Nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong môi trường nước biển và nước ngọt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN NHẬT LONG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN NHẬT LONG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học PGS.TS TRƯƠNG HỒI CHÍNH Đà Nẵng – Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phan Nhật Long ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii TÓM TẮT LUẬN VĂN v DANH MỤC KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG .3 1.1 THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG 1.1.1 Thành phần bê tông 1.1.2 Cấu trúc bê tông 1.1.3 Các loại bê tông 1.2 VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ 1.2.1 Phân loại thủy tinh 1.2.2 Tính chất lý thủy tinh 1.3 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG .8 1.3.1 Cường độ chịu nén 1.3.2 Cường độ chịu kéo 10 1.3.3 Nhân tố định cường độ bê tông 11 1.3.4 Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian 12 1.4 GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ GIÁ TRỊ TIÊU CHUẨN CỦA CƯỜNG ĐỘ 14 1.4.1 Giá trị trung bình 14 1.4.2 Độ lệch quân phương, hệ số biến động 14 1.4.3 Giá trị đặc trưng 15 1.4.4 Giá trị tiêu chuẩn 15 1.4.5 Giá trị tính tốn .15 1.5 CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC CỦA BÊ TÔNG 15 1.5.1 Mác theo cường độ chịu nén 15 1.5.2 Mác bê tông theo cường độ chịu kéo .16 1.5.3 Cấp độ bền chịu nén B 16 1.5.4 Cấp độ bền chịu kéo Bt 16 iii 1.5.5 Mác theo khả chống thấm 16 1.5.6 Mác theo khối lượng riêng .16 1.6 ĂN MỊN HĨA HỌC BÊ TƠNG 17 1.6.1 Ăn mòn hòa tan 17 1.6.2 Ăn mòn cacbonic 18 1.6.3 Ăn mòn axit 18 1.6.4 Ăn mòn magie 18 1.6.5 Ăn mòn phân khống .18 1.6.6 Ăn mòn sulphate .18 1.6.7 Ăn mòn chất hữu 19 1.6.8 Ăn mòn kiềm .19 1.7 KẾT LUẬN 19 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG .20 2.1 VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG 20 2.1.1 Xi măng 20 2.1.2 Nước trộn bê tông 21 2.1.3 Cốt liệu mịn 22 2.1.4 Cốt liệu thô (thay đá dăm thủy tinh) 25 2.2 TÍNH CHẤT VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG 26 2.2.1 Tính cơng tác hỡn hợp bê tơng 26 2.2.2 Cường độ bê tông .30 2.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG THEO TCVN 3118-1993 31 2.3.1 Thiết bị thử .31 2.3.2 Chuẩn bị mẫu thử 32 2.3.3 Tiến hành thử 33 2.4 KẾT LUẬN 33 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 34 3.1 THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN CỐT LIỆU 34 3.1.1 Thành phần cát .34 3.1.2 Cốt liệu thuỷ tinh 35 3.1.3 Nước biển (sử dụng để bảo dưỡng) 39 3.1.4 Thành phần cấp phối đúc mẫu thí nghiệm .40 iv 3.2 QUI TRÌNH ĐÚC MẪU, BẢO DƯỠNG, THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ 41 3.2.1 Quy trình đúc mẫu bê tông .41 3.2.2 Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm (TCVN 8828-2011) 41 3.2.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông 42 3.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM .43 3.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU BÊ TÔNG THUỶ TINH .46 3.5 NHẬN XÉT .49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .51 v TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Học viên: Phan Nhật Long Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Bê tơng loại vật liệu sử dụng rộng rãi xây dựng dân dụng, xây dựng cầu, đường Thông qua chất lượng bê tơng đánh giá chất lượng tồn cơng trình Cùng với phát triển khoa học cơng nghệ, ngày có nhiều nghiên cứu chế tạo loại bê tông khác nhau, phù hợp với đặc tính kết cấu cơng trình, mơi trường làm việc… có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông từ nguồn rác thải tái chế Việc sử dụng bê tông cốt liệu thủy tinh (nguồn chất thải rắn có thủy tinh y tế) loại vật liệu đóng góp đáng kể cho việc xử lý môi trường chất thải Vấn đề đặt hiện xác định phát triển cường độ vật liệu mơi trường khác để từ có lựa chọn sử dụng phù hợp thực tế xây dựng Từ khóa - bê tơng thuỷ tinh; rác thải thuỷ tinh; tái chế thuỷ tinh; cường độ bê tông; phát triển cường độ bê tông RESEARCH THE DEVELOPMENT STRENGTH OF GLASS CONCRETE IN SEAWATER AND FRESHWATER Abstract - Concrete is a popular material using in civil engineering, bridge and road construction The construction quality can be evaluated by concrete performance Nowadays, there are the high developments in Science and Technology to study and apply many kinds of concrete which are