Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông mặt đường trên địa bàn huyện phú lộc tỉnh thừa thiên huế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng : 8580205 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH PHƯƠNG NAM Đà Nẵng - Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Văn Hiệp ii NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Học viên: Nguyễn Văn Hiệp Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 8580205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Cát vật liệu chủ yếu dùng cơng trình xây dựng dân dụng, giao thơng, thủy lợi, hạ tầng kỹ thuật Trong đó, cát nghiền từ đá khai thác từ mỏ đá huyện Phú Lộc nghiên cứu sử dụng cho mặt đường bê tông xi măng huyện Phú Lộc Khi tỷ lệ thay cát sông cát nghiền tăng cường độ nén bê tơng ngày tuổi có gia tăng Cường độ bê tơng sử dụng 100% cát nghiền tăng 1,12 lần so với cường độ bê tông không sử dụng cát nghiền Khi tăng hàm lượng cát nghiền cường độ chịu kéo uốn bê tơng có biến thiên theo xu hướng tăng, tỷ lệ thay cát nghiền vượt 40% cường độ kéo uốn có xu hướng giảm Khi tăng hàm lượng cát nghiền lên khả chống mài mịn bê tơng tăng Nhưng tỷ lệ thay cát nghiền vượt q 40% khả chống mài mịn bê tông giảm Kết nghiên cứu cho thấy thay 40% cát sông cát nghiền đảm bảo thỏa mãn yêu cầu cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn độ mài mòn để chế tạo mặt đường bê tông xi măng, vừa đáp ứng tình hình thực tế khan cát tự nhiên nay, vừa mang lại hiệu kinh tế Từ khóa – bê tơng; cát nghiền; mặt đường; cường độ kéo uốn; độ mài mòn RESEARCH ON USING CRUSHED SAND TO REPLACE NATURAL SAND IN PAVEMENT CONCRETE IN PHU LOC DISTRICT, THUA THIEN HUE PROVINCE Abstract: Sand is one of the main materials used in civil construction, transportation, irrigation and technical infrastructure works In which, crushed sand of stones extracted from Phu Loc district quarries is studied for use in cement concrete pavement in Phu Loc district As the rate of replacing river sand with crushed sand increases, the compressive strength of concrete in the days old increases Concrete strength when using 100% crushed sand increases 1.12 times compared to concrete strength without using crushed sand When the content of crushed sand goes up, the bending tensile strength of concrete varies with the increasing trend, but when the replacement rate of crushed sand exceeds 40%, the bending tensile strength tends to go down As the content of crushed sand rises, the abrasion resistance of concrete rises But when the replacement rate of crushed sand exceeds 40%, the abrasion resistance of concrete decreases The research results show that replacing 40% of river sand with crushed sand ensures the requirements of compressive strength, bending tensile strength and abrasion to make cement concrete pavement, both meeting the actual situation of scarcity of natural sand as at present, and bringing economic efficiency Keywords - concrete; crushed sand; pavement; bending tensile strength; abrasion iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc nội dung luận văn .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN 1.1 MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG .4 1.1.1 Cấu tạo yêu cầu kỹ thuật mặt đường bê tơng xi măng 1.1.2 Tình hình sử dụng mặt đường bê tơng giới nước 11 1.1.3 Tình hình sử dụng mặt đường bê tông huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế .13 1.1.4 Tổng quan bê tông sử xi măng sử dụng cát nghiền tình hình sử dụng nước giới Việt Nam .15 1.2 NGUỒN VẬT LIỆU ĐỂ PHỤC VỤ VIỆC SẢN XUẤT CÁT NGHIỀN TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 16 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG .17 CHƯƠNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM 18 2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU TỚI TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG 18 2.1.1 Ảnh hưởng cát nghiền đến tính chất bê tơng 18 2.1.2 Ảnh hưởng đá xi măng 19 2.1.3 Ảnh hưởng cốt liệu (đá dăm cát tự nhiên) .19 2.1.4 Các phương pháp tính tốn 20 2.2 THÍ NGHIỆM TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG 21 2.2.1 Xi măng .21 2.2.2 Đá dăm 22 2.2.3 Cát nghiền 23 2.2.4 Cát sông 25 2.3 YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG .26 2.3.1 Cát tự nhiên chế tạo bê tông vữa (TCVN 7570:2006) 26 2.3.2 Cát nghiền chế tạo bê tông vữa (TCVN 9205-2012) 27 2.3.3 Cốt liệu lớn (TCVN 7570:2006) 28 2.3.4 Nước chế tạo bê tông (TCVN 4506: 2012) .29 iv 2.3.5 Phụ gia xây dựng (TCVN 8826:2011) 29 2.3.6 Xi măng .30 2.4 KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM 31 2.4.1 Cấp phối bê tông 31 2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén 31 2.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn .32 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG .34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG .35 3.1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ CÁT XAY/CÁT SƠNG ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG 35 3.1.1 Các tính chất bê tông 35 3.1.2 Cường độ chịu kéo uốn bê tông .39 3.1.3 Độ mài mịn bê tơng .42 3.2 LỰA CHỌN CẤP PHỐI TỐI ƯU 43 3.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 43 3.3.1 Thiết kế .43 3.3.2 Kết luận .50 3.4 TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ 50 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG .51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 Tên bảng Trang Phân cấp quy mô giao thông Chiều dày BTXM thông thường tùy theo cấp hạng đường quy mô giao thông (tham khảo) Trị số mơ đun đàn hồi tính tốn loại BTXM Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức đường lưu lượng thiết kế Tốc độ thiết kế cấp đường Tốc độ thiết kế tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế Tổng hợp phân cấp kỹ thuật đường theo chức đường lưu lượng xe thiết kế (Nn) Các tiêu lý xi măng PCB40 Đồng Lâm Các tiêu kỹ thuật đá dăm tự nhiên Bảng thành phần hạt đá dăm tự nhiên Các tiêu kỹ thuật cát nghiền Thành phần hạt cát nghiền Các tiêu kỹ thuật cát sông Thành phần hạt cát cát sông Thành phần hạt cát Thành phần hạt cát nghiền Thành phần hạt cốt liệu lớn Yêu cầu kỹ thuật xi măng pooc lăng hỗn hợp [8] Thành phần cấp phối cho m3 bê tông Bảng tổng hợp số lượng mẫu thử Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CX0 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CX20 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CX40 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CX60 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CX100 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tơng CX0 Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tơng CX20 Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tơng CX40 Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tông CX60 Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tơng CX100 8 10 10 21 22 22 24 24 25 25 26 27 28 30 31 34 35 35 36 36 37 37 39 40 40 40 41 vi Số hiệu bảng 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 Tên bảng Trang Bảng tổng hợp kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bê tông Bảng tổng hợp kết thí nghiệm mài mịn bê tơng Bảng tính tốn kết cấu áo đường cứng sử dụng cát sơng Bảng tính tốn kết cấu áo đường cứng sử dụng cát sơng Bảng tổng hợp chi phí xây dựng 41 42 44 47 50 