Nghiên cứu sử dụng PUZOLAN núi đầu voi tỉnh quảng ngãi để chế tạo bê tông cho một số công trình ven biển

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HỌC VIÊN: TRẦN BẢO NGỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PUZOLAN NÚI ĐẦU VOI TỈNH QUẢNG NGÃI ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TƠNG CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH VEN BIỂN Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS HUỲNH PHƢƠNG NAM Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Bảo Ngọc LỜI CẢM ƠN Học viên xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Huỳnh Phƣơng Nam tận tình dạy hướng dẫn q trình hồn thiện luận văn Xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện cho học viên tham gia lớp học thực luận văn tốt nghiệp Cảm ơn Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Cảm ơn thầy Vũ Hồng Trí phụ trách phịng thí nghiệm, em sinh viên nhiệt tình giúp đỡ trình thực thí nghiệm, thu thập số liệu cho luận văn Do lực thân hạn chế, luận văn khơng tránh khỏi cịn nhiều thiếu sót Học viên mong đóng góp từ phía thầy để luận văn hồn thiện Tác giả luận văn Trần Bảo Ngọc MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Đối tƣợng nghiên cứu: 2.1 Nhân tố ảnh hƣởng đến bê tông cơng trình ven biển: .1 2.2 Puzolan thiên nhiên: Phạm vi nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu: .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn: .2 Kết cấu luận văn: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG PHỤ GIA PUZOLAN CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH VEN BIỂN 1.1 Tổng quan bê tông sử dụng phụ gia puzolan thiên nhiên: 1.1.1 Giới thiệu phụ gia puzolan thiên nhiên: 1.1.2 Ưu nhược điểm bê tông sử dụng phụ gia puzolan: 1.1.3 Tình hình sử dụng phụ gia puzolan chế tạo bê tông giới Việt Nam: 1.1.3.1 Tình hình sử dụng phụ gia puzolan chế tạo bê tông giới : 1.1.3.2 Tình hình sử dụng phụ gia puzolan chế tạo bê tông Việt Nam: .6 1.1.4 Các vấn đề liên quan đến puzolan núi Đầu Voi Tỉnh Quảng Ngãi .8 1.2 Tổng quan bê tơng sử dụng cho cơng trình ven biển: 1.2.1 Đặc điểm bê tơng sử dụng cho cơng trình ven biển: 1.2.2 Tổng quan bê tông sử dụng cho cơng trình ven biển: 10 1.2.3 Việc sử dụng bê tơng có phụ gia puzolan cho cơng trình ven biển: 11 1.3 Định hƣớng phát triển cho cơng trình ven biển Tỉnh Quảng Ngãi: 12 1.4 Kết luận: .12 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU ĐẦU VÀO, CƠ SỞ THIẾT KẾ CẤP PHỐI VÀ CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỦA BÊ TƠNG SỬ DỤNG PHỤ GIA PUZOLAN13 2.1 Tính chất lý vật liệu đầu vào: 13 2.1.1 Xi măng: 13 2.1.2 Cát: 15 2.1.3 Đá (sỏi): 17 2.1.4 Nước (TCVN 4506:2012)[11]: .20 2.2 Thành phần khoáng vật puzolan núi Đầu Voi Tỉnh Quảng Ngãi: 21 2.3 Các thí nghiệm chủ yếu đánh giá chất lƣợng bê tông cho số cơng trình chịu ảnh hƣởng xâm thực nƣớc biển: 21 2.3.1 Thí nghiệm đo độ sụt hỗn hợp bê tông (TCVN 3106 : 1993)[12] 21 2.3.2 TN xác định cường độ chịu nén bê tông (TCVN 3118 : 2012)[15] .23 2.3.3 TN xác định CĐ chịu kéo uốn bê tông (TCVN 3119:1993)[16]: 25 2.3.4 TN khối lượng thể tích bê tơng (TCVN 3115:1993) [17]: 26 2.3.5 TN đánh giá độ đặc