Nghiên cứu cải thiện cường độ chịu kéo khi uốn và khả năng chống mài mòn của bê tông cốt liệu cát mịn cho mặt đường bê tông xi măng

Tínhcấp thiếtcủađề tài

Điều này dẫn tới thay đổi cấu trúc bê tông, làm một số tính chất của hỗnbê tông như độ tách nước, độ tách vữa, phân tầng, độ co mềm, một số tính chất của bêtông như cường độ nén, cường độ chịu kéo khi uốn, khả năng chống mài mòn của bêtông cát mịn bị suy giảm hơn so với bê tông cát thô. Do đó, các tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹthuật quy định chỉ sử dụng cát mịn cho bê tông có cường độ chịu nén tới 30 MPa.Tương quan cường độ chịu nén trên cường độ chịu kéo khi uốn mới đạt ở mức theocấp 1 (cường độ chịu kéo khi uốn thường đạt giá trị tới 4,0 MPa), độ mài mòn của bêtông chỉ ở mức ≤ 0,6 g/cm2.

Mụctiêunghiêncứu

Với việc sử dụng cát mịn thay cho cát thô, lượng nước nhào trộn để hỗn hợp bê tôngđạt cùng độ sụt và lượng dùng xi măng để bê tông đạt được cùng cường độ cần tănglên, thành phần hạt của cốt liệu trong bê tông trở nên gián đoạn, tỷ diện tích bề mặt cốtliệu tăng lên. Vìvậy,việcnghiêncứunângcaocườngđộchịukéokhiuốnvàkhảnăngchốngmàimòn của bê tông cát mịn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đối với mặt đường bê tông xi măngtớiđườngcấpIlàrấtcầnthiết.

Đốitƣợngvànộidungnghiêncứu 1. Đốitượngnghiêncứu

-Bê tông sử dụng cát mịn: cường độ chịu kéo khi uốn lớn hơn 4,5 MPa, độ mài mòncó giá trị đạt được từ 0,3 g/cm2đến 0,6 g/cm2dùng cho mặt đường bê tông xi măngđườngcấpIVtrở xuốngvàsânbãi. -Bêtôngsửdụngcátmịnphốihợpmạtđávôitheotỷlệhợplý:cườngđộchịukéokhiuốn lớn hơn 5,0 MPa, độ mài mòn nhỏ hơn 0,3 g/cm2dùng cho mặt đường bê tông ximăngtớiđườngcấpI.

Ýnghĩakhoahọc

- Nghiên cứu tổng quan về tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông cát mịn trên thếgiớivà ởViệtNamđểxâydựngcácvấnđềkhoahọccầngiảiquyết. - Ảnh hưởng của cốt liệu nhỏ là cát mịn, cát mịn kết hợp mạt đá đến một số tính chấtcủa bê tông: co mềm, co khô, sự phát triển cường độ, độ chống thấm nước, mô đunđànhồicủabêtông;.

Ýnghĩathựctiễn

- Ảnh hưởng của cốt liệu nhỏ là cát mịn, cát mịn kết hợp mạt đá đến khả năng chốngmàimòncủabêtông;.

Cácbàibáoliênquanđãcôngbố

• Đốitƣợngvànộidungnghiêncứu 1. Đốitƣợngnghiêncứu
• Phươngphápnghiêncứu
• Tínhchấtcủabêtông
• Mộtsốtínhchấtcủabêtông

