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 TƠNG Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 85 80 201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG HỒI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Văn Tâm TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH Đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Học viên: Nguyễn Văn Tâm Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 85 80 201; Khóa: 35.XDD.TV; Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Bê tơng loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc 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, nƣớc phụ gia, thƣờng đƣợc đánh giá khả chịu lực tiêu cƣờng độ chịu nén Ở Việt Nam, cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê tông thông thƣờng Tuy nhiên, số vùng, địa phƣơng nƣớc ta việc khai thác sử dụng nƣớc, cát đạt tiêu lý cho cấp phối bê tơng truyền thống gặp nhiều khó khăn nhƣ: vùng thƣờng xuyên ngập mặn, vùng hải đảo khơi xa… việc chế tạo bê tông truyền thống gặp nhiều khó khăn chi phí thƣờng tăng cao nhiều lần so với vùng khác Hiện sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có nhiề u mỏ cát với trữ lƣợng tƣơng đối lớn, nhiên cát sơng Cổ Chiên có lẫn phù sa nhiễm mặn theo mùa Do nguồn cát từ trƣớc đến địa phƣơng dùng để san lấp mặt bằng, mà chƣa có nghiên cứu sử dụng nguồn cát sản xuất bê tông để sử dụng cho cơng trình địa bàn tỉnh Vì vậy, cần có nghiên cứu sản xuất bê tơng từ cát sông Cổ Chiên khu vực Trà Vinh, để đánh giá phát triển cƣờng độ chịu nén bê tông sản xuất ứng dụng cơng trình xây dựng Từ khố - Cát nhiễm mặn; Nước ngọt; Bê tơng thường; Bê tông cát nhiễm mặn; Cường độ nén Topic: STUDY ON USING SALINE SAND OF CO CHIEN RIVER IN TRA VINH PROVINCE TO PRODUCE CONCRETE Summary - Concrete is a common material commonly used for concrete and reinforced concrete structures, which account for up to 60% of all types of construction structures Traditional concrete with components: large aggregate (crushed stone, gravel), small aggregate (sand), cement, water and additives, is usually assessed bearing capacity by the criteria of compressive strength In Vietnam, river sand is popularly used as a small aggregate to make ordinary concrete However, in some regions and localities in our country, the exploitation and use of water and sand meet the physical and mechanical criteria for traditional concrete gradients, which face many difficulties such as: areas frequently submerged, coastal areas offshore islands the manufacture of traditional concrete faces many difficulties and costs often increase many times higher than other regions At present, Co Chien river in Tra Vinh province has many sand mines with relatively large reserves, however, Co Chien river sand has mixed sediment and seasonal salinity Therefore, this source of sand has so far been used only for ground leveling, but there has not been research on using this source of sand to produce concrete to use for constructions in the province Therefore, it is necessary to have a study on the production of concrete from the Co Chien sand in Tra Vinh area, to evaluate the development of compressive strength of concrete produced in construction applications Key words - Saline sand; Soft drink; Normal concrete; Salty sand concrete; Compressive strength MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU 1 Tính cần thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Phƣơng pháp nội dung nghiên cứu Kết Kết cấu luận văn CHƢƠNG 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 1.1.2 Các loại vật liệu cấu thành 1.2 NGUN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TƠNG THƠNG QUA PHẢN ỨNG THỦY HÓA XI MĂNG 14 1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA BÊ TÔNG 16 1.3.1 Đƣờng cong cấp phối lý tƣởng Fuller 16 1.3.2 Công thức cấp phối Talbot 17 1.3.3 Các nghiên cứu Kozul Darwin (1997); Neville, A (2000) 17 1.3.4 Lý thuyết cấp phối tốt B.B Okhônina N.N Ivanov 18 1.4 NHẬN XÉT CHƢƠNG 20 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 21 2.1 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG TÂY NAM BỘ VIỆT NAM .21 2.1.1 Đặc điểm chung 21 2.1.2 Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh 22 2.2 PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN 24 2.2.1 Phƣơng pháp đánh giá 24 2.2.2 Các tiêu cần đánh giá 25 2.3 PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG ĐÁ DĂM 25 2.3.1 Phƣơng pháp đánh giá 25 2.3.2 Các tiêu cần đánh giá .25 2.4 PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM (THEO TCVN 3118:1993) 25 2.4.1 Thiết bị thử 25 2.4.2 Chuẩn bị mẫu thử 26 2.4.3 Tiến hành thử mẫu 28 2.4.4 Tính kết 29 2.5 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG 30 2.5.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng muối chứa cát nhiễm mặn 30 2.5.2 Đá xi măng 30 2.5.3 Hàm lƣợng tính chất cốt liệu 32 2.5.4 Cấu tạo bê tông (công nghệ đầm chặt) 32 2.5.5 Thời gian (tuổi bê tông) .32 2.5.6 Phụ gia 33 2.5.7 Môi trƣờng bảo dƣỡng 33 2.5.8 Điều kiện thí nghiệm 34 2.6 NHẬN XÉT CHƢƠNG 34 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ CÁT NHIỄM MẶN, KHU VỰC SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH 35 3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 35 3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU 35 3.2.1 Xi măng (chất kết dính) .36 3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) 36 3.2.3 Cốt liệu lớn (đá dăm) 40 3.2.4 Nƣớc .42 3.2.5 Phụ gia 42 3.3 TÍNH TỐN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO BÊ TÔNG CẤP ĐỘ BỀN B15 VÀ B20 .42 3.3.1 Chọn độ sụt (SN) cho hỗn hợp bê tông .43 3.3.2 Xác định lƣợng nƣớc (N) cho mét khối bê tông 44 3.3.3 Xác định tỉ số xi măng/nƣớc (X/N) .45 3.3.4 Tính hàm lƣợng xi măng 46 3.3.5 Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm) 46 3.3.6 Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu nhỏ (cát) .47 3.4 QUY TRÌNH ĐÚC MẪU (Theo TCVN 3105: 1993) 49 3.4.1 Tính tốn liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn 49 3.4.2 Trộn hỗn hợp bê tông xác định độ sụt (SN, cm) 51 3.4.3 Chọn khuôn đúc tiến hành đúc mẫu .52 3.4.4 Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) 53 3.5 QUY TRÌNH NÉN MẪU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 53 3.5.1 Quy trình nén mẫu .53 3.5.2 Kết thí nghiệm - Cƣờng độ nén mẫu 54 3.6 NHẬN XÉT CHƢƠNG 58 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD Tiêu chuẩn xây dựng ĐBSCL Đồng sông Cửu Long B Rb Cấp độ bền bê tông (MPa) Cƣờng độ bê tông (daN/cm2) Rx Cƣờng độ xi măng (daN/cm2) Rn Cƣờng độ mẫu nén (daN/cm2) Rc Cƣờng độ xi măng xác định vữa tiêu chuẩn (daN/cm2) ρv Khối lƣợng thể tích bê tơng (kg/m3) Khối lƣợng thể tích thực tế hỗn hợp bê tông lèn chặt (kg/m3) λ Hệ số dẫn nhiệt bê tông (kcal/m.0C.h) r Độ rỗng bê tơng (%) Lƣợng sót riêng biệt cốt liệu sàng i (%) Ai Lƣợng sót tích lũy sàng i (%) Mđl Môđun độ lớn cốt liệu Nyc Lƣợng nƣớc yêu cầu (%) N/X Ntc Dmax Dmin α ω K K1 A,A1 Kl R28 Tỉ lệ nƣớc xi măng (%) Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn (%) Đƣờng kính lớn cốt liệu (mm) Đƣờng kính nhỏ cốt liệu (mm) Hệ số tính đổi kết nén loại viên mẫu Lƣợng nƣớc liên kết hóa học (%) Hệ số cấp phối hạt Hệ số thực nghiệm để xác định cƣờng độ bê tông Hệ số thực nghiệm xác định theo chất lƣợng cốt liệu Hệ số lèn chặt bê tông Cƣờng độ bê tông 28 ngày tuổi (daN/cm2) lg Logarit n Tuổi mẫu bê tông (ngày) Vc ,Ve ,Vv Tỉ lệ thể tích xi măng, nƣớc lỗ rỗng bê tông (%) RD Độ rỗng đá dăm (%) SN Độ sụt hỗn hợp bê tông (cm) ρvD Khối lƣợng thể tích xốp đá (kg/m3) ρvC Khối lƣợng thể tích xốp cát (kg/m3) ⍴aX, ⍴aC, ⍴aD Khối lƣợng riêng xi măng, cát, đá (kg/m3) X, C, Đ, N Khối lƣợng xi măng, cát, đá, nƣớc cần cho 1m3 bê tông (kg) Xm ,Cm ,Dm ,Nm Khối lƣợng xi măng, cát, đá, nƣớc cho mẻ trộn (kg) Vm Thể tích mẻ trộn bê tơng (dm3) N1,N2 Côn dùng thử độ sụt hỗn hợp bê tơng Đƣờng kính cốt thép (mm) F Diện tích ép mặt mẫu thí nghiệm (cm2) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lƣợng xi măng tối thiểu cho mét khối bê tông (kg) Bảng 1.2 Thành phần hạt cát 10 Bảng 1.3 Hàm lƣợng tạp chất cát 11 Bảng 1.4 Hàm lƣợng ion Cl- cát 11 Bảng 1.5 Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 12 Bảng 1.6 Lƣợng sót tích lũy sàng (TCVN 7570:2006) 13 Bảng 1.7 Thành phần hạt cốt liệu lớn 13 Bảng 2.1 Bảng giá trị α (hệ số tính đổi) 29 Bảng 2.2 Hệ số chất lƣợng cốt liệu 31 Bảng 3.1 Các tính chất lý cát sơng Cổ Chiên mùa không nhiễm mặn 37 Bảng 3.2 Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên .38 Bảng 3.3 Các tính chất lý cát sông Cổ Chiên mùa nhiễm mặn 39 Bảng 3.4 Cát tính chất lý đá dăm 1x2 Biên Hòa 41 Bảng 3.5 Thành phần hạt đá dăm 1x2 Biên Hòa .41 Bảng 3.6 Độ sụt hỗn hợp bê tông dùng cho loại kết cấu 43 Bảng 3.7 Bảng tra lƣợng dùng nƣớc cho 1m3 hỗn hợp bê tông 44 Bảng 3.8 Lƣợng nƣớc nhào trộn 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối .45 Bảng 3.9 Tỷ số X/N dùng cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 46 Bảng 3.10 Bảng tra hệ số trƣợt ( ) 47 Bảng 3.11 Lƣợng đá dăm cần cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối .47 Bảng 3.12 Lƣợng cát cần cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 48 Bảng 3.13 Vật liệu cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 48 Bảng 3.14 Lƣợng vật liệu thực tế cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 49 Bảng 3.15 Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn .50 Bảng 3.16 Khối lƣợng vật liệu cho mẻ trộn ứng với cấp phối 51 Bảng 3.17 Thời gian trộn bê tông tối thiểu máy (giây) 51 Bảng 3.18 Các thông số quy định côn thử độ sụt hỗn hợp bê tông 51 Bảng 3.19 Cƣờng độ kháng nén viên tổ mẫu, cấp phối 54 Bảng 3.20 Cƣờng độ kháng nén trung bình mẫu thử cấp phối .55 Bảng 3.21 Cƣờng độ kháng nén viên tổ mẫu, cấp phối 56 Bảng 3.22 Cƣờng độ kháng nén trung bình mẫu thử cấp phối .57 Bảng 3.23 So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối với cấp phối chuẩn 59 Bảng 3.24 So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối với cấp phối chuẩn 60 Bảng 3.25 So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 1a 1b; 2a 2b 61 63 - Nghiên cứu với loại vật liệu khác có khả làm giảm ảnh hƣởng muối (NaCl) cát sông Cổ Chiên, nhƣ: 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 tông làm từ cát sông bị nhiễm mặn - Cần nghiên cứu ảnh hƣởng cát nhiễm mặn, nƣớc máy, nƣớc biển với thành phần cấp phối khác nhƣ: sử dụng xi măng bền sunfat, điều chỉnh tỷ lệ xi măng/nƣớc, tỷ lệ cát vàng không nhiễm mặn/cát nhiễm mặn, sử dụng phụ gia khác nhƣ CSSB,… để thiết kế cấp phối bê tông làm từ cát nhiễm mặn, nƣớc biển 64 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105:1993 - “Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử” [2] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3106:1993 - “Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt” [3] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993 - “Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén” [4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 - “Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật” [5] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572-1÷20:2006 - “Cốt liệu cho bê tông vữa Phương pháp thử” [6] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6260 :2009 - “Xi măng Poóc lăng hỗn hợp – Yêu cầu kỹ thuật” [7] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6016 :2011 - “Xi măng - Phương pháp thử - Xác định cường độ” [8] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4506:2012 - “Nước cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật” [9] Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 127:1985 - “Cát mịn để làm bê tông vữa xây dựng - Hướng dẫn sử dụng” [10] GS.TSKH Phùng Văn Lự - “Giáo trình vật liệu xây dựng”, Nhà in Đại học Quốc gia Hà Nội 2006 [11] GS.TS Phạm Duy Hữu (chủ biên), TS Ngô Xuân Quảng, Mai Đình Lộc - “Vật liệu xây dựng”, Nhà xuất giao thông vận tải 2008 [12] GS.TS Nguyễn Tấn Quý - GVC.TS Nguyễn Thiện Ruệ - “Giáo trình cơng nghệ bê tơng xi măng - tập 1”, Nhà xuất giáo dục năm 2000 [13] PGS.TS Phạm Duy Hữu - “Công nghệ bê tông bê tông đặc biệt”, Nhà xuất xây dựng năm 2005 [14] Tạp chí khoa học trƣờng Đại học Hồng Đức - số 35,2017 [15] Lê Văn Bách (2006) -“Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận Vũng Tàu làm bê tông xi măng xây dựng đường ô tô”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật [16] Tổng cục thống kê - Cục thống kê tỉnh Trà Vinh - “Niên giám thống kê Trà Vinh năm 2017”, Nhà xuất niên tháng 5-2018 65 [17] Cục thông tin khoa học công nghệ quốc gia - Tổng luận 2/2016 - “Xâm nhập mặn đồng sông Cửu Long: Nguyên nhân, tác động giải pháp ứng phó” [18] Đặng Hịa Vĩnh, Phạm Thị Bích Thục (2011) - “Nước mặn sông Cổ Chiên giải pháp khai thác nước phục vụ cung cấp nước sinh hoạt cho thành phố Trà Vinh”, tạp chí khoa học trái đất tháng 3-2012 [19] KS.Nguyễn Hữu Hanh(2005)-“Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần cấp phối cốt liệu đến đặc trưng cường độ BTXM” Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật [20] Quyết định Bộ Xây dựng 1329:2016 - “Công bố định mức sử dụng vật liệu xây dựng”; [21] Quyết định UBND tỉnh Trà Vinh 1706:2012 - “Quy hoạch thăm dị, khai thác sử dụng khống sản làm vật liệu xây dựng thơng thường (cát lịng sơng) tỉnh Trà Vinh đến năm 2020” [22] Quyết định UBND tỉnh Trà Vinh 1579:2012 - “Phê duyệt quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh Trà Vinh đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030” PHỤ LỤC ... bằng, mà chƣa có nghiên cứu sử dụng nguồn cát sản xuất bê tông để sử dụng cho cơng trình địa bàn tỉnh Vì vậy, cần có nghiên cứu sản xuất bê tơng từ cát sông Cổ Chiên khu vực Trà Vinh, để đánh giá... phần hạt cát sông Cổ Chiên * 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 nhƣ Về tiêu lý, mức độ nhiễm mặn (hàm... nguồn ô nhiễm bụi tiếng ồn vận chuyển vật liệu, tạo môi trƣờng 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? ??