nghiên cứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với công trình bản mòng

L ỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên c ứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với công trình Bản Mòng” được hoàn thành với sự cố gắ

L ỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên

c ứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với công trình Bản Mòng” được hoàn

thành với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa Công trình, các thầy cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, Tổng công ty tư vấn xây dựng Thủy

Lợi Việt Nam, Công ty cổ phần VLXD đô thị Sơn La đã tạo điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói trên

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS Vũ

Quốc Vương đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận văn

Sự thành công của luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ, động viên cổ vũ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các

thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp

Hà N ội, ngày 20 tháng 05 năm 2013 Tác gi ả

Ph ạm Quang Huy

L ỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Phạm Quang Huy, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tác gi ả

Ph ạm Quang Huy

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP CÁT,

ĐÁ TRONG BÊ TÔNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG32T 36

3.1.3.1 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm bậc 1, ba biến để nghiên cứu sự ảnh

hưởng của các nhân tố đến cường độ của bê tông thường.32T 39

T/(X+T) : Tỷ lệ Tro trên Xi măng+Tro

PC : Xi măng Pooclăng-Porland Cements

PCB : Xi măng Pooclăng hỗn hợp-Blended Porland Cements

ASTM : Tiêu chuẩn Mỹ-American Society of Testing and Materials

BS : Tiêu chuẩn Anh-Bristish Standard

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

P : Tiêu chuẩn Pháp

aR i R% : Lượng sót riêng biệt

AR i R% : Lượng sót tích lũy

ρR v R : Khối lượng thể tích

ρR R : Khối lượng riêng

RR n R : Cường độ chịu nén

RR u R : Cường độ chịu uốn

RR k R : Cường độ chịu kéo

RR x R : Cường độ chịu nén của xi măng

σ : Khoảng quy hoạch

SW (Slightly weather) : Phong hóa nhẹ

KH : Không bão hòa

BH : Bão hòa

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

32T

Bảng 1.1: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD (Mỏ đá Bản Khoang,

xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La.32T 4,5

32T

Bảng 1.2: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD (Mỏ đá Bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La.32T 6,7

32T

Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền.32T 32T9,10

32T

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của Xi măng PCB30 Hoàng Thạch.32T 18

32T Bảng 2.2: Thành phần hóa học của tro bay (%)32T 21

32T Bảng 2.3: Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm 5-10mm32T 23

32T Bảng 2.4: Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm 10-20mm32T 24

Bảng 2.5: Khối lượng thể tích hỗn hợp của hai cấp hạt đá dăm 25

Bảng 2.6: Các chỉ tiêu tính chất của cốt liệu nhỏ 27

Bảng 2.7: Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ 28

Bảng 2.8: Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ theo BS 882:1992 29

Bảng 2.9: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu 33

Bảng 2.10: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông 34

Bảng 3.1: Thành phần cấp phối sơ bộ của bê tông thường sử dụng các loại cốt liệu nhỏ khác nhau 37

Bảng 3.2: Cường độ nén của bê tông thường ở các tuổi 7, 14 và 28 ngày 37

Bảng 3.3: Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc 1 với 3 nhân tố ảnh hưởng 40,41 Bảng 3.4: Các giá trị cường độ nén của bê tông sử dụng đá mạt Bản Khoang 42

Bảng 3.5: Cường độ nén của bê tông tuổi 28 ngày theo biến mã X1 khi X3=-1 47

Bảng 3.6: Cường độ nén của bê tông tuổi 28 ngày theo biến mã X1 khi X3=+1 48

Bảng 3.7: Vùng dừng mạt Bản Khoang, mạt Bản Bó Cón 51

Bảng 3.8: Bảng mã hóa các hệ số thực nghiệm mạt Bản Khoang 52

Bảng 3.9: Bảng mã hóa các hệ số thực nghiệm mạt Bản Bó Cón 52

Bảng 3.10: Thành phần cấp phối quy hoạch bê tông sử dụng đá mạt Bản Khoang 53

Bảng 3.11: Thành phần cấp phối quy hoạch bê tông sử dụng đá mạt Bản Bó Cón 54

Bảng 3.12: Cường độ nén tuổi 28 ngày của bê tông thường sử dụng đá mạt Bản Khoang 55

Bảng 3.13: Cường độ nén tuổi 28 ngày của bê tông thường sử dụng đá mạt Bản Bó Cón 61

Bảng 3.14: Thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu đá dăm và các loại đá mạt 68

Bảng 4.1: Cường độ bám dính của bê tông với cốt thép 72

Bảng 4.2: Kết quả so sánh cường độ nén của bê tông thường sử dụng cấp phối hạt tự nhiên và cấp phối hạt tối ưu 74

PH ẦN MỞ ĐẦU

I TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Gần các công trường khai thác đá để sử dụng cho công trình ngoài việc sản xuất được đá dăm còn sản sinh ra một số đá mạt Trong điều kiện khan hiếm cát như hiện nay việc sử dụng đá mạt để sản xuất bê tông cho công trình không chỉ có ý nghĩa về

mặt khoa học, về mặt kỹ thuật mà còn là việc làm thiết thực và mang lại hiệu quả kinh

tế rõ rệt Vì vậy việc sử dụng đá mạt trong bê tông sử dụng cho công trình ở gần nơi khai thác là một việc làm cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao

Mặt khác, đá mạt-thải phẩm của công nghiệp khai thác và gia công đá, có cỡ hạt

gần giống cát thiên nhiên, có ở nhiều địa phương trên cả nước Sản phẩm này chỉ được

sử dụng một phần rất nhỏ để rải đường giao thông nông thôn, làm phụ gia cho xi măng

Phần lớn tồn tại ở các bãi chữa làm tốn diện tích, gây ô nhiễm môi trường Đề tài luận

văn sau đây xuất phát từ ý tưởng sử dụng đá mạt thay cát vàng trong bê tông “Nghiên

c ứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với công trình Bản Mòng” Vấn đề

này nếu được giải quyết và sử dụng rộng rãi trong sản suất bê tông sẽ không chỉ có ý nghĩa về mặt thực tiễn, khoa học mà còn đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật không nhỏ

II M ỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu tình hình sử dụng đá mạt, cát nghiền ở Việt Nam và trên thế giới

- Khảo sát thực tế nguồn đá mạt ở một số công trường khai thác đá ở Việt Nam

- Tiến hành lấy mẫu đá mạt để nghiên cứu, thí nghiệm

- Thiết kế cấp phối bê tông

III CÁCH TI ẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU

1 Cách ti ếp cận :

- Từ công trình thực tế, tiến hành thí nghiệm để tìm ra cấp phối bê tông hợp lý

2 Phương pháp nghiên cứu :

- Khảo sát thực trạng đá mạt ở một số cơ sở khai thác và gia công đá của một số

tỉnh

- Nghiên cứu, đánh giá và xem xét ảnh hưởng của các đặc tính kỹ thuật của đá

mạt đến các tính chất của bê tông

- Dùng phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm thiết lập các phương trình hồi quy, thể hiện quan hệ giữa hàm mục tiêu với các nhân tố ảnh hưởng Trên cơ sở đó xác định được thành phần của bê tông đá mạt

IV D Ự KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

- Từ kết quả nghiên cứu đi đến khẳng định có thể sử dụng hỗn hợp đá mạt thay

thế cát tự nhiên mà không làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bê tông trước mắt cũng như lâu dài

- Chứng minh được các tính chất của bê tông sử dụng đá mạt đều phù hợp với lý thuyết chung về bê tông xi măng

- Thiết kế được cấp phối bê tông sử dụng đá mạt ứng dụng với công trình Bản Mòng tỉnh Sơn La

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MẠT, CÁT NGHIỀN, GIỚI THIỆU SƠ

LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH BẢN MÒNG 1.1 T ổng quan về đá mạt

Việt Nam có tới 3/4 diện tích là đồi núi và cao nguyên Việc gia công đá xây

dựng diễn ra ở khắp các địa phương suốt từ Bắc đến Nam để phục vụ cho các công trình xây dựng ngày càng tăng Các sản phẩm từ việc gia công khai thác đá có nhiều

loại Bên cạnh các sản phẩm thu được, hàng năm còn thải ra một lượng đá mạt không

nhỏ

Ngoài ra ở những vùng thiếu cát thiên nhiên nghiêm trọng như Sơn La, Cao

Bằng, Hà Tĩnh, Bà Rịa-Vũng Tàu, Côn Đảo…đều có trữ lượng đá rất lớn Vì vậy nguồn thải phẩm cũng rất dồi dào và có nhiều tính chất tốt, tuy nhiên chưa có các biện pháp tận dụng vào những mục đích có lợi

Trong luận văn đã tiến hành khảo sát một số cơ sở khai thác đá như: Mỏ đá Bản Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La), Mỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An, thành phố Sơn La) Đây là những cơ sở gia công khai thác lớn của tỉnh Sơn La Các

thải phẩm tại đây cũng rất lớn và được sinh ra từ những loại đá tốt Thực trạng này sẽ

là cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn để xem xét việc sử dụng đá mạt vào thành phần của

bê tông xi măng

1.1.1 M ỏ đá Bản Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La)

Đây là mỏ đá vôi đang khai thác ở bản Khoang, xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn

La Đơn vị quản lý mỏ là doanh nghiệp tư nhân Nhất Trí Thành, trụ sở văn phòng ở tổ

14, phường Quyết Thắng, thành phố Sơn La Mỏ thuộc dãy núi đá vôi ở bản Khoang,

có chiều dài >500m, chiều rộng từ 200-300m Đỉnh núi cao trên 50m, sườn núi dốc

Bảng 1.1: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD [1]

(M ỏ đá Bản Khoang, xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La)

Trung bình

Đánh giá theo tiêu chuẩn TCVN 1771:1986

Hình 1.1: Hình ảnh về đá mạt Bản Khoang

1.1.2 M ỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An, thành phố Sơn La)

Là mỏ đá vôi đang khai thác ở bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn

La Đơn vị chủ quản mỏ là Công ty cổ phần VLXD đô thị Sơn La, trụ sở văn phòng ở

bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La Mỏ thuộc dãy núi đá vôi bản Bó

Cón, có chiều dài >500m, chiều rộng khoảng 200m Đỉnh núi đá khá bằng và cao trên 50m, sườn núi dốc 80-90P

0

P

Mỏ chủ yếu là đá vôi tái kết tinh, màu xám trắng, kiến trúc

hạt biến tinh, cấu tạo khối [1]

Bảng 1.2: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD [1]

(M ỏ đá Bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La)

Trung bình

Đánh giá theo tiêu chuẩn TCVN 1771:1986

- 14,2% hạt 5≥10mm

- 6,9% hạt 2,5≥5mm

- 8,7% hạt < 2,5mm

Như vậy cỡ hạt < 2,5mm còn chiếm tỷ lệ quá ít

1.2 T ổng quan về cát nghiền

1.2.1 Tình hình nghiên c ứu sử dụng cát nghiền trên thế giới

Cát được tạo ra trong quá trình gia công đá thuộc loại cát nhân tạo Loại cát này

có 2 loại khác nhau Cát được tạo ra với những dự định trước, có tên là cát công nghiệp, cát nghiền hay cát gia công Còn cát tạo ra không có dự định trước được gọi là

đá mạt (thải phẩm của quá trình gia công đá) Giữa cát nghiền và đá mạt có những điểm giống nhau (đều sinh ra từ đá gốc) và những điểm khác nhau (thành phần hạt, hình dáng hạt…)

Tại những nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Pháp…cát nghiền được sản xuất khá nhiều, đặc biệt là ở những nơi thiếu hoặc không có cát thiên nhiên

và ở hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây dựng đều có công đoạn sản xuất đá, công đoạn

cuối cùng để tận dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường Ở Bồ Đào Nha, Anh, Pháp, Italia, Vênêxuêla, cát nghiền đã là nguồn nguyên liệu chính thay cát thiên nhiên trong

bê tông Ở Bồ Đào Nha hiện có 75 cơ sở sản xuất cát nghiền với tổng công suất đến 800.000 T/năm, ở Anh với tổng công suất khoảng 700.000 T/năm, ở Bắc Irland với

tổng công suất khoảng 4500.000 T.năm [27]

Trên thế giới cát nghiền đã được dùng trong xây dựng các đập nước lớn như đập Saguling ở Inđônêxia, đập Chonarit trên sông Lakhdar đông Manakesh, đập Jebha ở Nigieria, đập Grand Maison ở Pháp…

Các cơ sở sản xuất cát nghiền hiện nay đều ở mức cơ giới hóa và tự động hóa cao, không còn lao động thủ công Toàn bộ hoạt động của dây chuyền sản xuất đều được khống chế trong phòng điều khiển Cốt liệu lớn (5÷80mm) và cốt liệu nhỏ (<

5mm) đều được sản xuất trên cùng một dây chuyền Cốt liệu nhỏ được chia ra làm 2

loại cỡ hạt: cỡ lớn (1,6÷5mm), cỡ nhỏ (< 1,6mm) Tùy theo yêu cầu sử dụng mà phối

trộn 2 loại cỡ hạt trên theo tỷ lệ khác nhau Các dây chuyền sản xuất đều có hệ thống

rửa cát để tách bớt lượng hạt mịn (< 0,14mm) và tạp chất bẩn Hàm lượng hạt bụi, bẩn (< 0,075mm) được giới hạn từ 5÷8%

Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát nghiền được giới thiệu trên bảng 1.3

Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền

TT Các chỉ tiêu TCVN (1)

7570-2006

ASTM C33-90

BS882-1992

A23.1

Ôxyt kiềm hòa tan từ

nguồn khác, ngoài xi măng

(kg/m3 bê tông) ≤

- Giới hạn hạt 0,15÷5mm cho phép nằm trong một giải rộng, vì vậy các loại đá

mạt có thể thỏa mãn yêu cầu này

- Mức độ cho phép cỡ hạt mịn < 0,15mm khá lớn vì trong cát nghiền cỡ hạt này không phải là sét bụi mà là đá bị nghiền vụn Điều này cũng phù hợp với thực tế về đá

mạt ở nước ta

- Tiêu chuẩn của các nước đều cho phép sử dụng hạt < 0,075mm Điều này cũng

rất phù hợp với thực tế về cát nghiền và đá mạt ở Việt Nam

- Tiêu chuẩn các nước đối với cát nghiền có quy định rõ lượng ClP

1.2.2 Tình hình nghiên c ứu sử dụng cát nghiền ở Việt Nam

Theo báo cáo quy hoạch VLXD [21], [22], tổng nhu cầu cát vàng ở những vùng thiếu cát vàng dùng cho bê tông, gạch không nung, năm 2000 là 700.000 mP

Với khối lượng cốt

liệu mịn khổng lồ này, không thể vận chuyển từ nơi khác đến mà phải có nguồn cung

cấp tại chỗ

Từ trước tới nay ở những vùng thiếu cát tự nhiên thì nguồn cung cấp chính là

vận chuyển từ nơi khác đến Việc này đã và đang gặp nhiều khó khăn, chưa kể nguồn cát tự nhiên ngày càng trở nên khan hiếm Nếu không có biện pháp khắc phục thì trong vòng 5 năm tới sẽ không đủ cát cung cấp cho xây dựng Đứng trước tình hình khó khăn trên, ở một số nơi như Cao Bằng, Sơn La, Hà Giang đã bước đầu có những biện pháp

khắc phục: xây dựng những trạm nghiền cát để phục vụ tại chỗ Cát được nghiền từ đá dăm kích thước < 60mm Công nghệ sản xuất đơn giản: chỉ sử dụng máy nghiền búa,

có thể thêm công đoạn sàng để loại bỏ hạt > 5mm Năng suất máy nghiền búa rất nhỏ (0,5÷2 T/giờ)

Ở nước ta ít có đề tài nghiên cứu kỹ, đầy đủ về công nghệ sản xuất và sử dụng cát nghiền cho bê tông và vữa xây dựng Trong lĩnh vực này, đề tài xuất hiện đầu tiên năm 1998 là của TS Nguyễn Thanh Tùng [5] Tiếp theo là đề tài của TS Nguyễn Quang Cung năm 2002 [2] ‘Nghiên cứu cát nhân tạo sử dụng trong bê tông và vữa xây dựng’ Đây là một đề tài nghiên cứu khá đầy đủ về đặc tính của cát nghiền ở Việt Nam về công nghệ chế tạo cát nghiền và về ứng dụng nó trong công nghệ chế tạo bê tông và

vữa xi măng Trên cở sở kết quả của đề tài này Bộ xây dựng đã biên soạn ‘chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền’ dưới dạng tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 322:2004 [16] Xác định thành phần bê tông cát nghiền theo chỉ dẫn này về nguyên tắc vẫn theo phương pháp thể tích tuyệt đối nhưng vì cát nghiền có một

số đặc tính khác cát vàng nên trong quá trình tính toán có sự thay đổi giá trị của một số

hệ số

Trong khi đó, về đá mạt, thải phẩm của các xí nghiệp khai thác và gia công đá, còn tồn tại một khối lượng khá lớn, chiếm khá nhiều diện tích đất, gây ra ô nhiễm cho môi trường thì chưa có một đề tài nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu này nếu được nghiên cứu và sử dụng cho vữa và bê tông sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật không nhỏ

1.3 Gi ới thiệu sơ lược về công trình Bản Mòng

Hồ chứa nước Bản Mòng nằm ở hạ lưu suối Nậm La bao gồm toàn bộ thị xã Sơn La cũ, khu đô thị mới của thành phố Sơn La là Chiềng Ngần, Chiềng Sinh và khu

mở rộng mới Chiềng Ban II, Chiềng Mung Dự án nằm trọn trong địa giới hành chính

của thành phố Sơn La mở rộng theo quy hoạch năm 2005-2015 đã được phê duyệt Phía Bắc giáp huyện Mường La, phía Đông và Đông Nam giáp huyện Mai Sơn, phía Tây giáp huyện Thuận Châu Thành phố Sơn La nằm trên quốc lộ 6 Hà Nội-Điện Biên

Hồ Bản Mòng nằm trên suối Nậm La, là một chi lưu nằm bên tả Sông Đà, cách thành phố Sơn La 7 km về phía thượng lưu Khu đầu mối hồ chứa có tọa độ vào khoảng: 21P

Hồ chứa nước Bản Mòng xây dựng với nhiệm vụ phòng chống lũ quét, sạt lở do thượng nguồn Bản Mòng gây ra, cấp nước tưới tự chảy cho nông nghiệp với diện tích 263ha, tạo nguồn cấp nước sinh hoạt và công nghiệp với lưu lượng 27500 mP

3

P

/ngày đêm Xả nước về hạ du mùa kiệt, đảm bảo môi trường sinh thái với Q = 0.4mP

3

P

/s tạo nguồn nước tưới ẩm cho 947ha đất nông nghiệp Bên cạnh đó kết hợp phát triển du

lịch, cải thiện môi trường sinh thái Cụm công trình đầu mối phương án chọn dự kiến

tại tuyến II bao gồm 1 đập dâng ngăn sông bằng bê tông trọng lực dài 162.2m có tràn

xả mặt cửa van cung 3x5x9.25m, tràn nước dài 15m, cao trình ngưỡng tràn ∇=660, tràn

xả sâu 2 cửa 4x4m, cống lấy nước bằng bê tông cốt thép φ600, cao trình cửa vào ∇ = 647.2 và một cống xả hạ lưu bxh = 1.5x1.5m [1]

Hình 1.3: Mặt bằng công trình Bản Mòng

c¾t ngang ®Ëp trµn

Hình 1.5: Cắt ngang đập tràn

c¾t ngang ®Ëp kh«ng trµn

Hình 1.6: Cắt ngang đập không tràn

K ẾT LUẬN CHƯƠNG 1

1 Cát chiếm một tỷ lệ khoảng 25-30% trong bê tông Cát hay dùng là cát thiên nhiên Ở những nước thiếu cát như Mỹ, Anh, Pháp, Bồ Đào Nha… người ta

phải dùng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên và ở mỗi nước đều có tiêu chuẩn

của cát nghiền Các cơ sở cát nghiền trên thế giới đã được cơ giới hóa và tự động hóa

