Tài liệu Nghiên cứu chất lượng các mỏ đá trên địa bàn tỉnh quảng ngãi ảnh hưởng đến cường độ bê tông

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG CÁC MỎ ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG Học viên: Phan Tấn Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 858 02 01 Khóa: K34 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Đề tài này đưa ra một nghiên cứu cụ thể thông qua thực nghiệm để đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi. - Khẳng định chất lượng đá dăm chất lượng đảm bảo sử dụng trong bê tông thông thường và bê tông mác cao, phù hợp với thi công xây dựng công trình sử dụng bê tông thông thường và các công trình đòi hỏi chất lượng bê tông cường độ cao tại tỉnh Quảng Ngãi. - Về các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm các mỏ tại tỉnh Quảng Ngãi là khá tốt để sản xuất bê tông, với cường độ kháng nén bão hòa của đá gốc (3 mỏ chọn nghiên cứu là: Thọ Bắc; Bình Đông; Mỹ Trang) nằm trong khoảng từ 500 – 1000kG/cm2, độ mài mòn và độ nén dập phù. Từ khóa: Chất lượng mỏ đá, cường độ bê tông (mỏ Mỹ Trang, Đá mỏ Thọ Bắc - phù hợp để sản xuất bê tông với cấp bền B< 22,5, B>30,0, (Mác < 300#) Project title: RESEARCHING THE QUALITY OF QUARRIES IN QUANG NGAI PROVINCE AFFECTS THE INTENSITY OF CONCRETE Summary: This topic provides a specific study through experiments to assess the stone quality to the intensity of concrete in Quang Ngai province. - Affirming the quality of crushed stone quality to be used in normal concrete and high grade concrete, suitable for construction works using ordinary concrete and constructions requiring quality concrete altitude in Quang Ngai province. - Regarding the mechanical and mechanical properties of macadam mines in Quang Ngai province, it is quite good to produce concrete, with the saturation compressive strength of the original rock (3 mines selected for the study are: Tho Bac; Binh Dong; America Page) range from 500 - 1000kG/cm2, abrasion and compression strength suitable for use in concrete design and construction with suitable grade. Keywords: Quality of mines, concrete strength (My Trang mine, Tho Bac mine, suitable for producing concrete with durable grade, B <22,5, B> 30,0, (Mark <300 #) MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài.................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 1 3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .....................................................................1 5. Phương pháp nghiên cứu: ...................................................................................2 6. Cơ sở khoa học và thực tiễn: ..............................................................................2 7. Kết quả đạt được và vấn đề còn tồn tại: ............................................................. 2 8. Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ, ĐÁ DĂM VÀ BÊ TÔNG................................ 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MÁC MA VÀ ĐÁ XÂY DỰNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI ............................................................................................................................... 3 1.2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM DÙNG TRONG BÊ TÔNG ....................... 7 1.2.1. Chức năng của đá dăm ..................................................................................7 1.2.2. Một số chỉ tiêu của đá dăm: ..........................................................................8 1.3. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG ....................................................................9 1.3.1. Chức năng của bê tông..................................................................................9 1.3.2. Phân loại bê tông........................................................................................... 9 1.3.3. Phạm vi ứng dụng. ...................................................................................... 10 1.3.4. Thành phần của bê tông: .............................................................................11 1.4. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG: ..............................................................................11 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .............................................................................................. 12 CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM VÀ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM ..................................................................13 2.1. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM: .........................................13 2.1.1. Lấy mẫu thử ................................................................................................ 13 2.1.2. Xác định thành phần hạt: ............................................................................13 2.1.3. Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích: ........................................16 2.1.4. Xác định khối lượng thể tích xốp và độ rỗng: ............................................20 2.1.5. Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét trong cốt liệu: .......................................22 2.1.6. Xác định cường độ của đá gốc: ..................................................................24 2.1.7. Xác định độ nén đập: ..................................................................................25 2.1.8. Xác định độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn trong máy Los Angeles ............................................................................................................................... 27 2.1.9. Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn: ...................................29 2.2. CÁCH XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ....................................................................................................................... 30 2.2.1. Khái niệm về cường độ của bê tông: .......................................................... 30 2.2.2. Nội dung phương pháp thí nghiệm xác định cường độ: ............................. 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: ............................................................................................. 32 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÁ ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG .............................................................................................. 33 3.1. MỤC ĐÍCH ............................................................................................................33 3.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐT LIỆU VÀ MẪU THÍ NGHIỆM BÊ TÔNG:......33 3.2.1. Thành phần cấp phối đá: tại 3 mỏ khác nhau .............................................33 3.2.2. Thành phần cấp phối liên quan: ..................................................................38 3.2.3. Tỷ lệ cấp phối ............................................................................................. 40 3.2.4. Quá trình đúc mẫu....................................................................................... 41 3.2.5. Quy trình thí nghiệm bê tông: .....................................................................42 3.2.6. Thiết bị thí nghiệm ...................................................................................... 43 3.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ...................................................................................... 43 3.3.1. Công thức tính toán..................................................................................... 43 3.3.2. Kết quả thí nghiệm:..................................................................................... 43 3.4. TỔNG HỢP VÀ NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: ............................. 59 3.4.2. Kết quả mẫu nén bê tông tại 3 mỏ Thọ Bắc- Bình Đông- Mỹ Trang .........60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 64 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BÀN SAO) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1. Tính chất cơ lý trung bình của đá xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi 6 1.2. Bảng thống kê các mỏ đá làm vật liệu xây dựng thông thường (Kèm theo Quyết định số 546/QĐ-UBND ngày 09/8/2017 của UBND tỉnh) 7 1.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn 8 1.4. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn 8 1.5. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 9 1.6. Hệ số tính đổi kết quả 12 2.1. Kích thước lỗ sàng tiêu chuẩn dùng để xác định thành phần hạt của cốt liệu 13 2.2. Khối lượng mẫu thử tuỳ thuộc vào kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu 15 2.3. Kích thước thùng đong thí nghiệm 20 2.4. Kích thước của thùng đong phụ thuộc vào kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu 21 2.5. Khối lượng mẫu thử hàm lượng bùn, bụi, sét của cốt liệu lớn 23 2.6. Kích thước mắt sàng trong thí nghiệm xác định độ nén dập 26 2.7. Khối lượng mẫu cốt liệu lớn dùng để thử độ hao mòn va đập 27 2.8. Số lượng bi thép sử dụng trong máy Los Angeles 28 2.9. Khối lượng mẫu thử hạt thoi dẹt 29 3.1. Kết quả cấp phối đá dăm mỏ đá Thọ Bắc – Sơn Tịnh 33 3.2. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý đá dăm mỏ Thọ Bắc – Sơn Tịnh 34 3.3. Kết quả cấp phối đá dăm mỏ đá Bình Đông- Bình Sơn 35 3.4. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý đá dăm mỏ đá Bình Đông- Bình Sơn 36 3.5. Kết quả cấp phối đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ 37 3.6. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ 37 3.7. Các chỉ tiêu cơ lý cát sông Trà Khúc 38 3.8. Kết quả cấp phối cát tại mỏ cát sông Trà Khúc 39 3.9. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý xi măng Xuân Thành (PCB 40) 39 3.10. Kết quả các chỉ tiêu cơ lý nước máy trộn bê tông 40 3.11. Bảng kết quả tính toán cấp phối bê tông với mỏ đá Thọ Bắc 40 Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.12. Bảng kết quả tính toán cấp phối bê tông với mỏ đá Bình Đông 40 3.13. Bảng kết quả tính toán cấp phối bê tông với mỏ đá Mỹ Trang 41 3.13. Bảng kết quả nén mẫu bê tông sử dụng đá mỏ Thọ Bắc 44 3.14. Bảng kết quả nén mẫu bê tông sử dụng đá mỏ Bình Đông 48 3.15. Bảng kết quả nén mẫu bê tông sử dụng đá mỏ Mỹ Trang 53 3.16. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm đá 59 3.17. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén bê tông B22.5(Mác 300) 60 3.18. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén bê tông B27,5(Mác 350) 60 3.19. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén bê tông B30.0(Mác 400) 60 3.20. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm nén bê tông B40.0(Mác 500) 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 2.1. Bộ sàng cát 14 2.2. Các loại hình dáng của khối cốt liệu 18 2.3. Phễu chứa vật liệu 20 2.4. Thùng rửa cốt liệu 22 2.5. Xi lanh bằng thép có đáy rời 25 2.6. Máy Los Angeles 27 2.7. Thước kẹp 29 3.1. Hoạt động khai thác tại mỏ đá Thọ Bắc 33 3.2. Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm mỏ đá Thọ Bắc – Sơn Tịnh 34 3.3. Mỏ đá Bình Đông- Bình Sơn 35 3.4. 3.5. 3.6. Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm mỏ đá Bình Đông- Bình Sơn Hoạt động chế biến đá tại mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm mỏ đá Mỹ Trang- Đức Phổ 35 36 37 3.7. Mỏ cát tại sông Trà Khúc 38 3.8. Biểu đồ thành phần hạt của cát tại mỏ cát sông Trà Khúc 39 3.9. Thiết bị thử độ sụt bê tông 41 3.10. Đúc mẫu thử bê tông 42 3.11. Thí nghiệm nén bê tông 43 3.12. Mẫu bê tông thí nghiệm 61 3.13. Biểu đồ cường độ nén cấp bền B22.5; 27.5; 30.0 theo thời gian của mỏ đá Thọ Bắc 61 3.14. Biểu đồ cường độ nén cấp bền B22.5; 27.5; 30.0; 40 theo thời gian của mỏ đá Bình Đông 61 3.15. Biểu đồ cường độ nén cấp bền B22.5; 27.5; 30.0; 40 theo thời gian của mỏ đá Mỹ Trang 62 3.16. Biểu đồ so sánh cường độ nén cấp bền B22,5;27,5; 30.0; 40 của 3 mỏ đá 62 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tỉnh Quảng Ngãi là địa phương có nguồn khoáng sản đa chủng loại phục vụ cho xây dựng, công nghiệp vật liệu xây dựng, nước khoáng và một số khoáng sản khác dồi dào, chất lượng rất tốt và đồng đều. Những khoáng sản có thể khai thác trong 10 năm tới là: graphít trữ lượng khoảng 4 triệu tấn, trong đó trữ lượng cho phép đưa vào khai thác 2,5 triệu tấn, hàm lượng cácbon trung bình 20%, có nơi 24% nằm trên địa bàn huyện Sơn Tịnh; silimanhit trữ lượng 1 triệu tấn, phân bổ ở Hưng Nhượng (Sơn Tịnh); than bùn ở Bình Phú (Bình Sơn) trữ lượng 476 nghìn m3; cao lanh ở Sơn Tịnh trữ lượng khoảng 4 triệu tấn. Đá xây dựng gồm các loại đá làm vật liệu xây dựng, rải đường giao thông, áp tường, lát nền, trữ lượng trên 7 tỷ m3, phân bố ở Đức Phổ, Trà Bồng và một số huyện khác; nước khoáng ở Thạch Bích (Trà Bồng), Đức Lân (Mộ Đức), Nghĩa Thuận (Tư Nghĩa) và Sơn Tịnh. Trong thực tế các nghiên cứu thực nghiệm quan hệ giữa chất lượng đá và cường độ bê tông tại các địa phương ở Việt Nam còn khá hạn chế. Vì những lý do trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu chất lượng các mỏ đá trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi ảnh hưởng đến cường độ bê tông” là một nghiên cứu thiết thực, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, tạo điều kiện phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng, sử dụng hiệu quả nguồn đá xây dựng vào kết cấu bê tông trong hoạt động xây dựng. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm chất lượng đá ảnh hưởng đến cường độ bê tông từ đó rút ra các nhận xét. 3. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, từ đó rút ra các nhận xét. - Biết được kết quả các chỉ tiêu cơ lý của đá và sự ảnh hưởng đến cường độ của bê tông, để tính toán chất lượng các cấu kiện trong công trình xây dựng. Nhằm phục vụ hoạt động thiết kế và thi công xây dựng tại tỉnh Quảng Ngãi. - Hướng tới sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguồn đá xây dựng tại địa phương. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu tính chất cơ lý của đá dăm tại 3 mỏ đá điển hình (mỏ đá Mỹ Trang thuộc xã Phổ Hòa, huyện Đức Phổ, mỏ đá Bình Đông thuộc xã Bình Đông, huyện Bình Sơn, mỏ đá Thọ Bắc tại xã Thọ Bắc huyện Sơn Tịnh) tại tỉnh Quảng Ngãi. 2 - Nghiên cứu trong phạm vi của bê tông Mác 300, 350 và 400 qua thực tế tiến hành đúc mẫu thí nghiệm. - Số liệu nghiên cứu thống kê trong 3 nhóm mẫu mỗi nhóm 6 viên mẫu được thí nghiệm ở 3,7,14, 28, 60 và 90 ngày tuổi, đá được lấy từ 3 mỏ đá khác nhau trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118:1993. 5. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và cường độ bê tông. - Phương pháp thực nghiệm: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và xác định cường độ của bê tông để thống kê đánh giá các kết quả đạt được. - Phương pháp phân tích và tổng hợp nhằm phát hiện những vấn đề mới, có tính bản chất trong các thành phần đá dăm và bê tông đang tồn tại. 6. Cơ sở khoa học và thực tiễn: - Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm qua thực tế lấy mẫu thí nghiệm. - Nghiên cứu trong phạm vi của bê tông Mác 300, 350 và 400 qua thực tế tiến hành đúc mẫu thí nghiệm. - Theo Tiêu chuẩn Việt Nam. 7. Kết quả đạt được và vấn đề còn tồn tại: - Đưa ra một nghiên cứu cụ thể thông qua thực nghiệm để đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi. - Khẳng định chất lượng đá dăm chất lượng đảm bảo sử dụng trong bê tông thông thường và bê tông mác cao, phù hợp với thi công xây dựng công trình sử dụng bê tông thông thường và các công trình đòi hỏi chất lượng bê tông cường độ cao tại tỉnh Quảng Ngãi. - Đánh giá thực trạng về công nghệ sản xuất đá còn hạn chế tại các mỏ đang khai thác có ảnh hưởng đến chất lượng đá dăm. 8. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 3 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về đá, đá dăm và bê tông Chương 2: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và cường độ bê tông bằng thực nghiệm Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của đá đến chất lượng bê tông Kết luận và Kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ, ĐÁ DĂM VÀ BÊ TÔNG 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MÁC MA VÀ ĐÁ XÂY DỰNG TẠI TỈNH QUẢNG NGÃI Trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi có rất nhiều khu vực chứa đá mác ma nguồn gốc từ núi lửa. Đá mác ma (hay đá magma) là những loại đá được tạo thành do sự đông nguội của những dung thể magma nóng chảy được đưa lên từ những phần sâu của vỏ trái đất. Quá trình đông nguội có thể tạo ra các đá có các khoáng vật kết tinh rõ ràng hoặc không kết tinh tùy thuộc vào môi trường mà khối magma đông nguội, và dựa vào đó người ta ta phân ra: đá xâm nhập và phun trào. Trên 700 loại đá mác ma đã được miêu tả lại, phần lớn trong chúng được tạo ra gần bề mặt lớp vỏ trái đất. Đá mác ma có ý nghĩa quan trọng về mặt địa chất do: • Trong một số hoàn cảnh đặc biệt, chúng là nguồn gốc của một số mỏ khoáng sản quan trọng: ví dụ vonfram, thiếc và urani, thông thường hay đi cùng với đá granit. Các dạng đá mácma có thể phân chia nhỏ theo các thông số hóa học/ khoáng vật tạo đá theo hai hướng chính: ✓ Hóa học: - Tổng hàm lượng kiềm - silica (biểu đồ TAS) cho phân loại đá mác ma được sử dụng khi không có các dữ liệu về quá trình hình thành hay thành phần khoáng vật: o Các đá mác ma axít chứa hàm lượng silica cao, lớn hơn 63% SiO2 (ví dụ riôlit và đaxít) o Các đá mác ma trung tính chứa 52 - 63% SiO2 (ví dụ anđêsit) o Các đá mác ma mafic chứa ít silica (45 - 52%) và thông thường chứa nhiều sắt - magiê (ví dụ đá bazan) o Các đá mác ma siêu mafic chứa ít hơn 45% silica. (ví dụ picrit và kômatiit) o Các đá mác ma kiềm với 5 - 15% chất kiềm (K2O + Na2O) (ví dụ phônôlit và trachyt) Khoáng vật: Hàm lượng khoáng vật của Fe và Si hay mafic: • Đá felsic, chủ yếu chứa thạch anh, fenspat kiềm và/hoặc khoáng vật chứa fenspat: các khoáng vật của Fe và Si; các dạng đá này (ví dụ granit) thông thường có máu sáng và có tỷ trọng thấp. • Đá mafic, chủ yếu chứa các khoáng vật mafic: pyroxen, olivin và plagiocla canxi; các loại đá này (ví dụ đá bazan) thông thường sẫm màu và có tỷ trọng lớn hơn đá felsic. • Đá siêu mafic, chứa trên 90% khoáng chất mafic (ví dụ dunit) ✓ 4 Trong các loại đá đó, Đá granite, đá Andesit và Ryolit có thể khai thác, chế biến thành đá xây dựng. Các loại đá này được chia thành 2 nhóm như sau: Nhóm 1: Đá granit hay đá hoa cương là một loại đá mácma xâm nhập phổ biến có thành phần axít. Granit có kiến trúc hạt trung tới thô, khi có các tinh thể lớn hơn nằm nổi bật trong đá thì gọi là kiến trúc porphia hay nổi ban. Granit có màu hồng đến xám tối hoặc thậm chí màu đen, tùy thuộc vào thành phần hóa học và khoáng vật cấu tạo nên đá. Các khối granit lộ ra trên mặt đất ở dạng khối và có xu hướng tròn cạnh khi bị phong hóa. Granit đôi khi xuất hiện ở dạng trũng tròn được bao bọc bởi các dãy đồi được hình thành từ quá trình biến chất tiếp xúc nhiệt hay sừng hóa. Granit hầu hết có cấu tạo khối, cứng và xù xì, và được sử dụng rộng rãi làm đá xây dựng. Tỷ trọng riêng trung bình là 2.75 g/cm3 độ nhớt ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn là ~ 4.5 x 1019 Pa.s . Granit xuất phát từ tiếng Latinh là granum, nghĩa là hạt để nói đến cấu trúc hạt thô của đá kết tinh. Thành phần khoáng vật Tỷ lệ trung bình của các thành phần khoáng vật trong granit trên thế giới được xếp loại theo phần trăm khối lượng theo thứ tự giảm dần như sau: SiO2 - 72.04%; Al2O3 - 14.42%; K2O - 4.12%; Na2O - 3.69%; CaO - 1.82%; FeO 1.68%; Fe2O3 - 1.22%; MgO - 0.71%; TiO2 - 0.30%; P2O5 - 0.12%; MnO - 0.05% Đá Granit nâu đỏ Đá Granit trắng Nhóm 2: Andesit là một loại đá mácma phun trào có thành phần trung tính, với kiến trúc ẩn tinh đến ban tinh. Về tổng thể, nó là loại đá trung gian giữa bazan và dacit. Thành phần khoáng vật đặc trưng gồm plagiocla với pyroxen hoặc hornblend. Magnetit, 5 zircon, apatit, ilmenit, biotit, và granat là các khoáng vật phụ thường gặp.[1] Fenspat kiềm có thể có mặt với số lượng nhỏ. Sự phổ biến của tổ hợp fenspat-thạch anh trong andesit và các đá núi lửa khác được minh hoạ trong các biểu đồ QAPF. Hàm lượng tương đối của kiềm và silica được minh hoạ trong biểu đồ TAS. Đá Andesit Đá Ryolit Đá mácma chia theo thành phần SiO2 và theo môi trường thành tạo được miêu tả trong bảng bên dưới. Thành phần (% SiO2) Phương thức diễn ra Felsic (> 66 %) Trung gian (52 - 66% ) Mafic (45 - 52% ) Xâm nhập Granit Điôrit Gabbrô Phun trào Riôlit Anđêsit Bazan Siêu mafic (< 45% ) Periđôtit - Đá mác ma xâm nhập Đá mác ma xâm nhập được thành tạo khi dung dịch macma nguội đi và các tinh thể khoáng vật kết tinh chậm bên trong vỏ trái đất. Các tinh thể kết tinh rõ ràng, các đá loại này thường có cấu tạo đặc sít. Sự kết tinh của dung dịch mác ma trong giai đoạn sau có môi trường thuận lợi để hình thành loại đá có kích thước hạt rất to như pegmatit. Các đá xâm nhập có mặt trong các dãy núi cổ và hiện đại, tuy nhiên chúng chỉ có trên các lục địa. - Đá mác ma phun trào Đá mác ma phun trào được thành tạo khi dung dịch mác ma phun trào lên trên bề mặt đất; có sự giải phóng các chất khí có trong dung dịch mac ma một cách mãnh liệt, các đá mac ma phún xuất thường có cấu tạo rỗng xốp. 6 Trên mặt đất, do nguội lạnh nhanh, mac ma không kịp kết tinh, hoặc chỉ kết tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể rất nhỏ, chưa hoàn chỉnh, còn đại bộ phận tồn tại ở dạng vô định hình, trong đá có lẫn nhiều bọt khí (do đang sôi và bị nguội lạnh nhanh): đó là dạng mac ma phún xuất chặt chẽ. Ví dụ Đá diabazơ, bazan, andezit. Có tính chất rỗng nhẹ, cứng và rất giòn. Sử dụng làm cốt liệu cho bê tông nhẹ, dùng làm phụ gia hoạt tính cho bê tông và xi măng… Tính chất cơ lý trung bình của 2 nhóm đá như sau: Bảng 1.1. Tính chất cơ lý trung bình của đá xây dựng trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi Chỉ tiêu cơ lý TT Đơn vị Nhóm 1 Nhóm 2 1 Độ ẩm tự nhiên % 0,46 0,39 2 Độ ẩm bão hoà % 0,21 0,91 3 Tỷ trọng γ g/lit 2,64 2,74 4 Độ rỗng % 9,12 2,93 5 Cường độ kháng nén khô kG/cm2 820 - 1.110 1.218 6 Cường độ kháng nén bão hoà kG/cm2 920 1.020 7 Mô đun đàn hồi E10 kG/cm2 1,75 1,70 8 Góc ma sát trong φ độ (o) 32 37 9 Lực dính C kG/cm2 198 205 Với đặc điểm nêu trên, đá Granit, Andesit và Ryolit khu vực Quảng Ngãi hoàn toàn đáp ứng yêu cầu để sản xuất đá xây dựng thông thường theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 7570:2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật, cụ thể