Do đó, để lựa chọn thành phần bê tông đáp ứng được yêu cầu làm mặt đường bêtông xi măng, thì trong nghiên cứu luận án đã thiết kế lựa chọn thành phần cấp phối bêtông trực tiếp theo cường độ chịu kéo khi uốn trên cơ sở công thức (1), khi đó cần phảixác định được hệ số chất lượng vật liệu theo cường độ chịu kéo khi uốn (Aku), và sửdụng hệ số dƣ vữa cao hơn so với hệ số dƣ vữa hợp lý theo cường độ chịu nén, khiếntính công tác của hỗn hợp bê tông sẽ bị suy giảm, cường độ chịu kéo khi uốn tăng mặcdù cường độ chịu nén có thể suy giảm nhưng không đáng kể [17]. Vấn đề này có thểkhắcphụcđượckhisửdụngphụgiasiêudẻo.Khiđóquanhệgiữalượngnướcvàtínhcông tác, quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông với cường độ chịu kéokhiuốncủaximăngvàtỷlệX/Nsẽbịthayđổi. Trong một số điều kiện cụ thể, khi khan hiếm nguồn cát thô chất lƣợng cao thì việcnghiên cứu sử dụng cát mịn trong chế tạo bê tông đường có ý nghĩa thực tiễn đáng kể.Tuy nhiên, theo một số kết quả thực tế, sử dụng cát mịn trong bê tông có thể có ảnhhưởng tiêu cực đến cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông. Đó là do, để duy trì tínhcông tác tương đương như khi sử dụng cát thô, khi chuyển sang dùng cát mịn ta cầntănglượngnướctrộn.Nếugiữnguyênlượngdùngximăng,điềunàylàmgiảmtỷlệxi. măng trên nước khiến cường độ bị suy giảm. Và khi đó theo [33] bê tông sử dụng cátmịnchỉđạtđượctỷlệ cườngđộchịunéntrêncườngđộchịukéokhiuốnởmứccấp1.Để đạt được mức cấp 2 có thể lựa chọn vật liệu chất lƣợng cao hoặc sử dụng phụ giasiêudẻovàgiatănghệsốdƣ vữa. Để làm rừ cỏc vấn đề phõn tớch trờn, luận ỏn cần tập trung nghiờn cứu về những nộidungcụthểnhƣ sau:. a) Quan hệ lượng dùng nước và tính công tác của hỗn hợp bê tông sử dụng cát mịn khihệsốdưvữađượclấycaohơnsovớigiátrịtrabảng. b)Quan hệ cường độ (chịu nén, chịu kéo khi uốn) của bê tông sử dụng cát mịn vớicường độ (chịu nén, chịu kéo khi uốn) của xi măng và tỷ lệ X/N để từ đó xác định hệsố chất lượng vật liệu theo cường độ (chịu nén, chịu kéo khi uốn) của bê tông sửdụng cát mịn, phục vụ công việc thiết kế lựa chọn thành phần bê tông sử dụng cátmịntheocườngđộ(chịunén,chịukéokhiuốn)dùngchobêtông làmđường. N ế u giữ ng uyê n lƣợngdùngximăng ,điềunàylàmgiảmtỷlệximăngtrênnướckhiếncườngđộvàkhảnăngchốngmàimònbị suygiảm.Đốivớibêtôngmặtđường,độmàimònlàmộttrongnhữngchỉtiêukỹthuậtquantrọn g.Đểnângcaođượckhảnăngchốngmàimòncủabêtôngsửdụngcátmịntươngđươngcátth ôcóthểdùnglàmmặtđườngbêtôngxi măng đường cấp cao, luận án đã chọn giải pháp bổ sung mạt đá để thô hóa cát mịn.Khiphốihợpcátmịnvớimạtđáthìthànhphầnhỗnhợpcốtliệugồmhỗnhợpcốtliệunhỏ(cát mịnphốihợpmạtđá)vàcốtliệulớncầnphảiđạtđƣợchaimụcđíchlàhỗnhợpcốtliệucó độhổngtốithiểuvàđápứngyêucầuvềtínhcôngtáccủahỗnhợpbêtông.Hỗnhợpcốtliệucó độhổngcàngnhỏthìlƣợnghồximăngcầnthiếtđểlấpđầycáckhoảngtrốnggiữacáchạtcố tliệuvàbaobọcquanhchúngcàngnhỏ.Mặtkhác,hỗnhợpcốtliệuphảicómộttỷlệcốtli ệunhỏ/cốtliệulớnthíchhợpthìkhinhàotrộn. với xi măng và nước mới hình thành hỗn hợp bê tông có tính công tác tốt, không bịphân tầng. Tỷ lệ cốt liệu nhỏ/cốt liệu lớn càng nhỏ thì tỷ diện tích bề mặt của hỗn hợpcàngnhỏ,khiếnlượngnướcnhàotrộncầnthiếtđểthấmướtbềmặtcàngnhỏ. Như vậy, để đạt độ lưu động cho trước thì hỗn hợp bê tông có tỷ lệ cốt liệu nhỏ/cốtliệu lớn thấp sẽ cần ít nước nhào trộn hơn và do đó cường độ bê tông sẽ cao hơn. Tuynhiên, khi tỷ lệ này quá nhỏ thì độ dãn cách giữa các hạt cốt liệu lớn sẽ nhỏ nên nội masát trong hỗn hợp tăng lên làm giảm tính công tác của hỗn hợp. Hơn nữa, với cốt liệucó mức ngậm cát quá nhỏ nếu hỗn hợp bê tông có độ sụt cao thì rất dễ xảy ra hiệntƣợngphântầng. a) Quan hệ lượng dùng nước và tính công tác của hỗn hợp bê tông sử dụng cát mịnphốihợpmạt đá,khi hệsốdưvữa được lấycaohơnsovớigiátrịtrabảng. b) Quan hệ cường độ (chịu nén, chịu kéo khi uốn) của bê tông sử dụng cát mịn phốihợpmạtđávớicườngđộ(chịunén,chịukéokhiuốn)củaximăngvàtỷlệX/Nđểtừ đó xác định hệ số chất lượng vật liệu theo cường độ (chịu nén, chịu kéo khi uốn)của bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá, phục vụ công việc thiết kế lựa chọnthành phần bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá theo cường độ (chịu nén, chịukéokhi uốn)dùngchobêtông làmđường. c) Quan hệ giữa độ mài mòn của bê tông và mô đun độ lớn của các loại cát mịn khácnhau khi phối hợp mạt đá, để từ đó đánh giá tương quan giữa độ mài mòn của bêtông sử dụng cát mịn và độ mài mòn của bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đádùngchomặtđườngbêtôngximăng. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, luận án đã sử dụng vật liệu và cấp phối đại diện CP8(Bảng 3.1), CPM1 (Bảng 3.2) ứng dụng trong thực tế để làm các công trình sân bãichứa, đường giao thông trong và ngoài của hai Nhà máy sản xuất cống thuộc Công tyCổphầnVậtliệuXâydựngSôngĐáy,đƣợctrìnhbàycụ thểnhƣsau:.  Nhàmáy1:cóđịachỉtạixãPhúNghĩa,huyệnChươngMỹ,Hànội,đãsửdụngcấp phối CP8 làm sân bãi và đường giao thông trong và ngoài nhà máy. KH Lƣợngdùngvậtliệu,kg/m3 Thôngsốcấpphối. XM Nước Cát Đá PG Mdl Kd X/N. Ghichú:Thành phần cấp phối cho 1m3bêtông với cốt liệu ởtrạng thái khô hoàn toàn.  Nhà máy 2:có địa chỉ tại xã Hà Mãn, huyện Thuận Thành, tỉnh Bắc Ninh, đã sửdụng cấp phối CPM1 làm sân bãi và đường giao thông trong và ngoài nhà máy.Thànhphần bêtôngđƣợctrìnhbàytạiBảng5.2. Lƣợngdùngvậtliệu,kg/m3 Thôngsốcấpphối Xi. măng Nước Mạt. đá Cát Đá Phụ gia. Mdlcủah ỗn hợpCLN. Tỷ lệmạtđá tronghỗnh ợpCLN. Ghichú:Thành phần cấp phối cho 1m3bêtông với cốt liệu ởtrạng thái khô hoàn toàn. Cả hai nhà máy trên đều trực thuộc Công ty Cổ phần Vật liệu Xây dựng Sông Đáy, cótrụ sở 103 Thái Thịnh – Hà Nội. Sân bãi chứa và đường giao thông trong và ngoài haiNhà máy là nơi chứa và vận chuyển vật liệu xây dựng, các sản phẩm sản xuất nhƣ:cốngtròn,cốnghộp,hốga,bóvỉa,đếcống…. vàcácthiếtbị máymócphụcvụsảnxuất của hai Nhà máy. Sau khi sân bãi, đường giao thông của cả haiNhà máy thi công xong và đưa vào sử dụng, mặc dù hàng ngày lưu lượng xe ô tô ravào hai Nhà máy để vận chuyển vật liệu xây dựng, thiết bị phục vụ sản xuất cũng nhƣvận chuyển các sản phẩm sản xuất nhƣ cống tròn, cống hộp, hố ga, nắp hố ga, bó vỉa,đế cống…đến các công trường bằng các loại xe tải trọng lớn tần xuất vận chuyển cao.Tuy nhiên, đến nay khu vực sân bãi chứa sản phẩm cống tròn, cống hộp, hố ga, nắp hốga, bó vỉa, đế cống, thiết bị sản xuất, vật liệu xây dựng…. cũng như đường giao thôngtrong và ngoài hai Nhà máy đều cho thấy bê tông không xảy ra hiện tƣợng nứt vỡ,khôngxuấthiệndấuhiệubịmài mòntrênbềmặtcủabêtông. Sau ứng dụng cấp phối CP8, CPM1 tại công trình sân bãi, đường giao thông trong vàngoài hai Nhà máy. Luận án đã tiến hành kiểm tra đánh giá chất lƣợng các công trìnhtrênbằngcách:. a) Khoanlấymẫubêtôngđểkiểmtrachiềudàykếtcấulớpbêtông,cườngđộchịukéo khibửa,cườngđộ chịunénvàđộ mài mòncủabêtông. b) Kiểmtrađộbằngphẳng,độnhám,môđunđànhồi(bằngcầnBenkelman)củamặtđườn gbêtôngxi măngvàsânbãichứacủahaiNhàmáy.