suitable with structure and environment of constructions include reusing the waste materials The use of glass in concrete (including medical glass) as aggregate will significantly contribute to reduce the impact to environment The problem is that determining the strength development of this material in different environments to make suitable choice for this material in the real construction Key words - glass concrete; waste glass; recycle glass; strength of concrete; the development strength of concrete vi DANH MỤC KÝ HIỆU Bn Mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng nước Bnb Mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng nước biển M1 ; M2 ; M3 Mẫu thử số 1, số 2, số R3; R7; R14; R28 Cường độ mẫu thử thời điểm ngày, ngày, 14 ngày, 28 ngày vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Bảng chọn mác xi măng theo mác bê tông 20 2.2 Khống chế lượng xi măng tối thiểu cho 1m3 bê tông 20 2.3 Các chi tiêu lý xi măng pooc lăng hỗn hợp 21 2.4 Chỉ tiêu thành phần hạt cát 24 2.5 Bảng phân loại nhóm cát 24 2.6 Yêu cầu thành phần hạt cốt liệu lớn 25 2.7 Bảng chọn kích thước khn theo kích thước cốt liệu 27 2.8 Bảng tiêu độ lưu động độ cứng 30 2.9 Bảng quy định kích thước viên mẫu thí nghiệm cường độ 30 2.10 Bảng hệ số chuyển đổi K 31 3.1 Bảng số liệu thí nghiệm thành phần hạt cát 34 3.2 Các tiêu lý cát thí nghiệm 35 3.3 Thành phần hạt cốt liệu lớn 39 3.4 So sánh số thông số vùng biển Đà Nẵng khu vực 39 3.5 Các thành phần chủ yếu nước biển 40 3.6 Bảng thành phần cấp phối thí nghiệm 41 3.7 Kết thí nghiệm nén mẫu bê tơng 46 3.8 Bảng tính giá trị cường độ mẫu thí nghiệm 46 3.9 Bảng so sánh phát triển cường độ bê tông 47 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén 1.2 Sự phá hoại mẫu thử khối vng 10 1.3 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo 11 1.4 Đồ thị phát triển cường độ bê tông theo thời gian 12 2.1 Biểu đồ quy định thành phần hạt cát 23 2.2 Biểu đồ xác định nhóm cát 24 2.3 Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu lớn 26 2.4 Khn nón cụt thí nghiệm độ sụt bê tông 27 2.5 Quy trình kiểm tra độ sụt hỗn hợp bê tông 28 2.6 Độ sụt hỗn hợp bê tông 28 2.7 Mô hình thiết bị kiểm tra độ cứng hỗn hợp bê tông 29 2.8 Mơ hình thiết bị thí nghiệm cường độ chịu nén 32 3.1 Biểu đồ thành phần hạt cát thí nghiệm 34 3.2 Thùng chứa, túi đựng thủy tinh thải y tế 35 3.3 Chai lọ thủy tinh trước xử lý 36 3.4 Dụng cụ bảo hộ xử lý chai lọ thuỷ tinh 36 3.5 Tháo nắp vệ sinh chai thuỷ tinh 37 3.6 Đập nhỏ chai thuỷ tinh y tế 38 3.7 Thuỷ tinh sau xử lý 38 3.8 Sàng phân loại thuỷ tinh 43 3.9 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng thể tích cốt liệu thuỷ tinh 43 3.10 Thí nghiệm xác định thành phần cấp phối cát 43 3.11 Thí nghiệm kiểm tra độ sụt mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh 43 3.12 Đúc mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh 43 47 Bảng 3.9 Bảng so sánh phát triển cường độ bê tơng Cường độ trung bình (kG/cm2) Mẫu thí nghiệm Ký hiệu Độ tuổi mẫu thí nghiệm (t ngày) 14 28 Bê tông thuỷ tinh bảo dưỡng nước Bn 93.12 118.22 154.76 170.15 Bê tông thuỷ tinh bảo dưỡng nước biển Bnb 82.13 104.76 134.85 148.39 11.79% 11.38% 12.86% 12.79% So sánh chênh lệch cường độ Hình 3.26 Biểu đồ phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước 48 Hình 3.27 Biểu đồ phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng mơi trường nước biển Hình 3.28 Biểu đồ so sánh phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh hai môi trường bảo dưỡng 49 3.5 NHẬN XÉT Thơng qua số liệu kết thí nghiệm biểu đồ phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh hai môi trường bảo dưỡng rút số nhận xét sau: - Sử dụng cấp phối cho Bảng 3.6, sử dụng cốt liệu thuỷ tinh, 28 ngày tuổi bảo dưỡng môi trường nước ngọt, đạt cường độ trung bình 170kG/cm2; bảo dưỡng môi trường nước biển đạt cường độ trung bình 148,39kG/cm2 - Cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng mơi trường nước biển ngày tuổi thí nghiệm (3, 7, 21, 28 ngày) thấp cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước Nguyên nhân việc nước biển có ion Cl  , SO42 ; Các ion gây phản ứng ăn mòn hố học xảy trình thuỷ hoá vữa xi măng làm giảm cường độ bê tông - Sự phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước biển giống với phát triển cường độ bảo dưỡng môi trường nước Trong ngày đầu sau đúc