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 Tên hình Trang Mặt cắt ngang áo đường bê tơng xi măng đổ chỗ Thi công mặt đường bê tông xi măng Bản đồ tỉnh Thừa Thiên Huế Biểu đồ thành phần hạt đá dăm Cát xay trạm nghiền Trường Sơn Biểu đồ thành phần hạt cát xay Biểu đồ thành phần hạt cát sông Lấy cát nghiền trạm xay đá Rửa cát nghiền trạm xay Dưỡng hộ mẫu bê tông bể ngâm Mẫu bê tông ngày tuổi Nén mẫu bê tông Biểu đồ cường độ nén bê tông phát triển theo thời gian Biểu đồ cường độ nén cấp phối bê tông tuổi 7, 14 28 ngày Biểu đồ cường độ chịu kéo uốn bê tơng Biểu đồ độ mài mịn bê tông 12 14 23 23 24 26 32 33 33 33 34 38 38 41 42 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cát vật liệu chủ yếu dùng cơng trình xây dựng dân dụng, giao thơng, thủy lợi, hạ tầng kỹ thuật Trong thời gian qua, với tiến trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước, hàng năm ngành xây dựng cần đến hàng trăm triệu cát vàng để phục vụ xây dựng phát triển hạ tầng Trong đó, nguồn cát thiên nhiên ngày cạn kiệt khan cách nghiêm trọng, bên cạnh việc khai thác cát thiên nhiên cách tích cực, tình trạng khai thác trái phép gây sạt lở ô nhiễm môi trường, chất lượng cát xây khơng cịn đảm bảo trữ lượng cát theo mỏ quy hoạch không đáp ứng nhu cầu sử dụng Cát xây dựng địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế nói chung huyện Phú Lộc nói riêng khai thác chủ yếu lịng sơng kích thước hạt lớn, chất lượng tốt, sử dụng làm cát bê tông, xây, trát Tuy nhiên, theo cảnh báo, khai thác nhiều, khơng có quy hoạch ảnh hưởng tới dòng chảy, đất đai môi trường [1] Thực tế địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế nguồn cát khan nên giá thị trường tăng đột biến làm ảnh hưởng lớn đến trình đầu tư xây dựng, đặc biệt tháng đầu năm 2019 Chính vậy, thời gian gần đây, tỉnh quan liên quan thông qua Sở xây dựng đẩy mạnh hoạt động kiểm soát khai thác cát sông đưa giải pháp nhằm thay vật liệu cát với mục tiêu đảm bảo công tác đầu tư xây dựng địa bàn Để giải vấn đề này, sản xuất sử dụng cát nhân tạo coi giải pháp tối ưu Hầu hết chuyên gia lĩnh vực xây dựng thừa nhận tính ưu việt cát nhân tạo Khi sử dụng phương pháp này, giải tốn thiếu cát thiên nhiên mà đảm bảo chất lượng công trình; mặt khác, sử dụng cát nghiền thay cát tự nhiên cịn có ưu điểm như: hạt cát đồng hơn, nguồn vật liệu có trữ lượng lớn, điều chỉnh mơ đun tỷ lệ thành phần hạt theo yêu cầu cấp phối cho loại bê tông khác (như bê tông asphalt, bê tông xi măng, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao ) Loại cát cho phép tiết kiệm xi măng, nhựa đường, rút ngắn thời gian thi cơng tăng tuổi thọ cơng trình; đặc biệt giảm thiểu việc hao mòn kết cấu mặt đường bê tông xi măng vốn vấn đề tồn chưa xử lý dứt điểm địa bàn Chính lý học viên chọn đề tài: “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay cát thiên nhiên bê tông mặt đường địa bàn huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế” nhằm đề xuất việc dùng cát nghiền thay cát thiên nhiên cho cơng trình sử dụng bê tơng xi măng nói chung cho kết cấu mặt đường bê tông nông thơn nói riêng địa bàn huyện Phú Lộc ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT THIÊN NHIÊN TRONG BÊ TÔNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật... cấu mặt đường bê tông xi măng vốn vấn đề tồn chưa xử lý dứt điểm địa bàn Chính lý học viên chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay cát thiên nhiên bê tông mặt đường địa bàn huyện Phú Lộc, ... quan mặt đường bê tông xi măng bê tông xi măng sử dụng cát nghiền 1.1 Mặt đường bê tông xi măng 1.2 Nguồn vật liệu để phục vụ việc sản xuất cát nghiền địa bàn huyện Phú Lộc tỉnh Thừa Thiên Huế