Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô

Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI

-** -

NGUYỄN ĐỨC TRỌNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HỢP CÁT XAY– CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG

ĐƯỜNG Ô TÔ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI

-** -

NGUYỄN ĐỨC TRỌNG

CÁT TỰ NHIÊN KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY

DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Xây dựng đường ơtơ và đường thành phố

Mã số : 62.58.30.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TRẦN TUẤN HIỆP

PGS.TS LÃ VĂN CHĂM

HÀ NỘI - 2013

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn các cơ quan đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải; Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải- Cơ Sở II; Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM; Trường Đại Học Quốc Gia TP.HCM; Liên Hiệp Khoa Học Địa Chất Nền Móng Vật Liệu Xây Dựng; Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học; Khoa công trình; Bộ môn Đường bộ; Bộ môn Vật liệu xây dựng

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến các thầy hướng dẫn là PGS.TS Trần Tuấn Hiệp và PGS.TS Lã Văn Chăm đã hết sức tận tình góp ý và định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu của luận án Xin cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Công trình, Bộ môn Đường Bộ, Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng và Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Giao thông - Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã động viên, nhiệt tình giúp đỡ và cung cấp các tài liệu quý báu để tác giả hoàn thành luận án này

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-

Hà Nội, ngày …… tháng … năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án Nguyễn Đức Trọng

MỤC LỤC Danh mục hình ảnh, biểu đồ

Danh mục các bảng

Danh mục các chữ viết tắt

Trang

Mở đầu: 01

Lý do lựa chọn đề tài 05

Mục đích nghiên cứu 05

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .06

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 06

Cấu trúc của đề tài 06

Những đóng góp của đề tài trong lĩnh vực chuyên ngành .07

Chương 1: Tổng quan về bê tông xi măng và sử dụng cát xay– cát tự nhiên sản xuất bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô 09

1.1 Giới thiệu chung .09

1.2 Tổng quan các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên và cát xay để sản xuất bê tông xi măng 12

1.2.1 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng ở trên thế giới và tại Việt Nam 13

1.2.2 Các nghiên cứu và các công trình ứng dụng bê tông xi măng dùng cát xay ở trên thế giới và tại Việt Nam 16

1.2.3 Hướng sử dụng hợp lý cát địa phương để sản xuất bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ 21

1.2.4 Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của đề tài .23

1.3 Các yêu cầu của bê tông xi măng làm đường ô tô 23

1.4 Một số lý thuyết thành phần hạt của cốt liệu trong bê tông 25

1.5 Nguyên lý hình thành cường độ và các yếu tố ảnh hưởng tới

cường độ của bê tông xi măng 26

1.5.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông xi măng 27

1.5.2 Cấu trúc của bê tông xi măng 28

1.5.3 Các giai đoạn hình thành cấu trúc vi mô của hỗn hợp BTXM 34

1.5.4 Các hướng kỹ thuật làm tăng cường độ dính và cường độ vữa XM 35 1.6 Các phương pháp thiết kế thành phần BTXM sử dụng cát xay 35

1.6.1 Thiết kế thành phần BT theo phương pháp Bolomey-Skramtaev 35

1.6.2 Thiết kế thành phần bê tông theo TCXDVN 322:2004 36

1.6.3 Thiết kế thành phần bê tông theo quy hoạch thực nghiệm 36

1.7 Mục tiêu của đề tài 37

1.8 Nội dung nghiên cứu 37

1.9 Phương pháp nghiên cứu .38

Chương 2 : Thuộc tính của vật liệu dùng chế tạo bê tông xi măng và cát xay khu vực Đông Nam Bộ .39

2.1 Đặt vấn đề 39

2.2 Thực trạng của nguồn cung ứng vật liệu chế tạo bê tông xi măng khu vực Đông Nam Bộ 40

2.2.1 Thực trạng nguồn cung cấp xi măng 40

2.2.2 Thực trạng nguồn cung cấp đá dăm 43

2.2.3 Các nguồn vật liệu cát tự nhiên vùng Đông Nam Bộ 51

2.2.4 Nước 60

2.2.5 Phụ gia bê tông 61

2.3 Cát xay khu vực Đông Nam Bộ 62

2.3.1 Đặt vấn đề .62

2.3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của cát xay tại các mỏ đặc trưng khu vực Đông Nam Bộ 64

2.3.3 Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ khi phối trộn cát xay và cát tự nhiên với các tỷ lệ khác nhau 69

Kết luận chương 2 72

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm về bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 73

3.1 Đặt vấn đề 73

3.2 Cơ sở lý thuyết và tính toán thành phần chế tạo bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 74 3.2.1 Cơ sở lý thuyết 74

3.2.2 Tính toán thành phần chế tạo bê tông xi măng sử dụng cát xay và cát tự nhiên 78

3.2.3 Thiết kế thành phần của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 84

3.3 Thực nghiệm xác định một số tính chất của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 90

3.3.1 Thành phần BTXM sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 90

3.3.2 Công tác chuẩn bị và lập kế hoạch, triển khai thí nghiệm 90

3.3.3 Kết quả thí nghiệm xác định tính chất của bê tông tươi và sự phát triển cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi của bê tông xi măng 93

3.3.4 Xác định độ lệch chuẩn và hệ số phân tán của kết quả thí nghiệm về cường độ của bê tông xi măng 97

3.3.5 Khả năng chống mài mòn cuả bê tông xi măng 98

3.3.6 Cấu trúc của bê tông xi măng 100

3.3.7 Thiết lập các mối quan hệ từ các tính chất cơ học cuả BTXM 101

Kết luận chương 3 103

Chương 4: Nghiên cứu sử dụng cát xay, hỗn hợp cát xay – cát tự nhiên và phụ gia trong xây dựng mặt đường bê tông xi măng 105

4.1 Mở đầu .105

4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn trong cát xay đến tính chất của bê tông xi măng 105

4.2.1 Đặt vấn đề 105

4.2.2 Các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn

trong cát xay đến các tính chất của bê tông xi măng 106

4.2.3 Kết quả thí nghiệm và phân tích 107

4.2.4 Tìm tỷ lệ hạt mịn tối ưu trong cát xay để sản xuất BTXM .112

4.3 Nghiên cứu sử dụng phụ gia sản xuất BTXM dùng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên trong xây dựng đường ô tô 114

4.3.1 Sự cần thiết sử dụng phụ gia sản xuất bê tông dùng hỗn hợp cát trong xây dựng đường ô tô .114

4.3.2 Công tác chuẩn bị, lập kế hoạch và triển khai thí nghiệm 116

4.3.3 Kết quả thí nghiệm và đánh giá 118

4.4 Nghiên ứng dụng bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên trong xây dựng kết cấu áo đường ô tô 122

4.4.1 Mở đầu 122

4.4.2 Mặt đường cứng và các tính năng cơ học của vật liệu xây dựng mặt đường cứng .123

4.4.3 Đề xuất các kết cấu áo đường bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên 130

4.5 Phân tích hiệu quả kinh tế 132

Kết luận chương 4 135

Kết luận, kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo 137

A Kết luận 137

B Kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo 140

Các công trình đã công bố của tác giả

Tài liệu tham khảo

Phần phụ lục

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Cát xay (cát nhân tạo) và cát tự nhiên 16

Hình 1.2: Máy nghiền cát từ đá nội địa đang vận hành tại Công ty Cổ phần Đá Phước Hòa, Bà Rịa – Vũng Tàu 17

Hình 1.3: Đập thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc) lớn nhất thế giới 18

Hình 1.4: Thủy điện Sơn La 18

Hình 1.5: Hầm Thủ Thiêm (TP.HCM) 18

Hình 2.1: Biểu đồ nhiễu xạ Rơn ghen của các mẫu đá nghiên cứu 46

Hình 2.2: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát Tân Uyên, mặt cắt MC.03 57

Hình 2.3: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát cù lao Bình Chánh, mặt cắt MC.45 57

Hình 2.4: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát cù lao Rùa, mặt cắt MC.93 58

Hình 2.5: Khối lượng cát được khai thác và đã khai thác tại mỏ cát Hóa An, mặt cắt MC.127 58

Hình 2.6: Bề mặt của cát xay Hóa An với độ phóng đại 500 lần 63

Hình 2.7: Bề mặt của cát tự nhiên Đồng Nai với độ phóng đại 500 lần 63

Hình 2.8: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Hóa An 65

Hình 2.9: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Tân Thành 66

Hình 2.10: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Châu Pha 67

Hình 2.11: Biểu đồ nhiễu xạ Rơn ghen của mẫu cát xay Phước Tân 67

Hình 2.12: Biểu đồ phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Phước Tân 68

Hình 2.13: Biểu đồ phân tích thành phần hạt hỗn hợp khi phối trộn cát xay và cát mịn tự nhiên theo các tỷ lệ khác nhau 70

Hình 3.1: Biểu đồ biểu diễn thành phần hạt cốt liệu của các cấp phối bê

tông xi măng 83

Hình 3.2: Chế tạo và bảo dưỡng mẫu bê tông xi măng 86

Hình 3.3 : Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn của bê tông 91

Hình 3.4: Thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông 91

Hình 3.5: Thí nghiệm mô đun đàn hồi khi nén tĩnh 92

Hình 3.6 : Thí nghiệm độ co mềm - co ngót của bê tông 92

Hình 3.7: Thí nghiệm độ mài mòn của bê tông 92

Hình 3.8: Biểu đồ biểu diễn sự phát triển Rn của BTXM theo thời gian 95

Hình 3.9: Biểu đồ biểu diễn sự phát triển Ru của BTXM theo thời gian 95

Hình 3.10: Biểu đồ biểu diễn mô đun đàn hồi của BTXM ở tuổi 28 và 56 ngày 96

Hình 3.11: Biểu đồ biểu diễn độ mài mòn của bê tông xi măng 99

Hình 3.12: Bề mặt của cát tự nhiên và cát xay trước khi chế tạo bê tông 100 Hình 3.13: Cấu trúc của bê tông xi măng cường độ 36MPa sử dụng cát tự nhiên và hỗn hợp cát (x1300) tuổi 28 ngày 100

Hình 4.1 : Biểu đồ biểu diễn độ co mềm của BTXM 30MPa khi dùng cát xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau theo thời gian 110

Hình 4.2: Biểu đồ biểu diễn cường độ chịu nén của bê tông xi măng 30MPa khi dùng cát xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau ở tuổi 7 và 28 ngày 110

Hình 4.3: Biểu đồ biểu diễn cường độ chịu kéo uốn của BTXM 30MPa khi dùng CX với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau ở tuổi 7,28 ngày 111 Hình 4.4: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa cường độ chịu nén của bê tông xi măng với các hàm lượng hạt mịn có trong cát xay 112

Hình 4.5: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa cường độ kéo uốn của bê tông xi măng với các hàm lượng hạt mịn có trong cát xay 112

Hình 4.6: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa mô đun đàn hồi của bê tông xi

măng với các hàm lượng hạt mịn có trong cát xay 113 Hình 4.7: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa độ mài mòn của bê tông xi

măng với các hàm lượng hạt mịn có trong cát xay 113 Hình 4.8: Thí nghiệm độ sụt của bê tông xi măng có sử dụng phụ gia

Sika-R4 118 Hình 4.9 : Mẫu bê tông xi măng sau khi thí nghiệm 118 Hình 4.10: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa cường độ kéo uốn của bê

tông xi măng khi dùng hỗn hợp cát có sử dụng phụ gia R4 với tỷ lệ N/XM 120 Hình 4.11: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa mô đun đàn hồi khi nén tĩnh

Sika-của bê tông xi măng khi dùng hỗn hợp cát có sử dụng phụ gia Sika-R4 với tỷ lệ N/XM 120 Hình 4.12: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa cường độ kéo uốn của bê

tông xi măng khi dùng hỗn hợp cát có sử dụng phụ gia R4 và lượng xi măng 121 Hình 4.13: Biểu đồ biểu diễn quan hệ giữa mô đun đàn hồi khi nén tĩnh

Sika-của bê tông xi măng khi dùng hỗn hợp cát có sử dụng phụ gia Sika-R4 và lượng xi măng 121 Hình 4.14: Kiến nghị các dạng kết cấu áo đường bằng bê tông xi măng

sử dụng hỗn hợp cát 132

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Trị số tính toán của các loại BTXM trong xây dựng đường ôtô 24

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu cơ lý và độ sụt của BTXM mặt đường ô tô 24

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng Holcim- PCB40 42

Bảng 2.2: Tính chất cơ lý mỏ đá Hóa An 44

Bảng 2.3: Kết quả phân tích tính chất vật lý,hóa học và cơ học đá 10x20,Hóa An 44

Bảng 2.4: Kết quả phân tích bằng sàng đá dăm 10x20mm 45

Bảng 2.5: Bảng tổng hợp trữ lượng và thời gian khai thác của mỏ đá Hóa An 45

Bảng 2.6: Kết quả phân tích thành phần hóa (%) của đá ở mỏ Hóa An 46

Bảng 2.7: Tính chất cơ lý mỏ đá Suối Mơ 47

Bảng 2.8: Tính chất cơ lý mỏ đá Tân Hạnh 47

Bảng 2.9 : Kết quả các chỉ tiêu thí nghiệm đá 10x20mm (Thường Tân) 48

Bảng 2.10: Kết quả phân tích thành phần hóa (%) của đá ở mỏ Thường Tân 48

Bảng 2.11: Số liệu thí nghiệm biến thiên cường độ chịu nén của đá ở mỏ Thường Tân khi bão hòa nước (mẫu đá có màu xám đen) 49

Bảng 2.12: Số liệu thí nghiệm biến thiên cường độ chịu nén của đá ở mỏ Thường Tân (mẫu đá có màu xám xanh) 49

Bảng 2.13: Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đá 10x20 (Phước Tân) 50

Bảng 2.14: Thống kê các nguồn cát chính 52

Bảng 2.15: Kết quả một số chỉ tiêu chính của cát 52

Bảng 2.16: Kết quả thí nghiệm cát Tân Châu 53

Bảng 2.17: Kết quả phân tích bằng sàng cát Tân Châu 53

Bảng 2.18: Phân tích vật lý, hóa học cát Đồng Nai 53

Bảng 2.19: Kết quả phân tích bằng sàng cát Đồng Nai 54

Bảng 2.20: Kết quả thí nghiệm cát Omaxano–Campuchia 54

Bảng 2.21: Kết quả phân tích bằng sàng cát Omaxano 55

Bảng 2.22: Số liệu điều tra của N.E.S 56

Bảng 2.23: So sánh khối lượng trữ lượng cát tự nhiên được khai thác và khối lượng cát đã khai thác tại một số khu vực ở Miền Đông Nam Bộ 59

Bảng 2.24: Lựa chọn tỷ lệ N/XM theo loại bê tông 61

Bảng 2.25: Phân tích các tính chất cơ lý của cát xay từ mỏ đá Hóa An 64

Bảng 2.26: Kết quả phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Hóa An 65

Bảng 2.27: Phân tích các tính chất cơ lý của cát xay từ mỏ đá Tân Thành 65 Bảng 2.28: Kết quả phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Tân Thành 66

Bảng 2.29: Phân tích các tính chất cơ lý của cát xay từ mỏ đá Châu Pha 66

Bảng 2.30: Kết quả phân tích thành phần hạt cát xay từ mỏ đá Châu Pha 67

Bảng 2.31: Phân tích các tính chất cơ lý của cát xay từ đá Phước Tân 68

Bảng 2.32: Kết quả phân tích thành phần hạt cát xay từ đá Phước Tân 68

Bảng 2.33: Một số tiêu chuẩn về cốt liệu nhỏ 69

Bảng 2.34: Kết quả phân tích thành phần hạt và mô đun độ lớn của hỗn hợp cát khi phối trộn cát xay và cát mịn theo các tỷ lệ khác nhau 69

Bảng 3.1 : Thành phần cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ của các cấp phối bê tông 82

Bảng 3.2: Bảng phân tích thành phần hạt cốt liệu của các cấp phối BTXM 83

Bảng 3.3 : Phạm vi thay đổi của các biến của phương trình hồi quy 85

Bảng 3.4: Thành phần BTXM thiết kế theo quy hoạch thực nghiệm 87 Bảng 3.5: Các kết quả thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm 88 Bảng 3.6: Thành phần cấp phối BTXM cường độ 20, 30, 33, 36MPa 90 Bảng 3.7: Kế hoạch đúc mẫu thực nghiệm BTXM dùng hỗn hợp cát và

cát tự nhiên 93 Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén (Rn), cường độ kéo

uốn (Ru) của bê tông xi măng 94 Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô

đun đàn hồi (MPa) và độ sụt của bê tông xi măng (cm) 94 Bảng 3.10: So sánh cường độ chịu nén và kéo uốn của bê tông tuổi 3, 7

và 56 ngày so với tuổi 28 ngày 94 Bảng 3.11: Kết quả xác định độ lệch chuẩn và hệ số phân tán kết quả thí

nghiệm cường độ của bê tông 98 Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm độ mài mòn của BTXM 99 Bảng 3.13: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn và

mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng hỗn hợp cát 101 Bảng 3.14: Các mối quan hệ giữa cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi với

cường độ chịu nén 102 Bảng 4.1: Kế hoạch đúc mẫu xác định ảnh hưởng của hàm lượng hạt

mịn trong cát xay (hợp chuẩn) tới tính chất của bê tông xi măng 107 Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm độ mài mòn của bê tông cường độ 30MPa

khi dùng cát xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau 108 Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm độ co ngót của BT 30MPa khi dùng cát

xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau theo thời gian 109

Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm độ sụt, cường độ chịu nén, kéo uốn và mô

đun đàn hồi cuả BTXM cường độ 30MPa khi dùng cát xay với các tỷ lệ hạt mịn khác nhau 109 Bảng 4.5: Phụ gia hóa học dùng cho sản xuất bê tông 115 Bảng 4.6: Thành phần cấp phối bê tông xi măng dùng hỗn hợp cát xay

và cát tự nhiên có sử dụng phụ gia siêu hóa dẻo Sika - R4 117 Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm Rn, Ru và E cuả BTXM dùng hỗn hợp

cát xay và cát tự nhiên có sử phụ gia Sika-R4 119 Bảng 4.8: Kết quả tính toán tấm BTXM có móng bằng vật liệu hạt 131 Bảng 4.9: Kết quả tính toán tấm BTXM có móng bằng vật liệu gia cố 131 Bảng 4.10: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) của BTXM cường độ

36MPa dùng hỗn hợp cát (không có phụ gia R4) 133 Bảng 4.11: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) của BTXM cường độ

36MPa dùng hỗn hợp cát và phụ gia R4 134 Bảng 4.12: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) của BTXM cường độ

36MPa dùng cát tự nhiên hạt to 134 Bảng 4.13: Chi phí vật tư (chưa bao gồm VAT) của BTXM cường độ

36MPa khi sử dụng hỗn hợp cát có hoặc không có phụ gia rẻ hơn so với sử dụng cát tự nhiên hạt to 135

PC : Xi măng pooc lăng

PCB : Xi măng pooc lăng hỗn hợp

R4 : Phụ gia hóa học Sika-R4

Rn : Cường độ chịu nén

Ru : Cường độ kéo uốn

TCN : Tiêu chuẩn nghành

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

VAT : Thuế giá trị gia tăng

MỞ ĐẦU

Từ cuối thế kỷ thứ XIX nền kinh tế tư bản chủ nghĩa có những bước tiến nhảy vọt, việc xây dựng nhà máy, đường xá, cầu cống ngày càng nhiều nên cần phải có loại vật liệu xây dựng mới bền - ổn định, cùng với sự xuất hiện của chất kết dính vô cơ là xi măng poóc lăng đã cho ra đời loại vật liệu xây dựng có những tính chất nổi bật và ngày càng được sử dụng rộng rãi để xây dựng cơ sở hạ tầng cho xã hội, đó là bê tông xi măng Cấu kiện làm từ bê tông

xi măng có thể được đúc thành bất kỳ hình dạng nào, khả năng chịu nén tốt, vật liệu chế tạo bê tông chủ yếu có ở địa phương nên giá thành rẻ, chúng được

sử dụng khá phổ biến để xây dựng kết cấu mặt đường ôtô vì có những ưu điểm: Cường độ chịu nén cao, tuổi thọ dài, biến dạng nhỏ, ít thay đổi tính chất khi chịu tác động của nhiệt độ và nước, ít bị hao mòn, có màu sáng nên tăng

sự an toàn chạy xe ban đêm, công tác duy tu bảo dưỡng ít, dễ cơ giới hóa trong thi công… Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản xuất xi măng nên thúc đẩy sử dụng mặt đường bê tông xi măng ngày càng nhiều hơn

Việt Nam là một quốc gia đang trong giai đoạn phát triển, xây dựng đất nước theo hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá, xây dựng đời sống xã hội phát triển nhằm theo kịp các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới Nhiệm vụ đặt ra lúc này là phải xây dựng hệ thống kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội hoàn chỉnh, đồng bộ Trong đó hạ tầng giao thông đường bộ là bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng xã hội nói chung và kết cấu hạ tầng giao thông nói riêng cần được phát triển, ưu tiên đi trước một bước so với các ngành khác Để tạo tiền đề, làm động lực phát triển kinh tế xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa của đất nước, đáp ứng quá trình hội nhập khu vực và quốc tế, góp phần đảm bảo an ninh, quốc phòng của đất nước Trong kết cấu hạ tầng giao thông nói chung thì bê tông xi măng chiếm

một khối lượng lớn hơn cả, được dùng phổ biến để xây dựng các công trình

cơ sở hạ tầng cho xã hội trong đó có các công trình Giao thông Vận tải

Biến đổi khí hậu trong đó có nước biển dâng đã được khẳng định là nguy

cơ thách thức lớn nhất mà con người phải đối diện trong thế kỷ này Những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu là không thể đảo ngược và chúng ta cần đưa ra các giải pháp ứng phó thích hợp Khu vực Đông Nam Bộ có điều kiện khí hậu, thời tiết nhiệt đới nóng ẩm rất đặc trưng, địa hình bằng phẳng tương đối thấp nên thường xuyên bị ngập nước, chịu ảnh hưởng tiêu cực của nước thủy triều nên việc sử dụng bê tông xi măng để xây dựng đường ô tô như là một lựa chọn tối ưu

Bê tông xi măng là một loại đá nhân tạo mà thành phần của nó bao gồm:

Xi măng, cốt liệu hạt thô, cốt liệu nhỏ, nước và có thể có thêm phụ gia, chất

bổ trợ khác Cốt liệu là thành phần được sử dụng trong bê tông có thể có tác động đáng kể trên các thuộc tính về trạng thái cứng và dẻo của bê tông [70] Cốt liệu có thể chiếm đến 70  80 % thể tích của hỗn hợp bê tông và nó ảnh hưởng nhiều đến các tính chất của bê tông

Xây dựng cơ sở hạ tầng nói chung và xây dựng đường ô tô nói riêng cần khối lượng lớn vật liệu xây dựng Một trong những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế, xây dựng đường ô tô là tận dụng vật liệu địa phương nhằm giảm chi phí xây dựng công trình Khi chế tạo bê tông xi măng, ngoài chất liên kết là xi măng, phụ gia để nâng cao cường độ và chất lượng cho bê tông thì những vật liệu thô như đá các loại, cốt liệu nhỏ là cát tự nhiên hạt to đã là những vật liệu quen dùng và được sử dụng rộng rãi Cát tự nhiên có nguồn gốc từ các lòng suối, lớp trầm tích phù sa, trầm tích biển Hiện nay, cát tự nhiên thích hợp cho sản xuất bê tông ngày càng trở nên khan hiếm: Theo Hội Vật liệu Xây dựng Việt Nam thì năm 2011 nhu cầu cát xây dựng khoảng 100 triệu m3/năm và đến năm 2015 sẽ là khoảng 136 triệu m3/năm Để thỏa mãn yêu cầu quy trình hiện hành và thói quen truyền thống người ta thường dùng cát tự nhiên hạt to

đạt các yêu cầu qui định để chế tạo bê tông xi măng Với nhu cầu xây dựng đường quốc lộ, cao tốc, đường giao thông nông thôn bằng bê tông xi măng ngày một phổ biến và đòi hỏi yêu cầu về chất lượng mặt đường ngày càng cao trong khi tại một số địa phương, một số vùng lãnh thổ của nước ta nguồn cung cấp cát tự nhiên tốt ngày càng cạn kiệt hoặc giá thành vận chuyển đến chân công trình cao và trong tương lai gần thì nguồn cát này sẽ không còn Việc khai thác cát tự nhiên hạt to quá mức, bừa bãi làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái, gây sạt lở bờ sông, ảnh hưởng đến các khu vực dân

cư và các công trình dọc sông Tại khu vực phía Nam vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn, nguyên nhân chủ yếu do các tỉnh siết chặt việc khai thác cát trên sông Hậu, nguồn cát hạt to, hạt trung trên sông Đồng Nai và các vùng phụ cận đã suy giảm Mặt khác quá trình khai thác đã ảnh hưởng xấu đến môi trường nên đã bị buộc phải hạn chế hoặc ngừng khai thác, phía Campuchia thì dừng xuất khẩu cát, còn các nguồn cát khác cung ứng cho khu vực có khối lượng nhỏ không đáng kể hoặc chất lượng không đảm bảo để sản xuất bê tông

xi măng

Đã có các công trình nghiên cứu, ứng dụng bê tông xi măng sử dụng cát mịn, cát biển, cát nhân tạo thay cát tự nhiên hạt to trên thế giới đã giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật và đạt được nhiều thành tựu đáng kể Tại Việt Nam các kết quả nghiên cứu chủ yếu đề cập đến cát mịn, cát biển thay thế cát

tự nhiên hạt to nhưng ứng dụng các kết quả nghiên cứu này vào xây dựng mặt đường ô tô còn những hạn chế nhất định Việc sử dụng cát nhân tạo (cát xay) trong bê tông thì phần lớn chỉ được nghiên cứu và ứng dụng ở nước ngoài: Các nhà nghiên cứu tại Viện bê tông Thụy Điển (CBI) và Viện Nghiên cứu

Kỹ thuật Thụy Điển (SP) [47] đã tham gia nghiên cứu, ứng dụng liên quan đến cát xay dùng trong bê tông, công việc này đã được thực hiện trong các chương trình hợp tác như chương trình MinBas I (2003  2005), chương trình MinBas II (2010) và chương trình STEM của cơ quan Năng lượng Thụy Điển

Ở Việt Nam nói chung và khu vực Nam Bộ nói riêng thì ngành công nghiệp

này khá mới mẻ Một vài công trình xây dựng trong khu vực sử dụng cát xay

từ đá nhưng chưa hiệu quả, lựa chọn thành phần cấp phối bê tông chưa phù hợp nên chất lượng bê tông không như mong muốn nên cho tới nay cát xay vẫn chưa được sử dụng đại trà trong xây dựng đường ô tô Với một vùng lãnh thổ có điều kiện thời tiết, khí hậu, đặc biệt là nguồn vật liệu, mục đích sử dụng và trình độ kỹ thuật hoàn toàn khác thì cần phải có công trình nghiên cứu chuyên sâu và chi tiết

Hiện nay, chúng ta đã có tiêu chuẩn hướng dẫn sử dụng cát nhân tạo dùng trong bê tông và vữa nhưng các yêu cầu kỹ thuật của cát nhân tạo trong tiêu chuẩn này xuất phát từ nghiên cứu phục vụ cho xây dựng thủy điện Sơn

La, còn cát xay sử dụng chế tạo bê tông dùng trong xây dựng đường ô tô thì chưa có một nghiên cứu cụ thể nào Với khu vực Đông Nam Bộ có nguồn cung cấp cát xay khá dồi dào nhưng phần lớn có thành phần hạt lại chưa hợp chuẩn, giá thành cát xay hợp chuẩn là khá đắt Không những thế việc sử dụng hoàn toàn cát xay có khả năng làm giảm độ sụt và tính hoàn thiện bề mặt của

bê tông kém Với những lý do trên thì việc sử dụng hoàn toàn là cát xay hoặc cát tự nhiên hạt mịn sản xuất bê tông xi măng làm đường ô tô còn tồn tại

những hạn chế nhất định Vì thế đề tài : “Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay - cát tự nhiên khu vực Đông Nam Bộ làm mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô” là hết sức cần thiết Nội dung chính đề cập

trong luận án là sử dụng hiệu quả loại cát xay có thành phần hạt chưa hợp chuẩn chiếm khối lượng lớn ở khu vực Đông Nam Bộ bằng cách phối trộn với cát mịn tự nhiên có trữ lượng lớn dồi dào theo tỷ lệ hợp lý dùng làm cốt liệu nhỏ thay thế cát tự nhiên hạt to để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô

Do tính ứng dụng rộng rãi của bê tông xi măng trong các lĩnh vực khác nhau cũng như trong xây dựng đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ Trong khi nguồn cát tự nhiên có chất lượng tốt để sản xuất bê tông xi măng ngày

càng khan hiếm và giá cả tăng cao là một câu hỏi lớn mà ngành công nghiệp xây dựng trong khu vực phải suy nghĩ Tìm kiếm giải pháp thay thế hữu hiệu cát tự nhiên là một điều cần thiết Cát xay là sản phẩm công nghiệp được thực hiện bằng cách xay nghiền đá gốc thành các hạt có kích cỡ từ 140 µm đến 5mm – có thể gọi là cát công nghiệp, cát xay, cát nghiền, cát gia công hay cát nhân tạo có thành phần hạt và các chỉ tiêu kỹ thuật được kiểm soát thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định

 Lý do lựa chọn đề tài :

Trong chương trình “Xây dựng nông thôn mới thời kỳ 2010  2020 của Chính phủ”, cần tăng cường sử dụng mặt đường bê tông xi măng cho hệ thống đường bộ nói chung và đường giao thông nông thôn nói riêng với khối lượng rất lớn Vật liệu xi măng hiện nay dư thừa song vật liệu cát ngày càng khan hiếm, đặc biệt ở các tỉnh khu vực Đông Nam Bộ nên đẩy giá thành lên cao Đề tài nghiên cứu này xuất phát từ thực tế là phải tìm nguồn vật liệu thay thế cát tự nhiên hạt to (cát vàng), nguồn thay thế đó chính là cát xay Tuy nhiên, chất lượng cát xay phụ thuộc rất nhiều các yếu tố khác nhau và không phải khi nào cũng có thành phần hạt phù hợp yêu cầu kỹ thuật đặt ra để chế tạo bê tông xi măng làm mặt đường ô tô Nếu có thì giá thành cũng rất đắt Vì thế nội dung nghiên cứu đặt ra trong đề tài tìm nguồn vật liệu thay thế cát vàng bằng cách phối trộn giữa cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên để

có được loại vật liệu hợp chuẩn đáp ứng được yêu cầu của bê tông xi măng làm mặt đường ô tô là cần thiết Việc nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên để thay thế cát vàng dùng chế tạo bê tông xi măng hầu như chưa được nghiên cứu ở trong nước hoặc có nhưng còn sơ khai và chưa được ứng dụng vào thực tế

 Mục đích nghiên cứu : Thông qua phân tích những tính chất cơ lý của

cát xay chưa hợp chuẩn ở khu vực Đông Nam Bộ, những hạn chế, khó khăn khi sử dụng các nguồn cát khác để tìm ra giải pháp; Đó là sử dụng hỗn hợp

cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên tại khu vực Đông Nam Bộ thay thế cát tự nhiên hạt to chế tạo bê tông xi măng, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết để xây dựng mặt đường BTXM trong xây dựng đường ô tô

 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu :

- Đối tượng nghiên cứu là bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên ở Đông Nam Bộ để thay thế cát tự nhiên hạt to chế tạo BTXM dùng làm mặt đường ô tô

- Phạm vi nghiên cứu là đề xuất thành phần cấp phối cốt liệu bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn – cát mịn tự nhiên phổ biến trong khu vực Đông Nam Bộ Nghiên cứu một số tính chất cơ lý chủ yếu của

bê tông xi măng, kiến nghị giải pháp sử dụng hiệu quả, đề xuất khả năng ứng dụng bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay - cát mịn tự nhiên trong xây dựng kết cấu mặt đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài :

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu cơ sở phối trộn giữa cát xay và cát tự nhiên hạt mịn sẵn có, tìm ra cấp phối phù hợp, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của

bê tông xi măng mặt đường nói riêng và bê tông xi măng nói chung

- Ý nghĩa thực tiễn: Tránh việc đòi hỏi bắt buộc phải sử dụng cát xay hợp chuẩn với giá thành cao, khắc phục nhược điểm thành phần hạt không hợp chuẩn của cát xay, sử dụng một phần nguồn cát tự nhiên hạt mịn sẵn có tại khu vực Đông Nam Bộ nhưng có thành phần hạt không phù hợp để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng mặt đường ô tô

 Cấu trúc của luận án:

Gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chương, phần kết luận, kiến nghị,

dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục

Cụ thể như sau :

+) Phần mở đầu

+) Chương 1: Tổng quan về về tông xi măng và sử dụng cát xay – cát tự nhiên sản xuất bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô

+) Chương 2: Thuộc tính của vật liệu dùng chế tạo bê tông xi măng và cát xay khu vực Đông Nam Bộ

+) Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm về bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay và cát tự nhiên

+) Chương 4: Nghiên cứu sử dụng cát xay, hỗn hợp cát xay - cát tự nhiên

và phụ gia trong xây dựng mặt đường bê tông xi măng

+) Phần kết luận, kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo

+) Danh mục các công trình nghiên cứu đã công bố của tác giả

+) Tài liệu tham khảo và phần phụ lục

 Những đóng góp của đề tài trong lĩnh vực chuyên ngành :

Các kết quả nghiên cứu về thành phần, tính chất của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn ở Đông Nam Bộ và cát mịn tự nhiên đã chứng minh tính khả thi của bê tông dùng loại vật liệu này trong xây dựng kết cấu mặt đường ôtô

1 Luận án đã tổng hợp, phân tích được các kết quả nghiên cứu, ứng dụng

về bê tông xi măng sử dụng cát địa phương ở trên thế giới và ở Việt Nam Từ những phân tích này đưa ra được khả năng kết hợp các nguồn cát địa phương tại khu vực Đông Nam Bộ, đó là kết hợp cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn

tự nhiên để chế tạo bê tông trong ngành xây dựng nói chung và công trình đường ô tô nói riêng

2 Các nghiên cứu về nguồn gốc các mỏ đá tại khu vực Đông Nam Bộ đã khẳng định loại vật liệu này phần lớn là phù hợp với tiêu chuẩn hiện hành và

có thể xay thành cát để sản xuất bê tông xi măng

3 Các thử nghiệm về công thức bê tông và các tính năng của bê tông sử dụng hỗn hợp cát xay - cát mịn tự nhiên đều phù hợp với các tiêu chuẩn quốc

tế và tiêu chuẩn Việt Nam trong xây dựng đường ô tô

4 Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, thiết kế thành phần cấp phối BTXM sử dụng hỗn hợp cát, chọn ra được thành phần phối trộn tối ưu trên cơ sở cường độ chịu nén và kéo uốn của bê tông xi măng là tốt nhất Thiết lập giữa các yếu tố giữa cường độ Rn, Ru và N/XM, Đ/C, CX/CM

5 Các kết quả thí nghiệm về sự phát triển cường độ bê tông theo ngày:

Rn, Ru, E, co ngót, độ mài mòn của bê tông sử dụng hỗn hợp cát, cũng như kết quả nghiên cứu khống chế tỷ lệ hạt mịn trong cát xay từ đá là các kết luận khoa học đáng lưu ý, có tác dụng tham khảo tốt cho giảng dạy, thiết kế, thi công các công trình giao thông sau này

6 Kết quả nghiên cứu sử dụng phụ gia siêu dẻo có khả năng cải thiện những tính năng kỹ thuật của bê tông xi măng sử dụng hỗn hợp cát xay - cát mịn tự nhiên nhằm giảm chi phí xây dựng công trình, làm tiền đề cho các bước nghiên cứu tiếp theo

7 Các kết quả nghiên cứu khẳng định rằng bê tông xi măng dùng hỗn hợp cát thay thế cát tự nhiên hạt to cho các tính chất cơ học tốt và thỏa mãn các yêu cầu của bê tông trong xây dựng đường ôtô

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG VÀ SỬ DỤNG CÁT XAY – CÁT TỰ NHIÊN SẢN XUẤT TÔNG XI

MĂNG TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

1.1 Giới thiệu chung

Bê tông là loại vật liệu không thể thiếu trong xây dựng hiện đại, là một trong những loại vật liệu xây dựng được sử dụng với khối lượng lớn nhất và quyết định phần nào mức độ phát triển của văn minh nhân loại, nói cách khác

là sự xuất hiện và phát triển của kết cấu bê tông không tách rời với sự phát triển của xã hội Trong giai đoạn đầu tiên, kết cấu bê tông xuất hiện dưới dạng bản, cột hoặc dầm đơn giản Các cấu kiện này không hoàn thiện, được thiết kế một cách mò mẫm, các nguyên tắc tính toán và cấu tạo chưa rõ ràng, giá thành xây dựng còn cao Từ cuối thế kỷ XIX, nền công nghiệp phát triển một cách nhanh chóng càng làm gia tăng nhu cầu sử dụng loại vật liệu bê tông xi măng đắt tiền này Do đó, nhiều nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu các tính năng, tìm tòi cấu tạo và đề xuất lý thuyết tính toán Những tiêu chuẩn kỹ thuật đầu tiên về vật liệu và thiết kế kết cấu bê tông xi măng đã được ban hành ở nhiều nước như: Pháp, Đức, Nga trong khoảng từ năm 1906 đến 1911 Đến đầu thế

kỷ XX, bê tông xi măng đã thực sự trở thành vật liệu xây dựng phổ biến Ngày nay, loài người đã đạt đến trình độ phát triển cao nên những hiểu biết của con người về bê tông xi măng cũng đã đạt đến sự hoàn hảo Đã có nhiều đề tài nghiên cứu thành công nhằm nâng cao chất lượng và cải thiện các tính năng kỹ thuật của bê tông xi măng Với những ưu điểm vượt trội, bê tông

xi măng ngày nay đã trở thành một loại vật liệu chủ yếu trong xây dựng cơ sở

hạ tầng nói chung và trong xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông nói riêng

Ở Việt Nam, các công trình về bê tông bắt đầu xuất hiện dưới thời Pháp thuộc, tuy nhiên còn rất đơn giản và ít ỏi Sau khi miền Bắc được giải phóng, bắt đầu công cuộc xây dựng đất nước, xây dựng cơ sở hạ tầng thì bê tông xi măng mới được phát triển nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày

càng cao, đóng góp phần lớn cho công cuộc xây dựng xã hội chủ nghĩa Hiện nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đất nước nói chung

và khu vực Nam Bộ nói riêng (GDP : 6.0  6.5% mỗi năm) dẫn đến một sự gia tăng đáng kể về lưu lượng xe cộ và nhu cầu đi lại bằng đường bộ Bên cạnh đó với sự biến đổi khí hậu thường xuyên, trong đó ảnh hưởng của nước thủy triều, tình hình ngập lụt ngày càng diễn biến phức tạp là những yếu tố tiêu cực đối với mặt đường nhựa, bê tông nhựa Chính vì thế loại mặt đường

bê tông xi măng đã có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường cao tốc, mặt đường bê tông xi măng cũng thường được sử dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các bãi đỗ xe…

Theo số liệu thống kê năm 2004, Việt Nam có 500km đường BTXM chiếm khoảng 3% tổng chiều dài đường (trong khi Pháp có 2,000km đường BTXM chiếm 10% tổng chiều dài đường)

Khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước (trích từ Báo cáo Long - Life Concrete Pavements in Europe and Canada” của Cục Đường

bộ Liên bang Mỹ - FHWA công bố năm 2007) được thống kê dưới đây [35]:

- Mỹ: Mặt BTXM chiếm khoảng 9% của 490,179 km đường đô thị và 4% của 1,028,491 km đường ngoài đô thị

- Canada (tỉnh Québec): Có 1,239 km (đường 2 làn xe) trong tổng số 29,000 km đường (khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng giao thông ở Québec

- Áo: Đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia (14000 km), trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc

- Đức: Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao

- Bỉ: Mạng lưới đường khoảng 134,000 km; gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và đường nông thôn Trong đó, đường cao tốc có khoảng 1,700 km (tức là chỉ hơn 1%) Mặt đường BTXM chiếm 40% của những đường cao tốc và 60% đường nông thôn Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17%

- Hà Lan: Mạng lưới đường ô tô có khoảng 113,000 km Trong đó khoảng 2,300 km là đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc này phục vụ 38% lưu lượng giao thông Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ô tô

- Vương quốc Anh: Mạng lưới đường có khoảng 285,000 km, trong đó có 1,500 km là mặt đường BTXM

- Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc

Từ các số liệu tổng hợp trên cho thấy mặt đường BTXM tại Việt Nam so với các nước trên thế giới là khá thấp Mạng lưới đường bộ Việt Nam lên kế hoạch cho giai đoạn 20062020 tăng chiều dài của đường nhựa chỉ 2.1 lần, và

có bề mặt bê tông xi măng là 20 lần

Trong thế kỉ XXI này thì lý thuyết công nghệ và thực tiễn sử dụng bê tông sẽ tiếp tục phát triển, giữ vững vị trí tiên phong giữa các loại vật liệu xây dựng khác Bê tông là đại diện tiêu biểu nhất của các nhóm vật liệu composit xây dựng đóng rắn thủy, được thiết kế trên cơ sở vật liệu thống nhất để tạo ra các dạng kết cấu dẻo, thành mỏng có hình thù và các dạng kết cấu thế hệ mới Trên cơ sở nghiên cứu đó người ta từng bước hoàn thiện thiết kế bê tông trên máy tính điện tử và điều khiển tự động các quy trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng bê tông

Khi sản xuất bê tông xi măng trong xây dựng đường người ta thường sử dụng cốt liệu nhỏ là cát tự nhiên hạt to nhưng hiện nay nguồn cát này đã bị khan hiếm nên việc sử dụng nguồn vật liệu khác thay thế là một điều cần thiết

1.2 Tổng quan các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên và cát xay để sản xuất

bê tông xi măng

1.2.1 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng ở

trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1.1 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng dùng trong xây dựng ở trên thế giới

Trên thế giới nhiều nước đã sử dụng rộng rãi các kết cấu áo đường bằng vật liệu bê tông xi măng từ nhiều năm nay Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại mặt đường bê tông xi măng của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi

áp dụng của mặt đường bê tông xi măng ngày càng được mở rộng

Năm 1859, đèn biển cảng Said, Ai Cập được xây dựng bằng bê tông cát biển và vôi Nếu trước khi dùng, cát sỏi biển được rửa bằng nước ngọt thì lượng muối sẽ giảm đi Có thể dùng phương pháp trải mỏng lớp cát sỏi biển

để ngoài trời để nước mưa rửa trôi chất muối trong cát sỏi biển

Đầu thế kỷ XX, nhà khoa học người Anh K.Newman giới thiệu một số vấn đề khai thác vật liệu biển (cát, sỏi biển) làm cốt liệu cho bê tông, đồng thời Hội bê tông xi măng nước Anh cũng đã ra thông báo một chuyên đề về vật liệu cát, sỏi khai thác ở biển Năm 1956, Hội quốc gia về cát ở Mỹ đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế tạo bê tông Hàm lượng muối NaCl làm cho xi măng thuỷ hoá nhanh, nhiệt thuỷ hoá nhiều, nhưng nếu hàm lượng NaCl ít (0.5% khối lượng xi măng) thì không ảnh hưởng đến cường độ của bê tông, còn nếu lượng NaCl lớn hơn thì cường độ mô đun đàn hồi của bê tông giảm đi Hội nghị khoa học ở Anh năm 1970 thì chưa khẳng định được ảnh hưởng của CaCl2 đối với bê tông, nhưng lưu ý đến ảnh hưởng của các loại muối clorua đối với các tấm tường mỏng nằm trong không khí Các chuyên gia người Anh cho rằng có thể dùng cát biển và nước ngọt để trộn bê tông mà

không gây ra trở ngại gì đáng kể, vì không làm thay đổi tính năng cơ lý và sức bền của bê tông Tuy nhiên khi sử dụng cần lưu ý các vấn đề sau:

+ Không nên dùng cốt liệu biển để chế tạo bê tông dự ứng lực vì muối có khả năng làm han rỉ cốt thép và thép nhỏ dễ bị đứt

+ Muối làm tăng rất nhanh tốc độ đông cứng của bê tông mà không cần phụ gia tăng nhanh cứng hóa vào bê tông

Năm 1964, ở Ấn Độ, trong tạp chí bê tông đã bàn về việc dùng cát biển

và nước biển để chế tạo bê tông Trong đó đã trích dẫn nhiều ý kiến khác nhau về việc sử dụng các vật liệu này và rút ra được một số kết luận chung Năm 1965, ở Liên Xô cũ, hai nhà khoa học F.M Ivanov và V.C Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát biển ở biển Đen để chế tạo

bê tông thủy công Đặc biệt đã nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng vỏ

sò, hến trong cát biển đối với các tính chất của vữa và bê tông xi măng Tuy nhiên theo tài liệu của Liên Xô cũ, vì cát biển lẫn tinh thể muối ăn không thể dùng được trong bê tông và nó ảnh hưởng xấu đến tính chất của bê tông, có khả năng gây ra xâm thực bê tông sau này Đối với bê tông cốt thép thì cát biển càng tuyệt đối không được sử dụng vì chất muối có trong cát biển sẽ gây

ra rỉ cốt thép

Năm 1973, ở Hà Lan đã công bố tài liệu nghiên cứu dùng cát sỏi biển

để chế tạo bê tông xi măng

1.2.1.2 Các nghiên cứu sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng dùng trong xây dựng ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc ứng dụng bê tông xi măng để xây dựng mặt đường ô tô được bắt đầu từ thời Pháp thuộc (xây dựng mỏ than Đèo Nai) Từ những năm 1960-1961, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng được tiến hành với quy

mô ngày càng mở rộng; khởi xướng là bộ môn đường của Trường Đại học Bách khoa, sau đó có nhiều cơ quan khác nghiên cứu như Viện Khoa học–

Công nghệ Giao thông Vận tải, Viện Thiết kế Giao thông, Trường Đại học Giao thông Vận tải, Trường Đại học Xây dựng, …Tới nay, mặt đường bê tông

xi măng vẫn được các nhà nghiên cứu, các nhà quản lý quan tâm Hệ thống tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ và hiện đại Mặt đường bê tông xi măng cốt thép được xây dựng tại đường Hùng Vương, Hà Nội năm 1975 Trên quốc lộ 2 đoạn Thái Nguyên- Bắc Cạn xây dựng 30km đường bê tông xi măng vào năm 1984, đường Nguyễn Văn Cừ (Bắc cầu Chương Dương) Tiếp theo là trên Quốc lộ 1A với tổng chiều dài các đoạn khoảng 30km vào năm 1999 tại các đoạn ngập lụt Đường Hồ Chí Minh nhánh phía Đông với chiều dài 86km, nhánh phía Tây với tổng chiều dài trên 300km Quốc lộ 12A Quảng Bình với chiều dài 12km Quốc lộ 70, đoạn thành phố Lào Cai Loại mặt đường bê tông xi măng cốt thép liên tục lần đầu tiên được ứng dụng 1km tại Quốc lộ 12A Quảng Bình và sau đó khoảng 500m tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy Đa số đường giao thông nông thôn ở các địa phương sử dụng mặt đường bê tông xi măng với kết cấu đơn giản, đáp ứng nhu cầu giao thông ở địa phương với tải trọng nhỏ và lưu lượng thấp

Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về BTXM sử dụng cát tự nhiên và đã

có kết quả nhất định như: “Nghiên cứu sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn làm BTXM [17]” đã được PGS.TS Trần Tuấn Hiệp và các cộng sự thực hiện,

“Bê tông cát đen” của Hoàng Phủ Lan, “Vật liệu xây dựng bằng cát Sông Hồng” của Vũ Linh, “Vấn đề sử dụng cát biển, đá biển và nước biển trong bê tông” của Võ Thới Trung, “Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông xi măng

ở Việt Nam trong điều kiện hiện nay” của PGS.TS.Nguyễn Hữu Trí, ThS Lê Anh Tuấn, PGS.TS.Vũ Đức Chính [35],…

Từ năm 1958  1964, Viện Kỹ thuật Bộ Giao thông Vận tải (nay là Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải) đã nghiên cứu nhiều loại cát vùng

Quảng Ninh, Tào Xuyên, Thái Bình, Ninh Bình và thấy rằng lượng SO3 trong cát biển đều chưa vượt quá phạm vi cho phép của quy phạm Việt Nam

Trong thời gian qua, có nhiều nghiên cứu về sử dụng cát mịn, cát biển để chế tạo bê tông xi măng ở một số địa phương như: Vũng Tàu, Bình Thuận, Ninh Thuận, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Lăng Cô - Đà Nẵng, Quảng Bình, Quảng Trị, Quảng Ninh và nước nhiễm mặn ở cửa sông Sài Gòn, cụ thể: +) Nghiên cứu sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn làm BTXM đã được PGS.TS Trần Tuấn Hiệp và các cộng sự nghiên cứu lâu dài ở suốt 13 tỉnh thành dọc bờ biển Việt Nam từ năm 1996 đến nay và đã thu được những kết quả quan trọng [17]: Cát biển Vũng Tàu, Bình Thuận là cát mịn có mô đun độ lớn bằng 0.945  1.131, cát ở đây khá sạch, hàm lượng bụi bẩn, sét thấp: < 0.67%, hàm lượng mi ca nhỏ 0.165  0.255%; tổng lượng muối khoảng 0.01% Cường độ chịu nén của bê tông dùng cát biển sau 28 ngày tuổi thấp hơn bê tông dùng cát vàng từ 10  15% Mô đun đàn hồi khi nén tĩnh của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận, Vũng Tàu đạt được từ 90.3  93.7 %

so với bê tông xi măng dùng cát vàng thông thường, độ mài mòn của bê tông

xi măng dùng cát biển Bình Thuận, Vũng Tàu lớn hơn bê tông xi măng dùng cát tự nhiên hạt to 12  13%

+) Nghiên cứu sử dụng cát biển Quảng Ninh chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô của PGS.TS Trần Tuấn Hiệp và TS Tô Nam Toàn– Trường Đại học Giao thông Vận tải thực hiện đã có một số kết luận về cát biển Quảng Ninh như sau: Cát biển Quảng Ninh là cát mịn có mô đun độ lớn bằng 1.79  1.96, hàm lượng bụi, bùn, sét từ : 0.01  1.56%, hàm lượng muối bằng 1.30  1.64% Cường độ chịu nén bê tông xi măng dùng cát biển thấp hơn bê tông xi măng dùng cát tự nhiên từ 5  10% Sau 28 ngày tuổi bê tông xi măng dùng cát biển vẫn tăng trưởng cường độ đáng kể, cường độ bê tông xi măng cát biển ở 60 ngày tuổi cao hơn 28 ngày tuổi từ 5  10%

Việc nghiên cứu, khai thác cát biển để chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô là khả thi, góp phần làm phong phú và đa dạng các loại vật liệu dùng trong xây dựng đường ô tô ở địa phương Tuy nhiên khi sử dụng cát mịn, cát mịn biển nói chung trong sản xuất bê tông xi măng làm mặt đường còn tồn tại những hạn chế chất định như: Độ co ngót của bê tông cao, khả năng chịu mài mòn và cường độ chịu kéo uốn của bê tông thấp; khi sử dụng cát biển thì còn thêm khuyến cáo là chỉ nên dùng cho bê tông xi măng không cốt thép Phần lớn các công trình xây dựng trên địa bàn Nam Bộ nói chung và Đông Nam Bộ nói riêng hiện nay sử dụng cát mịn (Mdl <1.52) vào chế tạo hỗn hợp bê tông xi măng khá phổ biến nên chất lượng bê tông thấp

1.2.2 Các nghiên cứu và các công trình ứng dụng bê tông xi măng dùng

cát xay ở trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.2.1 Giới thiệu chung

Cát xay là loại cát được nghiền từ đá với tỷ lệ hạt từ 150 µm đến 5mm

Có nhiều tên gọi khác nhau như cát công nghiệp, cát nhân tạo, cát sản xuất, cát nghiền, cát gia công [47], [70] có thể đảm bảo các yêu cầu về tính chất

cơ lý, hóa của cốt liệu nhỏ và có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong bê tông xi măng Cát xay có đặc điểm hình dạng bề mặt hạt góc cạnh và nhám bề mặt hơn so với các hạt cát tự nhiên [61]

Hình 1.1: Cát xay (cát nhân tạo) và cát tự nhiên

Hình 1.2: Máy nghiền cát từ đá nội địa đang vận hành tại Công ty Cổ

phần Đá Phước Hòa, Bà Rịa – Vũng Tàu

Nghiền đá thành cát thay thế cát tự nhiên là giải pháp được các nước công nghiệp phát triển trên thế giới thực hiện khoảng 20 năm Giải pháp này hạn chế tối đa việc khai thác cát tự nhiên dẫn tới việc sạt lở bờ, thay đổi dòng chảy ảnh hưởng tới môi trường Các báo cáo của Trung tâm Quốc tế về Nghiên cứu cốt liệu (ICAR) tháng 8 năm 1992 như là một hoạt động chung của Đại học Texas đã cung cấp rất nhiều kết quả thiết thực về các thuộc tính của cốt liệu và ứng dụng của cát xay trong bê tông Các nhà nghiên cứu tại Viện bê tông Thụy Điển (CBI) và Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Thụy Điển (SP)

đã tham gia vào nghiên cứu và ứng dụng liên quan đến cát xay dùng trong bê tông [47] Tại Nhật Bản, công ty sản xuất và năng lượng Kemco Kotobuki đã phát triển V7, hệ thống làm cát khô, với máy US7-VSI cấp bằng sáng chế máy nghiền và cấp bằng sáng chế về máy lọc không khí Ngày nay, nhiều nhà máy sản xuất thiết bị nghiền cát xay được đặt tại Trung Quốc, ví dụ như công ty sản xuất máy nghiền Zenith Thượng Hải và Công ty máy nghiền số 9 và công

ty trách nhiệm hữu hạn về công nghiệp nặng cầu đường Hà Nam 10…

1.2.2.2 Các công trình dùng bê tông sử dụng cát xay

Một số công trình sử dụng cát xay dùng trong bê tông như: đập thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc), thủy điện Sơn La, Đồng Nai 3 & 4, sông Tranh, Bản Vẽ (Nghệ An), Hầm Thủ Thiêm (Việt Nam) đã và đang triển khai đều

sử dụng cát xay

Hình 1.3: Đập thủy điện Tam Hiệp (Trung Quốc) lớn nhất thế giới

Hình 1.4 : Thủy điện Sơn La

Hình 1.5 : Hầm Thủ Thiêm (TP.HCM)

1.2.2.3 Kết quả nghiên cứu và một số tính chất của bê tông sử dụng cát

xay:

Tính chất của bê tông sử dụng cát xay khác so với khi sử dụng cát tự nhiên, cụ thể các thuộc tính như: độ sụt, cường độ, độ co ngót và độ bền Tính chất của bê tông tươi và bê tông đông cứng có thể bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hạt mịn trong cát xay, thành phần hóa học của đá gốc Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: Việc sử dụng cát xay sản xuất bê tông có thể làm cho công tác hoàn thiện rất khó khăn [44] Hỗn hợp cát xay [66] có chứa các hạt góc cạnh đòi hỏi phải có tỷ lệ hạt mịn cao hơn để có được những khả năng thi công giống như các hỗn hợp có chứa các hạt lập phương hoặc hình cầu Các hạt hình cầu có tổng diện tích bề mặt nhỏ hơn nên lượng nước yêu cầu sẽ giảm và khả năng thi công dễ dàng hơn hạt nhám, góc cạnh Một hỗn hợp kết hợp các hạt hình cầu có khả năng bơm và tính hoàn thiện tốt hơn so với một hỗn hợp bao gồm tập hợp các hạt góc cạnh, hàm lượng hạt mịn cao trong cát xay có thể giúp giảm sự phân tầng và chảy nước khi thi công [71], [54], [59] Theo sổ tay của kỹ sư xây dựng Nhật Bản (2002) cũng đã khẳng định rằng lượng hạt mịn (< 0.075mm) trong cát xay có thể giúp giảm sự phân tầng của

bê tông khi thi công Một loại cát xay có thể được đánh giá dựa vào tỷ lệ hạt mịn trong cát, nếu hàm lượng hạt mịn cao đòi hỏi lượng nước bổ sung cho phù hợp để thuận lợi cho công tác thi công nhưng điều này dẫn đến giảm cường độ của bê tông [54] Tuy nhiên, các tính chất của bê tông xi măng cũng

có thể được khắc phục khi chúng ta sử dụng các loại phụ gia hóa học phù hợp Tại hội nghị về “Sản xuất cát xay và đá xây dựng chất lượng cao theo công nghệ mới”, ngày 2-12-2011 tại Liên bang Nga, đại diện hãng New-Technologies cho rằng : Sử dụng cát xay tăng 10 % độ bền công trình, việc sử dụng cát xay cũng sẽ giúp tiết kiệm lượng xi măng và thời gian thực hiện công trình

Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn khoáng vật trong cát xay đến độ bền của bê tông đã được triển khai bằng cách sử dụng ba loại cát nghiền từ đá (đá granite, đá vôi và đá dolomite) có cùng tính chất cơ học Kết quả cho thấy rằng cát xay trên được sử dụng để sản xuất một loại bê tông cho những đặc tính cơ học tương tự hoặc tốt hơn bê tông cùng loại được sản xuất từ cát tự nhiên tốt [50] Hình dạng hạt và cấp phối của những mẫu cát xay có ảnh hưởng lớn đến sự cải thiện về độ bền và các tính chất của bê tông

Phương thức kết cấu, loại khoáng chất, cấp phối hạt và hàm lượng hạt mịn có ảnh hưởng đến độ bền, độ mài mòn của bê tông [67] Bê tông dùng cát xay từ đá granite có cường độ nén và cường độ kéo uốn cao hơn so với bê tông sử dụng cát tự nhiên, vữa cát xay có cường độ nén cao hơn so với vữa cát tự nhiên [50]

Bê tông dùng cát xay từ đá vôi cho cường độ nén và cường độ kéo uốn lớn hơn hoặc bằng so với bê tông cát tự nhiên [60] Co ngót có thể là một vấn

đề cần đề cập với các hỗn hợp có chứa hàm lượng hạt mịn cao, [66] hỗn hợp

bê tông cát xay có khoảng 20% hạt mịn có độ co ngót lớn hơn khoảng 10% hỗn hợp bê tông không có hạt mịn Co ngót của bê tông cát xay tăng lên tỷ lệ với mức độ tăng của hàm lượng hạt mịn trong cát [43] Hàm lượng hạt mịn trong cát xay ảnh hưởng đến cường độ của bê tông; cường độ bê tông có xu hướng gia tăng đến một giới hạn nhất định tỷ lệ với sự tăng lên của hàm lượng hạt mịn trong cát xay, sau khi đạt giới hạn đó, cường độ bê tông sẽ giảm Việc bổ sung lượng hạt mịn trong hỗn hợp có thể ảnh hưởng đến khả năng thi công [56] Bê tông cát xay có chứa 7% hạt mịn có thể đạt được cường độ nén bằng hoặc tốt hơn so với bê tông dùng cát tự nhiên [51] Bê tông cát xay (tỷ lệ N/X = 0.70) có cường độ cao tăng với tỷ lệ tăng lên của hạt mịn [42] Hỗn hợp bê tông cát xay có 3% hạt mịn cho độ bền nén và kéo uốn

là lớn nhất [60] Tuy nhiên Celik và Marar cho rằng hàm lượng hạt mịn tối ưu trong cát xay để đạt được cường độ nén và cường độ kéo uốn lớn nhất ở tuổi

7, 28 ngày là 10% [46] Hàm lượng hạt mịn trong cát xay có thể lên tới 1520% mà không có tác động tiêu cực đến tính chất của bê tông [53]; hạt mịn có thể mang lại lợi ích cho bê tông, cụ thể các hạt qua sàng 0.15mm có thể hoạt động như chất bôi trơn và các hạt đi qua sàng 0.075mm có thể cải thiện cường độ, khả năng tự hoàn thiện cho hỗn hợp bê tông nghèo [55] Khi sử dụng cát xay sản xuất bê tông xi măng sẽ làm giảm khả năng thi công, công tác hoàn thiện bề mặt kém Ngay cả mẫu cát xay tốt nhất cũng cho tính công tác kém hơn so với sử dụng cát tự nhiên Cát xay có chất lượng kém

sẽ yêu cầu hàm lượng hồ nhão cao hơn để đạt được khả năng thi công dễ giống như cát xay có chất lượng tốt [49] Với tỷ lệ hàm lượng hạt mịn cao có thể ảnh hưởng đến khả năng thi công nhưng điều này có thể được khắc phục khi tăng cường hàm lượng hồ nhão, thêm phụ phụ gia giảm nước hoặc phụ gia siêu giảm nước trong hỗn hợp bê tông

1.2.3 Hướng sử dụng hợp lý cát địa phương để sản xuất bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ

Việc nghiên cứu, sử dụng và khai thác cát biển chế tạo bê tông xi măng không có cốt thép đã được nghiên cứu từ thế kỷ thứ XIX ở trên thế giới và được các nhà nghiên cứu ở Việt Nam tiến hành ở cuối thế kỷ thứ XX Các kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng cát có nguồn gốc từ biển để chế tạo

bê tông xi măng không cốt thép Ảnh hưởng của cát biển đến tính chất của bê tông là không lớn (nếu hàm lượng muối, hàm lượng vỏ sò là nhỏ) và có thể chấp nhận Nhưng không nên dùng cát biển làm bê tông cốt thép vì muối có khả năng làm han gỉ cốt thép Sử dụng cát mịn nói chung (cát mịn sông hoặc cát mịn biển rửa sạch muối) làm giảm khả năng chịu mài mòn, tăng độ co ngót và giảm cường độ của bê tông xi măng

Trên thế giới hiện nay cát xay đang được dùng khá phổ biến trong xây dựng: tại Bồ Đào Nha, Anh, Pháp, Ý, Trung Quốc, Nhật Bản, Singapor,… người ta đã nghiên cứu, sản xuất và sử dụng cát xay từ rất lâu Với các công

nghệ, máy móc hiện đại các nước trên thế giới đã sản xuất được các loại cát xay có ưu thế nhất định Cát xay đang được dùng rộng rãi không những để thay thế cát tự nhiên đang ngày càng càng cạn kiệt mà còn do tính chất đặc biệt của nó: [47] Hạt cát đồng đều hơn, có thể điều chỉnh mô đun và tỷ lệ thành phần hạt theo từng yêu cầu cấp phối cho các loại bê tông khác nhau (như bê tông xi măng thông thường, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao, bê tông asphalt, ) Nếu sản xuất được cát xay đảm bảo yêu cầu trong xây dựng, chúng ta sẽ chủ động hơn trong việc sử dụng cát để chế tạo bê tông xi măng vì hiện nay nguồn vật liệu cung cấp để sản xuất cát xay của chúng ta là rất lớn

Từ những phân tích trên cho thấy sử dụng cát xay từ đá thay thế một phần hoặc hoàn toàn cát tự nhiên hạt to đang là hướng đi đúng đắn trong lĩnh vực xây dựng ở Việt Nam và điều này còn có ý nghĩa thiết thực với vùng kinh

tế phát triển mạnh mẽ nhưng thiếu cát to như Đông Nam Bộ Với các công nghệ, máy móc hiện đại như hiện nay các nước trên thế giới đã sản xuất được các loại cát xay sản xuất bê tông có những thuộc tính tốt hơn hoặc bằng so với cát tự nhiên Nếu sản xuất được cát xay đảm bảo yêu cầu trong xây dựng thì

sẽ chủ động hơn trong việc sử dụng cát để chế tạo bê tông xi măng vì hiện nay nguồn vật liệu cung cấp để sản xuất cát xay của chúng ta là rất lớn Tại Việt nam nói chung và khu vực Đông Nam Bộ nói riêng có trữ lượng đá tự nhiên khá lớn nhưng việc sản xuất và sử dụng cát xay từ đá vẫn còn những hạn chế nhất định Sản phẩm cát xay trong thực tế hầu hết không đáp ứng được yêu cầu thành phần hạt theo tiêu chuẩn hiện hành Giá thành sản phẩm cát xay hợp chuẩn là khá đắt so với cát tự nhiên hạt to nên không đáp ứng được tiêu chí về mặt kinh tế Nghiên cứu sau đây trình bày kết quả nghiên cứu

bê tông sử dụng hỗn hợp cát xay chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên thay thế cát vàng dùng sản xuất bê tông xi măng không những để giảm giá thành xây dựng công trình so với khi sử dụng cát tự nhiên hạt to mà còn nâng cao được chất lượng sản phẩm bê tông xi măng, tăng tuổi thọ công trình xây dựng

đường ô tô ở khu vực Đông Nam Bộ Đây là vấn đề rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

1.2.4 Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của đề tài

Từ những phân tích cho thấy việc nghiên cứu và ứng dụng cát xay chế tạo BTXM đã được các nhà khoa học và các cơ quan chuyên môn trên thế giới tiến hành Nhìn chung các kết quả nghiên cứu còn rất phân tán và chủ yếu đề cập đến cát xay hợp chuẩn được xay từ những loại đá đặc trưng như đá vôi, granite có tính chất khác với đá andesite phổ biến ở Đông Nam Bộ Việc ứng dụng loại vật liệu này chế tạo BTXM trong xây dựng đường ô tô còn rất hạn chế Nghiên cứu sử dụng cát mịn tự nhiên sản xuất bê tông làm mặt đường ô tô là không khả thi Vì thế, nghiên cứu sử dụng hỗn hợp cát xay có thành phần hạt chưa hợp chuẩn và cát mịn tự nhiên ở Đông Nam Bộ để có được loại vật liệu hợp chuẩn đáp ứng được yêu cầu của vật liệu chế tạo bê tông xi măng làm mặt đường là hết sức cần thiết Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu thiết kế thành phần BTXM sử dụng hợp lý cát xay – cát mịn tự nhiên tại Đông Nam Bộ bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Nghiên cứu tính năng của BTXM sử dụng hỗn hợp cát làm mặt đường ô tô : Cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, mài mòn, co ngót,

1.3 Các yêu cầu của bê tông xi măng làm đường ô tô

Theo quy định tạm thời thiết kế mặt đường bê tông xi măng thì cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu (fr) của tấm BTXM được quy định [3], [4]:

: 0

.

4 MPa

f r  đối với đường các cấp khác, các đường có quy mô giao thông cấp trung bình và các đường có quy mô giao thông cấp nhẹ nhưng có xe nặng với trục đơn >100kN thông qua

: 0

Bảng 1.1:Trị số tính toán của các loại BTXM trong xây dựng đường ôtô [3] Cường độ kéo

uốn (MPa) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 Cường độ nén

lý

Công nghệ ván khuôn trượt (tốc độ rải từ 0.5-2.0m/phút

Công nghệ ván khuôn ray và các công nghệ thi công liên hợp khác

Công nghệ thi công đơn giản

Phương pháp thử

+) 4.5 MPa với mặt đường BTXM đường

ô tô cấp III trở xuống

TCVN 3105- 3119: 1993

ô tô cấp IV trở xuống

TCVN 3114: 1993

3106: 1993