Tài liệu Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông cổ chiên tỉnh trà vinh để sản xuất bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN TÂM NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 85 80 201 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƢƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số liệu và kết quả tính toán đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Tâm TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH Đề tài: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Học viên: Nguyễn Văn Tâm Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 85 80 201; Khóa: 35.XDD.TV; Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Bê tông là loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, các loại kết cấu này chiếm đến 60% các loại kết cấu xây dựng. Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), xi măng, nƣớc và phụ gia, thƣờng đƣợc đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cƣờng độ chịu nén. Ở Việt Nam, cát sông đƣợc dùng phổ biến làm cốt liệu nhỏ để chế tạo bê tông thông thƣờng. Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phƣơng ở nƣớc ta việc khai thác và sử dụng nƣớc, cát đạt các chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn nhƣ: vùng thƣờng xuyên ngập mặn, vùng hải đảo ngoài khơi xa… việc chế tạo bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn và chi phí thƣờng tăng cao hơn nhiều lần so với các vùng khác. Hiện nay tại sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có nhiề u mỏ cát với trữ lƣợng tƣơng đối lớn, tuy nhiên cát sông Cổ Chiên có lẫn phù sa và nhiễm mặn theo mùa. Do vậy nguồn cát này từ trƣớc đến nay địa phƣơng chỉ dùng để san lấp mặt bằng, mà chƣa có nghiên cứu sử dụng nguồn cát này sản xuất bê tông để sử dụng cho các công trình trên địa bàn tỉnh. Vì vậy, cần có một nghiên cứu sản xuất bê tông từ cát sông Cổ Chiên khu vực Trà Vinh, để đánh giá sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông sản xuất ứng dụng trong công trình xây dựng. Từ khoá - Cát nhiễm mặn; Nước ngọt; Bê tông thường; Bê tông cát nhiễm mặn; Cường độ nén. Topic: STUDY ON USING SALINE SAND OF CO CHIEN RIVER IN TRA VINH PROVINCE TO PRODUCE CONCRETE Summary - Concrete is a common material commonly used for concrete and reinforced concrete structures, which account for up to 60% of all types of construction structures. Traditional concrete with components: large aggregate (crushed stone, gravel), small aggregate (sand), cement, water and additives, is usually assessed bearing capacity by the criteria of compressive strength. In Vietnam, river sand is popularly used as a small aggregate to make ordinary concrete. However, in some regions and localities in our country, the exploitation and use of water and sand meet the physical and mechanical criteria for traditional concrete gradients, which face many difficulties such as: areas frequently submerged, coastal areas. offshore islands ... the manufacture of traditional concrete faces many difficulties and costs often increase many times higher than other regions. At present, Co Chien river in Tra Vinh province has many sand mines with relatively large reserves, however, Co Chien river sand has mixed sediment and seasonal salinity. Therefore, this source of sand has so far been used only for ground leveling, but there has not been research on using this source of sand to produce concrete to use for constructions in the province. Therefore, it is necessary to have a study on the production of concrete from the Co Chien sand in Tra Vinh area, to evaluate the development of compressive strength of concrete produced in construction applications. Key words - Saline sand; Soft drink; Normal concrete; Salty sand concrete; Compressive strength. MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1 1. Tính cần thiết của đề tài .......................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................2 3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................2 4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu .................................................................2 5. Kết quả .................................................................................................................3 6. Kết cấu luận văn ...................................................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH ..4 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH ..................4 1.1.1. Tổng quan về bê tông.....................................................................................4 1.1.2. Các loại vật liệu cấu thành. ............................................................................7 1.2. NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TÔNG THÔNG QUA PHẢN ỨNG THỦY HÓA XI MĂNG .........................................................................................................14 1.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA BÊ TÔNG ......................16 1.3.1. Đƣờng cong cấp phối lý tƣởng của Fuller ...................................................16 1.3.2. Công thức cấp phối của Talbot ....................................................................17 1.3.3. Các nghiên cứu của Kozul và Darwin (1997); Neville, A (2000) ..............17 1.3.4. Lý thuyết cấp phối tốt nhất của B.B. Okhônina và N.N. Ivanov ................18 1.4. NHẬN XÉT CHƢƠNG 1 ...................................................................................20 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG ....................................21 2.1. ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƢỜNG TÂY NAM BỘ VIỆT NAM ...............................21 2.1.1. Đặc điểm chung ...........................................................................................21 2.1.2. Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh .................................................................22 2.2. PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN ....................................................................................................24 2.2.1. Phƣơng pháp đánh giá .................................................................................24 2.2.2 Các chỉ tiêu cần đánh giá ..............................................................................25 2.3. PHƢƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG ĐÁ DĂM ...........................................................................................................................25 2.3.1. Phƣơng pháp đánh giá .................................................................................25 2.3.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá .............................................................................25 2.4. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM (THEO TCVN 3118:1993) ...........................................................25 2.4.1. Thiết bị thử ...................................................................................................25 2.4.2. Chuẩn bị mẫu thử .........................................................................................26 2.4.3. Tiến hành thử mẫu. ......................................................................................28 2.4.4. Tính kết quả. ................................................................................................29 2.5. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG 30 2.5.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối chứa trong cát nhiễm mặn ......................30 2.5.2. Đá xi măng ...................................................................................................30 2.5.3. Hàm lƣợng và tính chất của cốt liệu ............................................................32 2.5.4. Cấu tạo của bê tông (công nghệ đầm chặt) .................................................32 2.5.5. Thời gian (tuổi bê tông) ...............................................................................32 2.5.6. Phụ gia ..........................................................................................................33 2.5.7. Môi trƣờng bảo dƣỡng .................................................................................33 2.5.8. Điều kiện thí nghiệm....................................................................................34 2.6. NHẬN XÉT CHƢƠNG 2 ...................................................................................34 CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ CÁT NHIỄM MẶN, KHU VỰC SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH.............................................................35 3.1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM ................................................................................35 3.2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU ....................................................35 3.2.1. Xi măng (chất kết dính) ...............................................................................36 3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát) .........................................................................................36 3.2.3. Cốt liệu lớn (đá dăm) ...................................................................................40 3.2.4. Nƣớc .............................................................................................................42 3.2.5. Phụ gia ..........................................................................................................42 3.3. TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO BÊ TÔNG CẤP ĐỘ BỀN B15 VÀ B20 .......................................................................................................................42 3.3.1. Chọn độ sụt (SN) cho hỗn hợp bê tông .......................................................43 3.3.2. Xác định lƣợng nƣớc (N) cho một mét khối bê tông ..................................44 3.3.3. Xác định tỉ số xi măng/nƣớc (X/N) .............................................................45 3.3.4. Tính hàm lƣợng xi măng..............................................................................46 3.3.5. Tính toán hàm lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm) .................................................46 3.3.6. Tính toán hàm lƣợng cốt liệu nhỏ (cát) .......................................................47 3.4. QUY TRÌNH ĐÚC MẪU (Theo TCVN 3105: 1993)........................................49 3.4.1. Tính toán liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn ...................................................49 3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt (SN, cm) ....................................51 3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu .......................................................52 3.4.4. Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) .................................53 3.5. QUY TRÌNH NÉN MẪU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .................................53 3.5.1. Quy trình nén mẫu .......................................................................................53 3.5.2. Kết quả thí nghiệm - Cƣờng độ nén mẫu ....................................................54 3.6. NHẬN XÉT CHƢƠNG 3 ...................................................................................58 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .........................................................................................62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................64 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD Tiêu chuẩn xây dựng ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long B Rb Cấp độ bền bê tông (MPa) Cƣờng độ bê tông (daN/cm2) Rx Cƣờng độ xi măng (daN/cm2) Rn Cƣờng độ mẫu nén (daN/cm2) Rc Cƣờng độ xi măng xác định trên vữa tiêu chuẩn (daN/cm2) ρv Khối lƣợng thể tích của bê tông (kg/m3) Khối lƣợng thể tích thực tế hỗn hợp bê tông khi lèn chặt (kg/m3) λ Hệ số dẫn nhiệt của bê tông (kcal/m.0C.h) r Độ rỗng trong bê tông (%) ai Lƣợng sót riêng biệt cốt liệu trên sàng i (%) Ai Lƣợng sót tích lũy trên sàng i (%) Mđl Môđun độ lớn của cốt liệu Nyc Lƣợng nƣớc yêu cầu (%) N/X Ntc Dmax Dmin α ω K K1 A,A1 Kl R28 Tỉ lệ nƣớc trên xi măng (%) Lƣợng nƣớc tiêu chuẩn (%) Đƣờng kính lớn nhất của cốt liệu (mm) Đƣờng kính nhỏ nhất của cốt liệu (mm) Hệ số tính đổi kết quả nén của loại viên mẫu Lƣợng nƣớc liên kết hóa