II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nguyên liệu: Bùn đỏ đuôi quặng Bảo Lộc- Lâm Đồng thay thế một phần cốt liệu nhỏđổ BTXM làm đường.. Một số nhà thầu đã trang bị các loại thiết bị hiện đại, đủ
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Vấn đề đầu tiên chúng ta quan tâm đó là việc ô nhiễm môi trường do phế thải bùn đỏ Với một trữ lượng lớn 5,4 tỷ tấn quặng Bauxite nằm trong lòng đất đang được tiến hành khai thác sẽ làm thay đổi lại bộ mặt kinh tế của Tây Nguyên vốn cho là ở mức thấp so với cả nước Nhưng bên cạnh cái lợi ích trước mắt thì vấn đề môi trường là một trở ngại lớn cho việc quyết định đưa quặng bauxite vào khai thác do lượng chất thải khổng lồ không thể tránh khỏi trong quá trình tiến hành dự án bauxite bao gồm :
Từ khâu khai thác bauxite, khối lượng chất thải rắn rất lớn, bình quân lượng đất đá phủ phải bốc lên và đổ thải 1m 3 /tấn bauxite;
Từ khâu tuyển quặng bauxite, lượng chất thải bình quân 1tấn/tấn quặng nguyên khai;
Từ khâu tuyển alumina lượng chất thải (gồm bùn đỏ, bùn oxalate, và nước thải) bình quân >2m 3 /tấn;
Hình 1.1: Quá trình khai thác Hình 1.2:Bùn đỏ thải ra đầy các hồ quặng Bauxit gây ô nhiễm môi trường Đây chính là nguyên nhân gây nên các biến đổi dị thường về thời tiết và khí hậu khu vực miền trung có nguy cơ sẽ xẩy ra gay gắt hơn, hạn hán sẽ kéo dài hơn, lũ quét sẽ xẩy ra thường xuyên hơn Theo ước tính thiệt hại do các biến đổi dị thường về thời tiết hiện nay đã tới 4000-5000 tỷ đ/năm [1].
Vấn đề thứ hai là việc xây dựng đường giao thông BTXM là một đòi hỏi bức thiết đang được nhà nước rất quan tâm Tuy đầu tư ban đầu cho làm đường BTXM cao hơn đường nhựa, nhưng theo các chuyên gia, do vòng đời khai thác lâu, nên tính ra chi phí làm đường BTXM vẫn rẻ hơn so với giá thành đầu tư làm đường nhựa T.S Hoàng Hà, Vụ trưởng Vụ Khoa học Công nghệ (Bộ GTVT) cho biết: do đường nhựa cần thường xuyên duy tu, bảo dưỡng định kỳ, nên giá thành quy đổi theo chi phí vòng đời khai thác của mặt đường BTXM rẻ hơn 20- 25% Năm nay cả nước sẽ có thêm 18 nhà máy sản xuất xi-măng đi vào hoạt động, đưa tổng công suất xi-măng lên gần 50 triệu tấn/năm và dự kiến đến năm 2010 sản lượng xi- măng dư thừa khoảng 5 đến 7 triệu tấn Ðây sẽ là nguồn nguyên liệu chính, dồi dào để mỗi năm có thể xây dựng hàng trăm km đường BTXM Thêm vào đó nguồn vật liệu như đá, cát, sỏi vốn rất có sẵn ở nhiều nơi, cộng thêm nguồn lao động dồi dào, đội ngũ kỹ sư, cán bộ kỹ thuật, công nhân được đào tạo bài bản, có kinh nghiệm trong thiết kế, thi công, bảo dưỡng hoàn thiện bề mặt một số đoạn đường BTXM Một số nhà thầu đã trang bị các loại thiết bị hiện đại, đủ khả năng thi công cơ giới hóa toàn bộ quá trình xây dựng mặt đường BTXM chất lượng cao, đủ các loại máy móc cần thiết thi công theo phương pháp cơ giới kết hợp thủ công đối với những đoạn mặt đường BTXM ở những nơi địa hình chật hẹp[2].
Hơn nữa đề tài nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ để chế tạo ra các loại vật liệu xây dựng đã được triển khai từ trước và mang lại kết quả khả quan Nên kết hợp hai vấn đề về bùn đỏ và đường BTXM giao thông đây là một đề tài thiết thực, có khả năng thực thi áp dụng vào thực tế, vừa đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật, giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường vừa đáp ứng được mục tiêu kinh tế đề ra.
Xuất phát từ những khía cạnh trên, đề tài: “Ảnh hưởng của phụ gia bùn đỏ đến các tính chất của bê tông làm đường giao thông ” là điều cần thiết, nó góp phần vào việc thiết lập cơ sở hạ tầng trong công cuộc đổi mới và phát triển kinh tế của đất nước.
1.2.1.Quá trình hình thành quặng Bauxite
Bauxite là một loại quặng chứa hydroxit nhôm và sắt, được đặt tên theo ngôi làng Les Baux ở miền Nam nước Pháp, nơi nó được nhà địa chất Pierre Berthier tìm thấy lần đầu tiên vào năm 1821 Bauxite được hình thành trong điều kiện khí hậu nhiệt đới do nước mưa cuốn trôi chất silica trong đá có chứa nhôm còn được gọi là đá phún xuất có thể rất cứng, nhưng thường thì mềm và giống như đất sét.
Bauxite chứa một hoặc nhiều khoáng chất gibbsite, boehmite, và diaspore.
Quặng bauxite cũng có thể chứa một số tạp chất khác như ôxít sắt ba (Fe2O3), oxít silic (SiO2), oxít titan (TiO2), và khoáng sét Bauxite có thể có nhiều màu nâu vàng, nâu đỏ hay xám trắng, nhưng thường thì có ít nhiều màu đỏ tùy theo hàm lượng ôxít sắt ba (Fe2O3) Bauxite có thể hiện diện dưới dạng hạt (rời hoặc kết dính) hay dạng khối (tảng đá xốp).
Quặng bauxite có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm thảm, túi, lớp và tích tụ Thảm bauxite là những lớp bằng phẳng và liên tục, thường nằm gần bề mặt đất, với độ dày trung bình từ 4 đến 6 mét Túi bauxite là những khoang nằm dưới lòng đất, có độ sâu có thể lên tới 30 mét Lớp bauxite là những thảm hoặc túi bauxite bị các lớp đất bên trên ép xuống và nén chặt Tích tụ bauxite thì khá hiếm, hình thành do sự tích tụ của bauxite bị xói mòn từ các dạng khác.
Phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt.
Làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm.
Xói mòn và tái tích tụ bauxite Quá trình này chịu ảnh hưởng của một vài yếu tố chính như : Đá mẹ chứa các khoáng vật dễ hòa tan và các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt, độ lỗ hổng có hiệu của đá cho phép nước thấm qua, có lượng mưa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nước tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn. o Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc thành tạo hai loại mỏ bauxit:
Loại phong hóa: được hình thành do quá trình laterit hóa chỉ diễn ra trong điều kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat:granit, gneiss, bazan, syenite và đá sét Khác với quá trình hình thành laterit sắt, sự hình thành bauxite đòi hỏi điều kiện phong hóa mạnh mẽ hơn và điều kiện thủy văn thoát nước rất tốt cho phép hòa tan và rửa trôi kaolinite và hình thành lắng đọng nên gibbsit Dạng tồn tại chủ yếu của hydroxit nhôm trong bauxit laterit chủ yếu là gibbsite.
Loại trầm tích có chất lượng tốt và có giá trị công nghiệp Loại này được hình thành bằng con đường phong hóa laterit trên nền đá cacbonat như đá vôi và dolomit xen kẽ các lớp kẹp sét tích tụ do phong hóa sót hay do lắng đọng phần khoáng vật sét không tan khi đá vôi bị phong hóa hóa học. o Theo nguồn gốc tạo thành địa chất, bauxite được chia làm hai loại: Bauxite laterite và bauxite karsite Bauxite laterite được tạo thành tạo từ quá trình phong hoá đá bazan, chiếm khoảng 90% trữ lượng bauxite của thế giới, thành phần chủ yếu là gibbxite, Bauxite karsite được tạo thành trên nền đá vôi, chiếm khoảng 10% trữ lượng bauxite của thế giới[23,24].
Bauxite consists primarily of three main forms: gibbsite (Al(OH)3), boehmite (γ-AlO(OH)), and diaspore (α-AlO(OH)) These minerals coexist with iron oxide minerals (goethite and hematite), clay minerals (kaolinite), and occasionally anatase (TiO2).
Gibbsite (Al(OH)3) là một khoáng vật có thành phần hóa học bao gồm Al2O3: 65,40% và H2O: 34,60% Độ cứng của Gibbsite là 2,5-3,5 và tỷ trọng là 2,43 Quá trình hình thành Gibbsite gắn liền với sự phá hủy và thủy phân các silicate nhôm, đặc biệt trong môi trường khí hậu nóng ẩm tại các vùng nhiệt đới và á nhiệt đới.
Diaspore α-AlO(OH), có thành phần hoá học là: Al 2 O 3 : 85%, H 2 O: 15%, độ cứng 6-7, tỷ trọng 3,3-3,5 Diaspore được tạo thành trong quá trình kiềm tích hoặc biến chất.
Boehmite γ-AlO(OH) có thành phần hoá học là: Al 2 O 3 : 84,9%, H 2 O: 15,1%, độ cứng 3,5 , tỷ trọng 3,01-3,06 Boehmite thường đi kèm với diaspore và gibbsite được hình thành trong quá trình ngoại sinh và có cả nguồn gốc nhiệt dịch nhiệt độ thấp.
Gibbsit là hydroxit nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm ôxít Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nước nhanh[23,25].
Bảng 1.1: Tính chất thành phần khoáng của Bauxite
Khoáng chất Gibbsite Boehmite Diaspore Công thức hoá học Al(OH)3 γ-AlO(OH) α-AlO(OH) Hàm lượng alumina tối đa (%) 65,4 85,0 85,0
Hệ tinh thể Đơn tà Trực thoi Trực thoi
Thành phần hóa học chủ yếu (quy ra ôxít) là Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, TiO2, MgO trong đó, hyđrôxit nhôm là thành phần chính của quặng [23].
Bauxite có thành phần hoá học chứa trong các khoáng vật cơ bản như sau:
Thành phần hoá học: Thành phần khoáng vật:
Boemite :- Al 2 O 3 H 2 O Gibbsite :- Al2O3.3H2O - SiO 2 : 0.5-10 % - Kaolinite : Al 4 (OH) 8 SiO 2 O 10
Geotite : -Fe2O3.H2O -TiO 2 : 4-11 % - Anatas: TiO 2
- H 2 O: 10-34% - Diaspore, boemite, gibbxite, kaolinite,geotite - Các nguyên tố đi kèm và các tạp chất: Mn, P, V, Cr, Ni, Ga, Ca, Mg, C
Bùn đỏ
1.3.1 Giới thiệu về bùn đỏ
- Bùn đỏ là tên gọi một sản phẩm chất thải của công nghệ Bayer, phương pháp chủ yếu được áp dụng trong quá trình tinh luyện bauxit để sản xuất nhôm.
+ Trong bùn đỏ chứa nhiều kim loại nặng rất độc hại đối với con người như chì, crôm, thạch tín Màu đỏ là do hiện nay sắt bị oxy hoá, có thể chiếm đến 60% khối lượng của bùn đỏ.
+ Bauxit có thể hiện diện ở dạng rời hạt (hoặc kết dính) hay dạng khối (tảng đá xốp) được tìm thấy ở dạng thảm, túi, lớp hoặc tích tụ và hầu hết các dạng này đều lộ thiên hoặc nằm sát mặt đất.
Hình 1.4.Bauxit dạng khối Hinh1.5.Bauxit dạng rời
* Quá trình sản xuất nhôm từ bauxit sản sinh ra bùn đỏ.
Hình 1.6: Quá trình sản xuất oxit nhôm từ quặng bauxit sản sinh ra bùn đỏ
Công nghệ Bayer Al(OH)3
Bùn đỏ (Red mud) Chiếm tỉ lệ 1– 1.5 tấn/tấn Al(OH)3
Tinh luyện ( tuyểnnổi-làm giàu) Đất thải màu đỏ(Bùn đỏ đuôi quặng)
Trong thành phần của bauxit chứa các khoáng chính như sau:
Bảng 1.3: Các khoáng có trong bauxit
Gibbsite Al2O3.3H2O Boehmite Al2O3.3H2O : tồn tại dưới dạng γ-AlO(OH) tinh thể trực thoi Diaspore Al2O3.3H2O : tồn tại ở dạng α-AlO(OH) tinh thể trực thoi Hematite Fe2O3
Anatase TiO2tạo mạng 4 phương tâm khối Rutile TiO2tạo mạng tứ phương tâm khối Brookite TiO2tạo mạng trực thoi
Halloysite Al2O3.2SiO2.3H2O Kaolinite Al2O3.2SiO2.2H2O Quartz SiO2
- Có 2 loại bùn màu đỏ liên quan đến khai thác bauxit laterit và sản xuất alumin mà không ít người vẫn nhầm là một loại.
+ Loại thứ nhất xuất hiện khi tuyển rửa quặng bauxit nguyên khai (tuyển rửa bằng nước) thành quặng tinh Loại bùn đất này tuy cũng có màu đỏ nhưng thuật ngữ chuyên môn gọi là bùn thải đuôi quặng Đề tài sẽ dùng loại bùn đỏ này.
+ Loại thứ hai sinh ra trong quá trình sản xuất alumin từ bauxit theo công nghệBayer và có tên là bùn đỏ (Red Mud) Quy trình Bayer có sử dụng xút (NaOH) nên bùn đỏ là loại chất thải công nghiệp độc hại Độ pH trong loại bùn đỏ của Nhà máy sản xuất nhôm Ajka Timfoldgyar (Hungary) đạt đến trị số 13, nghĩa là có độ kiềm cao hơn nước trung tính (pH = 7,0) 1.000.000 (một triệu) lần [6].
