Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh để sản xuất bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN TÂM NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 85 80 201 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG HOÀI CHÍNH Phản biện 1: PGS.TS ĐẶNG CƠNG THUẬT Phản biện 2: TS NGUYỄN HUY GIA Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chun ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 11 năm 2019 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu Truyền thông Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cần thiết đề tài Bê tông loại vật liệu phổ biến thường sử dụng cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép, loại kết cấu chiếm đến 60% loại kết cấu xây dựng Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), xi măng, nước phụ gia, thường đánh giá khả chịu lực tiêu cường độ chịu nén Cường độ chịu nén tiêu quan trọng hỗn hợp bê tơng, đánh giá khả chịu tải hỗn hợp bê tông tác dụng trọng lượng thân rung động Việc sử dụng bê tơng truyền thống cho cơng trình xây dựng trở nên phổ biến Tuy nhiên, số vùng, địa phương nước ta việc khai thác sử dụng nước, cát đạt tiêu lý cho cấp phối bê tơng truyền thống gặp nhiều khó khăn như: vùng thường xuyên ngập mặn, vùng hải đảo khơi xa…việc chế tạo bê tơng truyền thống gặp nhiều khó khăn chi phí thường tăng cao nhiều lần so với vùng khác Vì vậy, cần có loại hỗn hợp bê tông “hỗn hợp bê tông sử dụng nước ngọt, cát nhiễm mặn” để giải vấn đề để tận dụng nguồn vật liệu dồi sẵn có địa phương nhằm giảm bớt chi phí xây dựng cơng trình cho vùng ven sông Tây nam bị nhiễm mặn theo mùa Hiện sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có mỏ cát với trữ lượng tương đối lớn, nhiên cát sơng Cổ Chiên có lẫn phù sa nhiễm mặn theo mùa Do nguồn cát từ trước đến địa phương dùng để san lấp mặt bằng, mà chưa có nghiên cứu sử dùng nguồn cát sản xuất bê tông để sử dụng cho cơng trình địa bàn tỉnh Hiện tại, nguồn cát dùng làm cốt liệu bê tông địa phương phải nhập từ tỉnh như: An Giang, Đồng Nai, Cam-Pu-Chia… Vì vậy, tận dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên có sẵn, cát sông Cổ Chiên khu vực tỉnh Trà Vinh, mang lại hiệu kinh tế lớn xây dựng cơng trình cho tỉnh Trà Vinh nói chung khu vực Tây Nam nói riêng Với lý sau: - Tiến độ thi cơng cơng trình nhanh nhờ vật liệu sẵn có địa phương, giảm thời gian vận chuyển; - Giảm nguồn ô nhiễm bụi tiếng ồn vận chuyển vật liệu, tạo môi trường làm việc an tồn Chính lý nêu trên, nên nội dung “Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh để sản xuất bê tông” tác giả lựa chọn làm đề tài luận văn học viên Để tiến hành nghiên cứu phát triển cường độ chịu nén bê tông B15, B20 theo cấp phối chuẩn, sử dụng xi măng PCB40 với vật liệu khai thác chỗ, tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối xác cho bê tơng B15, B20 sử dụng cát sông Cổ Chiên làm cốt liệu sau Giúp cho kỹ sư thiết kế có thêm lựa chọn sử dụng vật liệu địa phương cho phương án kết cấu, đơn vị thi cơng có hội tiếp cận với loại cấp phối vật liệu Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40 (của nhà máy xi măng Hà Tiên), cát sông (sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh), nước máy (do Cơng ty Cấp nước tỉnh Trà Vinh cung cấp), đá 1x2cm (Biên Hòa thuộc tỉnh Đồng Nai), để sản xuất bê tơng có cấp độ bền B15, B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Đóng góp