Nghiên cứu sử dụng cát nghiền tại thành phố đà nẵng thay thế cát sông cho bê tông thương phẩm dùng trong công trình cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ HỒNG TRÍ “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TẠI THÀNH PHỐ C C ĐÀ NẴNG THAY THẾ CÁT SÔNG CHO BÊ TƠNG THƢƠNG PHẨM DÙNG TRONG CƠNG TRÌNH CẦU” R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ HỒNG TRÍ “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THAY THẾ CÁT SÔNG CHO BÊ TÔNG THƢƠNG PHẨM DÙNG TRONG CƠNG TRÌNH CẦU” C C R L T Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng DU Mã số : 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH PHƢƠNG NAM Đà Nẵng - Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn C C Vũ Hồng Trí DU R L T MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát: 2.2 Mục tiêu cụ thể: Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN THAY THẾ CÁT TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ HẠNG MỤC CỦA CƠNG TRÌNH CẦU 1.1 Hỗn hợp bê tông bê tông sử dụng cát nghiền 1.1.1 Khái niệm cát nghiền 1.1.2 Khái niệm hỗn hợp bê tông trộn sẵn, bê tông thông thƣờng 1.1.3 Khái niệm bê tông sử dụng cát nghiền đá phế phẩm < mm 1.2 Đặc điểm bê tông đƣợc thay cát nghiền, đá phế phẩm nhỏ mm 1.2.1 Tính chất cát nghiền đá phế phẩm nhỏ mm 1.2.2 Một số đặc điểm hỗn hợp bê tông bê tông sử dụng cát nghiền 1.2.3 Tính kinh tế hỗn hợp bê tông bê tông sử dụng cát nghiền đá phế phẩm nhỏ mm (đá mạt) 1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng bê tông bê tông đƣợc thay, cát nghiền Đà Nẵng, Việt Nam giới 1.3.1 Tình hình ứng dụng bê tông sử dụng cát nghiền giới 1.3.2 Tình hình ứng dụng bê tơng sử dụng cát nghiền Việt Nam 10 1.2.3 Tình hình ứng dụng bê tơng sử dụng cát nghiền Đà Nẵng 11 1.4 Kết luận chƣơng 11 CHƢƠNG KHẢO SÁT NGUỒN VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU 12 2.1 Đề xuất vật liệu nghiên cứu: 12 2.1.1 Cốt liệu nhỏ: 12 2.1.2 Cốt liệu lớn: 12 2.1.3 Chất kết dính phụ gia: 12 2.2 Thí nghiệm tiêu lý vật liệu (đá dăm, cát nghiền, cát sông, xi măng) 12 2.2.1: Cốt liệu lớn (đá dăm): 12 2.2.2: Cốt liệu nhỏ (Cát sông): 14 C C DU R L T 2.2.3: Chất kết dính (Xi măng): 16 2.2.4: Cốt liệu nhỏ (Cát nghiền): 17 2.2.4.1 Mẫu cát nghiền Hố chuồn, xã Hòa Ninh - TP Đà Nẵng 17 2.2.4.2 Mẫu đá phế phẩm: Hố chuối 19 2.2.4.3 Mẫu đá phế phẩm: Đà Sơn (A) 20 2.2.4.4 Mẫu đá phế phẩm: Đà Sơn (II) 21 2.2.4.5 Mẫu đá phế phẩm: Phƣớc tƣờng 23 2.3 Xử lý nguồn đá mạt theo yêu cầu kỹ thuật cát nghiền nghiên cứu, đề xuất cải tạo nguồn đá phẩm địa bàn 25 2.3.1 Lựa chọn vật liệu dùng cho nghiên cứu cải tạo tính chất vật liệu 25 2.3.1.1 Một số phƣơng pháp xử lý thành phần hạt mịn sản xuất cát nghiền 26 2.3.1.2 Xử lý thành phần hạt mịn thí nghiệm tiêu lý vật liệu 27 2.3.2 Tính tốn phối trộn tỷ lệ sử dụng Cát sông/Cát nghiền dùng cấp phối bê tông: 29 2.4 Đề xuất cấp phối thực nghiệm xác định cấp phối chuẩn 30 2.4.1 Cơ sơ thiết kế cấp phối: 30 2.4.2 Cấp phối thiết kế: 33 2.5 Kết luận chƣơng 35 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TRONG CƠNG TRÌNH CẦU HIỆU QUẢ KINH TẾ 36 3.1 Độ lƣu động, thời gian suy giảm độ lƣu động hỗn hợp bê tông 36 3.1.1 Cơ sơ tiến hành thí nghiệm: 36 3.1.2 Quá trình thực hiện: 36 3.1.3 Kết thí nghiệm: 37 3.1.3.1 cấp phối bê tông thiết kế: C30; Độ sụt: 16 ± cm 37 3.1.3.2 cấp phối bê tông thiết kế: C40; Độ sụt: 16 ± cm 39 3.1.3.3 cấp phối bê tông thiết kế: C50; Độ sụt: 16 ± cm 40 3.2 Cƣờng độ bê tông 41 3.2.1 Quá trình thực hiện: 41 3.2.2 Kết thí nghiệm: 42 3.2.2.1 cấp phối bê tông thiết kế: C30 (7 ngày tuổi) 43 3.2.2.2 cấp phối bê tông thiết kế: C40 (7 ngày tuổi) 44 3.2.2.3 cấp phối bê tông thiết kế: C50 (28 ngày tuổi) 45 3.3 Mô đun đàn hồi bê tông 46 3.3.1 Quá trình thực hiện: 46 3.3.2 Xử lý tính tốn kết quả: 47 3.3.2.1 Tính tốn giá trị thí nghiệm mơ đun đàn hồi theo phƣơng pháp thử ASTM C469:94 47 C C DU R L T 3.3.2.2 Tính tốn giá trị mơ đun đàn hồi theo TCVN 11823-5:2017 cƣờng độ chịu nén mẫu thử: 48 3.3.2.3 Nhận xét kết thí nghiệm: 49 3.4 Cƣờng độ chịu kéo 51 3.4.1 Quá trình thực hiện: 51 3.4.2 Xử lý tính tốn kết quả: 52 3.4 Hiệu kinh tế 54 3.5 Kết luận chƣơng 54 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 4.1 Kết luận: 56 4.2 Kiến nghị: 56 C C DU R L T TÓM TẮT “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THAY THẾ CÁT SƠNG CHO BÊ TƠNG THƢƠNG PHẨM DÙNG TRONG CƠNG TRÌNH CẦU” Học viện: Vũ Hồng Trí Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Khóa K37 - Trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: - Hiện nay, cát sông dần khan nhu cầu xây dựng tăng cao Ngoài khai thác cát sông mức ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng Tuy nhiên cát thành phần khơng thể thiếu bê tơng, nên việc tìm kiếm nghiên cứu vật liệu thay cát sông cần thiết Chính lẽ đó, đề tài tập trung vào nghiên cứu khảo sát, đánh giá nguồn vật liệu phế phẩm đá mạt địa phƣơng theo tính chất lý cát nghiền, từ thiết kế thực nghiệm thành phần cấp phối theo định hƣớng thay cho cát sông hỗn hợp bê tơng nhƣng đảm bảo tính cơng tác (độ sụt), khả lƣu giữ độ sụt hỗn hợp bê tơng thƣơng phẩm, tính chất lý cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu kéo, mô đun đàn hồi bê tông lĩnh vực Cầu nói riêng, nhằm đƣa hƣớng giải nguồn vật liệu phế phẩm sản xuất đá vấn đề khan nguồn cát sông địa bàn - Kết nghiên cứu rằng, sau tiến hành bƣớc xử lý thành phần hạt mịn đá phế phẩm để đảm bảo theo yêu cầu kỹ thuật cát nghiền, nguồn vật liệu sau thay cho cát sông theo tỷ lệ phối trộn, đảm bảo đƣợc tính cơng tác cho hỗn hợp bê tông thƣơng phẩm, cƣờng độ, mô đun đàn hồi bê tơng sử dụng cơng trình Cầu - Các nội dung thảo luận chi tiết đƣợc trình bày luận văn C C R L T DU Từ khóa: cát nghiền, thay cát, độ sụt, cƣờng độ, mô đun đàn hồi “A STUDY ON USING CRUSHED SAND IN DA NANG CITY REPLACING RIVER SAND FOR COMMERCIAL CONCRETE IN BRIDGE CONSTRUCTION” Abstract Currently, river-sand is gradually scarce due to high construction demand In addition, excessive exploitation of river sand will seriously affect the environment However, sand is an indispensable component for concrete, so finding and researching alternative materials for river sand is very necessary Therefore, curent topic focuses on researching, surveying and assessing the local source of waste stone based on the mechanical properties of crushed sand Then, design and experiment of the grading components to replace river sand in the concrete mixture, but still ensures workability (slump), slump retention capacity in the commercial concrete mixture, physical properties of compressive strength, tensile strength, elastic modulus of concrete, in order to provide solution for the source of waste materials in stone production and the scarcity of river sand The research results show that, after processing the fine grained composition of the waste stone to ensure the technical requirements of the crushed sand, this material still ensure the workability of commercial concrete mixes, strength, elastic modulus of concrete used in the Bridge project The detailed discussion will be presented in this thesis Keywords: crusshed-sand , sand replacement, slump of concrete, strength, elastic modulus CÁC KÝ HIỆU: f'c f'r Cƣờng độ chịu nén bê tông Cƣờng độ kéo chẻ bê tông TỪ NGỮ VIẾT TẮT BTXM HHBT TCVN Bê tông xi măng Hỗn hợp bê tông Tiêu chuẩn Việt Nam C C DU R L T DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 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 2.14 2.15 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Tên bảng Trang Kết thí nghiệm lý đá dăm Kết thí nghiệm thành phần hạt đá dăm Kết thí nghiệm lý cát sơng Kết thí nghiệm thành phần hạt cát sơng Kết thí nghiệm lý xi măng Kết thí nghiệm thành phần hạt Cát nghiền Hố Chuồn Kết thí nghiệm thành phần hạt Đá phế phẩm < 5mm Hố Chuối Kết thí nghiệm thành phần hạt Đá phế phẩm < 5mm Đà Sơn (A) Kết thí nghiệm thành phần hạt Đá phế phẩm < 5mm Đà Sơn (II) Kết thí nghiệm thành phần hạt Đá phế phẩm < 5mm Phƣớc Tƣờng Kết thí nghiệm thành phần hạt cát nghiền xử lý Kết thí nghiệm tiêu lý cát nghiền Thành phần hạt phối trộn theo tỉ lệ cát sông/cát nghiền Thành phần cấp phối bê tông thiết kế C30 C40 Thành phần cấp phối bê tông thiết kế C30 C50 Kết theo dõi tính cơng tác hỗn hợp bê tông C30 SN: 16±2 cm Kết theo dõi tính cơng tác hỗn hợp bê tơng C40 SN: 16±2 cm Biểu đồ theo dõi tính công tác hỗn hợp bê tông C50 SN: 16 ± cm Kết thí nghiệm cƣờng độ mẫu bê tơng thiết kế C30 Kết thí nghiệm cƣờng độ mẫu bê tơng thiết kế C40 Kết thí nghiệm cƣờng độ mẫu bê tông thiết kế C50 Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi bê tơng Bảng giá trị mơ đun đàn hồi tính theo TCVN 11823-5:2017 Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi theo tính tốn thí nghiệm Kết thí nghiệm cƣờng độ kéo chẻ bê tông 13 14 15 16 17 18 19 21 22 C C DU R L T 24 28 28 30 34 35 38 39 40 43 44 45 48 49 49 53 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ 1.1 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 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 Tên hình vẽ Trang Cát nghiền dùng xây dựng Mỏ đá Hố Chuồn Biểu đồ thành phần hạt đá dăm Dmax = 20, phối trộn Khu khai thác, tập kết Cát sông khu vực Cầu Hà Nha Biểu đồ thành phần cát sông Đá dăm đá phế phẩm khai thác mỏ đá Hố Chuồn Biểu đồ thành phần cát nghiền Hố Chuồn Mỏ đá Hố Chuối Biểu đồ thành phần Đá phế phẩm < 5mm Hố Chuối Mỏ đá Đà Sơn (A) Biểu đồ thành phần Đá phế phẩm < 5mm Đà Sơn (A) Mỏ đá Đà Sơn (II) Biểu đồ thành phần Đá phế phẩm < 5mm Đà Sơn (II) Mỏ đá Phƣớc Tƣờng C C R L T Biểu đồ thành phần Đá phế phẩm < 5mm Phƣớc Tƣờng Thiết bị rửa, trình sản xuất cát nghiền Cát nghiền qua trình sàng ƣớt Gạn rửa, xử lý hạt mịn cát nghiền Biểu đồ thành phần hạt cát nghiền xử lý Biểu đồ thành phần hạt phối trộn cát sông - cát nghiền Kiểm soát nhiệt độ hỗn hợp bê tông theo điều kiện hỗn hợp bê tông tƣơi Kiểm tra khả trì độ lƣu động hỗn hợp bê tông theo thời gian Biểu đồ theo dõi tính cơng tác hỗn hợp bê tơng C30 SN: 16 ± cm Biểu đồ theo dõi tính công tác hỗn hợp bê tông C40 SN: 16 ± cm Biểu đồ theo dõi tính cơng tác hỗn hợp bê tông C50 SN: 16 ± cm Dƣỡng hộ mẫu bê tông Nén mẫu xác định cƣờng độ Biểu đồ phát triển cƣờng độ bê tông C30 theo thời gian Biểu đồ phát triển cƣờng độ bê tông C40 theo thời gian Biểu đồ phát triển cƣờng độ bê tông C40 theo thời gian Thí nghiệm mơ đun đàn hồi mẫu Biểu đồ quan hệ mô đun đàn hồi tỷ lệ Cát sông/cát nghiền DU 13 14 15 16 17 18 19 20 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 37 37 38 39 41 42 42 43 44 45 47 50 59 [14] TCVN 9340:2012 (2012), Tiêu chuẩn Việt Nam, Hỗn hợp bê tông trộn sẵn – Yêu cầu đánh giá chất lƣợng nghiệm thu, NXB Xây Dựng, Hà Nội [15] TCVN 3105:1993 (1993), Tiêu chuẩn Việt Nam, Hỗn hợp bê tông nặng bê tông tặng – Lấy mẫu, chế tạo bảo dƣỡng mẫu thử, NXB Xây Dựng, Hà Nội [16] TCVN 3106:1993 (1993), Tiêu chuẩn Việt Nam, Hỗn hợp bê tông nặng Phƣơng pháp thử độ sụt, NXB Xây Dựng, Hà Nội [17] Nguyễn Đức Tuấn, Trần Thị Hoàng Anh (2018), “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền chế tạo bê tông tự đầm mac cao ứng dụng cơng trình xây dựng”, Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học, trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng năm học 2017-2018 Kỷ yếu hội nghị Đà Nẵng, tháng C C [18] TS Huỳnh Phƣơng Nam, ThS Nguyễn Thị Tuyết An, ThS Đỗ Thị Phƣơng (2016) “Vật liệu xây dựng đại cƣơng”, Sách, NXB xây dựng, R L T [19] Nguyễn Đức Trọng (2013), “Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đƣờng bê tông xi măng xây dựng DU đƣờng ôtô”, Luận văn Tiến Sĩ, Đại học Giao thông vận tải Hà Nội [20] https://danang.gov.vn/chinh-quyen/ , cổng thông tin thành phố Đà Nẵng Tiếng Anh [21] ASTM C469:94 (1994) Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson's Ratio of Concrete in Compression [212] ASTM C39 / C39M – 20 Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens [23] J.K.Kim (1997) The fracture charasteristies of crushed lime stone and concrete Cement and concrete research Vol 27, No 11, page 1719-1729 [24] Andrzej B Ajdukiewicz and Alina T Kliszczewicz (2007), “Comparative Tests of Beams and Columns Made of Recycled Aggregate Concrete and Natural Aggregate Concrete”, Journal of Advanced Concrete Technology Vol 5, No 2, 259-273, June 2007 PHỤC LỤC C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VŨ HỒNG TRÍ “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THAY THẾ CÁT SÔNG CHO BÊ TƠNG THƢƠNG PHẨM DÙNG TRONG CƠNG TRÌNH CẦU” C C R L T Chuyên... TÓM TẮT “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THAY THẾ CÁT SÔNG CHO BÊ TÔNG THƢƠNG PHẨM DÙNG TRONG CÔNG TRÌNH CẦU” Học viện: Vũ Hồng Trí Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao... sử dụng cơng trình cầu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Đá phế phẩm (đá mạt) địa bàn thành phố Đà Nẵng bê tông sử dụng cát nghiền 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng