Nghiên cứu chất lượng các mỏ đá trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi ảnh hưởng đến cường độ bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN TẤN THUẬN NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG CÁC MỎ ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TƠNG Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Công nghiệp Mã số: 858 02 01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, năm 2019 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trương Hồi Chính Phản biện 1: PGS.TS Phạm Thanh Tùng Phản biện 2: PGS.TS Đặng Công Thuật Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp, họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Tỉnh Quảng Ngãi địa phương có nguồn khống sản đa chủng loại phục vụ cho xây dựng, công nghiệp vật liệu xây dựng, nước khoáng số khoáng sản khác dồi dào, chất lượng tốt đồng Trong thực tế nghiên cứu thực nghiệm quan hệ chất lượng đá cường độ bê tông địa phương Việt Nam hạn chế Vì lý trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu chất lượng mỏ đá địa bàn tỉnh Quảng Ngãi ảnh hưởng đến cường độ bê tông” nghiên cứu thiết thực, giúp nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên, tạo điều kiện phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng, sử dụng hiệu nguồn đá xây dựng vào kết cấu bê tông hoạt động xây dựng Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm chất lượng đá ảnh hưởng đến cường độ bê tơng từ rút nhận xét Mục tiêu nghiên cứu: - Đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, từ rút nhận xét - Biết kết tiêu lý đá ảnh hưởng đến cường độ bê tơng, để tính tốn chất lượng cấu kiện cơng trình xây dựng Nhằm phục vụ hoạt động thiết kế thi công xây dựng tỉnh Quảng Ngãi - Hướng tới sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguồn đá xây dựng địa phương Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu tính chất lý đá dăm mỏ đá điển hình (mỏ đá Mỹ Trang thuộc xã Phổ Hòa, huyện Đức Phổ, mỏ đá Bình Đơng thuộc xã Bình Đơng, huyện Bình Sơn, mỏ đá Thọ Bắc xã Thọ Bắc huyện Sơn Tịnh) tỉnh Quảng Ngãi - Nghiên cứu phạm vi bê tông Mác 300, 350 400 qua thực tế tiến hành đúc mẫu thí nghiệm - Số liệu nghiên cứu thống kê nhóm mẫu nhóm viên mẫu thí nghiệm 3,7,14, 28, 60 90 ngày tuổi, đá lấy từ mỏ đá khác địa bàn tỉnh Quảng Ngãi Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993 Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu liên quan đến tiêu lý đá dăm cường độ bê tông - Phương pháp thực nghiệm: Xác định tiêu lý đá dăm xác định cường độ bê tông để thống kê đánh giá kết đạt - Phương pháp phân tích tổng hợp nhằm phát vấn đề mới, có tính chất thành phần đá dăm bê tông tồn Cơ sở khoa học thực tiễn: - Nghiên cứu tiêu lý đá dăm qua thực tế lấy mẫu thí nghiệm - Nghiên cứu phạm vi bê tông Mác 300, 350 400 qua thực tế tiến hành đúc mẫu thí nghiệm - Theo Tiêu chuẩn Việt Nam Kết đạt vấn đề tồn tại: - Đưa nghiên cứu cụ thể thông qua thực nghiệm để đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông địa bàn tỉnh Quảng Ngãi - Khẳng định chất lượng đá dăm chất lượng đảm bảo sử dụng bê tông thông thường bê tông mác cao, phù hợp với thi cơng xây dựng cơng trình sử dụng bê tơng thơng thường cơng trình đòi hỏi chất lượng bê tông cường độ cao tỉnh Quảng Ngãi - Đánh giá thực trạng công nghệ sản xuất đá hạn chế mỏ khai thác có ảnh hưởng đến chất lượng đá dăm Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan đá, đá dăm bê tông Chương 2: Xác định tiêu lý đá dăm cường độ bê tông thực nghiệm Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng đá đến chất lượng bê tông Kết luận Kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐÁ, ĐÁ DĂM VÀ BÊ TÔNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MÁC MA VÀ ĐÁ XÂY DỰNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI 1.2 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM DÙNG TRONG BÊ TÔNG 1.2.1 Chức đá dăm: Đá cốt liệu lớn dùng cho bê tông hỗn hợp loại cốt liệu có kích thước từ 5mm đến 70mm có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo Trong hỗn hợp bê tông, thơng thường đá chiếm 85 đến 90% thể tích khơ bê tông Đá ứng dụng cho bê tông thông thường đá 1x2 gọi đá 20mm (đá dăm) sử dụng nhiều hạng mục bê tông 1.2.2 Một số tiêu đá dăm: - Thành phần hạt: - Hàm lượng bụi, bùn, sét cốt liệu lớn: - Cường độ đá: - Độ hao mòn va đập cốt liệu lớn thí nghiệm máy Los Angeles: khơng lớn 50 % khối lượng - Hàm lượng hạt thoi dẹt cốt liệu lớn: không vượt 15 % bê tông cấp cao B30 không vượt 35 % cấp B30 thấp - Tạp chất hữu đá: xác định theo phương pháp so màu, không thẫm màu chuẩn 1.3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TƠNG 1.3.1 Chức bê tơng: Tính học bê tơng loại cường độ biến dạng Tính vật lý tính co ngót, từ biến, khả chống thấm, cách nhiệt, bê tông 1.3.2 Phân loại bê tơng: Có nhiều cách phân loại bê tông, thường theo cách - Phân loại theo khối lượng thể tích - Phân loại theo chất kết dính - Phân loại theo phạm vi sử dụng 1.3.3 Phạm vi ứng dụng 1.3.4 Thành phần bê tông: - Xi măng - Cốt liệu nhỏ (Cát) - Cốt liệu lớn (Đá dăm) - Nước - Chất phụ gia 1.4 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG: Xác định cường độ bê tông theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 Cường độ nén viên mẫu bê tông (Rn) tính (daN/cm2) theo cơng thức: Rn =  P F KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: Đá dăm thành phần quan trọng cấp phối dùng sản xuất bê tông sử dụng rộng rãi ngành xây dựng nước ta Trong thiết kế thi công cấu kiện bê tông cốt thép, việc đánh giá chất lượng đá ảnh hưởng đến cường độ bê tông vấn đề cần thiết cần quan tâm nhằm đạt hiệu sử dụng hợp lý vật liệu bê tông, công tác thường xuyên liên tục, vấn đề nghiên cứu cụ thể chương sau CHƯƠNG XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM VÀ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM 2.1 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM: 2.1.1 Lấy mẫu thử: Mẫu cốt liệu lấy theo lô sản phẩm, cho đảm bảo đặc tính tự nhiên cốt liệu đại diện cho lô cốt liệu cần thử - Thiết bị chia mẫu, gồm hộp chứa máng chia mẫu Chiều rộng khe chảy máng chia mẫu phải lớn 1,5 lần kích thước hạt cốt liệu nhỏ lớn 2.1.2 Xác định thành phần hạt: - Thiết bị thử - Máy lắc sàng; - Tủ sấy có phận điều chỉnh đạt nhiệt độ sấy ổn định từ o 105 C -110oC - Tiến hành thử - Cốt liệu nhỏ - Cốt liệu lớn - Tính kết a) Cốt liệu nhỏ - Lượng sót sàng có kích thước mắt sàng mm (S5), tính phần trăm khối lượng, xác đến 0,1 %, theo cơng thức: S5 = m5 x100 m0 - Lượng sót riêng sàng kích thước mắt sàng i (ai), tính phần trăm khối lượng, xác đến 0,1 %, theo công thức: m = i x100 m A + A1, 25 + A0,63 + A0,315 + A0,14 M dl = 2,5 100 2.1.3 Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích: - Thiết bị thử - Chuẩn bị mẫu thử - Tiến hành thử + Đối với cốt liệu lớn Vớt mẫu khỏi thùng ngâm, dùng khăn lau khô nước đọng bề mặt hạt cốt liệu + Đối với cốt liệu nhỏ - Tính kết - Khối lượng riêng cốt liệu (  a ), tính gam centimét khối (g/cm3), xác đến 0,01 , xác định theo công thức