So sánh cường độ bê tông khi sử dụng cát ở các sông Trà Vinh làm cấp phối

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM MINH TÂN SO SÁNH CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG CÁT Ở CÁC SÔNG TRÀ VINH LÀM CẤP PHỐI 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: TS NGUYỄN QUANG TÙNG Phản biện 2: TS NGUYỄN THANH BÌNH 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 sông), 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 công trình xây dựng trở nên phổ biến Trà Vinh tỉnh duyên hải Đồng sơng Cửu Long, phía Đơng giáp Biển Đơng, phía Tây giáp Vĩnh Long, phía Nam giáp Sóc Trăng, phía Bắc giáp tỉnh Bến Tre, có 65 km bờ biển với tổng diện tích 2.358,2 km² tỉnh tách từ tỉnh Cửu Long Trà Vinh giai đoạn phát triễn, tỷ lệ thị hóa toàn tỉnh ngày cao, tốc độ xây dựng ngày nhanh Để đáp ứng nhu cầu phát triển trên, tỉnh Trà Vinh cần đầu tư xây dựng nhiều sở hạ tầng kỹ thuật, cơng trình xây dựng Do đó, nhu cầu vật liệu xây dựng cho đầu tư xây dựng cơng trình lớn Vì vậy, tận dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên có sẵn, cát ven sơng khu vực Trà Vinh, mang lại hiệu kinh tế lớn xây dựng cơng trình cho tỉnh Trà Vinh nói chung khu vực TP Trà Vinh nói riêng Với lý sau: - Tiến độ nhanh nhờ vật liệu sẵn có cơng 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; Mặc dù có nhiều đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông cấp phối từ cát sông thực số trung tâm, viện nghiên cứu, trường đại học, nay, khái niệm lấy cát khu vực sông khác để sản xuất bê tông so sánh cường độ Rbt sử dụng loại cát cịn mẻ với nhiều đơn vị tư vấn thi công nước ta, đặc biệt đơn vị địa bàn tỉnh Trà Vinh Do vậy, đề tài “So sánh cƣờng độ bê tông sử dụng cát sông Trà Vinh làm cấp phối” 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 Trà Vinh 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 cát sông (sông Cổ Chiên, sông Hậu), xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40, nước máy, đá 1x2cm (đá Xanh Biên Hịa), để sản xuất bê tơng có cấp độ bền B15, B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông Từ so sánh cường độ Rbt sử dụng loại cát sơng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tiêu lý cát sông Trà Vinh, để sản xuất bê tông không cốt thép, ứng dụng xây dựng cơng trình Phạm vi nghiên cứu: Cát sông tỉnh Trà Vinh, cụ thể sông Cổ Chiên sông Hậu, để thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông cấp độ bền B15, B20 Từ kết nghiên cứu áp dụng vào việc chế tạo cấu kiện, sản phẩm bê tông khơng cốt thép từ cát sơng địa phương 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 Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để nghiên cứu thiết kế tính tốn thành phần hỗn hợp bê tông B15, B20 với vật liệu cát sông khác 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 địa phương 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, vật liệu sẵn có địa phương ven sơng, ứng dụng xây dựng cơng trình Từ kết nghiên cứu áp dụng vào việc chế tạo cấu kiện, sản phẩm bê tông không cốt thép từ cát sông, nước máy, thay cát sông địa phương khác Góp phần giảm giá thành xây lắp cơng trình, sử dụng vật liệu có sẵn địa phương, mang lại hiệu kinh tế cao Bố cục luận văn Ngoài chương mở đầu giới thiệu tính cấp thiết, mục tiêu nghiên cứu, kết luận kiến nghị, luận văn có chương theo bố cục sau: Ngoài phần mở đầu kết luận kiến nghị luận văn gồm có chương: Chƣơng 1: Tổng quan bê tông vật liệu cấu thành Chƣơng 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích thành phần cơ, lý, hóa mỏ cát sông khác cường độ chịu nén bê tơng Chƣơng 3: Thí nghiệm thực nghiệm so sánh kết cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát sông Trà Vinh làm cấp phối CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1 Tổng quan bê tông vật liệu cấu thành 1.1.1 Tổng quan bê tông Bê tông loại vật liệu đá nhân tạo nhận cách đổ khuôn làm rắn hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) phụ gia Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo cho sau thời gian rắn phải đạt tính chất cho trước cường độ, độ chống thấm v.v Hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn gọi hỗn hợp bê tông 1.1.1.1 Phân loại bê tông 1.1.1.2 Cấu tạo cấu trúc 1.1.2 Các vật liệu cấu thành 1.1.2.1 Xi măng 1.1.2.2 Cốt liệu nhỏ (Cát) 1.1.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi) 1.1.2.4 Nước 1.2 Ngun lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa xi măng 1.2.1 Giai đoạn hịa tan 1.2.2 Giai đoạn hóa keo 1.2.3 Giai đoạn kết tinh 1.3 Một số nghiên cứu giới ảnh hƣởng thành phần cát đến chất lƣợng bê tông 1.3.1 Ảnh hưởng cát, nước, xi măng q trình chế tạo Bê tơng vật liệu phổ biến sử dụng cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông, thủy lợi Các thành phần tạo nên bê tông bao gồm: xi măng, cát, đá, nước Ngoài ra, tùy thuộc vào u cầu cơng trình, điều kiện làm việc yêu cầu kết cấu mà thêm phụ gia để tăng cường số đặc tính bê tơng 1.3.2 Ảnh hưởng cát, trình khai thác sử dụng Ở nước phát triển Nga, Mỹ, Úc, Hà Lan, Ý … hoạt động khai thác cát lịng sơng diễn nhịp nhàng hiệu cao Các mỏ thường có quy mô công suất lớn, đồng thiết bị đại Cơng tác bảo vệ mơi trường q trình khai thác trọng, hồn thiện Chính hoạt động khai thác cát làm ảnh hưởng lớn tới môi trường, hệ sinh thái sông điều kiện xã hội … nước phát triển nhiều chế sách tổ chức lại quan quản lý hoạt động kể từ khâu thăm dò, quy hoạch, cấp phép khai thác, kiểm tra, hậu kiểm v.v… cách chặt chẽ Ví dụ Mỹ, việc quản lý hoạt động khai thác cát lịng sơng giao cho qn đội, Úc giao cho Ủy ban quản lý lưu vực sông … Nguổn cát sử dụng chủ yếu Trà Vinh cát san lắp, cát dùng xây dựng sử dụng để chế tạo bê tông hạn chế, nên việc nghiên cứu tận dụng loại cát để chế tạo bê tông cần thiết nguồn vật liệu sẳn có địa phương, tận dụng loại cát để chế tạo bê tông mang lại hiệu kinh tế cho cơng trình như: sử dụng vật liệu địa phương, giảm chi phí vận chuyển, hạn chế ô nhiểm môi trường… Nhận xét chƣơng Qua nghiên cứu lý thuyết bê tông loại vật liệu cấu thành thành phần tạo nên bê tông bao gồm: xi măng, cát, đá, nước Trong cát cốt liệu quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cường độ bê tông, nên việc nghiên cứu sử dụng loại cát sông Cổ Chiên sông Hậu để chế tạo bê tông cần thiết Ngoài ra, tùy thuộc vào yêu cầu cơng trình, điều kiện làm việc u cầu kết cấu mà thêm phụ gia để tăng cường số đặc tính bê tơng Do vậy, với bê tơng thường, đặc tính phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất lượng vật liệu chế tạo bê tông, ảnh hưởng thành phần cốt liệu nhỏ đến phát triển cường độ bê tông như: tỷ lệ thành phần cấu tạo, phương pháp trộn, điều kiện bảo dưỡng, loại cốt liệu, hình dạng cốt liệu chất lượng vật liệu chế tạo bê tông… Để biết ảnh hưởng việc sử dụng loại cốt liệu tới phát triển cường độ chịu nén bê tông Tác giả đề xuất chế tạo hai loại cấp phối mẫu để thí nghiệm so sánh cường độ kháng nén thời gian 90 ngày, với loại cấp phối sau: - Cấp phối 1: B15 cát sông Cổ Chiên - sông Hậu – Đá Dmax = 20mm – Xi măng Hà Tiên PCB 40 – Độ sụt ÷ 8; - Cấp phối 2: B20 cát sơng Cổ Chiên - sông Hậu – Đá Dmax = 20mm – Xi măng Hà Tiên PCB 40 – Độ sụt ÷ CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CƠ, LÝ, HĨA CỦA CÁC MỎ CÁT SÔNG KHÁC NHAU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TƠNG 2.1 Đặc điểm mơi trƣờng sơng Đồng Bằng sông Cửu Long 2.1.1 Đặc điểm chung 2.1.2 Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh - Địa hình, Sơng ngịi, Khí hậu Hàng năm hạn hán thường xảy gây khó khăn cho sản xuất với số ngày không mưa liên tục từ 10 đến 18 ngày, huyện Cầu Kè, Càng Long, Trà Cú huyện bị hạn Huyện Tiểu Cần hạn đầu vụ khoảng tháng tháng quan trọng huyện lại Châu Thành, Cầu Ngang, Duyên Hải hạn vụ tháng thường nghiêm trọng Trà Vinh gặp khó khăn bị ngập mặn vào số mùa khô năm 2.2 Phƣơng pháp tiêu cần đánh giá sử dụng cát sông 2.2.1 Phương pháp đánh giá Phương pháp đánh giá cát 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 2.3 Phƣơng pháp tiêu cần đánh giá sử dụng đá dăm 2.3.1 Phương pháp đánh giá - 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” 2.3.2 Các tiêu cần đánh giá 2.4 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén bê tông 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 tông nặng – Phương pháp xác định cường độ chịu nén” 2.4.1 Thiết bị thử 2.4.2 Chuẩn bị mẫu thử - Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu Mẫu nhóm mẫu gồm viên Khi sử dụng bê tơng khoan cắt từ kết cấu, khơng có đủ viên phép lấy viên làm nhóm mẫu thử 2.4.2.1 Đúc mẫu 2.4.2.2 Bảo dưỡng mẫu Việc bảo dưỡng mẫu bê tông trước thí nghiệm tiến hành theo quy định TCVN 3105 : 1993 2.4.3 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” 2.4.3.1 Xác định diện tích chịu lực mẫu Đo xác tới 1mm cặp cạnh song song hai mặt chịu nén (đối với mẫu lập phương) cặp đường kính vng góc với đơi mặt chịu nén (đối với mẫu trụ), xác định diện tích hai mặt chịu nén theo giá trị trung bình cặp cạnh cặp đường kính đo Diện tích chịu lực nén mẫu trung bình số học diện tích hai mặt 2.4.3.2 Xác định tải trọng phá hoại mẫu Chọn thang lực thích hợp máy để nén tải trọng phá hoại nằm khoảng 20 - 80% tải trọng cực đại thang lực nén chọn Khơng nén mẫu ngồi thang lực 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 Tăng tải liên tục mẫu bị phá hoại Dùng tốc độ gia tải nhỏ mẫu bê tơng có cường độ thấp, tốc độ gia tải lớn mẫu bê tông cường độ cao 2.4.4 Tính kết -Tính cường độ chịu nén viên mẫu: Cường độ nén viên mẫu bê tông (Rn) tính (daN/cm2) theo cơng thức: Rn = k (daN / cm2) 2.5 Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén bê tông 2.5.1 Ảnh hưởng hàm lượng muối chứa cát sông Một vấn đề quan trọng khai thác sử dụng cát làm giảm độ muối chúng Thông thường khai thác cát đáy sông bị nhiễm mặn thường chứa khoảng 0,25 - 0,35% muối ăn, việc sử dụng loại cát làm rỉ sắt, thép, giảm phát triển cường độ chịu nén bê tơng Do ta phải tìm cách rửa muối đến cịn lại 0,04% trọng lượng Để đạt mục tiêu thực tế người ta dùng phương pháp sau: + Rửa cát tàu bờ nước + Đổ cát thành đống ngâm nước mưa thời gian Mối quan hệ hàm lượng nước cát hàm lượng muối tỷ lệ thuận, có nghĩa lượng nước cát cao lượng muối cát nhiều; đó, để có hiệu hơn, trước rửa muối cần hút bớt nước cách "ly tâm" làm giảm từ 30% nước xuống 5% 2.5.2 Ảnh hưởng hàm lượng muối chứa nước sơng Do Đồng Bằng Sơng Cửu Long có tượng nước biển sâm nhập vào sông nên sử dụng nước sông để chế tạo bê tông lượng muối có nước sơng phá hoại tác động q trình lý hóa (tấn cơng sun phát, ăn mịn clorua, phản ứng kiềm – cốt liệu, rữa trôi portlandite, kết tinh muối ), tùy thuộc vào tính chất tác động, phá hoại từ hồ xi măng, cốt liệu, vật liệu gia cường phá hoại đồng thời Trong hình thức phá hoại muối có nước sơng ăn mịn clorua cơng sun phát 10 K1 = 2.5.6 Cường độ bê tơng tăng theo thời gian Trong q trình rắn cường độ bê tông không ngừng tăng lên Từ đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần tăng đến vài năm gần theo quy luật logarit: , với < y < 90 2.5.7 Điều kiện môi trường bảo dưỡng Trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao tăng cường độ bê tơng kéo dài nhiều năm, cịn điều kiện khơ hanh nhiệt độ thấp tăng cường độ thời gian sau không đáng kể Khi dùng nước nóng để bảo dưỡng bê tơng làm cho cường độ bê tông tăng nhanh thời gian vài ngày đầu làm cho bê tơng trở nên giịn cường độ cuối thấp so với bê tông bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn 2.5.8 Điều kiện thí nghiệm Ảnh hưởng lực ma sát giảm dần từ mặt tiếp xúc đến mẫu, mẫu khối vng có kích thước bé có cường độ cao so với mẫu kích thước lớn mẫu lăng trụ có cường độ 0,8 lần cường độ mẫu khối vng có cạnh đáy Tốc độ gia tải thí nghiệm ảnh hưởng đến cường độ mẫu Khi gia tải chậm, cường độ bê tông đạt 0,85 lần giá trị so với trường hợp gia tải bình thường Nhận xét chƣơng Để xác định ảnh hưởng loại cát sông 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; 11 - 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 loại cát sông đến phát triển cường độ nén bê tơng CHƢƠNG THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT SÔNG TRÀ VINH LÀM CẤP PHỐI 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, làm từ cát sông Hậu 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 thiết kế với cấp độ bền B15, B20 với loại vật liệu xi măng, đá dăm quy trình đúc mẫu, bảo dưỡng Trên sở so sánh đánh giá rút kết luận cần thiết ảnh hưởng cát sông Cổ Chiên, cát sông Hậu 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 sơng làm vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết bê tơng có cấp độ bền từ B15, B20 trở xuống 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 tông 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 lăng puzolan Việc lựa chọn mác xi măng quan trọng thiết kế 12 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 khơng 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 gồm loại là: Cát lấy từ sông Cổ Chiên cát lấy từ sông Hậu, tỉnh Trà Vinh mang phịng thí nghiệm LAS 817 Kết thí nghiệm tiêu lý cát trình bày sau: Chỉ tiêu lý cát sông Cổ Chiên Kết thí nghiệm thu thể bảng 3.1 & 3.2 biểu đồ 3.1 % tích lũy sàng Biểu đồ thành phần hạt cát sông Hậu Giới hạn 20 40 60 Giới hạn 80 100 0.14 0.315 0.63 1.25 5… 2.5 Biểu đồ 3.2 Thành phần hạt cát sông Hậu Nhận xét: Cát sơng Hậu có tiêu đạt yêu cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006 13 % tích lũy sàng Biểu đồ thành phần hạt cát sông Hậu - sông Cổ Chiên 20 40 60 80 100 0.14 0.315 0.63 1.25 5… Giới hạn Giới hạn 2.5 Biểu đồ 3.3 Thành phần hạt cát sông Hậu – sông Cổ Chiên Nhận xét: Cát sông Hậu sông Cổ Chiên có tiêu đạt yêu cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006 Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên tốt thành phần hạt cát sông Hậu 3.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm) Đá dùng cho thí nghiệm lấy từ mỏ đá xanh Biên Hịa, tỉnh Đồng Nai mang phịng thí nghiệm LAS 817 Kết thí nghiệm tiêu lý đá bảng 3.7, thành phần hạt bảng 3.8 Kết thí nghiệm thu thể bảng 3.7 & 3.8 biểu đồ 3.3 Biểu đồ 3.4 Thành phần hạt đá dăm 1x2cm Biên Hòa 14 Nhận xét: Đá dùng để chế tạo bê tơng có tiêu đạt u cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006 3.2.4 Nước Nước sông: Dùng nước sinh hoạt (nhà máy nước Thành Phố Trà Vinh) để sản xuất bảo dưỡng bê tơng 3.3 Tính tốn thành phần cấp phối cho bê tơng cấp B15, B20 Tính tốn thành phần cấp phối bê tông lựa chọn tỷ lệ phối hợp loại vật liệu để có hỗn hợp bê tông bê tông đạt yêu cầu mặt kỹ thuật kinh tế Lượng nguyên vật liệu tính tốn cho bê tơng biểu thị tỷ số khối lượng hay thể tích đơn vị khối lượng hay đơn vị thể tích xi măng Để tính tốn thành phần BT cần phải biết trước điều sau: - Cường độ bê tông yêu cầu (mác bê tông): Thông thường người ta lấy cường độ chịu nén bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ làm cường độ yêu cầu - Tính chất cơng trình: Phải biết 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, biết tiết diện 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 nguyên vật liệu: Như mác loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi tiêu lý chúng - Điều kiện thi công: Thi công giới hay thủ cơng Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế thành phần cấp phối bê tông khác nhụ: Phương pháp tra bảng hoàn toàn; Phương pháp thực nghiệm hồn tồn; Phương pháp tính tốn kết hợp với thực nghiệm Trong nội dung giới hạn đề tài, tác giả sử dụng phương pháp tính tốn kết hợp với thực nghiệm để thiết kế thành phần cấp phối 15 cho loại hỗn hợp bê tông chọn quy trình tính tốn theo định 1329 hướng dẫn định mức sử dụng vật liệu xây dựng (Quyết định 1329/QĐ – BXD) Nguyên tắc phương pháp phương pháp tính tốn lý thuyết kết hợp với việc tiến hành kiểm tra thực nghiệm dựa sở lý thuyết "thể tích tuyệt đối” có nghĩa tổng thể tích tuyệt đối (hồn tồn đặc) vật liệu 1m3 bê tông 1000 (lít): VX + VN + VC + VĐ = 1000 (lít) VX, VN, VC, VĐ: Thể tích hồn tồn đặc xi măng, nước, cát, đá 1m3 bê tông, lít 3.3.1 Chọn độ sụt: Lựa chọn độ sụt phải vào đặc điểm kết cấu, tiêu độ sụt (SN, cm) thường lựa chọn theo bảng 3.9: Trong phạm vi đề tài tác giả lựa chọn độ sụt chung cho tất loại cấp phối bê tơng ÷ 8cm 3.3.2 Xác định lượng nước (N) cho 1m3 bê tông Căn vào tiêu tính cơng tác lựa chọn, loại cốt liệu lớn, cỡ hạt lớn cốt liệu (Dmax), mô đun độ lớn cát: Các thông số áp dụng để xác định lượng nước (N) cho 1m3 bê tông đề tài: - Độ sụt: ÷ cm; - Xi măng Hà Tiên PCB40; - Đá dăm Dmax= 20mm; - Cát: + Cát sông Cổ Chiên: Mđl = 1,41 + Cát sông Hậu: Mđl = 1,21 Vậy chọn lượng nước cho 1m3 bê tơng 195 lít 3.3.3 Tính tốn hàm lượng cốt liệu cho 1m3 bê tơng Sau thiết kế xong thành phần cốt liệu cho loại cấp phối, tác giả tiến hành lập 02 thành phần định hướng, cụ thể sau: Thành phần 1: Thành phần tính bước 16 Thành phần 2: Định mức cấp phối vật liệu 1m3 bê tơng sử dụng cát mịn có mác từ M300 trở xuống (khi sử dụng xi măng PCB40) tính theo mức quy định nhóm mã định 1329, 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 Kết thí nghiệm cường độ kháng nén 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày tuổi tác giả chọn thành phần định hướng “Thành phần 1” để triển khai thiết kế cấp phối cho 02 loại cát cấp phối chọn, từ làm sở cho việc xác định cường độ chịu nén 02 loại cấp phối 3.4 Quy trình đúc mẫu (Theo TCVN 3105:1993) 3.4.1 Tính tốn liều lượng vật liệu cho mẻ trộn Chọn số viên cần đúc: Số viên 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 B15, B20 ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày Vậy số viên cần đúc ứng với loại cấp phối là: 2*3*6=36 viên Kích thước hình dạng khn cần chọn phụ thuộc Dmax cốt liệu lớn tiêu cần thí nghiệm theo TCVN 3105:1993 Cụ thể bảng 3.12: Bảng 3.12 Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn Cỡ hạt lớn cốt liệu Kích thƣớc cạnh nhỏ viên mẫu (cạnh mẫu lập phƣơng, cạnh thiết diện mẫu lăng trụ, đƣờng kính mẫu trụ) 10 20 40 70 100 100 150 200 300 Trong giới hạn đề tài, tác giả chọn kích thước khn viên mẫu là: 15x15x15cm 17 + Xác định thể tích mẻ trộn Vm, dm3: thành phần thí nghiệm thực mẻ trộn Thể tích mẻ trộn lấy 1,2÷1,5 lần thể tích tổng số viên cần đúc, khơng nhỏ lít (thể tích tối thiểu cần cho thử độ sụt) + Xác định khối lượng vật liệu cho mẻ trộn: khối lượng xi măng (Xm), cát (Cm), đá (Đm), nước (Nm) cho mẻ trộn tính kg, xác định theo công thức đá nêu luận văn Trong giới hạn đề tài, tác giả lựa chọn phương án sấy khô cát, đá tủ sấy chuyên dụng trước đưa trộn bê tông Khối lượng vật liệu cho mẻ trộn xác định theo bảng 3.13 3.14 Bảng 3.13 Khối lƣợng vật liệu cho cấp phối bê tông B15 cát sông Cổ Chiên sông Hậu Cấp phối Cấp phối B15 cát sông Cổ Chiên Cấp phối B15 cát sơng Hậu Thể tích mẻ trộn Vm (dm3) Hàm lƣợng xi măng Xm (kg) 91,13 26,70 110,37 57,54 17,77 91,13 26,70 110,37 54,78 17,77 Cốt liệu lớn Cốt liệu (đá dăm) nhỏ (cát) Đm (kg) Cm (kg) Nƣớc (lít) Bảng 3.14 Khối lƣợng vật liệu cho cấp phối bê tông B20 cát sông Cổ Chiên sông Hậu Cấp phối Cấp phối B20 cát sông Cổ Chiên Cấp phối B20 cát sơng Hậu Thể tích mẻ trộn Vm (dm3) Hàm lƣợng xi măng Xm (kg) 91,13 31,07 109,20 55,80 17,77 91,13 31,07 109,20 52,53 17,77 Cốt liệu lớn Cốt liệu (đá dăm) nhỏ (cát) Đm (kg) Cm (kg) Nƣớc (lít) 18 3.4.2 Trộn hỗn hợp bê tơng xác định độ sụt - Vật liệu cân đong trộn thành hỗn hợp bê tông theo TCVN 3105:1993 - Thí nghiệm độ sụt thực theo TCVN 3106:1993 Độ sai lệch cho phép so với yêu cầu ±1cm Nếu khơng đạt hiệu chỉnh sau: + Nếu độ sụt thực tế đo thấp độ sụt u cầu 2÷3cm cho thêm lít nước cho 1m3 bê tơng Nếu độ sụt thấp 4÷5cm trở lên tăng thêm nước lẫn xi măng, giữ nguyên tỉ lệ X/N Để tăng cấp độ sụt khoảng 2÷3cm cần lít nước + Nếu độ sụt vượt q so với u cầu khoảng 2÷3cm tăng thêm cát đá khoảng 2÷3% so với khối lượng ban đầu Nếu độ sụt vượt 4÷5cm trở lên tăng đồng thời 5% X, C Đ Khối lượng tăng thêm ghi vào nhật ký tương ứng ký hiệu Xt, Ct, Đt, Nt Sau hỗn hợp trộn lại xẻng đồng màu thử lại độ sụt Thời gian thực điều chỉnh thí nghiệm độ sụt khơng nên kéo dài phút 3.4.3 Chọn khuôn đúc tiến hành đúc mẫu - Chọn khuôn đúc: viên mẫu bê tơng đúc khn kín, không 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 điều 3.4 “TCVN 3105:1993” Mặt khuôn phải nhẵn phẳng khơng có vết lồi lõm sâu micrômét Độ không