Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô

Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

-1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ** NGUYỄN ĐỨC TRỌNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HP CÁT XAY– CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 -2- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ** NGUYỄN ĐỨC TRỌNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HP CÁT XAY– CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố Mã số : 62.58.30.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TRẦN TUẤN HIỆP PGS.TS LÃ VĂN CHĂM HÀ NỘI - 2013 -3- LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn quan tạo điều kiện giúp đỡ: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải; Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải- Cơ Sở II; Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM; Trường Đại Học Quốc Gia TP.HCM; Liên Hiệp Khoa Học Địa Chất Nền Móng Vật Liệu Xây Dựng; Phịng Đào tạo Đại học Sau đại học; Khoa công trình; Bộ mơn Đường bộ; Bộ mơn Vật liệu xây dựng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Trần Tuấn Hiệp PGS.TS Lã Văn Chăm tận tình góp ý định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu luận án Xin cảm ơn đến thầy cô Khoa Cơng trình, Bộ mơn Đường Bộ, Bộ mơn Vật Liệu Xây Dựng Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Giao thông - Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải động viên, nhiệt tình giúp đỡ cung cấp tài liệu quý báu để tác giả hồn thành luận án -4- CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -Hà Nội, ngày …… tháng … năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận án Nguyễn Đức Trọng -I- MỤC LỤC Danh mục hình ảnh, biểu đồ Danh mục bảng Danh mục chữ viết tắt Trang Mở đầu: 01 Lý lựa chọn đề tài 05 Mục đích nghiên cứu 05 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .06 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 06 Cấu trúc đề tài 06 Những đóng góp đề tài lĩnh vực chuyên ngành 07 Chương 1: Tổng quan bê tông xi măng sử dụng cát xay– cát tự nhiên sản xuất bê tông xi măng xây dựng đường ô tô 09 1.1 Giới thiệu chung .09 1.2 Tổng quan nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên cát xay để sản xuất bê tông xi măng 12 1.2.1 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng giới Việt Nam 13 1.2.2 Các nghiên cứu cơng trình ứng dụng bê tơng xi măng dùng cát xay giới Việt Nam 16 1.2.3 Hướng sử dụng hợp lý cát địa phương để sản xuất bê tông xi măng dùng xây dựng đường ô tô khu vực Đông Nam Bộ 21 1.2.4 Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu đề tài 23 1.3 Các yêu cầu bê tông xi măng làm đường ô tô 23 1.4 Một số lý thuyết thành phần hạt cốt liệu bê tông 25 -II- 1.5 Nguyên lý hình thành cường độ yếu tố ảnh hưởng tới cường độ bê tông xi măng .26 1.5.1 Sự hình thành cấu trúc bê tông xi măng 27 1.5.2 Cấu trúc bê tông xi măng 28 1.5.3 Các giai đoạn hình thành cấu trúc vi mơ hỗn hợp BTXM 34 1.5.4 Các hướng kỹ thuật làm tăng cường độ dính cường độ vữa XM 35 1.6 Các phương pháp thiết kế thành phần BTXM sử dụng cát xay 35 1.6.1 Thiết kế thành phần BT theo phương pháp Bolomey-Skramtaev 35 1.6.2 Thiết kế thành phần bê tông theo TCXDVN 322:2004 36 1.6.3 Thiết kế thành phần bê tông theo quy hoạch thực nghiệm .36 1.7 Mục tiêu đề tài .37 1.8 Nội dung nghiên cứu 37 1.9 Phương pháp nghiên cứu 38 Chương : Thuộc tính vật liệu dùng chế tạo bê tông xi măng cát xay khu vực Đông Nam Bộ 39 2.1 Đặt vấn đề 39 2.2 Thực trạng nguồn cung ứng vật liệu chế tạo bê tông xi măng khu vực Đông Nam Bộ 40 2.2.1 Thực trạng nguồn cung cấp xi măng 40 2.2.2 Thực trạng nguồn cung cấp đá dăm 43 2.2.3 Các nguồn vật liệu cát tự nhiên vùng Đông Nam Bộ .51 2.2.4 Nước .60 2.2.5 Phụ gia bê tông 61 2.3 Cát xay khu vực Đông Nam Bộ 62 2.3.1 Đặt vấn đề 62 2.3.2 Các tiêu lý cát xay mỏ đặc trưng khu vực Đông Nam Bộ 64 2.3.3 Thành phần hạt cốt liệu nhỏ phối trộn cát xay cát tự nhiên với tỷ lệ khác .69 -III- Kết luận chương 72 Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên 73 3.1 Đặt vấn đề 73 3.