Nghiên cứu sử dụng cát đồi tại các xã vùng đông thành phố tam kỳ tỉnh quảng nam để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH ĐỨC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng, Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH ĐỨC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TƠNG Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD CN Mã ngành: 85.80.201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ TḤT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Người hướng dẫn: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT Đà Nẵng, Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Công nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu sử dụng cát đồi xã vùng Đông – Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam để thay phần cát sơng chế tạo bê tơng" cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực Tất trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Học viên Nguyễn Thành Đức TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG, THÀNH PHỐ TAM KỲ,TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG Học viên: Nguyễn Thành Đức Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 85.80.201 Khóa: K35.XDD.ĐN, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Bê tơng loại vật liệu sử dụng rộng rãi giới Sau nước, bê tông đặt vị trí thứ hai Việc sử dụng cát sông cần thiết chế tạo bê tông Cát vật liệu xây dựng bê tông cần thiết với số lượng lớn Trong luận văn này, tác giả sử dụng cát cồn (trong luận văn gọi cát đồi) để thay cát sông sử dụng làm cốt liệu mịn thay vữa bê tông Tác giả khảo sát, thí nghiệm tính chất bê tơng cường độ nén bê tông cách thay cát sông cát đồi mức khác (15%, 25% 35%) Kết chứng minh rằng, thay cát sơng cát cồn đến tỷ lệ 25% (75% cát sông) tạo bê tơng có cường độ nén phù hợp RESEARCH ON THE USING OF DUNE SAND IN EASTERN COMMUNES, TAM KY CITY, QUANG NAM PROVINCE TO REPLACE A PART OF RIVER SAND IN CONCRETE MANUFACTURING Summary: The most widely used material in this world is concrete After water, concrete is placed in second position The use of natural sand in conventional concrete has become of vital importance which is scarce to obtain Sand is basic concrete making construction material required in large quantities Dune sand is one among such materials to replace river sand which can be used as an alternative fine aggregate in mortars and concrete An attempt had been made in the present investigation to discuss the properties of concrete such as compressive strength of concrete which is prepared by replacing natural sand with dune sand at different replacement levels (15%, 25% and 35%) The results have predicted that replacement of river sand with dune sand in order of 25% will produce concrete of satisfactory compressive strength MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1.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 1.1.2 Tính chất học bê tông 1.1.3 Co ngót bê tơng 1.1.4 Các vật liệu cấu thành 1.2 Ngun lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa xi măng 13 1.2.1 Giai đoạn hòa tan 14 1.2.2 Giai đoạn hóa keo 15 1.2.3 Giai đoạn kết tinh 15 1.3 Tổng quan số nghiên cứu ứng dụng khai thác sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông xi măng 15 1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng 15 1.3.2 Khai thác sử dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng 18 1.3.3 Ảnh hưởng cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trình chế tạo, sử dụng bê tông xi măng 19 1.4 Nhận xét chương 20 CHƯƠNG ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 21 2.1 Tổng quan cát đồi ven biển miền Trung cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ 21 2.1.1 Tổng quan cát đồi ven biển miền Trung Việt Nam 21 2.1.2 Đặc điểm cát đồi khu vực vùng Đông Tam Kỳ 21 2.2 Các tiêu cần xác định cát đồi 22 2.3 Phương pháp xác định cường độ nén bê tông 22 2.3.1 Tiêu chuẩn thiết bị thí nghiệm 22 2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông 25 2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén bê tông 27 2.4.1 Ảnh hưởng hàm lượng muối chứa cát đồi 27 2.4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ cát đồi thay cát sông hỗn hợp bê tông 27 2.4.3 Mác xi măng tỷ lệ X/N 27 2.4.4 Hàm lượng tính chất cốt liệu 29 2.4.5 Cấu tạo bê tông 30 2.4.6 Phụ gia tăng dẻo 30 2.4.7 Phụ gia đông kết nhanh 30 2.4.8 Cường độ bê tông tăng theo thời gian 30 2.4.9 Điều kiện môi trường bảo dưỡng 31 2.4.10 Điều kiện thí nghiệm 31 2.5 Nhận xét chương 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VÙNG ĐÔNG, TAM KỲ ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG THÀNH PHẦN CẤP PHỐI 32 3.1 Mục đích thí nghiệm 32 3.2 Xác định tiêu thành phần cấp phối 32 3.2.1 Xi măng 32 3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) 33 3.3 Tính tốn thành phần cấp phối cho hỗn hợp bê tông cấp bền B20 46 3.4 Quy trình đúc mẫu 47 3.4.1 Tính tốn liều lượng vật liệu cho mẻ trộn 47 3.4.2 Trộn hỗn hợp bê tông xác định độ sụt 48 3.4.3 Chọn khuôn đúc tiến hành đúc mẫu 48 3.4.4 Quy trình bảo dưỡng mẫu 49 3.5 Quy trình nén mẫu kết thí nghiệm 49 3.5.1 Quy trình nén mẫu 49 3.5.2 Kết thí nghiệm - Cường độ nén tuổi t = 3, 7, 14, 28, 60 ngày 50 3.6 So sánh kết thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu bê tông 52 3.6.1 Đối với cát đồi Vạn Ninh, Khánh Hòa 52 3.6.2 Đối với cát đụn ven biển Đà Nẵng 53 3.7 Nhận xét chương 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 Kết luận 58 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng tối đa cho phép muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua cặn không tan nước trộn vữa (mg/l) 12 Bảng 1.2 Hàm lượng tối đa cho phép muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua cặn không tan nước dùng để rửa cốt liệu bảo dưỡng bê tông (mg/l) 13 Bảng 1.3 Yêu cầu thời gian đông kết xi măng cường độ chịu nén vữa 13 Bảng 3.1 So sánh tiêu chất lượng xi măng Sông Gianh PCB40 với TCVN.32 Bảng 3.2 Các tính chất lý cát sông Tam Kỳ 34 Bảng 3.3 Thành phần hạt cát sông Tam Kỳ 33 Bảng 3.4 Hàm lượng muối mẫu cát đồi vùng Đông - Tam Kỳ theo kết kiểm nghiệm Phịng Thí nghiệm thuộc Đài Khí tượng - thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ .36 Bảng 3.5 Các tính chất lý cát đồi Tam Phú, mẫu M1 - vị trí 37 Bảng 3.6 Thành phần hạt cát đồi Tam Phú, mẫu M3 - vị trí 37 Bảng 3.7 Các tính chất lý hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi) 39 Bảng 3.8 Thành phần hạt hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi) 39 Bảng 3.9 Các tính chất lý hỗn hợp cát 02 (75% cát sông + 25% cát đồi) 40 Bảng 3.10 Thành phần hạt hỗn hợp cát 02 (75% cát sông + 25% cát đồi) 41 Bảng 3.11 Các tính chất lý hỗn hợp cát 03 (65% cát sông + 35% cát đồi) 40 Bảng 3.12 Thành phần hạt hỗn hợp cát 03 (65% cát sông + 35% cát đồi) 41 Bảng 3.13 Các tính chất lý đá dăm 1x2 cm – mỏ đá Chu Lai 44 Bảng 3.14 Thành phần hạt đá dăm 1x2cm - mỏ đá Chu Lai 45 Bảng 3.15 Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông 47 Bảng 3.16 Thành phần vật liệu cho mẻ trộn ứng với loại cấp phối 47 Bảng 3.17 Độ sụt cấp phối bê tơng thí nghiệm 48 Bảng 3.18 Cường độ nén trung bình mẫu thử 50 Bảng 3.19 Tỉ lệ (%) cường độ chịu nén mẫu có sử dụng cát đồi so với mẫu đối chứng dùng cát sông 50 Bảng 3.20 Cường độ nén trung bình mẫu thử sử dụng cát đồi Vạn Ninh .50 Bảng 3.21 Cường độ nén trung bình mẫu thử sử dụng cát đụn ven biển Đà Nẵng 51 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sự phá hoại mẫu thử Hình 1.2 Độ co ngót đá xi măng, vữa, bê tông Hình 1.3 Phạm vi thành phần hạt cho phép cát dùng chế tạo bê tơng 10 Hình 2.1 Cát đồi khu ven biển Miền Trung 20 Hình 2.2 Cát đồi khu vực Tam Phú - Tam Kỳ- Quảng Nam 22 Hình 2.3 Máy trộn bê tơng 300 lít 23 Hình 2.4 Dưỡng hộ bê tơng 24 Hình 2.5 Bộ thử độ sụt 24 Hình 2.6 Máy nén mẫu bê tơng 25 Hình 2.7 Sự phụ thuộc cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn [6] 28 Hình 3.1 Cát sông Tam Kỳ 34 Hình 3.2 Thành phần hạt cát sông Tam Kỳ 35 Hình 3.3 Lấy mẫu cát đồi Tam Phú thực địa 35 Hình 3.4 Mẫu cát đồi vùng Đơng, Tam Kỳ gửi Phịng Thí nghiệm thuộc Đài Khí tượng - Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ 36 Hình 3.5 Mẫu cát đồi vùng Đơng Tam Kỳ – vị trí 37 Hình 3.6 Thành phần hạt cát đồi vùng Đơng, Tam Kỳ ( vị trí 3) 38 Hình 3.7 Thành phần hạt hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi 40 Hình 3.8 Thành phần hạt hỗn hợp cát 02 (75% cát sông + 25% cát đồi) 40 Hình 3.9 Thành phần hạt hỗn hợp cát 03 (65% cát sông + 35% cát đồi) 41 Hình 3.10 Đá dăm 1x2 cm – mỏ Chu lai sử dụng để chế tạo mẫu 44 Hình 3.11 Thành phần hạt đá dăm 1x2 cm – mỏ đá Chu Lai 45 Hình 3.12 Khn đúc mẫu mẫu đúc 49 Hình 3.13 Sự phát triển cường độ theo thời gian thay cát sông cát đồi Tam Kỳ, Quảng Nam 49 Hình 3.14 Sự phát triển cường độ theo thời gian thay cát sơng cát đồi Vạn Ninh, Khánh Hịa 51 Hình 3.15 Sự phát triển cường độ theo thời gian thay cát sông cát ven biển Đà Nẵng 52 Hình 3.16 So sánh cường độ bê tông 28 ngày tuối nghiên cứu khác .53 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tỉnh Quảng Nam nằm khu vực Duyên hải miền Trung, có tổng diện tích tự nhiên 10.438 km², dân số 1.802.000 người, tồn tỉnh có 18 huyện, thị xã, thành phố Theo Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quyết định số 553/QĐ-TTg ngày 15/5/2018 [1], Quảng Nam đặt mục tiêu phấn đấu tốc độ tăng trưởng GRDP bình quân giai đoạn 2021 - 2025 đạt khoảng - 10%/năm Đến năm 2030, Quảng Nam trở thành tỉnh phát triển vùng nước, hội tụ yếu tố kinh tế tri thức với ngành định hướng phát triển mạnh công nghệ tiên tiến, dịch vụ chất lượng cao, nông nghiệp cơng nghệ cao mơi trường an tồn, bền vững; hình thành hệ thống kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội đồng bộ, hoàn thiện đại Để đạt mục tiêu đề ra, thời gian tới, Quảng Nam tập trung phát triển công nghiệp - xây dựng; Trong đó, tập trung phát triển cụm ngành động lực lợi tỉnh, đảm bảo lực cạnh tranh tăng trưởng kinh tế bền vững gắn liền với trung tâm đô thị Khai thác tối đa hội từ liên kết phát triển vùng Kinh tế trọng điểm miền Trung xu hướng phát triển kinh tế nước, giới; đầu tư hoàn chỉnh mạng lưới hạ tầng khung với đầy đủ hạ tầng sân bay, cảng biển; kết nối đồng cụm công nghiệp, trung tâm đô thị vùng nguyên liệu để hướng tới phát triển công nghiệp bền vững; Tiếp tục xây dựng Khu kinh tế mở Chu Lai theo mơ hình khu kinh tế tổng hợp, bao gồm khu công nghiệp, khu chế xuất Như vậy, nhận thấy thời gian tới địa bàn tỉnh Quảng Nam việc đầu tư xây dựng cơng trình hạ tầng tăng cao, nhu cầu vật liệu xây dựng lớn Bê tông loại vật liệu phổ biến thường sử dụng cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép, loại kết cấu chiếm đến 60% loại kết cấu xây dựng Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát sông, suối), xi măng, nước có phụ gia Cường độ chịu nén tiêu đặc trưng đánh giá chất lượng bê tông Hiện nay, bê tông truyền thống phổ biến cho cơng trình xây dựng Tuy nhu cầu sử dụng bê tông truyền thống cho cơng trình xây dựng lớn, có trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu số lượng cung cấp, không đáp ứng đủ nhu cầu cát sông dùng cho chế tạo bê tông Theo quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tỉnh Quảng Nam l' DAr Hec oa NANc rntIONc DAI HoC BACH KHOA ceNG HoA xA ugt cHU Ncni,t vrET NAM DQc l$p * Tg - Hqnh phfc HO SO HQI DONG PANH GIA LUAN VAN THAC Si Hgc vi6n: Nguy6n Thinh Dri'c 3" 4" TT d Bi6n b6n Hgi d6ng Bing di6m d d ctra hgc vi6n cao hgc L:f lich khoa hgc ctra hgc vi6n d Bi6n ban kiem phitiu Nh0n x6t \A HO VA TEN rnAcn NHIDI,I TRONG HQI DONG GS.TS Phan Quang Minh TS Pham PGS.TS Phpm Thanh Ttrng Phdn bi€n TS TrAn Anh Thiqn Phdn bi€n TS Nguy6n Quang PGS.TS Eang C6ng Thuflt Thu Ttng Bdn nhQn xdt PhiAu ttiAm Chil tich HQi ding M! NHAN XET tcy HQi dong I V I Uy vi€n ,// Ngwdi hudng ddn Dd NEng, ngdy r.)- thdng lo ndm 2013 Thu ky HQi d6ng f,.-otu', ry pa NANc TRUoNG DAr Hec nAcn KHoA DAr Hec ceNG HoA xA ugr cHU Ncni,r vrET NAM DQc lgp - Tq - H4nh phtfic BIEN BAN IIQP HQI EONG DANIH GIA LUAN VAN THAC SI aa Ngdy th5ng 1o n6m 2}tg., Hgi d6ng dugc thdnh lpp theo Quytlt dinh s6 cira HiQu trucrng trudng Dpi hgc B6ch khoa, gdm c6c vi6n: GS.TS Phan Quang Minh TS Phpm a J PGS.TS Phpm Thanh TS TrAn Anh Thi6n TS Nguy6n Quang Ttrng dd hgp (co - cuoNc VI TRONG HQI OONC HO VA TEN TT Chri tich HQi tl6ng M! mflt:ffi Thu ky HQi rt6ng vEng Ttng Uy vi6n Ph6n biQn Uy vi6n Phin biQn2 m{t: Uy vi6n yhilrh vi6n) AC aann gi5 lufln vdn thpc si: tdi: NghiAn c*u str dwng cdt dii tqi cdc xd vimg D6ng - Tam K!, tinh Qudng Nam d€ thay th| m\t phd:n cdt s6ng chd tqo b€ tdng K! thupt xdy dpg cdng trinh d6n dpng vd c6ng Chuy6n nghiQp (Kss.XDD) Cira hgc vi6n cao hgc: Nguy6n Thirnh Dric T€n dC ngdnh: NQi dung nu6i hgp il6nh gi6 g6m cic phin chfnh sau tlffy: a Thu k;i HQi d6ng bdo c6o qu6 trinh hgc tflp, nghiOn criu vi b c" d e f dgc l;i lich khoa hoc cria hgc vi6n (c6 v6n bin kdm theo); Hgc vi6n trinh bdy luQn v6n; C6c phin biQn clgc nhQn x6t vd n6u c6u h6i (c6 vdn bin kdm theo); Hgc vi6n tr6ldi cdc cduh6i cria thenh vi6n HQi d6ng; -l ^ HQi d6ng th6o 1u4n kin vd ddnh gi61' Ki6m phii5u vd cdng UO ttit qu6 (c6 bi6n bin ki6m phi6u vd phi6u kdm theo) Tdc gihluQn v6n ph6t bi6u y ki6n Chu tich HQi d6ng tuy6n UO UO m?c g h f6t tufln cria HQi tl6ng: a) K6t luQn chung h?f b) Y6u cAu chinh, sria vd nOi dung: (- ) I r) a c) C6c rf ki6n kh6c: d) Di0m d6nh gi6: Bdng s6: THLI B ing chfr: d^ t)6 r.f ser DONG ll- ( cHU rICH Uor ooxC Y !L^r^ V./ r G119- P*xrt.r Qul+te- xAc NHAN cua TRUONG D4r Hec nAcn KHoA TL HIE,U TRUONG o [' TRI.IONG PHONG DAO TAO zf WV ,r7r"W MiNt DAr Hec pa NANo TRTIoNG DAr Hec nAcn KHoA CAU cgNG HoA xA Hgr cHU Ncni,t vIT,T NAM EQc l$p - Tq - Hpnh phfc rror VA TRA LOI Kdm theo Bi6n b6n hqp HQi il6ng