phẳng mặt khn hình lập phương, khn trụ độ cong vênh đường sinh khuôn trụ không vượt q 0,05mm 100mm độ dài Độ lệch góc vng tạo mặt kề không vượt ±50 - Đúc mẫu: Hỗn hợp bê tông sau chuẩn độ sụt trộn lại đúc thành tổ mẫu theo dẫn TCVN 3105: 1993 19 3.4.4 Quy trình bảo dưỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) Các mẫu đúc dùng để kiểm tra chất lượng bê tơng thí nghiệm phải bảo dưỡng đóng rắn kể từ đúc xong đến ngày thử mẫu Thời gian giữ mẫu khn từ 16÷24 bê tơng có mác 100 trở lên, hoăc 2÷3 ngày bê tơng có phụ gia chậm đơng rắn có mác 75 trở xuống Trong q trình vận chuyển mẫu phịng thí nghiệm mẫu phải giữ không để ẩm cách phủ cát ẩm, mùn cưa ẩm đóng túi ni lơng Tất viên mẫu ghi ký hiệu rõ mặt khơng chịu tải 3.5 Qui trình nén mẫu kết thí nghiệm 3.5.1 Qui trình nén mẫu Mẫu thử chế tạo theo tỉ lệ cấp phối xác định nghiên cứu, tiến hành đúc mẫu tiêu chuẩn bảo dưỡng theo tiêu chuẩn TCVN 3105:1993 Mẫu thử thí nghiệm cường độ chịu nén theo độ tuổi t ngày, áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 Mẫu thử chuẩn đạt yêu cầu trên, cần thử nén theo quy trình sau: - Công tác 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 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; - 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 20 nhàng tiếp cận với thớt máy Tiếp tăng tải liên tục với vận tốc không đổi 4±6daN/cm2 giây mẫu bị phá hoại; - Xác định tải trọng phá hoại mẫu máy nén; - Tính kết ghi vào biên thử cường độ nén cho viên mẫu 3.5.2 Kết thí nghiệm – Cường độ nén tuổi t= 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày Kết nén mẫu thu máy nén bê tông: TYA – 2000, thước Tại Trung tâm thí nghiệm kiểm định xây dựng “LAS 817” Công ty cổ phần tư vấn xây dựng môi trường Duy Thành Thể bảng 3.15: Bảng 3.15 Cƣờng độ kháng nén trung bình mẫu thử Cƣờng độ nén trung bình mẫu thử theo ngày tuổi (MPa) Mẫu thí nghiệm Cấp phối B15 (Cát sông Cổ Chiên) Cấp phối B15 (Cát sông Hậu) Cấp phối B20 (Cát sông Cổ Chiên) Cấp phối B20 (Cát sông Hậu) 14 28 60 90 12,0 16,3 21,2 24,8 26,7 27,4 8,3 11,7 15,3 21,0 22,3 23,8 13,9 18,6 24,3 28,4 31,2 31,8 9,9 13,3 19,5 25,8 26,9 27,5 21 Kết biểu thị biểu đồ sau: 35 Cƣờng độ kháng nén (MPa) 30 25 Cấp phối bê tông theo tiêu chuẩn, cấp bền B15 Cấp phối cát sông Cổ Chiên 20 15 10 0 14 28 90… 60 Biểu đồ 3.5 Sự phát triển cường độ nén mẫu thí nghiệm B15 dùng cát sông Cổ Chiên sông Hậu ứng với ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 60, 90) 35 Cƣờng độ kháng nén (MPa) 30 20 Cấp phối bê tông theo tiêu chuẩn, cấp bền B20 15 Cấp phối cát sông Cổ Chiên 25 10 Cấp phối cát sông Hậu 0 14 28 90… 60 Biểu đồ 3.6 Sự phát triển cường độ nén mẫu thí nghiệm B20 dùng cát sơng Cổ Chiên sơng Hậu ứng với ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 60, 90) 22 Nhận xét chƣơng Từ kết thí nghiệm ta nhận thấy: - So với cấp phối chuẩn B15: Cát sơng Hậu, có phát triển cường độ nén ngày đầu 41,5%, ngày 58,5%, 14 ngày 76,5%, đến 28 ngày 105% Cát sông Cổ Chiên, cường độ ngày đầu 60%, ngày 81,5%, 14 ngày 106%, 28 ngày 124% , nói chung tốc độ tăng cường độ nhanh thời gian trước 28 ngày tuổi sau cường độ nén tăng chậm So sánh cường độ nén cấp phối hai loại cát cát sơng Cổ Chiên phát triển tốt cát sông Hậu Điều cát sông Cổ Chiên có mơđun độ lớn lớn cát sơng Hậu, cát cốt liệu nhỏ với xi măng, nước tạo vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) bao bọc xung quanh hạt cốt liệu lớn tạo khối bê tông đặc Cát thành phần với cốt liệu lớn tạo khung chịu lực cho bê tơng, kích cỡ mơ đun độ lớn cát nhỏ chức lấp đầy lỗ trống cho sỏi đá bị tiêu giảm, cát trở thành thành phần hồ với nước xi măng trực tiếp kết đá, sỏi lại với Ngoài cát thành phần bao bọc sỏi, đá, ta sử dụng cát nhỏ tường mà cát tạo thành dày đặc số lượng lại thiếu hụt chất lượng Theo nghiên cứu thực tế sử dụng hạt cát nhỏ cường độ bê tơng bị giảm sút; - So với cấp phối chuẩn B20: Cát sông Hậu, có phát triển cường độ nén ngày đầu 39,6%, ngày 53,2%, 14 ngày 78%, đến 28 ngày 103,2% Cát sông Cổ Chiên, cường độ ngày đầu 55,6%, ngày 75,2%, 14 ngày 97,2%, 28 ngày 113,6% Sau 28 ngày cường độ bê tơng có xu hướng tăng, với tốc độ chậm Từ kết cho thấy sử dụng cát có mơđun độ lớn nhỏ để chế tạo bê tơng có cường độ cao cường độ chịu nén bê tông đạt cường độ phát triển chậm không cao, sử dụng cát để chế tạo bê tơng có cường độ cao chất lượng cát để chế tạo bê tông phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn hàm lượng tạp chất Nếu cát có thành phần hạt hợp lý độ 23 rỗng nhỏ, lượng xi măng ít, cường độ bê tông cao Cát chất lượng bê tơng tốt Đối với loại mác 400 trở lên hàm lượng bùn, bụi sét không lớn 1% khối lượng cát; - Mẫu đúc cát sơng Cổ Chiên có cường độ phát triển tốt cát sông Hậu, từ 15 ÷ 20% ngày đến 14 ngày tuổi, 10% 28 ngày tuổi; - Cả hai loại cấp phối cho cường độ chịu nén mẫu thử lớn 20 25 (MPa) 28 ngày tuổi; - Ngoài cường độ phát triển bê tơng cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: Điều kiện thí nghiệm, điều kiện mơi trường bảo dưỡng, ảnh hưởng đá đến cường độ bê tông, tỷ lệ nước + ximăng 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua kết nghiên cứu cường độ nén bê tông sử dụng cát sông Cổ Chiên sông Hậu vùng đồng sông Cửu Long thành phần bê tông đưa kết luận sau: - Sử dụng nguồn tài nguyên cát chỗ sông khu vực thành phần cấp phối để sản xuất bê tơng hồn tồn phù hợp cho kết tốt - Sử dụng loại cát làm bê tơng có thêm nguồn cốt liệu, mở rộng việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên sẵn có, giải phần khan cát dùng cho bê tông lâu dài - Cát sơng sử dụng cơng trình bê tơng cấp độ bền thiết kế khoảng B15 đến B20 Kiến nghị Đưa vào ứng dụng thử nghiệm cơng trình cụ thể địa bàn Trà Vinh Trên sở theo dõi độ bền làm việc kết cấu theo thời gian nhằm chuyển giao công nghệ rộng rãi thi công xây dựng nay; Đề nghị quan quản lý tạo điều kiện để phổ biến kết nghiên cứu đề tài đến đơn vị quan tâm tới vấn đề sử dụng cát sông để chế tạo bê tông, nhằm cung cấp thông tin hướng nâng cao hiệu sử dụng loại vật liệu này; Trên sở sản xuất thử nghiệm đánh giá hiệu kinh tế loại sản phẩm bê tông sử dụng cát sông so với loại cát địa phương khác ... tỉnh Trà Vinh Do vậy, đề tài ? ?So sánh cƣờng độ bê tông sử dụng cát sông Trà Vinh làm cấp phối? ?? để tiến hành nghiên cứu phát triển cường độ chịu nén bê tông B15, B20 theo cấp phối chuẩn, sử dụng. .. nén bê tông Chƣơng 3: Thí nghiệm thực nghiệm so sánh kết cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát sông Trà Vinh làm cấp phối CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1 Tổng quan bê tông. .. đánh giá ảnh hưởng loại cát sông đến phát triển cường độ nén bê tơng CHƢƠNG THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT SÔNG TRÀ VINH LÀM CẤP PHỐI 3.1 Mục