Hình 1.7:Khai thác bùn đỏ đuôi quặng
- Bùn đỏ đuôi quặng không phải là chất độc hại nhưng do kích thước mịn nên là nguồn phát tán bụi Ước tính cứ 1 tấn Alumina thành phẩm sẽ thải ra một lượng là 1,0 – 1,6 tấn bùn đỏ đuôi quặng Theo môt số nghiên cứu, cứ mỗi năm phải tốn 1km 2 để chứa chất thải cho 1 triệu tấn Alumina thành phẩm Chính vi vậy, biến bùn đỏ thành những sản phẩm có lợi luôn là vấn đề phải giải quyết ở những quốc gia sản xuất bauxit trong đó có Việt Nam ta.
Bùn đỏ thường có một số tính chất sau đây:
- Kích thước hạt: bùn đỏ đuôi quặng thường có kích thước rất mịn kích thước hạt trong khoảng 3.41 – 51.47 àm Chớnh vỡ vậy nếu khụng cú hướng xử lý thỡ đõy là một nguồn phát tán bụi nguy hiểm.
- Bùn đỏ đuôi quặng thường có thành phần hóa như sau: SiO2 (7.3 – 9.44%),Al2O3(24.1 – 28.63%), K2O + Na2O (0.14 – 0.65%), Fe2O3(43.1 – 59%)
- Thành phần khoáng thường có các khoáng chính sau: gibsite Al2O3.3H2O, Geothite FeO(OH), hematite Fe2O3, quartz SiO2 Đặc biệt, bùn đỏ đuôi quặng chứa opal vô định hình SiO2.nH2O (với n từ 10 – 300) [25,26].
Từ đó ta thấy bùn đỏ hoàn toàn có thể sử dụng làm phụ gia cho xi măng PCB Với thành phần có hoạt tính khá cao chúng có thể tự kết dính nhờ Opal vô định hình tự kết dính tạo mạch polymer khi mất nước hoặc các oxit hoạt tính như Al2O3 và SiO2 tác dụng với Ca(OH)2 tạo các hydro silicat canxi (C-S-H) và hydro silicat alumin (C-A-H) có tính bền thủy lực
Ca(OH)2 + SiO2.nH2O → C-S-H Ca(OH)2 + Al2O3 + H2O → C-A-H
1.3.4 Vấn đề xử lý bùn đỏ
Vấn đề môi trường đối với chất thải bùn đỏ:
Trong cách xử lý truyền thống, bùn đỏ được bơm và để khô tự nhiên vào trong một khu vực khu trú quặng đuôi, được ngăn cách với xung quanh bởi các đập có phủ lớp đất sét Đập được thiết kế và xây dựng khác nhau theo thời gian với sự ảnh hưởng của những tiến bộ trong công nghệ xây dựng Tuy vậy, việc có mặt một khu vực chứa quặng đuôi như vậy gây ra nhiều nguy cơ đối với môi trườn g xung quanh (việc quặng đuôi tiếp xúc trực tiếp với môi trường không khí nên phát tán rất xa) và gây khó khăn cho công tác phục hồi môi trường khi mỏ đã kết thúc vận hành (theo quy định của nhiều nước, khu vực này phải được phủ đất và trồng lại cây khi mỏ kết thúc vận hành; nhưng do bùn đỏ có nhiều kim loại nặng rất khó để phủ cây trên khu vực này), đã dẫn đến thay đổi trong thiết kế theo đó các đập được xây dựng theo công nghệ phủ kép, ngoài hai lớp đất sét kẹp bên ngoài còn có phủ lớp vải địa kỹ thuật chống thấm ở giữa; và sự có mặt của hồ thải quặng đuôi có liên thông với hệ thống thủy văn xung quanh; trong đó việc thiết kế đập có tính toán đến số liệu thủy văn và khí hậu để sao cho nước mặt được chứng minh là sẽ chỉ gồm toàn nước mưa (quặng đuôi sẽ chìm xuống dưới đáy hồ) thoát ra ngoài vào thủy vực xung quanh theo cửa tràn và vị trí đặt khu vực thải bùn đỏ cũng được nghiên cứu sao cho được đặt trên nền khu vực có lớp đất sét để tránh ảnh hưởng đến nước ngầm và cũng được lót đáy bằng lớp vải địa kỹ thuật chống thấm.
Theo phương thức này vừa có thể gia tăng công suất chứa của khu vực quặng đuôi vừa giảm ảnh hưởng đến môi trường xung quan h so với phương thức truyền thống Tuy nhiên, cách làm này không phải là không vấp phải sự phản đối Có quan điểm phản đối bất cứ sự khu trú quặng đuôi nào nhất là đối với loại chất thải có chứa nhiều kim loại, dù đã được phủ nước theo cách xử lý mới nhưng vẫn gây ô nhiễm ra môi trường thủy văn xung quanh qua nước thoát theo cửa tràn; hơn nữa đập càng lớn và vị trí càng cao thì tiềm tàng nguy cơ xảy ra sự cố môi trường do vỡ đập càng lớn (khi đó toàn bộ bùn đỏ sẽ tràn ra lưu vực sông) nhất là khi tính toán lượng mưa không chính xác hay trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu (gây gia tăng lượng mưa trong tương lai trong khi số liệu đã quan trắc là ở quá khứ) hay do lý giải rằng các công ty mỏ không quan tâm đến việc đến việc xây dựng mô hình toán học để chứng minh nước tràn sẽ chỉ là nước mưa.
Ngoài việc thải quặng đuôi vào hồ đập, các phương pháp làm khô quặng đuôi như làm đặc cứng bùn đỏ bằng muối amoni cũng chứng tỏ hiệu quả trong giảm tác động đến môi trường Các đề xuất xử lý bùn đỏ thành bánh cứng chứa ít alumina và chất độc hại cũng cho phép thải bỏ ra môi trường thân thiện hơn.
Gần đây, trước vấn nạn môi trường của việc khu trú bùn đỏ ngay cả khi đã phủ nước sử dụng công nghệ xây đập và lót đáy kép sử dụng vải địa kỹ thuật, đã có những công trình chứng minh là nếu xử lý bùn đỏ bằn g axít clohydric (HCl) sẽ giúp giảm khả năng hấp thu kim loại nặng của bùn đỏ Hay có nghiên cứu của
Virotec International Ltd (Australia ) xem xét việc xử lý bùn đỏ bằng nước biển để chuyển hóa các muối kiềm hòa tan (như hydroxit natri) sang thành các dạng khoáng ít hòa tan hơn (như các hydroxit, các cacbonat và các hydrocacbonat của Ca và Mg) và đồng thời hạ độ pH của bùn đỏ xuống 30MPa, cường độ chịu uốn > 4 MPa).
Phân tích XRD, IR, SEM cho thấy mẫu BTXM tối ưu có cấu trúc tinh thể và thành phần khoáng vật tương tự mẫu đối chứng Thử nghiệm chỉ tiêu kỹ thuật cho thấy BTXM tối ưu có độ nhám, độ mài mòn, mô đun đàn hồi và hệ số giãn nở nhiệt gần tương đương với mẫu đối chứng So sánh các kết quả cho thấy BTXM tối ưu có đặc tính vật lý và cơ học phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của vật liệu xây dựng đường giao thông.
3.3.Phương pháp thử nghiệm thực nghiệm
3.3.1 Xác định độ sụt, cường độ nén, uốn
- Sau khi tính toán cấp phối bằng thực nghiệm, ta tiến hành trộn hỗn hợp bê tông.
- Dùng côn tiêu chuẩn hình nón cụt, có chiều cao 300 mm, đường kính trong đáy trên 100 mm và đáy dưới là 200 mm.
- Hỗn hợp bê tông được trộn thật đều rồi đổ dần vào côn tiêu chuẩn làm 3 lần, mỗi lần dày =1/3 chiều cao của côn Ở mỗi lớp dùng que sắt chọc 25 lần từ xung quanh vào giữa để đầm Lớp dưới cùng chọc xuống đáy, hai lớp ở trên chọc xuống lớp ở ngay phía dưới từ 23cm.
- Sau khi đầm xong dùng bàn xoa để xoa bằng mắt côn, rồi từ từ nhấc côn lên theo phương thẳng đứng và đặt côn ở bên cạnh hỗn hợp bê tông.
- Đo khoảng cách từ mặt đáy trên của côn tiêu chuẩn đến mặt bê tông Đó chính là độ sụt của hỗn hợp bê tông (độ chính xác:0,5cm)
- Đổ bê tông vào khuôn trụ thử cường độ chịu nén 15x30(cm), đổ dần vào khuôn làm 3 lần, mỗi lần dà y =1/3 chiều cao của khuôn Ở mỗi lớp dùng que sắt chọc 25 lần từ xung quanh vào giữa để làm bằng bề mặt.
- Đổ bê tông vào khuôn uốn 15x15x60(cm), dùng thanh sắt chọc 25 cái tương ứng khi bê tông được 2/3 và 3/3 khuôn, làm bằng bề mặt.
- Dùng búa cao su gõ xung quanh khuôn để bê tông có thể lấp đầy các khoảng trống, lổ hổng bên trong.
- Bảo dưỡng ẩm 1 ngày và ngâm trong nước 27 ngày đêm Đo cường độ nén, uốn ở độ tuổi 3,7, 28 ngày đêm.
- Cường độ chịu nén của bê tông tính theo công thức:
F P ( kg/ cm 2 ) Trong đó: P là tải trọng phá hoại mẫu (kg).
F là diện tích trung bình của tiết diện mẫu (cm 2 ). α là hệ số tính đổi phụ thuộc vào kích thước mẫu xác định bằng thí nghiêm hoặc lấy theo bảng sau.
Bảng 3.7: Bảng giá trị của hệ số α.
Giá trị của hệ số α khi mác bê tông theo nén (kG/cm 2 )
Khối lập phương 30x30x30 20x20x20 15x15x15 10x10x10 7.07x7.07x7.07 Khối viên trụ
- Cường độ chịu uốn của bê tông tính theo công thức:
P là tải trọng phá hoại (kG) l là nhịp tính toán của dầm mẫu (cm) h là chiều cao của dầm (cm) δ là hệ số tính đổi phụ thuộc vào kích thước của dầm mẫu, tra theo bảng:
Bảng 3.8: Bảng tra hệ số δ.
Kích thước dầm mẫu (cm) Hệ số δ
3.3.2 Xác định độ hút nước của BT Độ hút nước của vật liệu là một trong những yếu tố dùng để xem xét, đánh giá mức độ sít đặc và khả năng bền nước Một loại vật liệu có độ hút nước cao biểu hiện một khả năng kém bền nước Hơn nữa, độ hút nước cũng là một trong những tính chất cần thiết phải được xác định như một thông số về bản chất vật liệu.
3.3.3 Xác định độ nhám của bê tông bằng phương pháp rắc cát
- Độ nhám của mặt đường là một trong 3 yêu cầu đối với mặt đường (cường độ, độ bằng phẳng, độ nhám).
- Độ nhám đạt và vượt yêu cầu mới cho phép xe chạy an toàn với tốc độ cao.
- Độ nhám của mặt đường có thể được đánh giá trực tiếp bằng các phương pháp:
+Dùng thiết bị cơ học để mô tả vệt nhám.
+Dùng phương pháp chụp ảnh nổi.
Hoặc các phương pháp gián tiếp (đo hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường):
+ Đo chiều dài hãm xe.
+ Xe đo hệ số bám dọc.
+ Xe đo hệ số bám ngang.
+ Thiết bị đo gia tốc âm gắn trên xe thử nghiệm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám hoặc hệ số bám:
1 Trong quá trình thiết kế công thức trộn:
- Cấp phối cốt liệu của hỗn hợp bê tông xi măng - Độ bền liên kết trên bề mặt của bê tông xi măng 2 Trong quá trình thi công:
- Chất lượng trộn hỗn hợp.
- Mức độ phân tầng của hỗn hợp.
- Chất lượng công tác bù phụ.
- Kỹ thuật lu lèn BT (đối với bê tông đầm chặt bằng lu)
3 Trong quá trình khai thác:
- Tính chất của đoạn đường (lực ngang nhỏ hay lớn).
- Áp lực hơi trong lốp xe.
- Các yếu tố khí hậu, thời tiết.
- Chế độ thủy nhiệt của nền mặt đường.
* Ở đây ta sử dụng phương pháp rắc cát theo quy trình thí nghiệm xác định độ nhám của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát (22 TCN 278 – 2001 có hiệu lực từ 15/8/2001)
- Quy trình kỹ thuật này quy định phương pháp đo gián tiếp xác định độ nhám của mặt đường bằng cách dùng cát để đo chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô bề mặt áo đường.
- Quy trình này dùng để nghiệm thu mặt đường mới hoặc để đánh giá chất lượng của mặt đường hiện đang khai thác có lớp phủ mặt là bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng.
3.3.4 Xác định độ mài mòn của bê tông
Nguyên tắc: Độ mài mòn xác định đặc trưng cho độ hao mòn khối lượng trên bề mặt mẫu trong suốt quá trình mài, tương ứng với một quãng đường dài 600m.
Chuẩn bị mẫu thử kích thước 70x70x70 (mm), bề mặt mẫu phải không được có vết nứt, các góc, cạnh của mẫu không được gãy.
3.3.5 Xác định mô đun đàn hồi của bê tông
Khi xét tới chất lượng của nền đường người ta thường dùng môđun đàn hồi làm chỉ tiêu kỹ thuật Môđun đàn hồi của nền đường biểu thị khả năng chống biến dạng của nền đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe Biến dạng đàn hồi được hiểu là phần đàn hồi mà nền đường hồi phục được sau khi dỡ tải, nó phản ánh tính chất đàn hồi của đất.