là: Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích. Trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi hiện nay có 69 điểm có khoáng sản có thể sản xuất đá xây dựng với tổng trữ lượng tài nguyên dự báo là 16.700.190.000 m3. Diện tích, trữ lượng tài nguyên theo dự báo như bảng 1.2; 7 Bảng 1.2. Bảng thống kê các mỏ đá làm vật liệu xây dựng thông thường (Kèm theo Quyết định số 546/QĐ-UBND ngày 09/8/2017 của UBND tỉnh) STT Khu Tọa độ quy VN2000hoạch Kinh (Số tuyến trục hiệu 108000’ trên múi 30 bản X Y đồ) (m) (m) Diện tích Tài Trữ lượng Giai đoạn đến năm Giai đoạn 2026-2030 nguyên dự đã thăm dò 2025 3 báo (ngàn (ngàn m ) m3) Thăm dò Công Thăm dò Công suất (ngàn suất dự bổ sung dự kiến m3) kiến khai (ngàn khai thác 3 thác m) (ngàn m3/ (ngàn năm) 3 m / năm) 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 I. HUYỆN BÌNH SƠN Cộng 267,95 3.493,72 45.916,25 1.925,00 1.878,00 4.326,87 II. HUYỆN SƠN TỊNH Cộng 131,65 1.332,00 34.834,60 480,00 865,00 1.250,00 III. HUYỆN TƯ NGHĨA Cộng 110,53 452,42 107.473,87 168,00 376,30 260,00 IV. HUYỆN MỘ ĐỨC Cộng 74,82 2.215,24 2.592,33 920,00 215,00 900,00 V. HUYỆN ĐỨC PHỔ Cộng 125,72 6.644,72 7.657,30 880,00 160,00 600,00 VII. HUYỆN BA TƠ Cộng 74,60 651,50 1.068,24 240,00 80,00 275,00 VIII. HUYỆN TRÀ BỒNG Cộng 52 0 5.487 0 125 0 IX. HUYỆN SƠN HÀ Cộng 25,60 0,00 10.049,74 0,00 50,00 0,00 X. HUYỆN SƠN TÂY Cộng 9,70 0,00 5.387,73 0,00 50,00 0,00 XI. HUYỆN TÂY TRÀ Cộng 1,94 0,00 295,23 0,00 25,00 150,00 Tổng cộng 993,99 16.700,19 232.180,49 5.589,00 4.496,30 9.102,87 2.466,00 1.410,00 507,30 330,00 220,00 105,00 125 100,00 100,00 50,00 6.300,30 1.2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM DÙNG TRONG BÊ TÔNG 1.2.1. Chức năng của đá dăm Đá là cốt liệu lớn dùng cho bê tông là hỗn hợp các loại cốt liệu có kích thước từ 5mm đến 70mm có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong hỗn hợp bê tông, thông thường đá chiếm 85 đến 90% thể tích khô của bê tông. 8 Đá ứng dụng cho bê tông thông thường là đá 1x2 còn gọi là đá 20mm (đá dăm) được sử dụng nhiều nhất trong các hạng mục bê tông. 1.2.2. Một số chỉ tiêu của đá dăm: 1.2.2.1. Thành phần hạt: Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong bảng sau: Bảng 1.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn Kích thước lỗ sàng (mm) 100 70 40 20 10 5 Lượng sót tích lũy trên sàng, % khối lượng, ứng với kích thước hạt liệu nhỏ nhất và lớn nhất, (mm) 5-10 5-20 5-40 5-70 10-40 10-70 20-70 0 0 0 0 0-10 0 0-10 0-10 0 0-10 40-70 0-10 40-70 40-70 0 0-10 40-70 … 40-70 … 90-100 0-10 40-70 … … 90-100 90-100 90-100 90-100 90-100 90-100 - 1.2.2.2. Hàm lượng bụi, bùn, sét trong cốt liệu lớn: Tuỳ theo cấp bê tông không vượt quá giá trị quy định trong bảng sau: Bảng 1.4. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn Cấp bê tông - Cao hơn B30 - Từ B15 đến B30 - Thấp hơn B15 Hàm lượng bùn, bụi, sét, % khối lượng, không lớn hơn 1,0 2,0 3,0 1.2.2.3. Cường độ đá: Đá làm cốt liệu lớn cho bê tông phải có cường độ thử trên mẫu đá nguyên khai hoặc mác xác định thông qua giá trị độ nén dập trong xi lanh lớn hơn 2 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc phún xuất, biến chất; lớn hơn 1,5 lần cấp cường độ chịu nén của bê tông khi dùng đá gốc trầm tích. Mác đá dăm xác định theo giá trị độ nén dập trong xi lanh được quy định trong Bảng 1.5. 9 Bảng 1.5. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập Mác đá dăm* Độ nén dập trong xi lanh ở trạng thái bão hoà nước, % khối lượng Đá trầm tích Đá phún xuất xâm nhập và Đá phún xuất phun trào đá biến chất 140 Đến 12 Đến 9 120 Đến 11 Lớn hơn 12 đến 16 Lớn hơn 9 đến 11 100 Lớn hơn 11 đến 13 Lớn hơn 16 đến 20 Lớn hơn 11 đến 13 80 Lớn hơn 13 đến 15 Lớn hơn 20 đến 25 Lớn hơn 13 đến 15 60 Lớn hơn 15 đến 20 Lớn hơn 25 đến 34 40 Lớn hơn 20 đến 28 30 Lớn hơn 28 đến 38 20 Lớn hơn 38 đến 54 * Chỉ số mác đá dăm xác định theo cường độ chịu nén, tính bằng MPa tương đương với các giá trị 1 400; 1 200; ...; 200 khi cường độ chịu nén tính bằng kG/cm2. 1.2.2.4. Độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn thí nghiệm trong máy Los Angeles: không lớn hơn 50 % khối lượng. 1.2.2.5. Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn: không vượt quá 15 % đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35 % đối với cấp B30 và thấp hơn. 1.2.2.6. Tạp chất hữu cơ trong đá: xác định theo phương pháp so màu, không thẫm hơn màu chuẩn. 1.3. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG 1.3.1. Chức năng của bê tông Tính năng cơ học của bê tông là chỉ các loại cường độ và biến dạng. Tính năng vật lý là chỉ tính co ngót, từ biến, khả năng chống thấm, cách nhiệt, ... của bê tông. 1.3.2. Phân loại bê tông Có nhiều cách phân loại bê tông, thường theo 3 cách 1.3.2.1. Phân loại theo khối lượng thể tích: Đây là cách phân loại được dùng nhiều nhất vì khối lượng riêng của các thành phần tạo nên bê tông gần như nhau (đều là khoáng chất vô cơ) nên khối lượng thể tích của bê tông phản ánh độ đặc chắc của nó. Theo cách phân loại này có thể chia bê tông thành 4 loại: Bê tông đặc biệt nặng: ă0 >2500 kG/m3, chế tạo bằng các cốt liệu đặc chắc và từ các loại đá chứa quặng. Bê tông này ngăn được các tia X và tia ă. Bê tông nặng (còn gọi là bê tông thường): ă0 = (1800 – 2500) kG/m3, chế tạo từ các loại đá đặc chắc và các loại đá chứa quặng. Loại bê tông này thường được dùng 10 phổ biến trong xây dựng cơ bản và dùng để sản xuất các cấu kiện chịu lực. Bê tông nhẹ: ă0 = (500 - 1800) kG/m3, gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu rỗng thiên nhiên, nhân tạo và bê tông tổ ong không cốt liệu, chứa một lượng lớn lỗ rỗng khí. Bê tông đặc biệt nhẹ: ă0 < 500 kG/m3, có cấu tạo tổ ong với mức độ rỗng lớn, hoặc chế tạo từ các loại rỗng nhẹ có độ rỗng lớn (không cát). 1.3.2.2. Phân loại theo chất kết dính: - Bê tông xi măng: Chất kết dính là xi măng và chủ yếu là xi măng pooc lăng và các loại xi măng khác. - Bê tông silicat: Chế tạo từ nguyên liệu vôi cát silic nghiền, qua xử lí chưng hấp ở nhiệt độ và áp suất cao. - Bê tông thạch cao: Chất kết dính là thạch cao hoặc xi măng thạch cao. - Bê tông xỉ: Chất kết dính là các loại xỉ lò cao trong công nghiệp luyện thép hoặc xỉ nhiệt điện, phải qua xử lí nhiệt ẩm ở áp suất thường hay áp suất cao. - Bê tông polime: Chất kết dính là chất dẻo (polime) và phụ gia vô cơ. 1.3.2.3. Phân loại theo phạm vi sử dụng: - Bê tông công trình: Sử dụng ở các kết cấu và công trình chịu lực, yêu cầu có cường độ thích hợp và tính chống biến dạng. - Bê tông công trình cách nhiệt: Vừa yêu cầu chịu được tải trọng vừa cách nhiệt, dùng ở các kết cấu bao che. - Bê tông cách nhiệt: Bảo đảm yêu cầu cách nhiệt của các kết cấu bao che có độ dày không lớn. - Bê tông thủy công: Ngoài yêu cầu chịu lực và chống biến dạng, cần có độ chống thấm và tính bền vững trong môi trường xâm thực cao. - Bê tông làm đường: Dùng làm tấm lát mặt đường, làm đường băng sân bay, ... loại bê tông này cần có cường độ cao, tính chống mài mòn lớn và chịu được sự biến đổi lớn về nhiệt độ và độ ẩm. - Bê tông ổn định hóa học: Ngoài yêu cầu thỏa mãn các chỉ tiêu kĩ thuật khác, cần chịu được tác dụng xâm thực của các dung dịch muối axit, kiềm và hơi của các chất này mà không bị phá hoại hay giảm tuổi thọ công trình. - Bê tông chịu lửa: Chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao khi sử dụng. 1.3.3. Phạm vi ứng dụng. - Bê tông ngày nay được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng và trở thành một trong những vật liệu xây dụng chủ yếu - Xây dựng công nghiệp: Kết cấu chịu lực nhà 1 tầng và nhiều tầng, ống khói, bun ke, xi lô, móng máy, hành lang vận chuyển ..., Công trình cấp thoát nước... - Xây dựng dân dụng. 11 - Xây dựng công trình giao thông: Cầu, đường, tà vẹt, âu tàu, cầu tàu, vỏ hầm xe điện ngầm... - Xây dựng công trình thủy lợi: Trạm bơm, máy dẫn nước, đập, thủy điện,... - Xây dựng công trình quốc phòng: Công sự kiên cố, doanh trại,... - Xây dựng công trình thông tin. 1.3.4. Thành phần của bê tông: 1.3.4.1. Xi măng: Việc lựa chọn xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất bê tông, có nhiều loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và chất lượng thiết kế bê tông tăng lên. Tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao là lớn vì vậy khi thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất lượng đúng yêu cầu kĩ thuật và giải quyết tốt bài toán kinh tế. 1.3.4.2. Cốt liệu nhỏ (Cát): Cát dùng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo kích thước hạt từ 0.14 - 5(mm). Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt,... 1.3.4.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm): Đá dăm có nhiều loại phụ thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tùy thuộc vào loại bê tông mà ta chọn kích thước đá phù hợp. 1.3.4.4. Nước: Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấu đến khả năng đông kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại. 1.3.4.5. Chất phụ gia: Thường có hai loại phụ gia - Loại phụ gia hoạt động bề mặt: loại phụ gia này mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê tông. - Loại phụ gia rắn nhanh: loại phụ gia này có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông. - Đối với đề tài nghiên cứu này ta không sử dụng phụ gia. 1.4. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG: Xác định cường độ của bê tông theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993. Cường độ nén từng viên mẫu bê tông (Rn) được tính bằng (daN/cm2) theo công thức: 12 Rn =  P F Trong đó: P - Tải trọng phá hoại, (daN); F - Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, (cm2); α - Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông kích thước khác chuẩn về cường độ của viên mẫu kích thước 150x150x150 (mm). Giá trị k lấy theo Bảng 1.6 Bảng 1.6. Hệ số tính đổi kết quả Hình dáng và kích thước của mẫu (mm) Hệ số tính đổi α Mẫu lập phương 100x100x100 0,91 150x150x150 200x200x200 1,00 1,05 300x300x300 Mẫu trụ 71,4x143 và 100x200 150x300 1,10 200x400 1,24 1,16 1,20 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Đá dăm là một thành phần quan trọng trong cấp phối dùng sản xuất bê tông được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng của nước ta. Trong thiết kế và thi công cấu kiện bê tông cốt thép, việc đánh giá chất lượng đá ảnh hưởng đến cường độ bê tông là vấn đề rất cần thiết cần được quan tâm nhằm đạt hiệu quả sử dụng hợp lý vật liệu trong bê tông, là công tác thường xuyên và liên tục, vấn đề này sẽ được nghiên cứu cụ thể trong các chương sau. 13 CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM VÀ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM 2.1. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM: 2.1.1. Lấy mẫu thử Mẫu cốt liệu được lấy theo lô sản phẩm, sao cho đảm bảo đặc tính tự nhiên của cốt liệu và đại diện cho lô cốt liệu cần thử. a. Các yêu cầu: - Lô cốt liệu là khối lượng cốt liệu do một cơ sở sản xuất trong một ngày và được giao nhận cùng một lúc. Nếu cốt liệu được sản xuất theo từng cỡ hạt riêng biệt thì lô cốt liệu là khối lượng cốt liệu của cùng một cỡ hạt được sản xuất trong một ngày. - Khối lượng lô cốt liệu nhỏ trong kho không lớn hơn 500 tấn hoặc khoảng 350 m3. - Khối lượng lô cốt liệu lớn trong kho không lớn hơn 300 tấn hoặc khoảng 200 m3. Sấy đến khối lượng không đổi: Cốt liệu được sấy ở nhiệt độ từ 105 0C đến 110oC cho tới khi chênh lệch giữa hai lần cân không vượt quá 0,1 % khối lượng. Thời gian giữa hai lần cân liên tiếp không ít hơn 30 phút. Mẫu thử, thiết bị và vật liệu dùng cho quá trình thử, phải được bảo quản đạt nhiệt độ phòng thí nghiệm trước khi sử dụng. b. Dụng cụ và thiết bị: - Cân kỹ thuật, chính xác đến 1%; - Dụng cụ xúc mẫu hoặc lấy mẫu trên băng chuyền, bằng gỗ hoặc bằng kim loại; - Thiết bị chia mẫu, gồm hộp chứa và máng chia mẫu. Chiều rộng khe chảy của máng chia mẫu phải lớn hơn 1,5 lần kích thước hạt cốt liệu nhỏ lớn nhất. 2.1.2. Xác định thành phần hạt: 2.1.2.1. Thiết bị thử - Cân kỹ thuật có độ chính xác 1%; - Bộ sàng tiêu chuẩn, kích thước mắt sàng 2,5 mm; 5 mm; 10 mm; 20 mm; 40 mm; 70 mm; 100 mm và sàng lưới kích thước mắt sàng 140 µm; 315 µm; 630 µm và 1,25 mm theo Bảng 2.1; Bảng 2.1. Kích thước lỗ sàng tiêu chuẩn dùng để xác định thành phần hạt của cốt liệu Kích thước lỗ sàng Cốt liệu nhỏ Cốt liệu lớn 140 315 630 1,25 2,5 5 5 10 20 40 70 100 µm µm µm mm mm mm mm mm mm mm mm mm Chú thích: Có thể sử dụng thêm các sàng có kích thước nằm giữa các kích thước đã nêu trong bảng. 14 - Máy lắc sàng; - Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ 105 oC đến 110oC. 2.1.2.2. Tiến hành thử a) Cốt liệu nhỏ - Cân lấy khoảng 2000g (mo) cốt liệu từ mẫu thử đã được chuẩn bị ở điều 4 và sàng qua sàng có kích thước mắt sàng là 5 mm. - Xếp chồng từ trên xuống dưới bộ sàng tiêu chuẩn theo thứ tự kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ như sau: 2,5 mm; 1,25 mm; 630 µm; 315 µm; 140 µm và đáy sàng. - Cân khoảng 1000 g (m) cốt liệu đã sàng qua sàng có kích thước mắt sàng 10 mm và 5 mm sau đó đổ cốt liệu đã cân vào sàng trên cùng (sàng có kích thước mắt sàng 2,5 mm) và tiến hành sàng. Có thể dùng máy sàng hoặc lắc bằng tay. Khi dùng máy sàng thì thời gian sàng theo qui định của từng loại máy. Khi sàng bằng tay thì thời điểm dừng sàng là khi sàng trong vòng 1 phút mà lượng lọt qua mỗi sàng không lớn hơn 0,1 % khối lượng mẫu thử. - Cân lượng sót trên từng sàng, chính xác đến 1 g. Hình 2.1. Bộ sàng cát b) Cốt liệu lớn - Cân một lượng mẫu thử đã chuẩn bị với khối lượng phù hợp kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu nêu trong Bảng 2.2