Nghiên cứu sử dụng xi măng bền sun phát và cát sông Cổ Chiên trong cấp phối để sản xuất bê tông công trình bị xâm nhập mặn tỉnh Trà Vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀM THIÊN ÂN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XI MĂNG BỀN SUN-PHÁT VÀ CÁT SÔNG CỔ CHIÊN TRONG CẤP PHỐI ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TƠNG CHO CƠNG TRÌNH BỊ XÂM NHẬP MẶN TỈNH TRÀ VINH Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 85 80 201 TÓM 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 HỒI CHÍNH Phản biện 1: TS TRẦN ANH THIỆN Phản biện 2: TS NGUYỄN THANH BÌNH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng 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 cấp thiết đề tài Bê tơng 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 tông 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 hảo đảo ngồi 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 tơng “hỗn hợp bê tông sử dụng nước, cát sông” 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 vùng Tây Nam Bộ bị nhiễm mặn theo mùa Hiện sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có số mỏ cát với trữ lượng tương đối lớn, nhiên cát sơng Cổ Chiên có lẫn phù sa, cỡ hạt nhỏ nhiễm mặn theo mùa Hiện tại, nguồn cát dùng làm cốt liệu bê tông địa bàn tỉnh Trà Vinh phải vận chuyển từ tỉnh như: huyện Tân Châu tỉnh An Giang, tỉnh Đồng Nai, nước Cam-Pu-Chia,… Vì vậy, tận dụng nguồn tài ngun thiên nhiên có sẵn, cát ven sơng khu vực Trà Vinh (Sông Cổ Chiên) mang lại hiệu kinh tế lớn xây dựng cơng trình cho tỉnh Trà Vinh nói chung khu vực thành phố Trà Vinh nói riêng Với lý sau: - Tiến độ nhanh nhờ vật liệu sẵn có công trường, giảm thời gian vận chuyển; - Giảm nguồn ô nhiễm bụi tiếng ồn vận chuyển vật liệu, tạo mơi trường làm việc an tồn hơn; - Đảm bảo chất lượng cho cơng trình chịu ảnh hưởng nước sông bị xâm nhập mặn, nước biển Do vậy, việc chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng xi măng bền sun phát cát sông Cổ Chiên cấp phối để sản xuất bê tơng cơng trình bị xâm nhập mặn tỉnh Trà Vinh” cần thiết hợp lý Giúp cho kỹ sư thiết kế có thêm lựa chọn sử dụng vật liệu địa phương cho phương án vật liệu cấp phối bê tông, đơn vị thi cơng có hội tiếp cận với loại cấp phối vật liệu dùng cho cơng trình bị xâm nhập mặn Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng xi măng poóc lăng hỗn hợp mác 40 - bền sun phát trung bình, cátkhu vực tỉnh Trà Vinh, cát sông Cổ Chiên, nước máy (Công ty Cấp nước Trà Vinh), đá 1x2cm (Biên Hịa 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 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Là thành phần hỗn hợp bê tông B15, B20 sử dụng cốt liệu cát không nhiễm mặn (cát sông Cổ Chiên) với thành phần xi măng poóc lăng hỗn họp mác 40 - bền sun phát trung bình (PCB40-MS) xi măng PCB40 Hà Tiên Đổ mẫu lập phương 15x15x15cm - Nghiên cứu bê tông cấp độ bền B15, B20 Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để nghiên cứu thiết kế tính tốn thành phần hỗn hợp bê tông B15, B20 sử dụng cốt liệu cát không nhiễm mặn - So sánh kết số liệu thí nghiệm Nhận xét rút kiến nghị Bố cục luận văn: Luận văn có bố cục sau: Ngoài phần mở đầu, Kết luận Kiến nghị Chƣơng 1: Tổng quan bê tông vật liệu cấu thành Chƣơng 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích đặc tính hóa học cát sơng cường độ chịu nén Bê tơng Chƣơng 3: Thí nghiệm kết cường độ chịu nén bê tông sử dụng xi măng PCB 40 Hà Tiên xi măng PCB40MS với cát 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 Nói cách đơn giản khái niệm bê tơng vật liệu hỗn hợp gồm keo dính nguyên liệu Keo dính bao gồm xi măng pc lăng nước, giúp liên kết nguyên liệu thô (đá, sỏi ) nguyên liệu mịn (cát, đá mạt, đá xay, ) Thông qua phương trình hóa học gọi hydrat hóa, chất đóng rắn làm cho tất kết dính với thành khối cứng đá 1.2 NGUN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TƠNG THƠNG QUA PHẢN ỨNG THỦY HÓA CỦA XI MĂNG Sự khởi đầu hydrat hóa: Ngay sau lúc nguyên liệu, nước xi măng kết hợp, bê tông cứng lại Đa số loại xi măng poóc lăng xi măng thủy lực cứng lên thông qua phương trình hóa học gọi hydrat hóa Trong phản ứng này, nút hình thành bề mặt hạt xi măng Nút phát triển mở rộng đến liên kết với nút từ hạt xi măng khác dính chặt vào nguyên liệu liền kề 1.3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG BÊ TÔNG BỀN SUN PHÁT GIẢM THIỂU NGUY CƠ BỊ TẤN CÔNG BỞI CÁC YẾU TỐ XÂM THỰC CHO BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP Phương pháp 1: Chế tạo xi măng có hàm lượng tricalcium aluminate thấp nghiền với lượng thạch cao phù hợp gọi xi măng pooc lăng bền sun phát Phương pháp 2: Xi măng pooc lăng hỗn hợp bền sun phát, sử dụng phụ gia khống hoạt tính trộn với xi măng pooc lăng (xi măng pooc lăng có hàm lượng C3A > 8%) làm giảm hàm lượng C3A xi măng 1.4 KẾT LUẬN - Đối với bê tông thường đặc tính phụ thuộc vào hàm lượng chất lượng vật liệu chế tạo bê tông - Cốt liệu nhỏ lớn (cát đá dăm) chiếm khối lượng thể tích lớn hỗn hợp bê tông - Cỡ hạt, cấp phối hạt đặc trưng chất lượng khác chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp bê tông - Hàm lượng cát chất lượng cát hỗn hợp cốt liệu, ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp bê tông - Hỗn hợp bê tơng có hàm lượng cát tối ưu đảm bảo cho bê tơng đạt u cầu tính lưu động, độ đặc chắc, cường độ,… Như vậy, 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 tông có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tơng xi măng - Sản phẩm xi măng bền sun phát có ưu điểm đáp ứng cho xây dựng cơng trình như: Nhà dân dụng, nhà cao tầng, cầu đường, kè biển, cơng trình đặc biệt dùng mơi trường có nước mặn cầu cảng biển, chống xâm thực mơi trường, có cường độ nén cao, cường độ uốn, độ bền hóa học cao, phù hợp với khí hậu Việt Nam nói chung, địa bàn tỉnh Trà Vinh nói riêng - Ưu điểm xi măng bền sun phát: Giảm thiểu ăn mòn kết cấu thép ngăn chặn ion Cl-; ; Đảm bảo tính chất bê tơng bảo đảm an tồn cho kết cấu thép mơi trường xâm thực sun phát môi trường nhiễm phèn, axit.; Giảm phản ứng kiềm, cốt liệu tăng cường độ bền bê tông; cường độ cao, đặc biệt sau cường độ & độ bền tăng, làm tăng tuổi thọ cơng trình; CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH HĨA HỌC CỦA CÁT SƠNG 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 - Tây Nam Bộ trước hết không gian địa lý liền kề liên tục Đây vùng đồng (sông Cửu Long) vài dãy núi thấp miền tây tỉnh An Giang, Kiên Giang; Phía Đơng Bắc tiếp giáp Vùng Đơng Nam Bộ, phía tây bắc giáp Campuchia, phía tây giáp vịnh Thái Lan, phía đơng giáp Biển Đông Tây Nam Bộ gồm 13 tỉnh thành sau: Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, Thành phố Cần Thơ, Đồng Tháp, Hậu Giang, Kiên Giang, Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long, An Giang với diện tích khoảng 40.000 km vng, vùng đất hình thành từ trầm tích phù sa bồi dần qua kỷ nguyên thay đổi mực nước biển 2.1.2 Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh Tỉnh Trà Vinh nằm phía Đơng Nam vùng đồng sông Cửu Long, nằm sông lớn sông Cổ Chiên Sông Hậu, tọa độ địa lý từ 9031’5’’ đến 10004’5’’ vĩ độ Bắc 105057’16’’ đến 1060 36’04’’ kinh độ Đơng Phía Bắc giáp với tỉnh Vĩnh Long, phía Đơng Đơng Bắc giáp tỉnh Bến Tre sơng Cổ Chiên, phía Tây Tây Nam giáp với tỉnh Sóc Trăng sơng Hậu, phía Đơng giáp biển Đơng với 65 km bờ biển Tỉnh Trà Vinh có 09 đơn vị hành cấp huyện trực thuộc, gồm 01 thành phố Trà Vinh, 07 huyện 01 thị xã Tỉnh Trà Vinh nằm sông Cổ Chiên sông Hậu, mặt giáp biển Đơng (dài 65 km), có cửa sông (Cung Hầu Định An) cửa sông quan trọng vùng đồng sông Cửu Long thông thương qua biển Đông với nước quốc tế; Trà Vinh cịn có hệ thống đường quốc lộ 53, 54 60 qua Tỉnh, nối Trà Vinh với tỉnh khác vùng vùng 2.2 PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG CÁT SÔNG CỔ CHIÊN MÙA NƢỚC KHÔNG NHIỄM MẶN 2.2.1 Phƣơng pháp đánh giá Phương pháp đánh giá cát biển tiến hành theo tiêu chuẩn sau: - TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật”; - TCVN 7572:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử” 2.2.2 Các tiêu cần đánh giá sử dụng cát sông Cổ Chiên 2.3 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM (Theo TCVN 3118:1993) Để đánh giá cường độ chịu nén loại bê tông, tác giả sử dụng phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 “Bê tơng nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu nén” 2.3.1 Thiết bị thử Thiết bị thử bao gồm: - Máy nénTYA-2000-China - Thước kim loại; - Cân điện tử; 2.3.2 Chuẩn bị mẫu thử - Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu, nhóm mẫu gồm viên - Viên chuẩn để xác định cường độ nén bê tơng viên mẫu lập phương kích thước 15x15x15cm Các viên mẫu khác mẫu phải quy đổi tính tốn - Kết cấu sản phẩm u cầu mẫu thử trạng thái phải nén mẫu thử tuổi trạng thái - Kiểm tra chọn hai mặt chịu nén viên mẫu thử cho: - Trong trường hợp mẫu thử không đạt yêu cầu mẫu thử phải gia công lạibằng cách mài bớt làm phẳng mặt lớp hồ xi măng cứng đanh không dày 2mm Cường độ lớp xi măng thử không thấp cường độ dự kiến bê tông - Tất mẫu thử đúc trước bảo dưỡng đạt yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn + Đúc mẫu lấy theo TCVN 3015 : 1993 “Hỗn hợp bê tông bê tông nặng - Lấy mẫu chế tạo bảo dưỡng mẫu thử”; + Thử độ sụt lấy theo TCVN 3106:1993 “Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt” 2.3.3 Đúc mẫu Đúc mẫu khuôn lập phương KT 15x15x15cm: Cho hỗn hợp bê tông trộn sẵn theo thiết kế cấp phối nêu vào khn thành lớp, dung thép trịn (d =16 mm) đầm 25 lần Sau đầm xong lớp thứ nhất, dùng búa gõ vào cạnh khn đến hết bọt khí hồ xi măng xuất bề mặt bê tơng dừng lại Tiếp tục đổ lớp bê tông tiếp tục đầm 25 lần gõ thành khuôn, lượng hỗn hợp bê tông lần thứ hai cho vào khuôn cho sau đầm gõ cho bọt khí lên hết, mặt hỗn hợp bê tơng cịn cách miệng khuôn từ đến mm đủ để phủ lớp hồ ximăng làm phẳng đầu mẫu 2.3.4 Bảo dƣỡng mẫu Việc bảo dưỡng mẫu bê tông trước thí nghiệm tiến hành theo quy định TCVN 3105 : 1993 2.3.5 Tiến hành thử Việc tiến hành thử mẫu thí nghiệm tuân theo quy định TCVN 3118:1993 “Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ chịu nén”, cụ thể sau: 2.3.5.1.Xác định diện tích chịu lực mẫu 2.3.5.2 Xác định tải trọng phá hoại mẫu: 2.3.6 Tính kết Cường độ nén viên mẫu bê tông (R) tính daN/cm2 (kg/cm2) theo cơng thức: 10 2.4 KẾT LUẬN Để xác định ảnh hưởng cát sông, chủng loại xi măng đến cường độ chịu nén bê tơng, tác giả tiến hành đúc mẫu thí nghiệm nén ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 nhằm mục đích: - Xác định phát triển cường độ chịu nén loại cấp phối bê tông 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 sông Cổ Chiên, loại xi măng đến phát triển cường độ nén bê tơng CHƯƠNG THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén loại cấp phối bê tông làm từ cát sông Cổ Chiên không nhiễm mặn, nước máy với xi măng PCB 40 Hà Tiên (cấp phối 1); làm từ cát sông Cổ Chiên không nhiễm mặn, nước máy với xi măng poóc lăng hỗn hợp mác 40 - bền sun phát trung bình (cấp phối 2) theo ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 nhằm mục đích so sánh phát triển cường độ chịu nén với loại cấp phối bê tông chế tạo từ vật liệu thông thường cát sông, nước máy thiết kế cấp độ bền (B15 B20) với loại vật liệu đá dăm quy trình đúc mẫu, bảo dưỡng Trên sở so sánh đánh giá rút kết luận cần thiết ảnh hưởng cát sông không nhiễm mặn, xi măng bền sun phát đến phát triển cường độ nén bê tông, với mục đích sử dụng cát sơng Cổ Chiên chế tạo bê tông đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết có cấp độ bền từ B15 đến B20 trở xuống 11 3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU 3.2.1 Xi măng (Chất kết dính) Xi măng thành phần chất kết dính để liên kết hạt cốt liệu với tạo cường độ cho bê tông Chất lượng hàm lượng xi măng yếu tố quan trọng định cường độ cho bê tơng Hiện có nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sunfat, xi măng pooc lăng xỉ, xi măng pooc lăngpuzolan Việc lựa chọn mác xi măng quan trọng thiết kế thành phần cấp phối bê tông để vừa đảm bảo yêu cầu thiết kế vừa đảm bảo tính kinh tế Để có loại bê tơng có chất lượng tốt, nên sử dụng loại xi măng có mác tỷ lệ thuận với mác bê tông cần đạt Lượng xi măng dùng phải lớn lượng xi măng tối thiểu nhỏ lượng xi măng tối đa tiêu chuẩn quy định để sản xuất bê tơng có độ dẻo tính cơng tác quy định mà không vượt hàm lượng nước tối đa Lượng xi măng tối thiểu 300 kg/m3,lượng xi măng tối đa 500 kg/m3 3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) Cát dùng cho thí nghiệm là: Cát sơng Cổ Chiên lấy từ đầu nguồn Sông Cổ Chiên (hướng từ cầu Cổ Chiên ngược lên Càng Long mang phịng thí nghiệm LAS-XD 817 Kết thí nghiệm tiêu lý cát trình bày sau: Chỉ tiêu lý cát sông Cổ Chiên thuộc mỏ xã Đức Mỹ, huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh : 12 Hình 3.3 Biểu đồ thành phần hạt cát sông Cổ Chiên - Nhận xét: Cát sông Cổ Chiên cát mịn có tiêu lý, đáp ứng yêu cầu để sản xuất bê tông theo TCVN 7570:2006 Tuy nhiên, thành phần hạt (lượng tích lũy sàng, %) chưa hồn tồn phù hợp Bảng 3.3 Bảng Tính chất lý cát sơng Cổ Chiên mùa nƣớc không nhiễm mặn Kết Yêu cầu Đơn Phƣơng pháp Tên tiêu thử theo TCVN vị thí nghiệm nghiệm 7572:2006 Hàm lượng TCVN 7572ion clorua % 0,01