KIẾNNGHỊ

- Tương quan về cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông (Rbku) với cường độ chịu kéokhiuốncủaxi măng(Rxku)vàtỷlệN/XtheocôngthứccủaY.M.Bazenov;. 5) Các tính chất của bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ là cát mịn (Mdl= 1,2 ÷ 1,9), cát mịnphối hợp mạt đá, khi dùng phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate nhƣ quá trình mấtnước,comềm,cokhô,sựpháttriểncườngđộtheothờigian,độchốngthấmnước,môđun đàn hồi cho thấy rằng: bê tông sử dụng cát mịn không phối hợp mạt đá có nhượcđiểm quá trình mất nước, co mềm, co khô lớn nên khi thi công bê tông này trong điềukiện mặt hở rộng như bê tông đường, cần phải có các biện pháp bảo dƣỡng, che chắnthích hợp để hạn chế nứt cho bê tông. Bê tông sử dụng cát mịn phối hợp mạt đá có sựphát triển cường độ theo thời gian, độ chống thấm nước và mô đun đàn hồi được caohơnsovớibêtôngsử dụngriêngcátmịn. 6) Kết quả ứng dụng thực tế các cấp phối bê tông trong luận án với cốt liệu nhỏ là (cátmịn, cát mịn phối hợp mạt đá) trên 2 công trinh thực tế cho thấy, các biện pháp côngnghệthicông,cáctính chấtbêtông đạtđƣợc phùhợpvớikếtquảluậnán. Giá thành bê tông sử dụng cát mịn, cát mịn phối hợp mạt đá và phụ gia siêu dẻo gốcpolycarboxylate trong điều kiện cụ thể có thể giảm trên 10 % so với khi sử dụng cátthô.Điềunàychophéptậndụngđƣợcnguồnvậtliệutạichỗnhƣcátmịn,phếthảimạtđá để làm đường bê tông xi măng, góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm cát hợpchuẩnvàđemlạihiệuquảkinhtếđángkểchoxâydựnghiệnnay.

Thànhphầnhạtcủacát mịn,cát thôvàmạt đá

Để xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa cát mịn và mạt đá sử dụng trong nghiêncứucủaluậnán,đãtiếnhànhphốitrộncátmịn(C1,C2,C3)vớimạtđá(M)theocáct ỷlệthaythếcátmịnbằngmạtđánhƣsau:20%;30%;40%;50%;60%.Kếtquảthínghiệmđ ƣợctrìnhbàytạiBảng (3,4,5)vàHình(2,3,4). Kết quả thí nghiệm cho thấy, phối trộn mạt đá với cát mịn (theo tỷ lệ thay thế 40 % cátmịn bằng mạt đá) có thể coi là tỷ lệ thích hợp, mặc dù tỷ lệ này chƣa phải là tỷ lệ phốitrộn tối ƣu giữa cát mịn (C1,C2,C3) với mạt đá.