Xác định mô đun đàn hồi theo tiêu chuẩn: 22TCN 81-84 của những mẫu thử được dưỡng hộ trong điều kiện nhiệt độ và điều kiện phòng thí nghiệm.
3.3.6 Xác định thành phần khoáng bằng phổ hồng ngoại (IR) Ánh sáng ở vùng 50 μm – 1mm gây ra hiện tượng làm quay phân tử quanh trục không gian của nó, ánh sáng có bước sóng ngắn hơn 0,8 – 50 μm gây ra những dao động của nguyên tử và các liên kết trong phân tử.
Sơ đồ các bước nghiên cứu
Trong phương pháp này, điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường ), sau đó được tăng tốc Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm A 0 đến vài nm) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ này.
3.4.Sơ đồ các bước tiến hành nghiên cứu
Mẫu bùn đỏ Độ sụt
Xác định độ ma sát
Xác định độ mài mòn
Xác định mô đun đàn hồi Nước
So sánh mẫu đối chứng với mẫu bùn đỏ
Kết luận Đưa ra khả năng ứng dụng
Bước 1:Chuẩn bị nguyên vật liệu đầy đủ: xi măng, cát , đá, bùn đỏ, phụ gia, nước.
Thử nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của các nguyên vật liệu đó Riêng nguyên liệu bùn đỏ đuôi quặng được phân tích các tính chất hoá lý như: thành phần hoá, thành phần hạt, thành phần khoáng, độ hút vôi, pH, … Từ kết quả phân tích ấy, ta có thể đánh giá độ hoạt tính của bùn đỏ Nếu bùn đỏ không có hoạt tính thì ta sử dụng bùn đỏ như một cốt liệu mịn thông thường Ngược lại nếu bùn đỏ có hoạt tính thì ngoài công dụng là cốt liệu mịn thì nó còn đóng vai trò là một phụ gia hoạt tính, giúp tăng cường độ cho bê tông sau này.
Bước 2:Tạo ra mẫu đối chứng và mẫu có bùn đỏ.
- Đầu tiên tạo ra các mẫu trụ tròn 15x30 (cm) và các mẫu trụ vuông 15x15x60 (cm) với lần lượt % bùn đỏ tăng dần (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%) cho đến thay thế hoàn toàn cát (30%) Bảo dưỡng 1 ngày ở điều kiện thường và 27 ngày trong nước sau đó thử cường độ nén, uốn lần lượt 3 ngày, 7 ngày, 28 ngày của các mẫu.
- Xác định lượng bùn đỏ mà tại đó cho kết quả độ bền nén và bền uốn của mẫu BT sau 28 ngày dưỡng hộ đạt yêu cầu Mác cho đường BTXM giao thông ( cường độ nén lớn hơn 30MPa, cường độ chịu uốn lớn hơn 4MPa) và % bùn đỏ cao nhất có thể - Mẫu bùn đỏ này ta gọi là mẫu bùn đỏ tối ưu.
- Đem phân tích phổ IR, XRD, SEM của mẫu đối chứng và mẫu bùn đỏ tối ưu trên.
Bước 3: Từ hàm lượng bùn đỏ tối ưu xác định được, tiến hành thử nghiệm các chỉ tiêu của BTXM làm đường giao thông như: xác định độ nhám, độ mài mòn, mô đun đàn hồi,…của bê tông theo các tiêu chuẩn tương ứng.
Bước 4: Tính toán và rút ra nhận xét, kết luận về khả năng ứng dụng bùn đỏ với hàm lượng tối ưu đó vào BTXM làm đường giao thông.
Nguyên liệu: XM, cát, đá, bùn đỏ, PG, nước đã khảo sát
Thiết kế cấp phối theo điều kiện ban đầu: ( 22TCN 223:
1995) - BT làm đường giao thông - Độ sụt: 4-8 cm, không tách nước, phân tầng - CĐ chịu nén > 30MPa, CĐ chịu uốn > 4 MPa
Thiết kế thành phần theo: Chỉ dẫn chọn thành phần BT các loại – số 778/1998/QĐ-BXD tìm được khối lượng nguyên liệu trong 1 m 3 BT.
Trộn hỗn hợp Bê tông thử nghiệm
Thử độ sụt, tách nước, phân tầng hỗn hợp BT Đúc mẫu thử CĐ nén, uốn 28 ngày
Chọn cấp phối đối chứng Đạt Đạt
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
4.1.Thiết kế cấp phối bê tông xi măng làm đường giao thông
4.1.1 Sơ đồ thiết kế CP BTXM làm đường giao thông
Hình 4.1 : Sơ đồ thiết kế CP BTXM làm đường giao thông
4.1.2 Tính toán cấp phối BTXM làm đường giao thông
+ Xác định lượng nước N: Độ sụt: 4-6 Ta chọn độ sụt bằng 5.
D max = 20cm Tra bảng 4.1 ta có lượng nước bằng:
Bảng 4.1:Bảng tra lượng nước theo độ sụt Độ sụt, cm
Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu Dmax, mm
Môđul độ lớn cát Mdl
M đl = 2.3 Tra bảng 4.2 hệ số cốt liệu đối
XM thử nghiệm theo TCVN 6016-1995 với BT thường ta có: A = 0.5
Bảng 4.2: Hệ số chất lượng vật liệu A và A 1 lượngChất vậtliệu
Hệ số A và A1 ứng với ximăng thử cường độ theo 6016-1995TCVN
-Ximăng hoạt tính cao không trộn PGT
-Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp phối hạt tốt.
-Ximăng hoạt tính trung bình, pooc-lăng hỗn hợp, chứa 10÷
-Đá chất lượng phù hợp với TCVN 1771-1987.
-Cát chất lượng phù hợp với TCVN1770-1986, Mdl = 2.0 ÷ 3.4
-Ximăng hoạt tính thấp, pooclăng hỗn hợp chứa trên 15% PGT.
-Đá có một chỉ tiêu chưa phù hợp với TCVN 1771-1987.
+ 0.5 trong đó : R x ;cường độ thực tế của xi măng
R b : Mác của bê tông yêu cầu A: Hệ số chất lượng của cốt liệu ( N
Tính toán lượng xi măng:
Tính lại lượng nước N hc , và lượng xi măng X hc
Xác định lượng phụ gia: PG = X hc (%PG)
Phụ gia có độ giảm nước 25% nên lượng nước cần thiết là: 193.75 x 0.75 = 148.31 (lit).
Xác định lượng cốt liệu lớn:
5 387 + 148.31 với x là khối lượng riêng của xi măng
Xác định hệ số vữa dư K d theo bảng 4.3
Bảng 4.3:Xác định hệ số dư vữa K d theo V h
Kdứng với giá trị Vh
Nội suy: M đl = 2.3 ( trong khoảng 2.25 - 2.5)
Hàm lượng cốt liệu lớn:
với: vd là khối lượng thể tích xốp của cốt liệu lớn (kg/m 3 ) r d là độ rỗng của cốt liệu lớn.
