Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng cát biển khu vực thừa thiên huế tới sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông

Bê tông xi măng là vật liệu có tính bền vững cao được sử dụng rộng rãi trong hạ tầng xây dựng Với nhu cầu sử dụng vật liệu phục vụ cho các công trình xây dựng ngày càng cao như hiện nay nguồn nguyên liệu cát vàng đang ngày càng khan hiếm và khai thác cát cũng mang lại rất nhiều tác động xấu đến môi trường hoặc tại một số vùng địa phương của nước ta hải đảo vùng thường xuyên ngập mặn việc khai thác và sử dụng cát nước đạt các chỉ tiêu cơ lý cho sản xuất bê tông là hết sức khó khăn Vì vậy nghiên cứu tìm vật liệu mới có khả năng thay thế cho một số thành phần trong bê tông đang trở nên cần thiết hiện nay Đề tài thực nghiệm chế tạo bê tông xi măng sử dụng cát biển nước biển của biển Thuận An tỉnh Thừa Thiên Huế nhằm đánh giá ảnh hưởng của các loại vật liệu này tới sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông từ đó tìm ra nguyên nhân của ảnh hưởng và đề ra phương hướng khắc phục để tiến tới mục đích lâu dài là biến cát biển nước biển Thuận An có thể thay thế cho các vật liệu tương đương trong bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM TRƢỜNG HIẾU NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÁT BIỂN KHU VỰC THỪA THIÊN - HUẾ TỚI SỰ PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trƣơng Hồi Chính Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii CÁC KÝ HIỆU iii CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ .vii MỞ ĐẦU 1 Tính cần thiết đề tài Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1 Tổng quan bê tông vật liệu cấu thành 1.1.1 Tổng quan bê tông 1.1.1.1 Phân loại bê tông 1.1.1.2 Cấu trúc bê tông 1.1.2 Các vật liệu cấu thành 1.1.2.1 Xi măng 1.1.2.2 Cốt liệu nhỏ (Cát) 1.1.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi) 1.1.2.4 Nƣớc 1.1.2.5 Chất phụ gia 1.2 Nguyên lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa xi măng 1.2.1 Giai đoạn hòa tan 11 1.2.2 Giai đoạn hóa keo 11 1.2.3 Giai đoạn kết tinh 11 1.3 Một số nghiên cứu giới ảnh hƣởng cát biển, nƣớc biển đến chất lƣợng bê tông 11 1.3.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng cốt liệu khai thác từ biển để chế tạo bê tông giới nước 11 1.3.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 11 1.3.1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 12 1.3.2 Ảnh hưởng cát biển, nước biển trình chế tạo 12 1.3.3 Ảnh hưởng cát biển, nước biển trình khai thác sử dụng 13 Nhận xét chƣơng 13 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 14 2.1 Đặc điểm môi trƣờng biển miền Trung Việt Nam 14 2.1.1 Đặc điểm chung 14 2.1.2 Đặc điểm khu vực Thuận An 15 2.2 Phƣơng pháp tiêu cần đánh giá sử dụng cát biển 16 2.1.1 Phương pháp đánh giá 16 2.1.2 Các tiêu cần đánh giá 16 2.3 Phƣơng pháp tiêu cần đánh giá sử dụng nƣớc biển 16 2.3.1 Phương pháp đánh giá 16 2.3.2 Các tiêu cần đánh giá 16 2.4 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén bê tông thực nghiệm (Theo TCVN 3118:1993) 17 2.4.1 Thiết bị thử 17 2.4.2 Chuẩn bị mẫu thử 17 2.4.2.1 Đúc mẫu 18 2.4.2.2 Bảo dƣỡng mẫu 19 2.4.3 Tiến hành thử 20 2.4.3.1.Xác định diện tích chịu lực mẫu 20 2.4.3.2 Xác định tải trọng phá hoại mẫu 20 2.4.4 Tính kết 20 2.5 Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén bê tông 21 2.5.1 Ảnh hưởng hàm lượng muối chứa cát biển 21 2.5.2 Ảnh hưởng hàm lượng muối chứa nước biển 21 2.5.3 Mác xi măng tỷ lệ X/N 23 2.5.4 Hàm lượng tính chất cốt liệu 24 2.5.5 Cấu tạo bê tông 25 2.5.6 Phụ gia tăng dẻo 26 2.5.7 Phụ gia đông kết nhanh 26 2.5.8 Cường độ bê tông tăng theo thời gian 26 2.5.9 Điều kiện môi trường bảo dưỡng 26 2.5.10 Điều kiện thí nghiệm 26 Nhận xét chƣơng 27 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM 28 3.1 Mục đích thí nghiệm 28 3.2.Vật liệu sử dụng để chế tạo mẫu 28 3.2.1 Xi măng (Chất kết dính) 28 3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) 29 3.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm) 33 3.2.4 Nước 34 3.2.5 Chất phụ gia 35 3.3 Tính tốn thành phần cấp phối cho bê tông cấp B20 35 3.3.1 Chọn độ sụt 36 3.3.2 Xác định lượng nước (N) cho 1m3 bê tông 36 3.3.3 Xác định tỉ số chất kết dính/nước (X/N) 37 3.3.4 Tính tốn hàm lượng xi măng 39 3.3.5 Tính tốn hàm lượng cốt liệu lớn 39 3.3.6 Tính tốn hàm lượng cốt liệu nhỏ 41 3.4 Quy trình đúc mẫu (Theo TCVN 3105:1993 [8]) 42 3.4.1 Tính tốn liều lượng vật liệu cho mẻ trộn 42 3.4.2 Trộn hỗn hợp bê tông xác định độ sụt 43 3.4.3 Chọn khuôn đúc tiến hành đúc mẫu 44 3.4.4 Quy trình bảo dưỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993 ) 44 3.5 Quy trình nén mẫu kết thí nghiệm 45 3.5.1 Quy trình nén mẫu 45 3.5.2 Kết thí ngiệm - Cường độ nén tuổi t = 3, 7, 14, 28, 56, 84 ngày 45 Nhận xét chƣơng 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 Kết luận 48 Kiến nghị 48 Hƣớng nghiên cứu 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 -iLỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Nếu khơng nêu trên, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm đề tài Đà nẵng, ngày … tháng … năm 2017 Tác giả Phạm Trƣờng Hiếu - ii TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÁT BIỂN KHU VỰC THỪA THIÊN - HUẾ TỚI SỰ PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG Học viên: Phạm Trƣờng Hiếu Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 31 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Bê tơng xi măng vật liệu có tính bền vững cao đƣợc sử dụng rộng rãi hạ tầng xây dựng Với nhu cầu sử dụng vật liệu phục vụ cho cơng trình xây dựng ngày cao nhƣ nay, nguồn nguyên liệu cát vàng ngày khan khai thác cát mang lại nhiều tác động xấu đến môi trƣờng số vùng, địa phƣơng nƣớc ta (hải đảo, vùng thƣờng xuyên ngập mặn ) việc khai thác sử dụng cát, nƣớc đạt tiêu lý cho sản xuất bê tơng khó khăn Vì vậy, nghiên cứu tìm vật liệu có khả thay cho số thành phần bê tông trở nên cần thiết Đề tài thực nghiệm chế tạo bê tông xi măng sử dụng cát biển, nƣớc biển biển Thuận An, tỉnh Thừa Thiên Huế, nhằm đánh giá ảnh hƣởng loại vật liệu tới phát triển cƣờng độ chịu nén bê tơng, từ tìm ngun nhân ảnh hƣởng đề phƣơng hƣớng khắc phục để tiến tới mục đích lâu dài biến cát biển, nƣớc biển Thuận An thay cho vật liệu tƣơng đƣơng bê tơng Từ khóa – Bê tông, cát biển; nƣớc biển; cƣờng độ chịu nén STUDY ON THE INFLUENCE OF SEA SAND IN THUA THIEN HUE AREA TO THE DEVELOPMENT OF COMPRESSION RESISTANT STRENGTH OF CONCRETE Summary - Cement concrete is a highly sustainable material and it has been used widely in infrastructure construction With the high need of material using in construction, the source of golden sand material is increasingly scarce and sand mining also bring adverse impact on environment Or in some regions of our country (island, mangrove land ect.), mining sand and water with fully mechanical indicators for concrete production is extremely difficult Thus, the study on new alternative materials is now a necessary issue The experimental study of cement concrete production using sea sand, and sea water of Thuan An beach, Thua Thien Hue province, aimed to assess the impact of these materials to the development of compression resistant strength of concrete, to find out the cause of the influence and draw out solutions to reach the long-term purpose which is to turn Thuan An sea sand and water a replaced material source to the equivalent material in concrete production Key words – Concrete, sea sand, sea water, compression resistant strength - iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU v : Khối lƣợng thể tích bê tơng (kg/m3)  vd : Khối lƣợng thể tích xốp đá (g/cm3) d : Khối lƣợng thể tích đá (g/cm3) x : Khối lƣợng riêng xi măng (g/cm3) n : Khối lƣợng riêng nƣớc (g/cm3)  v' : A, A1: Cm: Dm: F: fc’: K1 : kd: Mđl: Nm: P: PGm: R: r: RBT: rd: Rx: Ry: Vh: Vm: α: ω: Khối lƣợng thể tích thực tế hỗn hợp bê tơng sau nén chặt (kg/m3) Hệ số chất lƣợng vật liệu theo TCVN Khối lƣợng vật liệu cát cần cho mẻ trộn (kg) Khối lƣợng vật liệu đá cần cho mẻ trộn (kg) Diện tích chịu lực nén viên mẫu (cm2) Cƣờng độ chịu nén bê tông 28 ngày tuổi điều kiện tiêu chuẩn Hệ số lèn chặt Hệ số dƣ vữa hợp lý Mô đun độ lớn Khối lƣợng nƣớc cần cho mẻ trộn (lít) Tải trọng phá hoại mẫu (daN) Khối lƣợng phụ gia cần cho mẻ trộn Cƣờng độ chịu nén viên mẫu (daN/cm2) Độ rỗng lƣợng nƣớc dƣ thừa Cƣờng độ nén bê tông (daN/cm2) Độ rỗng cốt liệu Mác xi măng (daN/cm2) Cƣờng độ bê tông theo ngày tuổi thứ y Thể tích hồ xi măng (lít/m3) Thể tích mẽ trộn (dm3) Hệ số tính đổi mẫu Lƣợng nƣớc liên kết hóa học tính % khối lƣợng xi măng - iv CÁC TỪ VIẾT TẮT AAR: ACI: ASTM: B: BTCT: C: D: LAS: N: PCB: QĐ – BXD: TCVN: X: Alkali-Aggregate Reaction America Concrete Institute American Society for Testing and Materials Cấp độ bền chịu nén bê tông Bê tông cốt thép Cát Đá dăm Laboratory Accreditation Scheme Nƣớc Portland Cement Blended Quyết định – Bộ Xây dựng Tiêu chuẩn Việt Nam Xi măng -vDANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 2.1 Bảng trị số α 21 3.1 Các tính chất lý cát sơng thuộc mỏ An Lỗ 30 3.2 Thành phần hạt cát sơng An Lỗ 30 3.3 Các tính chất lý cát biển thuộc mỏ Thuận An 32 3.4 Thành phần hạt cát biển thuộc mỏ Thuận An 32 3.5 Các tính chất lý đá dăm 1x2cm thuộc mỏ Ga Lôi 33 3.6 Thành phần hạt đá 34 3.7 Đột sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu 36 3.8 Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tơng (lít) 36 3.9 Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cho 1m3 bê tơng ứng với loại cấp phối (lít) 37 3.10 Hệ số chất lƣợng vật liệu A A1 38 3.11 Tỷ số X/N cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 39 3.12 Lƣợng xi măng cần cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 39 3.13 Hệ số dƣ vữa hợ lý (Kd) dùng cho hỗn hợp bê tơng dẻo (ĐS =2÷12cm); cốt liệu lớn đá dăm 40 3.14 Hệ số dƣ vữa hợ lý (Kd) cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 41 3.15 Lƣợng đá dăm cần cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 41 3.16 Lƣợng cát cần cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 42 3.17 Tổng hợp thành phần cốt liệu cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối 42 3.18 Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn 42 3.19 Khối lƣợng vật liệu cho mẻ trộn ứng với loại cấp phối 43 3.20 Cƣờng độ kháng nén trung bình mẫu thử 46 - 37 Lƣợng nƣớc xác định bảng ứng với cốt liệu lớn đá dăm, xi măng pooclăng thơng thƣờng có giá trị khơng đổi lƣợng xi măng sử dụng tính đƣợc cho 1m3 bê tơng khoảng 200 ÷ 400 kg/m3 Khi lƣợng xi măng sử dụng tính đƣợc cho 1m3 bê tơng lớn 400 kg/m3 lƣợng nƣớc tra bảng đƣợc điều chỉnh theo nguyên tắc cộng thêm 1lít cho 10 kg xi măng tăng Phụ gia sử dụng dạng bột đƣợc tính nhƣ xi măng để điều chỉnh lƣợng nƣớc Cụ thể nhƣ trƣờng hợp sau: Khi sử dụng cốt liệu lớn sỏi, lƣợng nƣớc giảm 10 lít Khi sử dụng xi măng PCB, xi măng PC xỉ lƣợng nƣớc cộng thêm 10 lít Khi sử dụng xi măng pooclăng puzolan, lƣợng nƣớc cộng thêm 15 lít Khi sử dụng cát có Mđl = 1÷1,4 lƣợng nƣớc tăng thêm lít Khi sử dụng cát có Mđl >3 lƣợng nƣớc giảm lít Các thơng số áp dụng để xác định lƣợng nƣớc (N) cho 1m3 bê tông đề tài: - Độ sụt: ÷ cm; - Xi măng Kim đỉnh PCB40; - Đá dăm Dmax= 20mm; - Cát: + Cát sông mỏ An Lỗ: Mđl = 2,55 < + Cát biển Thuận An: Mđl = 1,91 < Vậy chọn lƣợng nƣớc cho 1m3 bê tông nhƣ 3.9: Bảng 3.9 Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cho 1m3 bê tơng ứng với loại cấp phối (lít) Cát Đá Xi măng Kim Nƣớc Cấp phối Dmax (mm) N (lít) Mđl đỉnh Cấp phối 1,91 20 PCB40 210 Cấp phối 1,91 20 PCB40 210 Cấp phối 2,55 20 PCB40 205 3.3.3 Xác định tỉ số chất kết dính/nước (X/N) Đối với bê tơng thƣờng: X  1,4  2,5 N RBT  A.Rx ( R X X  0,5)   BT  0,5 N N A.Rx (2.3) - 38 Đối với bê tông cƣờng độ cao: RBT  A1 Rx ( X  2,5 N R X X  0,5)   BT  0,5 N N A1 Rx (2.4) Trong giới hạn đề tài tác giả chọn công thức bê tông thông thƣờng đƣợc tính tốn nhƣ cơng thức 2.3: RBT  A.Rx ( R X X  0,5)   BT  0,5 N N A.Rx (2.3) Với: + Rx: mác xi măng (xi măng PCB40 có Rx=400 daN/cm2); + RBT: mác bê tông yêu cầu (chọn RBT=250 daN/cm2 cho ba loại cấp phối); + A: hệ số thực nghiệm xác định từ điều kiện nguyên vật liệu phƣơng pháp xác định mác xi măng tra bảng 3.10: Bảng 3.10 Hệ số chất lƣợng vật liệu A A1 [11] Chất lƣợng vật liệu Chỉ tiêu đánh giá Hệ số A, A1 ứng với phƣơng pháp thử ximăng TCVN TCVN 6016:1995 4032:1985 A Tốt A1 A A1 0,34 0,6 0,38 0,5 0,32 0,55 0,35 - Xi măng hoạt tính thấp, xi măng pc lăng hỗn hợp chứa 15% phụ gia thuỷ - Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chƣa phù hợp 0,45 TCVN 1771:1987 - Cát nhỏ Mđl< 0,29 0,5 0,32 - Ximăng hoạt tính cao không trộn phụ gia thủy 0,54 - Đá sạch, cƣờng độ cao, cấp phối hạt tốt - Cát sạch, Mđl=2,4-2,7 - Ximăng hoạt tính trung bình, ximăng pooclăng hỗn hợp chứa 10-15% phụ gia thủy Trung bình - Đá, cát có chất lƣợng phù hợp TCVN 75702006, Mđl=2-2,4 Kém - 39 Từ công thức thông số kỹ thuật có đƣợc Tác giả thành lập bảng xác định tỉ số chất kết dính/ nƣớc cho ba loại cấp phối lựa chọn nhƣ bảng 3.11: Bảng 3.11 Tỷ số X/N cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối Mác xi măng Mác bê tông yêu cầu Cấp phối A Rx (daN/cm ) RBT (daN/cm2) Cấp phối 400 250 0,45 Cấp phối 400 250 0,45 Cấp phối 400 250 0,5 Tỉ số X/N 1,89 1,89 1,75 3.3.4 Tính tốn hàm lượng xi măng Hàm lƣợng xi măng cho 1m3 bê tông đƣợc xác định theo công thức sau: X  X N (kg) N (3.2) Trong đó: + X/N: tỉ lệ xi măng nƣớc, kg/lít; + N: lƣợng nƣớc trộn ban đầu, lít Từ cơng thức kết hợp với “bảng 11” lƣợng nƣớc ban đầu chọn Ta xác định đƣợc hàm lƣơng xi măng tƣơng ứng với loại cấp phối nhƣ bảng 3.12: Bảng 3.12 Lƣợng xi măng cần cho 1m3 bê tông ứng với loại cấp phối Lƣợng nƣớc Hiệu Tỉ số Hàm lƣợng xi măng X Cấp phối ban đầu N chỉnh X/N (kg) (lít) nƣớc Cấp phối 1,89 210 396,76 Khơng Cấp phối 1,89 210 396,76 Không Cấp phối 1,75 205 358,75 Khơng 3.3.5 Tính tốn hàm lượng cốt liệu lớn Hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm) cho 1m3 bê tông đƣợc xác định sở đảm bảo mật độ cốt liệu lớn vữa hợp lý bê tơng Các bƣớc tính tốn nhƣ sau: D 1000 (kg) rd k d   vd d Trong đó: + D: hàm lƣợng đá dăm sỏi cho 1m3 bê tông, kg; (3.3) - 40 + rd: động rỗng cốt liệu lớn, rd   (  vd /  d 1000) , tính phần đơn vị, xác định theo TCVN 7572:2006; +  vd : khối lƣợng thể tích xốp (khối lƣợng đổ đống) cốt liệu lớn, kg/m3 (TCVN 7572:2006); +  d : khối lƣợng thể tích cốt liệu lớn, g/cm3 (TCVN 7572:2006); + k d : hệ số dƣ vữa hợp lý đƣợc tra theo bảng 3.13, phụ thuộc vào mô đun độ lớn cát thể tích hồ xi măng (Vh): Bảng 3.13 Hệ số dƣ vữa hợ lý (Kd) dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo (ĐS =2÷12cm); cốt liệu lớn đá dăm [11] Vh đƣợc xác định công thức sau: Vh  X x  N (lít) (3.4) Với: + X: lƣợng xi măng cho 1m3 bê tông, kg, bao gồm xi măng phụ gia dạng bột (nếu có); + N: lƣợng nƣớc cho 1m3 bê tơng, lít, lƣợng nƣớc điều chỉnh (nếu có); +  x : khối lƣợng riêng xi măng, g/cm3 Khi sử dụng xi măng Pooclăng thƣờng xi măng Pooclăng hỗn hợp (có phụ gia thủy