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn thành phần chế tạo bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên 74 3.2.1 Cơ sở lý thuyết 74 3.2.2 Tính tốn thành phần chế tạo bê tơng xi măng sử dụng cát xay cát tự nhiên 78 3.2.3 Thiết kế thành phần bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên .84 3.3 Thực nghiệm xác định số tính chất bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên .90 3.3.1 Thành phần BTXM sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên 90 3.3.2 Công tác chuẩn bị lập kế hoạch, triển khai thí nghiệm 90 3.3.3 Kết thí nghiệm xác định tính chất bê tông tươi phát triển cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi bê tông xi măng .93 3.3.4 Xác định độ lệch chuẩn hệ số phân tán kết thí nghiệm cường độ bê tơng xi măng 97 3.3.5 Khả chống mài mịn cuả bê tơng xi măng 98 3.3.6 Cấu trúc bê tông xi măng 100 3.3.7 Thiết lập mối quan hệ từ tính chất học cuả BTXM .101 Kết luận chương 103 Chương 4: Nghiên cứu sử dụng cát xay, hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên phụ gia xây dựng mặt đường bê tông xi măng 105 4.1 Mở đầu 105 4.2 Ảnh hưởng hàm lượng hạt mịn cát xay đến tính chất bê tơng xi măng .105 4.2.1 Đặt vấn đề .105 -IV- 4.2.2 Các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng hàm lượng hạt mịn cát xay đến tính chất bê tơng xi măng 106 4.2.3 Kết thí nghiệm phân tích 107 4.2.4 Tìm tỷ lệ hạt mịn tối ưu cát xay để sản xuất BTXM 112 4.3 Nghiên cứu sử dụng phụ gia sản xuất BTXM dùng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên xây dựng đường ô tô 114 4.3.1 Sự cần thiết sử dụng phụ gia sản xuất bê tông dùng hỗn hợp cát xây dựng đường ô tô .114 4.3.2 Công tác chuẩn bị, lập kế hoạch triển khai thí nghiệm 116 4.3.3 Kết thí nghiệm đánh giá .118 4.4 Nghiên ứng dụng bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên xây dựng kết cấu áo đường ô tô 122 4.4.1 Mở đầu 122 4.4.2 Mặt đường cứng tính học vật liệu xây dựng mặt đường cứng 123 4.4.3 Đề xuất kết cấu áo đường bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên 130 4.5 Phân tích hiệu kinh tế .132 Kết luận chương 135 Kết luận, kiến nghị dự kiến hướng nghiên cứu 137 A Kết luận 137 B Kiến nghị dự kiến hướng nghiên cứu 140 Các cơng trình công bố tác giả Tài liệu tham khảo Phần phụ lục -V- DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Cát xay (cát nhân tạo) cát tự nhiên 16 Hình 1.2: Máy nghiền cát từ đá nội địa vận hành Cơng ty Cổ phần Đá Phước Hịa, Bà Rịa – Vũng Tàu 17 Hình 1.3: Đập thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc) lớn giới 18 Hình 1.4: Thủy điện Sơn La 18 Hình 1.5: Hầm Thủ Thiêm (TP.HCM) 18 Hình 2.1: Biểu đồ nhiễu xạ Rơn ghen mẫu đá nghiên cứu 46 Hình 2.2: Khối lượng cát khai thác khai thác mỏ cát Tân Uyên, mặt cắt MC.03 57 Hình 2.3: Khối lượng cát khai thác khai thác mỏ cát cù lao Bình Chánh, mặt cắt MC.45 57 Hình 2.4: Khối lượng cát khai thác khai thác mỏ cát cù lao Rùa, mặt cắt MC.93 58 Hình 2.5: Khối lượng cát khai thác khai thác mỏ cát Hóa An, mặt cắt MC.127 58 Hình 2.6: Bề mặt cát xay Hóa An với độ phóng đại 500 lần 63 Hình 2.7: Bề mặt cát tự nhiên Đồng Nai với độ phóng đại 500 lần 63 Hình 2.8: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Hóa An 65 Hình 2.9: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Tân Thành 66 Hình 2.10: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Châu Pha 67 Hình 2.11: Biểu đồ nhiễu xạ Rơn ghen mẫu cát xay Phước Tân 67 Hình 2.12: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Phước Tân 68 Hình 2.13: Biểu đồ phân tích thành phần hạt hỗn hợp phối trộn cát xay cát mịn tự nhiên theo tỷ lệ khác 70 -VI- Hình 3.1: Biểu đồ biểu diễn thành phần hạt cốt liệu cấp phối bê tông xi măng 83 Hình 3.2: Chế tạo bảo dưỡng mẫu bê tơng xi măng 86 Hình 3.3 : Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn bê tơng 91 Hình 3.4: Thí nghiệm cường độ chịu nén bê tông 91 Hình 3.5: Thí nghiệm mơ đun đàn hồi nén tĩnh 92 Hình 3.6 : Thí nghiệm độ co mềm - co ngót bê tơng 92 Hình 3.7: Thí nghiệm độ mài mịn bê tơng 92 Hình 3.8: Biểu đồ biểu diễn phát triển Rn BTXM theo thời gian 95 Hình 3.9: Biểu đồ biểu diễn phát triển Ru BTXM theo thời gian 95 Hình 3.10: Biểu đồ biểu diễn mô đun đàn hồi BTXM tuổi 28 56 ngày 96 Hình 3.11: Biểu đồ biểu diễn độ mài mịn bê tơng xi măng 99 Hình 3.12: Bề mặt cát tự nhiên cát xay trước chế tạo bê tông 100 Hình 3.13: Cấu trúc bê tơng xi măng cường độ 36MPa sử dụng cát tự nhiên hỗn hợp cát (x1300) tuổi 28 ngày 100 Hình 4.1 : Biểu đồ biểu diễn độ co mềm BTXM 30MPa dùng cát xay với tỷ lệ hạt mịn khác theo thời gian 110 Hình 4.2: Biểu đồ biểu diễn cường độ chịu nén bê tông xi măng 30MPa dùng cát xay với tỷ lệ hạt mịn khác tuổi 28 ngày 110 Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn cường độ chịu kéo uốn BTXM 30MPa dùng CX với tỷ lệ hạt mịn khác tuổi 7,28 ngày 111 Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn quan hệ cường độ chịu nén bê tơng xi măng với hàm lượng hạt mịn có cát xay 112 Hình 4.5: Biểu đồ biểu diễn quan hệ cường độ kéo uốn bê tông xi măng với hàm lượng hạt mịn có cát xay 112 - 133 - Tuy khơng tồn diện nêu lên hiệu bê tông xi măng sử dụng loại vật liệu Bảng giá sau lấy theo đơn giá mua vật liệu nhà máy đúc cống Hùng Vương - Đồng Nai (quý IV năm 2011, chưa tính thuế VAT) +) Đá 5x20 : 300,000 đồng/m3 +) Cát vàng hạt to : 254,000 đồng/m3 +) Cát mịn Tân Châu : 115,000 đồng/m3 +) Cát xay: 160,080 đồng/tấn (tương đương 160,080 đồng/tấn*1.665tấn/m3 = 266,533 đồng/m3) +) Xi măng: 81,500 đồng bao 50 kg (tương đương 1,630 đồng/kg) Với phương án dùng hỗn hợp cát có khơng sử dụng phụ gia siêu dẻo để chế tạo BTXM làm mặt đường có cường độ 36MPa, tính chi phí vật tư để chế tạo 1m3 bê tơng Sau so sánh với BTXM loại sử dụng cát tự nhiên hạt to Kết tính tốn chi phí vật tư BTXM cường độ 36MPa trình bày bảng 4.10, bảng 4.11 bảng 4.12 Bảng 4.10: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) BTXM cường độ 36MPa dùng hỗn hợp cát (khơng có phụ gia R4) STT Chủng loại vật liệu KL thể Khối lượng Đơn giá tich xốp Khối lượng thể tích đồng/m3 đồng/kg 3 (g/cm ) (kg) (m ) Thành tiền (đồng) Đá 5x20 1.462 1052 0.720 300,000 215,869 Cát xay 1.665 441 0.265 266,533 70,595 Cát mịn 1.390 293 0.211 115,000 24,241 Cát vàng 1.502 0.000 254,000 XM PCB40 - 467 - 1,630 - 0 19,000đ/l Sika-R4 TỔNG CỘNG 761,210 1,071,915 - 134 - Bảng 4.11: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) BTXM cường độ 36MPa dùng hỗn hợp cát phụ gia R4 STT Chủng loại vật liệu KL thể tich xốp (g/cm ) Khối lượng Khối lượng (kg) Đơn giá thể tích (m ) Thành tiền đồng/m3 đồng/kg (đồng) Đá 5x20 1.462 1115 0.763 300,000 228,796 Cát xay 1.665 455 0.273 268,135 73,274 Cát mịn 1.390 303 0.218 115,000 25,068 Cát vàng 1.502 0 254,000 XM PCB40 - 370 - 1,630 603,100 Sika-R4 - - 3.7 lít 19,000đ/l 70,300 TỔNG CỘNG 1,000,539 Bảng 4.12: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) BTXM cường độ 36MPa dùng cát tự nhiên hạt to STT Chủng loại vật liệu KLTT xốp Khối lượng Khối Đơn giá thể tích 3 (g/cm ) lượng (kg) (m ) đồng/m3 đồng/kg 0.720 300,000 Thành tiền (đồng) Đá 5x20 1.462 1052 Cát xay 1.665 0 266,533 Cát mịn 1.390 0 115,000 Cát vàng 1.502 734 0.489 254,000 124,125 XM PCB40 - 467 - 1,630 Sika-R4 - 0 19,000đ/l TỔNG CỘNG 215,869 761,210 1,101,204 Ví dụ: xây dựng tuyến đường dài 10km bê tông xi măng loại 36MPa mặt rộng 10m, chiều dày bê tông xi măng 27cm giảm - 135 - chi phí vật tư (chưa gồm VAT) so với sử dụng cát tự nhiên trình bày bảng 4.13 Bảng 4.13: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) BTXM cường độ 36MPa sử dụng hỗn hợp cát có khơng có phụ gia rẻ so với sử dụng cát tự nhiên hạt to Phương án sử dụng Dùng hỗn hợp cát phụ gia siêu dẻo (R4) Dùng hỗn hợp cát khơng có phụ gia siêu dẻo (R4) Khối lượng bê Đơn giá vật tư tông cần (m3) chênh lệch (đ/m3) Giá thành giảm (đồng) 27,000 -100,665 -2,717,960,276 27,000 -29,289 -790,801,170 Kết luận chương 4:  Có thể kết hợp lên đến  10 % hạt mịn phần thay cốt liệu bê tông dùng cát xay từ đá andesite Để đảm bảo chất lượng cho bê tông làm mặt đường nên khống chế hàm lượng hạt mịn cát xay < 10%  Khi sử dụng phụ gia siêu dẻo Sika-R4 với liều lượng lít/100kg chất kết dính vào bê tơng dùng hỗn hợp cát xay - cát mịn tự nhiên độ sụt bê tông đảm bảo yêu cầu giảm (16.6  17.2)% nước Theo kết nghiên cứu để cường độ chịu kéo uốn bê tông xi măng tuổi 28 ngày sử dụng hỗn hợp cát có dùng phụ gia siêu dẻo tương tự với khơng có phụ gia mức độ giảm chất kết dính (1920)%  Qua kết phân tích dựa vào tính chất học - vật liệu bê tơng dùng hỗn hợp cát thấy loại bê tông có tính chất đáp ứng u cầu để làm mặt đường BTXM xây dựng đường ô tô Từ khuyến cáo khống