)] c với: x là khối lượng riêng của cát (kg/m 3 )
n là khối lượng riêng của nước (kg/m 3 )
C = 667.8 (kg/m 3 ) Vậy ta có bảng cấp phối theo tính toán lý thuyết:
Bảng 4.4:Bảng cấp phối mẫu đối chứng theo lý thuyết
XM, kg Cát , kg Đá , kg Phụ gia , lít
Nước, lít Độ sụt, cm Tách nước
Từ thiết kế cấp phối trên và kết hợp với thực nghiệm điều chỉnh, tiến hành thí nghiệm các mẻ trộn thử, ta phải xem xét và điều chỉnh một số yếu tố:
- Không đạt độ sụt từ 4-6 cm + Tăng lượng bột ( XM) lên + Tăng lượng nước lên nhưng phải xem xét đến cường độ + Tăng lượng phụ gia siêu dẻo nhưng trong giới hạn vì nếu không sẽ gây ra hiện tượng tách nước, phân tầng
- Không đạt tính công tác: bị tách nước, phân tầng
+ Giảm nước xuống + Tăng PGSD lên một ít vì có thể lượng phụ gia ít quá nên lượng nước dư thừa tách ra Hoặc giảm lượng PGSD xuống vì phụ gia dư sẽ đẩy hết nước bám trên bề mặt hạt xi măng nên gây tách nước.
- Cường độ không đạt: cường độ nén 28 ngày < 3 0 MPa; cường độ uốn 28 ngày < 4 MPa.
+ Nén 1 ngày, 3 ngày để kịp thời điều chỉnh cường độ Thường dùng PGSD thì cường độ 1 ngày thấp, không thể đạt tới 30% cường độ so với 28 ngày Nhưng đợi đến 3 ngày thì hầu hết BT dùng PGSD gốc Polycacboxylat đều cho cường độ lớn hơn 70% so với cường độ 28 ngày.
+ Cường độ thấp quá thì có thể do nước nhiều, hoặc do PGSD quá liều, hoặc thiết kế CP không đủ 1m 3 , hoặc nguồn nguyên liệu không tốt, …Ta phải phân tích nhiều khía cạnh và điều chỉnh ngay.
Bảng 4.5:Bảng cấp phối mẫu đối chứng theo thực nghiệm
Cát , kg Đá , kg Phụ gia , lít
Nước, lít Độ sụt, cm Tách
Sở dĩ cấp phối điều chỉnh như vậy là vì trong CP tính toán theo lý thuyết thì lượng đá nhiều làm cho bê tông kém linh động, mà yêu cầu độ sụt cho BT làm đường thấp nên rất khó thi công trong thời gian ngắn như vậy, BT nhanh phân tầng Do đó ta điều chỉnh bằng cách tăng lượng bột (XM) , hàm lượng cốt liệu nhỏ và phụ gia lên một ít, đồng thời giảm lượng cốt liệu lớn để đảm bảo tính công tác, độ sụt và cường độ đạt theo yêu cầu.
4.2 Các phương pháp thử nghiệm cơ lý đối với BTXM đường giao thông
Việc xác đinh độ sụt của BTXM đường giao thông theo TCVN 3106:1993. Để đảm bảo độ sụt khi thi công mặt đường BTXM giao thông ( 4- 6cm), ta sẽ điều chỉnh lượng nước trộn nhằm đảm bảo độ sụt ít thay đổi nhất có thể Tuy nhiên trong quá trình trộn thi công, hàm lượng bùn đỏ càng tăng thì BT càng khó đồng nhất, nhanh khô nên lượng nước trộn tăng đáng kể.
Hình 4.2: Thử độ sụt bằng côn hình nón.
Sau khi tăng hàm lượng bùn đỏ thay thế cho cát từ 0% đến 30% ta có bảng kết quả độ sụt và nhận xét như sau:
Bảng 4.6:Kết quả đo độ sụt
Bùn đỏ trong CP ( %) Độ sụt ( cm) Nhận xét
0 6 BT đồng nhất, dễ trộn, dễ đổ
5 6 BT tương đối đồng nhất, thêm nước mới đạt độ sụt yêu cầu
10 5 BT hơi khó trộn, mất nước nhanh, thêm nước nhiều
15 5 BT khó trộn, lượng vữa dư nhiều, Độ sụt thay đổi theo hàm lượng bùn đỏ
Bùn đỏ ( %) Đ ộ sụ t ( cm ) hạt mịn cao, thêm nước nhiều
20 4 BT cực kì dẻo quánh, lượng hạt mịn quá nhiều, nhanh khô, thêm nước nhiều mới đạt độ sụt, khó đồng nhất
Hình 4.3: Độ sụt thay đổi theo hàm lượng bùn đỏ
Từ đồ thị ta thấy khi hàm lượng bùn đỏ tăng đều đặn 5% thì độ sụt có những khoảng duy trì và giảm đều nhau Do kích thước hạt bùn đỏ rất nhỏ mịn nên tốn một lượng nước lớn để bao bọc quanh bề mặt, làm giảm độ sụt đáng kể Để phù hợp cho bê tông làm đường giao thông yêu cầu độ sụt thấp mà thay thế cát bởi bùn đỏ thì nhìn chung BT cực kì dẻo quánh, lượng hạt mịn quá nhiều, nhanh khô, thêm nước nhiều mới đạt độ sụt, khó đồng nhất.
Việc xác đinh khối lượng thể tích của BTXM đường giao thông theo TCVN3116:1993 Kết quả cho như bảng sau:
Khối lượng thể tích theo hàm lượng bùn đỏ
Bảng 4.7:Bảng kết quả KLTT
Hình 4.4: Khối lượng thể tích thay đổi theo hàm lượng bùn đỏ
Nhận xét thấy khi càng tăng hàm lượng bùn đỏ thay cho cốt liệu nhỏ thì KLTT của BT càng tăng.
4.2.3 Tổn thất độ sụt theo thời gian
Thử nghiệm tổn thất độ sụt theo thời gian nhằm giúp biết được thời gian kết thúc ninh kết của bê tông, giúp chủ động trong việc thi công Bằng cách đổ bê tông, và cứ 10 phút thử nghiệm độ sụt lại một lần Ta có bảng kết quả thời gian mất độ sụt hoàn toàn của các hàm lượng bùn đỏ như sau:
Tổn thất độ sụt của BT ứng với từng hàm lượng bùn đỏ
Bảng 4.8: Bảng tổn thất độ sụt
Tổn thất độ sụt ( phút) 90 70 60 50 30 10 5
Hình 4.5: Tổn thất độ sụt của BT ứng với từng hàm lượng bùn đỏ
Nhận xét thấy BT mất độ sụt càng nhanh khi lượng bùn đỏ càng tăng Thời gian mất độ sụt cũng không đều khi tăng những khoảng bùn đỏ đều đặn Điều này được giải thích do kích thước hạt bùn đỏ quá nhỏ mịn so với cốt liệu nhỏ nên tổng diện tích bề mặt hạt lớn, sự bay hơi nước nhanh, dễ mất độ sụt, bê tông nhanh khô.
