I.1.1. Tình hình sử dụng cát xay trên thế giới
Cát xay là loại cát được nghiền từ đá với thành phần hạt từ 140 (μm) đến 5(mm).
Nó được gọi với nhiều tên khác nhau như: cát xay, cát gia công, mạt…có thể đảm bảo các tính chất về cơ lý, hóa của cốt liệu nhỏ và có thể thay thế hoàn toàn hoặc
một phần cát tự nhiên trong bê tông xi măng. Trên thế giới hiện nay, cát xay đang được sử dụng phổ biến trong xây dựng.
Các nước công nghiệp phát triển chế tạo ra thiết bị nghiền rôto trục đứng dùng ổ bi, để nghiền đá thành cát từ hơn 20 năm nay. Đến năm 1987, khi LB Nga phát minh ra "công nghệ gối đệm không khí", công nghệ này ngay lập tức bộc lộ nhiều ưu thế hơn so với công nghệ rôto bởi những lý do sau:
- Tỷ lệ lượng cát thu được đến 48%, trong khi thiết bị dùng ổ bi chỉ đạt được 25%
- Công nghệ gối đệm không khí cho chất lượng thành phần hạt sản phẩm tốt, đáp ứng được yêu cầu khắt khe trong sản xuất các loại bê tông như: bê tông Asphalt, bê tông ximăng, bê tông đầm lăn và các loại bê tông đặc biệt.
Cát xay đang được dùng rộng rãi trên thế giới, giải pháp này hạn chế tối đa khai thác cát tự nhiên dẫn đến sạt lở bờ, thay đổi dòng chảy ảnh hưởng tới môi trường và là giải pháp thay thế tối ưu cho cát tự nhiên trong khi lượng cát tự nhiên ngày càng cạn kiệt, không đủ cung ứng cho nhu cầu xây dựng tăng cao. Ngoài ra, cát xay đang được sử dụng rộng rãi do tính chất đặc biệt của nó: hạt cát đồng đều, có thể điều chỉnh modun và tỷ lệ thành phần hạt theo từng cấp phối các loại bê tông khác nhau (như bê tông thường, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao, bê tông asphalt…). có kích cỡ đồng đều, không lẫn tạp chất và có độ cứng ổn định. Ưu điểm của cát xay là khi khách hàng yêu cầu kích cỡ lớn, nhỏ để phù hợp với từng loại bê tông, nhà máy đều đáp ứng được ngay. Mặt khác, cát xay sạch hơn cát thông thường vì được máy nghiền thổi hết bụi bặm.
I.1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cát xay tại Việt Nam
Trong khi cát tự nhiên ngày một khan hiếm thì cát xay được xem là cứu cánh của ngành xây dựng trong tương lai. Nhiều doanh nghiệp đã bỏ ra số vốn lớn để đầu tư nhà máy sản xuất loại cát này để đón đầu thị trường thời gian tới... Nhiều chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng đã cảnh báo, Việt Nam sẽ thiếu cát xây dựng một cách trầm trọng trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Trước mắt, việc khan hiếm cát sông có thể được khắc phục bằng cách nhập khẩu cát, song trong tương lai nguồn này cũng sẽ bị cạn kiệt. Việc vận chuyển cát từ khu có trữ lượng lớn đến khu vực khan hiếm sẽ làm cho giá vật liệu cát đến chân công công trình tăng cao hơn nữa.
Mặt khác, nguồn tài nguyên cát tự nhiên đang dần cạn kiệt, tình hình khai thác quá mức làm biến đổi nghiêm trọng địa hình lòng sông và phía thượng lưu sông, làm thay đổi dòng chảy, làm mất cân bằng lượng phù sa dọc sông gây xói lở. Nhiều địa phương đã nhận thưc được điều này đã hạn chế việc khai thác cát bừa bãi.
Nhưng nhu cầu xây dựng ngày càng tăng cao, đặc biệt ở những vùng đô thị lớn, khu vực phát triển mạnh làm mất cân bằng cán cân cung – cầu.
Nguồn cát tự nhiên (cát sông) được khai thác ở ven sông suối hoặc nạo hút dưới lòng sông. Chất lượng cát tự nhiên rất khác nhau trên từng con sông, từng đoạn khai thác trên một dòng sông và phương pháp khai thác. Ngoài ra, sự khác nhau về modul độ lớn, các loại cát còn khác nhau cơ bản ở hàm lượng hạt trên sàng 5 mm (sỏi sạn), hàm lượng chung bụi bùn sét và hàm lượng hạt sét... Về mùa mưa lũ, hàm lượng bùn bụi sét và hàm lượng hạt sét sẽ tăng lên rất đáng kể, nếu không có những điều chỉnh cần thiết thì ảnh hưởng của nó đến việc chế tạo bê tông là rất lớn.
Với những nguyên nhân cơ bản: chất lượng, trữ lượng và nhu cầu đã nêu ở trên, việc gia công vật liệu cát xay có chất lượng cao và ổn định từ đá là một xu thế không thể tránh khỏi.
Nếu sản xuất được cát nghiền đảm bảo yêu cấu trong xây dựng, chúng ta sẽ chủ động hơn trong việc sử dụng cát để chế tạo bê tông vì nguồn vật liệu cung cấp để sản xuất của chúng ta rất lớn. Từ những phân tích trên cho thấy sử dụng cát nghiền từ đá thay thế một phần hoặc hoàn toàn cát tự nhiên hạt to đang là hướng đi đúng đắn trong lĩnh vục xây dựng ở Việt Nam.
Trên địa bàn Đà Nẵng lượng dự trữ cát tại các bãi sông còn rất ít. Nguồn cung cấp cát chủ yếu là từ các con sông ở Quảng Nam, nhưng hiện nay các tuyến cung cấp cát đó dần bị cắt đứt, các cơ sở khai thác cát nhỏ lẻ như bãi cát: Cầu Bà Đen, Cầu Đỏ…đã bị cấm khai thác. Nguồn cung ứng cát chủ yếu từ các bãi cát Vĩnh Điện dần chuyển qua khai thác có quy hoạch, được khai thác bởi các xí nghiệp dưới sự quản lý của Sở Tài nguyên và Môi trường.
Những sản phẩm đá có kích thước <5 mm hiện tại được ứng dụng để đổ nền đường, cấp phối đá dăm và dùng để làm bột đá. Với những điều kiện thuận lợi về tài nguyên có sẵn thì giải pháp đưa ra là đưa loại đá có kích thước <5 mm, phế phẩm trong các mỏ đá ứng dụng vào bê tông, thay thế một phần hoặc hoàn toàn cát tự nhiên nhằm cung ứng cho nhu cầu xây dựng và hạn chế khai thác cát tự nhiên.
I.1.3. Sử dụng hợp lý tỷ lệ cát sông/cát xay trong bê tông nhựa Sản phẩm BTN được hình thành qua 3 công đoạn:
- Thiết kế cấp phối trong phòng thí nghiệm
- Sản xuất BTN tại trạm trộn theo cấp phối đã thiết kế - Thi công hỗn hợp BTN
Vật liệu sau khi được kiểm tra các tính chất cơ lý đầu vào đạt yêu cầu sẽ được tiến hành thiết kế cấp phối đạt yêu cầu về thành phần (TCVN 8820 – 2011). Sau đó sẽ kiểm tra các chỉ tiêu cơ lí của mẫu BTN đã chế bị. Khi mẫu BTN đã đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lí tại phòng thí nghiệm sẽ được đưa đến trạm trộn để sản xuất. Tuy nhiên việc định lượng theo đúng thiết kế vẫn còn phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ của trạm. Một bất cập hiện nay là các trạm trộn thường dùng chung 1 bunke cho cả cỏt sụng lẫn cỏt xay. Do đú, mặc dự theo thiết kế đó chỉ rừ tỉ lệ Cs/Cx nhưng việc
dùng chung 1 bunke sẽ làm thay đổi tỉ lệ Cs/Cx làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng BTN. Vì vậy một vấn đề đặt ra là tỉ lệ Cs/Cx nằm trong phạm vi nào là hợp lí mà BTN vẫn đạt các yêu cầu kĩ thuật. Chính vì lí do đó đề tài đã nghiên cứu đến tỉ lệ Cs/Cx trong BTN.
I.1.4. Ảnh hưởng của chất lượng cát xay đến hàm lượng nhựa tối ưu và các tính chất cơ lý của bê tông nhựa
Hiện nay, phần lớn cát xay được sử dụng trong bê tông nhựa nóng tại các trạm trộn bê tông nhựa tại khu vực miền Trung phần lớn được tận dụng từ phế thải của các trạm xay sàng đá. Do vậy mặc dù tận dụng được nguồn phế thải, giảm được việc khai thác cát sông quá mức mà vẫn đảm bảo được hàm lượng cốt liệu nhỏ trong bê tông nhựa, giảm thiểu được tình trạng ô nhiễm môi trường ngày một gia tăng song chất lượng bê tông nhựa vẫn chưa ổn định. Bên cạnh đó, cát xay được tận dụng từ phế thải của công nghệ xay đá với hàm lượng hạt thoi dẹt, hàm lượng hạt mịn nhiều sẽ ảnh hưởng đến chất lượng BTN. Vì vậy, việc sản xuất cát xay theo qui trình, đảm bảo thành phần hạt của cát xay sẽ cải thiện chất lượng BTN.
I.2. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến đạt được
• Nghiên cứu lựa chọn loại vật liệu, các tỉ lệ phối hợp của các thành phần vật liệu để chế tạo hỗn hợp BTNC loại rải nóng.
• Đánh giá chỉ tiêu cơ lý các mẫu thí nghiệm được chế bị với tỉ lệ CS/CX và với các hàm lượng nhựa khác nhau.
• Phân tích và đề xuất tỉ lệ sử dụng hợp lý của các thành phần cốt liệu mịn và hàm lượng nhựa tối ưu.
• Đánh giá ảnh hưởng của chất lượng CX đến các tính chất cơ lý của BTNC và hàm lượng nhựa tối ưu.
• Phân tích và đề xuất việc sử dụng CX có chất lượng tốt hơn cho BTNC.
CHƯƠNG II: THÍ NGHIỆM KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU