NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NỘI ĐỒNG BÃI TRẰM LÀM ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH HIẾU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NỘI ĐỒNG BÃI TRẰM LÀM ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH HIẾU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NỘI ĐỒNG BÃI TRẰM LÀM ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 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 Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Minh Hiếu ii NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NỘI ĐỒNG BÃI TRẰM LÀM ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Học viên: Nguyễn Minh Hiếu Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng Mã số: 8580205 Khóa: K36 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Ngành xây dựng ngày phát triển, cát ngày cạn kiệt Nghiên cứu có nguồn nguyên liệu thay cát lịng sơng đảm bảo chất lượng, có tài ngun dự báo đủ lớn giá thành hợp lý để làm vật liệu xây dựng - cốt liệu nhỏ cho bê tông địa bàn tỉnh Cát nội đồng Bãi Trằm loại cát mịn có tiêu kỹ thuật, đáp ứng yêu cầu cho sản xuất bê tông, thành phần hạt cát mịn không thỏa mãn phạm vi cho phép TCVN 7570:2006 Đề tài trình bày kết phân tích ảnh hưởng tỷ lệ cát mịn/cát sơng đến tính chất bê tơng Qua đó, lựa chọn thành phần bê tơng có cường độ chịu nén bê tơng sử dụng cát mịn xấp xỉ 30 MPa, độ mài mòn nhỏ 0,3 g/cm2, cường độ chịu kéo nhỏ MPa Những thông số cho thấy, bê tông sử dụng cát mịn nội đồng phù hợp để chế tạo mặt đường bê tông nông thôn có giá thành vật liệu sản xuất bê tơng giảm đến 6% so với phương án sử dụng cát sông Từ khóa – bê tơng xi măng, cát mịn, mặt đường, cường độ độ, mài mòn RESEARCH ON USING CAT POMELINE CONCRETE ROADS TO MAKE CEMENT CONCRETE ROADS IN PHU LOC DISTRICT, THUA THIEN HUE PROVINCE Abstract: Construction industry is growing, while sand is increasingly exhausted Study to obtain a quality assurance source of alternative material for river-bed sand, with sufficient forecast resources and reasonable price to make construction material - small aggregate for concrete in the province In-field sand at Bai Tram is a fine sand with technical specifications meeting the requirements for concrete production, but the particle composition of fine sand does not satisfy the allowable scope of TCVN 7570:2006 The thesis has presented analytical results of the effect of the ratio of fine sand/river sand on the properties of concrete Thereby, concrete components with compressive strength of concrete using fine sand of approximately 30 MPa, abrasion less than 0.3 g/cm2, tensile strength less than MPa have been chosen These parameters reveal that the concrete using fine fine sand is suitable for making rural concrete pavement and has the cost of concrete production materials decreased by 6% compared to the plan of using river sand Key words - cement concrete, fine sand, road surface, 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 luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN MẶT ĐƯỜNG BTXM VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁT MỊN TRONG HỖN HỢP BTXM LÀM MẶT ĐƯỜNG 1.1 MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG .3 1.1.1 Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng .3 1.1.2 Tình hình sử dụng mặt đường bê tông giới nước 10 1.1.3 Tình hình sử dụng mặt đường bê tơng huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế .11 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁT NỘI ĐỒNG (CÁT MỊN) TRONG BÊ TÔNG 12 1.2.1 Khái niệm cát nội đồng 12 1.2.2 Ứng dụng việc sử dụng cát mịn xây dựng 14 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG .15 CHƯƠNG YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ KẾ HOẠCH THÍ NGHIỆM 16 2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT VẬT LIỆU THÀNH PHẦN 16 2.1.1 Cát chế tạo bê tông vữa (TCVN 7570:2006) 16 2.1.2 Cốt liệu lớn (TCVN 7570:2006) 17 2.1.3 Nước chế tạo bê tông (TCVN 4506 : 2012) 18 2.1.4 Phụ gia xây dựng (TCVN 8826:2011) 19 2.1.5 Xi măng .19 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU TỚI TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG 20 2.2.1 Ảnh hưởng cát mịn đến tính chất bê tông 20 2.2.2 Ảnh hưởng đá xi măng 21 2.2.3 Ảnh hưởng cốt liệu (đá dăm cát tự nhiên) .21 2.3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ĐẦU VÀO .21 2.3.1 Cát mịn bãi Trằm 21 2.3.2 Cát sông 23 2.3.3 Đá dăm 25 2.3.4 Xi măng .26 iv 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG [3] .27 2.4.1 Khái niệm 27 2.4.2 Các phương pháp tính tốn cấp phối bê tông .27 2.5 KẾ HOẠCH THÍ NGHIỆM 28 2.5.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén [21] 29 2.5.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn .30 2.5.3 Thí nghiệm xác định độ mài mịn bê tơng [22] 30 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG .31 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT MỊN BÃI TRẰM LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 32 3.1 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 32 3.1.1 Cường độ chịu nén bê tông 32 3.1.2 Cường độ chịu kéo uốn bê tông .37 3.1.3 Độ mài mịn bê tơng .40 3.2 LỰA CHỌN CẤP PHỐI TỐI ƯU VỚI CÁT MỊN BÃI TRẰM 41 3.3 TÍNH TỐN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 42 3.3.1 Thiết kế .42 3.3.2 Phân tích kết tính toán .43 3.3.2 Nhận xét 51 3.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ .51 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG .53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Bảng phân cấp kỹ thuật đường ô tô theo chức đường lưu lượng thiết kế 1.2 Tốc độ thiết kế cấp đường 1.3 Tốc độ thiết kế tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế 1.4 Tổng hợp phân cấp kỹ thuật đường theo chức đường lưu lượng xe thiết kế (Nn) 1.5 Chiều dày BTXM thông thường tùy theo cấp hạng đường quy mô giao thông (tham khảo) 1.6 Trị số mô đun đàn hồi tính tốn loại BTXM 10 2.1 Thành phần hạt cát 16 2.2 Thành phần hạt cốt liệu lớn 17 2.3 Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu lớn làm đường bê tông xi măng 18 2.4 Yêu cầu kỹ thuật xi măng pooc lăng hỗn hợp 20 2.5 Các tiêu kỹ thuật cát mịn 22 2.6 Thành phần hạt cát mịn 22 2.7 Các tiêu kỹ thuật cát sông 23 2.8 Thành phần hạt cát sông 24 2.9 Các tiêu kỹ thuật đá dăm tự nhiên 25 2.10 Thành phần hạt đá dăm tự nhiên 25 2.11 Các tiêu kỹ thuật xi măng 26 2.12 Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông 29 2.13 Tổng hợp số lượng mẫu thử 29 3.1 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CM0 32 3.2 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CM20 33 3.3 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CM40 33 3.4 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CM60 34 3.5 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CM80 34 3.6 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối CM100 35 3.7 Kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối 35 3.8 Kết thí nghiệm cường độ kéo bê tông CM0 37 vi Số hiệu Tên bảng bảng Trang 3.9 Kết thí nghiệm cường độ kéo bê tơng CM20 37 3.10 Kết thí nghiệm cường độ kéo bê tông CM40 38 3.11 Kết thí nghiệm cường độ kéo bê tơng CM60 38 3.12 Kết thí nghiệm cường độ kéo bê tơng CM80 38 3.13 Kết thí nghiệm cường độ kéo bê tông CM100 39 3.14 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm cường độ kéo bê tơng 39 3.15 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm mài mịn bê tơng 40 3.16 Tính tốn kết cấu áo đường cứng với cát sơng 46 3.17 Tính tốn kết cấu áo đường cứng với cát mịn bãi Trằm 49 3.18 Bảng tổng hợp chi phí xây dựng 52 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1 Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng thơng thường có khe nối 1.2 Thi cơng mặt đường BTXM nước 1.3 Bản đồ tỉnh Thừa Thiên Huế 12 1.4 Khu vực mỏ cát nội đồng Bãi Trằm 13 2.1 Cát mịn bãi Trằm, xã Lộc Thủy 22 2.2 Biểu đồ thành phần hạt cát mịn 23 2.3 Biểu đồ thành phần hạt cát sông 24 2.4 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm 26 2.5 Cát mịn nội đồng lấy bãi Trằm 30 2.6 Bảo dưỡng bê tông bể ngâm mẫu 31 2.7 Nén mẫu bê tông 31 3.1 Biểu đồ cường độ nén bê tông phát triển theo thời gian 36 3.2 Biểu đồ cường độ nén cấp phối bê tông tuổi 7, 14 28 ngày 36 3.3 Biểu đồ cường độ chịu kéo uốn bê tông 40 3.4 Biểu đồ độ mài mịn bê tơng 41 3.5 Biểu đồ thành phần hạt cát (40% cát sông 60% cát mịn) 42 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Phát triển hệ thống sơ sở hạ tầng, có hệ thống đường giao thơng nhu cầu cấp bách nhiều địa phương nước Để nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật, thi công xây dựng đường bê tông xi măng cần sử dụng tối đa vật liệu chỗ nhằm giảm chi phí vận chuyển Cát xây dựng địa bàn khai thác chủ yếu lòng 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 mơi trường Chính vậy, tỉnh Thừa Thiên Huế quan liên quan đẩy mạnh hoạt động kiểm sốt khai thác cát sơng Hiện nay, nguồn cung cấp cát ngày khan nguyên nhân đẩy giá cát lên cao UBND tỉnh Thừa Thiên Huế giao Sở Xây dựng xây dựng lộ trình thay cát lịng sơng sở đánh giá trữ lượng số vật liệu thay như: đá mi, cát nhân tạo (cát xay từ đá)…và cát nội đồng vật liệu xem nguồn thay tốt [1] Khối lượng cát nội đồng, ven đầm phá Tam Giang tập trung huyện Phú Lộc, Phú Vang, Quảng Điền, Phong Điền có trữ lượng cát mịn lớn với trữ lượng dự báo 1.466.000 m3 [30] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 [19] khuyến cáo cát mịn có thành phần hạt phù hợp tiêu chuẩn, có mơ đun độ lớn từ 0,7 đến 2,0 sử dụng cho bê tơng cấp cường độ từ B15 đến B25 Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga GOST 26633-91 (2003) cho phép sử dụng cát có mơ đun độ lớn từ 1,0 đến 1,5 chế tạo bê tông cấp cường độ chịu nén B30 Trong đó, tiêu chuẩn nước Châu Âu Hoa Kỳ không đưa giới hạn cụ thể cường độ bê tông sử dụng cát mịn [6] Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn sản xuất bê tông triển khai nhiều nước giới từ sớm Các kết cho thấy cát mịn sử dụng để chế tạo bê tơng xi măng Do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát nội đồng bãi Trằm làm đường bê tông xi măng địa bàn huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế” cần thiết có sở khoa học Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Sử dụng cát nội đồng làm cốt liệu mịn thay cát tự nhiên cấp phối bê tông xi măng - Mục tiêu cụ thể: đánh giá tính chất lý cát nội đồng đề xuất tỷ lệ thay cát tự nhiên cát nội đồng để chế tạo mặt đường bê tông xi măng Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Cát nội đồng thuộc bãi Trằm, xã Lộc Thủy, huyện Phú Lộc; - Bê tông xi măng sử dụng cát nội đồng thay cát tự nhiên 3.2 Phạm vi nghiên cứu