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
Các phương pháp TN cơ lý đối với BTXM làm đường giao thông
- Cường độ không đạt: cường độ nén 28 ngày < 3 0 MPa; cường độ uốn 28 ngày < 4 MPa.
+ Nén 1 ngày, 3 ngày để kịp thời điều chỉnh cường độ Thường dùng PGSD thì cường độ 1 ngày thấp, không thể đạt tới 30% cường độ so với 28 ngày Nhưng đợi đến 3 ngày thì hầu hết BT dùng PGSD gốc Polycacboxylat đều cho cường độ lớn hơn 70% so với cường độ 28 ngày.
+ Cường độ thấp quá thì có thể do nước nhiều, hoặc do PGSD quá liều, hoặc thiết kế CP không đủ 1m 3 , hoặc nguồn nguyên liệu không tốt, …Ta phải phân tích nhiều khía cạnh và điều chỉnh ngay.
Bảng 4.5:Bảng cấp phối mẫu đối chứng theo thực nghiệm
Cát , kg Đá , kg Phụ gia , lít
Nước, lít Độ sụt, cm Tách
Sở dĩ cấp phối điều chỉnh như vậy là vì trong CP tính toán theo lý thuyết thì lượng đá nhiều làm cho bê tông kém linh động, mà yêu cầu độ sụt cho BT làm đường thấp nên rất khó thi công trong thời gian ngắn như vậy, BT nhanh phân tầng Do đó ta điều chỉnh bằng cách tăng lượng bột (XM) , hàm lượng cốt liệu nhỏ và phụ gia lên một ít, đồng thời giảm lượng cốt liệu lớn để đảm bảo tính công tác, độ sụt và cường độ đạt theo yêu cầu.
4.2 Các phương pháp thử nghiệm cơ lý đối với BTXM đường giao thông
Việc xác đinh độ sụt của BTXM đường giao thông theo TCVN 3106:1993. Để đảm bảo độ sụt khi thi công mặt đường BTXM giao thông ( 4- 6cm), ta sẽ điều chỉnh lượng nước trộn nhằm đảm bảo độ sụt ít thay đổi nhất có thể Tuy nhiên trong quá trình trộn thi công, hàm lượng bùn đỏ càng tăng thì BT càng khó đồng nhất, nhanh khô nên lượng nước trộn tăng đáng kể.
Hình 4.2: Thử độ sụt bằng côn hình nón.
Sau khi tăng hàm lượng bùn đỏ thay thế cho cát từ 0% đến 30% ta có bảng kết quả độ sụt và nhận xét như sau:
Bảng 4.6:Kết quả đo độ sụt
Bùn đỏ trong CP ( %) Độ sụt ( cm) Nhận xét
0 6 BT đồng nhất, dễ trộn, dễ đổ
5 6 BT tương đối đồng nhất, thêm nước mới đạt độ sụt yêu cầu
10 5 BT hơi khó trộn, mất nước nhanh, thêm nước nhiều
15 5 BT khó trộn, lượng vữa dư nhiều, Độ sụt thay đổi theo hàm lượng bùn đỏ
Bùn đỏ ( %) Đ ộ sụ t ( cm ) hạt mịn cao, thêm nước nhiều
20 4 BT cực kì dẻo quánh, lượng hạt mịn quá nhiều, nhanh khô, thêm nước nhiều mới đạt độ sụt, khó đồng nhất
Hình 4.3: Độ sụt thay đổi theo hàm lượng bùn đỏ
Từ đồ thị ta thấy khi hàm lượng bùn đỏ tăng đều đặn 5% thì độ sụt có những khoảng duy trì và giảm đều nhau Do kích thước hạt bùn đỏ rất nhỏ mịn nên tốn một lượng nước lớn để bao bọc quanh bề mặt, làm giảm độ sụt đáng kể Để phù hợp cho bê tông làm đường giao thông yêu cầu độ sụt thấp mà thay thế cát bởi bùn đỏ thì nhìn chung BT cực kì dẻo quánh, lượng hạt mịn quá nhiều, nhanh khô, thêm nước nhiều mới đạt độ sụt, khó đồng nhất.
Việc xác đinh khối lượng thể tích của BTXM đường giao thông theo TCVN3116:1993 Kết quả cho như bảng sau:
Khối lượng thể tích theo hàm lượng bùn đỏ
Bảng 4.7:Bảng kết quả KLTT
Hình 4.4: Khối lượng thể tích thay đổi theo hàm lượng bùn đỏ
Nhận xét thấy khi càng tăng hàm lượng bùn đỏ thay cho cốt liệu nhỏ thì KLTT của BT càng tăng.
4.2.3 Tổn thất độ sụt theo thời gian
Thử nghiệm tổn thất độ sụt theo thời gian nhằm giúp biết được thời gian kết thúc ninh kết của bê tông, giúp chủ động trong việc thi công Bằng cách đổ bê tông, và cứ 10 phút thử nghiệm độ sụt lại một lần Ta có bảng kết quả thời gian mất độ sụt hoàn toàn của các hàm lượng bùn đỏ như sau:
Tổn thất độ sụt của BT ứng với từng hàm lượng bùn đỏ
Bảng 4.8: Bảng tổn thất độ sụt
Tổn thất độ sụt ( phút) 90 70 60 50 30 10 5
Hình 4.5: Tổn thất độ sụt của BT ứng với từng hàm lượng bùn đỏ
Nhận xét thấy BT mất độ sụt càng nhanh khi lượng bùn đỏ càng tăng Thời gian mất độ sụt cũng không đều khi tăng những khoảng bùn đỏ đều đặn Điều này được giải thích do kích thước hạt bùn đỏ quá nhỏ mịn so với cốt liệu nhỏ nên tổng diện tích bề mặt hạt lớn, sự bay hơi nước nhanh, dễ mất độ sụt, bê tông nhanh khô.
Việc kiểm tra độ hút nước theo tiêu chuẩn TCVN 3113-1993 nhằm đảm bảo nền đường được đầm nén chặt, giảm tính thấm nước và thay đổi thể tích, giúp tăng cường độ bền, ổn định trước sự biến dạng và tác động của nước Qua đó, có thể hạn chế lún chặt do trọng lực, tác động lặp lại, ngăn chặn tích tụ độ ẩm gây lầy lội và hư hỏng, sụt lún do nước gây ra Do đó, việc đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến độ hút nước của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu được khả năng chịu đựng và bền nước của vật liệu khi chịu tác động của môi trường khô - ẩm.
- Lấy 3 viên mẫu hình trụ tròn 15x30cm, lau rửa sạch bụi bẩn bám trên mẫu - Đặt các viên mẫu vào thùng ngâm, để nước ngập một phần ba chiều cao mẫu và ngâm như vậy trong một giờ Tiếp đó đổ thêm nước ngập đến hai phần ba chiều cao mẫu và ngâm thêm một giờ nữa Cuối cùng đổ nước ngập trên mặt trên của mẫu khoảng 5cm và giữ mức nước ở độ cao này cho tới khi mẫu bão hoà nước Cứ sau mỗi 24 giờ ngâm nước thì vớt mẫu ra một lần, dùng dẻ ẩm lau ráo mặt ngoài rồi cân chính xác tới 0,5%.
- Mẫu được coi là bão hòa nước khi sau hai lần kế tiếp nhau khối lượng mẫu chênh lệch không quá 0,2% Các viên mẫu sau khi bão hòa nước được đặt trong tủ sấy với nhiệt độ 105-110 O C để sấy khô đến khối lượng không đổi Khối lượng không đổi là khối lượng mà chênh lệch giữa hai lần cân kế tiếp nhau (thời gian cân cách nhau 24 h) không vượt quá 0,2%.
Hình 4.6: Ngâm mẫu bùn đỏ thử độ hút nước
+ Kết quả: Độ hút nước của viên mẫu được tính theo công thức:
- m1: khối lượng của viên mẫu ở trạng thái bão hòa nước (g) - m0: Khối lượng của viên mẫu ở trạng thái sấy khô đến khối lượng không đổi (g)
Bảng 4.9 :Độ hút nước của mẫu đối chứng
Bảng 4.10 :Độ hút nước của mẫu bùn đỏ
Nhận thấy độ hút nước của mẫu bùn đỏ cao hơn mẫu đối chứng Điều này có thể giải thích do cấu trúc bùn đỏ rỗng, có nhiều lỗ xốp bên trong các hạt nên lượng nước hút vào sẽ nằm trong các lỗ rỗng của các hạt bùn đỏ, ngoài ra nước còn nằm ở các lỗ rỗng giữa các hạt nhiều do bùn đỏ có kích cỡ hạt nhỏ, lượng hạt nhiều nên tốn lượng nước lớn bao bọc xung quanh các hạt và lỗ hổng cao Độ hút nước có thể cho ta dự đoán được một số tính chất của mẫu bùn đỏ so với mẫu đối chứng như độ bền nén, uốn, mài mòn,
Việc xác định cường độ chịu nén của BTXM làm đường giao thông theo TCVN 3118:1993 cho mẫu trụ có kích thước chuẩn 15cm x 30 cm.
Hình 4.7:Thử độ bền nén của mẫu
Kết quả cho như bảng sau: ( Đơn vị cường độ chịu nén MPa)
Bảng 4.11: Bảng kết quả đo cường độ nén
Hàm lượng bùn đỏ (%) 3 ngày 7 ngày 28 ngày
Từ kết quả trên ta có đồ thị cường độ nén 3, 7, 28 ngày theo hàm lượng bùn đỏ như sau:
Cường độ nén 3,7,28 ngày theo hàm lượng bùn đỏ
Hình 4.8: Cường độ nén 3,7,28 ngày theo từng hàm lượng bùn đỏ 4.2.6 Cường độ chịu uốn
Việc xác định cường độ chịu kéo uốn của BTXM làm đường giao thông theo TCVN 3119:1993 cho mẫu hình hộp chữ nhật có kích thước chuẩn 15cm x 15cm x 60cm.
Hình 4.9:Thử độ bền uốn của mẫu
Kết quả cho như bảng sau: ( Đơn vị cường độ chịu nén MPa)
Bảng 4.12:Bảng kết quả đo cường độ chịu uốn
Cường độ uốn BT 3,7,28 ngày theo từng hàm lượng bùn đỏ
Hình 4.10:Cường độ uốn của BT 3,7,28 ngày theo từng hàm lượng bùn đỏ
Nhận xét chung cường độ nén, uốn:
+ Cường độ là đặc tính chủ yếu nhất của BTXM làm đường giao thông Trong đó cường độ nén là đặc tính chủ yếu của độ chống mòn bê tông làm đường Kết quả nghiên cứu cho thấy: Nếu dùng bê tông có cường độ chịu nén trên 300kG/cm 2 thì sẽ đảm bảo cường độ chống mài mòn dưới tác dụng của xe.
+ Thay thế cốt liệu nhỏ bởi bùn đỏ trong CP thì cường độ nén, uốn giảm ở mọi độ tuổi so với mẫu đối chứng.
+ Ở những hàm lượng bùn đỏ thay thế nhỏ ( 5-15%) thì cường độ nén, uốn giảm tương đối ít và đạt Mác, nhưng khi tăng hàm lượng bùn đỏ thay thế ( 20-30%) thì cường độ nén, uốn giảm nhanh và không đạt Mác yêu cầu cho mặt đường BTXM làm đường giao thông.
Dựa vào kết quả phân tích trên, lượng bùn đỏ tối ưu khi phối hợp vào hỗn hợp bê tông xi măng đáp ứng nhiều mục tiêu như tỷ lệ bùn đỏ cao và vẫn đạt mác yêu cầu cho mặt đường BTXM là 15% Đây là tỷ lệ bùn đỏ đảm bảo cường độ nén đạt 30MPa và cường độ uốn đạt 4MPa theo tiêu chuẩn quy định.
+ Ta sẽ chọn tại liều bùn đỏ 15% để tiến hành thử nghiệm các chỉ tiêu riêng dành cho đường BTXM tiếp sau, và các phương pháp phân tích cấu trúc hiện đại.
4.2.7 Khảo sát độ nhám của mẫu đối chứng và mẫu bùn đỏ bằng phương pháp rắc cát
Xác định vi cấu trúc bằng các phương pháp IR, XRD, SEM
Từ hình dưới ta nhận thấy có sự xuất hiện của các khoáng sau:
- Canxi cacbonat: CaCO3 - Riversideit 6CaO.5SiO2.H2O
Hình 4.18: Nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu đối chứng.
Từ hình dưới ta nhận thấy có sự xuất hiện của các khoáng sau:
- Quartz SiO2. - Xonotlite Ca6Si6O17(OH)2
Hình 4.19: Nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu bùn đỏ.
4.3.3 Quan sát mặt gãy bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
+ Mẫu đối chứng: Ảnh SEM chụp vết gãy sau khi thử độ bền nén của mẫu đối chứng sau 28 ngày tuổi ở độ phóng đại khác nhau ta thấy:
- Các thành phần cốt liệu liên kết với nhau khá tốt.
- Có các tinh thể dạng vảy xuất hiện, dạng hình kim, hình lục giác đều là khoáng CSH.
Hình 4.20: Kết quả chụp SEM của mẫu đối chứng.
+ Mẫu bùn đỏ: Ảnh SEM chụp vết gãy sau khi thử độ bền nén của mẫu bùn đỏ sau 28 ngày tuổi ở độ phóng đại khác nhau ta thấy:
- Các thành phần cốt liệu liên kết với nhau không được chặt chẽ lắm, cấu trúc hầu hết là các hạt nhỏ rời rạc.
- Có xuất hiện vết nứt, lỗ hổng do hiện tượng khô nhanh, hỗn hợp không đồng nhất BT khi trộn làm giảm cường độ cho mẫu BT có bùn đỏ.
- Có các tinh thể dạng vảy, dạng hình kim chứng tỏ có xuất hiện các khoáng tạo cường độ là khoáng CSH.
Hình 4.21: Kết quả chụp SEM của mẫu bùn đỏ.