vào sở lý luận việc hình thành loại bê tơng khơng cốt thép, sản xuất từ cát sông nhiễm mặn, vật liệu sẵn có địa phương ven biển tỉnh Trà Vinh, để ứng dụng xây dựng cơng trình dân dụng giao thơng Từ kết nghiên cứu áp dụng vào việc sản xuất cấu kiện, sản phẩm bê tông không cốt thép từ cát sông Cổ Chiên bị nhiễm mặn, thay cho nguồn cát dùng sản xuất bê tông tỉnh Trà Vinh phải nhập từ tỉnh khác nước Góp phần giảm giá thành xây lắp cơng trình, sử dụng vật liệu có sẵn, chỗ mang lại hiệu kinh tế cao Phƣơng pháp nội dung nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp nghiên cứu tính tốn lý thuyết kết hợp thí nghiệm thực nghiệm - Nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu thiết kế tính tốn thành phần hỗn hợp bê tơng cấp độ bền B15, B20 với thành phần cốt liệu cát có nhiễm mặn không nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh + So sánh kết số liệu thí nghiệm Kết Tổng hợp số liệu thu thập từ thí nghiệm, tiến hành phân tích khoa học để xây dựng biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian bê tông B15, B20 sử dụng cát sông Cổ Chiên nhiễm mặn nước máy địa phương Kết cấu luận văn Ngoài Mở đầu, Kết luận kiến nghị luận văn có chương sau: Chƣơng 1: Tổng quan bê tông loại vật liệu cấu thành Chƣơng 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật liệu cường độ chịu nén bê tơng Chƣơng 3: Thí nghiệm kết cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát thường cát nhiễm mặn, khu vực sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1.1 Tổng quan bê tông Theo nghiên cứu nhà khoa học bê tơng có từ lâu lịch sử Cách khoảng ngàn năm, người dân La Mã biết sử dụng tro núi lửa trộn với nước nhào nặn khối đất dẻo cứng đá sau khô, coi dạng bê tông nhân loại, để tạo nên cơng trình tiếng như: bến cảng, đê chắn sóng, đấu trường Colosseum thủ Rome… 1.1.2 Các loại vật liệu cấu thành - Xi măng, nước, cát, đá (sỏi), phụ gia 1.2 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TƠNG THƠNG QUA PHẢN ỨNG THỦY HĨA XI MĂNG - Phản ứng thủy hóa xi măng Pooclăng - Quá trình rắn xi măng 1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA BÊ TƠNG Thiết kế thành phần bê tơng, việc xác định cấp phối cốt liệu tính chất kỹ thuật cốt liệu đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng lớn đến đặc tính kỹ thuật bê tơng, cường độ chịu nén, độ lưu động bê tơng… Ở nước giới, có nhiều nhà khoa học nghiên cứu thành phần hạt cấp phối đá dăm (hay sỏi, sạn) hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo dạng đường cong liên tục khác Việc nghiên cứu phần dựa sở lý thuyết, phần lớn dựa sở thực nghiệm 1.3.1 Đƣờng cong cấp phối lý tƣởng Fuller 1.3.2 Công thức cấp phối Talbot 1.3.3 Các nghiên cứu Kozul Darwin (1997); Neville, A (2000) - Nghiên cứu Kozul Darwin (1997) - Nghiên cứu Neville, A (2000) 1.3.4 Lý thuyết cấp phối tốt B.B Okhônina N.N Ivanov 1.4 NHẬN XÉT CHƢƠNG - Đối với bê tơng thường đặc tính phụ thuộc vào hàm lượng chất lượng vật liệu chế tạo bê tông + Cốt liệu nhỏ lớn (cát đá) chiếm khối lượng thể tích lớn hỗn hợp bê tông (thường chiếm 80 85%) Cỡ hạt, cấp phối hạt đặc trưng chất lượng khác chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp bê tông Nếu thay đổi cỡ hạt cấp phối hạt hỗn hợp cốt liệu tổng diện tích mặt ngồi cốt liệu biến đổi phạm vi đáng kể lượng nước nhào trộn khơng đổi, tính lưu động hỗn hợp bê tông thay đổi rõ rệt + Hàm lượng cát chất lượng cát hỗn hợp cốt liệu, ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp bê tơng Hỗn hợp bê tơng có hàm lượng cát tối ưu đảm bảo cho bê tông đạt u cầu tính cơng tác, độ đặc cường độ với lượng dùng xi măng nước bé với lượng dùng nước nhào trộn không đổi, hỗn hợp bê tơng có hàm lượng cát tối ưu đạt tính lưu động tốt + Cường độ gắn kết hạt cốt liệu đá xi măng định đặc tính sau cốt liệu đá thiên nhiên: Hình dạng hạt, đặc tính cấu tạo đá gốc, trạng thái bề mặt, lượng tạp chất sét, bụi làm giảm tiếp xúc cốt liệu đá xi măng - Như vậy, bê tông loại vật liệu quan trọng sử dụng phổ biến xây dựng phục vụ cho ngành kinh tế quốc dân Chất lượng bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cấp phối cốt liệu, chất lượng cốt liệu hàm lượng N/X để sản xuất bê tơng có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông xi măng CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 2.1 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG TÂY NAM BỘ VIỆT NAM 2.1.1 Đặc điểm chung 2.1.2 Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh * Về địa hình: * Trữ lượng cát lịng sơng Cổ Chiên sơng hậu 2.2 PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN 2.2.1 Phƣơng pháp đánh giá - TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật” 2.2.2 Các tiêu cần đánh giá 2.3 PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG ĐÁ DĂM 2.3.1 Phƣơng pháp đánh giá - TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật” 2.3.2 Các tiêu cần đánh giá 2.4 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM (THEO TCVN 3118:1993) 2.4.1 Thiết bị thử Thiết bị thử gồm: - Máy nén - Thước kim loại - Đệm truyền tải ( Sử dụng nén nửa viên mẫu đầm sau uốn gẫy) 2.4.2 Chuẩn bị mẫu thử - Đúc mẫu - Bảo dưỡng mẫu thử Việc bảo dưỡng mẫu bê tơng trước thí nghiệm, tiến hành theo quy định TCVN 3105 : 1993 2.4.3 Tiến hành thử mẫu - Xác định diện tích chịu lực mẫu - Xác định tải trọng phá hoại mẫu Lực tối đa đạt giá trị tải trọng phá hoại mẫu 2.4.4 Tính kết Cường độ nén viên mẫu bê tông (R) tính daN/cm2 (kg/cm2) theo cơng thức: R=α Cường độ chịu nén bê tông xác định từ giá trị cường độ nén viên tổ mẫu bê tông sau: So sánh giá trị cường độ nén lớn nhỏ so với cường độ nén viên mẫu trung bình 2.5 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG 2.5.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng muối chứa cát nhiễm mặn 2.5.2 Đá xi măng 2.5.3 Hàm lƣợng tính chất cốt liệu 2.5.4 Cấu tạo bê tông (công nghệ đầm chặt) 2.5.5 Thời gian (tuổi bê tông) 2.5.6 Phụ gia 2.5.7 Môi trƣờng bảo dƣỡng 2.5.8 Điều kiện thí nghiệm 2.6 NHẬN XÉT CHƢƠNG Để xác định ảnh hưởng cát sông Cổ Chiên có nhiễm mặn khơng nhiễm mặn đến cường độ chịu nén bê tông, tác giả tiến hành đúc mẫu thí nghiệm nén mẫu ngày tuổi: 3, 7, 14, 28, 60, 90, nhằm mục đích: - Xác định phát triển cường độ chịu nén bê tông hai loại cấp phối (được thiết kế theo Quyết định 1329/QĐ-BXD Bộ xây dựng, với cấp độ bền B15 B20) chọn theo thời gian; - Vẽ biểu đồ thể phát triển cường độ nén mẫu thí nghiệm theo thời gian ứng với loại cấp phối lựa chọn, từ so sánh đánh giá ảnh hưởng cát nhiễm mặn đến phát triển cường độ nén bê tơng CHƯƠNG THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ CÁT NHIỄM MẶN, KHU VỰC SƠNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH 3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Trên sở so sánh đánh giá rút kết luận cần thiết ảnh hưởng cát bị nhiễm mặn sông Cổ Chiên đến phát triển cường độ nén bê tơng Từ tìm ngun nhân ảnh hưởng đề xuất biện pháp khắc phục nhằm tiến tới mục đích quan trọng sử dụng cát bị nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh làm vật liệu để sản xuất bê tông đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết bê tông có cấp độ bền đến B20 3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU Vật liệu sử dụng để sản xuất mẫu bê tông xi măng bao gồm: Xi măng Pooclăng PCB40 Hà Tiên, cát sông Cổ Chiên, đá dăm thuộc 10 * Chỉ tiêu lý cát sông Cổ Chiên mùa nhiễm mặn (cát nhiễm mặn) - Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên mùa không nhiễm mặn mùa bị nhiễm mặn Về tiêu lý, mức độ nhiễm mặn (hàm lượng muối) có cát khác Cụ thể xem bảng 3.3 - Nhận xét: Cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên có chứa hàm lượng muối NaCl (ion Cl- : 0,04 < 0,05%) hàm lượng sulfat (SO3: 0,01< 1%) thấp, đảm bảo yêu cầu để sản xuất bê tông theo TCVN 7570:2006 TCXD 127:1985 3.2.3 Cốt liệu lớn (đá dăm) Đá dăm 1x2 dùng thí nghiệm để đúc mẫu bê tơng đá Biên Hịa - Đồng Nai, mang thí nghiệm tiêu lý phịng Las 817 - Kết thí nghiệm đá dăm 1x2 Biên Hòa, thu bảng 3.4 Biểu đồ 3.2 Thành phần hạt đá dăm 1x2 mỏ đá Biên Hòa 11 - Nhận xét: Đá dăm 1x2 dùng đúc mẫu bê tơng thí nghiệm có tiêu lý thành phần hạt đảm bảo yêu cầu dùng sản xuất bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 3.2.4 Nƣớc Dùng nước sinh hoạt nhà máy thuộc cơng ty cấp nước thành phố Trà Vinh cung cấp, để sản xuất bảo dưỡng mẫu bê tông, nên đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 3.2.5 Phụ gia Đề tài nghiên cứu phát triển cường độ chịu nén mẫu bê tông cách tự nhiên để đánh giá kết Do hỗn hợp bê tơng khơng sử dụng phụ gia 3.3 TÍNH TỐN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO BÊ TÔNG CẤP ĐỘ BỀN B15 VÀ B20 - Xác định cấp phối bê tơng tìm tỷ lệ hợp lý để phối hợp loại nguyên vật liệu như: nước, xi măng, cát, đá (hoặc sỏi) để có hỗn hợp bê tông bê tông đạt yêu cầu mặt kỹ thuật kinh tế - Thành phần bê tông thường biểu thị khối lượng xi măng (kg) thể tích cốt liệu (m3), nước (lít) Cũng biểu thị tỷ lệ khối lượng (hoặc thể tích) đơn vị khối lượng (hoặc thể tích) xi măng - Để tính tốn thành phần hỗn hợp bê tơng cần phải biết trước điều sau: + Yêu cầu bê tông: Cường độ bê tông yêu cầu, yêu cầu mác chống thắm khả chống xâm thực, chống mài mòn… Thường người ta lấy cường độ chịu nén bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ làm cường độ yêu cầu + Yêu cầu nguyên vật liệu: Như mác loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi tiêu lý chúng 12 + Tính chất cơng trình: Cơng trình làm việc môi trường nào, khô hay nước, có mơi trường xâm thực mạnh khơng ? + Đặc điểm kết cấu cơng trình: Kết cấu có cốt thép hay khơng có cốt thép, cốt thép dày hay thưa, diện tích cơng trình rộng hay hẹp Mục đích để lựa chọn độ dẻo hỗn hợp bê tông độ lớn đá (sỏi) cho hợp lý + Điều kiện thi công: Thi công giới hay thủ công - Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế thành phần cấp phối bê tông khác như: Phương pháp tra bảng hoàn toàn; Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn; Phương pháp tính tốn kết hợp với thực nghiệm - Trong nội dung giới hạn đề tài, tác giả sử dụng phƣơng pháp tra bảng để xác định cấp phối bê tơng có cấp độ bền B15 B20 theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 Bộ trưởng Bộ Xây dựng công bố định mức sử dụng vật liệu xây dựng 3.3.1 Chọn độ sụt (SN) cho hỗn hợp bê tông Lựa chọn độ sụt hỗn hợp bê tông (SN, cm) vào đặc điểm loại kết cấu, mật độ cốt thép phương pháp thi công; tiêu độ sụt thường lựa chọn theo bảng 3.6 Trong phạm vi đề tài, tác giả lựa chọn độ sụt chung cho hỗn hợp bê tơng có cấp độ bền B15, B20 là: SN = ÷ cm 3.3.2 Xác định lƣợng nƣớc (N) cho mét khối bê tông 3.3.3 Xác định tỉ số xi măng/nƣớc (X/N) - Đối với bê tông thường có: Rb = A.Rx 1,4 = + 0,5 - Đối với bê tơng cường độ cao có: Rb = A1.Rx 2,5 2,5 = - 0,5 13 Trong đề tài tác giả xác định tỉ số X/N bê tơng thơng thường, theo cơng thức tính tốn sau: Rb = A.Rx = + 0,5 3.3.4 Tính hàm lƣợng xi măng - Hàm lượng xi măng cho 1m3 bê tông xác định theo công thức sau: X= N (kg) 3.3.5 Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm) - Để xác định sơ hàm lượng cốt liệu lớn, ta dựa vào nguyên tắc thể tích tuyệt đối thành phần vật liệu cần cho 1m3 bê tông (xi măng, nước, cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn) tạo nên thể tích đặc 1000 lít Hàm lượng cốt liệu lớn cho 1m3 bê tông, xác định sở đảm bảo mật độ cốt liệu lớn vữa hợp lý bê tơng Được tính tốn sau: Đ= ( kg) 3.3.6 Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu nhỏ (cát) - Hàm lượng cốt liệu nhỏ (cát) cho 1m3 bê tông xác định sở tổng thể tích tuyệt đối vật liệu thành phần bảo đảm sau hình thành cho 1m3 hay 1000lít Khơng kể thể tích bọt khí chiếm khoảng 0,3÷2,5% bê tơng thông thường Hàm lượng cát xác định công thức sau: C = [ 1000 - - - ] (kg) * Từ kết có bước tính tốn ta thành lập bảng thành phần cấp phối chuẩn cho 1m3 bê tông tương ứng với loại cấp phối chọn Trong đề tài này, thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông theo định mức ban hành kèm theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD, bảng 3.13 14 - Với khối lượng thể tích xốp cốt liệu đá cát thí nghiệm: + Đá dăm 1x2 Biên Hịa, có = 1,432 g/cm3 = 1432 kg/m3 + Cát sông Cổ Chiên, có = 1,373 g/cm3 = 1373 kg/m3 - Ta có lượng vật liệu cụ thể cần cho 1m3 vữa bê tông loại cấp phối bảng 3.14 - Định mức cấp phối vật liệu 1m3 bê tông sử dụng cát mịn, có mác từ M300 trở xuống (khi sử dụng xi măng PCB 40) tính theo mức tương ứng quy định, đồng thời điều chỉnh theo nguyên tắc trị số sau + Lượng xi măng tăng thêm 5% + Lượng cát giảm 12% + Lượng đá tăng tương ứng với hiệu số khối lượng cát giảm xi măng tăng lên 3.4 QUY TRÌNH ĐÚC MẪU (Theo TCVN 3105: 1993) 3.4.1 Tính tốn liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn - Xác định số viên mẫu cần đúc: Mẫu hỗn hợp bê tông phịng thí nghiệm chế tạo theo ngun tắc dùng vật liệu vật liệu trường; cân đong vật liệu đảm bảo sai số không vượt 1% xi măng, nước trộn phụ gia, 2% cốt liệu Mẫu bê tông đúc thành viên theo tổ mẫu Tổ mẫu cần đúc cho tiêu thí nghiệm cường độ chịu nén độ tuổi viên Đề tài đánh giá cường độ chịu nén hai loại cấp phối ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày Vậy số viên cần đúc ứng với loại cấp phối là: 3*6=18 viên Kích thước cạnh nhỏ viên tùy theo cỡ hạt lớn (Dmax) cốt liệu dùng để chế tạo bê tông tiêu cần thí nghiệm theo TCVN 3105:1993 Cụ thể bảng 3.15 - Xác định thể tích mẻ trộn Vm (dm3): 15 Thể tích mẻ trộn lấy 1,2÷1,5 lần thể tích tổng số viên cần đúc, khơng nhỏ lít Vậy với số viên cần đúc loại cấp phối là: 3*6=18 viên, ta chọn thể tích mẻ trộn 21 viên (Vm= 1,5x1,5x1,5x21= 70,875 dm3) - Xác định khối lượng vật liệu cho mẻ trộn: Dựa sở lý thuyết "thể tích tuyệt đối” có nghĩa tổng thể tích tuyệt đối (hồn tồn đặc) vật liệu 1m3 bê tơng 1000 lít” Tùy thuộc vào số lượng mẫu, kích thước mẫu bê tơng cần đúc thí nghiệm mà ta xác định khối lượng xi măng, (Xm), cát (Cm), đá (Dm), nước (Nm) cho mẻ trộn tính kg, xác định theo công thức sau: Xm = Vm; Dm = Vm; Cm = Vm; Nm = Vm 3.4.2 Trộn hỗn hợp bê tông xác định độ sụt (SN, cm) - Vật liệu cân đong theo khối lượng xác định mẻ trộn, trộn thành hỗn hợp bê tông theo TCVN 3105:1993 Hỗn hợp bê tông trộn đều, đồng Thời gian trộn bê tông máy trộn, hợp lý bảng 3,17 3.4.3 Chọn khuôn đúc tiến hành đúc mẫu - Chọn khuôn đúc mẫu: Các viên mẫu bê tơng đúc khn kín, khơng thấm nước, không gây phản ứng với xi măng có bơi chất chống dính lên bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp Khuôn đúc mẫu phải đảm bảo độ cứng ghép chắn để không làm sai lệch kích thước, hình dáng viên đúc vượt q qui định mục 3.4 “TCVN 3105:1993” Mặt khn phải nhẵn phẳng khơng có vết lồi lõm sâu 80 micrômét Độ không phẳng mặt khn hình lập phương, khn đúc mẫu lăng trụ, không vượt 0,05mm 100mm dài Độ lệch góc vng tạo mặt kề khn khơng vượt q ± 50 3.4.4 Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) 16 Các mẫu đúc dùng để thí nghiệm, phải bảo dưỡng kể từ đúc xong đến ngày thử mẫu Thời gian giữ mẫu khn từ 16÷24 bê tơng có mác 100 trở lên, ngày đêm bê tơng có phụ gia chậm đơng rắn có mác 75 trở xuống Tất viên mẫu ghi ký hiệu rõ mặt không trực tiếp chịu tải 3.5 QUY TRÌNH NÉN MẪU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.5.1 Quy trình nén mẫu Các viên mẫu thử đúc theo tỉ lệ cấp phối xác định bảo dưỡng theo tiêu chuẩn TCVN 3105:1993 Viên mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén theo độ tuổi (n: ngày), cường độ nén mẫu xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 Mẫu thử chuẩn tiến hành thử nén theo quy trình sau: + Chuẩn bị mẫu thử theo số hiệu độ tuổi thí nghiệm, thiết bị dụng cụ hỗ trợ cho thiết bị nén Kiểm tra chọn hai mặt chịu nén viên mẫu thử theo mục 2.5 TCVN 3118:1993; + Xác định số liệu đầu vào: xác định diện tích mặt chịu lực viên mẫu thử, đo đến độ xác tới 1mm cặp cạnh song song hai mặt chịu nén mẫu lập phương, xác định diện tích hai mặt chịu nén theo giá trị trung bình cặp cạnh đo Diện tích chịu lực mẫu trung bình số học diện tích hai mặt + Chọn thang lực thích hợp máy, để nén tải trọng phá hoại nằm khoảng 20 80% tải trọng cực đại lực nén chọn; + Đặt mẫu vào máy nén cho mặt chịu nén chọn nằm tâm thớt máy Vận hành máy cho mặt mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt máy Tiếp tăng tải liên tục với vận tốc không đổi ± daN/cm2 giây mẫu bị phá hoại; + Xác định tải trọng phá hoại mẫu máy nén; 17 + Tính kết ghi vào biên thử cường độ nén cho viên mẫu 3.5.2 Kết thí nghiệm - Cƣờng độ nén mẫu Kết nén mẫu thu máy nén bê tông Model: TYA - 2000 ( Serial N0:176 ) phịng thí nghiệm “Las 817” thuộc Công ty cổ phần tư vấn - xây dựng Môi trường Duy Thành Địa ấp Đầu Bờ, xã Hòa Thuận, huyện Châu Thành, tỉnh Trà Vinh; xem bảng 3.19 Kết biểu diễn biểu đồ sau: Biểu đồ 3.3 Sự phát triển cường độ mẫu thí nghiệm cấp phối (B15) 18 Kết biểu diễn biểu đồ sau: Biểu đồ 3.4 Sự phát triển cường độ mẫu thí nghiệm cấp phối (B20) 3.6 NHẬN XÉT CHƢƠNG - Đối với cấp phối + Cấp phối (cát sông mùa không nhiễm mặn - nước máy: gọi cấp phối 1a cát sông mùa nước bị nhiễm mặn - nước máy: gọi cấp phối 1b) có phát triển cường độ nén mạnh thời gian đầu (3,7,14,28 ngày đầu) đạt mác yêu cầu Cấp phối 1a cường độ nén phát triển trung bình 21,3%, cấp phối 1b cường độ nén phát triển trung bình 15,8% Như vậy, cấp phối 1a phát triển cường độ nhanh mạnh so với cấp phối 1b Cấp phối 1b có phát triển cường độ nén mạnh thời gian đầu, lượng muối có cát nhiễm mặn đóng vai trị chất xúc tác làm tăng nhanh ninh kết bê tông giai đoạn đầu, kết phù hợp với nghiên cứu Lê Văn Bách (2006) 19 + Cấp phối 1a cường độ nén phát triển mạnh giai đoạn từ đến 14 ngày tuổi đạt mác yêu cầu 14 ngày tuổi (21,2MPa) Sau 28 ngày tuổi, cường độ nén tiếp tục tăng nhẹ Đến hết thời gian nghiên cứu 90 ngày cường độ nén đạt 27,4 MPa, cao bê tông thường (cấp phối chuẩn) ngày tuổi 37% + Cấp phối 1b cường độ nén tăng mạnh giai đoạn đầu, chậm cấp phối 1a đạt mác yêu cầu 28 ngày tuổi (đạt 21,8MPa) Sau 28 ngày tuổi, cường độ nén tăng chậm, không đáng kể Đến hết thời gian nghiên cứu 90 ngày cường độ nén đạt 23,7 MPa, cao bê tông thường (cấp phối chuẩn) ngày tuổi 18,5% Bảng 3.23 So sánh cường độ nén mẫu cấp phối với cấp phối chuẩn Độ tuổi mẫu thí nghiệm (n: ngày) 28 90 Cấp phối 1a 24,8 27,4 Cƣờng độ nén mẫu (MPa) Mẫu thí nghiệm Cấp Chênh Cấp Cấp phối lệch phối phối chuẩn (%) chuẩn 1b 20 24 21,8 20 20 37 23,7 20 Chênh lệch (%) 9,0 18,5 - Đối với cấp phối + Cấp phối (cát sông mùa không nhiễm mặn - nước máy: gọi cấp phối 2a cát sông mùa bị nhiễm mặn - nước máy: gọi cấp phối 2b) có phát triển cường độ nén mạnh thời gian đầu (3,7,14,28 ngày) đạt mác yêu cầu tương tự cấp phối Cấp phối 2a cường độ nén phát triển trung bình 19,3%, cấp phối 2b cường độ phát triển trung bình 17,2% Như vậy, cấp phối 2a phát triển cường độ nhanh mạnh so với cấp phối 2b + Cấp phối 2a cường độ nén tăng 28 ngày đầu đạt mác yêu cầu 28 ngày tuổi (28,4MPa) Sau 28 ngày tuổi, cường độ nén tiếp tục tăng nhẹ Đến hết thời gian nghiên cứu 90 ngày 20 cường độ nén đạt 31,8MPa, cao bê tông thường (cấp phối chuẩn) ngày tuổi 27,2% + Cấp phối 2b cường độ nén tăng giai đoạn đầu, chậm cấp phối 2a đạt mác yêu cầu 28 ngày tuổi (26,4MPa) Sau 28 ngày tuổi cường độ nén mẫu tăng chậm, không đáng kể Đến hết thời gian nghiên cứu 90 ngày cường độ nén đạt 27,6MPa, cao bê tông thường (cấp phối chuẩn) ngày tuổi 10,4% Bảng 3.24 So sánh cường độ nén mẫu cấp phối với cấp phối chuẩn Độ tuổi mẫu thí nghiệm (n: ngày) 28 90 Cấp phối 2a 28,4 31,8 Cƣờng độ nén mẫu (MPa) Mẫu thí nghiệm Cấp Chênh Cấp Cấp phối lệch phối phối chuẩn (%) chuẩn 2b 25 13,6 26,5 25 25 27,2 27,6 25 Chênh lệch (%) 6,0 10,4 Biểu đồ 3.5 So sánh cường độ mẫu cấp phối 1a 1b 21 Biểu đồ 3.6 So sánh cường độ mẫu cấp phối 2a 2b Bảng 3.25 So sánh cường độ nén mẫu cấp phối 1a 1b; 2a 2b Độ tuổi mẫu thí nghiệm (n: ngày) 14 28 60 90 Cấp phối 1a 12,0 16,3 21,2 24,8 26,7 27,4 Cƣờng độ nén mẫu (MPa) Mẫu thí nghiệm Cấp Cấp Cấp Chênh phối phối phối lệch (%) 1b 2a 2b 12,3 -2,5 13,9 13,4 14,2 14,8 18,6 17,7 17,7 19,8 24,3 22,7 21,8 13,7 28,4 26,5 23,1 15,5 31,2 27,3 23,7 15,6 31,8 27,6 Chênh lệch (%) 3,7 5,1 7,0 7,2 14,3 15,2 Như vậy, phát triển cường độ nén bê tông sản xuất từ cấp phối sử dụng cát sông Cổ Chiên nhiễm mặn, không 22 nhiễm mặn nước máy với cấp độ bền B15 B20 phù hợp quy luật phát triển cường độ nén theo thời gian bê tông thông thường - Bê tông sản xuất từ cát sông bị nhiễm mặn nước máy sau đạt mác yêu cầu 28 ngày tuổi cường độ bê tông tăng chậm, không đáng kể; bê tông sản xuất từ cát sông không nhiễm mặn nước máy, sau 28 ngày tuổi cường độ bê tông tiếp tục tăng nhẹ - Bê tông cấp phối B15, B20 sản xuất từ cát sông không nhiễm mặn, nước máy có cường độ chịu nén ngày tuổi (7,14,28,60,90) cao bê tông sản xuất từ cát sông bị nhiễm mặn, nước máy 23 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm, tác giả có kết luận sau - Hàm lượng muối chứa cát sông Cổ Chiên nhiễm mặn có ảnh hưởng đến phát triển cường độ chịu nén theo ngày tuổi bê tông, cụ thể: + Muối cát nhiễm mặn tác động làm đẩy nhanh phát triển cường độ chịu nén bê tông giai đoạn 14 ngày tuổi đầu + Muối cát nhiễm mặn tác động làm suy giảm nhanh phát triển cường độ chịu nén bê tông sau 28 ngày tuổi, thông qua phản ứng hóa học để hình thành khống bền gây mềm hóa bê tơng theo thời gian - Chỉ sử dụng cát sông Cổ Chiên không bị nhiễm mặn bị nhiễm mặn với nước máy để sản xuất bê tông sử dụng kết cấu khơng cốt thép có cấp độ bền B20 (M250) KIẾN NGHỊ - Qua kết thí nghiệm kiến nghị sử dụng cát sông Cổ Chiên khai thác mùa không bị nhiễm mặn, mùa bị nhiễm mặn nước máy để sản xuất bê tơng có cấp độ bền đến B20 (M250) vào ứng dụng thử nghiệm vài cơng trình cụ thể địa bàn tỉnh Trà Vinh Trên sở theo dõi, đánh giá khả ứng dụng loại kết cấu sử dụng bê tông thực tiễn, đảm bảo yêu cầu theo quy định, chuyển giao cơng nghệ rộng rãi thi công xây dựng Nhằm tận dụng hiệu nguồn khống sản dối sơng khu vực Tây Nam bộ, có tỉnh Trà Vinh - Cát sơng Cổ Chiên có lẫn nhiều phù sa, cần phải rửa cát đảm bảo phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006, trước sử dụng để sản xuất bê tông 24 - Mức độ nhiễm mặn nước sông Cổ Chiên diễn biến phức tạp theo năm (do biến đổi khí hậu, nước biển dâng) Do đó, sử dụng cát sơng Cổ Chiên để sản xuất bê tơng, cần phải thí nghiệm xác định mức độ nhiễm mặn cát đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn quy định * HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP - Nghiên cứu ảnh hưởng việc sử dụng cát sông Cổ Chiên bị nhiễm mặn chế tạo bê tơng cần thời gian dài hơn, để xác định xác ảnh hưởng phản ứng sun phát phát triển cường độ chịu nén bê tông theo thời gian Thời gian đề xuất >1 năm - Nghiên cứu với loại vật liệu khác có khả làm giảm ảnh hưởng muối (NaCl) cát sông Cổ Chiên, như: xi măng bền sunfat; thay phần xi măng phụ gia puzơlan; sử dụng phụ gia (ví dụ: phụ gia siêu dẽo PG…) để tìm cấp phối hợp lý cho bê tơng làm từ cát sông bị nhiễm mặn - Cần nghiên cứu ảnh hưởng cát nhiễm mặn, nước máy, nước biển với thành phần cấp phối khác như: sử dụng xi măng bền sunfat, điều chỉnh tỷ lệ xi măng/nước, tỷ lệ cát vàng không nhiễm mặn/cát nhiễm mặn, sử dụng phụ gia khác CSSB,… để thiết kế cấp phối bê tông làm từ cát nhiễm mặn, nước biển ... cứu áp dụng vào việc sản xuất cấu kiện, sản phẩm bê tông không cốt thép từ cát sông Cổ Chiên bị nhiễm mặn, thay cho nguồn cát dùng sản xuất bê tông tỉnh Trà Vinh phải nhập từ tỉnh khác nước Góp... hưởng cát nhiễm mặn đến phát triển cường độ nén bê tơng CHƯƠNG THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ CÁT NHIỄM MẶN, KHU VỰC SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH. .. Chiên tỉnh Trà Vinh làm vật liệu để sản xuất bê tông đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết bê tơng có cấp độ bền đến B20 3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU Vật liệu sử dụng để sản xuất mẫu bê tông