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 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

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 TƠNG Chun ngành : Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số : 85.80.201 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT Phản biện 1: PGS.TS PHẠM THANH TÙNG Phản biện 2: TS TRẦN ANH THIỆN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 12 tháng 10 năm 2019 Có thể tìm hiểu Luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách Khoa - Thư viện Khoa Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bê tông loại vật liệu phổ biến thường sử dụng cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát sơng, suối), xi măng, nước có phụ gia Bê tơng truyền thống sử dụng phổ biến cơng trình xây dựng, có trở ngại việc đáp ứng nhu cầu số lượng cung cấp, không đáp ứng đủ nhu cầu cát sông dùng cho chế tạo bê tông Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát đồi xã vùng Đông Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam để thay phần cát sông chế tạo bê tông” nhằm tiến hành nghiên cứu phát triển cường độ chịu nén bê tông sử dụng xi măng PCB40 với vật liệu khai thác chỗ, tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối xác cho bê tơng sử dụng cát đồi để thay phần cát sơng (suối), góp phần việc sử dụng tiết kiệm, hiệu nguồn tài nguyên cát sông, cát suối ngày khan hiếm, đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày lớn khu vực thành phố Tam Kỳ nói riêng tỉnh Quảng Nam nói chung Mục tiêu đề tài Nghiên cứu cường độ bê tông sử dụng cát đồi xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay phần cát sông chế tạo bê tông theo tỉ lệ định Thông qua nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định cường độ chịu nén theo thời gian điều kiện bảo dưỡng chuẩn phịng thí nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Hỗn hợp bê tông sử dụng cát đồi xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay phần cát sông chế tạo bê tông - Phạm vi nghiên cứu: Xác định cường độ chịu nén theo thời gian điều kiện bảo dưỡng chuẩn phịng thí nghiệm bê tơng sử dụng cát đồi xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay phần cát sông, với tỷ lệ thay 15%, 25% 35% Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu tận dụng nguồn cát đồi xã vùng Đông Tam Kỳ để thay phần cát sông với hàm lượng định việc chế tạo hỗn hợp bê tông Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết; khảo sát thực nghiệm cách dần thay cát sông cát đồi khu vực xã Vùng Đông - Tam Kỳ với hàm lượng định việc chế tạo hỗn hợp bê tông Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Từ kết nghiên cứu áp dụng vào việc chế tạo cấu kiện, sản phẩm bê tông sử dụng cát đồi thay phần cát sơng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1 Tổng quan bê tông vật liệu cấu thành 1.1.1 Tổng quan bê tông Bê tông hỗn hợp tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước… Trong cát đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% 15%, cịn lại khối lượng nước, ngồi cịn có chất phụ gia thêm vào để đáp ứng yêu cầu cần thiết 1.1.1.1 Phân loại bê tông Có thể phân loại bê tơng theo dạng chất kết dính, theo dạng cốt liệu, theo khối lượng thể tích, theo công dụng, 1.1.1.2 Cấu trúc bê tông Bê tơng có cấu trúc khơng đồng hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, phân bố cốt liệu chất kết dính khơng thật đồng bê tơng 1.1.2 Tính chất học bê tông 1.1.2.1 Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén bê tông khả chịu ứng suất nén mẫu bê tông 1.1.2.2 Cường độ chịu uốn Cường độ chịu uốn thông số đo cường độ chịu kéo bê tơng, đo sở uốn dầm bê tơng 1.1.3 Co ngót bê tơng Co ngót tượng bê tơng giảm thể tích khơ cứng khơng khí 1.1.4 Các vật liệu cấu thành 1.1.4.1 Xi măng Xi măng thành phần chất kết dính để liên kết hạt cốt liệu với tạo cường độ cho bê tông 1.1.4.2 Cốt liệu nhỏ (Cát) Cát cốt liệu nhỏ với xi măng, nước tạo vữa xi măng để lấp đầy lổ rỗng hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) bao bọc xung quanh hạt cốt liệu lớn tạo khối bê tông đặc 1.1.4.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi) Cốt liệu lớn hỗn hợp loại cốt liệu có kích thước từ 5mm đến 70 mm Cốt liệu lớn đá dăm, sỏi, sỏi dăm hỗn hợp từ đá dăm sỏi hay sỏi dăm 1.1.4.4 Nước Nước thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ bê tơng tăng lên 1.2 Ngun lý hình thành bê tơng thơng qua phản ứng thủy hóa xi măng Khi xi măng rắn chắc, trình vật lý hoá lý phức tạp kèm theo phản ứng hoá học, tạo biến đổi tổng hợp Quá trình rắn xi măng chia làm giai đoạn: 1.2.1 Giai đoạn hòa tan 1.2.2 Giai đoạn hóa keo 1.2.3 Giai đoạn kết tinh 1.3 Tổng quan số nghiên cứu ứng dụng khai thác sử dụng cát mịn để chế tạo bê tơng xi măng Cát đồi có cỡ hạt nhỏ có nguồn gốc từ cát biển, cát mịn, có cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25 mm, thành phần hạt thường tập trung chủ yếu cỡ hạt đồng nhau, hàm lượng bùn bụi sét thấp 1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng 1.3.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng nước 1.3.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng nước Trong vài năm gần đây, nhiều quan, tổ chức, nhà khoa học nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng cát hạt mịn có kết định 1.3.2 Ảnh hưởng cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển trình chế tạo, sử dụng bê tơng xi măng Cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển, mang đặc trưng mô đun nhỏ, cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25mm, thành phần hạt đồng đều, hàm lượng muối cát cao cát sơng nên chế tạo hỗn hợp bê tơng có cần lượng nước xi măng nhiều 1.4 Nhận xét chương Với thực trạng nhu cầu đầu tư xây dựng tăng cao nay, cần nghiên cứu chế tạo bê tơng có cốt liệu nhỏ cát hạt mịn thay phần cát sông cát đồi hạt mịn chất lượng cao cho cơng trình cần thiết, phù hợp với điều kiện Việt Nam Từ góp phần việc sử dụng tiết kiệm, hiệu nguồn tài nguyên cát sông ngày khan CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HĨA HỌC CỦA CÁT ĐỒI CỠ HẠT NHỎ VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 2.1 Tổng quan cát đồi ven biển miền Trung cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ 2.1.1 Tổng quan cát đồi ven biển miền Trung Việt Nam Miền Trung nước ta có diện tích đồi cát lớn trải dài từ tỉnh Quảng Bình đến tỉnh Bình Thuận Cát đồi khu vực miền Trung thường nằm xen kẽ đồng ruộng gần bờ biển, đa số có hạt mịn, trạng thái rời rạc 2.1.2 Đặc điểm cát đồi khu vực vùng Đông Tam Kỳ Cát đồi vùng Đông Tam Kỳ tập trung xã Tam Phú, Tam Thăng, Tam Thanh, thuộc thành phố Tam Kỳ Cát đồi khu vực có màu vàng nhạt, độ hạt mịn đến trung, rời rạc, bụi bẩn, sáng màu Trữ lượng cát đồi ven biển khu vực lớn, khoảng 250 triệu m3 2.2 Các tiêu cần xác định cát đồi Tùy theo mục đích sử dụng cát đồi mà tiến hành xác định số toàn tiêu lý cát theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006, cụ thể cần xác định: Hàm lượng muối có cát đồi; thành phần hạt; mơ đun độ lớn cát; khối lượng thể tích xốp; khối lượng riêng; khối lượng thể tích bão hịa; khối lượng thể tích khơ; hàm lượng bùn bụi sét; độ hút nước; độ mài mòn 2.3 Phương pháp xác định cường độ nén bê tông 2.3.1 Tiêu chuẩn thiết bị thí nghiệm 2.3.1.1 Các tiêu chuẩn sử dụng thí nghiệm Thực thí nghiệm dựa tiêu chuẩn Việt Nam đây: TCVN 3105:1993; TCVN 3106:1993; TCVN 3115:1993; TCVN 3118:1993 2.3.1.2 Thiết bị sử dụng thí nghiệm a) Khn đúc mẫu: b) Máy trộn: c) Dụng cụ đầm bê tông d) Dưỡng hộ bê tông e) Thiết bị đo độ sụt f) Máy nén 2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tơng 2.3.2.1 Lấy mẫu chuẩn bị thí nghiệm 2.3.2.2 Tiến hành thí nghiệm 2.3.2.3 Tính kết 2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén bê tông 2.4.1 Ảnh hưởng hàm lượng muối chứa cát đồi Hàm lượng muối có cát đồi đóng vai trị chất xúc tác làm tăng nhanh thời gian ninh kết bê tông khoảng thời gian ngắn ban đầu làm giảm phát triển cường độ chịu nén tối đa bê tông 2.4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ cát đồi thay cát sông hỗn hợp bê tông Do cát đồi cát hạt mịn, hầu hết cỡ hạt lọt qua sàng 1,25 mm thành phần hạt tập trung cỡ hạt định với tỷ lệ lớn Nếu dùng lượng nước xi măng cấp phối bê tơng có sử dụng cát đồi thay phần cát sơng có độ sụt thấp độ sụt hỗn hợp bê tông dùng cát sông dẫn đến làm giảm độ linh động bê tông tươi 2.4.3 Mác xi măng tỷ lệ X/N Mác xi măng tỷ lệ X/N có ảnh hưởng lớn đến cường độ nén bê tông Sự phụ thuộc cường độ bê tông vào tỷ lệ X/N thực chất phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo lượng nước dư thừa 2.4.4 Hàm lượng tính chất cốt liệu Trong bê tơng tỷ lệ thể tích cốt liệu thường chiếm từ 50÷70% Tỷ lệ thành phần cốt liệu, loại cốt liệu, cấp phối hạt, độ lớn hạt cốt liệu đặc trưng bề mặt hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ cường độ chống nứt bê tông 2.4.5 Cấu tạo bê tông Cấu tạo bê tơng biểu thị độ đặc Độ đặc cao cường độ bê tơng lớn 2.4.6 Phụ gia tăng dẻo Phụ gia tăng dẻo có tác dụng tăng tính dẻo cho bê tơng nên giảm bớt lượng nước nhào trộn, cường độ bê tông tăng lên đáng kể 2.4.7 Phụ gia đông kết nhanh Phụ gia đông kết nhanh có tác dụng đẩy nhanh q trình thủy hóa xi măng nên làm tăng nhanh phát triển cường độ bê tông dưỡng hộ điều kiện tự nhiên sau dưỡng hộ nhiệt 2.4.8 Cường độ bê tơng tăng theo thời gian Trong q trình rắn cường độ bê tông không ngừng tăng lên Từ đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần tăng đến vài năm gần 2.4.9 Điều kiện môi trường bảo dưỡng Trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao tăng cường độ bê tơng kéo dài nhiều năm, cịn điều kiện khơ hanh nhiệt độ thấp tăng cường độ thời gian sau không đáng kể 2.4.10 Điều kiện thí nghiệm Trong thí nghiệm, khơng bơi trơn mặt tiếp xúc mẫu bàn máy nén mặt xuất lực ma sát có tác dụng cản trở nở ngang làm tăng cường độ mẫu so với bôi trơn mặt tiếp xuất 2.5 Nhận xét chương Để xác định ảnh hưởng hàm lượng muối thành phần hạt cát đồi đến cường độ chịu nén bê tơng, tác giả tiến hành đúc mẫu thí nghiệm nén ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 nhằm mục đích xác định phát triển cường độ chịu nén loại cấp phối bê tông chọn theo thời gian, từ so sánh đánh giá ảnh hưởng hàm lượng muối thành phần hạt cát đồi đến phát triển cường độ nén bê tông CHƯƠNG 3: 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 3.1 Mục đích thí nghiệm Tại đề tài nghiên cứu tác giả Lê Thành Đức Nguyễn Anh Dương sử dụng cát đồi Vạn Ninh - Khánh Hòa theo tỉ lệ % cát đồi/cát sông là: 15/85; 20/80; 25/75 cát đụn ven biển Đà Nẵng theo tỉ lệ % cát đồi/cát sông là: 15/85; 20/80; 25/75 để chế tạo bê tông cấp độ bền B20 Qua kết nghiên cứu tác giả cho thấy, hồn tồn sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông, nhiên, nghiên cứu cát mịn có tính chất địa phương Tùy thuộc vào đặc điểm mịn địa phương khác mà kết nghiên cứu có kết khác Kế thừa nghiên cứu trước, luận văn tác giả chế tạo bê tông cấp độ bền B20 với tỷ lệ thay khác nhằm thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông để đánh giá ảnh hưởng cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ thành phần cấp phối đến cường độ phát triển cường độ bê tông Các cấp phối dự kiến thí nghiệm gồm: - Cấp phối 0: cấp phối chuẩn ban đầu với tỉ lệ thành phần theo thiết kế gồm xi măng PCB 40, đá 1x2 cm, cát sông (100%) nước; - Cấp phối 1: với 85% cát sông Tam Kỳ+15% cát đồi vùng Đông Tam Kỳ - Cấp phối 2:với 75% cát sông Tam Kỳ+25% cát đồi vùng Đông Tam Kỳ - Cấp phối 3: với 65% cát sông Tam Kỳ+35% cát đồi vùng Đơng Tam Kỳ Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông ngày tuổi: 3, 7, 14, 28, 60, 90 nhằm mục đích so sánh phát triển cường độ chịu nén cấp phối có sử dụng cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ thay tỉ lệ định cát sông thành phần cấp phối so với cấp phối chuẩn ban dầu sử dụng 100% cát sông 3.2 Xác định tiêu thành phần cấp phối 3.2.1 Xi măng Tác giả lựa chọn sử dụng xi măng Cosevco Sơng Gianh Quảng Bình - PCB 40; Đây loại xi măng poóc lăng hỗn hợp, với tiêu kỹ thuật theo quy định TCVN 6260: 2009 3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) 3.2.2.1 Cát sơng Cát vàng sơng Tam Kỳ mang Phịng Thí nghiệm LAS – XD 1177 để thực thí nghiệm tiêu lý, thành phần hạt Bảng 3.1 Các tính chất lý cát sơng Tam Kỳ T Chỉ tiêu thí Kết P/Pháp thí Yêu cầu Đơn vị T nghiệm nghiệm kỹ thuật TCVN Khối lượng (g/cm3) 2.642 7572-4 : riêng 2006 TCVN Dung trọng (kg/m3) 1.559 7572-6 : xốp 2006 TCVN Hệ số rỗng (%) 39.40 7572-6 : 2006 TCVN H/L bụi, (%) 1.97 7572-8 : 5mm Mô duyn Mk = 2.65 độ lớn 10 Bảng 3.3 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 Tên Phương pháp STT Tên mẫu Kết tiêu kiểm nghiệm Clorua TCVN 6647:2007 + 3,10 vị trí (g/m3) TCVN 6194:1996 (Kim Đới, Tam Thăng) Sunphat TCVN 6656:2000 2,65 (g/m3) Clorua TCVN 6647:2007 + 2,22 vị trí (g/m3) TCVN 6194:1996 (Vĩnh Bình, Tam Thăng) Sunphat TCVN 6656:2000 3,66 (g/m3) Clorua TCVN 6647:2007 + 3,21 vị trí (g/m3) TCVN 6194:1996 (Ngọc Mỹ, Tam Phú) Sunphat TCVN 6656:2000 2,92 (g/m3) Clorua TCVN 6647:2007 + 2,80 vị trí (g/m3) TCVN 6194:1996 (Phú Mỹ, Tam Sunphat Phú) TCVN 6656:2000 3,32 (g/m3) Clorua TCVN 6647:2007 + vị trí 2,50 TCVN 6194:1996 (Trường THPT (g/m ) Duy Tân, Tam Sunphat TCVN 6656:2000 2,36 Phú) (g/m3) Căn kết kiểm nghiệm trên, tác giả chọn mẫu vị trí có hàm lượng Cl- cao 05 mẫu thử (hàm lượng ion Cl- = 3,21g/m3 ; hàm lượng ion SO42- = 2,92g/m3) để thực thí nghiệm tiêu lý mẫu cát Phịng Thí nghiệm LAS 1177 Bảng 3.4 Các tính chất lý cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ 11 TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết Khối lượng riêng (g/cm3) 2.632 Dung trọng xốp (kg/m3) 1404 Hệ số rỗng (%) 45.17 H/L bụi, bùn, sét (%) 1.00 H/L tạp chất hữu P/Pháp thí nghiệm TCVN 7572-4 : 2006 TCVN 7572-6 : 2006 TCVN 7572-6 : 2006 TCVN 7572-8 : 2006 TCVN 7572-9 : 2006 Yêu cầu kỹ thuật 5mm Mô duyn độ Mk = 1.30 lớn Bảng 3.5 Thành phần hạt cát đồi vùng Đông – Tam Kỳ Trọng Lượng Lượng YCKT (%) Kích thước lượng sót sót TCVN 7570:2006 mắt sàng sàng riêng tích lũy (mm) Cát thơ Cát mịn (g) biệt (%) (%) 2.5 0,00 0,00 0,00 0-20 1.25 15,00 1,50 1,50 15-45 0-15 0.63 33,00 3,30 4,80 35-70 0-35 0.315 259,00 25,90 30,70 65-90 5-65 0.14 90-100 65-90 621,00 62,10 92,80