mẫu, cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh phát triển nhanh bảo dưỡng hai môi trường khác nhau, từ ngày, 14 ngày, 28 ngày cường độ bê tơng có xu hướng phát triển chậm lại - Trong giai đoạn ban đầu từ đến ngày tuổi chênh lệch cường độ bê tông thuỷ tinh bảo dưỡng nước biển nước khoảng 11%, đến 14 ngày tuổi 28 ngày tuổi chênh lệch cường độ bảo dưỡng hai môi trường gần 13% Điều cho thấy xu hướng phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước biển phát triển nhanh cường độ thời gian đầu chậm dần theo thời gian 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, từ kết thí nghiệm luận văn rút kết luận sau: - Khi bảo dưỡng môi trường nước biển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh thời gian đầu phát triển nhanh sau phát triển chậm dần bê tơng bị phá hoại loại ăn mòn hố học xảy mơi trường nước biển ăn mòn sulphate hay ăn mòn axit - Mơi trường bảo dưỡng nhân tố ảnh hưởng lớn đến phát triển cường độ bê tơng, ngồi vấn đề cung cấp đủ lượng nước cho trình thuỷ hoá xi măng cần ý về thành phần hoá học nước, hạn chế thành phần ảnh hưởng đến phát  2 triển cường độ bê tông ion Cl , SO4 KIẾN NGHỊ Việc sử dụng thuỷ tinh y tế thay cho đá dăm làm cốt liệu bê tông khả thi ứng dụng thực tế, nhiên cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh thấp so với việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên nên sử dụng loại vật liệu cho công trình dân dụng đặc biệt vị trí cơng trình chịu tải trọng không lớn Để sử dụng tái chế loại rác thải có thuỷ tinh y tế cần phát triển kế hoạch quản lý tái chế rác thải cho công trình trước bắt đầu dự án xây dựng để bảo vệ môi trường, tiết kiệm kinh tế đảm bảo phát phát triển xã hội 51 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Định mức 1784/BXD-VP, “ Định mức sử dụng vật tư”, Bộ Xây dựng [2] Quyết định Bộ Xây dựng 778:1998 - “Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông loại” [3] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006) - “Kết cấu bê tông cốt thép (Phần cấu kiện bản)”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105:1993 - “Hỗn hợp bê tông thường bê tông thường - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử” [5] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7570:2006 - “Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật” [6] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7570-1÷20:2006 - “Phương pháp thử” [7] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6016 :2011 - “Xi măng - Phương pháp thử – Xác định cường đợ” [8] Trương Hồi Chính, Trần Văn Quang, Nguyễn Phan Phú, Huỳnh Quyền, “Nghiên cứu khảo sát trạng ăn mòn phá hủy cơng trình bê tơng cốt thép khả xâm thực môi trường vùng ven biển thành phố Đà Nẵng, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 6(29) 2008 Tiếng Anh [9] Akshat Dimri, J K V V K V S G., 2015 A Review on Strength of Concrete in Seawater International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 4(3), pp 844-847 [10] Bryant, M., 1964 Effects of Seawater on Concrete U.S Army Engineers, Waterways experiment station, pp 6-690 [11] C.Meyer, C Development of Glass Concrete Products, Final Report to Office of Recycling Market Development, New York State Department of Economic Development, Albany, NY, March 1999 [12] C.Meyer, S a W., 1996 Reaction in Concrete with waste Glass as Aggregate Proceedings of the 4th Materials Engineering, pp 1388-1397 [13] JIN, W M C a B S., March-April 2000 “Glascrete” – Concrete With Glass Aggregate ACI Materials Journal, pp 208-213 [14] M Iqbal Malik, M B S A T T U C., 2013 Study of Concrete Involving Use of Waste Glass as Partial IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN), 3(7), pp 08-13 [15] Prascal, J J D K & A A K., 2006 Factors Influencing the Sulphate Resistance of Cement, Concrete Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing), 7(3), pp 259-268 ... NGHIÊN CỨU - Xác định phát triển cường độ bê tông cốt liệu thủy tinh môi trường nước biển nước - So sánh, nhận xét kết ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Bê tông sử dụng cốt liệu thủy tinh. .. 3.26 Biểu đồ phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước 47 3.27 Biểu đồ phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước biển 48 3.28 Biểu...ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN NHẬT LONG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Chuyên ngành: Kỹ