bê tông vận tốc xung siêu âm (TCVN 9357:2012 [18]: 27 2.4 Yêu cầu kỹ thuật bê tông cho số cơng trình biển: 28 2.5 Kết luận: .28 CHƢƠNG 3: DÙNG PHỤ GIA PUZOLAN NÚI ĐẦU VOI CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH VEN BIỂN 29 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông: 29 3.1.1 Bê tông không dùng phụ gia puzolan núi Đầu Voi: 29 3.1.2 Bê tông sử dụng phụ gia puzolan núi Đầu Voi: 29 3.1.3 Môi trường bảo dưỡng: 30 3.1.4 Bảo dưỡng mẫu: 30 3.1.5 Trộn hỗn hợp bê tông: 31 3.1.6 Đúc mẫu: .31 3.2 Kết đánh giá tính chất lý chủ yếu bê tơng sử dụng phụ gia puzolan bàn luận: 32 3.2.1 Độ sụt hỗn hợp bê tông: 32 3.2.2 Cường độ chịu nén bê tông theo thời gian: 33 3.2.3 Cường độ kéo uốn bê tông theo thời gian: .40 3.2.4 Khối lượng thể tích bê tơng: 43 3.2.5 Đánh giá độ đặc bê tông vận tốc xung siêu âm : .46 3.2.6 Lựa chọn tỷ lệ puzolan hợp lý để chế tạo bê tông cho số cơng trình ven biển: 49 3.3 Đánh giá hiệu kinh tế: 49 3.4 Kết luận: .50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 Kết luận: 51 Kiến nghị: 51 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA PUZOLAN NÚI ĐẦU VOI TỈNH QUẢNG NGÃI ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH VEN BIỂN Học viên: Trần Bảo Ngọc Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60.58.02.05 Khóa: K32 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Hiện cơng trình ven biển nước ta nói chung, tỉnh Quảng Ngãi nói riêng xây dựng phát triển vấn đề ăn mịn bê tơng chưa quan tâm nhiều dẫn đến giảm độ bền tuổi thọ làm việc công trình, phải tốn chi phí việc sửa chữa Đề xuất giải pháp sử dụng phụ gia puzolan núi Đầu Voi tỉnh Quảng Ngãi để chế tạo bê tông cho số cơng trình ven biển Bằng phương pháp thực nghiệm, tác giả thu kết cho thấy bê tông sử dụng phụ gia puzolan với tỷ lệ thay xi măng P10 – P20 đảm bảo mặt cường độ, tăng độ bền nước, mang lại hiệu mặt kinh tế Từ khóa: Puzolan núi Đầu Voi; puzolan Quảng Ngãi; phụ gia puzolan; xâm thực nước biển APPLICATION OF PUZOLAN ADMIXTURE PUZOLAN ADMIXTURE MOUNT DAU VOI AT QUANGNGAI PROVINCE TO FABRICATION CONCRETE FOR SOME COASTAL WORKS Abstract:Currently the coastal works in our country in general, Quang Ngai province in particular was built and developed but the problem of concrete corrosion has not been paid much attention to reduce the durability of the works, it costs money to repair Suggest solutions using puzolan admixture mount Dau Voi at Quang Ngai province to fabrication concrete for some coastal works By empirical method, the authors obtained the results showed concrete uses puzolan admixture with cement replacement ratio P10 – P20 ensures compressive strength, increases durability in water, economic efficiency Key words: Puzolan admixture mount Dau Voi; Quảng ngãi puzolan; puzolan admixture, sea water corrosion DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học puzolan nguồn gốc núi lửa [1] Bảng 2.1 Bảng kết thí nghiệm lý xi măng 14 Bảng 2.2 - Kết TN giới hạn bền uốn xi măng 14 Bảng 2.3 - Kết TN giới hạn bền nén xi măng 15 Bảng 2.4 - Giới hạn thành phần hạt 16 Bảng 2.5 - Bảng Chỉ tiêu lý cát 16 Bảng 2.6 - Bảng kết thành phần hạt cát 