sau: m4 m4 − (m2 − m3 ) m1 = n m1 − (m2 − m3 ) a = n  vbh - Độ hút nước cốt liệu (W), tính phần trăm khối lượng, xác đến 0,1 %, xác định theo công thức: W= m1 − m2 x100 m4 2.1.4 Xác định khối lượng thể tích xốp độ rỗng: - Thiết bị thử - Thùng đong kim loại, hình trụ, dung tích l; l; l; 10 l 20 l, kích thước quy định Bảng 2.3; - Tiến hành thử - Tính kết - Khối lượng thể tích xốp cốt liệu (  x ) tính kilơgam mét khối, xác tới 10 kg/m3, theo công thức: x = m1 − m2 V - Độ hổng hạt cốt liệu (V W), tính phần trăm thể tích xác tới 0,1 %, theo công thức: VW = (1 − x vk x1000 ) x100 2.1.5 Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét cốt liệu: - Thiết bị dụng cụ - Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét a) Chuẩn bị mẫu Mẫu lấy theo TCVN 7572-1 : 2006 Trước tiến hành thử, mẫu sấy đến khối lượng không đổi để nguội nhiệt độ phòng b) Đối với cốt liệu nhỏ c) Đối với cốt liệu lớn Cốt liệu lớn sau sấy khô lấy mẫu với khối lượng nêu Bảng 2.5 Bảng 2.5 Khối lượng mẫu thử hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn Kích thước lớn Khối lượng mẫu, hạt cốt liệu (mm) không nhỏ (kg) Nhỏ 40 Lớn 40 10 d) Tính kết Hàm lượng chung bụi, bùn, sét chứa cốt liệu (Sc), tính phần trăm, xác đến 0,1 % theo cơng thức: Sc = m − m1 m x100 2.1.6 Xác định cường độ đá gốc: - Thiết bị dụng cụ - Chuẩn bị mẫu - Tiến hành thử Cường độ nén (RN) đá gốc, tính MPa xác tới 0,1 MPa, theo công thức: RN = P F 10 Td = m1 x100 m1 + m2 2.2 Cách xác định cường độ bê tông phương pháp thực nghiệm 2.2.1 Khái niệm cường độ bê tông: 2.2.2 Nội dung phương pháp thí nghiệm xác định cường độ: - Thiết bị dụng cụ - Chuẩn bị mẫu thử - Tiến hành thử - Tính kết Cường độ (Rn) viên mẫu bê tông tính (daN/cm2), theo cơng thức Rn =  P F Kết luận chương 2: Trong chương trình bày cách xác định tiêu lý đá dăm cách xác định cường độ bê tông Trong chương tiến hành thí nghiệm để xác định phát triển cường độ chịu nén bê tông theo thời gian kết luận ảnh hưởng chất lượng đá đến cường độ bê tông CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÁ ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TƠNG 3.1 Mục đích: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng đá (sử dụng đá 1x2) đến chất lượng bê tông Chế tạo bê tông có cấp bền B22.5 (Mác 300), B27.5 (Mác 350) B30.0 (Mác 400) với thời gian khảo 11 sát từ ngày đến 90 ngày từ lúc đổ bê tơng 3.2 Kết thí nghiệm cốt liệu mẫu thí nghiệm bê tơng: 3.2.1 Thành phần cấp phối đá: mỏ khác 3.2.1.1 Thành phần cốt liệu đá dăm mỏ đá Thọ Bắc huyện Sơn Tịnh: Bảng 3.1 Kết cấp phối đá dăm mỏ đá Thọ Bắc – Sơn Tịnh Lượng tích lũy Yêu cầu (mm) 40 20 10 (%) 0 ÷ 10 40 ÷ 70 90 ÷ 100 Lượng sót tích lũy (%) Cỡ sàng Lượng Tiêu chuẩn tích lũy (%) TCVN 8859-2011 0.00 ĐẠT 4.95 ĐẠT 56.74 ĐẠT 94.46 ĐẠT 20 40 60 80 100 Cỡ sàng (mm) Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm mỏ đá Thọ Bắc – Sơn Tịnh Bảng 3.2 Kết tiêu lý đá dăm mỏ Thọ Bắc – Sơn Tịnh STT Tên tiêu Đơn vị Kết K/lượng riêng g/cm3 2.649 K/lượng thể tích g/cm3 2.575 K/l thể tích xốp g/cm3 1.409 T/c thử nghiệm TCVN 75724:2006 TCVN 75724:2006 TCVN 75726:2006 T/c đánh giá 7570-06 [1] TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 12 STT Tên tiêu Đơn vị Kết T/c thử nghiệm Độ rỗng % 45.28 H/lượng bụi, bùn sét % 2.45 Độ nén dập bảo hòa % 32.62 Độ mài mòn % 32.75 Hàm lượng thoi dẹt % 14.69 Lượng mềm yếu % 9.17 phong hóa Cường độ kháng nén bảo kG/cm 10 590.8 hòa TCVN 75726:2006 TCVN 75728:2006 TCVN 757211:2006 TCVN 757212:2006 TCVN 757213:2006 TCVN 757217:2006 TCVN 757210:2006 T/c đánh giá 7570-06 [1] TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 3.2.1.2 Thành phần cốt liệu đá dăm mỏ đá Bình ĐơngBình Sơn: Mỏ đá Bình Đơng- Bình Sơn- Quảng Ngãi Hình 3.3 Mỏ đá Bình Đơng- Bình Sơn 13 Bảng 3.3 Kết cấp phối đá dăm mỏ đá Bình Đơng- Bình Sơn Cỡ Lượng Lượng tích lũy yêu cầu Tiêu chuẩn sàng tích lũy (mm) (%) (%) TCVN 8859-2011 40 0.00 ĐẠT 20 ÷ 10 6.27 ĐẠT 40 ÷ 70 90 ÷ 100 Lượng sót tích lũy 10 55.71 93.98 ĐẠT ĐẠT 20 40 60 80 100 Cỡ sàng (mm) Hình 3.4 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm mỏ đá Bình ĐơngBình Sơn Bảng 3.4 Kết tiêu lý đá dăm mỏ đá Bình Đơng- Bình Sơn STT Tên tiêu Đơn vị Kết K/lượng riêng g/cm3 2.726 K/lượng thể tích g/cm3 2.669 K/l thể tích xốp g/cm3 1.425 Độ rỗng % 46.61 H/lượng bụi, bùn sét % 0.66 Độ nén dập bảo hòa % 11.65 T/c thử nghiệm TCVN 75724:2006 TCVN 75724:2006 TCVN 75726:2006 TCVN 75726:2006 TCVN 75728:2006 TCVN 757211:2006 T/c đánh giá 7570-06 [1] TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 14 Độ mài mòn % 23.58 Hàm lượng thoi dẹt % 12.23 % 2.41 kG/cm2 984.0 10 Lượng mềm yếu phong hóa Cường độ kháng nén bảo hòa TCVN 757212:2006 TCVN 757213:2006 TCVN 757217:2006 TCVN 757210:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 3.2.1.3 Thành phần cốt liệu đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ: Mỏ đá Mỹ TrangĐức Phổ- Quảng Ngãi Hình 3.5 Hoạt động chế biến đá mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ Bảng 3.5 Kết cấp phối đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ Cỡ sàng Lượng tích lũy yêu cầu (mm) 40 20 10 (%) 0 ÷ 10 40 ÷ 70 90 ÷ 100 Lượng tích lũy (%) 0.00 5.52 57.79 92.64 Tiêu chuẩn TCVN 8859-2011 ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT 15 Lượng sót tích 20 40 60 80 100 Cỡ sàng (mm) Hình 3.6 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ Bảng 3.6 Kết tiêu lý đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ STT Tên tiêu Đơn vị K/lượng riêng g/cm3 K/lượng thể tích g/cm3 K/l thể tích xốp Độ rỗng % H/lượng bụi, bùn sét % Độ nén dập bảo hòa % Độ mài mòn % Hàm lượng thoi dẹt % 10 Lượng mềm yếu phong hóa Cường độ kháng nén bảo hòa Kết 2.738 2.669 g/cm % 1.432 46.35 0.64 12.03 23.28 10.63 2.28 kG/c 1042 m2 T/c thử nghiệm T/c đánh giá 7570-06 [1] TCVN 75724:2006 TCVN 75724:2006 TCVN 75726:2006 TCVN 75726:2006 TCVN 75728:2006 TCVN 757211:2006 TCVN 757212:2006 TCVN 757213:2006 TCVN 757217:2006 TCVN 757210:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 TCVN 7570:2006 3.2.2 Thành phần cấp phối liên quan: 3.2.2.1 Thành phần cốt liệu nhỏ (Cát hạt thô): cát lấy mỏ cát Sơng Trà Khúc 16 Hình 3.7 Mỏ cát sông Trà Khúc Bảng 3.7 Các tiêu lý cát sơng Trà Khúc Số Các tính chất Yêu cầu kỹ ĐVT Kết TT lý thuật Khối lượng riêng g/cm3 2.628 Khối lượng thể g/cm3 1.406 tích xốp Độ lổ hỗng % 46.50 Hàm lượng bụi, % 1.19 < 1,5 bùn sét Hàm lượng tạp Sáng Không chất hữu màu thẩm chuẩn màu chuẩn Độ ẩm % 0.00 Thành phần hạt 7a Hàm lượng hạt % 1.38 >5 mm 7b Hàm lượng hạt < % 4.37 0,14 mm 7c Moduyn độ lớn % 2.50 0,7÷2,0 cát mịn 2,0÷3,3 cát thơ Tiêu chuẩn thí nghiệm TCVN 7572-4:06 TCVN 7572-6:06 TCVN 7572-6:06 TCVN 7572-8:06 TCVN 7572-9:06 TCVN 7572-2:06 17 Lượng sót tích lũy 20 40 60 80 100 Cỡ sàng (mm) Hình 3.8 Biểu đồ thành phần hạt cát mỏ cát sông Trà Khúc Bảng 3.7 Kết cấp phối cát mỏ cát sông Trà Khúc Cỡ Lượng tích lũy yêu cầu Lượng tích luỹ (%) sàng Cát mịn Cát thô 2.5 0-0 0-20 9.04 1.25 0-15 15-45 22.82 0.63 0-35 35-70 46.86 0.315 5-65 65-90 75.50 0.14 65-90 90-100 95.63 < 0.14