So sánh cường độ bê tông khi sử dụng cát ở các sông trà vinh làm cấp phối

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM MINH TÂN SO SÁNH CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG CÁT Ở CÁC SÔNG TRÀ VINH LÀM CẤP PHỐI Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng công nghiệp Mã số: 85 80 201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG HỒI CHÍNH Đà Nẵng, Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phạm Minh Tân TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Đề tài: SO SÁNH CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG CÁT Ở CÁC SÔNG TRÀ VINH LÀM CẤP PHỐI Học viên: Phạm Minh Tân - Chuyên ngành: KTXD CT Dân dụng Công nghiệp Mã số: 85 80 201 - Khóa 36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Mục tiêu đề tài nghiên cứu sử dụng cát sông Hậu sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh làm cấp phối hỗn hợp: ximăng – nƣớc - cát – đá, thơng qua thực nghiệm thí nghiệm với tiêu lý, hóa hỗn hợp cốt liệu để tiến hành đúc mẫu thử nghiệm với hai loại cấp phối B15 B20 để xác định cƣờng độ chịu nén mẫu thử, từ kết cƣờng độ chịu nén mẫu thử sử dụng hai loại cát sông Hậu sông Cổ Chiên so sánh phát triển, phù hợp loại cát để chế tạo bê tơng có cấp độ bền thiết kế khoảng B15 đến B20 Trong luận văn chứng minh dùng hỗn hợp: ximăng – nƣớc - cát - đá để thiết kế cấp phối đạt yêu cầu cƣờng độ nén, sở đƣa vào ứng dụng thử nghiệm cơng trình cụ thể địa bàn Trà Vinh nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, theo dõi độ bền làm việc kết cấu theo thời gian nhằm chuyển giao công nghệ rộng rãi thi công xây dựng Đồng thời sử dụng kết nghiên cứu đề tài làm sở tham khảo, phục vụ công tác thiết kế cấp phối cho doanh nghiệp sản xuất bê tông địa bàn tỉnh Trà Vinh, góp phần tận dụng đƣợc nguồn vật liệu địa phƣơng tiết kiệm chi phí vận chuyển, hạn chế ô nhiễm môi trƣờng Trên sở sản xuất thử nghiệm đánh giá hiệu kinh tế loại sản phẩm bê tông sử dụng cát sông so với loại cát địa phƣơng khác Từ khóa: so sánh, cát sơng Hậu, sơng Cổ Chiên, cƣờng độ, cấp phối Topic: COMPARISON OF CONCRETE STRENGTH WHEN USING SAND IN TRA VINH RIVERS AS GRADIENTS Summary: The objective of the project is to study the use of sand in Hau and Co Chien rivers in Tra Vinh province as a gradation in a mixture: cement - water - sand - stone, through experimental experiments with mechanical parameters physical and chemical properties of aggregate mixture to conduct casting of test samples with two types of gradients B15 and B20 to determine the compressive strength of the test piece, from the result of compressive strength of the sample when using two types of sand Hau River and Co Chien River will compare the development, suitability of these sand types to manufacture concrete with design durability in the range of B15 to B20 In this dissertation, it is proved to use a mixture of cement - water - sand - stone to design gradation meeting the compressive strength, based on which it is put into a test application on specific constructions of Tra Vinh area to ensure the technical requirements, track the durability of the structure over time to transfer this technology widely in construction today At the same time, using the research results of the project can serve as a basis for reference, serving the grading design for concrete manufacturing enterprises in Tra Vinh province, contributing to making use of the material source locally save transportation costs, limit environmental pollution On the basis of trial production, to evaluate the economic efficiency of sand products of these rivers compared with other types of sand in other localities Key words: comparison, Hau river sand, Co Chien river, intensity, gradation DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A, A1 C X Đ N Dmax Hệ số thực nghiệm từ điều kiện nguyên vật liệu Khối lƣợng cát cho 1m3 bê tông (kg) Khối lƣợng xi măng cho 1m3 bê tông (kg) Khối lƣợng đá cho 1m3 bê tông (kg) Khối lƣợng nƣớc cho 1m3 bê tông (kg) Đá dăm Fn k k1 Mđl Pn Rbt Diện tích chịu lực nén viên mẫu (cm2) Hệ số tính đổi kết thử nén viên mẫu Hệ số lèn Môđun độ lớn cát Tải trọng phá hoại (daN) Mac bê tông (daN/cm2) Rn Rx r Vcl Vh Vk Cƣờng độ nén (daN/cm2) Mac xi măng (daN/cm2) Độ rỗng Thể tích cốt liệu Thể tích hồ xi măng Thể tích lổ rỗng khí VC VĐ VN VX Vm Thể tích hồn tồn đặc cát 1m3 bê tơng (lít) Thể tích hồn tồn đặc đá 1m3 bê tơng (lít) Thể tích hồn tồn đặc nƣớc 1m3 bê tơng (lít) Thể tích hồn tồn đặc xi măng 1m3 bê tơng (lít) Thể tích mẻ trộn (dm3) Cm Khối lƣợng cát cho mẻ trộn trộn (kg) Đm Khối lƣợng đá cho mẻ trộn trộn (kg) Xm Khối lƣợng xi măng cho mẻ trộn trộn (kg) Nm Khối lƣợng nƣớc cho mẻ trộn trộn (kg) ρv ρv, Khối lƣợng thể tích tính tốn hổn hợp bê tơng (kg/m3) Khối lƣợng thể tích thực tế hổn hợp bê tông sau lèn chặt (kg/m3) ω Lƣợng nƣớc liên kết hóa học MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU 1 Tính cần thiết đề tài: .1 Mục tiêu nghiên cứu: Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: .2 Phƣơng pháp nội dung nghiên cứu: Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Bố cục luận văn .3 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 .4 1.1.2 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 13 1.2.2 Giai đoạn hóa keo 15 1.2.3 Giai đoạn kết tinh 15 1.3 Một số nghiên cứu giới ảnh hƣởng thành phần cát đến chất lƣợng bê tông .16 1.3.1 Ảnh hƣởng cát, nƣớc, xi măng trình chế tạo .16 1.3.2 Ảnh hƣởng cát, trình khai thác sử dụng 17 Nhận xét chƣơng .18 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CƠ, LÝ, HĨA CỦA CÁC MỎ CÁT SÔNG KHÁC NHAU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG .19 2.1 Đặc điểm môi trƣờng sông Đồng Bằng sông Cửu Long 19 2.1.1 Đặc điểm chung 19 2.1.2 Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh 20 2.2 Phƣơng pháp tiêu cần đánh giá sử dụng cát sông .21 2.2.1 Phƣơng pháp đánh giá 21 2.2.2 Các tiêu cần đánh giá 21 2.3 Phƣơng pháp tiêu cần đánh giá sử dụng đá dăm 21 2.3.1 Phƣơng pháp đánh giá 21 2.3.2 Các tiêu cần đánh giá 21 2.4 Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén bê tông thực nghiệm (Theo TCVN 3118:1993) 22 2.4.1 Thiết bị thử 22 2.4.2 Chuẩn bị mẫu thử 23 2.4.3 Tiến hành thử 25 2.4.4 Tính kết 26 2.5 Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén bê tông 27 2.5.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng muối chứa cát sông 27 2.5.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng muối chứa nƣớc sông .27 2.5.3 Mác xi măng tỷ lệ X/N 27 2.5.4 Hàm lƣợng tính chất cốt liệu 29 2.5.5 Cấu tạo bê tông 30 2.5.6 Cƣờng độ bê tông tăng theo thời gian 30 2.5.7 Điều kiện môi trƣờng bảo dƣỡng 30 2.5.8 Điều kiện thí nghiệm 31 Nhận xét chƣơng .31 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT SÔNG TRÀ VINH LÀM CẤP PHỐI 32 3.1 Mục đích thí nghiệm 32 3.2 Vật liệu sử dụng để chế tạo mẫu 32 3.2.1 Xi măng (Chất kết dính) .32 3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát) 33 3.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm) 39 3.2.4 Nƣớc 40 3.3 Tính tốn thành phần cấp phối cho bê tơng cấp B15, B20 40 3.3.1 Chọn độ sụt: 41 3.3.2 Xác định lƣợng nƣớc (N) cho 1m3 bê tông 42 3.3.3 Tính tốn hàm lƣợng cốt liệu cho 1m3 bê tơng 43 3.4 Quy trình đúc mẫu (Theo TCVN 3105:1993) 44 3.4.1 Tính tốn liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn 44 3.4.2 Trộn hỗn hợp bê tông xác định độ sụt .46 3.4.3 Chọn khuôn đúc tiến hành đúc mẫu 46 3.4.4 Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) 47 3.5 Qui trình nén mẫu kết thí nghiệm 47 3.5.1 Qui trình nén mẫu 47 3.5.2 Kết thí nghiệm – Cƣờng độ nén tuổi t= 3, 7, 14, 28, 60, 90 ngày .48 Nhận xét chƣơng .50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 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 BẢNG Bảng 1.1 Chọn mác xi măng theo mác bê tông Bảng 1.2 Lƣợng xi măng tối thiểu cho 1m3 bê tông Bảng 1.3 Thành phần hạt cát Bảng 1.4 Hàm lƣợng tạp chất cát 10 Bảng 1.5 Thành phần hạt cốt liệu lớn 10 Bảng 1.6 Hàm lƣợng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn 11 Bảng 1.7 Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 11 Bảng 1.8 Yêu cầu độ nén dập sỏi sỏi dăm 12 Bảng 2.1 Bảng trị số k .26 Bảng 3.1 Các tính chất lý cát sơng Cổ Chiên 34 Bảng 3.2 Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên .34 Bảng 3.3 Các tính chất lý cát sông Hậu 36 Bảng 3.4 Thành phần hạt cát sông Hậu 36 Bảng 3.5 So sánh tính chất lý cát sông Hậu sông Cổ Chiên 37 Bảng 3.6 So sánh thành phần hạt cát sông Hậu sông Cổ Chiên 38 Bảng 3.7 Các tính chất lý đá dăm 1x2cm Biên Hịa .39 Bảng 3.8 Thành phần hạt đá Biên Hòa .40 Bảng 3.9 Đột sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho dạng kết cấu 42 Bảng 3.10 Cấp phối bê tông B15 cát sông Cổ Chiên sông Hậu 43 Bảng 3.11 Cấp phối bê tông B20 cát sông Cổ Chiên sơng Hậu 43 Bảng 3.12 Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn .44 Bảng 3.13 Khối lƣợng vật liệu cho cấp phối bê tông B15 cát sông Cổ Chiên sông Hậu .45 Bảng 3.14 Khối lƣợng vật liệu cho cấp phối bê tông B20 cát sông Cổ Chiên sông Hậu .46 Bảng 3.15 Cƣờng độ kháng nén trung bình mẫu thử .48 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Máy nén mẫu 22 Hình 2.2 Mẫu thử trƣớc nén .24 Hình 2.3 Đúc mẫu bê tơng 24 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phƣơng theo TCVN 3118:1993 25 Hình 2.5 Sự phụ thuộc cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào trộn 28 Hình 3.1 Xi măng sử dụng để chế tạo mẫu .33 Hình 3.2 Hình ảnh thí nghiệm tiêu lý cát sơng Cổ Chiên .34 Hình 3.3 Hình ảnh thí nghiệm cát sơng Hậu 35 Hình 3.4 Hình ảnh thí nghiệm tiêu cớ lý đá dăm 1x2cm Biên Hòa 39 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1 Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên 35 Biểu đồ 3.2 Thành phần hạt cát sông Hậu 37 Biểu đồ 3.3 Thành phần hạt cát sông Hậu – sông Cổ Chiên 38 Biểu đồ 3.4 Thành phần hạt đá dăm 1x2cm Biên Hòa 40 Biểu đồ 3.5 Sự phát triển cƣờng độ nén mẫu thí nghiệm B15 dùng cát sơng Cổ Chiên sơng Hậu ứng với ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 60, 90) 49 Biểu đồ 3.6 Sự phát triển cƣờng độ nén mẫu thí nghiệm B20 dùng cát sông Cổ Chiên sông Hậu ứng với ngày tuổi (3, 7, 14, 28, 60, 90) 49 36 Bảng 3.3 Các tính chất lý cát sơng Hậu STT Tính chất lý Đơn vị Kết PP thí nghiệm Khối lƣợng thể tích xốp kg/m3 1,29 TCVN 7572-6: 2006 Khối lƣợng riêng g/cm3 2,58 TCVN 7572-4: 2006 Độ hút nƣớc % 0,97 TCVN 7572-5: 2006 Hàm lƣợng bụi bùn sét % 0,82 TCVN 7572-8: 2006 Mô đun độ lớn - 1,21 TCVN 7572-2: 2006 Lƣợng hạt sàng 5mm % - TCVN 7572-3: 2006 Bảng 3.4 Thành phần hạt cát sơng Hậu Kích thƣớc YCKT (%) Khối lƣợng sàn (g) Lƣợng sót riêng (%) Lƣợng sót tích lũy (%) 2,5 2,69 0,13 0,13 1,25 15,26 0,74 0,87 – 15 0,63 68,59 3,34 4,22 – 35 0,315 396,26 19,30 23,52 - 65 0,14 1412,25 68,79 92,31 65 – 90 < 0,14 157,84 7,69 100 ≤ 35 mắt sàng (mm) TCVN 7570:2006 37 Biểu đồ 3.2 Thành phần hạt cát sông Hậu Nhận xét: Cát sông Hậu có tiêu đạt yêu cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006 Bảng 3.5 So sánh tính chất lý cát sơng Hậu sơng Cổ Chiên Cát sơng Hậu STT Tính chất lý Đơn vị Khối lƣợng thể tích kg/m3 xốp Cát sơng Cổ Chiên PP thí nghiệm Kết Đơn vị Kết 1,29 kg/m3 1,37 TCVN 7572-6: 2006 Khối lƣợng riêng g/cm3 2,58 g/cm3 2,23 TCVN 7572-4: 2006 Độ hút nƣớc % 0,97 % 0,78 TCVN 7572-5: 2006 Hàm lƣợng bụi bùn sét % 0,82 % 1,13 TCVN 7572-8: 2006 Mô đun độ lớn - 1,21 - 1,41 TCVN 7572-2: 2006 Lƣợng hạt sàng 5mm % - % 0,013 TCVN 7572-3: 2006 38 Bảng 3.6 So sánh thành phần hạt cát sông Hậu sơng Cổ Chiên Kích thƣớc Cát sơng Hậu mắt sàng (mm) Khối lƣợng sàn (g) Lƣợng sót riêng (%) 2,5 2,69 0,13 1,25 15,26 0,63 Cát sông Cổ Chiên YCKT (%) Khối lƣợng sàn (g) Lƣợng sót riêng (%) 0,13 1,69 0,17 0,17 0,74 0,87 6,98 0,69 0,86 – 15 68,59 3,34 4,22 75,98 7,52 8,38 – 35 0,315 396,26 19,30 23,52 294,84 29,20 37,58 - 65 0,14 1412,25 68,79 92,31 571,59 56,61 94,19 65 – 90 < 0,14 157,84 7,69 100 58,67 5,81 100 ≤ 35 Lƣợng sót tích lũy (%) Lƣợng sót tích TCVN lũy (%) 7570:2006 Biểu đồ 3.3 Thành phần hạt cát sông Hậu – sông Cổ Chiên Nhận xét: Cát sơng Hậu sơng Cổ Chiên có tiêu đạt yêu cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570 : 2006 Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên tốt thành phần hạt cát sông Hậu 39 3.2.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm) Đá dùng cho thí nghiệm đƣợc lấy từ mỏ đá xanh Biên Hịa, tỉnh Đồng Nai mang phịng thí nghiệm LAS 817 Kết thí nghiệm tiêu lý đá nhƣ bảng 3.7, thành phần hạt nhƣ bảng 3.8 a) Dụng cụ xác định khối lƣợng thể tích xốp đá b) Dụng cụ xác định hàn lƣợng bùn, sét đá Hình 3.4 Hình ảnh thí nghiệm tiêu cớ lý đá dăm 1x2cm Biên Hịa Kết thí nghiệm thu đƣợc thể bảng 3.7 & 3.8 biểu đồ 3.3 nhƣ sau: Bảng 3.7 Các tính chất lý đá dăm 1x2cm Biên Hịa STT Tính chất lý Đơn vị Kết PP thí nghiệm Khối lƣợng thể tích xốp kg/m3 1,43 TCVN 7572-6: 2006 Khối lƣợng riêng g/cm3 2,64 TCVN 7572-5: 2006 Độ hút nƣớc % 0,91 TCVN 7572-5: 2006 Độ đập nén % 7,88 TCVN 7572-11: 2006 Hàm lƣợng hạt thoi dẹt % 8,68 TCVN 7572-13: 2006 Hàm lƣợng bụi, bùn, sét chung % 0,62 TCVN 7572-8: 2006 40 Bảng 3.8 Thành phần hạt đá Biên Hịa Kích thƣớc mắt Khối lƣợng Lƣợng sót tích YCKT (%) sàng (mm) sàn (g) lũy sàn(%) TCVN 7570:2006 40 0 20 317 6,33 – 10 10 3258 65,11 40 – 70 4999 99,99 90 - 100