2 Ở Việt Nam, một số nơi thiếu cát tự nhiên, người ta đã nghĩ ra cách để sản xuất cát nghiền, nhưng còn ở mức độ sơ khai Trong khi đó đá mạt-thải phẩm của quá trình gia công đá còn tồn tại khá nhiều ở các bãi chứa, chưa được sử dụng

một cách hợp lý Vì vậy đề tài của học viên “Nghiên cứu sử dụng đá mạt cho

bê tông ứng dụng đối với công trình Bản Mòng” sẽ giải quyết được vấn đề

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THÍ

NGHI ỆM 2.1 Các tính ch ất của vật liệu

2.1.1 Ch ất kết dính xi măng

Hiện nay trong xây dựng sử dụng chủ yếu 2 loại xi măng: Xi măng Pooclăng (PC) và xi măng Pooclăng hỗn hợp (PCB) với mác từ 30 đến 50 được sản xuất một

phần từ các lò đứng và phần lớn từ các lò quay

Để sử dụng đá mạt trong chế tạo bê tông M20 dùng cho công trình Bản Mòng,

luận văn sử dụng loại xi măng Pooclăng PCB30 của Nhà máy xi măng Hoàng Thạch

với các chỉ tiêu cơ lý sau (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB30 Hoàng Thạch

Nhận xét: Xi măng Hoàng Thạch PCB30 đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:1999 Việc sử dụng xi măng này trong bê tông là phù hợp với điều kiện Việt Nam

2.1.2 Tro bay

Tro bay là phần hạt mịn thu được trong quá trình đốt than khô dạng bột trong các thiết bị năng lượng kiểu mới Than được dịch chuyển tới vùng có nhiệt độ cao làm nóng chảy các chất trong thành phần than sau đó được chuyển sang vùng nhiệt độ thấp hơn rồi bị đóng rắn thành các hạt có dạng hình cầu Một vài khoáng được tích tụ thành tro nằm dưới đáy nhưng phần lớn đều theo dòng khí thoát ra ngoài theo ống khói sau đó được tập hợp lại bởi thiết bị lọc bụi tĩnh điện Hạt tạo thành có dạng hình cầu, kích thước thay đổi từ (1÷100)µm nhưng phần lớn kích thước nhỏ hơn 20µm

Hình 2.1: Tro bay loại F và cấu trúc hạt tro bay

Thành phần hóa và khoáng của tro bay được tạo nên bởi nhiều thành phần không đồng nhất tồn tại ở hai dạng: vô định hình và dạng kết tinh Theo tiêu chuẩn ASTM C618, chúng được chia ra làm hai loại chính: loại F và loại C với đặc trưng thành phần hóa như sau : SiOR 2 R 5÷25%, AlR 2 ROR 3 R (10÷30%), FeR 2 ROR 3 R (5÷25)%, ngoài ra còn có CaO, MgO, SOR 3 R và NaR 2 RO

Loại F là loại hình thành do đốt thanh angtraxit hoặc bitum, có tính puzoolan nhưng có rất ít hoặc không có tính dính kết Tổng thành phần của loại F bao gồm : (SiOR 2 R +AlR 2 ROR 3 R + FeR 2 ROR 3 R)% >70% Đây là loại thông thường có hàm lượng CaO không đến 10% nhưng phần lớn là hợp chất của silic như silic tinh thể quart, mulit và Mg hoạt tính Kích thước hạt từ 1µ đến 1 mm và khối lượng riêng từ 2,2 đến 2,8 g/cmP

3

P

Loại C là loại có cả tính chất puzơlan và tính dính kết Theo ASTM C 618, tổng thành phần SiOR 2 R + AlR 2 ROR 3 R + FeR 2 ROR 3 R ≥ 50% nhưng nhỏ hơn 70% Nó có hàm lượng CaO từ 10% đến (15÷20)% Chúng có kích thước hạt nhỏ hơn 10µm

Hiện nay ở Việt Nam tro nhiệt điện có nhiều nguồn khác nhau như tro của nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Uông Bí, Cẩm Phả

Hiệu quả của tro bay đối với bê tông tươi: theo tiêu chuẩn của ACI-226 và một

số nhà nghiên cứu như sau:

+ Khả năng dễ tạo hình và gia công: Tro bay là những hạt có dạng tròn nhẵn do

đó so với các loại phụ gia khoáng nghiền mịn khác nó có tỷ diện tích bề mặt thấp hơn nên cần lượng nước nhào trộn ít hơn so với bê tông không sử dụng tro bay

+ Thời gian đông kết: khi dùng tro bay loại F có thời gian đông kết kéo dài hơn

bê tông khi nhào trộn tro bay loại C Theo ASTM, tro bay loại C với lượng CaO cao hơn

có thể xúc tiến kéo dài hay kết thúc thời gian đông kết Tuy nhiên thời gian đông kết còn chịu tác động của ngoại cảnh, nhiệt độ thuỷ hoá loại xi măng tỷ lệ N/X tỷ lệ % tro bay của mẻ trộn và các thành phần khác của tro bay

Hiệu quả của tro bay đối với bê tông:

+ Tăng cường độ: theo ASTM khi dùng tro bay loại F có thể thu được kết quả cường độ phát triển chậm trong tuổi sớm ngày (3÷7 ngày) nhưng sau đó cường độ tiếp tục biến triển do tính chất puzơlan của tro bay Cường độ của bê tông tiếp tục

được phát triển nhanh và đạt cường độ cao hơn so với bê tông không sử dụng tro bay Cường độ đạt được ở tuổi sớm ngày trong khoảng 1000 psi (8 MPa) đến 5500 psi (38 MPa) (độ tuổi 1÷28 ngày) phụ thuộc loại tro bay dùng, độ ẩm dưỡng hộ và N/X kết hợp của các thành phần khác nhưng thông thường không đạt quá 12000 psi (83 MPa)

+ Môđun đàn hồi: theo thống kê cho thấy hiệu quả khi sử dụng tro bay trong

bê tông với độ tuổi sớm ngày đạt cao hơn so với bê tông thường Nếu độ tuổi dài hơn thì sự phân biệt không quá lớn

+ Độ đặc và cường độ: về cơ bản tro bay có tính chất của puzơlan và tính dính kết nên chúng đóng góp vào việc tăng cường độ và tính bền bê tông Bê tông sử dụng tro bay khi dưỡng hộ, sản phẩm của phản ứng puzơlanic chiếm đầy lỗ rỗng quanh hạt

xi măng, làm giảm tính thấm, tăng tính bền, chống ăn mòn

Luận văn sử dụng loại tro bay nhiệt điện Phả Lại có thành phần hạt và tính chất

- Hàm lượng kiềm: CaO + MgO = 1,60 + 0,9 = 2,50

10,2204,59

9,06,1)(

3 2 2

=+

+

=+

+

=

O Al SiO

MgO CaO

M k

- Mô đun Silicat: 2,67

10,22

04,59

3 2

=

O Al SiO

M S

- Mô đun hoạt tính: 0,374

04,59

10,22

M a

Như vậy chất độn mịn là tro tuyền của nhà máy nhiệt điện Phả Lại thuộc nhóm

F theo phân loại của ASTM C618 [24]

2.1.3 C ốt liệu lớn

a Các tính ch ất cơ bản của cốt liệu lớn

Cốt liệu lớn là đá dăm Bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La có 2

loại: DR max R = 20mm và DR max R = 10mm, có thành phần phù hợp với TCVN 7572-2:2006 Các chỉ tiêu, tính chất của đá dăm được giới thiệu ở bảng 2.3 và bảng 2.4

Hình 2.2: Đá dăm 10-20mm và đá dăm 5-10mm

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm 5-10 mm

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Yêu cầu Phương pháp thử

1 Khối lượng riêng g/cmP

Bảng 2.4: Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm 10-20 mm

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Yêu cầu Phương pháp thử

1 Khối lượng riêng g/cmP