học (%) Hệ số cấp phối hạt Hệ số thực nghiệm để xác định cƣờng độ của bê tông Hệ số thực nghiệm xác định theo chất lƣợng cốt liệu Hệ số lèn chặt bê tông Cƣờng độ bê tông khi 28 ngày tuổi (daN/cm2) lg Logarit n Tuổi mẫu bê tông (ngày) Vc ,Ve ,Vv Tỉ lệ thể tích của xi măng, nƣớc và lỗ rỗng trong bê tông (%) RD Độ rỗng của đá dăm (%) SN Độ sụt của hỗn hợp bê tông (cm) ρvD Khối lƣợng thể tích xốp của đá (kg/m3) ρvC Khối lƣợng thể tích xốp của cát (kg/m3) ⍴aX, ⍴aC, ⍴aD Khối lƣợng riêng của xi măng, cát, đá (kg/m3) X, C, Đ, N Khối lƣợng xi măng, cát, đá, nƣớc cần cho 1m3 bê tông (kg) Xm ,Cm ,Dm ,Nm Khối lƣợng xi măng, cát, đá, nƣớc cho một mẻ trộn (kg) Vm Thể tích một mẻ trộn bê tông (dm3) N1,N2 Côn dùng thử độ sụt của hỗn hợp bê tông Đƣờng kính cốt thép (mm) F Diện tích ép mặt của mẫu thí nghiệm (cm2) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Lƣợng xi măng tối thiểu cho một mét khối bê tông (kg) ............................8 Bảng 1.2. Thành phần hạt của cát ..............................................................................10 Bảng 1.3. Hàm lƣợng các tạp chất trong cát .............................................................. 11 Bảng 1.4. Hàm lƣợng ion Cl- trong cát. .....................................................................11 Bảng 1.5. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập ..................................12 Bảng 1.6. Lƣợng sót tích lũy trên các sàng (TCVN 7570:2006) .............................. 13 Bảng 1.7. Thành phần hạt của cốt liệu lớn ................................................................ 13 Bảng 2.1. Bảng giá trị α (hệ số tính đổi)....................................................................29 Bảng 2.2. Hệ số chất lƣợng cốt liệu. ..........................................................................31 Bảng 3.1. Các tính chất cơ lý cát sông Cổ Chiên mùa không nhiễm mặn ................37 Bảng 3.2. Thành phần hạt của cát sông Cổ Chiên .....................................................38 Bảng 3.3. Các tính chất cơ lý cát sông Cổ Chiên mùa nhiễm mặn ...........................39 Bảng 3.4. Cát tính chất cơ lý của đá dăm 1x2 Biên Hòa ...........................................41 Bảng 3.5. Thành phần hạt của đá dăm 1x2 Biên Hòa ...............................................41 Bảng 3.6. Độ sụt của hỗn hợp bê tông dùng cho các loại kết cấu ............................. 43 Bảng 3.7. Bảng tra lƣợng dùng nƣớc cho 1m3 hỗn hợp bê tông................................ 44 Bảng 3.8. Lƣợng nƣớc nhào trộn 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối ...............45 Bảng 3.9. Tỷ số X/N dùng cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối ..................46 Bảng 3.10. Bảng tra hệ số trƣợt ( ) ..........................................................................47 Bảng 3.11. Lƣợng đá dăm cần cho 1m3 bê tông ứng với mỗi loại cấp phối .............47 Bảng 3.12. Lƣợng cát cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối ...................48 Bảng 3.13. Vật liệu cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối ............................. 48 Bảng 3.14. Lƣợng vật liệu thực tế cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối ......49 Bảng 3.15. Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn...............................................50 Bảng 3.16. Khối lƣợng vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng cấp phối .................51 Bảng 3.17. Thời gian trộn bê tông tối thiểu bằng máy (giây) ...................................51 Bảng 3.18. Các thông số quy định của côn thử độ sụt hỗn hợp bê tông ...................51 Bảng 3.19. Cƣờng độ kháng nén các viên trong tổ mẫu, cấp phối 1 .........................54 Bảng 3.20. Cƣờng độ kháng nén trung bình các mẫu thử của cấp phối 1.................55 Bảng 3.21. Cƣờng độ kháng nén các viên trong tổ mẫu, cấp phối 2 .........................56 Bảng 3.22. Cƣờng độ kháng nén trung bình các mẫu thử của cấp phối 2.................57 Bảng 3.23. So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 1 với cấp phối chuẩn ....................59 Bảng 3.24. So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 2 với cấp phối chuẩn ....................60 Bảng 3.25. So sánh cƣờng độ nén mẫu cấp phối 1a và 1b; 2a và 2b ........................61 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Một số hình ảnh dùng cát sông Cổ Chiên san lấp mặt bằng công trình .........2 Hình 1.1. Đấu trƣờng Colosseum Roma của Italia. .....................................................4 Hình 1.2. Dây chuyền trạm trộn bê tông......................................................................5 Hình 1.3. Bê tông sử dụng cho công trình dân dụng. ..................................................5 Hình 1.4. Bê tông sử dụng cho công trình thủy lợi. ....................................................7 Hình 1.5. Bê tông sử dụng cho công trình giao thông.................................................7 Hình 1.6. Biểu đồ xác định thành phần hạt của cát ...................................................10 Hình 1.7. Biểu đồ xác định thành phần hạt của đá (sỏi) ............................................13 Hình 1.8. Đƣờng cong cấp phối tốt nhất có Dmax = 19,1mm ..................................17 Hình 1.9. Đƣờng cong cấp phối tốt nhất ....................................................................19 Hình 2.1. Bản đồ các tỉnh Tây Nam Bộ (ĐBSCL) ....................................................21 Hình 2.2. Bản đồ tỉnh Trà Vinh..................................................................................22 Hình 2.3. Khai thác cát trên sông Cổ Chiên .............................................................. 24 Hình 2.4. Máy nén mẫu bê tông, phòng Las 817 (Duy Thành).................................25 Hình 2.5. Chuẩn bị mẫu thử nén ................................................................................26 Hình 2.6. Đúc mẫu ở phòng thí nghiệm .....................................................................27 Hình 2.7. Bảo dƣỡng mẫu ..........................................................................................28 Hình 2.8. Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phƣơng theo TCVN 3118:1993 ......................28 Hình 2.9. Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào trộn................30 Hình 2.10. Quan hệ giữa Rb và tỉ lệ X/N ....................................................................31 Hình 2.11. Sự phát triển cƣờng độ bê tông rắn chắc trong điều kiện tiêu chuẩn ......33 Hình 3.1. Xi măng sử dụng để chế tạo mẫu ............................................................... 36 Hình 3.2. Hình ảnh thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý cát sông Cổ Chiên ........37 Hình 3.3. Hình ảnh thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý đá dăm 1x2 Biên Hòa .........40 Hình 3.4. Biểu đồ lƣợng nƣớc dùng cho 1m3 hỗn hợp bê tông .................................44 Hình 3.5. Biểu đồ để xác định hệ số trƣợt α .............................................................. 47 Hình 3.6. Côn hình nón cụt dùng thử độ sụt của hỗn hợp bê tông ............................ 52 Hình 3.7. Khuôn đúc mẫu thí nghiệm ........................................................................53 Hình 3.8. Mẫu bê tông đúc xong đã đông rắn............................................................ 53 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1. Thành phần hạt của cát sông Cổ Chiên .................................................39 Biểu đồ 3.2. Thành phần hạt của đá dăm 1x2 mỏ đá Biên Hòa ................................ 42 Biểu đồ 3.3. Sự phát triển cƣờng độ của mẫu thí nghiệm cấp phối 1 (B15) .............56 Biểu đồ 3.4. Sự phát triển cƣờng độ của mẫu thí nghiệm cấp phối 2 (B20) .............58 Biểu đồ 3.5 .So sánh cƣờng độ mẫu cấp phối 1a và 1b .............................................60 Biểu đồ 3.6 .So sánh cƣờng độ mẫu cấp phối 2a và 2b .............................................61 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cần thiết của đề tài Bê tông là loại vật liệu phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, các loại kết cấu này chiếm đến 60% các loại kết cấu xây dựng. Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), xi măng, nƣớc và phụ gia, thƣờng đƣợc đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cƣờng độ chịu nén. Cƣờng độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả năng chịu tải của hỗn hợp bê tông dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân hoặc sự rung động. Việc sử dụng bê tông truyền thống cho các công trình xây dựng đã trở nên cực kỳ phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phƣơng ở nƣớc ta việc khai thác và sử dụng nƣớc, cát đạt các chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn nhƣ: vùng thƣờng xuyên ngập mặn, vùng hải đảo ngoài khơi xa…việc chế tạo bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn và chi phí thƣờng tăng cao hơn nhiều lần so với các vùng khác. Vì vậy, cần có một loại hỗn hợp bê tông mới nhƣ “hỗn hợp bê tông sử dụng nƣớc ngọt, cát nhiễm mặn”....để giải quyết các vấn đề trên hoặc để tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có ở địa phƣơng nhằm giảm bớt chi phí xây dựng công trình cho các vùng ven sông Tây nam bộ bị nhiễm mặn theo mùa. Hiện nay tại sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có các mỏ cát với trữ lƣợng tƣơng đối lớn, tuy nhiên cát sông Cổ Chiên có lẫn phù sa và nhiễm mặn theo mùa. Do vậy nguồn cát này từ trƣớc đến nay địa phƣơng chỉ dùng để san lấp mặt bằng, mà chƣa có nghiên cứu sử dùng nguồn cát này sản xuất bê tông để sử dụng cho các công trình trên địa bàn tỉnh. Hiện tại, nguồn cát dùng làm cốt liệu trong bê tông ở địa phƣơng phải nhập từ các tỉnh nhƣ: An Giang, Đồng Nai, Cam-Pu-Chia… Vì vậy, nếu tận dụng đƣợc nguồn tài nguyên thiên nhiên có sẵn, cát sông Cổ Chiên khu vực tỉnh Trà Vinh, sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong xây dựng công trình cho tỉnh Trà Vinh nói chung và khu vực Tây Nam bộ nói riêng. Với những lý do sau: - Tiến độ thi công công trình nhanh nhờ vật liệu sẵn có ở địa phƣơng, giảm thời gian vận chuyển; - Giảm nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu, tạo môi trƣờng làm việc an toàn hơn. Chính vì lý do nêu trên, nên nội dung “Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh để sản xuất bê tông” đƣợc tác giả lựa chọn làm đề tài luận văn của học viên. Để tiến hành nghiên cứu sự phát triển cƣờng độ chịu nén của bê tông B15, B20 theo cấp phối chuẩn, khi sử dụng xi măng PCB40 với vật liệu đƣợc 2 khai thác tại chỗ, sẽ là tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối chính xác cho bê tông B15, B20 sử dụng cát sông Cổ Chiên làm cốt liệu sau này. Giúp cho các kỹ sƣ thiết kế có thêm lựa chọn sử dụng vật liệu địa phƣơng cho phƣơng án kết cấu, các đơn vị thi công có cơ hội tiếp cận với loại cấp phối vật liệu này. Hình 1. Một số hình ảnh dùng cát sông Cổ Chiên san lấp mặt bằng công trình 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40 (nhà máy xi măng Hà Tiên), cát sông (sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh), nƣớc máy (do Công ty Cấp thoát nƣớc tỉnh Trà Vinh cung cấp), đá 1x2cm (Biên Hòa thuộc tỉnh Đồng Nai), để sản xuất bê tông có cấp độ bền B15, B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông. 3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài Đóng góp vào cơ sở lý luận việc hình thành loại bê tông không cốt thép, sản xuất từ cát sông nhiễm mặn, một trong những vật liệu sẵn có tại các địa phƣơng ven biển nhƣ là tỉnh Trà Vinh, để ứng dụng trong xây dựng công trình dân dụng và giao thông. Từ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, sản phẩm bê tông không cốt thép từ cát sông Cổ Chiên bị nhiễm mặn, thay cho nguồn cát dùng sản xuất bê tông tại tỉnh Trà Vinh phải nhập từ các tỉnh khác trong cả nƣớc. Góp phần giảm giá thành xây lắp công trình, khi sử dụng vật liệu có sẵn, tại chỗ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. 4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tính toán lý thuyết kết hợp thí nghiệm thực nghiệm. - Nội dung nghiên cứu: + Nghiên cứu thiết kế và tính toán thành phần hỗn hợp bê tông cấp độ bền B15, B20 với thành phần cốt liệu cát có nhiễm mặn và không nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh. + So sánh kết quả số liệu thí nghiệm. 3 5. Kết quả Tổng hợp số liệu thu thập đƣợc từ các thí nghiệm, tiến hành phân tích khoa học để xây dựng biểu đồ phát triển cƣờng độ theo thời gian của bê tông B15, B20 khi sử dụng cát sông Cổ Chiên nhiễm mặn và nƣớc máy địa phƣơng. 6. Kết cấu luận văn Mở đầu 1. Tính cần thiết của đề tài. 2. Mục tiêu nghiên cứu. 3. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài. 4. Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu. 5. Kết quả. Chƣơng 1: Tổng quan về bê tông và các loại vật liệu cấu thành. Chƣơng 2: Phƣơng pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật liệu và cƣờng độ chịu nén của bê tông. Chƣơng 3: Thí nghiệm và kết quả cƣờng độ chịu nén của bê tông sử dụng cát thƣờng và cát nhiễm mặn, khu vực sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh. Kết luận và kiến nghị. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1.1. Tổng quan về bê tông Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì bê tông đã có từ rất lâu trong lịch sử. Cách đây khoảng 2 ngàn năm, những ngƣời dân La Mã đã biết sử dụng tro núi lửa trộn với nƣớc nhào nặn sẽ đƣợc một khối đất dẻo và cứng nhƣ đá sau khi khô, đây đƣợc coi là dạng bê tông đầu tiên của nhân loại, để tạo nên những công trình nổi tiếng nhƣ: những bến cảng, các con đê chắn sóng, đấu trƣờng Colosseum ở thủ đô Rome… Hình 1.1. Đấu trƣờng Colosseum Roma của Italia. Tuy nhiên, theo khái niệm dành cho bê tông “hiện đại”, bê tông bắt nguồn từ béton trong tiếng Pháp là một loại đá nhân tạo đƣợc hình thành bởi việc nhào trộn hỗn hợp của các chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi silíc, thạch cao…) nƣớc và các hạt rời rạc của cát, sỏi, đá dăm…(gọi là cốt liệu) theo một tỉ lệ thích hợp rắn chắc lại mà thành. Cũng có thể dùng chất kết dính hữu cơ nhƣ bi tum guđrông chế tạo nên bê tông Asphalt hoặc chất dẽo Polime để chế tạo bê tông Polime. Trong bê tông ngoài các thành phần cơ bản nêu trên (chất kết dính, nƣớc, cốt liệu) có thể thêm vào những chất phụ gia nhằm cải thiện các tính chất của bê tông nhƣ tăng tính lƣu động của hỗn hợp bê tông, giảm lƣợng dùng nƣớc và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết và rắn chắc, nâng cao tính chống thấm của bê tông… Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực, hồ chất kết dính và nƣớc bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu tạo ra độ dẻo cho hỗn hợp bê tông. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết với hạt cốt liệu thành một khối đồng nhất đƣợc gọi là bê tông. Trong bê tông xi măng, cốt liệu thƣờng chiếm 80 85%, xi măng chiếm 8 5 15% còn lại là khối lƣợng của nƣớc và phụ gia (nếu có). Hình 1.2. Dây chuyền trạm trộn bê tông. * Bê tông là loại vật liệu rất quan trọng đƣợc sử dụng trong xây dựng cơ bản phục vụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân nhƣ trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, cầu đƣờng…vì có nhiều ƣu điểm, cụ thể nhƣ: - Có cƣờng độ nén biến đổi trong phạm vi rộng và có thể đạt giá trị từ 100; 200 đến 900…1000 daN/cm2.. - Có thể tạo mọi hình dáng công trình khác nhau. - Tính chịu lửa tốt. - Giá thành tƣơng đối hạ vì sử dụng rộng rãi nguồn nguyên liệu địa phƣơng… Hình 1.3. Bê tông sử dụng cho công trình dân dụng. Tuy vậy bê tông vẫn tồn tại những nhƣợc điểm nhƣ: nặng (ρv = 2200 kg/m3); cách âm, cách nhiệt kém ( λ = 1,05 2500 1,5 kcal/m.0C.h); khả năng chống ăn mòn yếu. * Phân loại bê tông: thƣờng dựa vào những đặc điểm sau. - Phân loại theo khối lƣợng thể tích (dung lƣợng). Đây là cách phân loại thƣờng đƣợc dùng nhất vì khối lƣợng riêng của các thành phần tạo nên bê tông gần nhƣ nhau (đều là các khoáng chất vô cơ) nên khối lƣợng 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: ρv > 2500 kg/m3, chế tạo bằng các cốt liệu đặc chắc và 6 từ các loại đá chứa quặng. Bê tông này ngăn đƣợc tia X và tia . + Bê tông nặng: (còn gọi là bê tông thƣờng) ρv = 1800 2500 kg/ m3 chế tạo từ các loại đá đặc chắc và các loại đá chứa quặng. Loại bê tông này đƣợc sử dụng phổ biến trong xây dựng cơ bản và dùng sản xuất các cấu kiện chịu lực. + Bê tông nhẹ: ρv = 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 lƣợng lớn lỗ rỗng kín giống dạng tổ ong. + Bê tông đặc biệt nhẹ: bê tông cách nhiệt có ρv < 500 kg/m3 có cấu tạo tổ ong với mức độ rỗng lớn, hoặc chế tạo từ cốt liệu rỗng nhẹ có độ rỗng lớn (không có cát). Do khối lƣợng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, nhƣ bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 - 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%. - Phân loại theo chất kết dính dùng trong bê tông. + Bê tông xi măng: Chất kết dính là xi măng và chủ yếu là xi măng pooclăng và các dạng khác của nó. + Bê tông silicát: Chế tạo từ nguyên liệu vôi và cát silíc nghiền, qua xử lý chƣng 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, có thể không dùng clachke xi măng, phải qua xử lý nhiệt ẩm ở áp suất thƣờng hay áp suất cao. + Bê tông pôlime: Chất kết dính là chất dẻo hóa học và phụ gia vô cơ. - Phân theo dạng cốt liệu. Gồm bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit). - Phân theo phạm vi sử dụng. + Bê tông công trình: Sử dụng ở các kết cấu và công trình chịu lực, yêu cầu có cƣờng độ thích hợp và tính chống biến dạng. + Bê tông công trình cách nhiệt: Vừa yêu cầu chịu đƣợc tải trọng vừa cách nhiệt, dùng ở các kết cấu bao che nhƣ tƣờng ngoài, tấm mái. + 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 đặc chắc cao, tính chống thấm và bền vững dƣới tác dụng xâm thực của nƣớc môi trƣờng. 7 Hình 1.4. Bê tông sử dụng cho công trình thủy lợi. + Bê tông làm đƣờng: Dùng làm tấm lát mặt đƣờng, đƣờng băng sân bay…, loại bê tông này cần có cƣờng độ cao, tính chống cọ mòn lớn và chịu đƣợc sự biến đổi lớn về nhiệt độ và độ ẩm. Hình 1.5. Bê tông sử dụng cho công trình giao thông. + Bê tông ổn định hóa học: Ngoài yêu cầu thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật khác, cần chịu đƣợng đƣợc tác dụng xâm thực của các dung dịch muối, axit, kiềm và hơi của các chất này mà không bị phá hoạt hay giảm chất lƣợng sử dụng. + Bê tông chịu lửa: Chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng. + Bê tông trang trí: Dùng trang trí bề mặt công trình, có màu sắc yêu cầu và chịu đƣợc tác dụng thƣờng xuyên của thời tiết. + Bê tông nặng chịu bức xạ: Dùng ở các công trình đặc biệt, hút đƣợc bức xạ của tia hay bức xạ nơtrôn. 1.1.2. Các loại vật liệu cấu thành. * Xi măng - Vai trò của xi măng: Xi măng là chất kết dính, cùng với nƣớc tạo ra độ dẻo cho hỗn hợp bê tông, khi cứng rắn thì liên kết các hạt cốt liệu với nhau thành một khối có cƣờng độ. Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cƣờng độ chịu lực của bê tông. 8 - Yêu cầu đối với xi măng: Để sản xuất bê tông ta có thể dùng xi măng pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm. Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông, việc lựa chọn mác xi măng là đặc biệt quan trọng vì nó vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế. Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao thì lƣợng xi măng sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế. Nếu dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp thì lƣợng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu với nhau, do đó không đảm bảo mác bê tông cần thiết kế. Mặt khác hiện tƣợng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tông. Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao và ngƣợc lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp. Để tránh trƣờng hợp thứ hai, thì lƣợng xi măng tối thiểu cho 1m3 bê tông phải phù hợp với quy định ở bảng 1.1. Bảng 1.1. Lượng xi măng tối thiểu cho một mét khối bê tông (kg) Điều kiện làm việc của kết cấu công trình Phƣơng pháp đầm chặt Bằng tay Bằng máy - Trực tiếp tiếp xúc với nƣớc 265 240 - Bị ảnh hƣởng của mƣa gió không có phƣơng tiện bảo vệ 250 220 - Không bị ảnh hƣởng của mƣa gió 220 200 * Nƣớc - Vai trò của nƣớc: Nƣớc là thành phần phản ứng với các khoán vật của xi măng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho bê tông có cƣờng độ. Nƣớc còn tạo ra độ lƣu động cần thiết để quá trình thi công đƣợc dễ dàng. - Yêu cầu đối với nƣớc: Nƣớc để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lƣợng tốt, không gây ảnh hƣởng xấu đến sự đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép. Nƣớc dùng đƣợc là loại nƣớc dùng cho sinh hoạt nhƣ nƣớc máy, nƣớc giếng. Các loại nƣớc không đƣợc dùng là nƣớc đầm, ao, hồ, nƣớc cống rãnh, nƣớc chứa dầu mỡ, đƣờng, nƣớc có độ pH < 4, nƣớc có chứa sunfat lớn hơn 0,72% (tính theo hàm