Nghiên cứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với công trình bản mòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM QUANG HUY NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ MẠT CHO BÊ TÔNG ỨNG DỤNG ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH BẢN MỊNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM QUANG HUY NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ MẠT CHO BÊ TƠNG ỨNG DỤNG ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH BẢN MỊNG Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Quốc Vương Hà Nội, 2013 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu sử dụng đá mạt cho bê tơng ứng dụng cơng trình Bản Mịng” hồn thành với cố gắng nỗ lực thân giúp đỡ nhiệt tình Khoa Cơng trình, thầy giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, Tổng công ty tư vấn xây dựng Thủy Lợi Việt Nam, Công ty cổ phần VLXD đô thị Sơn La tạo điều kiện động viên giúp đỡ mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn quan, đơn vị cá nhân nói Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS Vũ Quốc Vương trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ thời gian thực luận văn Sự thành công luận văn gắn liền với trình giúp đỡ, động viên cổ vũ gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, điều kiện thời gian có hạn nên khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết, mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy giáo, anh chị bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013 Tác giả Phạm Quang Huy LỜI CAM ĐOAN Tên Phạm Quang Huy, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học Tác giả Phạm Quang Huy MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU T T I T TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI T T II T T MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI T T T III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T T T T IV DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MẠT, CÁT NGHIỀN, GIỚI THIỆU SƠ T LƯỢC VỀ CƠNG TRÌNH BẢN MỊNG T 1.1 Tổng quan đá mạt T T T T 1.1.1 Mỏ đá Bản Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La) T T T T 1.1.2 Mỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An, thành phố Sơn La) T T 1.2 Tổng quan cát nghiền T T T 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng cát nghiền giới T T 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng cát nghiền Việt Nam 10 T T 1.3 Giới thiệu sơ lược cơng trình Bản Mịng 12 T T KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 T T CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THÍ T NGHIỆM 18 T 2.1 Các tính chất vật liệu 18 T T 2.1.1 Chất kết dính xi măng 18 T T 2.1.2 Tro bay 19 T T T 2.1.3 Cốt liệu lớn 22 T 2.1.4 Cốt liệu nhỏ 26 T 2.1.5 Phụ gia hóa sử dụng cho bê tông 30 T 2.1.6 Nước 32 T 2.2 Phương pháp nghiên cứu 32 T T 2.2.1 Phương pháp xác định tính chất nguyên vật liệu sử dụng 32 T T 2.2.2 Phương pháp xác định tính chất hỗn hợp bê tông bê tông 34 T T KẾT LUẬN CHƯƠNG 35 T T CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP CÁT, T ĐÁ TRONG BÊ TÔNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG 36 T 3.1 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông dùng đá mạt 36 T T 3.1.1 Chọn cấp phối sơ bê tông 36 T T 3.1.2 Kết cường độ nén cấp phối bê tông 37 T T 3.1.3 Nghiên cứu cường độ bê tơng thường phương pháp tốn quy hoạch thực nghiệm 39 T T 3.1.3.1 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm bậc 1, ba biến để nghiên cứu ảnh hưởng nhân tố đến cường độ bê tông thường 39 T T 3.1.3.2 Kết nghiên cứu cường độ nén bê tông thường sử dụng loại cốt liệu nhỏ 41 T T 3.1.3.3 Tìm vùng dừng biến nghiên cứu cho bê tông thường 50 T T 3.1.4 Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông thường tối ưu sử dụng loại đá mạt 51 T T 3.1.4.1 Xây dựng quy hoạch thực nghiệm bậc hai, hai biến 51 T T 3.1.4.2 Kết cường độ nén bê tông thường sử dụng loại đá mạt 55 T T 3.2 Các thành phần hợp lý hỗn hợp bê tông 64 T T 3.2.1 Đá mạt Bản Khoang 64 T T 3.2.2 Đá mạt Bản Bó Cón 65 T T 3.2.3 Kiểm tra thành phần hạt hỗn hợp đá mạt đá dăm 67 T T KẾT LUẬN CHƯƠNG 69 T T CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG SỬ DỤNG ĐÁ MẠT T T 70 4.1 Độ lưu động bê tông 70 T T 4.1.1 Độ sụt 70 T T 4.1.2 Cường độ bám dính bê tông với cốt thép 71 T T 4.2 Cường độ bê tông 73 T T KẾT LUẬN CHƯƠNG 76 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 T T KẾT LUẬN 77 T KIẾN NGHỊ 78 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 T T T I TIẾNG VIỆT 79 T II TIẾNG ANH 80 T T DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT BTĐM : Bê tông đá mạt BTCT : Bê tông cốt thép HHBT : Hỗn hợp bê tông VLXD : Vật liệu xây dựng KLTT : Khối lượng thể tích C : Cát Đ : Đá N : Nước T : Tro X: : Xi măng PG : Phụ gia CL : Cốt liệu CLL : Cốt liệu lớn M : Mạt M+Đ : Mạt+Đá BBC : Mạt Bản Bó Cón BK : Mạt Bản Khoang N/(X+T) : Tỷ lệ Nước Xi măng+Tro C/(X+T) : Tỷ lệ Cát Xi măng+Tro C/(C+Đ) : Tỷ lệ Cát Cát+Đá N/CKD : Tỷ lệ Nước Chất kết dính T/(X+T) : Tỷ lệ Tro Xi măng+Tro N/(C+Đ) : Tỷ lệ Nước Cát+Đá C/CL : Tỷ lệ Cát Cốt liệu N/XM : Tỷ lệ Nước Xi măng CKD : Chất kết dính CP1 : Cấp phối CP2 : Cấp phối …………………………… CP13 : Cấp phối 13 HQTN : Hồi quy thực nghiệm GHT : Giới hạn GHD : Giới hạn VLĐ1 : Mỏ vật liệu VLĐ2 : Mỏ vật liệu PC : Xi măng Pooclăng-Porland Cements PCB : Xi măng Pooclăng hỗn hợp-Blended Porland Cements ASTM : Tiêu chuẩn Mỹ-American Society of Testing and Materials BS : Tiêu chuẩn Anh-Bristish Standard TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam P : Tiêu chuẩn Pháp % : Lượng sót riêng biệt Ai % : Lượng sót tích lũy R R R R ρv : Khối lượng thể tích ρ : Khối lượng riêng R R R R Rn : Cường độ chịu nén Ru : Cường độ chịu uốn R R R R Rk R R : Cường độ chịu kéo Rx : Cường độ chịu nén xi măng σ : Khoảng quy hoạch R R SW (Slightly weather) : Phong hóa nhẹ KH : Khơng bão hịa BH : Bão hịa 77 Từ bảng 4.2 hình 4.6 ta thấy: cấp phối chọn cấp phối có cường độ cao nhất, sử dụng đá mạt có thành phần hạt hợp lý cường độ bê tơng vượt từ đến 13% Điều giải thích: cấp phối hạt sau làm quy hoạch thực nghiệm bậc có kể đến nhân tố ảnh hưởng N/CKD, C/(C+Đ), phụ gia, tro bay Các yếu tố ảnh hưởng đóng vai trị phụ gia khống cho ximăng làm tốt cấu trúc vi mơ đá ximăng 78 KẾT LUẬN CHƯƠNG Xác định độ sụt bê tông đá mạt cường độ bê tông với cốt thép Cường độ bê tông đá mạt với cốt thép dùng cấp phối hạt tự nhiên bê tông đá mạt dùng cấp phối tối ưu thấp bê tông cát vàng theo tiêu chuẩn BS 882-1992 loại bê tông đá mạt đáp ứng yêu cầu 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau nghiên cứu khả sử dụng đá mạt bê tông rút số kết luận kiến nghị sau: I KẾT LUẬN Trong luận văn xây dựng luận khoa học minh chứng cho khả sử dụng đá mạt có đủ điều kiện kinh tế kỹ thuật để sử dụng thành phần bê tông M20 thay cát vàng Đây tiền đề quan trọng cho việc tính tốn thành phần bê tơng đá mạt Phương pháp tính tốn sử dụng phương trình hồi quy bậc bậc để xác định thành phần bê tơng thỏa mãn đồng thời u cầu tính công tác cường độ bê tông tuổi 28 ngày Quá trình nghiên cứu loại đá mạt loại hạt lớn (M đl >2,5) R R Hàm lượng bột đá (lọt sàng 0,14mm) lớn (đá mạt Bản Bó Cón 12,5%, đá mạt Bản Khoang 13,1%) Các hạt đá mạt thường thoi dẹt bề mặt nhám dáp Những đặc điểm có ảnh hưởng nhiều đến tính chất bê tơng Do đặc tính đá mạt nên tính cơng tác tính cơng tác bê tơng sử dụng cát vàng, thỏa mãn điều kiện thi công Luận văn đề xuất phương pháp xác định thành phần hợp lý để cải thiện tính chất sử dụng bê tông Với việc tăng cao lượng hạt 0 ε x >0 R R R R sau xác định y(X(0)) - Bước 2: Xác định véc tơ gradient điểm X(0) - Bước 3: Chọn số λ dương: Từ điểm X(0) xác định X(1): x1(1) = x1( ) ± λ x 2(1) = x 2( ) ± λ ∂y ∂x1 ∂y ∂x X =X X =X R R R R x n(1) = x n( ) ± λ ∂y ∂x n X =X ( dấu ‘+’ tìm max, dấu ‘-‘ tìm ) Từ xác định y(X(1)) P P - Bước 4: So sánh y(X(1)) với y(X(0)) P P P P + Nếu y(X(1)) tốt y(X(0)) → tiếp tục lặp lại bước để leo dốc tới X(2), X(2), , X(k) + Nếu y(X(k)) xấu y(X(k-1)) → thực phép ghán X(1) = X(k-1) y(1) = y(X(k-1)), sau chuyển sang bước - Bước 5: Kiểm tra điều kiện dừng y (1) − y ( 0) ≤ ε y hoặc/và ( x1(1) − x1( 0) ) + + ( x n(1) − x n( 0) ) ≤ ε x + Nếu phương trình khơng thỏa mãn chọn X(1) làm điểm xuất phát ( nói cách khác: thực phép ghán X(0) = X(1) y(0) = y(1) sau quay lại bước + Nếu phương trình thỏa mãn → kết luận: y đạt giá trị tối ưu X(1) P P Trong phạm vi luận văn này, tiến hành quy hoạch bậc (đối với bê tông thường) để xác định chiều hướng biến thiên hàm mục tiêu, từ tìm vùng dừng cuối tiến hành quy hoạch bậc để tìm giá trị tối ưu đối tượng nghiên cứu Trình tự phương pháp quy hoạch thực nghiệm sau: - Xác định biến khảo sát khoảng biến thiên chúng cho mơ hình quy hoạch - Lập kế hoạch thực nghiệm - Thiết kế thành phần bê tông thí nghiệm xác định giá trị hàm mục tiêu theo kế hoạch thực nghiệm - Tìm hàm tốn mơ tả mơ hình quy hoạch theo mục tiêu hệ (phương trình hồi quy) - Kiểm tra tính có nghĩa hệ số hồi quy - Kiểm tra tính tương hợp hàm hồi quy Phân tích bề mặt biểu biểu đồ mơ tả ảnh hưởng biến khảo sát đến hàm mục tiêu biểu đồ, bề mặt biểu đường đồng mức Từ rút nhận xét kết luận quy luật ảnh hưởng nhân tố đến hàm mục tiêu Để xác định đại lượng (đối tượng nghiên cứu) phải có hiểu biết Vì phải thí nghiệm để thu thập thơng tin đối tượng nghiên cứu Số thí nghiệm cần thiết phụ thuộc vào nhân tố ảnh hưởng Các nhân tố ảnh hưởng mã hóa mức mức chênh lệch với mức trung tâm thí nghiệm khoảng δ gọi khoảng quy hoạch Sau có bảng quy hoạch hóa ma trận thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm để thu kết Từ kết thí nghiệm, tiến hành tính tốn xây dựng mơ hình tốn học biểu thị mối quan hệ đối tượng nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng Mơ hình có dạng: Y = Y(X , X ,…, X k ) R R R R R R Trong : Y : Đối tượng nghiên cứu X , X , …, X k : Các nhân tố ảnh hưởng R R R R R R Từ hàm mô tả hệ hàm nhiều biến, phân tích thành chuỗi Taylo, tức hàm hồi quy lý thuyết : k Y = β0 + ∑ β j X j + j =1 Trong đó: k k j , u =1 j =1 ∑ β ju X j X u + + β 12 k X X X k + ∑ β jj X 2j β hệ số hồi quy lý thuyết R R β j hệ số hồi quy tuyến tính lý thuyết R R β ju , β 12 k hệ số hồi quy tương tác kép, tương tác k lý thuyết R R R R β jj hệ số hồi quy phi tuyến (bình phương) lý thuyết R R Nhưng muốn xác định hệ số hồi quy lý thuyết cần phải có vơ số thực nghiệm Trong thực tế số thực nghiệm hữu hạn nên xuất hệ số hồi quy thực nghiệm (hệ số b mơ hình thống kê) b , b j , b ju , b jj Vì hàm tốn mô tả R R R R R R R R hàm hồi quy thực nghiệm (tức mơ hình thống kê) k Y = b0 + ∑ b j X j + j =1 k k j , u =1 j =1 ∑ b ju X j X u + + b12 k X X X k + ∑ b jj X 2j Các hệ số b j tham số mô tả thống kê, xác định phương R R pháp sai số bình phương bé Gauss Phương trình dạng tổng qt mơ hình thống kê mơ tả đối tượng nghiên cứu Trong trường hợp chưa có thơng tin đầy đủ để khẳng định vùng nghiên cứu hệ vùng dừng (vùng tối ưu hay vùng phi tuyến) mơ hình thống kê chọn khơng nên có hệ số bình phương b jj hệ số phi tuyến bậc cao Khi R R ta gọi quy hoạch bậc hai mức tối ưu k nhân tố a Quy hoạch bậc nhất: Mơ hình thống kê mơ tả đối tượng nghiên cứu mơ hình thống kê tuyến tính sau: k Y = b0 + ∑ b j X j + j =1 k ∑b j , u =1 ju X j X u + + b12 k X X X k Các thông số mô hình thống kê xác định sau: - Xác định hệ số hồi quy (các thông số) từ N thực nghiệm theo công thức (N phải lớn hệ số k): N b0 = i =1 N ∑X i =1 N N ∑ X 0i Yi = ∑ Yi X i i =1 i =1 N b ju = N 0i N ∑ X ji X ui Yi ∑ (X i =1 ji X ui ) = ∑X ji i =1 X ui Yi , ∀j , u = 1, k N j≠u N bj = ∑X i =1 N N N ji ∑X i =1 Yi = ∑X i =1 ji N ji ∑X Yi , ∀j = 1, k i =1 N b12 k = N ∑ (X i =1 X X k Yi = X X k ) ∑X i =1 X X k Yi N Với X 0i giá trị biến tâm: X 01 = X 02 = … = X 0k = R R R R R R R R - Kiểm tra có nghĩa hệ số b j theo công thức: t bj ≥ t p,f2 R R R R R Trong đó: t p,f2 : Giá trị tra bảng chuẩn số Student mức có nghĩa p bậc tự lặp f = m-1 R R R t bj : chuẩn số Student hệ số b j xác định theo công thức: t bj = R R R m Với: S bj = ll S , N S ll2 = ∑ (Y a =1 a R bj R m − Y )2 m −1 S bj Y0 = , ∑Y a =1 m a , ∀a = 1, m S2 ll : Phương sai lặp P R P R Y0 a : Giá trị hàm mục tiêu thực nghiệm thứ α tâm quy hoạch P R P R Y : Giá trị trung bình m thực nghiệm tâm quy hoạch m: Là số thí nghiệm lặp tâm quy hoạch - Kiểm tra tính tương hợp mơ hình: Tính tương hợp mơ hình với thực nghiệm kiểm tra theo điều kiện sau: F ≤ F p,f1,f2 R Trong đó: F p,f1,f2 : giá trị tra bảng chuẩn số Fisher mức có nghĩa p bậc tự lặp f , bậc tự R R R R dư f = N-1 R R N S du2 , S ll2 F: chuẩn số Fisher: F = S du2 = ∑ (Y i =1 i ^ − Yi ) N −l S du2 : Phương sai dư ^ Yi ,Y : giá trị thực nghiệm tính tốn hàm mục tiêu l: Số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy Nếu điều kiện thỏa mãn, mơ hình thống kê (hoặc hàm hồi quy) tương hợp với tranh thực nghiệm b Quy hoạch bậc hai: Để tìm giá trị tối ưu đối tượng nghiên cứu luận văn sử dụng phương pháp thực nghiệm bậc hai-tâm xoay Box-Hunter k k k ˆ = Y bo + ∑ b jx j + ∑ b ji x jx ii + ∑ b ji x 2j + q =j = j,u j≠1 = j,u Khi sử dụng mơ hình thống kê dạng hàm hồi quy bậc hai nhân tố biến thiên mức, quy hoạch tồn phần với số thí nghiệm N = 3k (k số nhân tố) P P không kinh tế số nhân tố từ trở lên Box Wilson cho thấy sử dụng quy hoạch thực nghiệm bậc 1, với nhân tố biến thiên hai mức, có bổ sung số điểm định không gian nhân tố, giảm số thí nghiệm so với kế hoạch dạng 3k Số thí nghiệm theo P phương pháp Box Wilson xác định theo công thức: N = 2k + 2k + N P P R P Trong đó: 2k: số thí nghiệm quy hoạch toàn phần bậc P P 2k: số thí nghiệm điểm N : số thí nghiệm tâm R R Box Hunter đề xuất phương pháp quy hoạch bậc hai tâm xoay, theo thơng tin chứa đựng phương trình hồi quy phân bố đồng không gian nhân tố Điều kiện để kế hoạch có tính tâm xoay là: N ∑x iu = Nλ (i = 1, 2, 3,….k) u =1 N ∑x u =1 N iu = 3∑ xiu2 x 2ju = Nλ4 (i ≠ j; i, j = 1, 2, 3,….k) u =1 Trong đó: N số thí nghiệm, λ λ số liên quan đến R R R R điều kiện: λ2 k > λ4 k − Nếu đưa thêm số điểm vào khơng gian nhân tố với bán kính 0, tức điểm tâm kế hoạch N tính λ theo cơng thức: R R R λ4 = R k ( N − N1 (k − 2) N Trong đó: N = N – N , điểm quy hoạch tâm xoay bậc hai lấy R R R R trục tọa độ nhân tố với giá trị tay đòn α điểm xác định theo công thức: α = 2k/4 P P Có thể chọn α, số điểm số điểm tâm kế hoạch theo số liệu bảng sau: Bảng xác định giá trị tay đòn α, số điểm số điểm tâm Quy hoạch toàn phần dạng 2k k=2 k=3 k=4 k=5 Số thí nghiệm ma trận hạt nhân 22 = 23 = 24 = 16 25 = 32 Số điểm 10 Số điểm tâm 10 Cách tay đòn α 1,414 1,682 2,000 2,378 P P P P P P P P P ... lượng bê tông trước mắt lâu dài - Chứng minh tính chất bê tông sử dụng đá mạt phù hợp với lý thuyết chung bê tông xi măng - Thiết kế cấp phối bê tông sử dụng đá mạt ứng dụng với cơng trình Bản. .. hoạch bê tông sử dụng đá mạt Bản Khoang 53 Bảng 3.11: Thành phần cấp phối quy hoạch bê tông sử dụng đá mạt Bản Bó Cón 54 Bảng 3.12: Cường độ nén tuổi 28 ngày bê tông thường sử dụng đá mạt Bản Khoang... sơ khai Trong đá mạt- thải phẩm q trình gia cơng đá cịn tồn nhiều bãi chứa, chưa sử dụng cách hợp lý Vì đề tài học viên ? ?Nghiên cứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng cơng trình Bản Mịng” giải