LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT TRẮNG VÙNG QUẢNG BÌNH QUẢNG TRỊ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ GTNT

võ hồng sơn nghiên cứu sử dụng cát trắng vùng quảng bình - quảng trị để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng... Vì lý do đó tôi chọn đề tài Nghiên cứu sử dụng cát trắng vùng Quản

trường đại học giao thông vận tải

*********

võ hồng sơn

nghiên cứu sử dụng cát trắng vùng quảng bình quảng trị để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng

hà nội 12 – 2005

võ hồng sơn

nghiên cứu sử dụng cát trắng vùng quảng bình - quảng trị để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng

Chương 2: khái quát đặc điểm tự nhiên, dân sinh

kinh tế vùng cát quảng bình quảng trị và

tổng quan về nghiên cứu sử dụng cát nguồn

gốc từ cát biển làm bê tông xi măng 6

2.4 Tổng quan về nghiên cứu sử dụng cát nguồn gốc từ cát

Chương 5: nghiên cứu thực nghiệm trong phòng

xác định một số chỉ tiêu về cường độ của bê

đường ô tô GTNT đã mang lại tính đột phá trong cách nghỉ, cách làm của

người dân vùng cát nơi đây Bởi lẽ:

ỉ Từ trước tới nay chưa ai nghiên cứu một cách tổng quát về cắt trắng ở vùng này

ỉ Cát trắng vùng này chỉ mang lại tai hoạ cho người dân mà không nhận ra nó là một tài nguyên dồi dào có thể dùng nó

phục vụ lại cho người dân

ỉ Cát trắng chiếm một phần diện tích lớn của vùng này, đây chính là quỷ đất để di dân làm giảm bớt mật độ dân cư

Để phục vụ sự phát triển kinh tế ở một nước đang phát triển như nước

ta hiện nay, thì việc phát triển cơ sở hạ tầng là một trong những vấn đề được

ưu tiên hàng đầu Không những thế cơ sở hạ tầng còn phải phát triển trước một bước so với các lĩnh vực khác, vì có như vậy thì mới tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển cơ sở hạ tầng khác, thuận lợi cho nhu cầu giao thông vận tải, thông thương kinh tế và nhiều lĩnh vực khác Từ đó ta thấy giao thông vận tải là một bộ phận rất quan trọng của cơ sở hạ tầng, nên nghiên cứu nó một cách khoa học là một yêu cầu cấp thiết

ở nước ta hàng năm giao thông vận tải chiếm hơn 50% vốn đầu tư cho xây dựng cơ sở hạ tầng, do đó việc nghiên cứu các loại vật liệu mới, các kết cấu mới hay sử dụng vật liệu tại chỗ làm giảm giá thành xây dựng là một việc làm cần thiết và cấp bách hiện nay Chính vì vậy mà giao thông vận tải

là một trong những lĩnh vực được Đảng và Chính phủ ưu tiên hàng đầu

Đường GTNT chiếm một vị trí rất quan trọng trong sự phát triển

KT-XH của đất nước Tạo sự lưu thông hàng hoá, văn hoá dẫn đến nâng cao đời sống vật chất cũng như tinh thần của nhân dân, giảm sự chênh lệch mức thu nhập giữa thành thị và nông thôn đó cũng là một trong những chủ trương lớn của Đảng và Nhà nước ta

ở khu vực duyên hải Miền Trung Việt Nam, là vùng đất có khí hậu khắc nhiệt thường xảy ra hạn hán, lũ lụt thường xuyên nên việc sử dụng bêtông xi măng cho làm đường là một vấn đề cấp thiết và cần thiết Trong khi đó bêtông xi măng thông thường theo quy phạm phải sử dụng cốt liệu đá

cốt liệu cát vàng (thoả mãn yêu cầu của quy trình làm cốt liệu cho BTXM)

do nhu cầu xây dựng ngày càng phát triển, nguồn cát vàng ngày càng khan hiếm, việc khai thác cát vàng không theo quy hoạch làm cho nguồn cát vàng ngày càng cạn kiệt, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái Trong khi đó vùng duyên hải Miền Trung, đặc biệt là vùng Quảng Bình – Quảng Trị nguồn cát trắng lại đang dồi dào, chưa được sử dụng Vì lý do đó tôi chọn đề tài Nghiên cứu sử dụng cát trắng vùng Quảng Bình Quảng Trị để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô GTNT để giải quyết những vấn đề sau:

+ Giảm giá thành xây dựng (Hiện nay muốn làm đường ở những vùng này vận chuyển vật liệu trung bình từ 30Km-:- 40Km)

+ Tận dụng được sức lao động nhàn rỗi ở địa phương

+ Quy trình thi công và nghiệm thu đơn giản (nhân dân địa phương có thể tự tổ chức làm đường đựơc)

+ Tận dụng được tài nguyên dồi dào ở địa phương (hiện nay cát trắng

ở vùng này chưa đựơc khai thác vì không biết dùng vào việc gì)

+ Góp phần giải quyết vấn đề “Sa mạc hoá ở khu vực này” và hiện tượng cát bay, cát nhảy, cát chảy (làm ô nhiễm môi trường, làm mất an toàn giao thông, lấp đồng ruộng .) đây là một vấn nạn mà các tỉnh duyên hải Miền Trung phải đối mặt

Trong những năm gần đây bêtông được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng công trình ở nước ta cũng như trên thế giới Tuy mang nhiều tính ưu

việt, nhưng bêtông là sản phẩm do nhiều vật liệu không đồng nhất tạo ra, do

đó cho đến nay việc dùng vật liệu để chế tạo bêtông xi măng vẫn còn nhiều vấn đề cần phải đi sâu và tiếp tục nghiên cứu

Hiện nay, vùng duyên hải Miền Trung, đặc biệt là vùng Quảng Bình – Quảng Trị rất khan hiếm vật liệu cát đạt yêu cầu quy chuẩn về xây dựng Ngoài ra việc phát triển hệ thống đường sá phục vụ phát triển kinh tế của các tỉnh Miền Trung đang đặt ra những yêu cầu cấp thiết do đặc thù địa lý khu vực Thực tế xây dựng đường cho thấy việc dùng bêtông xi măng để xây dựng móng, mặt đường ở khu vực này là một giải pháp kỹ thuật có hiệu quả

Đối với các tỉnh Miền Trung rất khan hiếm cát vàng xây dựng, cát đá nhiều khi phải vận chuyển hàng trăm Km đến nơi tiêu thụ, giá thành cao Trong khi đó với hàng triệu mét khối cát trắng chạy dọc theo chiều dài của dải Miền Trung mà cho đến nay người ta chưa hề dùng để chế tạo bêtông xi măng hay làm bất cứ một việc gì ngoại trừ hàng năm phải chi ra hàng chục tỉ

đồng để khắc phục hậu quả do những đồi cát trắng gây ra như nạn cát bay, cát nhảy,

Cát vàng quý như vàng

Ta biết rằng cát là một loại vật liệu không thể thiếu trong ngành xây dựng nói chung và ngành giao thông nói riêng Cát là một thành phần cấu thành lên công trình, do đó việc sử dụng cát thiên nhiên để xây dựng công trình là một vấn đề cần nghiên cứu nhằm tận dụng tối đa nguồn nguyên vật liệu này một cách hiệu quả nhất

Diện tích cát trắng cả nước có khoảng 600.000ha, các tỉnh miền Trung

từ Thanh Hoá đến Bình Thuận có 400.000ha Ba tỉnh Quảng Bình, QuảngTrị, Thừa Thiên Huế có tới 100.000ha, riêng Quảng Trị có 35.000ha, Quảng Bình có 42.000ha

Vấn đề đặt ra là liệu có thể dùng cát trắng như một loại vật liệu tại chỗ dồi dào để chế tạo bêtông xi măng hạ giá thành xây dung? Nếu dùng cát trắng để chế tạo bêtông xi măng thì ảnh hưởng biều kiến của một số chỉ tiêu cơ lý của bêtông xi măng như thế nào? và mặt trái của nó thế nào?

Hiện nay các nghiên cứu về sử dụng cát trắng để làm bêtông xi măng dùng trong xây dựng trong nước cũng như trên thế giới với số lượng không nhiều và thiếu hệ thống ở Việt nam trên thực tế chưa có trường hợp nào

được chính thức sử dụng cát trắng làm bêtông xi măng

Trên cơ sở đó, tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng sử dụng cát trắng

ở hai tỉnh Quảng Bình – Quảng Trị như là các vật liệu tại chỗ dồi dào để chế tạo bêtông xi măng làm móng, mặt đường ô tô và các công trình khác

Đường vào làng cát trắng

1.2 Nội dung nghiên cứu

Như đã nói ở trên, vật liệu cát trắng dùng để chế tạo bêtông xi măng ở trong nước và trên thế giới vẫn chưa được chú trọng nghiên cứu một cách hệ thống và đầy đủ Trong khuôn khổ luận án này với thời gian có hạn, luận án chỉ đề cập đến một số nội dung chủ yếu sau:

- Nghiên cứu tổng quan một số vấn đề về bêtông xi măng

- Nghiên cứu tổng quan về sử dụng cát trắng để chế tạo BTXM

- Nghiên cứu về cát trắng ở Quảng Bình – Quảng Trị

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm xác định cường

độ và các chỉ tiêu liên quan của cát trắng Quảng Bình – Quảng Trị để làm bêtông xi măng Trên cơ sở đó có khuyến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo và khả năng sử dụng cát trắng trong việc chế tạo bêtông xi măng

1.3 mục tiêu cần đạt được

- Điều tra sự phân bố cát trắng ở các tỉnh Miền Trung, đặc biệt là

điều tra sự phân bố và trữ lượng cát trắng ở hai tỉnh Quảng Bình – Quảng Trị

- Đánh giá cường độ bêtông sử dụng cát trắng so với bêtông sử dụng cát vàng

- Nêu lên ưu, nhược điểm của việc sử dụng cát trắng

- Đánh giá sơ bộ tính xã hội, môi trường khi sử dụng cát trắng

1.4 kết luận phần mở đầu

Trị để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô GTNT mang tính thực tiễn và xã hội rất cao, nó giải quyết được bài toán mà các

tỉnh Miền Trung chưa có lời giải đó là:

ỉ Tiền đầu tư cho cơ sở hạ tầng vùng nông thôn

ỉ Nạn xa mạc hoá ngày càng trầm trọng

ỉ Tình trạng ô nhiễm môi trường và mất an toàn do hiện tượng cát bay, cát nhảy, cát chảy

Chương 2 khái quát đặc điểm tự nhiên, dân sinh kinh tế vùng cát quảng bình – quảng trị và tổng quan về nghiên cứu sử dụng cát nguồn gốc từ cát biển làm

bê tông xi măng

2.1 đặc điểm chung vùng cát quảng bình quảng trị

Đặc điểm chung của vùng cát Quảng Bình, Quảng Trị là vùng nằm xen kẽ đồng ruộng, trải dọc theo QL1A nên rất thuận lợi cho việc khai thác, vận chuyển nhưng cũng là một trong những nguyên nhân làm mất ATGT Vùng cát này có độ cao hơn đồng ruộng từ 3 ữ 15m, có nơi còn cao hơn 15 ữ

20m Cát có hạt rất mịn, đều và trạng thái rời rạc Khi có mưa to, gió lớn cát

từ trên cao đổ xuống làm lấp đồng ruộng, vườn tược, nhà cửa, đường xá, sông ngòi làm cho cây cối không thể phát triển được Đây thực sự là một thảm hoạ

-Vùng cát trắng Quảng Trị có diện tích trên 35000ha chiếm 7.62% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, bằng 80% diện tích đồng bằng và lớn hơn diện tích trồng lúa của tỉnh

-Vùng cát trắng Quảng Bình có diện tích trên 42000ha chiếm 5.23% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, bằng 70% diện tích đồng bằng và lớn hơn diện tích trồng lúa của tỉnh

Vùng cát đang được mở rộng diện tích của mình bằng các dạng cát bay, cát chảy, cát nhảy Cả ba dạng di chuyển nói trên làm cho mặt cát luôn luôn xáo trộn trung bình từ 30 - 35mm/năm

2.2 đặc điểm khí hậu thuỷ văn

Khí hậu và thuỷ văn có ảnh hưởng rất lớn đến phát triển nông nghiệp, công nghiệp, môi trường, GTVT và một trong những nguyên nhân sinh cát bay, cát chảy, cát nhảy

Khí hậu Quảng Bình, Quảng Trị mang tính chất chung của khí hậu nhiệt đới gió mùa, song lại có tính chất đặc thù của nó, từ bức xạ mặt trời, nắng, mưa, gió, nhiệt độ, lụt bão có tính chất cực đoan

-Quảng Bình, Quảng Trị có nhiệt độ trung bình từ 24 – 250C

-Đây là loại gió nống tốc độ gió trung bình từ 2,5 – 3,1 m/s

-Lớn nhất trung bình 15 – 20 m/s tuyệt đối 40 m/s

e.Mưa:

Quảng Bình, Quảng Trị có lượng mưa tương đối lớn bình quân hàng

năm từ 2.300 mm – 2.700 mm, nhưng phân phối không đều Thường tập

trung từ tháng 9 – 11 chiếm 70% Từ tháng 12 – 8 chỉ chiếm 30%

g.Lượng dòng chẩy:

Lượng dòng chảy trên các sông lớn, cũng như cát trên chênh lệch giữa

mùa mưa, mùa cạn rất lớn, nhất là trên cát

Các suối trên cát thường dòng chảy tập trung vào mùa mưa (từ tháng 9

- 12) do đó sinh lụt lớn, nước suối kéo theo cát về lấp đồng ruộng nhà cửa,

vườn tược, đường xá, công trình công cộng của nhân dân

Còn mùa kiệt lượng dòng chảy không đáng kể do đó sinh ra hạn hán

Nói tóm lại khí hậu Quảng Bình, Quảng Trị chia thành 2 mùa rõ rệt

-Mùa khô, có nhiệt độ cao (30 – 320C có lúc lên đến 700C) Có lượng mưa nhỏ (từ 300 – 350ly) chiếm 15 – 20% lượng mưa cả năm; cộng với

gió Tây nam có vận tốc lớn (10 – 20 m/s) nóng Do đó gây ra hạn hán và

gió bay, gió lấp

-Mùa mưa, có nhiệt độ thấp (từ 20 - 220C có lúc xuống 7,7 – 8,90C)

Có lượng mưa rất lớn (từ 1.100 – 1.400ly) chiếm 80 – 85% lượng mưa

trong năm, có lượng dòng chảy lớn gấp hàng nghìn lần so với mùa khô Do

đó sinh ra lũ lụt, cát chảy và cát nhảy

Tuy vậy, nếu biết khai thác và chế ngự được khí hậu thì nó mang lại

những thuận lợi Đó là lượng nhiệt rồi dào, lượng mưa lớn, gió nắng nhiều,

đủ để tạo ra một năng lượng lớn

2.3 hiện trạng tình hình kinh tế xã hội

2.3.1.Nông nghiệp

Nhìn chung đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn, nhất là vùng miền

núi và vùng ven biển, đời sống văn hoá thấp, điều kiện giao lưu kinh tế, văn

hoá còn hạn chế Nếu như các nghành, các cấp, các nhà khoa học có kế

hoạch khắc phục khó khăn về thiên nhiên, về kỹ thuật vật tư, GTVT đồng

thời kết hợp thâm canh tăng vụ, tăng năng xuất cây trồng thì đời sống nhân

dân mới được khắc phục

2.3.2.Lâm nghiệp

Quảng Bình – Quảng Trị có diện tích đất rừng lớn chiếm khoảng 38% (bao gồm rừng tự nhiên và rừng trồng), rừng ở đây có nhiều loại gỗ, thú quý hiếm, động thực vật phong phú, địa hình hùng vĩ Tuy nhiên kinh tế lâm nghiệp chưa phát huy hết thế mạnh của mình Do thiếu vốn, thiếu một quy hoạch phát triển tổng thể, một chính sách phù hợp Mạng lưới giao thông khó khăn chưa đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế miền núi và cải thiện đời sống nhân dân

2.3.3.Ngư nghiệp

Tiềm năng về kinh tế ngư nghiệp là rất lớn do có bờ biển kéo dài, gần 150km Nhưng khả năng khia thác còn thấp, ngư dân chủ yếu đánh bắt bằng các phương tiện truyền thống, kỹ thuật lạc hậu, tàu thuyền phần lớn công suất nhỏ, đời sống ngư dân còn nhiều khó khăn về giao lưu hàng hoá, lương thực, đời sống văn hóa Đặc biệt là thiếu vốn, thiếu kỹ thuật đánh bắt và thiếu hệ thống đường giao thông

2.3.4 Công nghiệp và tiểu thu công nghiệp

Công nghiệp và tiểu thu công nghiệp chậm phát triển, lạc hậu so với các địa phương khác Nguyên nhân chính là do vốn đầu tư quá ít, cơ sở vật vhất nghèo nàn, các cơ sở sản xuất lổi thời, cũ nát, đến thời gian cần thanh

lý Tỉnh còn lúng túng trong cơ chế thị trường, chưa tiếp cận được với thị trường nước ngoài do vậy cơ cấu kinh tế của tỉnh vẫn còn mang tính sản xuất nông – lâm – ngư nghiệp – tiểu thủ công nghiệp

2.3.5.Hàng hoá xuất nhập khẩu

Tiềm năng sản xuất hàng hoá của Quảng Bình – Quảng Trị khá phong phú Song muốn đạt được một cách toàn diện thì cần phải nổ lực rất nhiều trong sản xuất kinh doanh cũng như xây dựng các cơ sở vật chất kỹ thuật Trước hết là vấn đề cải tạo, nâng cấp, xây dựng đường sá, công trình

về giao thông; đại tu, mua sắm phương tiện, thiết bị vận tải Vị trí Quảng Bình – Quảng Trị là đầu mối giao lưu của các tỉnh miền Trung, và là vùng thu hút hàng hoá các nước Lào, Thái Lan Do vậy yêu cầu phát triển GTVT càng trở nên cấp thiết hơn

2.3.6.Y tế Giáo dục

Cơ sở vật chất, kỹ thuật của nghành y tế xuống cấp nghiêm trọng, cán

bộ y tế thiếu cả về số lượng và chuyên gia đầu đàn Mới thực hiện tốt hai chương trình (phòng chống sốt rét và tiêm chủng mở rộng); còn các chương trình y tế khác kết quả còn thấp Trẻ em suy dinh dưỡng chiếm khoảng 50%, các bệnh phụ khoa còn nhiều, bệnh bướu cổ, sốt rét, chưa khắc phục được triệt để

Về giáo dục thì đã giảm đáng kể tình trạng học 3 ca, phổ cập được chương trình tiểm học Nhưng nhiều trường đang xuống cấp, trang thiết bị dạy học thiếu nhiều, đội ngũ giáo viên tuy đông nhưng không đồng bộ, chất lượng sút kém

Tóm lại, nhìn chung về tình hình kinh tế – xá hội của Quảng Bình –

Quảng Trị cho thấy:

- Từ ngày tách tỉnh Bình Trị Thiên cho đến nay, Quảng Bình – Quảng Trị đã có nhiều chuyển biến đáng kể, tình hình cơ chế quản

lý mới đã phát huy tác dụng, kinh tế và xã hội đều có nhiều tiến bộ,

đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân được cải thiện một bước

- Song trước mắt, Quảng Bình – Quảng Trị còn có nhiều khó khăn,

điều kiện thiên nhiên khắc nhiệt chưa khắc phục được; cơ sở vật chất còn nghèo nàn, cũ kỹ; tiềm năng của Quảng Bình – Quảng Trị chưa phát huy cao; mạng lưới GTVT xuống cấp nghiêm trọng; các nghành kinh tế còn nhiều hạn chế; đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn, nhất và vùng đồi núi và ven biển

- Nhưng triển vọng phát triển kinh tế - xã hội của Quảng Bình – Quảng Trị rất sáng sủa Sự lãnh đạo của Trung ương, của mỗi tỉnh

đổi mới mạnh theo cơ chế mới phát huy mọi tiềm năng, do vậy tiềm năng của mỗi tỉnh đang được phát huy to lớn, nhân dân có truyền thống cách mạng, khắc phục khó khăn, lao động cần cù, sáng tạo Cơ sở vật chất kỹ thuật, mạng lưới GTVT đang được nâng

cấp, những hạn chế của ngành kinh tế – xã hội đang được khẩn trương khắc phục, nhiều biện pháp tháo gỡ có hiệu quả đang được thực hiện Quảng Bình – Quảng Trị nhất định sẽ phát triển nhanh, mạnh về kinh tế xã hội theo mục tiêu “Dân giàu, nước mạnh, xã hội văn minh” theo định hướng xã hội chủ nghĩa

2.4 tổng quan về nghiên cứu sử dụng cát nguồn gốc

từ cát biển làm bê tông xi măng

2.4.1 Các nghiên cứu về sử dụng cát nguồn gốc từ cát biển làm bê tông

xi măng

2.4.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển bê tông trên thế giới và trong nước

Trong lịch sử phát triển của lịch sử loài người, sự phát triển của vật liệu xây dựng luôn luôn đi theo sự phát triển tri thức và sự phát triển kinh tế của xã hội loài người Cũng như vậy, sự phát triển của vật liệu bê tông xi măng cũng không tách rời với sự phát triển của xã hội

Từ nửa cuối thế kỷ 19, nền kinh tế tư bản đã có những bước tiến nhảy vọt thúc đẩy nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng Trước nhu cầu xây dựng nhà máy, đường xá, cầu cống này càng tăng cao đã đòi hỏi phải có loại vật liệu xây dựng mới bền chắc, rẻ tiền Trong thời kỳ này ngành sản xuất xi măng

đã khá phát triển tạo điều kiện cho một loại vật liệu mới ra đời, đó là bê tông

xi măng

Trong giai đoạn đầu tiên, kết cấu bê tông xuất hiện dưới dạng bản, cột hoặc dầm giản đơn Các cấu kiện này không hoàn thiện, được thiết kế một cách mò mẫm, các nguyên tắc tính toán và cấu tạo chưa rõ ràng Giá thành xây dựng còn cao Đến cuối thế kỷ 19, nền công nghiệp phát triển một cách nhanh chóng càng làm gia tăng nhu cầu sử dụng loại vật liệu bê tông xi măng với giá thành cao Do đó, nhiều nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu tính năng, tìm tòi cấu tạo và đề ra lý thuyết để tính toán những tiêu chuẩn kỹ thuật đầu tiên về vật liệu và kết cấu bê tông xi măng đã được ban hành ở nhiều nước như Pháp, Đức, Nga trong khoảng từ năm 1906 đến 1911

Đến nay, loài người đã đạt đến trình độ phát triển cao, do đó hiểu biết của loài người về vật liệu bê tông xi măng cũng đã đạt đến trình độ cao Các

nhà khoa học đã có nhiều nghiên cứu để nâng cao phẩm chất sử dụng và cải thiện các tính năng kỹ thuật của bê tông xi măng Với những ưu điểm vốn

có, bê tông xi măng ngày nay đã trở thành một loại vật liệu chủ yếu trong xây dựng cơ sở hạ tầng nói chung, trong xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông vận tải nói riêng

ở Việt Nam, các công trình về bê tông bắt đầu xuất hiện dưới thời Pháp thuộc, tuy nhiên còn ít ỏi và đơn giản Sau khi miền Bắc được giải phóng, bắt đầu công cuộc xây dựng xã hội chủ nghĩa, vật liệu bê tông xi măng bắt đầu được phát triển để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng cao Hiện nay, bê tông xi măng đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành xây dựng cơ sở hạ tầng như giao thông, thuỷ lợi, xây dựng dân dụng

và công nghiệp Và việc nghiên cứu bê tông xi măng cũng đang được đẩy mạnh trong nhiều trường đại học và các Viện thiết kế, Viện nghiên cứu khoa học

Ngày nay, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, nhu cầu sử dụng vật liệu bê tông xi măng để phục vụ nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng, công nghiệp, quốc phòng ở ven biển và hải đảo ngày càng cao Tuy nhiên cũng xuất hiện một điều trái ngược là ở ven biển và hải đảo có một khối lượng rất lớn cát nhiễm mặn, nhưng loại cát này lại không được sử dụng để chế tạo bê tông xi măng Vấn đề này đã đặt ra cho các nhà khoa học vật liệu xây dựng một vấn đề và đòi hỏi nghiêm túc: “Nghiên cứu sử dụng cát biển làm bê tông xi măng”

2.4.1.2 Các nghiên cứu ở nước ngoài về sử dụng cát có nguồn gốc từ cát biển làm bê tông xi măng

Đầu thế kỷ 20, nhà khoa học người Anh K.Niuman giới thiệu một số vấn đề về khai thác vật liệu biển (cát sởi biển) làm cốt liệu cho bê tông, đồng thời Hội Bê tông xi măng nước Anh cũng đã ra thông báo một chuyên đề về vật liệu cát sỏi khai thác ở biển

Năm 1946, tại Hội nghị khoa học quốc tế ở Lisbone, nhà khoa học Pháp A.M.Fernades đã đề cập tới vấn đề sử dụng cát sỏi biển để chế tạo bê tông xi măng

Năm 1954, ở Anh, nhà khoa học D.Narvar đã công bố kết quả bê tông phẩm chất tốt chế tạo bằng san hô, cát, nước biển trong tạp chí xây dựng công trình dân dụng

Năm 1956, Hội quốc gia về cát sỏi nước Mỹ đã ra thông báo về sử dụng cát sỏi biển để chế tạo bê tông

Năm 1964, ở ấn Độ, trong tạp chí bê tông đã có bài báo khoa học tập hợp và phân tích nhiều ý kiến khác nhau về việc dùng cát, sỏi biển và nước biển để chế tạo bê tông xi măng

Năm 1965, ở Liên Xô cũ, hai nhà khoa học F.M Ivanov và V.C Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát biển ở Hắc Hải để đổ bê tông thủy công, đặc biệt đã nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng vỏ sò hến trong cát biển đối với tính chất của vữa và bê tông xi măng

Năm 1973, ở Hà Lan đã công bố tài liệu nghiên cứu dùng cát sỏi biển

để chế tạo bê tông xi măng

Trong chiến tranh thế giới lần thứ II, Mỹ đã xây dựng nhiều công trình bằng bê tông xi măng sử dụng cát biển ở các vùng ven biển và vùng đảo cho mục đích quân sự

2.4.1.3 Các nghiên cứu trong nước về sử dụng cát có nguồn gốc từ cát biển làm bê tông xi măng

Với đường bờ biển dài hơn 3000 km, dọc theo nó là vùng chịu ảnh hưởng bồi đắp của các con sông, trữ lượng cát mịn sông biển ở Việt Nam là rất dồi dào và đa dạng Nhu cầu xây dựng các công trình ven biển sử dụng bê tông xi măng cũng ngày càng tăng Trước tình hình đó dĩ nhiên các nhà khoa học không thể không chú ý đến khía cạnh xây dựng của các loại vật liệu tự nhiên này Các đề tài nghiên cứu sử dụng cát đen, cát mịn sông đã

được nhiều trường đại học như Bách Khoa, Xây dựng, Giao thông, Thuỷ lợi nghiên cứu, riêng khối lượng nghiên cứu về cát biển còn ít

Từ năm 1962, Viện Kỹ thuật Giao thông Vận tải (nay là Viện khoa học công nghệ Giao thông Vận tải) đã tổng quan một số tài liệu nghiên cứu chủ yếu của Pháp về sử dụng cát biển làm bê tông xi măng Sau đó, đã tiến hành thí nghiệm đúc mẫu bê tông xi măng sử dụng cát biển và nước biển để

kiểm tra cường độ của bê tông xi măng ở các độ tuổi từ 7 ngày cho đến 6 tháng Một số kết luận và kiến nghị bước đầu về sử dụng vật liệu này để chế tạo bê tông xi măng đã được giới thiệu ở thông tin khoa học kỹ thuật ở Bộ Thuỷ Lợi và được báo cáo trong Hội nghị Bê tông và bê tông cốt thép miền Bắc lần thứ nhất (năm 1970)

Trong các năm 1968 – 1969, Viện nghiên cứu khoa học thuỷ lợi và trường Đai học Thuỷ lợi kết hợp với Cục Hải quân nghiên cứu dùng cát biển Quảng Ninh để chế tạo bê tông và vữa Do hoàn cảnh chiến tranh, thiết bị phân tán, việc thí nghiệm gặp nhiều khó khăn nên chưa đạt được kết quả yêu cầu

Năm 2000, tại trường Đại học Giao thông Vận tải cũng đã có Luận án thạc sỹ của tác giả Nguyễn Văn Bách về “sử dụng cát sông, biển Vũng Tàu làm móng mặt đường ô tô” và đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ do TS Trần Tuấn Hiệp chủ trì về “nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương vùng

đồng bằng sông Cửu Long làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô” Các công trình này đã có một số kết luận về việc sử dụng cát mịn, cát biển, nước biển để chế tạo bê tông xi măng, tuy nhiên các đề tài này mới chỉ nghiên cứu cho cát biển ở Vũng Tàu và nước nhiễm mặn ở cửa sông Sài Gòn

Năm 2004, tại thành phố Hồ Chí Minh, đã có dự án “Công nghệ cải tạo cát nhiễm mặn, nước biển tạo thành cốt liệu cho vữa bê tông” do TS Nguyễn Hồng Bỉnh làm chủ nhiệm đã được hoàn thành và nghiệm thu Dự

án đã thực hiện thí điểm xây dựng công trình thí điểm một đoạn đê chắn sóng tại bờ biển ấp Đông Hoà, xã Long Hoà, huyện Cần Giờ làm bằng bê tông chế tạo từ cát biển và nước nhiễm mặn khai thác tại địa phương có sử dụng phụ gia CSSB (phụ gia do nhóm nghiên cứu chế tạo) Công trình thí

điểm đã được nghiệm thu và đánh giá là đạt chất lượng cao

2.4.2 Các tính chất đặc trưng của cát có nguồn gốc từ cát biển

2.4.2.1 Sơ lược nguồn gốc của cát có nguồn gốc từ cát biển

Cát dùng trong xây dựng thường có nguồn gốc như sau:

- Cát hồ: có ở trong các hồ lớn, là loại cát có góc cạnh, sắc nhọn Cát

hồ không có muối gây hại, chỉ có sét hoặc bùn

- Cát sông: có ở bờ sông hoặc đáy lòng sông, là loại cát hạt mịn, trơn nhẵn

- Cát ở đáy biển: được khai thác ở đáy biển bằng các thiết bị nạo vét,

là loại cát có góc cạnh, có cường độ lớn

- Cát ở vùng khô cằn hoặc sa mạc: có ở các vùng khô cằn hoặc ở các vùng sa mạc, là loại cát có nhiều tạp chất có hại và có chất kiềm

- Cát bờ biển: có ở các bờ biển, là loại cát hạt mịn và trơn nhẵn

ở Việt Nam, cát được khai thác chủ yếu từ nguồn cát sông và cát bờ biển, ven bờ biển, một số nơi đã khai thác cát ở đáy biển nhưng do phương tiện hút còn thô sơ nên chỉ hút được cát ở nơi có độ sâu nhỏ hơn 12m

Bờ biển nước ta có rất nhiều vùng cát Đó là sản phẩm trầm tích dạng

sa thạch Đá này chịu tác dụng của ngoại lực đến một thời gian nhất định bị huỷ hoại và bị sóng cuốn vào bờ biển, thích nghi khi tập trung lại thành những vùng cát Quá trình hình thành này kéo dài phân thành từng lớp Ngoài ra trầm tích ở biển còn do các vật liệu ở lục địa mang ra do quá trình phong hoá đất đá; một phần đất đá đó vẫn nằm tại chỗ, nhưng phần lớn bị cuốn ra biển Các vật liệu từ lục địa trôi ra hoặc những vật liệu do tác dụng mài mòn của biển đều động lại trong các vùng biển thành đá trầm tích

Trầm tích do các vật liệu từ lục địa trôi ra gọi là trầm tích lục nguyên (nguồn từ lục địa), trầm tích do những chất hoá học kết tụ lại gọi là trầm tích hoá học; cuối cùng của những di tích sinh vật, những phần cứng của xác các sinh vật cấu tạo từ cácbonát và oxit silic cùng lắng đọng thành trầm tích hứu cơ Tất cả các loại đá trầm tích này là nguyên nhân tạo nên những vùng cát không tinh khiết (lẫn tạp chất, muối khoáng ) ở ven biển

Bờ biển nước ta dài hơn 3000 km nhưng không phải nơi nào cũng có cát như nhau Tuỳ theo độ dốc của bãi biển, trữ lượng vật liệu vụn vỡ và điều kiện thuỷ đọng học (cường độ và tính chất của sóng), các vùng cát được hình thành ở bãi biển

2.4.2.2 Hàm lượng muối của cát có nguồn gốc từ cát biển

Cát biển ngậm nhiều muối vì tiếp xúc với nước biển Theo một tài liệu của Anh thì trong một lít nước biển có khoảng 20 – 35 gam muối, nhưng

trong một lít cát sỏi biển chứa một lượng muối ít hơn nhiều Nếu tỉ lệ mặn của nước biển là 5 thì độ mặn khái quát tối đa của cát sỏi biển chỉ chiếm 0.16

Thông thường trong 1 kg cát thô có khoảng 10 – 20 mg NaCl Tuy nhiên tuỳ từng nơi lượng muối NaCl trong cát sỏi biển có thể khác nhau ở các bãi biển lượng NaCl bằng khoảng 10 mg trong khoảng 1 kg cát đã được rửa sạch, còn ở các bãi cát trong vịnh, do nước bốc hơi nên lượng muối kết tinh và đọng lại trên cát nhiều hơn, có thể lên tới 1300 mg trong khoảng 1 kg cát Theo tài liệu của Hà Lan, cát ở cửa sông nước Anh có khoảng 0.004 – 0.01% và cát biển ở Bắc Băng Dương có lượng NaCl khoảng 0.014 – 0.021%

Theo Viktorov, cát thường lẫn tinh thể thạch cao và NaCl Tiêu chuẩn

Hà Lan quy định lượng ion Cl- trong cát sỏi biển như sau:

+ Cát sỏi dùng cho bê tông cốt thép, lượng NaCl: 0.05 – 0.01 mg/l + Cát sỏi dùng cho bê tông dự ứng lực, lượng NaCl: 0.005 – 0.01 mg/l

Từ năm 1958-1964, Viện kỹ thuật Bộ Giao thông Vận Tải đã nghiên cứu nhiều loại cát biển vùng Quảng Ninh, Thái Bình, Tào Xuyên, Ninh Bình

và thấy rằng lượng muối trong cát biển đều chưa vượt quá phạm vi cho phép của quy phạm

2.4.2.3 Cấp phối hạt và độ mịn của cát có nguồn gốc từ cát biển

Cát biển hạt nhỏ được cuốn từ sông ra Trong quá trình trôi theo dòng nước, phần lớn các hạt lớn đã lắng đọng ở trên cửa sông, và khi chảy ra biển chỉ còn lại các cát hạt nhỏ

Ví dụ ở cửa sông nước Anh có lượng lọt sàng 0.3mm bằng 65 – 76% Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ lợi đã thí nghiệm cát biển ở Quảng Ninh và Hậu Giang, hai loại cát này đều nhỏ, có mô đun độ lớn nhỏ hơn 1 ở nước ta,

độ mịn của cát biển cúng thay đổi từ độ rất mịn giống như cát đen sông Hồng đến loại trung bình như cát vàng ở Việt Ttì

Tất nhiên trong một loại cát ở một vùng biển nào đó có nhiều cỡ hạt khác nhau, cát biển tròn nhẵn vì bị nước mài mòn

Sỏi biển cũng có nhiều cỡ hạt, nhưng có đặc điểm mặt ngoài hình dạng tròn và nhẵn mặt

2.4.2.4 Lượng ngậm vỏ sò hến

Theo Viktorov, trong cát biển, vỏ sò hến là tạp chất rất phổ biến với hàm lượng lớn Nó sẽ tạo ra rất nhiều lỗ hổng ở trong vữa và bê tông khi dùng cát sỏi biển Từ đó sẽ làm giảm độ linh động, cường độ và các tính năng khác của bê tông

Ví dụ, trong cát sỏi biển ở Cởưm (Liên Xô cũ) có hàm lượng ngậm vỏ

sò hến khoảng 7 – 8% (trong cát) và 2 – 3% (trong sỏi), có khi lượng ngậm lên tới 24% ở vùng Odecxa (Biển Đen) lượng ngậm vỏ sò hến nhỏ hơn 5 mm vào khoảng 24 – 45%

Các tiêu chuẩn của Liên Xô cũ DCT 8736 – 62 (tính chất cát trong xây dựng) và OTC 4947 – 56 (bê tông thuỷ công) quy định dùng cát không

có vỏ sò hến

Còn trong điều lệ kỹ thuật thiết kế và sản xuất bê tông và bê tông cốt thép quy định lợng vỏ sò hến trong tự nhiên cho phép không vượt quá 5% theo thể tích với điều kiện nó được phân bố đều đặn trong khối cát

Theo tài liệu của Anh, lượng ngậm vỏ sò hến trong cốt liệu khai thác ở biển có thể tới 25 – 40% khối lượng cốt liệu

Theo tài liệu của Hà Lan, cát biển ở Bắc Băng Dương có lượng ngậm

vỏ sò hến tới 33% trong khi đó tiêu chuẩn 3542 của Hà lan quy định là 25%

Cát ở bờ biển nước ta có ít vỏ sò hến cũng là một đặc điểm cần chú ý

2.4.2.5 Độ bẩn của cát có nguồn gốc từ cát biển

Theo tài liệu của Anh, cát biển có ít tạp chất hữu cơ vì được nước biển rửa sạch

Theo tài liệu của Hà Lan, lượng bùn đất trong cát biển Bắc Băng Dương bằng 0.5% và trong sỏi biển là 0.1%, phù hợp với tiêu chuẩn VB –

72 của Hà Lan

Theo tài liệu của Viện kỹ thuật Bộ Giao thông Vận tải nước ta thì hàm lượng ngậm tạp chất hữu cơ bùn, bụi, đất sét trong cát biển không khác cát sông nhiều lắm

2.4.3 Các nghiên cứu đã được công bố về ảnh hưởng của cát có nguồn gốc từ cát biển đến bê tông xi măng

2.4.3.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Theo tài liệu của Anh, muối NaCl làm cho xi măng thuỷ hoá nhanh hơn nhiệt thuỷ hoá nhiều, nhưng nếu hàm lượng NaCl ít (0.5% khối lượng xi măng) thì không ảnh hưởng đến cường độ của bê tông còn nếu lượng NaCl lớn hơn thì cường độ và mô đun đàn hồi giảm đi Hội nghị khoa học ở Anh năm 1970 thì lại chưa khẳng định được ảnh hưởng của CaCl2 đối với bê tông, nhưng lưu ý đến ảnh hưởng của các loại muối Clorua đối với các tấm tường mỏng trong không khí Các chuyên gia Anh cho rằng có thể dùng cát biển và nước ngọt để trộn bê tông thì không gây ra trở ngại gì đáng kể, vì không thay đổi tính năng cơ lý và sức bền của bê tông Tuy nhiên khi sử dụng cần lưu ý các vấn đề sau:

- Muối làm tăng rất nhanh tốc độ đông cứng của bê tông mà không cần phụ gia tăng nhanh độ cứng vào bê tông

- Không nên dùng cốt liệu biển để chế tạo bê tông dự ứng lực vì muối

có khả năng làm han rỉ và thép nhỏ dễ bị đứt

Cũng theo tài liệu của Anh, nhiều công trình dân dụng quan trọng ở miền Nam Uelse (Anh) đã dùng cát biển để chế tạo bê tông, trải qua nhiều năm vẫn không thấy hư hỏng và rỉ cốt thép vì bê tông được đầm chặt

Nếu trước khi dùng, cát sỏi biển được rửa bằng nước ngọt thì lượng muối sẽ giảm đi hoặc có thể dùng phương pháp trải mỏng lớp cát sởi biển để

ngoài trời để nước mưa rửa trôi chất muối trong cát sỏi biển Có thể khai thác sớm cát sỏi biển rồi đổ đống một thời gian để nước mưa rửa trôi một phần muối

Theo tài liệu ở Anh cũng cho thấy rằng khi dùng cốt liệu biển nếu dùng xi măng tốt thì chất lượng của bê tông cũng sẽ đảm bảo

2.4.3.1.2 ảnh hưởng do ngậm vỏ sò hến đến tính chất của bê tông

Nói chung vỏ sò hến là chất Canxi Cácbonát cường độ nhỏ hơn cát thạch anh và có ảnh hưởng đến độ chảy, cường độ của bê tông Theo tài liệu của Liên Xô cũ thì lượng ngậm vỏ sò hến không được lớn hơn 5% trong sỏi

và 2% trong cát và nhất thiết phải sàng bỏ vỏ sò hến đường kính lớn hơn 5mm Ngược lại, một tài liệu khác của Liên Xô cũ đã kết luận như sau:

- Trong cát ở Biển Đen lượng vỏ sò hến 60% cũng không giảm cường

độ của bê tông

- Khi hàm lượng vỏ sò hến trong cát từ 10 – 40% bê tông vẫn đạt

được tính ổn định cao

Từ kết luận này, Nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông và cốt thép cường

độ thuỷ lợi Hắc Hải đã chế tạo bê tông và mỗi năm tiết kiệm được 120.000 rúp

Cát Hắc Hải (Biển Đen) có hàm lượng vỏ sò hến tới 80% khối lượng cát, chủ yếu là Canxi Khi sàng bỏ qua các hạt cát >5mm thì lượng vỏ sò hến vẫn còn lại tới 26 – 38% khối lượng cát

Theo 2 chuyên gia Bapman và Rôdơ, người Anh, vỏ sò hến vẫn có thể dùng lẫn trong cát biển, tuy nhiên vẫn phải loại trừ vỏ sò ốc rỗng ruột vì các loại này có thể làm rỗng bê tông hoặc để phát sinh các vết nứt trong khối bê tông khi chịu lực Cũng theo tài liệu của Anh, để hạn chế tác hại của vỏ sò rỗng và đặc, cần thiết kế cấp phối bê tông hợp lý sao cho các lỗ hổng tạo ra

sẽ được xi măng lấp kín và bê tông được chắc chắn, có biện pháp thi công tốt (tăng cường trộn và đầm bê tông) cũng đảm bảo cường độ và tính bền cao

Như vậy, theo các tài liệu thì lượng ngậm vỏ sò hến có ảnh hưởng ít nhiều đến tính chất cơ bản của bê tông

2.4.3.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương vùng đồng bằng sông Cửu Long làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô” do PGS.TS Trần Tuấn Hiệp – Trường đại học Giao thông Vận tải thực hiện đã có một số kết luận như sau về cát biển Vũng Tàu:

- Cát biển Vũng Tàu là cát mịn có mô đun độ lớn bằng 0.933; tỷ lệ lọt qua sàng là 90.54%; cát ở đây khá sạch, hàm lượng sét, bụi bẩn rất bé: 0.004% - 0.084%; hàm lượng bụi mi ca nhỏ (0.03%); hàm lượng muối < 1%

- Cường độ bê tông xi măng dùng cát biển không thua kém bê tông xi măng dùng cát vàng nhiều Sau tuổi 28 ngày cường độ bê tông xi măng dùng cát vàng cao hơn bê tông xi măng dùng cát biển từ 8 – 15% Sự tăng trưởng cường độ của bê tông xi măng cát biển cao hơn hẳn bê tông xi măng cát vàng trong những ngày tuổi thấp hơn 20 ngày Sau đó tốc độ tăng trưởng cường độ của bê tông xi măng cát biển chậm dần và đến sau 28 ngày tuổi thì thấp hơn chút ít so với bê tông xi măng cát vàng

Dự án “Công nghệ cảt tạo cát nhiễm mặn, nước biển tạo thành cốt liệu cho vữa bê tông” do TS Nguyễn Hồng Bỉnh – Hội Khoa học kỹ thuật xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh làm chủ nhiệm đã đưa ra một số kết luận như sau:

- Nguyên nhân phá hoại vữa, bê tông khi dùng vật liệu nhiễm mặn và sét và lẫn sét:

+ Với sét, trong cát ẩm và trong nước (có phù sa) hạt sét đã trương nở nên khi vữa khô sẽ co ngót gây rạn nứt

+ Với muối, trong nước NaCl phân ly thành Na+ và Cl- khi gặp xi măng trong đó có Fe2O3, MgO, Al2O3 cũng phân ly trong quá trình thuỷ hoá xi măng gây nên các thành phần Fe+++, Al+++ và Mg++ hút các ion Cl- tạo nên các phức tan Sắt Clorua, Magie Clorua tác dụng với nước thành các Hydroxid Fe(OH)3, Al(OH)3, Mg(OH)2 không bền, xốp và trương nở nhiều lần nên khi vữa khô sẽ bị nứt, còn Na kết hợp với nước tạo thành NaOH cản trở sự đông kết của vữa

- Chế tạo ra chất phụ gia CSSB dùng cho bê tông xi măng sử dụng cát biển và nước biển Cơ chế tác dụng của chất phụ gia CSSB trong quá trình thuỷ hoá xi măng được giải thích như sau:

+ Nước muối NaCl trong cát và dung dịch phân ly thành Na+ và Cl-

Na trong môi trường kiềm (OH) của xi măng kết hợp với acid hữu cơ thành muối gốc hữu cơ

O

+ONa

OCl

C 11 H 22 C 6 H 4 SO 3 Na + H 3 PO 4 C 11 H 22 C 6 H 4 SO 3 OH + NaH 2 PO 4

Acid hữu cơ không chua Muối trung hoà

C 11 H 23 COONa + H 2 SO 4 C 11 H 23 COOH + NaHSO 4

Acid béo cao hữu cơ không chua Muối trung hoà

Như vậy, nguyên lý của quá trình là sự hấp thụ điện ly của nước biển

để chế tạo thành một số chất muối hữu cơ trung gian và một acid chloride hữu cơ trung gian, hai chất trung gian này kết hợp thành một phân tử mới và

đẩy muối NaCl ra ngoài dưới dạng kết tinh Giai đoạn cuối cùng này chỉ xảy

ra khi sự ninh kết phát triển nhanh do quá trình đông cứng của vữa bê tông

- Đưa ra công nghệ MICLAYCO để chế tạo vữa bê tông xi măng sử dụng cát biển, nước biển có sử dụng phụ gia CSSB với một số cấp phối điển hình như sau:

+ Vữa bê tông M150: Xi măng PC30 – 226kg, cát biển – 0.381 m3, nước biển – 200l, phụ gia CSSB – 0.1l

+ Vữa bê tông M200: Xi măng Holcim PC40 – 359kg, cát biển – 1.2m3, nước biển – 180l, phụ gia CSSB – 0.3 đến 0.5l

2.4.4 Tình hình khai thác và sử dụng cát có nguồn gốc từ cát biển

2.4.4.1 Tình hình khai thác và sử dụng cát có nguồn gốc từ cát biển ở trên thế giới

Cát biển đã được nhiều nước trên thế giới tiến hành khai thác phục vụ cho xây dựng cơ sở hạ tầng từ nửa cuối thế kỷ 20

Các nước ở Châu âu như Anh, Hà Lan, Pháp, Đan Mạch đã tiến hành khai thác cát sỏi biển để chê tạo bê tông, san lấp mặt bằng phục vụ cho công tác xây dựng trong nước và cả cho xuất khẩu với khối lượng khai thác hằng năm lên đến hàng chục triệu tấn (Xem bảng 2.1)

Bảng 2.1 Tổng lượng cát sỏi biển khai thác hàng năm ở Châu âu

(Nguồn: British Marine AAggregate Producers asociation)

Và trong tương lai các nước ở Châu Âu vẫn tiếp tục khai thác một khối lượng lớn cát sỏi biẻn phục vụ cho các công trình xây dựng Cụ thể, theo dự báo nhu cầu khai thác cát sỏi biển cho các nước Châu Âu cho đến năm 2025 của Hiệp hội nghiên cứu và thông tin công nghiệp xây dựng nước (Construction Industry Research and Information Association – CIRIA) và

Viện nghiên cứu địa chất (British Geological Survey – BGS) của nước Anh như sau: Từ 1992 đến 2006, nước Anh cần khai thác khoảng 315 triệu tấn cát biển (khoảng 21 triệu tấn mỗi năm); từ năm 2000 đến 2020, Hà Lan cần khai thác khoảng 23 triệu tấn cát biển để chế tạo bê tông và 53 triệu tấn cát biển

để san lấp mặt bằng

Ngoài ra, một số nước khác như ấn Độ, Đài Loan, cũng đã tiến hành khai thác cát biển để phục vụ cho xây dựng cơ sở hạ tầng như đổ bê tông, san lấp mặt bằng,

2.4.4.2 Tình hình khai thác và sử dụng cát có nguồn gốc từ cát biển ở Việt Nam

ở Việt Nam, cát biển cũng đã bắt đầu được khai thác để phục vụ cho xây dựng bắt đầu từ thời kỳ Pháp, Mỹ xâm lược và cai trị miến Nam, đó là việc sử dụng cát gia cố xi măng, bitum để làm móng mặt đường sân bay như

ở sân bay Phú Bài (Huế), sân bay Chu Lai (Quảng Nam - Đà Nẵng) và dùng làm móng mặt đường bê tông nhựa trên Quốc lộ 1A (đoạn qua thị xã Vĩnh

Điện, tỉnh Quảng Nam, đoạn qua thị xã Mộ Đức tỉnh Quảng Ngãi)

Trong thời gian gần đây, ở nhiều địa phương ven biển ở nước ta đã tiến hành khai thác cát biển để san lấp mặt bằng nhằm hạ giá thành xây dựng như Quảng Ninh, Vũng Tàu, Quảng Bình,Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Ngãi, ở một số nơi người dân đã khai thác cát biển để xây dựng nhà

Năm 2004, trong khuôn khổ Dự án “Công nghệ cải tạo cát nhiễm mặn, nước biển tạo thành cốt liệu cho vữa bê tông” của TS Nguyễn Hồng Bỉnh – Hội Khoa học kỹ thuật xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm nghiên cứu cũng đã khai thác cát biển tại bờ biển Cần Giờ để chế tạo bê tông làm kè bờ biển

Tóm lại:

Các nghiên cứu trên thế giới và trong nước cho thấy có thể sử dụng cát

có nguồn gốc từ biển để chế tạo bê tông xi măng không cốt thép

Trên thế giới đã có nhiều nước tiến hành khai thác cát có nguồn gốc từ cát biển với khối lượng lớn để chế tạo bê tông xi măng

Việc khai thác cát trắng ở Quảng Bình – Quảng Trị để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô là hoàn toàn khả thi

Chương 3 nghiên cứu về cát trắng quảng bình - quảng trị

3.1 Tổng quan về vật liệu xây dựng ở Quảng Bình Quảng Trị

Vật liệu xây dựng chủ yếu ở Quảng Bình – Quảng Trị gồm có đá vôi,

đá Granít, sỏi, cát vàng, cát biển và cát trắng

- Đá vôi:

+ ở Quảng Bình phân bố chủ yếu ở các huyện Bố Trạch, Tuyên

Hoá, Minh Hoá với trữ lượng rất lớn, ước tính lên tới hàng trăm triệu m3 Đá vôi hiện được khái thác để nung vôi, để xây dựng dân dụng, làm nguyên liệu cho một số nhà máy xi măng địa phương và làm đá dăm, cấp phối đá dăm, đá hộc xây trong xây dựng giao thông

+ ở Quảng Trị phân bố chủ yếu ở các huyện Hướng Hoá,

ĐaKrông với trữ lượng rất lớn, ước tính lên tới hàng trăm triệu m3

Đá vôi hiện được khái thác để nung vôi, để xây dựng dân dụng, làm nguyên liệu cho một số nhà máy xi măng địa phương và làm

đá dăm, cấp phối đá dăm, đá hộc xây trong xây dựng giao thông

- Đá Granít:

+ ở Quảng Bình phân bố chủ yếu ở các huyện Bố Trạch, Tuyên

Hoá, Minh Hoá với trữ lượng khá lớn Đá granít hiện được khai thác để xây dựng dân dụng, làm đá dăm, cấp phối đá dăm, đá hộc xây trong xây dựng giao thông

+ ở Quảng Trị phân bố chủ yếu ở các huyện Hướng Hoá, Đa

Krông với trữ lượng khá lớn Đá granít hiện được khai thác để xây dựng dân dụng, làm đá dăm, cấp phối đá dăm, đá hộc xây trong xây dựng giao thông

- Cát vàng:

+ ở Quảng Bình phân bố ở hầu hết các con sông ở tất cả Huyện,

Thị trong tỉnh nhưng trữ lượng ít, khai thác tràn lan làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chế độ chảy của các con sông Cát vàng hiện

được khái thác để phục vụ cho ngành xây dựng dân dụng, giao thông, thuỷ lợi

+ ở Quảng Trị phân bố ở hầu hết các con sông ở tất cả Huyện,

Thị trong tỉnh nhưng trữ lượng ít, khai thác tràn lan làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chế độ chảy của các con sông Cát vàng hiện

được khái thác để phục vụ cho ngành xây dựng dân dụng, giao thông, thuỷ lợi

Đặc điểm chung của vùng cát Quảng Bình – Quảng Trị là nằm xen

kẻ giữa các đồng ruộng, các khu dân cư, làng mạc nên khi mưa to gió lớn cát

từ trên cao đổ xuống làm lấp ruộng đồng, vườn tược, nhà cửa, đường xá, sông ngòi, làm cho cây cối không thể phát triển được

Qua khảo sát thực tế ở Quảng Bình – Quảng Trị có một số mỏ cát trắng lớn sau đây:

+ ở Quảng Bình: Mỏ Ngư Hoà, Hải Thuỷ, Ngư Thuỷ các mỏ này trử lượng rất lớn với các dãy núi cát cao từ 20-:-30m, rộng từ 300 -:- 500m

+ ở Quảng Trị: Mỏ Vĩnh Thái, Vĩnh Trung, Vĩnh Kim các mỏ này trử lượng rất lớn với các dãy núi cát cao từ 20-:-30m, rộng từ 300 -:- 500m Ngoài ra còn có các mỏ như mỏ: Triệu vân, Triệu Trạch, Triệu Lăng các

mỏ này đị hình tương đối bằng phẳng

3.3 Tình hình khai thác và sử dụng cát trắng ở Quảng Bình Quảng Trị

Chúng ta đã biết ở Việt Nam các loại cát không thoả mãn các chỉ tiêu

về xây dựng thì chúng chỉ được dùng san lấp mặt bằng ở Quảng Bình – Quảng Trị thì cát trắng chỉ mang lại phiền toái, tai hoạ cho người dân như nạn cát bay, cát nhảy, cát chảy Mấy năm gần đây, hai tỉnh Quảng Bình – Quảng Trị có chủ trương nuôi tôm trên cát nhưng không mang lại hiệu quả,

đến nay chủ trương đó đã bị phá sản

Đề tài cấp nhà nước của TS Hoàng Phước “ Cải tạo môi sinh vùng cát ven biển miền trung ” đã làm thực nghiệm tại vùng Triệu Phong – Quảng Trị với kinh phí 5 triệu USD với mục tiêu đưa dân ra sống ở vùng cát trắng, cải thiện mức sống của người dân bằng việc cải thiện nuôi trồng thuỷ sản, nông nghiệp và cơ sở hạ tầng Dự án đã thu được một số kết quả khích lệ nhưng theo TS Hoàng Phước dự án còn có một số khó khăn như: Tiền đầu tư cho cơ sở hạ tầng còn quá cao do ở vùng cát không có đất, đá

mà phải chở từ nơi xa đến với cự ly khoảng 40 – 50Km

Tóm lại: ở Quảng Bình – Quảng Trị cát trắng là một tài nguyên rất

lớn nhưng vẫn chưa sử dụng một cách hợp lý và hiệu quả, ngược lại nó còn

đe doạ đến đời sống của nhân dân

3.4 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát trắng Quảng Bình Quảng Trị

3.4.1.Thí nghiệm xác định thành phần hạt và mô đum độ lớn của cát mịn (TCVN 342 - 86)

Lấy 2kg cát (khối lượng mẫu thí nghiệm là 2kg) theo TCVN 337 –

đó đem sàng qua bộ tiêu chuẩn cỡ sàng từ 2.5mm đến 0.14mm Khi sàng quan sát thấy các hạt cát không lọt qua sàng nữa thì đem cân lượng cất còn lại trên lưới sàng (cân chính xác tới 1%) thì tìm ra lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng, lượng sót tích luỹ trên sàng và mô đum độ lớn (M) của cát

Lượng sót riênh biệt (ai) trên mặt sàng kích thước mắt i tính bằng % tính theo công thức (tính chính xác tới 0.1%):

ai= x100

m

Trong đó: mi là khối lượng cát còn sót lại trên sàng kích thước mắt i (g)

m là khối lượng mẫu thí nghiệm đem thí nghiệm (g)

Lượng sót riêng biệt tích luỹ trên mặt sàng kích thước i là Ai tính theo công thức: Ai=∑

=

n

i i

∑

=

n

i i

A

3.4.2 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cát (TCVN 339 - 86)

Lấy 30g theo mẫu TCVN 337 – 86 rồi sàng mẫu qua sàng có kích

lượng không đổi theo TCVN 337 – 86 rồi để mẫu trong phòng hút ẩm đến nhiệt độ trong phòng rồi lấy ra chộn đều và chia làm 2 phần để thí nghiệm 2 lần song song nhau

Khi thí nghiệm ta đổ cát và bình khối lượng riêng đã rửa sạch, sấy khô

bình, lắc đều bình chứa rồi đặt nghiêng lên bếp cát (hay cách thuỷ), đun từ

10 – 15 phút để đuổi hết bọt khí ra khỏi bình sau đó để nguội tới nhiệt độ trong phòng rồi đổ thêm nước cất vào cho tới vạch định mức ở cổ bình rồi

rửa sạch bình, đổ nước cất tới vạch định mức và cân lại được khối lượng m4

Sau đó tính khối lượng riêng mẫu theo công thức:

( m m m ) m ( m P mn )

2 3 1 4

1 2

−

−

−

(g/cm3) Trong đó: khối lượng riêng của cát là giá trị trung bình cộng của 2 lần thí nghiệm, nếu kết quả mẫu thử giữa 2 lần tính ra không chênh lệch nhau quá 0.02g/cm3

3.4.3 Thí nghiệm xác định hàm lượng sét có trong cát (TCVN 342 - 86)

Lấy mẫu cát đã chuẩn bị một khối lượng 250g (lấy 2 mẫu thí nghiệm),

đổ 2 mẫu cát vào 2 bình thuỷ tinh dung dịch 1000ml sau đó đổ mỗi bình 500ml nước sạch vào 3 – 4ml amoniăc nồng độ 25% rồi dùng thuỷ tinh đầu bịt cao su quấy mạnh dung dịch, sau đó đổ thêm nước vào dung dịch đến vạch định mức 1000ml và lắc đều dung dịch, lấy đũa thuỷ tinh quấy vài lần (2 – 3 phút quấy 1 lần) sau đó để một thời gian từ 1h30’ đên 1h45’ cho dung dịch lắng xuống rồi dùng ống xiphông lấy ra 100ml nước đục ở độ sâu 100mm (trước khi lấy bỏ đi 1 – 1.5ml chất lỏng ban đầu) Nước đục lấy ra cho vào ống nghiệm 100ml rồi cân ống nghiệm chứa nước đục được m1(chính xác tới 0.01g), sau đó đổ nước đục ra và đổ nước cất vào cho tới vạch

2

2

1 −

.100 (%) Hàm lượng sét chứa trong cát là trung bình cộng kết quả của 2 lần thí nghiệm

3.4.4 Thí nghiệm xác định hàm lượng chung bụi, bùn, sét có trong cát (TCVN 343 -86)

Lấy mẫu rồi sấy khô mẫu đến khối lượng không đổi theo TCVN 337 – 86, sau đó cân 1000g cát đã được sấy khô để làm thí nghiệm

Đổ mẫu thử vào bình rồi đổ nước sạch vào cho tới khi chiều cao lớp nước nằm trên cát đạt tới khoảng 200mm Ngâm cát trong nước khoảng 2 giờ thỉnh thoảng lại khuấy đều một lần, cuối cùng khuấy mạnh một lần nữa rồi

để yên trong 2 phút sau đó đổ nước đục ra chỉ để lại trên cát lớp nước khoảng 30mm Lại đổ nước sạch vào đến mức quy định trên và tiếp tục rửa như vậy cho đến khi nước đổ ra không con vẩn đục nữa

Dùng bình rửa hay thùng trụ có ống xi phông để rửa cát Khi dùng bình rửa thì phải đổ nước vào bình cho tới khi nước trào qua vòi trên, còn nước đục thì phải tháo ra bằng hai vòi dưới

Sau khi rửa cát xong, sấy khô đến khối lượng không đổi theo TCVN337– 86

Hàm lượng chung bụi, bùn, sét chứa trong cát (Sc) tính bằng % chính xác đến 0.1% tính theo công thức:

m1 – khối lượng mẫu khô sau khi rửa (g)

3.4.5 Thí nghiệm xác định hàm khối lượng thể tích và độ xốp (TCVN 340 - 86)

Lấy từ 5 – 10kg mẫu (tuỳ theo lượng sỏi trong cát) theo TCVN 337 – 86 rồi sấy khô đến khối lượng không đổi Sau đó để nguội mẫu đến nhiệt

độ phòng rồi sàng qua lưới sàng có kích thước mắt sàng 5mm

Lấy cát đã chuẩn bị ở trên đổ từ độ cao 10cm vào ống đo sạch, khô và cân sẵn cho đến khi cát tạo thành hình chóp trên miệng ống đong, dùng thước kim loại gạt ngang miệng ống rồi đem cân

Khối lượng thể tích xốp của cát (pv) chính xác đến 20kg/m3 được tính theo công thức:

m2 – khối lượng ống đong chứa cát ngang miệng (kg)

1

p

pv

.100(%)

Trong đó: pv – Khối lượng thể tích xốp của cát (kg/m3)

p – Khối lượng riêng của cát (g/cm3)

3.4.6 Thí nghiệm xác định thành phần khoáng vật trong cát (22TCN 61 - 84)

Lấy mẫu theo TCVN 337 – 86 rồi sàng qua sàng có kích thước mắt sàng 5mm Sau đó rửa sạch cát rồi sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt

qua bộ lưới sàng rồi xác định khối lượng còn lại trên từng lưới sàng

Dùng kính lúp hay hiển vi để xem xét, xác định thành phần khoáng vật Đếm số lượng hạt của từng nhóm khoáng vật trong mỗi lượng mẫu đó (tính bằng phần trăm) chích xác đến 0.1% theo công thức:

Các chất muối hoà tan trong nước đều ở dạng ion, dạng phan tử hay

lượng cặn còn lại bao hàm các chất hữu cơ và vô cơ tan trong nước đó, từ lượng cặn khô này ta tính được tổng lượng muối

Hút 50ml nước mẫu cho vào cốc mỏ 50ml đã biết sẵn trọng lượng đặt cốc mẫu lên bếp cách thuỷ chưng đến khô Sau đó cho vào lò sấy và sấy ở

cho đến nhiệt độ bình thường rồi đem cân trọng lượng cốc mẫu

Sau đó cho lấy lai cốc mẫu ở nhiệt độ như trên trong vòng 30 – 40 phút rồi đem ra để lại trong bình hút ẩm và cân lại trọng lượng Cứ tuần tự

sấy, để nguội và cân lại nhiều lần như thế đến khi nào trọng lượng cân không thay đổi nữa thì kết thúc thí nghiệm

Tổng lượng muối tan tính theo công thức:

G1 – trọng lượng cốc mẫu sau khi sấy (g)

V – Thể tích mẫu nước đem phân tích (ml)

Tất cả các thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm thuộc

Công ty cổ phần tư vấn xây dựng giao thông Quảng Trị

Kết quả thí nghiệm được được trình bầy trong các bảng sau:

PHIẾU THÍ NGHIỆM CÁT

§¬n vÞ yªu cÌu thÝ nghiÖm ¤ng: Vđ Hơng S¬n:

Tên công trình :

Nghiªn cøu khoa hôc - LuỊn v¨n th¹c sü kü thuỊt

Lý lịch mẫu :

MĨu c¸t tr¾ng ị LÖ Thñy - Qu¶ng B×nh

Ngày thí nghiệm Người thí nghiệm : NguyÔn V¨n Kh¸nh

Phương pháp thí nghiệm:

6 Hàm lượng Sunfat , Sunfit 0.02

7 Hàm lượng tạp chất hữu cơ Màu chuẩn

8 Hàm lượng hạt lớn hơn # 5 mm 0.00

9 Hàm lượng hạt nhỏ hơn # 0.15 mm 22.11

10 Thành phần cấp phối

Số Lượng sót riêng biệt ( % )

TT Toàn bộ mẫu Hạt < 5mm

- Kết quả chỉ đúng cho vật liệu cùng chất lượng với mẫu đem thí nghiệm

Đông hà , ngày 17 tháng 04 năm 2005

NguyÔn V¨n Kh¸nh NguyÔn §¹i V¨n TrÌn B×nh Trông

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

===== @ =====

Khối lượng thưc tế (g)

GIAO THÔNG & XÂY DỰNG QUẢNG TRỊ

CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN

LAS - XD166 SỐ : / TN2005

16 - 04 - 2005

BIỂU ĐỒ CẤP PHỐI

Qui định Đơn vị

Chỉ tiêu thí nghiệm

<3

<1

(%) (%)

<1 Mầu chuẩn

(%) (%)

Từ TCVN 337-86 đến TCVN 346-86 và TCVN 4376-86.

< 10

< 10

(%) (%)

( g/cm 3 ) ( g/cm 3 )

0.15 0.30.6 1.18 2.36

PHIẾU THÍ NGHIỆM CÁT

§¬n vÞ yªu cÌu thÝ nghiÖm ¤ng: Vđ Hơng S¬n:

Tên công trình :

Nghiªn cøu khoa hôc - LuỊn v¨n th¹c sü kü thuỊt

Lý lịch mẫu :

MĨu c¸t tr¾ng ị Ng­ Thụ - Qu¶ng B×nh

Ngày thí nghiệm Người thí nghiệm : NguyÔn V¨n Kh¸nh

Phương pháp thí nghiệm:

6 Hàm lượng Sunfat , Sunfit 0.02

7 Hàm lượng tạp chất hữu cơ Màu chuẩn

8 Hàm lượng hạt lớn hơn # 5 mm 0.00

9 Hàm lượng hạt nhỏ hơn # 0.15 mm 21.07

10 Thành phần cấp phối

Số Lượng sót riêng biệt ( % )

TT Toàn bộ mẫu Hạt < 5mm

- Kết quả chỉ đúng cho vật liệu cùng chất lượng với mẫu đem thí nghiệm

Đông hà , ngày 17 tháng 04 năm 2005

Từ TCVN 337-86 đến TCVN 346-86 và TCVN 4376-86.

< 10

< 10

(%) (%)

( g/cm 3 ) ( g/cm 3 ) (%) (%)

<1 Mầu chuẩn

(%) (%)

Chỉ tiêu thí nghiệm

Kích thước

mắt sàng

(mm)

Lượng sót tích luỹ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

===== @ =====

Khối lượng thưc tế (g)

GIAO THÔNG & XÂY DỰNG QUẢNG TRỊ

CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN

LAS - XD166 SỐ : / TN2005

NguyÔn V¨n Kh¸nh NguyÔn §¹i V¨n TrÌn B×nh Trông

0.15 0.30.6 1.18 2.36