Thiết kế thành phần bê tông có cấp phố

4. Chất thải phá dỡ công trình xây dựng (Construction and Demolition Waste).

2.4.3. Thiết kế thành phần bê tông có cấp phố

Theo yêu cầu trên cần tắnh toán thành phần cho 1m3 bê tông cấp B20, độ sụt = 4cm.

Cơ sở lý thuyết một số phương pháp thiết kế thành phần bê tông xi măng

Thiết kế thành phần bê tông là lựa chọn thành phần vật liệu chế tạo bê tông như nước, xi măng, cát, đá hoặc sỏi , phụ gia cho 1m3 bê tông sao cho đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về cường độ, độ dẻo, các yêu cầu khác và giá thành hợp lý. Thể tắch của bê tông được giả định là hoàn toàn đặc.

Để đảm bảo cường độ bê tông cùng giá trị tối thiểu mà cường độ trung bình cần thiết RỖb (cường độ yêu cầu) cần lớn hơn Rb phụ thuộc vào độ lệch chuẩn σ như sau :

Ryc = 1,25Rb với Rb < 50 Mpa (2.1) Ryc = 1,3Rb với Rb > 50 Mpa (2.2)

Phương pháp Bolomey - Skramtaev:

Giả thuyết của phương pháp này: Thể tắch bê tông được coi là hoàn toàn đặc và là tổng của các thể tắch đặc riêng rẽ của các vật liệu tạo ra bê tông

Vab =1000 = VaX + VaN + VaC + VaĐ (2.3)

Các bước tắnh toán

Xác định lượng nước N. Dựa vào độ cứng hoặc độ lưu động, yêu cầu lượng nước nhào trộn được xác định trên bảng tra [VLXD, tác giả Phạm Duy Hữu, NXB GTVT 2008].

Tỷ lệ X/N được tắnh theo công thức sau : - Với bê tông có X/N = 1.4 ọ2.5 :

yc 0.5

R X

N = AR + (2.4)

- Với bê tông có X/N > 2.5 : yc 0.5

R X

N = AR − (2.5)

trong đó : Ryc - cường độ của bê tông yêu cầu. Rx - mác của xi măng.

A , A1 - hệ số, được xác định theo bảng tra. Lượng xi măng: N N X X = ừ (kg) (2.19)

So sánh lượng xi măng tìm được với lượng xi măng tối thiểu, nếu thấp hơn thì phải lấy bằng lượng xi măng tối thiểu.

Lượng cốt liệu lớn và nhỏ xác định dựa vào giả thuyết về thể tắch tuyệt đối: Thể tắch 1m3 (hoặc 1000 lắt) hỗn hợp bê tông sau khi đầm chặt là tổng thể tắch đặc của cốt liệu, xi măng và nước :

X N C D

x n c d

ρ + ρ + ρ + ρ =1000 (2.20)

trong đó : X, N, C, Đ là khối lượng của xi măng, nước, cát , đá hoặc sỏi. ρx,ρn,ρc,ρđ: là khối lượng riêng của xi măng , nước, cát , đá hoặc sỏi . Thể tắch rỗng của cốt liệu lớn phải được nhét đầy vữa xi măng có kể đến sự trượt xa nhau của các hạt (α) :

α ρ ρ ρ + + = ⋅r⋅ D C N X D C X (2.21)

Từ những phương trình trên tắnh được :

. 1 ,( )100 100 kg r D D D ρ γ α + = (2.22)

Theo lý thuyết thể tắch tuyệt đối ta có:

C 1000 X N D . c,(kg) D X ρ ρ ρ      − − − = (2.23)

Trong đó : r - độ rỗng của cốt liệu lớn

Với hỗn hợp bê tông cứng α = 1,05 - 1,15 ; với hỗn hợp bê tông dẻo α biến thiên từ 1,25 - 1,4 và lớn hơn chọn theo bảng [VLXD tác giả Phạm Duy Hữu, NXBGTVT 2004].

Cường độ yêu cầu = 1.25x20=25MPa Rx = 40MPa

Hệ số chất lượng cốt liệu A = 0.55 Tỷ lệ X/N = 1.64

Kết quả tắnh tóan và hiệu chỉnh bằng thực nghiệm thành phần vật liệu cho 1m3: N=210.3lắt

X=342.5kg C=687.44kg Đ=1300kg

- Mẫu thi nghiệm cường độ chịu nén là 10x10x10cm

- Thắ nghiệm cấp phối thành phần xi măng cho bê tông với các tổ mẫu: 100% tro, 50% tro,40% tro,30% tro, 20% tro và mẫu đối chứng 0%tro (mẫu tiêu chuẩn) . - Thắ nghiệm chế tạo thành phần bê tông xi măng thay thế đá bằng cốt liệu xỉ

thép.

- Các cốt liệu đá và cát đạt tiêu chuẩn về độ ẩm và sạch.

- Mỗi tổ mẫu tạo 6 mẫu 10x10x10cm, thắ nghiệm các ngày tuổi 3ngày, 7 ngày, 28ngày.

Khối lượng cốt liệu tắnh toán vừa đủ cho mỗi tổ mẫu: - Mẫu tiêu chuẩn:

Ớ Cát : 5,44 (kg)

Ớ Đá : 10,14 (kg)

Ớ Nước : 1.64 (lắt) - Mẫu 100% tro: Ớ Cát : 5,44 (kg) Ớ Đá : 10,14 (kg) Ớ Tro bay : 2,6716 (kg) Ớ Nước : 1.64 (lắt)

- Mẫu 50% tro bay:

Ớ Cát : 5,44 (kg)

Ớ Đá : 10,14 (kg)

Ớ Tro bay : 1.336 (kg)

Ớ Xi măng : 1.336 (kg)

Ớ Nước : 1.64 (lắt)

- Mẫu 40% tro bay:

Ớ Cát : 5,44 (kg)

Ớ Đá : 10,14 (kg)

Ớ Tro bay : 1.07 (kg)

Ớ Xi măng : 1.603 (kg)

Ớ Nước : 1.64 (lắt)

Ớ Cát : 5,44 (kg)

Ớ Đá : 10,14 (kg)

Ớ Tro bay : 0,8 (kg)

Ớ Xi măng : 1.871 (kg)

Ớ Nước : 1.64 (lắt)

- Mẫu 20% tro bay:

Ớ Cát : 5,44 (kg)

Ớ Đá : 10,14 (kg)

Ớ Tro bay : 0,543 (kg)

Ớ Xi măng : 2,14 (kg)

Ớ Nước : 1.64 (lắt)

2.5.Kế hoạch thực nghiệm:

Từ ngày 1/3 đến 22/3:

- Lập kế hoạch thắ nghiệm và tìm tro ở các nhà máy nhiệt điện và trạm trộn bê tông.

- Tắnh toán, xử lý số liệu

- Xin lịch thắ nghiệm phòng thắ nghiệm VLXD.

- Thắ nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn của xi măng. - Thắ nghiệm xác định thành phần hạt của cốt liệu (đá,cát) Ngày 25/3:

Ngày 26/3:

- Thắ nghiệm mẫu 30% tro Ngày 27/3:

- Thắ nghiệm mẫu 20% tro và mẫu 100% tro Ngày 2/4 :

- Thắ nghiệm mẫu đối chứng (100% xi măng, cốt liệu đá) và mẫu với cốt liệu xỉ (thay đá hoàn toàn bằng xỉ).

Các cấp phối thắ nghiệm đều thắ nghiệm đo độ sụt theo TCVN 3106 -93. Đúc mẫu thắ nghiệm được bảo dưỡng ở 27+2ồC, độ ẩm > 90%. Sau 24 giờ thì tháo khuôn và ngâm vào bể nước đến ngày thắ nghiệm , nén xác định cường độ theo TCVN 3118 -93 và kết quả thắ nghiệm nhân với hệ số quy đổi về mẫu chuẩn 15x15x15cm là 0.91.

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU3.1.Các kết quả thực nghiệm của đề tài: 3.1.Các kết quả thực nghiệm của đề tài:

Các kết quả thực nghiệm với các cấp phối trên được thống kê trong các bảng 3.. Và biểu đồ hình 3.3 và hình 3.4 chỉ mối quan hệ cường độ và tuổi của bê tông .

Bảng 3.1. Kết quả thắ nghiệm cấp phối tro bay cho thành phần bê tông xi măng

Thành phần cấp phối

Độ sụt : Sn (cm)

Cường độ (Mpa)

3 ngày tuổi 7 ngày tuổi 28 ngày tuổi Mẫu tiêu chuẩn

(cốt liệu đá)

9.9 12.2 21

Mẫu tiêu chuẩn

(cốt liệu xỉ) 4 14 16.1 22.4 Mẫu 20% tro 5 8 11.5 16.3 Mẫu 30% tro 4 6.4 11.9 22.75 Mẫu 40% tro 4.5 4.65 6 11.4 Mẫu 50% tro 5 2.75 4.5 9.1 Mẩu 100% tro 0 (rất khô) - (rất yếu) - (rất yếu) - (rất yếu)

Hình 3.1.Thắ nghiệm đo độ sụt hỗn hợp bê tông

Hình 3.2.Thắ nghiệm nén bê tông

BIỂU ĐỒ CỘT SO SÁNH CƯỜNG ĐỘ CỦA CÁC MẪU CẤP PHỐI BTXM VỚI TRO BAY (MPa)

Hình 3.3.Biểu đồ cột so sánh cường độ của các cấp phối

Hình 3.4.Biểu đồ so sánh tốc độ phát triển cường độ của các cấp phối

Thông qua các kết quả thực nghiệm và các biểu đồ so sánh trên, ta nhận thấy cường độ bê tông cấp phối 20% tro và 30% tro có cường độ tương đối giống với mẫu tiêu chuẩn,tuy nhiên các mẫu cấp phối có cường độ phát triển chậm hơn so với mẩu đối chứng (0% tro). Cụ thể là cường độ chịu nén ở 7 ngày tuổi của các mẫu 20% và 30% đạt 11.5 Mpa và 11.9 Mpa 12.2 MPa (cường độ 7 ngày tuổi của mẫu đối chứng). Với cấp phối dùng tro bay thay thế 30% xi măng có cường độ 7ngày, 28ngày đáp ứng như bê tông thông thường, tuy nhiên tuổi 3ngày cường độ thấp hơn do tro tốc độ thủy hóa của tro trong thời gian đầu chậm.

Cốt liệu xỉ cũng có thể thay thế hoàn toàn đá dăm trong bê tông cấp B20 làm đường giao thông nông thôn . Kết quả thắ nghiệm ghi ở bảng 3.1 cho thấy cấp phối bê tông dùng xỉ cho cường độ cao hơn bê tông thông thường. Điều này được giải thắch bởi 2 yếu tố đó là: trong xỉ có chứa các thành phần khóang có khả năng họat động tương tự như xi măng (xem mục 2.3) và đặc điểm hình dạng hạt của xỉ nghiền khác hẳn đá dăm: tròn ắt dăm cạnh góc nhọn nên ắt tạo ra sự tập trung ứng lên đá xăng nhưng vẫn xù xì có thể liên kết tốt với đá xi măng, trong khi đó đá dăm rất nhiều dăm cạnh, với bê tông truyền thống B20 cường độ đá xi măng là không cao nên khi bê tông chịu lực các dăm cạnh của đá dăm Ộđâm thủng lớp đá xi măngỢ ở một vị trắ yếu cục bộ nào đó, sự phá hoại này sẽ lan truyền nhanh hơn cốt liệu xỉ. Mặt khác lượng hạt mềm yếu (thoi dẹt, phong hóa) của đá dăm địa phương Nam Bộ thường cao hơn, nó sẽ hình thành các vùng cấu trúc yếu trong bê tông, chắnh những vùng này ảnh hưởng rất lớn đến cường độ bê tông, nó làm giảm đáng kể cường độ bê tông. Tuy nhiên khi xét cho bê tông cường độ cao dùng đá dăm chất lượng cao, lúc này có thể xỉ khó đáp ứng tiêu chuẩn về cường độ.

Qua đó, ta nhận thấy việc cấp phối tro cho thành phần bê tông xi măng ứng dụng xây dựng đường giao thông nông thôn ở Nam Bộ là rất khả thi.

Có thể dùng tro bay thay thế 30%xi măng cho bê tông cấp B20 làm mặt đường giao thông nông thôn. Và có thể sử xỉ nhà máy thép thay thế hẵn cốt liệu đá dăm trong bê tông.

Theo ỘCăn cứ Quyết định số 800/QĐ-TTg ngày 04/6/2010 của Thủ tướng Chắnh phủ

phê duyệt Chương trình mục tiêu Quốc gia về xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010 Ờ 2020Ợ

Đường giao thông nông thôn có các quy định sau (ta xét đường cấp B): - Bề rộng nền đường Bn=3.5m

- Chiều dày lớp bê tông h= 18cm = 0.18m

 Thể tắch bê tông cần dùng cho 1km đường là V=3.5 x 0.18 x 1000=630(m3) (không tắnh thất thoát trong quá trình thi công và vận chuyển)

Suy ra khối lượng xi măng cần dùng cho 1km đường là: mx= 630 x 342.5 = 215775 (kg/km) = 215.775 (tấn/km)

Nếu ta ứng dụng bê tông cấp phối cho đường nông thôn (cụ thể là bê tông cấp phối 30% tro), thì có thể tiết kiệm được 64.73 tấn xi măng/1km (tương đương gần 115 triệu đồng trên 1km)(*) và đồng giải quyết vấn đề chất thải rắn tro bay ở các nhà máy nhiệt điện

(*) : Số liệu dựa trên giá cả xi măng thực tế ở thị trường.

Nếu ước tắnh: 13tỉnh thành ĐBSCL*12huyện*20xã*50km đường cấp/xã*64.73tấn xi

măng tiết kiệm được thì con số xi măng tiết kiệm được là: 10,1triệu tấn xi măng tương đương 17940 tỷ đồng, chưa kể lợi ắt giải quyết rác thải tro bay, tận dụng nguồn lực nhân công địa phương.

Thiết kế thành phần bê tông có cấp phố

Tro bay nhiệt điện (Fly Ash)

Xỉ lò cao và xỉ thép (Slag)