Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô-tô

Nghiên cứu sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô-tô

NGHIÊN COUU SOU DUING CAUT BIEAN ˆ BINH THUAAN VA@ VUONG TÀU LÀM BÊ

TOANG XIMAENG

TRONG XAAY DOING NOO@NG Ô-TÔ

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Đường bộ, Khoa

Công Trình, Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS TRAN TUAN HIỆP, Đại học Giao Thông Vận Tải

TS NGUYEN MẠNH HÙNG, Phân viện KHCN GTVT

Phản biện 1: GS.TS Đỗ Bá Chương , Trường Đại học XD

Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Xuân Đào, Hội Cầu đường VN

Phản biện 3: TS Doãn Minh Tâm, Viện KHCN GTVT

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà

nước Họp tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội

Vào hôi § giờ 00, ngày 20 tháng 9 năm 2006

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia, thư viện Trường

Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, thư viện Trường Đại học

Giao Thông Vận Tải Cơ sở II TP Hồ Chí Minh

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIÁ

I Trần Tuấn Hiệp, Võ Xuân Lý, Lê Văn Bách (2000), Nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương vùng đông bằng Nam Bộ làm bê tông xi măng, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ

2 Lê Văn Bách (2001), Nghiên cứu sử dụng cát đỏ bờ biển Bình Thuận làm bê tông xỉ măng móng mặt đường ô tô, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường

3 Trần Tuấn Hiệp, Võ Xuân Lý, Lê Văn Bách (2002), Nghiên cứu sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn làm bê tông xỉ măng trong xây dựng đường ô tô và công trình phòng hộ ben biển vùng đồng bằng Nam Bộ, Tạp chí Giao thông Vận tải, Số tháng 6/2002

4 Lê Văn Bách (2005), Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của bê tong xi măng dùng cát biến Vũng Tàu có sử dụng các chất phụ gia, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường

5 Lê Văn Bách (2005), Bước đầu nghiên cứu sử dụng cát biến

Nam Bộ làm bê tông xi măng, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận

tải số 11 tháng 6/2005

6 Lê Văn Bách (2005), Một số biện pháp cải thiện các đặc tính

kỹ thuật của bê tông xỉ măng dùng cát biển Nam Bộ, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 12 tháng 11/2005

7 Lê Văn Bách (2005), Cấu trúc của bê tông xi măng dùng cát biển Nam Bộ, Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 12 tháng

11/2005.

Trong dé: Ry, - Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng,

kG/cmŸ; Rạ - Cường độ kháng nén của bé tong xi mang, kG/cm’;

2.6 Một số kết luận về các chỉ tiêu khai thác của bê tông xi

măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu: mô đun đàn hồi khi

nén tĩnh của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng

Tàu đạt được từ 90,3 — 93,7% so với bê tông xi măng dùng cát thông

thường, độ mài mòn của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận

và Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông

thường từ 12-13%, độ không xuyên nước của bê tông xi măng dùng

cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi măng dùng

cát vàng thông thường từ 10,7-11,2%

2.7 Về mặt hiệu quả kinh tế, bê tông xi măng dùng cát biển

Bình Thuận và Vũng Tàu rẻ hơn bê tông xi măng dùng cát vàng

thông thường là 19.330đ/m”

Kiến nghị

Có thể sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu để chế tạo

bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô, làm giảm giá

thành xây dựng một cách đáng kể, tận dụng được nguồn vật liệu xây

dựng vô tận ở địa phương, làm phong phú thêm các loại vật liệu xây

dựng hiện nay

Hợp lý nhất là có thể dùng cát mịn biển Nam Bộ để chế tạo

bê tông xi măng dùng trong xây dựng lớp móng mặt đường cấp cao

và lớp mặt của mặt đường ô tô cấp thấp, mặt đường của đường nông

thôn cho tỉnh Bình Thuận và tỉnh Bà Rịa Vũng Tầu

Dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

Trong thời gian tới, cần tiếp tục nghiên cứu một số các chỉ

tiêu có liên qua tới thiết kế mặt đường bê tông xi măng dùng cát

biển Bình Thuận và Vũng Tàu như:

- Đánh giá mức độ giảm cường độ theo thời gian dưới tác

dụng của tải trọng xe chạy (tải trọng trùng phục) cũng như anh

hưởng của sự thay đổi nhiệt độ

- Đánh giá mức độ giản nở và co ngót của bê tông xi măng

dùng cát biển khi nhiệt độ thay đổi

- Hiện tượng từ biến trong bê tông xi măng dùng cát biển

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Ở nước ta, trước kia cũng như hiện nay phần lớn chỉ dùng cát vàng (là cát hạt trung hoặc hạt lớn) để chế tạo bê tông xi măng, nhưng nguồn cát vàng chỉ có ở một số nơi trên các sông suối, nên vấn

để khai thác và vận chuyển cát vàng từ những nơi đó đến chân công trình là rất khó khăn và tốn kém Trong khi đó, cát mịn sông, biển lại

có hầu hết ở các nơi, trữ lượng vô tận nên việc nghiên cứu sử dụng

cát mịn thay cát vàng để chế tạo bê tông xi măng có ý nghĩa rất lớn

trong vấn đề giảm giá thành xây dựng, đắm bảo tốc độ thi công, giảm

khó khăn trong khâu khai thác và vận chuyển đối với các miễn vùng sâu, vùng xa; không làm cạn kiệt tài nguyên môi trường

2 Mục đích nghiên cứu

Trong quá trình phát triển cơ sở hạ tầng giao thông vận tải

Việt Nam, việc phát triển hệ thống đường sá vùng đông bằng Nam bộ

và Nam Trung bộ đã và đang đặt ra những yêu cầu cấp thiết do đặc thù địa lý khu vực rất khan hiếm các vật liệu đạt yêu cầu quy chuẩn

về xây dựng đường ô tô như cát, da, sdi,

Thực tế xây dựng đường cho thấy rằng ở các vùng trững, chịu

ảnh hưởng nhiều của nước ngập thì dùng bê tông xi măng để xây dựng móng mặt đường là một giải pháp kỹ thuật có hiệu quả

Mục đích nghiên cứu của để tài là làm sao có thể sử dụng cát

biển Bình Thuận và Vũng Tàu làm bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô để hạ giá thành xây dựng của công trình

3 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của luận án là nghiên cứu các chỉ tiêu

cơ lý của cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận, sự ứng dụng loại cát này

để chế tạo bê tông xi măng không cốt thép dùng trong xây dựng đường ô tô

- Luận án cũng chỉ hạn chế nghiên cứu sử dụng cát biển Vũng

Tàu và Bình Thuận để chế tạo bê tông xi măng không có cốt thép

dùng trong đường ô tô (chủ yếu dùng làm lớp móng của mặt đường),

vì việc han gỉ và ăn mòn cốt thép trong bê tông sử dụng cát biển là không thể tránh khỏi.

-2-

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: thông qua việc thu thập tài liệu, số

liệu từ các kết quả của các công trình nghiên cứu trong và ngoài

nước, tiến hành tổng hợp, phân tích tài liệu, để xuất các giải pháp sử

dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô

- Nghiên cứu lý thuyết nhằm có một cái nhìn tổng quan về sự

thành tạo và biến đổi của vật liệu cát mịn biển để chế tạo bê tông xi

măng trên thế giới và trong khu vực

- Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định tính chất vật liệu

của hỗn hợp bê tông, tính chất bê tông xi măng, trong khi thực

nghiệm có dùng phương pháp đối chứng để so sánh một số chỉ tiêu

của bê tông xi măng dùng cát mịn biển và bê tông xi măng dùng cát

vàng thông thường

5 Ý nghĩa khoa học của luận án

Ý nghĩa khoa học của luận án là nghiên cứu cơ sở lý luận và

tính hiệu quả để sử dụng vật liệu địa phương, góp phần làm đa dạng

và phong phú các loại vật liệu dùng để chế tạo bê tông xi măng

không cốt thép dùng trong xây dựng dân dụng và cầu đường

6 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Ý nghĩa thực tiễn của luận án là kết quả nghiên cứu đáp ứng

yêu cau cấp bách của xã hội hiện đang cần nhiều vật liệu xây dung,

đặc biệt là vùng đồng bằng Nam bộ nơi khan hiếm vật liệu xây dựng

Kết quả của luận án có thể ứng dụng ngay để hạ giá thành xây lắp

của công trình một cách đáng kể và mang lại hiệu quả kinh tế cao

7 Những đóng góp mới của luận án

Trong khuôn khổ luận án này chỉ đặt vấn để nghiên cứu một số

nội dung chủ yếu mà theo tổng kết trên thế giới cũng như trong nước

chưa có tác giả nào đặt vấn đề, hoặc nghiên cứu chưa sâu, đó là:

- Nghiên cứu sử dụng vật liệu cát mịn ở bờ biển Bình Thuận

và Vũng Tàu để chế tạo bê tông xi măng trong phòng thí nghiệm

- Giải thích cơ chế hình thành cường độ của bê tông xi măng

cát biển về vật lý, hóa học, thành phần khoáng

- Nghiên cứu và phân tích cấu trúc của bê tông xi măng dùng

cát biển và đối chứng với bê tông xi dùng cát vàng thông thường

- 23 -

KET LUAN VA KIEN NGHI

Kết luận

1 Về cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu:

1.1 Mô đun độ lớn của cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận (gần bằng 1) là khá nhỏ so với cát vàng (2,514)

1.2 Vì cát biển được lấy ở các côn cát cách xa bờ và do mưa

lâu ngày rửa sạch nên hàm lượng muối trong cát biển là khá nhỏ

(khoảng 0,01%)

2 Về bê tông xi măng dùng cát biển:

2.1 Nếu dùng cát biển khai thác tự nhiên có hàm lượng muối

NaCI khoảng 0.01% tại các côn cát ở Bình Thuận và Vũng Tàu để

làm bê tông xi măng thì cường độ kháng nén và cường độ chịu kéo khi uốn của nó đạt được từ 90 — 92% so với bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường

2.2 Khi tăng khoảng § - 10% xi măng cho bê tông dùng cát Bình Thuận và Vũng Tầu thì cường độ kháng nén của bê tông này sẽ tương đương với cường độ kháng nén của bê tông dùng cát vàng thông thường Tuy nhiên, giá thành sau cùng của bề tông xi măng cát biển vẫn rẻ hơn bê tông xi măng cát vàng là 19.330đ/m'

2.3 Khi dùng xi măng bền sunfat để chế tạo bê tông xi măng

cát biển sẽ cải thiện được cường độ sau cùng của bê tông (tăng lên

từ 0.6 - 2.3%) nhưng không làm cho giá thành của bê tông tăng lên

2.4 Có thể dùng phụ gia Platimen 96 cho bê tông để cải

thiện một số tính chất của bê tông dùng cát biển như giảm nước và

kéo dài thời gian ninh kết cho bê tông, tăng được cường độ sau cùng của bê tông lên từ 5,2 — 6,4% khi giữ nguyên lượng xi măng Về mặt kinh tế, bê tông xi măng dùng cát biển có phụ gia Platimen 96 sẽ rẻ hơn bê tông xi măng cát vàng thông thường khoảng 14.160đ/m” (cường đồ sau cùng là như nhau)

2.5 Với bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tầu, ta có sự tương quan giữa cường độ kháng nén và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng như sau:

Ru = (0.123 — 0.147)R„;

Tấm BTXM cát biển M.350, h=24cm

Cát mịn biển gia cố 8% xi măng, h=l5cm

⁄

Đất nền bằng á sét đầm chặt k=0,98

Hình 4.4 Kết cấu áo đường BTXM dùng cát biển làm lớp mặt

Lớp BTN, h=l4cm

Tấm BTXM cát biển M.250, h=24cm

⁄

Nền cát mịn biển đầm chat k=0,98

Hình 4.5 Kết cấu áo đường BTXM dùng cát biển làm lớp móng

1 Công tác chuẩn bị thi công

2 Điều chỉnh và kiểm tra cấp phối bê tông

3 Yêu câu đối với lớp móng

4 Công tác kiểm tra trắc địa

5$ Lắp đặt ván khuôn

6 Trộn và vận chuyển bê tông

7 Đổ và đâm bê tông

&Ñ Thi công các khe nổi

9 Báo dưỡng bê tông xi măng

10 Xẻ khe và chèn khe

11 Théo dé van khuén

12 Đề phòng các đường nứt sớm

13 Kiểm tra chất lượng công trình

4.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế

Nếu tính cho l mỶ bê tông xi măng thì bê tông xi măng dùng

cát biển rẻ hơn bê tông xi măng dùng cát vàng là 19.330đ

- Nghiên cứu các giải pháp nhằm khắc phục các ảnh hưởng xấu của cát biến và biện pháp nâng cao cường độ của bê tông xi

măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu như sử dụng các chất phụ gia cho bề tông

- Nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ sản xuất và sử dụng

vật liệu cát mịn ở bờ biển Nam Bộ để chế tạo bê tông xi măng và công nghệ xây dựng mặt đường bê tông xi măng sử dụng cát biển

_ CHUONG 1 TONG QUAN VE VAT LIEU BE TONG XI MANG

VA MOT SO CHi TIEU KY THUAT

CUA CAT BIEN BINH THUAN VA VUNG TAU 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng cốt liệu khai thác ở biển để chế

tạo bê tông trên thế giới

Năm 1949, tại hội nghị quốc tế ở Lisbon, nhà khoa học Pháp A.M.Fernandes trong báo cáo chung có dé cập đến vấn để sử dụng cát ở biển để chế tạo bê tông xi măng Ở Mỹ năm 1956, hội quốc gia

về cát đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế tạo bê tông Ở Liên xô, năm 1965 F.M.Ivanov và V.C.Glabkov đã công bố kết qua

nghiên cứu dùng cát ở biển Đen để chế tạo bê tông thủy công

Trên trang Web “The reasons why we have sea-sand

houses” ngày 5/11/2003 cũng đã để cập đến ảnh hưởng của muối

trong cát biển khi xây dựng nhà Khi dùng cát biển trộn với xi măng thay cho cát sông bình thường làm nhà ở thì lượng muối Clorua trong

cát biển làm ảnh hưởng ít nhiều đến chất lượng của nhà ở, nhưng những ảnh hưởng này là không đáng kể

1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng trong xây

dựng và nghiên cứu sử dụng cốt liệu khai thác ở biển để chế tạo

bê tông ở việt nam 1.2.1 Một số kết quả nghiên cứu trong nước

Nhiều cơ quan, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về bê tông

xi măng sử dụng cát biển, cát mịn và đã có kết quả nhất định như dé tài “Bê tông cát đen” của tác giả Hoàng Phủ Lan, đề tài “Vật liệu

-4-

xây dựng bằng cát sông Hồng” của tác giả Vũ Linh, đề tài “Vấn để

sử dụng cát, đá biển và nước biển trong bê tông” của Võ Thới

Trung,

Từ tháng 12 năm 1998 đến tháng 4 năm 1999, nhóm tác giả

Trần Tuấn Hiệp, Lê Văn Bách, Võ Xuân Lý, Nguyễn Phước Minh,

Định Trọng Nguyên Khôi của trường Đại học Giao thông Vận tải Cơ

sở II cũng đã tiến hành thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu về cường

độ của bê tông xi măng có sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn vùng

đồng bằng Nam bộ Quá trình nghiên cứu được thực hiện thành hai

gia1 đoạn:

Giai đoạn 1: thí nghiệm định hướng

Giai đoạn 2: Từ các thí nghiệm lần thứ nhất có tính định

hướng và cho kết quả khả quan, tập thể nghiên cứu đã tiếp tục triển

khai thí nghiệm lần thứ hai vào năm 1999 Thí nghiệm với các mẫu

bê tông xi măng chế tạo từ cát vàng và cát biển Vũng Tàu, đá Hóa

An, nước sạch Kết quả thí nghiệm được thống kê theo bang (1.1)

Bang 1.1 Ngày Cường độ kháng nén, Kg/cm”

biển vàng biển vàng biển vàng

5 72.25 72.46 106.17 | 148.85 | 129.64 | 189.15

7 81.74 76.21 112.36 | 159.07 | 136.09 | 194.68

10 86.84 83.37 116.58 | 169.00 | 152.86 | 204.72

14 93.52 85.88 126.99 | 175.00 | 162.50 | 209.00

18 100.28 | 90.64 136.50 | 177.00 | 176.22 | 222.00

22 104.68 | 92.87 139.63 | 178.00 | 178.06 | 229.00

28 106.37 | 103.65 | 146.16 | 180.00 | 182.74 | 230.00

36 109.92 | 111.28 | 154.87 | 183.00 | 192.33 | 235.00

48 110.55 | 115.13 | 167.10 | 191.00 | 198.77 | 244.00

Thực nghiệm cho thấy cường độ bê tông xi măng dùng cát

biển không thua kém bê tông xi măng dùng cát vàng nhiều

-21-

(b) Hình 3.27 Các vết nứt vi mô của vữa xi măng trong cấu trúc bê tông

a)_ BTXM cát vàng thông thường; b) BTXM cát mịn biển

Hình 3.28 Các vết nứt vì mô trong cấu trúc của bê tông

trên ranh giới của va xi măng và cốt liệu a) BTXM cát vàng thông thường; b) BTXM cát mịn biển

GIAI PHAP CONG NGHE SAN XUAT

VA XAY DUNG MAT DUONG BE TONG XI MANG

Việc chế tạo bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và

Vũng Tàu về cơ bản vẫn giống với quy trình công nghệ sản xuất bê

tông xi măng thông thường Tuy nhiên cần chú ý đến một số đặc điểm khi khai thác cát biển

4.1 Dé xuất một vài kết cấu mặt đường bê tông xi măng điển hình

khi dùng cát biển

Sau đây xin được đề xuất thiết kế một số kết cấu áo đường cứng điển hình (mặt đường bê tông xi măng) theo “Quy trình thiết kế

áo đường cứng 22TCN223 — 95” khi dùng cát mịn biển(H.4.4 và 4.5): 4.2 Công nghệ xây dựng mặt đường bê tông xi măng dùng cát biển

Do đó, dẫn đến cường độ kháng nén của vữa xi măng dùng cát biển

nhỏ hơn vữa xi măng dùng cát vàng thông thường

3.4.2 Cấu trúc của bê tông xi măng qua kính hiển vỉ điện tử quét

Cấu trúc của bê tông xi măng mác 300 6 28 ngày tuổi dùng cát

vàng thông thường và cát biển Vũng Tàu được thể hiện ở hình 3.26.a

và 3.26.b Trong cấu trúc của bê tông xi măng cát vàng đóng rắn đa số

là các khoáng Ca(OH); có dạng hình khối đặc chắc (hình 4.26.a), còn

trong cấu trúc của bê tông xi măng cát biển Vũng Tàu đóng rắn đa số

là các khoáng Ca(OH); có dạng hình cầu với những hạt cát rất min

cùng với các tinh thể của muối NaCl hiện diện trong nó (hình 3.26.b),

từ đó làm giảm liên kết giữa vữa xi măng và các cốt liệu hạt trong bê

tông Điều này đã giải thích tại sao cường độ của bê tông xi măng dùng

cát biển luôn nhỏ hơn cường độ của bê tông xi măng dùng cát vàng từ

10 — 15%

(a): BTXM cat vang (b): BTXM cát biển Vũng Tàu

Hình 3.26 Cấu trúc của bê tông xi măng mác 300 ở 28 ngày tuổi

3.5 Đặc trưng trạng thái của bê tông xi măng dưới tác dụng của tải

trọng

Phương pháp nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử quét đã

cho thấy đối với bê tông dùng cát vàng thông thường hoặc cát mịn biển

khi bị phá vỡ trong chúng hình thành các vết nứt vi mô đứt (Hình 3.27

và 3.28), xảy ra do không đồng đều cấu trúc của bê tông

Như vậy, qua phân tích nguyên nhân và cơ chế phá hoại của bê

tông xi măng dùng cát vàng thông thường là các vết nứt vi mô, còn với

cát mịn biển, có thể thấy chúng bị phá hoại theo các vết nứt vi mô của

phần vữa Điều này giải thích tại sao, cường độ của bề tông xi măng

dùng cát mịn biển thấp hơn cường độ của bê tông xi măng dùng cát

vàng thông thường từ § — 15%

1.3 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cát mịn bờ biển Vũng Tàu, Bình Thuận và cát vàng thông thường

Quá trình thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Trường Đại Học GTVT Cơ Sở II và Trung tâm Dịch vụ phân tích thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ bản của cát vàng thông thường và cát biển được thống kê theo bảng 1.11

Bang 1.11

TT Các chỉ tiêu ĐN VT BT

2 Khối lượng riêng, g/cm” 2,703 2,612 2,640

5 Hàm lượng mica, % 0,88 0,255 0,165

Nhận xét:

- Mô đun độ lớn của cát biển Vũng Tàu và Bình Thuận (xấp xỉ

bằng I) là khá nhỏ so với cát vàng thông thường (2,514)

- Vì cát biển lấy ở các côn cát cách xa bờ và do mưa lâu ngày

rửa sạch nên hàm lượng muối trong cát biển là khá nhỏ (khoảng 0,01%)

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐẼÊ XÁC ĐỊNH

CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG CÁT BIÊN

2.1 Bê tông xi măng làm đường ô tô 2.1.1 Đặc điểm và tính chất của bê tông xi măng làm đường

Bê tông làm đường trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng xe

chạy, tác dụng của điều kiện khí hậu thời tiết, của điều kiện địa hình

-6-

điạ chất và chế độ thủy nhiệt của khu vực xây dựng đường Sự thay

đổi của nhiệt độ, độ ẩm của môi trường xung quanh sẽ làm xuất hiện

biến dạng nhiệt, biến dạng co rút và ứng suất trong bê tông

2.1.2 Yêu cầu đối với hỗn lợp bê tông làm đường

Mặt đường bê tông xi măng sẽ đạt chất lượng cao nếu trong

khi thi công hỗn hợp bê tông được đầm nén đến độ chặt lớn nhất

Muốn vậy, hỗn hợp bê tông lúc thi công mặt đường phải có độ dễ thi

công (độ linh động) phù hợp với khả năng đầm chặt của thiết bị đầm

nén được sử dụng

2.1.3 Sử dụng xi măng bên sunƒat trong BTXM dùng cát biển

2.1.3.1 Thí nghiệm xác định cường độ kháng nén của bê tông xi măng

Các loại tuổi bê tông cần thí nghiệm: 3, 7, 14, 28, 45, 60, 90

và 180 ngày tuổi với mác 300 Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở

biểu đồ hình 2.8 và 2.9

+ 400.00

`2

=F soo00 | -

"t3 Ề Ề

Ngày tuổi, ngày

Hình 2.8 Biểu đồ cường độ kháng nén của BTXM cát biển Bình Thuận

khi dùng xi măng poóclăng PC30 và xi măng bên sunfat

Nhận xét:

- Về mặt cường độ kháng nén thì bê tông xi măng cát biển

Binh Thuan và Vũng Tàu dùng 2 loại xi măng Poóclăng PC30O và xiI

măng bền sunfat đều ổn định sau 2§ ngày tuổi

- Cường độ kháng nén của bê tông xi măng cát biển Bình

Thuận và Vũng Tàu khi dùng xi măng xi măng bền sunfat ở các ngày

- 19 -

(b)

Hình 3.24 Hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu vữa cát trắng Vũng Tàu ở 28 ngày tuổi Trong cấu trúc mẫu vữa cát đổ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu đa số là các khoáng Ca(OH); đóng rắn có dạng hình khối 6 cạnh hoặc hình cầu Các khoáng C — S — H kết tĩnh dạng hình que kim 0,5

— 2um xung quanh khoáng Ca(OH); kết lại thành mạng lưới tổ ong

và cũng có các tinh thé hat mịn của C — S — H với sự hiện diện của muối NaCl kết tính lại thành các hạt mịn và tổỔn tại trong cấu trúc

dưới dạng tinh thể (hình 3.23.b và 3.24.b)

Hình 3.25 Hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu vữa cát vàng thông thường ở 28 ngày tuổi Còn với mẫu vữa cát vàng thông thường thì các khoáng Ca(OH); đóng rắn có dạng hình khối Các khoáng C - S - H cũng kết tỉnh dạng hình que kim 0,5 — 2um xung quanh khoáng Ca(OH); kết lại thành mạng lưới tổ ong và cũng có các tinh thể hạt mịn của C — S

— H (hình 3.25.b) Ngoài ra, các lỗ rỗng chứa nước kiểm của xi măng poóclăng hydrat đường kính 5 — I0Oum chứa các khoáng Ca(OH); có khối 6 cạnh và các tinh thể hạt mịn, que kim của khoáng C — S— H

Kết quả thí nghiệm độ không xuyên nước của bê tông xi

măng dùng các loại cát khác nhau được thống kê theo bảng 3.9

Bảng 3.9

Chỉ tiêu a, x 1 a a

cat vang cat do cat trang

Độ không xuyên nước, kg/cm” 10 10,7 11,2

Nhận xéi: như vậy, với thành phan hạt nhỏ chiếm đa số

trong thành phần của bê tông nên độ không xuyên nước của bê

tông xi măng dùng cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu lớn

hơn của bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 10,7-

11,2%

3.4 Nghiên cứu về cấu trúc của vữa xi măng và bê tông xi

măng bằng kính hiển vi điện tử quét

3.4.1 Cấu trúc của vita xi mang

Để có thể nghiên cứu rõ hơn sự hình thành cường độ cũng

như những ảnh hưởng bên trong của vữa xi măng và so sánh đối

chứng giữa mẫu vữa dùng cát vàng thông thường và mẫu vữa

dùng cát biển, tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp phi tiêu

chuẩn là dùng kính hiển vi điện tử quét Các phân tích này được

tiến hành trong phòng thí nghiệm của trường Đại học Cần Thơ

Các hình chụp kính hiển vi điện tử quét của cấu trúc mẫu

vữa xi măng cát đỏ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu cũng như

cát vàng thông thường ở 28 ngày tuổi được trình bày ở hình

3.23.a, 3.23.b, 3.24.a, 3.24.b và 3.25.a, 3.25.b

(a)

Hình 3.23 Hình chụp kính hiển vì điện tử quét của cấu trúc

mẫu vữa cát đỏ Bình Thuận ở 28 ngày tuổi

tuổi đều cao hơn so với dùng xi măng Poóclăng PC30 từ 0,6 — 2,3%

Nhưng giá thành của hai loại xi măng này trên thị trường là xấp xỉ

nhau, do đó khi dùng cát biển làm bê tông xi măng nên dùng xi măng

bền sunfat sẽ hiệu quả hơn

~ 400.00

5

S 300.00 - - 5 s = s ”

<< 200.00 -~ ` eds

2 100.00 _®— Dùng XM bền sunfat

3 7 14 28 45 60 90 150

Ngày tuổi, ngày

Hình 2.9 Biểu đồ cường độ kháng nén của BTXM cát biển Vũng Tàu

khi dùng xi măng poóclăng PC30 và xi măng bên sunfat

- Phân tích về mặt cấu trúc: cấu trúc của bê tông xi măng cát biển dùng xi măng Poóclăng PC30 va xi mang bén sunfat mác 300 ở

28 ngày tuổi được thể hiện ở hình 2.10.a và 2.10.b

Hình 2.10 Cấu trúc của bê tông xỉ măng mác 300 ở 28 ngày tuổi

a) BTXM cát biển dùng XM Poóclăng;

b) BTXM cát biển dùng XM bên sunfat

-§-

Trong cấu trúc của bê tông xi măng dùng xi măng Poóclăng

PC30 đóng rắn đa số là các khoáng Ca(OH); có dạng hình khối Ở

các lỗ rỗng, các khoáng C - S - H kết tinh dạng hình que kim I -

2um kết lại thành mạng lưới tổ ong xung quanh khoáng Ca(OH);

(hình 2.10.a) Còn trong cấu trúc của bê tông xi măng cát biển dùng

xi măng bền sunfat đóng rắn đa số là các khoáng Ca(OH); có dạng

hình câu Ở các lỗ rỗng, các khoáng C — S — H két tinh dạng hình que

kim 1 — 4um day đặc hơn, kết lại thành mạng lưới tổ ong xung quanh

khoáng Ca(OH); và các tinh thể của muối NaCl da bị chuyển hóa

(hình 2.10.b) Các lỗ rỗng chứa nước kiểm của xi măng bền sunfat

hydrat đường kính 5 - 10Oum chứa các khoáng Ca(OH); có khối 6

cạnh và các tinh thể hạt mịn, que kim của khoáng C - S — H Chính

vì thế nên cường độ của bê tông xi măng cát biển dùng xi măng bên

sunfat sẽ cao hơn bê tông xi măng cát biển dùng xi măng poólăng

PC30 từ 0,6 - 2,3%,

2.1.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn của bê tông xi măng

Thí nghiệm cho 2 loại cát (cát đỏ Bình Thuận và cát trắng

Ving Tàu), cho 2 loại bê tông dùng 2 loại xi măng khác nhau là xi

măng Poóclăng PC30 và xi măng bền sunfat

Kết quả được trình bày ở biểu đồ hình 2.1 1

35.501

Cường độ, 35.00

34.50

Hình 2.11 Biểu đồ cường độ kéo uốn của BTXM sau 28 ngày tuổi

Ghi chú: 1, 2 lần lượt là BTXM dùng XM Poóclăng PC30 và xi măng bên

Nhận xét: sau 2§ ngày tuổi thì cũng giống như cường độ

kháng nén, cường độ chịu kéo uốn của bê tông xi măng cát trắng

Một cách gần đúng, ta rút ra quan hệ giữa cường độ kháng nén R„ và cường độ chịu kéo khi uốn R¿„ tương ứng với 3 loại mác:

250, 300 và 350; 3 loại cát: Cát vàng Đồng Nai, cát đỏ Bình Thuận

và cat trang Ving Tau nhu sau: Ry, = (0.106 — 0.110)R,, kG/em?

(3.19)

3.3.3 Xác định mô đun đàn hồi khi nén fĩnh của bê tông xỉ măng

Kết quả thí nghiệm m6 dun dan hồi của bê tông xi măng

dùng các loại cát khác nhau được thống kê theo bảng 3.7

Nhận xéí: mô dun dan héi của bê tông ximăng dùng cát đỏ

Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu vẫn thấp hơn bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường từ 7,3 — 9,7%

Bảng 3.7

cat vang cat do cat trang

Mô đun đàn hôi, kG/cm” 330.000 306.000 | 298.000

3.3.4 Xác định độ mài mòn của bê tông xỉ măng

Khi dùng bê tông xi măng làm lớp mặt đường thì độ mài mòn là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong khai thác của bê tông xi măng

Kết quả thí nghiệm xác định độ mài mòn của bê tông xi

măng dùng các loại cát khác nhau được thống kê theo bảng 3.8

Bang 3.8

cátvàng | cátđỏ | cáttrắng

Nhận xét: như vậy, độ mài mòn của bê tông xi măng dùng

cát đồ Bình Thuận và cát trắng Vũng Tàu lớn hơn của bê tông xi

măng dùng cát vàng thông thường từ 12-13% Vì trong cấu trúc của

bê tông xi măng dùng cát biển được cấu tạo bởi hồ xi măng là cát hạt mịn, sự liên kết giữa cốt liệu và vữa xi măng trên diện tích bể

Chỉ tiêu

mặt nhỏ, dẫn đến độ chống mài mòn thấp

3.3.5 Xác định độ không xuyên nước của bê tông xi măng