Tài liệu Nghiên cứu sản xuất bê tông từ các thành phần cấp phối cát biển, nước biển khu vực cam ranh khánh hòa sử dụng xi măng poóc lăng bền sun phát

TRƯỜNG ĐẠI HỌ NGUYỄN PHAN LÊ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BÊ TÔNG TỪ CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CÁT BIỂN, NƯỚC BIỂN KHU VỰC CAM RANH - KHÁNH HÒA SỬ DỤNG XI MĂNG POÓC LĂNG BỀN SUN PHÁT Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN T Ạ SĨ KỸ THUẬT Ng ih c: PGS.TS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI MĐ N Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác./. Tác giả Nguyễn Phan Lê TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NG IÊN ỨU SẢN XUẤT Ê TÔNG TỪ T IỂN, NƯỚ IỂN U VỰ T ÀN MR N P ẦN ẤP P ỐI - KHÁNH HÒA SỬ DỤNG XI MĂNG P Ó LĂNG ỀN SUN P ọc viên: guyễn Phan Lê Mã số: 60.58.02.08 T huyên ngành: Xây dựng Dân dụng & ông nghiệp Khóa: 34.XDD.KH Trường ại học Bách khoa - Nội dung: Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được sử dụng nhiều nhất trong xây dựng. Thành phần bê tông truyền thống gồm: cốt liệu thô (đá dăm, sỏi), cốt liệu mịn (cát) và chất kết dính (xi măng + nước). Tuy nhiên việc khai thác và sử dụng nước, cát đạt các ch tiêu c l cho cấp phối bê tông truyền thống tại một số v ng, địa phư ng nước ta như: v ng thường xuyên ngập m n, v ng h i đ o n m xa đất liền g p nhiều kh khăn. goài ra cát sông ngày càng bị khai thác quá mức để phục vụ hoạt động xây dựng, nh hư ng đến môi trường, làm tăng chi phí xây dựng.Vì vậy, cần c một loại hỗn hợp bê tông mới như “hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển, nước biển”, “hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển, nước ngọt”, để gi i quyết các vấn đề trên. M c khác sử dụng xi măng Po clăngbền Sun phát d ng để c i thiện sự phát triển cường độ bê tông khi được s n xuất trong môi trường không thuận lợi như: c cát biển, nước biển trong thành phần cấp phối. ghiên cứu s n xuất bê tông từ cát biển, nước biển khu vực Cam Ranh - Khánh òa sử dụng xi măng Po c lăng bền Sun phát để đánh giá sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian. Mục đích nghiên cứu kh năng sử dụng cát biển, nước biển kết hợp với xi măng Po c lăng bền Sun phát để s n xuất bê tông xi măng không cốt thép ứng dụng trong công trình xây dựng. Từ khóa: át biển; ước biển; xi măng Po c lăng bền Sun phát; Bê tông cát biển; Bê tông nước biển; ường độ nén. Content: Concrete is one of the most used artificial materials in construction. Traditional concrete components include: coarse aggregate (crushed rock, gravel), fine aggregate (sand) and binder (cement + water). However, the exploitation and use of water and sand have met mechanical criteria for traditional grading of concrete in some areas and localities in our country such as regularly submerged areas and offshore islands encountered many difficulties. n addition, river sand is being over-exploited to serve construction activities, affecting the environment, increasing construction costs. Therefore, there should be another concrete mix such as "concrete mix using sea sand, seawater", "concrete mix using sea sand, fresh water" to solve the above problems. On the other hand, using Sunphate resisting Portland cement is used to improve the strength of concrete when it is produced in unfavorable environments such as sea sand and seawater in gravel. Research on production of concrete from sea sand and seawater in Cam Ranh - Khanh Hoa area using Sunphate resisting Portland cement to evaluate the development of compressive strength of concrete over time. Purpose of researching the possibility of using sea sand and seawater combined with Sunphate resisting Portland cement to produce non-reinforced cement concrete used in construction works. Key words: Sea sand; Seawater; Sunphate resisting Portland cement; Concrecte using sea sand; Concrecte using seawater; Compressive strength. MỤ LỤ TRANG BÌA LỜ AM OA TRANG TÓM TẮT LUẬ VĂ MỤ LỤ DA MỤ Á KÝ ỆU, Á Ữ V ẾT TẮT DA MỤ Á BẢ DA MỤ Á Ì MỞ ẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cần thiết của đề tài: ..........................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu: ..............................................................................................2 3. Mục tiêu nghiên cứu: ...............................................................................................2 4. ối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................2 5. Phư ng pháp và nội dung nghiên cứu: ....................................................................3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................3 7. Kết cấu luận văn: .....................................................................................................3 ƯƠ 1. TỔ QUA VỀ BÊ TÔ V Á VẬT L ỆU ẤU T .......4 1.1. T ng quan về bê tông ...............................................................................................4 1.1.1. ịnh nghĩa về bê tông ........................................................................................4 1.1.2. ấu tr c của bê tông ..........................................................................................4 1.1.3. Phân loại bê tông ...............................................................................................4 1.2. ường độ của bê tông: ..............................................................................................5 1.2.1. ấp độ bền chịu nén của bê tông .......................................................................5 1.2.2. Mác bê tông theo cường độ chịu nén .................................................................5 1.2.3. Tư ng quan giữa B và M ..................................................................................6 1.3. ác vật liệu cấu thành bê tông ..................................................................................7 1.3.1. Xi măng ..............................................................................................................7 1.3.2. ước...................................................................................................................7 1.3.3. ốt liệu thô (đá dăm, sỏi) ..................................................................................7 1.3.4. ốt liệu mịn (cát) ...............................................................................................8 1.4. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua ph n ứng thủy h a của xi măng ..............8 1.4.1. iai đoạn hòa tan: ..............................................................................................9 1.4.2. iai đoạn h a keo: .............................................................................................9 1.4.3. iai đoạn kết tinh:..............................................................................................9 1.5. ác nhân tố quyết định đến cường độ bê tông .........................................................9 1.5.1. hất lượng và số lượng xi măng:.......................................................................9 1.5.2. ộ cứng, độ sạch và t lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối) ............................9 1.5.3. T lệ nước - xi măng: .........................................................................................9 1.5.4. hất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đ khuôn và điều kiện b o dưỡng: ....................................................................................9 1.6. Sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian .................................................10 1.6.1. Bê tông thông thường .....................................................................................10 1.6.2. Bê tông b o dưỡng nước biển: .........................................................................11 1.6.3. Bê tông sử dụng cát biển, nước biển: ..............................................................11 1.7. Ăn mòn h a học trong bê tông ..............................................................................11 1.7.1. Ăn mòn hòa tan: ...............................................................................................12 1.7.2. Ăn mòn axit: ....................................................................................................12 1.7.3. Ăn mòn magie:.................................................................................................12 1.7.4. Ăn mòn sulfate: ................................................................................................12 1.7.5. Ăn mòn do kiềm: .............................................................................................13 1.8. Một số đ c điểm về cát biển, nước biển: ................................................................13 1.8.1. át biển ...........................................................................................................13 1.8.2. ước biển:........................................................................................................14 1.9. Ảnh hư ng của cát biển, nước biển, xi măng bền Sun phát đến chất lượng của bê tông xi măng: .................................................................................................................15 1.9.1. Ảnh hư ng của cát biển, nước biển trong quá trình chế tạo bê tông ..............15 1.9.2. Ảnh hư ng của cát biển, nước biển trong quá trình khai thác sử dụng ...........16 1.9.3. Ảnh hư ng của xi măng bền Sun phát đến chất lượng của bê tông ................16 1.10. Một số nghiên cứu về bê tông sử dụng cát biển, nước biển: ................................17 1.10.1. ác nghiên cứu ngoài nước: ..........................................................................17 1.10.2. ác nghiên cứu trong nước: ...........................................................................18 Nhận xét chư ng 1.........................................................................................................19 ƯƠ 2. P ƯƠ P ÁP T Ự ỆM Ể XÁ Ị ƯỜ Ộ ỊU É ỦA BÊ TÔ SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể SỬ DỤ X MĂ POÓ LĂ BỀ SU P ÁT ......................................................................20 2.1. ác ch tiêu kỹ thuật của vật liệu để chế tạo bê tông: ............................................20 2.1.1. ốt liệu thô ( á dăm) .....................................................................................20 2.1.2. ốt liệu mịn ( át biển) ...................................................................................22 2.1.3. ước ................................................................................................................23 2.1.4. Xi măng: ..........................................................................................................24 2.2. Phư ng pháp xác định cường độ nén của bê tông .................................................25 2.2.1. Thiết bị thử:......................................................................................................25 2.2.2. huẩn bị mẫu thử:............................................................................................25 2.2.3. Lấy mẫu, chế tạo và b o dưỡng mẫu thử .......................................................26 2.2.4. Tiến hành thử: ..................................................................................................27 2.2.5. Tính kết qu : ....................................................................................................28 Nhận xét chư ng 2.........................................................................................................29 ƯƠ 3. T Í ỆM THỰ ỆM Ể XÁ Ị ƯỜ Ộ ỊU NÉN ỦA BÊ TÔ SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể SỬ DỤ X MĂ POÓ LĂ BỀ SU P ÁT ......................................................................30 3.1. Mục đích thí nghiệm: ..............................................................................................30 3.2. Vật liệu sử dụng cho thí nghiệm: ...........................................................................31 3.2.1. ốt liệu thô ( á dăm) ......................................................................................31 3.2.2. ốt liệu mịn ( át biển) ....................................................................................32 3.2.3. ước: ...............................................................................................................33 3.2.4. Xi măng: ..........................................................................................................34 3.3. ấp phối bê tông sử dụng cho thí nghiệm: .............................................................35 3.4. c mẫu thí nghiệm: ..............................................................................................35 3.4.1. Mẫu thí nghiệm ................................................................................................35 3.4.2. hế tạo mẫu thí nghiệm ...................................................................................36 3.5. Thí nghiệm nén mẫu bê tông: .................................................................................37 3.5.1. huẩn bị mẫu thử:............................................................................................37 3.5.2. Tiến hành thử: ..................................................................................................37 3.6. Kết qu thí nghiệm: ................................................................................................37 3.6.1. Kết qu thí nghiệm:..........................................................................................38 3.6.2. Biểu đồ quan hệ ường độ nén trung bình theo ngày tu i: .............................42 3.6.3. Biểu đồ so sánh ường độ nén trung bình theo ngày tu i khi sử dụng xi măng bền Sun phát với khi sử dụng xi măng thông thường: ...............................................46 Nhận xét chư ng 3.........................................................................................................50 KẾT LUẬ V K Ế Ị .......................................................................................51 T L ỆU T AM K ẢO .............................................................................................52 P Ụ LỤ ......................................................................................................................54 QUYẾT Ị AO Ề T LUẬ VĂ T SĨ (BẢ SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘ ỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. D N Ý MỤ Ý IỆU, Ữ VIẾT TẮT IỆU Khối lượng thể tích của bê tông (kg/m3) ρv ường độ chịu nén của bê tông R t Tu i bê tông (ngày) P T i trọng phá hoại, đ n vị tính daN F Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, đ n vị tính cm2 α ệ số tính đ i mẫu bê tông Rn ường độ nén của bê tông tu i 28 ngày, đ n vị tính daN/cm2 TỪ VIẾT TẮT TCVN Tiêu chuẩn Việt am TCXD Tiêu chuẩn xây dựng UBND Ủy ban nhân dân PCB Xi măng Poóclăng hỗn hợp PCB-MS Xi măng Po clăng hỗn hợp bền Sun Phát B ấp độ bền bê tông M Mác bê tông S1 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng P B40, B15 S2 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng PCB40-MS, B15 S3 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40, B15 S4 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40-MS, B15 S5 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng P B40, B20 S6 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước máy, xi măng P B40-MS, B20 S7 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40, B20 S8 Mẫu bê tông đá 1x2, cát biển, nước biển, xi măng P B40-MS, B20 PTN-1059 Phòng thí nghiệm của ông ty phần SD (LAS-XD 1059) D N B B B B B B B B B B B B B B B B MỤ ẢNG ng 1.1. B ng tư ng quan giữa cấp độ bền B và mác M ..............................................6 ng 2.1. Thành phần hạt của cốt liệu lớn ....................................................................20 ng 2.2. Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập ............................................21 ng 2.3. Thành phần hạt của cát..................................................................................22 ng 2.4. ác ch tiêu chất lượng của xi măng Po c lăng hỗn hợp .............................24 ng 2.5. Yêu cầu độ bền sun phát ..............................................................................25 ng 2.6. Kích thước cạnh nhỏ nhất của viên mẫu .......................................................26 ng 2.7. ình dáng, kích thước viên mẫu ...................................................................27 ng 2.8. B ng trị số α ..................................................................................................28 ng 3.1. ấp phối chuẩn cho 1m3 vữa bê tông thí nghiệm .........................................35 ng 3.2. B ng t ng hợp kết qu thí nghiệm cường độ nén bê tông theo ngày tu i ....38 ng 3.3. B ng số liệu thí nghiệm ................................................................................39 ng 3.4. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S2 với S1 .............46 ng 3.5. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S3 với S4 .............47 ng 3.6. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S5 với S6 .............48 ng 3.7. B ng so sánh cường độ nén bê tông theo ngày tu i mẫu S7 với S8 .............49 D N MỤ ÌN ình 1.1. ồ thị sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian .............................10 ình 1.2. át ven biển miền Trung – Việt am ..........................................................14 ình 1.3. át ven biển Bãi Dài – Cam Ranh ...............................................................14 ình 1.4. Thành phần nước biển ..................................................................................15 ình 2.1. Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu lớn ................................................21 Hình 2.2. Biểu đồ quy định thành phần hạt cốt liệu nhỏ ...............................................22 Hình 3.1. Kết qu thí nghiệm đá 1x2 mỏ đá òn Thị ...................................................31 Hình 3.2. Kết qu thí nghiệm cát biển Bãi Dài – Cam Ranh ........................................32 Hình 3.3. Kết qu thí nghiệm nước máy .......................................................................33 Hình 3.4. Kết qu thí nghiệm nước biển am Ranh .....................................................33 ình 3.5. Kết qu thí nghiệm xi măng P B40 à Tiên ................................................34 ình 3.6. Kết qu thí nghiệm xi măng P B40-MS à Tiên.........................................34 Hình 3.7. Biểu đồ ường độ nén bê tông theo ngày tu i các mẫu cấp độ bền B15......43 Hình 3.8. Biểu đồ ường độ nén bê tông theo ngày tu i các mẫu cấp độ bền B20......45 Hình 3.9. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S1-S2 ........46 Hình 3.10. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S3-S4 ......47 Hình 3.11. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S5-S6 ......48 Hình 3.12. Biểu đồ so sánh ường độ nén bê tông theo ngày tu i c p mẫu S7-S8 ......49 1 MỞ ĐẦU 1. Tí cầ t iết củ đề tài: Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. iện nay bê tông vẫn đang là sự lựa chọn số một cho những công trình xây dựng. Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đ chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đ , người ta thường lấy cường độ chịu nén là ch tiêu đ c trưng để đánh giá chất lượng bê tông, gọi là cấp độ bền bê tông. Thành phần bê tông truyền thống gồm: cốt liệu thô (đá dăm, sỏi), cốt liệu mịn (cát) và chất kết dính (xi măng+ nước). ác loại vật liệu để chế tạo bê tông như đá, cát, nước thường c sẵn và được khai thác tại các địa phư ng để s n xuất bê tông. Tuy nhiên việc khai thác và sử dụng nước, cát đạt các ch tiêu c l cho cấp phối bê tông truyền thống tại một số v ng, địa phư ng nước ta như: v ng thường xuyên ngập m n, v ng h i đ o n m xa đất liền g p nhiều kh khăn do đ , việc chế tạo bê tông truyền thống c ng s kh khăn và chi phí thường tăng cao nhiều lần so với thông thường. goài ra, cát sông bị khai thác ngày càng quá mức để phục vụ hoạt động xây dựng, nh hư ng đến môi trường và cạn kiệt nguồn tài nguyên, làm tăng chi phí xây dựng do nguồn vật liệu ngày càng khan hiếm. Vì vậy, cần c một loại hỗn hợp bê tông mới như “hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển, nước ngọt”, “hỗn hợp bê tông sử dụng cát biển,nước biển” để gi i quyết các vấn đề trên, đồng thời để tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn c địa phư ng nh m gi m bớt chi phí xây dựng công trình cho các v ng ven biển với nhu cầu ph hợp về cường độ bê tông. Khánh Hòa là một t nh duyên h i am Trung bộ c diện tích tự nhiên là: 5.218 km². ường bờ biển kéo dài kho ng 385 km c ng với kho ng 200 đ o lớn nhỏ ven bờ và quần đ o Trường Sa. Theo “ hư ng trình phát triển đô thị t nh Khánh òa đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030” được UB D t nh Khánh òa phê duyệt tại Quyết định số 4104/Q -UB D ngày 29/12/2016, t nh Khánh òa s đầu tư cho chư ng trình phát triển đô thị, phấn đấu đến năm 2020 tỷ lệ đô thị h a toàn t nh đạt 60%, và đến năm 2030 đạt 70%, đưa Khánh òa tr thành đô thị loại , trực thuộc Trung ư ng. Song song c ng với sự phát triển của Khánh òa, thành phố am Ranh c ng không ngừng phát triển đ c biệt rất nhiều dự án đầu tư đã, đang và sắp triển khai khu vực Bãi Dài ven biển. ể đáp ứng nhu cầu phát triển trên, t nh Khánh òa cần ph i đầu tư nhiều trong lĩnh vực xây dựng. Do đ , nhu cầu về vật liệu n i chung và vật liệu cát xây dựng n i riêng là rất lớn. Theo quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng t nh Khánh òa đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 được UB D t nh Khánh òa phê duyệt tại Quyết định số 4013/Q -UB D ngày 26/12/2016, nhu cầu cát xây dựng cho toàn t nh từ 1,6÷ 2 1,9 triệu m3/năm, trong khi t ng công suất khai thác ch đạt 1,45 triệu m3/năm và trữ lượng ngày càng gi m. Vì vậy, nếu tận dụng được các nguồn tài nguyên thiên nhiên c sẵn là cát ven biển khu vực am Ranh và các đ o, quần đ o trên địa bàn t nh Khánh òa, s đem lại hiệu qu kinh tế - xã hội trong đầu tư xây dựng công trình tại t nh Khánh òa n i chung và khu vực am Ranh n i riêng, với những lý do sau: - Tiến độ đẩy nhanh nhờ vật liệu sẵn c trên công trường, gi m thời gian vận chuyển; - i m nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu, tạo môi trường làm việc an toàn h n; p phần hạn chế việc khai thác cát nước ngọt trên các lòng sông, suối, bãi bồi quá mức, gây sạt l bờ sông, bờ suối gây thiệt hại đến diện tích đất th cư, đất canh tác lâm, nông nghiệp, nuôi trồng thủy s n... M c khác qua các nghiên cứu và thực tế, sử dụng xi măng Po c lăng bền Sun phát d ng để c i thiện sự phát triển cường độ bê tông khi được s n xuất trong môi trường không thuận lợi như: c cát biển, nước biển trong thành phần cấp phối. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu sản xuất bê tông từ các thành phần cấp phối cát biển, nước biển khu vực am Ranh - hánh òa sử dụng xi măng Poóc lăng bền Sun phát” cần được nghiên cứu thực nghiệm, qua đ đánh giá kh năng s n xuất bê tông từ cát biển, nước biển kết hợp với xi măng Po c lăng bền Sun phát để s n xuất bê tông xi măng không cốt thép ứng dụng trong công trình xây dựng thực tế. 2. Mục đíc iê cứu: ghiên cứu kh năng sử dụng cát biển, nước biển kết hợp xi măng Po c lăng bền Sun phát làm cấu kiện bê tông xi măng không cốt thép trong công trình xây dựng. 3. Mục tiêu iê cứu: ghiên cứu sử dụng xi măng Po c lăng hỗn hợp P B40, xi măng Po c lăng hỗn hợp bền Sun phát P B40-MS ( ông ty Xi măng à Tiên 1 - Trạm nghiền am Ranh), cát ven biển khu vực Bãi Dài - thành phố am Ranh - t nh Khánh òa, nước biển ven bờ khu vực Bãi Dài - thành phố am Ranh - t nh Khánh òa, nước máy sinh hoạt ( ông ty ấp thoát nước Khánh òa), đá dăm 1x2cm (mỏ đá òn Thị xã Phước ồng - thành phố ha Trang - t nh Khánh òa) để s n xuất bê tông c cấp độ bền B15, B20, so sánh đánh giá cường độ chịu nén của bê tông với thời gian kh o sát đến 90 ngày từ ngày đ c bê tông. 4. Đối t ợ và p ạm vi iê cứu: - Đối tượng nghiên cứu: ghiên cứu thực nghiệm chế tạo bê tông từ các thành phần cát biển, nước biển khu vực am Ranh sử dụng xi măng Po c lăng bền Sun phát. - Phạm vi nghiên cứu: tông cấp độ bền B15, B20. ường độ chịu nén trên mẫu thử lập phư ng với bê 3 5. P ơ p áp và ội u iê cứu: Sử dụng phư ng pháp nghiên cứu l thuyết, kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để nghiên cứu thiết kế và tính toán thành phần hỗn hợp bê tông B15, B20 với các vật liệu khác nhau. T ng hợp số liệu thu thập được từ các thí nghiệm, xây dựng biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian của bê tông B15, B20 với các loại cấp phối khác nhau. So sánh, đánh giá sự phát triển cường độ nén của bê tông B15, B20 khi sử dụng cát biển, nước biển và nước máy địa phư ng với xi măng thông thường và xi măng Po c lăng bền Sun phát, thời gian kh o sát đến 90 ngày. 6. Ý ĩ c và t ực tiễ củ đề tài: ng g p vào c s l luận việc hình thành loại bê tông không cốt thép, s n xuất từ cát biển, nước biển, một trong những vật liệu sẵn c tại các địa phư ng ven biển và h i đ o, kết hợp với xi măng Po c lăng bền Sun phát ứng dụng trong xây dựng công trình. Từ kết qu nghiên cứu c thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, s n phẩm bê tông không cốt thép từ cát biển, nước biển thay cho cát sông tại các địa phư ng ven biển và các đ o xa bờ trên địa bàn Khánh òa, g p phần gi m giá thành xây lắp công trình do sử dụng vật liệu c sẵn, tại chỗ mang lại hiệu qu kinh tế cao h n. 7. Kết cấu luậ vă : MỞ ẦU ƯƠ THÀNH 1: TỔ QUA VỀ BÊ TÔ V Á VẬT L ỆU ẤU ƯƠ 2: P ƯƠ P ÁP T Ự ỆM Ể XÁ Ị ƯỜ Ộ ỊU É ỦA BÊ TÔ SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể SỬ DỤ X MĂ POÓ LĂ BỀ SU P ÁT ƯƠ 3: T Í ỆM T Ự ỆM Ể XÁ Ị ƯỜ ỊU É ỦA BÊ TÔ SẢ XUẤT TỪ ÁT B Ể , ƯỚ B Ể DỤ X MĂ POÓ LĂ BỀ SU P ÁT KẾT LUẬ V K Ế T Ị L ỆU T AM K ẢO P Ụ LỤ QUYẾT Ị AO Ề T LUẬ VĂ Ộ SỬ 4 ƯƠNG 1 TỔNG QU N VỀ Ê TÔNG VÀ VẬT LIỆU ẤU THÀNH 1.1. T ng quan về bê tông: 1.1.1. Đị ĩ về bê tô : Theo Tiêu chuẩn Xây dựng T XD 191:1996, bê tông là hỗn hợp đ ng rắn của các vật liệu gồm chất kết dính, cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và nước. thể c ho c không c phụ gia. Bê tông xi măng (loại bê tông hiện nay thông dụng nhất thường gọi tắt là bê tông) là một loại vật liệu đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (xi măng + nước). guyên l tạo nên bê tông là d ng các cốt liệu thô (đá, sỏi) làm thành bộ xư ng, cốt liệu mịn (cát) lấp đầy kho ng trống và d ng chất kết dính để liên kết ch ng lại thành một thể đ c chắc c kh năng chịu lực và chống lại các biến dạng 1 . 1.1.2. Cấu t c củ bê tô : Bê tông c cấu tr c không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc h i). Quá trình khô cứng của bê tông xãy ra lâu dài, đ là quá trình thủy h a xi măng, quá trình thay đ i sự cân b ng nước, sự gi m chất keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Quá trình đ làm cho bê tông tr thành vật liệu vừa c tính đàn hồi vừa c tính d o, thể hiện ra đ c tính biến dạng khi chịu lực và chịu tác dụng nhiệt, ẩm của môi trường [1]. 1.1.3. P â l ại bê tô [1,2]: nhiều cách phân loại bê tông, thông thường theo 3 cách: . . . . Th o khối lượng th t ch ung tr ng - Bê tông đ c biệt n ng: ρv> 2500 kg/m3, chế tạo từ cốt liệu đ c chắc, d ng cho những kết cấu đ c biệt (ngăn được tia X, tia ɤ ). - Bê tông n ng (bê tông thường): ρv = 1800 ÷ 2500 kg/m3, chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường, d ng cho kết cấu chịu lực sử dụng ph biến trong xây dựng c b n. - Bê tông nhẹ: ρv = 500 ÷ 1800 kg/m3, gồm bê tông chế tạo từ cốt liệu rỗng thiên nhiên hay nhân tạo và bê tông t ong không cốt liệu thô (bê tông bọt khí) c cấu tr c chứa một lượng lớn lỗ rỗng kín giống dạng t ong. - Bê tông đ c biệt nhẹ: ρv< 500 kg/m3, giống như bê tông nhẹ nhưng chế tạo từ cốt liệu nhẹ c độ rỗng lớn (không c cát) và bê tông t ong với mức độ rỗng lớn. 5 . . .2. Th o chất kết nh - Bê tông xi măng: chủ yếu là xi măng Po c lăng và các dạng khác của n . - Bê tông silicat: chất kết dính là vôi và cốt liệu mịn là cát silic nghiền. - Bê tông thạch cao: chất kết dính là thạch cao ho c xi măng thạch cao. - Bê tông x : chất kết dính là các loại x lò cao. - Bê tông polime: chất kết dính là chất d o h a học và phụ gia. . . . . Th o h m vi s ng - Bê tông thường: được sử dụng trong các kết cấu chịu lực (nền m ng, cột, vách, dầm, sàn). - Bê tông thủy công: d ng để xây dựng đập, mái kênh, công trình nước ... ngoài yêu cầu chịu lực còn đòi hỏi tính chống thấm và chống xâm thực của môi trường nước. - Bê tông làm đường: d ng cho m t đường, sân bay. Loại bê tông này cần c tính chịu mài mòn lớn và chịu được sự biến đ i lớn về nhiệt độ và độ ẩm. - Bê tông chuyên dụng: Bê tông n định h a học d ng trong môi trường nồng độ muối, a xít, kiềm cao; Bê tông chịu lửa; Bê tông chịu bức xạ ... goài ra còn c cách phân loại bê tông theo cường độ, theo cấu tr c, theo thành phần cốt liệu. 1.2. C độ củ bê tô : ường độ là một ch tiêu quan trọng thể hiện kh năng chịu lực của vật liệu. Bê tông c thể chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt trong đ bê tông làm việc trạng thái chịu nén là tốt nhất. Do đ , người ta thường lấy cường độ chịu nén là ch tiêu đ c trưng để đánh giá chất lượng bê tông. ể biểu thị cường độ chịu nén của bê tông, người ta d ng khái niệm cấp độ bền chịu nén của bê tông ho c mác bê tông theo cường độ chịu nén 1 . 1.2.1. Cấp độ bề c ịu củ bê tô : ấp độ bền chịu nén của bê tông, k hiệu b ng chữ B, là giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính b ng đ n vị Mpa, với xác suất đ m b o không dưới 95%, xác định trên các mẫu lập phư ng kích thước tiêu chuẩn (150x150x150) mm được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén tu i 28 ngày. Bê tông c các cấp độ bền: B3.5; B5; B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B22,5; B25; B27,5; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60 [11]. 1.2.2. Mác bê tô t e c độ c ịu : Mác bê tông theo cường độ chịu nén, kí hiệu b ng chữ M, lấy b ng giá trị trung bình thống kê của cường độ chịu nén tức thời, tính theo đ n vị da /cm2, xác định trên 6 các mẫu lập phư ng kích thước tiêu chuẩn (150x150x150) mm được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén tu i 28 ngày. Bê tông c các mác: M50; M75; M100; M150; M200; M250; M300; M350; M400; M450; M500; M600; M700; M800; M900; M1000 [11]. 1.2.3. T ơ qu iữ B và M [11]: Tư ng quan giữa B và M của c ng một loại bê tông được thể hiện qua biểu thức: (1.1) Trong đ : ệ số đ i đ n vị từ kg/cm2 sang MPa, c thể lấy = 0,1; ệ số chuyển đ i từ cường độ trung bình sang cường độ đ c trưng, với xác suất đ m b o 95% thì = 0,778. B ấp độ bền 1.1. B ường độ chịu nén (Mpa) t ơ qu Mác M iữ cấp độ bề B và mác M ấp độ bền ường độ chịu nén (Mpa) Mác M B3,5 4,50 M50 B35 44,95 M450 B5 6,42 M75 B40 51,37 M500 B7,5 9,63 M100 B45 57,80 M600 B10 12,84 M150 B50 64,22 M700 B12,5 16,05 M150 B55 70,64 M700 B15 19,27 M200 B60 77,06 M800 B20 25,69 M250 B65 83,48 M900 B22,5 28,90 M300 B70 89,90 M900 B25 32,11 M350 B75 96,33 M1000 B27,5 35,32 M350 B80 102,75 M1000 B30 38,53 M400 7 1.3. Các vật liệu cấu t à 1.3.1. Xi mă bê tô : [2]: Xi măng là thành phần chất kết dính rắn trong nước để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường độ cho bê tông. hất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ cho bê tông. . T y theo mục đích sử dụng, để s n xuất bê tông c thể sử dụng các loại xi măng khác nhau như: xi măng Po c lăng hỗn hợp, xi măng Po c lăng bền Sun phát, xi măng Po c lăng x hạt lò cao, xi măng Po c lăng Pu lan ... Yêu cầu kỹ thuật của xi măng Po c lăng được quy định theo T V 2682:2009.Yêu cầu kỹ thuật của xi măng Po c lăng hỗn hợp được quy định theo TCVN6260:2009. Xi măng Po c lăng bền Sun phát là loại xi măng Po c lăng mà các thành phần khoáng vật được quy định ch c ch , đ c biệt là thành phần tri canxi aluminat ( 3A), tỏa nhiệt ít h n và chống ăn mòn Sun phát (SO42-) tốt h n so với xi măng thông thường vì vậy được sử dụng để c i thiện sự suy gi m cường độ xi măng trong môi trường Sun phát và c thể sử dụng để s n xuất bê tông trong môi trường không thuận lợi như: c cát biển, nước biển trong thành phần cấp phối. Yêu cầu kỹ thuật của Xi măng Po c lăng bền Sun phát được quy định theo TCVN 6067:2004. Yêu cầu kỹ thuật của Xi măng Po c lăng hỗn hợp bền Sun phát được quy định theo T V 7711:2013. 1.3.2. N c [2]: ước là thành phần ph n ứng với các khoáng vật của xi măng tạo ra các s n phẩm thủy h a làm bê tông c cường độ. ước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công được dễ dàng. Yêu cầu kỹ thuật của nước trộn cho bê tông và vữa được quy định theo T V 4506:2012. ước biển c thể d ng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước biển, nếu t ng các loại muối không vượt quá 35g trong 1 lít nước biển. Khi lượng nước quá ít, dưới tác dụng của lực h t phân tử, nước ch đủ để hấp phụ trên bề m t vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động của hỗn hợp. Lượng nước quá nhiều s tạo ra nhiều lỗ rỗng trong quá trình đông kết của bê tông. ể đ m b o cho bê tông c cường độ theo yêu cầu, ít lỗ rỗng h n thì t lệ ước/Xi măng ( /X) không nên vượt quá 0,6. Bất kì sự thay đ i nào của tỷ lệ /X đều tác động lên độ bền và các tính năng khác của bê tông. 1.3.3. Cốt liệu t ô đá ăm, i [2]: ốt liệu thô (cốt liệu lớn) là đá dăm, sỏi c cỡ hạt từ 5 ÷ 70mm, ch ng tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông. goài đá dăm và sỏi khi chế tạo bê tông còn c thể d ng 8 sỏi dăm. á dăm được s n xuất b ng cách đập và nghiền đá, ho c nghiền từ đá như đá vôi, đá granit Sỏi được hình thành do quá trình phong h a của đá tự nhiên ho c đá kết theo các dòng ch y, sỏi dăm được s n xuất b ng cách đập và nghiền cuội, sỏi kích thước lớn. Yêu cầu kỹ thuật của đá dăm, sỏi d ng cho bê tông được quy định theo TCVN 7570:2006. 1.3.4. Cốt liệu mị cát [2]: ốt liệu mịn (cốt liệu nhỏ) là cát c cỡ hạt từ 0,14 ÷ 5 mm, c ng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu thô (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đ c chắc. át c ng là thành phần c ng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông. át sử dụng cho bê tông c thể là cát tự nhiên (cát sông, cát suối, cát đồi), cát nhân tạo (cát x , cát Keram ir), cát nghiền và hỗn hợp từ cát tự nhiên và cát nghiền.Cát tự nhiên là hỗn hợp các hạt cốt liệu nhỏ được hình thành do quá trình phong h a của các đá tự nhiên. át nghiền là hỗn hợp là hỗn hợp các hạt cốt liệu kích thước nhỏ h n 5 mm thu được do đập ho c nghiền từ đá. Yêu cầu kỹ thuật của cát d ng trong bê tông được quy định theo T V 7570:2006. 1.4. N uyê lý ì t à bê tô t ô qu p ứ t ủy ó củ xi mă [2]: Khi ximăng rắn chắc, các quá trình vật lí và h a lí phức tạp đi kèm theo các ph n ứng h a học c một nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đ i t ng hợp, khiến cho ximăng khi nhào trộn với nước, l c đầu ch là hồ d o và sau biến thành đá cứng c cường độ. Tất c các quá trình tác dụng tư ng hỗ của từng khoáng với nước để tạo ra những s n phẩm mới x y ra đồng thời, xen k và nh hư ng lẫn nhau. ác s n phẩm mới c ng c thể tác dụng tư ng hỗ với nhau và với các khoáng khác của clinke để hình thành những liên kết mới. Do đ hồ ximăng là một hệ rất phức tạp c về cấu tr c thành phần c ng như sự biến đ i. Lí thuyết rắn chắc của ximăng Po c lăng được phát triển trên c s những công trình nghiên cứu của L Satalie, Mikhai lix, Baikov, Rebinder và nhiều nhà bác học khác. Theo thuyết của Baikov – Rebinder, quá trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai đoạn: ầu tiên trong kho ng 1-3 giờ sau khi nhào trộn n d o và dễ tạo hình. Sau đ , n bắt đầu đông kết. ỗn hợp đ c sệt dần lại và mất dần tính d o, nhưng cường độ không lớn. iai đoạn này kết th c trong 5-10 giờ sau khi nhào trộn. ỗn hợp chuyển từ trạng thái đ c sệt sang trạng thái rắn chắc, c nghĩa là kết th c đông kết và bắt đầu rắn chắc. iai đoạn rắn chắc đ c trưng b ng sự tăng nhanh cường độ. 9 1.4.1. Gi i đ ạ ò t : Khi nhào trộn xi măng với nước các thành phần khoáng của clinke s tác dụng với nước ngay trên bề m t hạt xi măng. hững s n phẩm mới tan được a(O ) 2, CaO.Al2O3.6H2O s tan ra. hưng vì độ tan của n không lớn và lượng nước c hạn nên dung dịch nhanh ch ng tr nên quá bão hoà. 1.4.2. Gi i đ ạ ó e : Trong dung dịch quá bão hoà, các s n phẩm a(O )2, 3CaO.Al2O3.6H2O mới tạo thành s không tan nữa mà tồn tại trạng thái keo. òn các s n phẩm etringit(3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O), S vốn không tan, nên vẫn tồn tại thể keo phân tán. ước vẫn tiếp tục mất đi (bay h i, ph n ứng với xi măng), các s n phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính d o, các s n phẩm thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo. 1.4.3. Gi i đ ạ ết ti : ước thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các s n phẩm mới ngày càng nhiều, ch ng kết tinh lại thành tinh thể, rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho c hệ thống h a cứng và cường độ tăng . 1.5. Các â tố quyết đị đế c độ bê tô [1]: ường độ của bê tông do thành phần và công nghệ chế tạo bê tông quyết định. 1.5.1. C ất l ợ và ố l ợ xi mă : Với cường độ bê tông đã dự kiến, khi d ng xi măng chất lượng cao h n thì số lượng s ít h n. Trong một giới hạn nào đ khi tăng lượng xi măng c ng s tăng cường độ bê tông nhưng n i chung hiệu qu không cao và thường làm tăng biến dạng co ng t gây hậu qu xấu. Khi cần c bê tông cường độ cao nên d ng xi măng mác cao với số lượng hợp l . 1.5.2. Độ cứ , độ ạc và tỉ lệ t à p ầ củ cốt liệu cấp p ối : ác yếu tố này đ ng vai trò quan trọng trong việc chế tạo bê tông. Khi chọn được cấp phối hợp lí không những tăng được cường độ bê tông mà còn sử dụng xi măng một cách tiết kiệm. 1.5.3. Tỉ lệ c - xi mă : ây là yếu tố nh hư ng lớn đến cường độ và tính chất biến dạng của bê tông. Khi t lệ này tăng lên thì cường độ và độ đ c chắc của bê tông đều bị gi m và biến dạng do co ng t tăng. 1.5.4. C ất l ợ củ việc à t ộ vữ bê tô iđ uô và điều iệ b ỡ : , độ đầm c ắc củ bê tô Các yếu tố này đều hư ng lớn đến cường độ bê tông. 10 1.6. Sự p át t iể c 1.6.1. Bê tô độ củ bê tô t ô t t e t i i : [1]: ọi tu i của bê tông là thời gian t (tính b ng ngày) kể từ khi chế tạo đến khi thí nghiệm mẫu. Quan hệ giữa cường độ R và tu i t của bê tông dưỡng hộ trong điều kiện bình thường biểu thị ình 1.1. Trong quá trình khô cứng cường độ tăng dần lên, thời gian đầu tăng nhanh, sau tăng chậm dần. Với bê tông d ng xi măng Po clăng chế tạo và b o dưỡng bình thường cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu. ể biểu diễn sự tăng R theo t c thể d ng công thức thực nghiệm: ông thức của B. . Xkramtaep theo quy luật logarit, d ng được khi t=7 ÷ 300 ngày: (1.2) ông thức của Viện nghiên cứu bê tông Mỹ A theo quy luật hyperbol: (1.3) a, b: hệ số phụ thuộc vào loại xi măng. Thông thường a= 4; b= 0,85; với xi măng đông cứng nhanh: a= 2,3; b= 0,92; nếu d ng xi măng pu lan thời gian tăng Rbđ là 90 ngày. Hình 1.1. Đồ thị sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dư ng, độ ẩm cao) sự tăng cường độ c thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh ho c nhiệt độ thấp, sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể. Trường hợp d ng h i nước n ng để b o dưỡng bê tông c ng như d ng phụ gia tăng cường độ, c thể làm cường độ tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu, nhưng s làm cho bê tông giòn h n và c cường độ cuối c ng (sau vài năm) thấp h n so với bê tông được b o dưỡng trong điều kiện tự nhiên và không d ng phụ gia. 11 1.6.2. Bê tô b ỡ c biể : ối với bê tông thông thường và b o dưỡng trong môi trường nước biển, trong 7 ngày đầu tiên cường độ không bị nh hư ng. Tuy nhiên, cường độ (kéo, nén, uốn) bị gi m dần theo thời gian (28 và 90 ngày). ác yếu tố nh hư ng đến cường độ của bê tông trong môi trường nước biển là: sự ăn mòn cốt thép gây ra b i ion ph n ứng ăn mòn sulphategây ra b i ion gây nứt, phá huỷ nếu cốt liệu c hoạt tính kiềm trong bê tông [24]. Phân tích ph n ứng h a học của nước biển trên bê tông chủ yếu là do sự ăn mòn của magnesium sulphate (MgSO4). Bê tông bị ăn mòn nhanh h n b i chất clorua c trong nước biển làm chậm sự trư ng n thế tích, đ c trưng của ăn mòn sulphate là bê tông tr nên trắng h n, việc ăn mòn khiến bê tông cốt thép bị giãn n dẫn tới nứt. Bê tông tiếp tục bị ăn mòn và suy gi m cường độ. Trong giai đoạn đầu, cường độ của bê tông c xu hướng gia tăng khi bị ăn mòn, nhưng sau đ là gi m cường độ trước sự gia tăng của ph n ứng.Tư ng tự, kali và magnesiumsulphate (KS, MgS) c trong nước muối, c thể gây ra các ph n ứng sulphate trong bê tông, do ch ng dễ dàng ph n ứng với hydroxit canxi a(O )2 trong xi măng thông qua quá trình hydrat h a 3S và C2S [25]. 1.6.3. Bê tô ử ụ cát biể , c biể : Một số thành phần chứa trong cát biển, nước biển (như độ p , các muối chứa ion , , ), c nh hư ng đến sự phát triển cường độ chịu nén theo ngày tu i của bê tông. át biển, nước biển tác động làm tăng nhanh quá trình ninh kết của bê tông cát biển, nước biển, làm cho cường độ nén bê tông tăng nhanh trong 7 ngày đầu, sau đ phát triển chậm lại 7 . Trong giai đoạn ban đầu từ 3-14 ngày tu i, bê tông sử dụng nước biển c giá trị cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi tăng nhanh so với bê tông sử dụng nước ngọt khi c ng tỷ lệ /X nhưng c xu hướng gi m nhanh sau 28 ngày tu i 8 . 1.7. Ă mò ó ct bê tô [6]: Bê tông là loại vật liệu c cường độ chịu lực cao, khá bền vững trong môi trường, tuy nhiên sau một thời gian sử dụng bê tông thường bị ăn mòn. Bê tông bị ăn mòn chủ yếu là do sự tác dụng của các chất khí và chất lỏng lên các bộ phận cấu thành xi măng đã rắn chắc, chủ yếu là a(O )2 và CaO.Al2O3.6H2O. guyên nhân ăn mòn do sự phân rã các thành phần của đá xi măng, sự hòa tan và rửa trôi hyđroxit canxi, sự tạo thành các muối dễ tan do hyđroxit canxi và các thành phần khác của đá xi măng tác dụng với các chất xâm thực và sự rửa trôi các muối đ (ăn mòn axit, ăn mòn magie it), và sự hình thành những liên kết mới trong các lỗ rỗng c thể tích lớn h n thể tích của các chất tham gia ph n ứng tạo ra ứng suất gây nứt bê tông (ăn mòn sunphoaluminat).