17 Bảng 2.7 - Bảng Chỉ tiêu lý đá dăm 18 Bảng 2.8 - Kết thí nghiệm thành phần hạt cát lần 18 Bảng 2.9 - Bảng kết TN thành phần hạt mẫu lần 19 Bảng 2.10 - Bảng thành phần hóa học puzzolan núi Đầu Voi 21 Bảng 2.11 - Bảng thông số quy định côn đo độ sụt 22 Bảng 3.1 – Thành phần cấp phối bê tông 29 Bảng 3.2 – Thành phần cấp phối P0 điều chỉnh để đạt độ sụt (5-6)cm 29 Bảng 3.3 – Thành phần cấp phối sử dụng puzolan thay xi măng 30 Bảng 3.4 – Thành phần ion nước biển 30 Bảng 3.5 – Kết đo độ sụt cấp phối bê tông 32 Bảng 3.6 – Cường độ chịu nén cấp phối bê tông môi trường nước muối .33 Bảng 3.7 – Sự phát triển cường độ bê tông môi trường nước muối 34 Bảng 3.8 – Cường độ chịu nén CPBT môi trường nước thường .35 Bảng 3.9 – Sự phát triển cường độ bê tông môi trường nước thường 35 Bảng 3.10 – Sự suy giảm cường độ cấp phối bê tông môi trường nước muối 36 Bảng 3.11 – Sự suy giảm cường độ cấp phối bê tông môi trường nước thường .37 Bảng 3.12 – Bảng cường độ chịu nén cấp phối bê tông hai môi trường 37 Bảng 3.13 – Sự suy giảm cường độ cấp phối bê tông môi trường nước muối so với môi trường nước thường .37 Bảng 3.14 - Cường độ chịu kéo uốn CP bê tông môi trường nước muối40 Bảng 3.15 - Cường độ chịu kéo uốn CPBT môi trường nước thường 41 Bảng 3.16- Cường độ chịu kéo uốn bê tông hai môi trường 42 Bảng 3.17 - Khối lượng mẫu môi trường nước muối 43 Bảng 3.18 - Tỷ lệ suy giảm khối lượng mẫu vữa môi trường nước muối .44 Bảng 3.19 – Bảng khối lượng mẫu TN theo thời gian môi trường nước thường 44 Bảng 3.20 - Tỷ lệ suy giảm khối lượng mẫu vữa môi trường nước thường 45 Bảng 3.21 – Sự suy giảm khối lượng mẫu vữa TN hai môi trường .45 Bảng 3.23 - So sánh thay đổi vận tốc bê tông môi trường nước muối .47 Bảng 3.24 – Vận tốc xung siêu âm mẫu môi trường nước thường .47 Bảng 3.25 – So sánh thay đổi vận tốc bê tông môi trường nước thường 48 Bảng 3.26 – Bảng vận tốc mẫu thí nghiệm siêu âm ngày tuổi 56 48 Bảng 3.27 – Sự suy giảm vận tốc cấp phối bê tông môi trường nước muối so với môi trường nước thường 48 Bảng 3.28 - Giá thị trường xi măng phụ gia puzolan 49 Bảng 3.29 - So sánh giá thành sử dụng phụ gia puzolan thay xi măng .49 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cơng trình đập lịng sơng Bình Thuận Hình 1.2: Cơng trình thủy điện Đăkđrinh (Quảng Ngãi) Hình 1.3: cơng trình xây cầu tàu 20.000T cảng Nha Trang - Khánh Hòa .11 Hình 2.1 – Xi măng PC40 sử dụng cho đề tài 13 Hình 2.2 – Mỏ cát Kim Phú (xã Đại Lộc, Tỉnh Quảng Nam) chi nhánh mỏ cát Kim Phú (Đường Ninh tốn, Quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng) 16 Hình 2.3 - Biểu đồ thành phần hạt cát 17 Hình 2.4 - Trạm cân tải trọng xe tải công trường khai thác đá .18 Hình 2.5 - Đồ thị xác định thành phần hạt đá dăm 19 Hình 2.6 - Đồ thị xác định thành phần hạt sỏi hay đá dăm để chế tạo bê tơng .19 Hình 2.7 - Phụ gia puzolan núi Đầu Voi 21 Hình 2.8 - Cơn tiêu chuẩn (h =300mm, D=200mm, d= 100mm) 22 Hình 2.9 – Máy thử uốn .25 Hình 2.10 – Mẫu thí nghiệm hình lập phương hình trụ 27 Hình 3.1 – Thí nghiệm đo độ sụt 5-6 cm .32 Hình 3.2 – Thí nghiệm nén mẫu bê tông .33 Hình 3.3 – Biểu đồ cường độ chịu nén bê tông môi trường nước muối 34 Hình 3.4 – Sự phát triển cường độ bê tơng mơi trường nước muối 34 Hình 3.5 – Biểu đồ cường độ chịu nén bê tông mơi trường nước thường 35 Hình 3.6 – Sự phát triển cường độ bê tông môi trường nước thường 36 Hình 3.7 – Đúc mẫu, ngâm dưỡng hộ bê tông ngày tuổi nước biển giả định nước thường 39 Hình 3.8 – Gối uốn thí nghiệm uốn mẫu bê tông .40 Hình 3.9 – Biểu đồ chịu kéo uốn bê tơng mơi trường nước muối 41 Hình 3.10 – Biểu đồ chịu kéo uốn bê tơng mơi trường nước thường .41 Hình 3.11 – Biểu đồ so sánh CĐ chịu kéo uốn bê tơng mơi trường 42 Hình 3.12 – Mẫu TN cân sau sấy khô tới khối lượng khơng đổi 43 Hình 3.13 – Biểu đồ KL mẫu vữa thí nghiệm mơi trường nước muối 43 Hình 3.14 – Biểu đồ khối lượng mẫu vữa TN môi trường nước thường 44 Hình 3.15 – TN siêu âm mẫu sau sấy khô đến khối lượng không đổi .46 Hình 3.16 – Biểu đồ vận tốc cấp phối bê tơng mơi trường nước muối 46 Hình 3.17 – Biểu đồ vận tốc cấp phối bê tông môi trường nước thường 47 vi Theo mục 5.5.3, áp dụng công thức (5.7): D  vd r (k  1)  d d => D = 1380 / (0,485 x (1,658 - 1) + 1) = 1046,04 (kg) rd = 1- ( 1380 - 2682) = 0,485 - Độ rỗng cốt liệu lớn pd = 2,682 (g/cm3) - Khối lượng thể tích cốt liệu lớn pvd = 1380 kg/m3 - Khối lượng thể tích xốp cốt liệu lớn Đá 1x2 (90%) = 941,43 (kg) Đá mi 0,5x1 (10%) = 104,60 (kg) + Xác định lượng cốt liệu nhỏ C: Theo mục 5.6, áp dụng cơng thức 5.8 ta có:   X D N     = c C  1000     x     n d    = (1000 - (103,83 + 375,87 + 185)) x 2,639 = 884,86(kg) Trong đó: X, D, N -Lượng dùng xi măng, đá, nước 1m3 bê tông Px, Pd - Khối lượng riêng xi măng, khối lượng thể tích đá Pn - Khối lượng riêng nước lấy (g/cm3) Pc - Khối lượng riêng cát (g/cm3) Sau có thành phần cấp phối cho bê tơng có độ sụt Sn = - 6cm Thành phần cấp phối bê tông theo độ sụt cụ thể sau: Cấp phối bê tông X (kg) Cấp phối sở 323,75 Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông Đ (kg) Puzolan C (kg) (kg) Đá 1x2 Đá mi 884,86 941,432 104,604 N (lít) 185 vii PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ CÁC THÍ NGHIỆM BÊ TÔNG 3.2 Cường độ chịu nén: - Kết lực nén mẫu (KN) sau thí nghiệm nén mẫu: P0 P10 P20 P30 Ngày TN Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước thường muối thường muối thường muối thường muối m1 687.4 658.6 599.6 570.4 520.9 506.3 385.9 365.2 ngày m2 681.1 662.6 581.6 558.0 536.6 505.1 378.0 370.6 m3 683.5 656.8 573.8 565.9 528.8 520.9 376.9 364.5 m1 745.9 742.5 615.4 586.1 553.5 538.9 394.9 387.0 14 ngày m2 753.8 721.1 617.6 615.4 552.4 531.0 403.9 378.0 m3 741.4 709.9 623.3 594.0 554.6 536.6 389.3 382.5 m1 851.6 831.4 706.5 685.1 651.4 625.3 501.8 479.3 28 ngày m2 844.7 804.2 703.1 682.9 637.9 623.3 491.6 471.4 m3 855.5 821.3 696.4 677.3 641.3 628.0 498.4 487.1 m1 927.0 904.5 844.9 825.8 785.3 753.8 619.9 610.9 56 ngày m2 917.8 873.0 833.6 803.3 779.6 753.5 630.0 604.1 m3 915.8 882.0 839.3 814.5 770.6 760.5 626.6 600.8 - Kết tính tốn cường độ chịu nén cấp phối bê tơng (MPa) sau thí nghiệm nén mẫu: P0 P10 P20 P30 Ngày TN Lần đo Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước thường muối thường muối thường muối thường muối m1 30.55 29.27 26.65 25.35 23.15 22.50 17.15 16.23 m2 30.27 29.45 25.85 24.80 23.85 22.45 16.80 16.47 ngày m3 30.38 29.19 25.50 25.15 23.50 23.15 16.75 16.20 Trung bình 30.40 29.30 26.00 25.10 23.50 22.70 16.90 16.30 m1 33.15 33.00 27.35 26.05 24.60 23.95 17.55 17.20 m2 33.50 32.05 27.45 27.35 24.55 23.60 17.95 16.80 14 ngày m3 32.95 31.55 27.70 26.40 24.65 23.85 17.30 17.00 Trung bình 33.20 32.20 27.50 26.60 24.60 23.80 17.60 17.00 m1 37.85 36.95 31.40 30.45 28.95 27.79 22.30 21.30 m2 37.54 35.74 31.25 30.35 28.35 27.70 21.85 20.95 28 ngày m3 38.02 36.50 30.95 30.10 28.50 27.91 22.15 21.65 Trung bình 37.80 36.40 31.20 30.30 28.60 27.80 22.10 21.30 m1 41.20 40.20 37.55 36.70 34.90 33.50 27.55 27.15 m2 40.79 38.80 37.05 35.70 34.65 33.49 28.00 26.85 56 ngày m3 40.70 39.20 37.30 36.20 34.25 33.80 27.85 26.70 Trung bình 40.90 39.40 37.30 36.20 34.60 33.60 27.80 26.90 viii 3.2 Khối lượng thể tích bê tơng: - Kết khối lượng mẫu (g) sau thí nghiệm cân mẫu: P0 P10 P20 P30 Ngày TN Lần đo Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước thường muối thường muối thường muối thường muối m1 580.24 580.30 576.94 577.05 575.94 576.02 574.94 574.77 m2 580.30 580.25 577.60 577.35 576.15 576.10 574.65 574.85 ngày m3 580.37 580.05 577.37 577.21 575.92 575.92 574.82 574.79 Trung bình 580.30 580.20 577.30 577.20 576.00 576.01 574.80 574.80 m1 580.12 579.92 576.85 576.95 575.84 575.92 574.84 574.63 m2 580.20 580.18 577.55 577.21 576.09 576.00 574.59 574.79 14 ngày m3 580.23 580.05 577.23 577.12 575.84 575.77 574.74 574.67 Trung bình 580.18 580.05 577.21 577.09 575.92 575.90 574.72 574.70 m1 579.92 579.85 576.76 576.77 575.76 575.84 574.77 574.44 m2 580.03 580.08 577.43 577.14 576.01 575.95 574.52 574.75 28 ngày m3 580.06 579.62 577.08 576.97 575.76 575.62 574.67 574.60 Trung bình 580.00 579.85 577.09 576.96 575.84 575.80 574.65 574.60 m1 579.74 579.55 576.67 576.68 575.67 575.77 574.73 574.38 m2 579.85 579.91 577.34 577.05 575.97 575.91 574.46 574.72 56 ngày m3 579.88 579.62 576.99 576.89 575.71 575.57 574.59 574.56 Trung bình 579.82 579.69 577.00 576.87 575.78 575.75 574.59 574.55 3.3 Đánh giá độ đặc bê tông vận tốc xung siêu âm: - Vận tốc xung siêu âm (m/s) cấp phối bê tông sau thí nghiệm : P0 P10 P20 P30 Ngày TN Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước Nước thường muối thường muối thường muối thường muối ngày 4824 4720 4646 4578 4478 4518 4323 4323 14 ngày 5000 4841 4903 4778 4790 4695 4700 4505 28 ngày 6878 6878 6787 6750 6667 6668 6483 6566 56 ngày 7390 7308 7250 7207 7156 7142 7105 7090 ... PUZOLAN NÚI ĐẦU VOI CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH VEN BIỂN 29 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông: 29 3.1.1 Bê tông không dùng phụ gia puzolan núi Đầu Voi: 29 3.1.2 Bê. .. hiệu kinh tế cho sản xuất bê tông; 1.2 Tổng quan bê tông sử dụng cho cơng trình ven biển: 1.2.1 Đặc điểm bê tơng sử dụng cho cơng trình ven biển: - Bê tơng sử dụng cho cơng trình ven biển thường... dụng puzolan núi Đầu Voi Tỉnh Quảng Ngãi để chế tạo bê tông cho số cơng trình ven biển” làm đề tài nghiên cứu luận văn Đối tƣợng nghiên cứu: 2.1 Nhân tố ảnh hƣởng đến bê tông công trình ven biển: