Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển nước biển khu vực nha trang khánh hòa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN CHÂU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỪ CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN KHU VỰC NHA TRANG - KHÁNH HÒA Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác./ Tác giả Trần Văn Châu TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỪ CÁT BIỂN, NƢỚC BIỂN KHU VỰC NHA TRANG - KHÁNH HÒA Học viên: Trần Văn Châu Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08; Khóa: 33.XDDD.KH Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Bê tơng vật liệu xây dựng phổ biến xây dựng Bê tông truyền thống đƣợc chế tạo chất kết dính (xi măng), cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên), nƣớc phụ gia Ở Việt Nam, cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê tông thông thƣờng Do nhu cầu phát triển xã hội, cát sông ngày bị khai thác mức để phục vụ hoạt động xây dựng, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng, làm tăng chi phí xây dựng Vì vậy, cần có loại vật liệu khác, thay cát sông, nƣớc để chế tạo bê tông nhƣ cát biển, nƣớc biển Nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát biển, nƣớc biển khu vực Nha Trang – Khánh Hòa, để đánh giá phát triển cƣờng độ chịu nén bê tông sản xuất từ cát biển, nƣớc biển theo thời gian Mục đích nghiên cứu khả sử dụng cát biển, nƣớc biển để sản xuất bê tông xi măng, ứng dụng công trình xây dựng Từ khóa – Cát biển; Nƣớc biển; Bê tông nƣớc biển; Bê tông cát biển; Cƣờng độ nén A RESEARCH ONPRODUCING CONCRETE USING SEA SAND, AND SEAWATER OF NHA TRANG BEACH, KHANH HOA PROVINCE Summary – Concrete is a popular building material in construction Concrete is made of cement, coarse aggregate (crushed rock, gravel), fine aggregate (natural sand), water and admixtures In Vietnam, river sand is commonly used as fine aggregates to make concrete Due to the development needs of the society, river sand is being over - exploited to serve construction activities, affecting the environment, increasing construction costs Therefore, there should be another material that can replace river sand, fresh water to make concrete such as sea sand and seawater A research on concrete production using sea sand, and seawater of Nha Trang beach, Khanh Hoa provinceis to evaluate the development of compressive strength of concrete with sea sand and seawater over time Purpose of researching the possibility of using sea sand and seawater is to produce concrete for construction works Key words – Sea sand; Seawater; Concrecte using seawater; Concrecte using sea sand; Compressive strength MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu .2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nội dung nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Kết cấu luận văn .3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 1.1 Định nghĩa phân loại bê tông 1.1.1 Định nghĩa bê tông .4 1.1.2 Cấu trúc bê tông 1.1.3 Phân loại bê tông 1.2 Các vật liệu cấu thành bê tông 1.2.1 Chất kết dính 1.2.2 Cốt liệu 1.2.3 Nƣớc .6 1.2.4 Chất phụ gia 1.3 Mác bê tông cấp độ bền bê tông 1.3.1 Mác bê tông theo cƣờng độ chịu nén 1.3.2 Mác bê tông theo cƣờng độ chịu kéo 1.3.3 Cấp độ bền chịu nén .7 1.3.4 Tƣơng quan M B: .7 1.4 Nguyên lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa xi măng 1.4.1 Quá trình rắn xi măng: .8 1.4.2 Giai đoạn hòa tan 1.4.3 Giai đoạn hóa keo 1.4.4 Giai đoạn kết tinh 1.5 Sự phát triển cƣờng độ bê tông theo thời gian .8 1.5.1 Bê tông thông thƣờng .8 1.5.2 Bê tông bảo dƣỡng nƣớc biển 1.5.3 Các nhân tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông .10 1.6 Ăn mịn hóa học bê tơng 10 1.6.1 Ăn mòn hòa tan .11 1.6.2 Ăn mòn axit 11 1.6.3 Ăn mòn magie .11 1.6.4 Ăn mòn sulphate 11 1.6.5 Ăn mòn kiềm 12 1.7 Ảnh hƣởng cát biển, nƣớc biển đến cƣờng độ bê tông xi măng 12 1.7.1 Ảnh hƣởng cát biển, nƣớc biển trình chế tạo 12 1.7.2 Ảnh hƣởng cát biển, nƣớc biển trình khai thác sử dụng 12 1.8 Một số nghiên cứu bê tông sử dụng cát biển, nƣớc biển 13 1.8.1 Các nghiên cứu nƣớc 13 1.8.2 Các nghiên cứu nƣớc 14 Nhận xét chƣơng .15 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG .17 2.1 Một số đặc điểm cát biển, nƣớc biển 17 2.1.1 Cát biển 17 2.1.2 Nƣớc biển 18 2.2 Các tiêu kỹ thuật vật liệu để chế tạo bê tông 20 2.2.1 Xi măng .20 2.2.2 Cát 21 2.2.3 Đá 22 2.2.4 Nƣớc .24 2.2.5 Phụ gia 25 2.3 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén bê tông 25 2.3.1 Thiết bị thử 25 2.3.2 Chuẩn bị mẫu thử 25 2.3.3 Lấy mẫu, chế tạo, đúc mẫu 26 2.3.4 Tiến hành thử 27 2.3.5 Tính kết 28 Nhận xét chƣơng .29 CHƢƠNG 3:THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TƠNG 30 3.1 Mục đích thí nghiệm 30 3.2 Vật liệu sử dụng 30 3.2.1 Xi măng .30 3.2.2 Cát 31 3.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm) 33 3.2.4 Nƣớc .33 3.2.5 Chất phụ gia 34 3.3 Cấp phối cho bê tông 35 3.4 Mẫu thí nghiệm 36 3.5 Đúc mẫu, bảo dƣỡng 36 3.5.1 Đúc mẫu bê tông 36 3.5.2 Bảo dƣỡng mẫu .37 3.6 Thí nghiệm kết nén mẫu bê tông .37 3.6.1 Thí nghiệm nén mẫu .37 3.6.2 Kết thí nghiệm cƣờng độ nén 37 Nhận xét chƣơng .47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .49 Kết luận 49 Kiến nghị 49 Đề xuất hƣớng nghiên cứu 50 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU ρv Khối lƣợng thể tích bê tông (kg/m3) R Cƣờng độ chịu nén bê tông t Tuổi bê tông (ngày) P Tải trọng phá hoại, đơn vị tính daN F Diện tích chịu lực nén viên mẫu, đơn vị tính cm2 α Hệ số tính đổi mẫu bê tơng Rn Cƣờng độ nén bê tông tuổi 28 ngày, đơn vị tính daN/cm2 CÁC TỪ VIẾT TẮT TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD Tiêu chuẩn xây dựng UBND Ủy ban nhân dân PCB Xi măng Pooclăng hỗn hợp M Mác bê tông B Cấp độ bền bê tông CP1 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát vàng, nƣớc máy, mác 200 CP2 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc máy, mác 200 CP3 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, mác 200 CP4 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 0,7%, mác 200 CP5 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 1%, mác 200 CP6 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát vàng, nƣớc máy, mác 250 CP7 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc máy, mác 250 CP8 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, mác 250 CP9 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 0,7%, mác 250 CP10 Cấp phối bê tông đá 1x2, xi măng PCB40, cát biển, nƣớc biển, phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 tỷ lệ 1%, mác 25 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 Tên bảng Bảng quy đổi mác bê tông (M) tƣơng ứng với cấp độ bền (B) Trang 2.2 Thành phần hạt cát 21 2.3 Thành phần hạt cốt liệu lớn 23 2.4 Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 23 2.5 Chỉ số thành phần hóa học nƣớc dùng cho bê tơng 24 2.6 Kích thƣớc cạnh nhỏ viên mẫu 26 2.7 Hình dáng, kích thƣớc viên mẫu 27 2.8 Bảng trị số α 28 3.1 Kết thí nghiệm thành phần hạt cát vàng Sông Cái – Nha Trang 31 3.2 Kết thí nghiệm tiêu lý cát vàng Sơng Cái – Nha Trang 31 3.3 Kết thí nghiệm thành phần hạt cát biển Nha Trang 32 3.4 Kết kiểm nghiệm số 𝑪𝒍− SO42- cát biển Nha Trang 32 3.5 Kết thí nghiệm tiêu lý cát biển Nha Trang 32 3.6 Thông số nƣớc biển Nha Trang 33 3.7 Kết thí nghiệm đá 1x2, mỏ đá Hòn Ngang – Diên Khánh 33 3.8 Kết thí nghiệm tiêu lý đá 1x2, Hòn Ngang – Diên Khánh 34 3.9 Tỷ lệ cấp phối chuẩn cho 1m3 bê tông sử dụng xi măng PCB40 35 3.10 Tỷ lệ cấp phối cho 1m3 bê tơng thí nghiệm 35 3.11 Kết thí nghiệm cƣờng độ nén mẫu thử M200 (B15) 38 3.12 Kết thí nghiệm cƣờng độ nén mẫu thử M250 (B20) 41 3.13 So sánh cƣờng nén cấp phối theo ngày tuổi 46 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1 Thành phần chế tạo bê tông 1.2 Đồ thị phát triển cƣờng độ bê tông theo thời gian 2.1 Cát ven biển miền Trung – Việt Nam 17 2.2 Cát ven biển Nha Trang 18 2.3 Thành phần nƣớc biển 19 2.4 Vị trí điểm quan trắc mơi trƣờng nƣớc biển, Vịnh Nha Trang 19 2.5 Kết quan trắc giá trị pH chất hữu nƣớc biển, Vịnh Nha Trang 19 2.6 Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu nhỏ 22 2.7 Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu lớn 24 3.1 Xi măng sử dụng đúc mẫu bê tông 30 3.2 Phụ gia Sika Viscocrete 3000-10 dùng đúc mẫu bê tông 35 3.3 Biểu đồ cƣờng độ nén bê tông M200 (B15) 39 3.4 Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông M200 (B15) 40 3.5 Biểu đồ cƣờng độ nén bê tông M250 (B20) 42 3.6 Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông M250 (B20) 43 3.7 Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông CP1 đến CP5 44 3.8 Biểu đồ so sánh cƣờng độ nén bê tông CP6 đến CP10 45 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bê tông vật liệu xây dựng phổ biến giới Bê tông chiếm đến 60% loại kết cấu xây dựng, thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép Bê tông truyền thống với thành phần gồm: chất kết dính (xi măng), cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), nƣớc phụ gia Trên giới nhƣ Việt Nam, cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ chế tạo bê tông thông thƣờng Do nhu cầu phát triển xã hội, cát sông ngày bị khai thác mức để phục vụ hoạt động xây dựng, ảnh hƣởng đến môi trƣờng cạn kiệt nguồn tài nguyên, làm tăng chi phí xây dựng nguồn vật liệu ngày khan Ngồi ra, số vùng, địa phƣơng khơng gặp khó khăn nguồn cát xây dựng, mà cịn gặp khó khăn nguồn nƣớc để sản xuất bê tông nhƣ: khu vực cách xa sông, suối, vùng ngập mặn, ven biển, hải đảo… làm chi phí xây dựng tăng nhiều lần so với vùng khác Vì vậy, cần vật liệu thay cát sông, nƣớc để sản xuất bê tông nhƣ cát biển, nƣớc biển để giải vấn đề nêu trên, tận dụng nguồn vật liệu cát biển, nƣớc biển sẵn có địa phƣơng ven biển, hải đảo để giảm chi phí xây dựng cơng trình Khánh Hịa tỉnh duyên hải, diện tích 5.217,6 km² 250 đảo quần đảo, bờ biển dài 385 km Theo chƣơng trình phát triển thị tỉnh Khánh Hòa đƣợc UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt Quyết định số 4104/QĐ-UBND ngày 29/12/2016, Khánh Hòa đầu tƣ cho chƣơng trình phát triển thị, phấn đấu đến năm 2020 tỷ lệ thị hóa tồn tỉnh đạt 60%, đến năm 2030 đạt 70%, đƣa Khánh Hòa trở thành đô thị loại I, trực thuộc Trung ƣơng Tổng vốn đầu tƣ phát triển đô thị giai đoạn 2016-2020 ƣớc khoảng 63.500 tỷ đồng Đáp ứng nhu cầu phát triển trên, tỉnh Khánh Hòa cần đầu tƣ xây dựng nhiều cơng trình xây dựng trọng điểm, đó, nhu cầu vật liệu xây dựng cho xây dựng cơng trình lớn Theo quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh Khánh Hòa đến năm 2020, định hƣớng đến năm 2030 đƣợc UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt Quyết định số 4013/QĐ-UBND ngày 26/12/2016, nhu cầu cát xây dựng cho toàn tỉnh từ 1,6 – 1,9 triệu m3/năm, tổng công suất khai thác đạt 1,45 triệu m3/năm Vì vậy, ngồi nguồn cát vàng theo quy hoạch, tận dụng đƣợc nguồn tài nguyên cát sẵn có nhƣ cát ven biển, cát biển địa bàn tỉnh Khánh Hòa, hạn chế việc khai thác cát vàng lịng sơng, suối, bãi bồi mức, sử dụng hợp lý KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƢỜNG ĐỘ NÉN BÊ TÔNG - B20 (M250) STT Tuổi bê tơng Kết thí nghiệm cấp phối (Tổ mẫu 8): Đá 1x2; Xi măng PCB 40; Cát biển; Nƣớc máy Viên Lực phá Rn Rn-tb số hủy (kN) (daN/cm2) (daN/cm2) Ngày nén 298,17 132,52 12/10/2017 134,70 306,98 136,44 304,10 135,16 342,79 152,35 ngày tuổi, 16/10/2017 153,74 347,88 154,61 R7 347,10 154,27 414,09 184,04 14 ngày tuổi, 23/10/2017 179,15 392,56 174,47 R14 402,60 178,93 457,45 203,31 28 ngày tuổi, 06/11/2017 205,50 476,78 211,90 R28 452,92 201,30 494,84 219,93 60 ngày tuổi, 08/12/2017 221,36 490,84 218,15 R60 508,52 226,01 512,06 227,58 90 ngày tuổi, 07/01/2018 229,82 519,17 230,74 R90 520,07 231,14 Kết thí nghiệm cấp phối (Tổ mẫu 9): Đá 1x2; Xi măng PCB 40; Cát biển; Nƣớc biển; phụ gia 0,7% Viên Lực phá Rn Rn-tb STT Tuổi bê tông Ngày nén số hủy (kN) (daN/cm2) (daN/cm2) ngày tuổi, R3 ngày tuổi, R3 ngày tuổi, R7 14 ngày tuổi, R14 28 ngày tuổi, R28 60 ngày tuổi, R60 90 ngày tuổi, R90 3 3 3 286,83 279,39 284,10 359,92 357,85 357,66 430,24 414,46 428,61 489,80 481,63 486,70 510,38 521,37 515,80 530,52 536,13 531,77 127,48 124,17 126,27 159,96 159,04 158,96 191,22 184,20 190,49 217,69 214,06 216,31 226,84 231,72 229,24 235,79 238,28 236,34 125,97 13/10/2017 159,32 17/10/2017 188,64 24/10/2017 216,02 07/11/2017 229,27 09/12/2017 236,80 08/01/2018 Ghi 2,95 1,48 5,48 5,27 3,60 1,56 Ghi 2,66 0,63 3,81 1,70 2,15 1,06 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CƢỜNG ĐỘ NÉN BÊ TƠNG - B20 (M250) Kết thí nghiệm cấp phối (Tổ mẫu 10): Đá 1x2; Xi măng PCB 40; Cát biển; Nƣớc biển; phụ gia 1% Viên Lực phá Rn Rn-tb STT Tuổi bê tông Ngày nén số hủy (kN) (daN/cm2) (daN/cm2) ngày tuổi, R3 ngày tuổi, R7 14 ngày tuổi, R14 28 ngày tuổi, R28 60 ngày tuổi, R60 90 ngày tuổi, R90 3 3 3 354,01 371,12 365,22 378,65 385,94 370,21 463,65 444,61 453,46 516,30 526,90 520,93 551,03 560,66 556,03 566,69 573,99 570,01 157,34 164,94 162,32 168,29 171,53 164,54 206,07 197,60 201,54 229,47 234,18 231,52 244,90 249,18 247,12 251,86 255,11 253,34 161,53 13/10/2017 168,12 17/10/2017 201,74 24/10/2017 231,72 07/11/2017 247,07 09/12/2017 253,44 08/01/2018 Ghi 4,83 4,25 4,28 2,05 1,75 1,29 Ghi chú: Giá trị cột ghi chênh lệch kết mẫu nén cao thấp nhất, tính theo tỷ lệ phần trăm (%) BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN BÊ TƠNG – B20 (M250) Kết thí nghiệm cƣờng độ chịu nén trung bình (Rn), ngày tuổi Mẫu nén 14 28 60 90 CP6: 148,15 180,55 224,28 277,23 284,61 287,38 CP7: 124,91 146,68 160,75 192,36 205,35 212,96 CP8: 134,70 153,74 179,15 205,50 221,36 229,82 CP9: 125,97 159,32 188,64 216,02 229,27 236,80 CP10: 161,53 168,12 201,74 231,72 247,07 253,44 1.3 Một số hình ảnh thí nghiệm thực nghiệm Dụng cụ, thiết bị đúc mẫu thí nghiệm nén mẫu bê tơng Vật liệu thí nghiệm (Cát vàng, cát biển, Phụ gia Sika 3000-10) Đúc mẫu, bảo dƣỡng mẫu thử Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Thí nghiệm nén mẫu QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ... dính: Bê tơng xi măng, bê tơng silicat (chất kết dính vơi), bê tông thạch cao, bê tông polime, bê tông đặc biệt (dùng chất kết dính đặc biệt) Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông. .. lên cƣờng độ độ đặc bê tông bị giảm biến dạng co ngót tăng Chất lƣợng việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm bê tông đổ khu? ?n điều kiện bảo dƣỡng Tuổi bê tông (t ngày): Tuổi bê tông thời gian t (tính... 45 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bê tông vật liệu xây dựng phổ biến giới Bê tông chiếm đến 60% loại kết cấu xây dựng, thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép Bê tông truyền thống với thành