chế hàm lượng xi măng, tỷ lệ N/XM yêu cầu cường độ chịu kéo, chịu nén BTXM quy định tạm thời thiết kế, thi công mặt đường cứng Trong xi măng khu vực chủ yếu có chất - 136 - lượng từ PCB40 trở xuống nên kết nghiên cứu áp dụng sản xuất BTXM làm mặt đường từ cấp III trở xuống Nghiên cứu kiến nghị dạng kết cấu áo đường BTXM có sử dụng cát xay phụ thuộc vào cấp hạng đường, lưu lượng xe  Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) BTXM sử dụng hỗn hợp cát có khơng sử dụng phụ gia siêu dẻo (Sika-R4) rẻ so với sử dụng cát tự nhiên hạt to 100,665 đồng 29,289 đồng cho 1m3 bê tơng cường độ chịu nén 36MPa Nếu tính cho tuyến đường dài 10km, mặt rộng 10m, chiều dày 27cm chi phí rẻ tương ứng là: 2,717,960,276 đồng 790,801,170 đồng Trong thời điểm, giá vật liệu công nghệ xây dựng thay đổi, nghiên cứu cố gắng đánh giá điều kiện có liên quan đến kết cấu đề xuất điều kiện, khu vực cụ thể Đơng Nam Bộ Do để nâng cao tính hiệu khả thi BTXM sử dụng loại vật liệu nên mở rộng phạm vi nghiên cứu với loại đá vùng miền khác Việt Nam nhằm kiểm tra, đánh giá thường xuyên loại vật liệu trình xây dựng, khai thác để hoàn thiện, bổ sung quy định hành - 137 - KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO A Kết luận : Do tính ứng dụng rộng rãi bê tơng xi măng thực tế nói chung xây dựng đường ô tô khu vực Đông Nam Bộ nói riêng, nguồn cát tự nhiên có chất lượng tốt để sản xuất bê tơng xi măng ngày khan hiếm, nguồn cát khác khơng đảm bảo u cầu việc dùng cát xay thay hoàn toàn phần cát tự nhiên hạt to chế tạo BTXM điều cần thiết Sử dụng cát xay chế tạo BTXM góp phần giảm đáng kể việc khai thác cát sông tự nhiên làm sạt lở bờ sơng ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái Các kết phân tích tính chất lý cát xay, phương pháp thiết kế thành phần BTXM sử dụng hỗn hợp cát, tính chất bê tơng: Độ sụt, cường độ chịu nén, chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ co ngót, độ mài mịn bê tơng có sử dụng cát xay chưa hợp chuẩn kết luận khoa học đáng lưu ý, có tác dụng tham khảo tốt cho giảng dạy, thiết kế, thi cơng cơng trình giao thơng đường ơtơ sau Những đóng góp khoa học tính luận án là: Luận án tổng hợp tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tơng sử dụng loại cát tự nhiên, cát xay chế tạo BTXM giới Việt Nam Phân tích có hệ thống ưu nhược điểm, khả ứng dụng chúng thực tế Qua phân tích, đánh giá để đưa cần thiết hướng nghiên cứu đề tài nhằm sử dụng vật liệu địa phương phù hợp chế tạo BTXM vào xây dựng đường ô tô khu vực Đông Nam Bộ Do phần lớn cát xay khu vực Đơng Nam Bộ có thành phần hạt chưa hợp chuẩn nên việc kết hợp cát xay với cát mịn tự nhiên giải pháp đề xuất Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phối trộn cát xay địa phương/cát mịn Tân Châu theo tỷ lệ 60%/40% hợp lý Từ hai loại vật liệu chưa hợp chuẩn tạo cốt liệu hợp chuẩn để - 138 - sản xuất BTXM khơng cải thiện tính cơng tác bê tơng tươi mà cịn làm tính chất bê tơng đông cứng cải thiện đáng kể so với sử dụng cát tự nhiên hạt to, giảm giá thành sản phẩm bê tơng chi phí xây dựng cơng trình Có thể sử dụng phương pháp lý thuyết + thực nghiệm để thiết kế thành phần BTXM sử dụng hỗn hợp cát làm mặt đường ô tô Nghiên cứu đưa công thức tương quan theo quy hoạch thực nghiệm sau: Trong phạm vi biến thiên tỷ lệ N/XM từ 0.420 ÷ 0.458 quan hệ yếu tố Rn, Ru N/XM, Đ/C, CX/CM :  Hàm cường độ chịu nén: Rn  111.775  153.981 N Đ CX  0.538  0.649 XM C CM  Hàm cường độ chịu kéo uốn: Ru  12.124  16.838 N Đ CX  0.184  0.142 XM C CM  Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hưởng kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết tỷ lệ N/XM có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tơng Kết thử nghiệm tính chất bê tơng xi măng sử dụng hỗn hợp cát:  Bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát có giá trị độ sụt lớn so với sử dụng cát mịn Tân Châu từ 27  31% độ sụt bê tông sử dụng cát tự nhiên Đồng Nai có mơ đun độ lớn 13%  Từ hình chụp kính hiển vi điện tử quét cho thấy bề mặt cát xay nhám, góc cạnh so với cát tự nhiên Khi chế tạo bê tơng xi măng cho cấu trúc hình que nhọn, góc cạnh nên làm tăng ma sát, dính bám lớp hồ xi măng cốt liệu cho bê tơng có cường độ cao so với sử dụng cát tự nhiên hạt to  Cường độ chịu nén kéo uốn bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát ngày đầu tăng nhanh so với sử dụng cát tự nhiên Sau 28 ngày tuổi, tốc độ phát triển cường độ chịu kéo uốn mô đun đàn hồi - 139 - bê tông dùng hỗn hợp cát tương đương với sử dụng cát tự nhiên Cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi bê tông sử dụng hỗn hợp cát tuổi 28 ngày cao so với sử dụng cát tự nhiên 5.6%, 7% (khi sử dụng cát Đồng Nai) 17.5 ÷ 29.2%, 9.8 ÷ 14.6% (khi sử dụng cát mịn Tân Châu) Tỷ số cường độ chịu kéo uốn cường độ chịu nén bê tông sử dụng hỗn hợp cát cao so với sử dụng cát tự nhiên, Ru/Rn = 0.119  0.129 Hàm lượng hạt mịn cát xay < 5% cho kết độ co ngót bê tơng tốt  Khi dùng cốt liệu nhỏ cát xay hỗn hợp cát độ mài mịn bê tơng so với dùng cát tự nhiên tốt 21.732.5% 7.5  18.9% Độ mài mịn bê tơng sử dụng cát mịn Tân Châu nhiều so với sử dụng hỗn hợp cát 42.3% Công thức thực nghiệm mối tương quan cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi nén tĩnh với cường độ chịu nén bê tơng sử dụng hỗn hợp cát có cường độ 2036 MPa sau::  Ru  0.1406Rn 30 / 31 , R  0.9878  E  4390Rn / , R  0.9909 Có thể cải tiến chất lượng bê tơng xi măng làm mặt đường ô tô cách khống chế hàm lượng hạt mịn cát xay < 10% Khi sử dụng phụ gia siêu dẻo bê tông dùng hỗn hợp cát xay - cát mịn tự nhiên độ sụt bê tông đảm bảo yêu cầu giảm (1920)% xi măng so với phụ gia Bê tơng xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay – cát mịn tự nhiên có tính chất đáp ứng yêu cầu để làm mặt đường tơ Từ tính chất bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát nghiên cứu, khuyến cáo khống chế hàm lượng xi măng, tỷ lệ N/XM yêu cầu cường độ chịu kéo, chịu nén BTXM quy định tạm thời thiết kế, thi công mặt đường cứng Trong xi măng khu vực chủ yếu có chất lượng từ PCB40 trở xuống nên kết nghiên cứu áp dụng sản xuất BTXM làm mặt - 140 - đường từ cấp III trở xuống Về giá thành chi phí mua vật tư dùng hỗn hợp cát có khơng sử dụng phụ gia siêu dẻo (Sika-R4) tiết kiệm so với sử dụng cát tự nhiên hạt to 100,665 đồng 29,289 đồng cho 1m3 bê tông cường độ chịu nén 36 MPa B Kiến nghị dự kiến hướng nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng bê tơng có sử dụng hỗn hợp cát xay- cát tự nhiên cho vùng miền có đặc tính vật liệu khác để làm đoạn đường thử nghiệm Từ đánh giá ứng dụng bê tông sử dụng loại vật liệu xây dựng đường ôtô Nghiên cứu, kiến nghị nới rộng biên độ thành phần cấp phối hạt cát xay phù hợp với thực tế mà đáp ứng chất lượng tốt sản phẩm bê tơng, tham khảo quy định tiêu chuẩn ASTM:C33, ASTM:D1073 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông kết nghiên cứu đề tài làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy, sản xuất, nghiên cứu sau Nghiên cứu đặc tính mỏi, ứng suất nhiệt bê tơng có sử dụng cát xay, khả sử dụng cát xay thay phần hoàn toàn cát tự nhiên bê tông cường độ cao, bê tông đầm lăn - XIII - CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Đức Trọng, thành viên tham gia đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, tên đề tài: “Đánh giá số tồn đo mô đun đàn hồi ép cứng đề xuất số giải pháp khắc phục”, Bộ Khoa Học Công Nghệ, năm 2011 Nguyễn Đức Trọng, thành viên tham gia đề tài nghiên cứu khoa học cấp thành phố, tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế catalog định hình kết cấu áo đường cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh”, Khu quản lý Giao thơng thị số 1, năm 2008 Nguyễn Đức Trọng: “Thực nghiệm xác định số tiêu bê tông xi măng sử dụng cát xay khu vực Đông Nam Bộ”, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường ĐH.GTVT, năm 2010 Nguyễn Đức Trọng : “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật sử dụng cát xay chế tạo hỗn hợp bê tông xi măng khu vực Đông Nam Bộ”, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường ĐH.GTVT, năm 2011 Nguyễn Đức Trọng: “Một số vấn đề vật liệu sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ vào xây dựng đường tơ”, Tạp chí Khoa Học GTVT, số 25 - tháng 3/2009 Nguyễn Đức Trọng: “Đánh giá chất lượng cát xay sản xuất từ mỏ đá khác khu vực Đông Nam Bộ kiến nghị giải pháp sử dụng cát xay sản xuất bê tơng xi măng”, Tạp chí Cầu Đường Việt Nam, số - năm 2012 Nguyễn Đức Trọng: “Nghiên cứu xác định số tiêu bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay khu vực Đông Nam Bộ cát mịn”, Tạp chí Khoa Học GTVT, số 37 - tháng 03/2012 Nguyễn Đức Trọng: “Nghiên cứu số tính chất bê tông dùng hỗn hợp cát xay Đông Nam Bộ cát mịn có sử dụng nhiều tro bay”, Tạp chí Cầu Đường Việt Nam, số 11+12 - tháng 12/2012 Nguyễn Đức Trọng: “Ảnh hưởng hàm lượng hạt mịn cát xay từ mỏ đá Hóa An đến số tính chất bê tơng xi măng”, Tạp chí Khoa Học GTVT, số 40 - tháng 12/2012 - XIV - TÀI LIỆU THAM KHẢO I/ TIẾNG VIỆT [1] Viện sĩ GS.TSKH IU.M Bazenov, PGS.TS Bạch Đình Thiên, TS Trần Ngọc Tính (2004), Cơng nghệ bê tơng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [2] Bộ Giao Thông Vận Tải (1984), Qui trình thí nghiệm bê tơng xi măng 22TCN 60-84, Việt Nam [3] Bộ Giao Thông Vận Tải (2012), Quy định tạm thời thiết kế mặt đường bê tơng xi măng thơng thường có khe nối xây dựng cơng trình giao thơng, kèm theo định số 3230/QĐ-BGTVT, Việt Nam [4] Bộ Giao Thông Vận Tải (2012), Quy định tạm thời kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng xây dựng cơng trình giao thơng, kèm theo định số 1951/QĐ-BGTVT, Việt Nam [5] Bộ Xây Dựng (2004), TCXDVN 322:2004 - Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền, Việt Nam [6] Bộ Xây Dựng (2005), TCXDVN 349:2005 - Cát nghiền cho bê tông vữa, Việt Nam [7] Nguyễn Cảnh (2004), Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Thành phố Hồ Chí Minh [8] Bùi Xuân Cậy (2007), Định hình kết cấu mặt đường cộng hịa liên bang Đức suy nghĩ kết cấu mặt đường sử dụng Việt Nam, Tạp chí Cầu đường Việt Nam, (05), Tr.18 [9] Nguyễn Quang Chiêu, Dương Ngọc Hải, Nguyễn Xuân Trục (2007), Thiết kế đường ô tô tập II, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [10] Nguyễn Quang Chiêu (2008), Các kết cấu mặt đường kiểu mới, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [11] Phạm Hữu Chính (2007), Thiết kế thành phần bê tơng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [12] Công ty Cổ Phần Tân Đại Lợi (năm 2010), Vật liệu xây dựng cho tương lai - Khuyến khích sử dụng cát nhân tạo, Việt Nam [13] Vũ Đình Đấu, Bùi Danh Đại (2006), Chất kết dính vơ cơ, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [14] Trần Văn Giám (2001), Khoáng vật thạch học cơng trình, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [15] Phạm Hữu Hanh (2007),Bê tông đầm lăn,Nhà xuất xây dựng,Hà Nội - XV - [16] Phan Hiếu Hiền (2001), Phương pháp bố trí thí nghiệm xử lý số liệu (thống kê thực nghiệm), nhà xuất Nông Nghiệp, TP.HCM [17] Trần Tuấn Hiệp (2009), Nghiên cứu sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng xây dựng đường ôtô công trình phịng hộ ven biên, hải đảo Việt Nam, Báo cáo đề tài cấp trọng điểm mã số B200704-51TĐ, Hà Nội [18] Trần Tuấn Hiệp (2000), Báo cáo khoa học sử dụng vật liệu địa phương vùng đồng Nam Bộ làm bê tông xi măng, Đại Học Giao Thông Vận Tải, Hà Nội [19] TS.Nguyễn Văn Hùng - Chi Nhánh Công Ty Tư Vấn Triển Khai Công Nghệ Xây Dựng Giao Thông, Trường ĐH.GTVT (2007), Nghiên cứu khả sử dụng cát thiên nhiên hạt mịn xây dựng đường địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh”, Đề tài khoa học cấp thành phố, Thành phố Hồ Chí Minh [20] TS.Nguyễn Văn Hùng, ThS.Nguyễn Văn Du (2010), Đánh giá số tồn sản xuất, sử dụng cấp phối đá dăm làm móng đường tơ Tp Hồ Chí Minh đề xuất giải pháp khắc phục, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp thành phố, Thành phố Hồ Chí Minh [21] Phạm Duy Hữu (2002), Vật liệu xây dựng mới, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [22] PGS-TS Phạm Duy Hữu (2005), Công nghệ bê tông bê tông đặc biệt, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [23] GS.TS Phạm Duy Hữu, GS.TSKH Phùng Văn Lự, TS.Phan Khắc Trí (2009), Vật liệu xây dựng, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam [24] GS.TS Phạm Duy Hữu cộng (2008), nghiên cứu bê tông chất lượng cao sở vật liệu địa phương để xây dựng cầu, đường đồng Sông Cửu Long, đề tài nghiên cứu cấp Bộ - Bộ Giao Thông Vận Tải, Hà Nội [25] Phạm Huy Khang, Nguyễn Quang Chiêu (2001), Xây dựng mặt đường ô tô, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội [26] Liên danh N.E.S (2005), Dự án Đại lộ Đơng Tây, Tp.Hồ Chí Minh [27] ThS Lâm Hữu Quang (2011), Nghiên cứu ứng dụng cát xay