2.2 Chuẩn bị cốt liệu để đúc mẫu thí nghiệm
Hỗn hợp cấp phối cốt liệu bê tông tái chế gia cố xi măng cần được đầm theo phương pháp đầm nén tiêu chuẩn Để thực hiện thí nghiệm, cần chuẩn bị 4 tổ mẫu, mỗi tổ gồm 3 mẫu, bao gồm 3 mẫu để xác định CĐN, 3 mẫu cho thí nghiệm ép chẻ, 3 mẫu thí nghiệm MĐĐH và 3 mẫu để kiểm tra co ngót Tổng cộng, mỗi hỗn hợp cấp phối yêu cầu 12 mẫu.
Chuẩn bị cốt liệu và xi măng là bước quan trọng trong quá trình xây dựng Cốt liệu cần được phơi khô và sàng qua bộ sàng tiêu chuẩn để phân loại hạt riêng biệt Sau đó, các cỡ hạt sẽ được trộn theo cấp phối đã chọn, kết hợp với 5% hoặc 7% xi măng để tạo thành 10 hỗn hợp cấp phối cốt liệu khác nhau.
Trộn cốt liệu bê tông tái chế với đá dăm cấp phối tự nhiên và đầm nén tiêu chuẩn
Để xác định lượng nước tối ưu, cần thực hiện đầm nén tiêu chuẩn và từ từ thêm nước cho đến khi đạt được khối lượng thể tích tối đa (KLTTK) Sau đó, lấy mẫu từ khối đầm để xác định lượng nước tối ưu, mà chính là hàm lượng nước cần dùng.
❖ Cho nước vào cốt liệu
Tiến hành phối trộn các cấp phối xi măng 5% và 7% theo khối lượng, sau đó thêm nước và trộn đều Để xác định độ ẩm tối ưu, cần đầm tối thiểu 5 cối cho mỗi cấp phối, với khối lượng cần thiết cho mỗi cối là 7kg (đầm cải tiến).
Cho lượng nước phù hợp vào từng phần mẫu theo thứ tự tăng dần, với độ ẩm các phần cách nhau khoảng 1,5 lần Thêm 1% phụ gia SK 1000 theo khối lượng xi măng, trộn đều và đậy kín mẫu trong xô trong 2 giờ trước khi tiến hành đầm nén.
Hình 3 25: Xác định KLTTK lớn nhất và độ ẩm tối ưu với tỷ lệ 5% xi măng
Hình 3 26: Đầm nén xác định KLTTK lớn nhất và độ ẩm tối ưu với tỷ lệ 7% xi măng
Để thực hiện quá trình đầm nén mẫu, trước tiên cần chuẩn bị và vệ sinh cối đầm, sau đó lắp giám cối vào đế thép để cố định Tiến hành đầm nén mẫu với độ ẩm xác định ban đầu, sau đó tăng dần độ ẩm cho đến khi khối lượng cối đầm giảm, lúc này sẽ kết thúc quá trình Mỗi lần đầm nén, cần thêm khoảng 1.5% - 2% độ ẩm so với khối lượng mẫu.
Chiều dày mỗi lớp đầm được xác định bởi số lớp đầm, với chiều cao cối là 117mm Sau khi hoàn tất quá trình đầm, yêu cầu là chiều dày của mẫu phải cao hơn chiều cao cối đầm 10mm.
Cân khối lượng cối M (g) Lắp đặt cối với đế khít nhau, để nơi có mặt bằng bằng phẳng;
Hình 3 27: Cân xác định khối lượng cối
Cho cốt liệu vào cối và dàn đều, sau đó dùng chày đầm nhẹ để giữ cho cốt liệu không bị rời rạc Đầm lớp đầu tiên bằng 56 chày, và tiếp tục đầm các lớp tiếp theo tương tự cho đến khi hoàn thành 5 lớp.
Tháo đai và dùng thước gạt phẳng bề mặt cối, cho lên cân xác định khối lượng cối và mẫu M1(g)
Lấy 500g cốt liệu trong cối đầm đem đi sấy xác định độ ẩm W (%)
Quá trình đầm nén kết thúc khi khối lượng cối giảm; nếu chưa giảm, cần tiếp tục đầm nén Các mẫu còn lại thực hiện theo trình tự tương tự.
❖ Tính toán kết quả đầm nén
Công thức tính toán độ ẩm:
Công thức tính độ ẩm của mẫu được biểu thị bằng: w = (b - c) × 100, trong đó w là độ ẩm (%), a là khối lượng mẫu ướt và khay với sai số 0,01 g, b là khối lượng mẫu khô và khay với sai số 0,01 g, và c là khối lượng khay giữ ẩm với sai số 0,01 g.
Công thức tính khối lượng thể tích ướt:
Hình 3 28: Xác định khối lượng mẫu đầm nén
Hình 3 29: Xác định độ ẩm γw là KL thể tích ướt (g/cm 3 ); m1 là KL của mẫu và khuôn, g; m là KL khuôn, g; v là thể tích khuôn, cm 3 y = -0,0076x 2 + 0,092x + 2,0383 2,230
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
Hình 3 30: Biểu đồ quan hệ giữa dung trọng khô của hỗn hợp với hàm lượng 5% xi măng y = -0,0069x 2 + 0,0828x + 2,0766 2,245
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
Hình 3 31: Biểu đồ quan hệ giữa dung trọng khô của hỗn hợp với hàm lượng 7% xi măng
Bảng 3 8: Độ ẩm tối ưu và KLTTK lớn nhất của các hỗn hợp
Wo(%) γmax(g/cm 3 ) Wo(%) γmax(g/cm 3 )
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
KLTT khô (g/cm 3 ) Độ ẩm (%)
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CẤP PHỐI CỐT LIỆU BÊ TÔNG TÁI CHẾ GIA CỐ XI MĂNG THÔNG QUA CÁC THÍ NGHIỆM
THÍ NGHIỆM NÉN
Xác định cường độ nén tối đa lên mặt phẳng mẫu hình trụ Lực nén đạt đến giá trị cực đại
Máy nén cần có năng lực đủ mạnh và được gắn tem hiệu chuẩn định kỳ từ đơn vị uy tín Thước kẹp và đệm chuyền tải phải được làm từ thép phẳng nhẵn, có độ dày tối thiểu 20±2mm Diện tích của tấm đệm chuyền tải ít nhất phải bằng diện tích của viên mẫu.
Máy nén sử dụng đẻ nén mẫu cho luận văn là máy kéo nén đa năng Kason 1000kN
Một tổ mẫu gồm 3 viên có đường kính D2mm và chiều cao H7mm được chế tạo theo tiêu chuẩn 22TCN 333: 2006 Sau khi giữ ẩm trong 7 ngày và ngâm nước thêm 7 ngày, mẫu sẽ được đem đi nén Để đảm bảo kết quả nén chính xác, bề mặt mẫu cần được làm phẳng bằng Sika grout 214 – 11 trước khi tiến hành nén.
Một số hình ảnh gia công làm phẳng mặt mẫu:
4.1.4 Tiến hành thử Đo đường kính viên mẫu chính xác đến 1mm để xác định diện tích của mẫu, diệt tích viên mẫu là trung bình cộng của diện tích mặt trên và mặt dưới: A=ΠD 2 (mm 2 ); Đặt mẫu lên tấm đệm thép sao cho mặt trên và mặt dưới đồng tâm, vận hành máy chạy với tốc độ (6±1) kPa/s hoặc với tốc độ 3mm/min, lấy giá trị nén nhân với hệ số 0,96 để quy ra mẫu lập phương 150x150x150mm
D là đường kính mẫu D2mm
P là lực nén phá hủy (kN)
A là diện tích mặt của mẫu (mm)
Một số hình ảnh thí nghiệm:
Hình 4 1: Làm phẳng mặt bằng SikaGrout 214-11
Hình 4 3: Mẫu sau khi chế bị
Bảng 4 2: Kết quả nén của hỗn hợp cấp phối
(mm) hệ số quy đổi P (kN) R (MPa) R tb
Hình 4 5: Kết quả nén hỗn hợp tái chế
Kết quả từ phân tích CĐN mẫu của hỗn hợp tái chế cho thấy CĐN có xu hướng tăng dần từ 100% RCA đến 0% RCA, với độ chênh lệch không đáng kể giữa các hỗn hợp cấp phối Ở tỷ lệ xi măng 5% và 7%, CĐN của các hỗn hợp không có sự khác biệt rõ rệt, nhưng tại 0% RCA, sự khác biệt trở nên rõ ràng CĐN đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn TCVN 8858: 2011, với giá trị CĐN cao hơn nhiều so với yêu cầu.
THÍ NGHIỆM ÉP CHẺ [31]
Xác định khả năng chịu kéo của vật liệu được thực hiện thông qua thí nghiệm ép chẻ, trong đó lực nén cực đại sẽ chia mẫu thành hai nửa theo mặt phẳng thẳng đứng.
Máy kéo nén đa năng LWD 100kN, tốc độ nén được điều chỉnh bằng phần mềm
Bộ gá bằng thép có tấm truyền tải có chiều rộng 12,7±0,3m có một mặt cong về phía mẫu (hình 4.6)
Sau khi bảo quản, mẫu thử cần được vớt ra và để khô trước khi tiến hành thí nghiệm Tổ mẫu bao gồm 3 viên mẫu, trên đó kẻ hai đường sinh đối diện qua tâm mẫu, đo chính xác đến 1mm để xác định diện tích chịu kéo khi ép Bên cạnh đó, tấm đệm truyền phải được làm sạch trước khi tiếp xúc với mẫu.
Cài đặt tốc độ từ 0,10 (N/mm²)/phút đến 0,70 (N/mm²)/phút cho đến khi mẫu bị phá hoại, với thời gian thí nghiệm không vượt quá 30 giây Lực nén tối đa được ghi nhận là lực phá hủy của mẫu.
𝜋 ℎ 𝑑; (4.3) Trong đó: rkc: Cường độ kéo khi ép chẻ (MPa) p: Lực phá hủy mẫu (N) h: Chiều cao mẫu (mm) d: Đường kính mẫu (mm)
Hình 4 6: Xác định cường độ ép chẻ
Bảng 4 3: Kết quả ép chẻ của hỗn hợp tái chế
Tên mẫu d (mm) h(mm) p (kN) r kc từng viên
Hình 4 7: Kết quả ép chẻ của hỗn hợp tái chế
Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ ép chẻ của hỗn hợp tăng dần từ 100% RCA đến 0% RCA, với độ chênh lệch cường độ ép chẻ giữa các hỗn hợp không quá lớn Cường độ ép chẻ ở hỗn hợp có tỷ lệ xi măng 7% chỉ cao hơn một chút so với các hỗn hợp có tỷ lệ xi măng 5% So với tiêu chuẩn TCVN, các kết quả này cho thấy tính khả thi của việc sử dụng RCA trong các hỗn hợp bê tông.
8858 : 2011 thì có thể dùng cho lớp móng đường ô tô Giá trị cường độ ép chẻ cao hơn nhiều so với yêu cầu.
THÍ NGHIỆM MÔ ĐUN ĐÀN HỒI [32]
Tính toán khả năng chống biến dạng của vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực
Máy nén sử dụng đẻ nén mẫu cho luận văn là máy kéo nén đa năng Kason 1000kN, tấm đệm, khuôn tạo mẫu;
Bộ gá bằng nam châm vĩnh cửu và đồng hồ đo biến dạng sai số 0,001mm
Cường độ ép chẻ (MPa)
Mẫu được chuẩn bị giống như mẫu nén
Mẫu sau khi được vớt ra, gia công mặt tiến hành đo kích thước chính xác đến 0,01mm;
Lấy giá trị CĐN để tính toán MĐĐH của vật liệu;
Lắp đặt đồng hồ đo chuyển vị lên mẫu sao cho các đồng hồ cách đều nhau đặt mẫu lên tấm đệm và đưa vào vị trí nén
H là chiều cao mẫu, mm
P là lực tác dụng, kN Đường kính mẫu phải lớn hơn cỡ hạt lớn nhất dmax (D≥dmax) D = 117mm
Để kiểm tra sự ổn định của ba chuyển vị kế, cần tạo một lực nhỏ, với điều kiện rằng sự chuyển vị không vượt quá 10% thì được coi là ổn định Điều chỉnh ba vị kế có số đo ban đầu giống nhau, thực hiện nén với tốc độ 3mm/phút hoặc 6±1kPa/s cho đến khi đạt tải trọng quy định P Giữ áp lực p cho đến khi biến dạng ổn định, sau đó ghi số đo của ba vị kế L1 Tiếp theo, dỡ tải cho đến khi ổn định và đọc giá trị biến dạng đàn hồi L2 Lặp lại thí nghiệm để đảm bảo tính chính xác.
Bảng 4 4: Kết quả MĐĐH của hỗn hợp tái chế
Tên mẫu Áp lực nén (MPa)
Biến dạng phục hồi (mm)
Chiều cao mẫu (mm) E (MPa) E trung bình (MPa)
Hình 4 9: Kết quả MĐĐH của hỗn hợp tái chế
Từ kết quả cho ta thấy MĐĐH của hỗn hợp tăng dần từ 100%RCA đến 0%RCA Độ chênh lệch MĐĐH ở các hỗn hợp cấp phối là không nhiều MĐĐH
Mô đun đàn hồi E (MPa)
5%XM7%XM của các hỗn hợp 7% XM nhỉnh hơn so với các hỗn hợp 5% XM.
THÍ NGHIỆM CO NGÓT [33]
4.4.1 Mục đích Độ co ngót của vật liệu là trị số biến dạng tương đối của hỗn hợp cốt liệu vì thể tích giảm sút và hỗn hợp cốt liệu đông cứng dần Độ co ngót là nguyên nhân chính gây ra nứt trong các hỗn hợp có chứa xi măng
Máy đo chính xác đến 0,001mm, chốt gắn vào mẫu, nhiệt kế;
Keo Sikadur 731, đinh đóng, búa, thước
Một tổ mẫu gồm 3 viên mẫu có kích thước 100x100x400mm (TCVN 3105 :
Theo tiêu chuẩn 22TCN 333:2006, để thực hiện công đầm nén mẫu, cần xác định số lớp đầm nén và số chày đầm cho mỗi lớp trên diện tích cố định Với kích thước cối có đường kính D2 và chiều cao H7mm, ta tính toán số lớp đầm nén và số chày đầm nén cho mẫu có kích thước 100x100x400mm.
Bảng 4 5: Tính toán số lớp đầm và chày đàm cho khuôn mẫu 100x100x400mm
Khuôn đầm nén theo 22TCN 333 :
06 Khuôn đúc mẫu theo TCVN 3105 : 1993 Đường kính
Sau khi đúc mẫu, tháo khuôn và đặt mẫu vào vị trí ẩm cao để đông cứng, tiếp theo là gắn chốt Mẫu cần được đặt thẳng đứng, với một đầu chốt tiếp xúc với đầu đo và đầu còn lại kết nối với máy đo Xoay chốt để ổn định đầu đo và ghi lại giá trị đo ban đầu sau 1 ngày Tiếp tục thực hiện tương tự cho hai mẫu còn lại và đo số liệu sau 1, 3, 14, 28, 52 ngày cho đến khi kết thúc, với thời gian tối thiểu là 120 ngày.
∆Lt là khoảng chênh lệch theo thời gian giữa các chốt đo tại một thời điểm so với ban đầu, mm l là độ dài chốt trên và dưới, m
Một số hình ảnh thí nghiệm co ngót
Hình 4 10: Khuôn đúc mẫu đo co ngót
Hình 4 11: Thí nghiệm đo co ngót
Bảng 4 6 Kết quả đo co ngót với tỷ lệ 5% xi măng theo thời gian
Cấp phối Độ co ngót với tỷ lệ 5% xi măng (mm/m)
Hình 4 12 Biểu đồ co ngót với tỷ lệ 5% xi măng Bảng 4 7 Kết quả đo co ngót với tỷ lệ 7% xi măng theo thời gian
Hình 4 13 Biểu đồ co ngót với tỷ lệ 7% xi măng
Kết quả đo co ngót cho thấy độ co ngót của cả hai tỷ lệ xi măng 5% và 7% là không đáng kể Tuy nhiên, hỗn hợp có hàm lượng xi măng 7% có độ co ngót nhỉnh hơn so với hỗn hợp chứa 5% xi măng.
100%RCA75%RCA50%RCA25%RCA0%RCA