dùng bê tông xi măng bê tông nhựa Việt Nam, đề tài nghiên cứu khoa học Cấp Bộ - Bộ Giao Thông Vận Tải, Hà Nội - XVI - [28] Quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng Việt Nam đến năm 2010 định hướng đến năm 2020 theo định số 108/2005/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ [29] Nguyễn Thanh Sang (2011), Nghiên cứu thành phần, tính chất học khả ứng dụng bê tông cát để xây dựng đường ô tô Việt Nam , Luận án tiến sĩ trường ĐHGTVT, Hà Nội [30] Phạm Cao Thăng (2007), Tính tốn thiết kế mặt đường sân bay đường tô, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [31] GS.TSKH Lâm Quang Thiệp (2008), Trắc nghiệm ứng dụng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [32] Tiêu chuẩn Việt Nam (1993), TCVN 3117:1993 - Bê tông nặng, Phương pháp xác định độ co bê tông, Việt Nam [33] Tiêu chuẩn Việt Nam (2006), TCVN 7570 : 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật, Việt Nam [34] Tổng Công ty TVTK Giao Thông Vận Tải (2003), Hồ sơ thiết kế kỹ thuật Dự án cầu Thủ Thiêm, Tp.Hồ Chí Minh [35] PGS.TS Nguyễn Hữu Trí, ThS Lê Anh Tuấn, PGS.TS Vũ Đức Chính, Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông xi măng Việt Nam điều kiện Tạp chí Cầu đường Việt Nam Số 3/2009 [36] Nguyễn Xuân Trục, Dương Ngọc Hải, Vũ Đình Phụng (2001), Sổ tay thiết kế đường ô tô, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [37] Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Ngọc Long, Nguyễn Đức Thị Thu Định (2004), Phụ gia hóa chất dùng cho bê tơng, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [38] Nguyễn Viết Trung, Đinh Công Tâm (2006), Tình hình cát dùng để sản xuất bê tơng cho dự án giao thông khu vực Nam Bộ, Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 5/2006, Hà Nội [39] Tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2006), TCVN 7572 : 2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - phương pháp thử, Việt Nam [40] Viện Khoa học công nghệ xây dựng (1976), Nghiên cứu sử dụng cát mịn làm bê tông thủy công, Báo cáo đề tài NCKH cấp bộ, Viện KHCN Xây dựng, Hà Nội [41] Nguyễn Dỗn Ý (2002), Giáo trình quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội - XVII - II/ TIẾNG ANH [42] Ahmed, A.E and El-Kourd, A.A.(1989).“Properties of Concrete Incorporating Natural and Crushed Stone Very Fine Sand,” ACI Materials Journal, 86 (4), 417-424 [43] Ahn, N.S and Fowler, D.W (2001) “An Experimental Study on the Guidelines for Using Higher Contents of Aggregate Microfines in Portland Cement Concrete,” ICAR Research Report 102-1F, International Center for Aggregates Research, University of Texas, Austin, TX, 435 [44] American Concrete Pavement Association (ACPA) (2003) “Guidelines for Primary Pavement Factors Relating to Early Age Crack Formations.” R & T Update-Concrete Pavement Research and Technology, [45] ASTM-C33 (2002), ASTM D1073:“Standard Specification for concrete aggregates” [46] Celik, T and Marar, K., (1996) “Effects of Crushed Stone Dust on Some Properties of Concrete,” Cement and Concrete Research, 26 (7), 1121-1130.Clelland, J (1980) “Sand for Concrete, a New Test Method,” New Zealand Standards Bulletin [47] COIN project report (12-2009) : “Production and utilisation of manufactured sand” [48] Darter, M.I and Barenberg, E.J (1977), Design of zero maintenance plain jointed concrete pavement, Report no FHWA-RD–77-111, vol.1, Federal Highway Agency (66) [49] David W Fowler (October 15, 2008), the University of Texas at Austin: “Federal Highway Administration Research Project”, the University of Texas at Austin [50] Donza, H.,Cabrera, O & Irassar, E.F., (2002): “High-strength concrete with different fine aggregate”,Cement and concrete research 32 (2002) 1755-1761 [51] Dukatz, E.L and Marek, C.R.(1985).“Evaluation of Manufactured Stone Sand for Use in Virginia,” Construction Materials Research and Development, Project 11-3.68, Vulcan Materials Company, March, 39 - XVIII - [52] Fehrl Reportt/01-Ellpag phase (2009), A guide the use of Longlife Semi-Rigid Pavement, FEHRL-ISSN 1362-6019 [53] Hudson, B.(1997), “Manufactured sand: destroying some myths,” Quarry, pp.58-63 [54] Hudson, B.P (1997) “Manufactured Sand for Concrete,” International Center for Aggregate Research Symposium, Proceedings E2-2-1, Austin, Texas [55] Hudson,B (1999).“Modification to the Fine Aggregate Angularity Test,” Proceedings, Seventh Annual International Center for Aggregates Research Symposium, Austin, TX [56] Järvenpää,H.,(2001): “Quality characteristics of fine aggregates and controlling their effects on concrete”, Acta Polytechnica Scandinavia, Helsinki University of technology PhD Thesis 189 pp [57] Johansen, V.and Andersen, P.J.(1989), “Particle Packing and Concrete Properties”, Material Science of Concrete II, eds Skalny, J and Mindess,S.,pp 111-148 [58] Johansson, L.(1979), “The Effect of Aggregate Grading and Mix Proportions on the Workability for Concrete Made with Entirely Crushed Aggregate”, Studies on Concrete Technology, Swedish Cement and Concrete Research Institute, pp 147-160 [59] Kalcheff, I.(1977).“Portland Cement Concrete with Stone Sand,” Special Engineering Report, National Crushed Stone Association.Kandhal, P S and Parker, F Jr (1998).“Aggregate Tests Related to Asphalt Concrete Performance in Pavements,” Report 405, National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board [60] Kim, J.-K., Lee, C.-S., Park, C.-K., and Eo, S.-H (1997).“The Fracture Characteristics of Crushed Limestone Sand Concrete.” Cement and Concrete Research, 27 (11), 1719-1729 [61] Li Beixing, Wang Jiliang, Zhou Mingkai (2009): “Effect of limestone fines content in manufactured sand on durability of low- and highstrength concretes”, China [62] Los-berg A.(1960), “Structurally Reinforced Concrete Pavements” Doktorsavhandlingar vid Chalmers Tekniska Hogskola, Goteborg, Sweden - XIX - [63] Mark James Krinke (October, 2004), the effect of admixtures in concrete containing manufactured sand, University of Southern Queensland, Australia [64] Mark Alexander and Sidney Mindess (2010), aggregates in concrete, Taylor & Francis [65] Dr.Powell (April, 2000), PROCESSING AGGREGATES TO IMPROVE PARTICLE SHAPE Aggregates Asphalt concrete, bases, and fines, 8th Annual Symposium proceedings [66] Quiroga, P.N and Fowler, D.W (2004), Guidelines for Proportioning Optimized Concrete Mixtures With High Microfines, ICAR Research Report ICAR 104, International Center for Aggregate Research, University of Texas, Austin, TX, 33 [67] Räisänen, M.,(2004), Relationships between texture and mechanical properties of hybrid rocks from the Jaala–Iitti complex, southeastern Finland”, Engineering Geology 74 (2004) 197– 211 [68] Process of sand making plant of the Openasia Co.,ltd of Sandvik Group (2007) [69] Shetty M.S (2003), Concrete Technology (Theory and practice), RAM Narga, New Delhi-110 055 [70] Shewaferaw Dinku Belay of the ADDIS ABABA University (2006), The use of manufactured sand in concrete, Ethiopia [71] Shilstone, J.M.Sr.(1990), “Concrete Mixture Optimization”, Concrete International: Design and Construction, Vol.12, No.6, pp 33-39 [72] Smith, M.R & Collis (1993), Aggregates, sand, gravel and crushed rock aggregates for construction purposes (second edition),Geological Society Engineering Geology Special Publication No.9 Published by The Geological Society [73] Technical Report 34, 2nd edn (1994), The Concrete Society, ISBN 0-946691-49-5 [74] MS Shetty (2003), concrete technology, S.chand and company ltd Ramnager, new delhi-110055 [75] Westergaard, H.M.(1926), Stresses in Concrete Pavements Computed by Theoretical Analysis, Public Roads, Vol.7, No.2, Apr [76] B.G Xkramtaev, P.F Subankin, IU.M Bazenov (1977), Phương pháp xác định thành phần loại bê tông,Vụ kỹ thuật Bộ thủy lợi, Nhà máy in Diên Hồng, Hà Nội ... 3: Nghiên cứu thực nghiệm bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay cát tự nhiên +) Chương 4: Nghiên cứu sử dụng cát xay, hỗn hợp cát xay - cát tự nhiên phụ gia xây dựng mặt đường bê tông xi măng. .. tông xi măng làm đường ô tô cịn tồn hạn chế định Vì đề tài : ? ?Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay - cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng xây dựng đường ô tô? ?? cần thiết... quan về tông xi măng sử dụng cát xay – cát tự nhiên sản xuất bê tông xi măng xây dựng đường ô tơ +) Chương 2: Thuộc tính vật liệu dùng chế tạo bê tông xi măng cát xay khu vực Đông Nam Bộ +) Chương