Nghiên cứu sử dụng cát mịn khu vực đồng bằng sông cửu long để chế tạo gạch bê tông có cường độ 50mpa trong xây dựng cơ sở hạ tầng đô thị

Lời cảm ơn Đề tài: Nghiên cứu sử dụng cát mịn khu vực đồng bằng sông Cửu Long để chế tạo gạch bê tông có cường độ 50MPa trong xây dựng cơ sở hạ tầng đô thị được thực hiện và hoàn thành

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

-  -

NGUYỄN NGHĨA BÌNH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT MỊN KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

ĐỂ CHẾ TẠO GẠCH BÊ TÔNG CÓ CƯỜNG ĐỘ 50MPA

TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ HẠ TẦNG ĐÔ THỊ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng & công nghiệp

MÃ SỐ: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ

LỜI CAM ĐOAN

Học viên cam kết đã tự nghiên cứu và thực hiện đề tài này, bằng kinh nghiệm làm việc thực tiễn và kiến thức chuyên môn được đào tạo trong quá trình học Đại học và chương trình cao học tại trường Đại học giao thông vận tải, ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dựng và công nghiệp, khóa 24.1, dưới

sự quan tâm, hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Thanh Sang Mọi tham

khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn rõ ràng và có độ chính xác trong phạm vi hiểu biết của tôi Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tp.HCM, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Lời cảm ơn

Đề tài: Nghiên cứu sử dụng cát mịn khu vực đồng bằng sông Cửu Long

để chế tạo gạch bê tông có cường độ 50MPa trong xây dựng cơ sở hạ tầng

đô thị được thực hiện và hoàn thành tại Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới giảng viên hướng dẫn đề tài

PGS.TS.Nguyễn Thanh Sang – giảng viên trường Đại Học Giao Thông Vận

Tải, tập thể Bộ môn vật liệu xây dựng, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã giúp đỡ hoàn thành nghiên cứu này Tác giả xin chân thành cảm ơn sự đóng góp các ý kiến quý báu của các chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và nhóm nghiên cứu giúp đỡ cho sự thành công của đề tài

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ phòng thí nghiệm Trung Tâm

Tư Vấn Kiểm Định Kỹ Thuật Công Trình – 195 Linh Trung, P.Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp.HCM; Công Ty Cổ Phần Xây Dựng Bêtông Huy Hoàng – Quận 9, Tp.HCM; Công Ty TNHH Xây Dựng Phú Minh Cường đã tạo điều kiện

và hỗ trợ tác giả hoàn thành đề tài nghiên cứu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……… 8

Chương 1: Tổng quan về gạch tự chèn bêtông xi măng……… 9

1.1 Cơ sở khoa học của bê tông tự chèn có sử dụng cát mịn và tro bay trong thành phần 9

1.1.1 Khái niệm chung bê tông tự chèn trong xây dựng đô thị…… 9

1.1.2 Cấu trúc của bê tông cát mịn……… 10

1.2 Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự chèn có sử dụng cát mịn trên thế giới 11

1.3 Các nghiên cứu bê tông tự chèn sử dụng cát mịn ở Việt Nam 17

1.4 Khả năng áp dụng bê tông tự chèn cường độ cao ở Việt Nam 22

Chương 2: Nghiên cứu và thiết kếthành phần vật liệu của bê tông tự chèn 24 2.1 Các yêu cầu chung về bê tông ximăng có cường độ chịu nén 50MPa để làm gạch tự chèn 24

2.2 Các yêu cầu chung về vật liệu được sử dụng trong bê tông xi măng tự chèn……… 25

2.2.1 Cốt liệu 25

2.2.2 Xi măng 30

2.2.3 Tro bay 31

2.2.4 Ph gi h h 33

2.2.5 N 34

2.3 Thiết kế thành phần của bê tông tự chèn sử dụng cát mịn 34

2.3.1 Cá y u u thi t 37

2.3.2 t qu thi t thành ph n b tông xi măng sử d ng át mịn làm gạ h tự hèn 40

2.4 Kế hoạch thực nghiệm 44

2.4.1 Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm 44

2.4.2 Trộn mẫu thí nghiệm 45

2.4.3 Ch tạo mẫu thí nghiệm 45

2.4.4 Ph ơng pháp thử nghiệm 45

Chương 3:Kết quả nghiên cứu và thảo luận……… 46

3.1 Hệ thống tiêu chuẩn áp dụng 46

3.2 Tính công tác và cường độ của bê tông cát mịn 46

3.2.1 Chuẩn bị mẫu thử 46

3.2.2 Trộn mẫu thử 47

3.2.3 Đú mẫu thử 48

3.2.4 B o d ỡng mẫu thử 49

3.2.5 Tính ông tá 50

3.2.6 C ng ộ hịu n n 51

3.2.7 C ng ộ p h 54

3.2.8 Độ hút n ủ b tông át mịn làm gạ h tự hèn 56

3.2.9 Độ mài mòn ủ b tông át mịn làm gạ h tự hèn 59

Chương 4: Nghiên cứu khả năng ứng dụng của bê tông sử dụng cát mịn Đồng Bằng Sông Cửu Long……… 62

4.1 Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông tự chèn trong xây dựng công trình hạ tầng đô thị 62

4.2 Nghiên cứu khả năng ứng dụng của gạch tự chèn bê tông xi măng có sử dụng cát mịn ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 63

4.2.1 h năng ung ấp vật liệu ở Miền N m và ồng bằng Sông Cửu Long………… 63

4.2.2 Phân tí h ánh giá lợi í h môi tr ng và inh t 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 - Thành phần hóa học của xi măng PCB40 Sài Gòn 30 Bảng 2.2 - Thành phần khoáng vật của xi măng PCB40 Sài Gòn 30 Bảng 2.3 - Thành phần hóa học tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ 32 Bảng 2.4 - Thành phần hạt của tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ 32 Bảng 2.5 - Đặc tính kỹ thuật của phụ gia V-3000-10, SP1 và SP8S 33

Bảng 2.7 - Mối quan hệ giữa cường độ đặc trưng và cường độ yêu cầu 40 Bảng 2.8 - Thành phần bê tông xi măng có sử dụng cát mịn cho 1m3 43

Bảng 3.3 - Bảng theo dõi kết quả độ sụt theo thời gian 51 Bảng 3.4 - Kết quả cường độ chịu nén bê tông sử dụng cát mịn ở các ngày tuổi 53 Bảng 3.5 - Kết quả thí nghiệm cường độ ép chẻ của các loại bê tông 55 Bảng 3.6 - Kết quả thí nghiệm xác định độ hút nước với các tỷ lệ thay FS 57 Bảng 3.7 - Đánh giá mức độ mài mòn của bê tông theo cấp và phạm vi sử dụng 60 Bảng 3.8 - Kết quả thí nghiệm xác định độ mài mòn với các tỷ lệ thay FS 60 Bảng 4.1 - Tổng hợp yêu cầu kỹ thuật của bê tông xi mănglàm gạch tự chèn

Bảng 4.2- Các tính chất cơ lý của một số loại xi măng thông dụng 65 Bảng 4.3 - Lượng nước tiêu chuẩn (%XM) theo TCVN 6017 :1995 66 Bảng 4.4 -Cường độ của các loại xi măng 28 ngày theo TCVN 6016 :1995 66 Bảng 4.5 - Nhu cầu than thực tế của Trung tâm điện lưới Duyên Hải 68 Bảng 4.7 - Diện tích chi tiết của Trung Tâm (TTĐL) Duyên Hải 69

B ng 4.13 - Bảng tính lượng phát thải GHG cho 1m3

bê tông đang nghiên cứu 78

B ng 4.14 - Bảng tính đơn giá cho 1m3

bê tông đang nghiên cứu 80

Tính cấp thiết của đề tài

Mặt vỉa hè, đường phố của khu đô thị lát bằng các block tự chèn đã được

sử dụng nhiều ở châu Âu, Mỹ đã mang lại những thuận lợi đáng kể trong xây dựng Interlocking Concrete Pavement (ICP-mặt đường lát) sử dụng các block

tự chèn bằng bê tông cường độ cao, thường có cường độ lớn hơn 55 Mpa, về kích thước thường là các viên có chiều rộng 100mm, chiều dài là 200mm và chiều dày là 80mm được lát trên nền thiết kế truyền thống Mặt đường lát hoặc mặt các bãi đỗ xe bằng block tự chèn linh động dễ thay thế và đặc biệt là bê tông được chế tạo cấu kiện từ các viên đúc sẵn nên đảm bảo sự đồng nhất hơn so với

bê tông đổ tại chỗ IPC được sản xuất theo tiêu chuẩn của ASTM C936: Solid Concrete Interlocking Paving Units, theo tiêu chuẩn của Anh BS 7533 Pavements constructedwith clay, natural stone or concrete pavers Vì vậy làm mặt đường lát và bãi đỗ xe bằng block tự chèn là yêu cầu cấp thiết có khả năng mang lại hiệu quả kinh tế cao đặc biệt là đối với các đô thị lớn như Thành Phố

Hồ Chí Minh

Gạch bê tông tự chèn là một sản phẩm có thể nói có nhu cầu nhiều đối vơi

các thành phố lớn như TP Hồ Chí Minh Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu sử

dụng cát mịn khu vực đồng bằng sông Cửu long để chế tạo gạch bê tông có

cường độ 50MPa trong xây dựng cơ sở hạ tầng đô thị” là một trong các hướng

nghiên cứu để đưa ra giải pháp khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường và tận dụng vật liệu cát mịn trên địa bàn làm giảm giá thành sản phẩm

Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Chế tạo được bê tông gạch tự chèn cường độ từ 50MPa và độ hút nước nhỏ hơn 5% sử dụng cát mịn khu vực đồng bằng Sông Cửu Long trong xây dựng cơ

sở hạ tầng đô thị

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm

Khảo sát đánh giá và thống kê thực nghiệm

Chương 1 Tổng quan về gạch tự chèn bêtông xi măng

1.1 Cơ sở khoa học của bê tông tự chèn có sử dụng cát mịn và tro bay

trong thành phần

1.1.1 Khái niệm chung bê tông tự chèn trong xây dựng đô thị

Khối bê tông tự chèn (CBPs) được hình thành từ các khối rắn bê tông riêng

lẻ cài chèn lẫn nhau chặt chẽ với nhau để tạo thành mặt đường hay còn gọi là mặt đường lát (INTERLOCKING CONCRETE PAVEMENT-ICP) bằng lát các viên gạch block BTXM có cường độ cao trên lớp móng, các khe được chèn đầy cát sau đó đầm chặt bằng đầm rung và lu Một dạng CBP điển hình được đặt trên một lớp cát mỏng phủ lên một cơ sở phụ CBP có thể được đặt với nhiều hình dạng và hoa văn, có các khoảng trống giữa các khối Những khoảng trống này được lấp đầy với cát có phân loại phù hợp, các khối được ngăn cách từ hai cạnh bằng cạnh hạn chế CBP được sản xuất từ hỗn hợp bán khô, trong quá trình sản xuất độ rung và áp suất được áp dụng cho hỗn hợp Bởi quá trình này CBP dày đặc và cường độ cao có thể đạt được để tạo thành bề mặt lát cứng và bền Hơn nữa lồng vào nhau tính chất của CBP cho khả năng lan truyền tải đến các khu vực lớn hơn

Thông thường để chế tạo bê tông có cường độ cao fc’>55MPa thì phải dùng cốt liệu nhỏ là cát vàng có mô đun độ lớn từ 2.7-2.8, với nhu cầu xây dựng lớn như hiện nay ở khu vực sông Cửu Long thì gần như không có cát đạt yêu cầu trên chưa nói đến dùng để sản xuất bê tông cường độ cao Câu hỏi đặt ra là liệu có thể dùng cát mịn với tỷ lệ nào đó để có thể vẫn chế tạo được bê tông cường độ cao- bê tông để làm gạch tự chèn hay không

1.1.2 Cấu trúc của bê tông cát mịn

Cấu trúc của bê tông cát mịn – hay là cấu trúc của Bê tông cát sử dụng cát mịn Trước hết bê tông cát được phân biệt với bê tông thường là có liều lượng cát lớn, không có đá dăm hoặc có nhưng liều lượng nhỏ và có thêm chất độn mịn để cải thiện cấp phối hạt của cốt liệu Liều lượng cát cho bê tông cát thường bằng 1300kg -1700kg cho 1m3

bê tông; với bê tông thường thì liều lượng của cát chỉ khoảng 500kg - 800kg

Trong thực tế vật liệu bê tông cần có độ đặc cao, vì đó là đặc điểm chính của cấu tạo bê tông Nguyên lý đầu tiên của vật liệu bê tông là cố gắng tái tạo lại một khối đá từ các loại cốt liệu [6] Độ đặc chắc của hỗn hợp như vậy được tạo nên sẽ được điều hòa bởi dải cấp phối của nó, nghĩa là phụ thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu

Nguyên tắc đó được ứng dụng cho bê tông cát; đó là dịch chuyển dải cốt liệu so với bê tông thường (không dùng cốt liệu lớn chỉ dùng cốt liệu nhỏ) bằng cách tận dụng nguồn cát phong phú ở một số vùng giàu cát Cát ở đây phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam về cát xây dựng cỡ hạt từ 0 - 5mm, tuy nhiên theo tài liệu [31] khuyên nên dùng cát có mô đun độ mịn theo tiêu chuẩn cốt liệu nhỏ cho bê tông thường với sai khác có thể chọn ±20% Vậy với mô đun độ mịn cát dùng cho bê tông thường từ 2 - 3.3, thì mô đun độ mịn cát có thể sử dụng cho bê tông cát từ 1.6 - 3.5 Vì thế cát được sử dụng cho bê tông cát có giới hạn mô đun

độ mịn rộng hơn và có thể tận dụng được các loại cát mịn ở một số vùng, mà hiện nay chưa dùng cho bê tông xi măng thông thường Việc phối hợp cốt liệu cát thô (có Mk>2) theo TCVN 7570:2006; cát mịn (Mk<2) đồng thời “nhỏ hóa” dải cấp phối cốt liệu bằng cách tận dụng hạt mịn trong cát (<75µm) và chất độn mịn (chủ yếu các hạt nhỏ hơn 75µm) để làm tăng độ đặc và cải thiện tính dễ thi công của hỗn hợp bê tông

Sử dụng tro bay để thay thế một phần xi măng trong bê tông xi măng truyền thống có thể làm tăng độ bền của bê tông [34] Khi ta đưa tro bay vào thành phần của bê tông, thành phần SiO2 vô định hình trong tro bay sẽ tạo ra các phản ứng puzzolan hóa, hút lượng vôi tự do có trong bê tông; ngoài ra, một phần

tro bay sẽ đóng vai trò là vi cốt liệu chèn lấp vào lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn hơn, làm tăng độ đặc cho bê tông, từ đó làm cường độ cũng như độ bền của

bê tông được cải thiện Như vậy, khi sử dụng bê tông nhiều tro bay vào các công trình dân dụng, cũng như cầu đường sẽ làm tăng tuổi thọ của các công trình Đặc biệt là đối với các kết cấu thường xuyên chịu ảnh hưởng trực tiếp của các tác nhân xâm thực (ion Cl-, SO4

2- ) như móng nhà cao tầng, mố, trụ cầu thì cần quan tâm đến độ bền của vật liệu chế tạo

Trong bê tông thông thường vùng tiếp giáp là vùng có nhiều lỗ rỗng hơn cả

và có các hạt dạng keo Ca(OH)2.Vì vậy việc cải thiện cấu trúc của bê tông cát mịn cũng giống như bê tông thường đó là trộn thêm vào bê tông các chất độn mịn để lấp đầy lỗ rỗng nhỏ, đồng thời nên sử dụng chất độn mịn hoạt tính (muội silica SF, tro trấu RHA., mê ta kao lanh) để có thể kết hợp với tro bay phản ứng với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo ra các sợi rắn CSH để tăng cường độ cho bê tông

1.2 Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự chèn có sử dụng cát mịn trên

thế giới

Đường lát bằng đá được trang bị cơ sở chặt chẽ dựa trên các dạng hạt linh hoạt trong Đế Quốc La Mã Mặc dù, đá vẫn đang được sử dụng làm vật liệu lát đường quen thuộc hiện nay, phiên bản hiện đại của kỹ thuật đường này sử dụng khối bê tông (đá nhân tạo) để thay thế khối đá tự nhiên [Rada và cộng sự 1990] Việc sử dụng CBP cho các con đường bắt đầu ở Hà Lan sau Chiến tranh thế giới thứ hai Gạch lát là vật liệu bề mặt truyền thống trong Hà Lan trước Chiến tranh thế giới thứ hai Vì gạch than bị thiếu không có sẵn, kết quả là CBP đã được sử dụng như là một thay thế; sự thay thế trở nên cực kỳ thành công Sau chiến tranh, các con đường của Rotterdam gần như hoàn toàn được xây dựng từ khối

bê tông lát [Pritchard và Dawson 1999] Điều này công nghệ nhanh chóng lan sang Đức và Tây Âu như một thực tế và trở thành phương pháp hấp dẫn hữu ích cho cả vỉa hè cho người đi bộ và phương tiện [Rada và cộng sự 1990] Trong 40 năm qua CBP đã đạt được sự phổ biến nhanh chóng như là một thay thế cho mặt đường bê tông và bê tông nhựa thông thường CBP bây giờ là một tiêu chuẩn lát

bề mặt ở châu Âu nơi có hơn 100,000,000 m2

được đặt hàng năm [Ghafoori và Mathis 1998]

Ngành xây dựng đường tiêu thụ một số lượng lớn cốt liệu Trong thực tế, với một thiết kế đường điển hình, một km đường có chiều rộng 7,6 m (24,9 ft) cần ít nhất 4.000 m3

cốt liệu Ở nhiều nước, cốt liệu lớn ngày càng cạn kiệt, hầu hết các mỏ đá hiện có đã được khai thác làm thay đổi đáng kể về sinh thái và môi trường Một vài năm trước đây, tình trạng này đã thúc đẩy nhiều nhà khoa học nghiên cứu khả năng kết hợp một loại vật liệu phong phú để thay thế đá trong xây dựng đường Một trong những vật liệu được đặc biệt quan tâm đó chính là cát bồi Trong thực tế, vật liệu này vẫn còn phong phú và tương đối rẻ tiền Nhiều nghiên cứu đã đề cập việc sử dụng cát trong xây dựng đường và đề xuất các phương pháp khác nhau để ổn định và hiệu suất cải tiến khi sử dụng Trên thế giới, đã tập trung nghiên cứu bê tông chỉ sử dụng cốt liệu là cát để sử dụng trong xây dựng đường và có thể sử dụng đến 50% cát bồi trong cốt liệu của bê tông cát

Tại Oman, gần một phần tư của đất nước được bao phủ bởi cát bồi Mặt khác tại các khu vực này việc khai thác các mỏ đá và vận chuyển đá tới các công trường xây dựng trở nên đắt đỏ và không kinh tế Ngoài ra, các kỹ sư xây dựng đang phải đối mặt với một sự lựa chọn giới hạn của vật liệu tại các khu vực này Chính vì vậy, giải pháp nghiên cứu và đưa cát bồi vào xây dựng được đặc biệt quan tâm tại các nước này Một số công trình xây dựng ở Oman đã sử dụng bê tông có chứa cát bồi từ 20% đến 45% cốt liệu trong bê tông xi măng

Cát đụn cát là một vật liệu sẵn có ở đất nước Algeria Vật liệu này chưa được khai thác và sử dụng một cách thiết thực Sự phong phú của các cồn cát, đặc biệt ở miền nam Algeria, đã hình thành ý tưởng sử dụng cát bồi vào trong

bê tông vào năm 1980 Một số dự án nghiên cứu về cát bồi đã được tiến hành, cụ thể như: thiết kế thành phần pha trộn, tính chất của nó và ứng xử của bê tông khi sử dụng cát bồi Các kết quả cho thấy bê tông sử dụng cát bồi có thể thay thế bê tông thông thường và giải quyết một số vấn đề dân sinh xã hội khi sử dụng được lượng lớn cát bồi Việc nghiên cứu sử dụng cát bồi trong xây dựng

nói chung và xây dựng đường nói riêng đã thúc đẩy phát triển khu vực phía nam của Algeria, nơi có rất nhiều các cồn cát

Một nghiên cứu so sánh bê tông khi sử dụng cát sông và cát bồi được tiến hành ở khu vực Biskra (Nam Đông Angiêri) thấy rằng bê tông sử dụng cát sông

có cường độ gần như bằng với bê tông bình thường Đối với bê tông sử dụng cát bồi thì cường độ của bê tông lại tăng lên khi tỷ lệ Nước/Xi măng tăng Đây là điều ngược lại so với bê tông thường và bê tông cát sông Việc sử dụng các chất phụ gia hóa dẻo sản xuất bởi Granitex Công ty ở Algeria có màu nâu, độ pH 7-8 với lượng sử dụng 1% so với xi măng, làm tăng cường độ rất mạnh lên đến 40% trong bê tông cát bồi so với khi không dùng phụ gia, trong khi sự gia tăng này hầu như không đáng kể trong bê tông sử dụng cát sông

Hai kỹ sư xây dựng MOHAMED N FATANI và AHMED M KHAN người Ả rập đã nghiên cứu sử dụng cát bồi để cải thiện hỗn hợp Asphalt trong xây dựng đường Tại đất nước này vật liệu phù hợp để xây dựng đường giao thông đang khan hiếm và đòi hỏi phải cải thiện Mặt khác, đây là đất nước có rất nhiều sa mạc nên trữ lượng của cát bồi là rất lớn Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng lượng cát bồi vào trong xây dựng và xây dựng đường là rất cần thiết đối với đất nước này Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng, cát bồi trộn vào hỗn hợp Asphalt được biết đến là yếu kém và không thể chịu được tải trọng giao thông và rất dễ bị biến dạng, mất ổn định Để nâng cao chất lượng sử dụng cát bồi trong bê tông asphalt thì cần phải bổ sung thêm vào một vật liệu thứ ba để đảm bảo sự ổn định hơn và khả năng chống lại tải trọng tốt hơn Vật liệu khác có thể có khả năng tốt để cải thiện sự pha trộn cát bồi trong bê tông Asphalt như bụi lò nung, nó được coi là vật liệu chất thải mà có thể cải thiện đáng kể đến sự

ổn định cho sự pha trộn Mục tiêu chính của nghiên cứu này là nghiên cứu tính khả thi của việc cải thiện bằng cách sử dụng xi măng pooclăng bình thường sản xuất tại địa phương trộn cát bồi có kích thước hạt từ 0,4 đến 0,75 mm để sử dụng cho hỗn hợp Asphalt Qua nghiên cứu của hai kỹ sư đã đưa ra được những kết luận chính của nghiên cứu này như sau: Nếu thay 5% vật liệu khoáng bằng cát bồi trong bê tông Asphalt cho thấy độ bền đạt giá trị tối đa là 32 kgf (0,31

kN) Nhưng nếu thêm vào 4% vật liệu khoáng bằng xi măng portland thông thường, thì độ bên tăng lên đến 93 kgf (~ 0,9 kN) Bổ sung 4 % thành phần vật liệu khoáng bằng thạch cao độ bền đạt giá trị 190 kgf (1,86 kN) Qua nghiên cứu, thấy rằng để sử dụng tốt cát bồi cho bê tông Asphalt cần phải kết hợp với các loại vật liệu khác độ rỗng của vật liệu khoáng sẽ được cải thiện tốt hơn nếu

sử dụng thay thế một phần cát bôi trong vật liệu khoáng Vì vậy, có thể sử dụng cát bồi làm bê tông Asphalt để dùng trong xây dựng đường

Một trong những ứng dụng lớn nhất của cát bồi trong xây dựng và xây dựng đường đó chính là sử dụng cát bồi để làm bê tông cát Bê tông cát là một trong những thành tựu của ngành khoa học Vật liệu xây dựng Nó đã được nghiên cứu một cách quy mô và được đưa vào sử dụng ở một số quốc gia trên thế giới như: Pháp, Nga…Tại Pháp, dự án quốc gia về bê tông cát đã được hình thành và bắt đầu với sự hợp tác của các nước Nga, An-giê-ri, Ma-rốc…, dự án này đã được đánh giá là một trong những nghiên cứu quy mô nhất về bê tông cát

và những kết quả của dự án này đã được công nhận trên thế giới

Trong bê tông cát, cát bồi là loại cát có kích thước nhỏ chủ yếu có kích thước hạt trong khoảng 0,08mm đến 0,8mm, môđun độ lớn nhỏ.Vì vậy, chúng được kết hợp với cát nghiền để sử dụng được trong bê tông cát Bê tông cát được sử dụng thay thế bê tông xi măng thường để xây dựng mặt đường Như chung ta đã biết, mặt đường bê tông xi măng được bắt đầu xây dựng vào cuối thế kỷ thứ XIX, cùng với sự xuất hiện chất kết dính vô cơ xi măng pooc lăng Năm 1889 theo đề xuất của George W.Bartholomew xây dựng mặt đường bê tông xi măng ở trung tâm thành phố Bellefontaine, bang Ohio, Mỹ Mặt đường cứng (BTXM) liên tục phát triển từ năm 1960 đến nay Hiện nay do công nghệ sản xuất xi măng phát triển nên thúc đẩy việc sử dụng mặt đường bê tông xi măng Mặt đường bê tông xi măng có nhiều ưu điểm (cường độ cao, biến dạng nhỏ, ít thay đổi tính chất khi chịu tác đông nhiệt độ và nước, hao mòn ít, có màu sáng nên tăng sự an toàn chạy xe ban đêm, công tác duy tu bảo dưỡng ít, cơ giới hóa trong thi công, tuổi thọ cao ) nên kết cấu mặt đường BTXM càng ngày càng được sử dụng nhiều

Để giảm thiểu lượng cốt liệu lớn (đá dăm hay sỏi) trong thành phần của

bê tông xi măng truyền thống và tăng độ đồng nhất, bê tông cát cũng được ứng dụng xây dựng mặt đường ở nhiều nơi, nhằm giảm giá thành và tránh khai thác

đá ảnh hưởng đến điều kiện môi sinh

Năm 1853, để chế tạo những công trình xây dựng liền khối, đảm bảo điều kiện kinh tế và cường độ cao, kỹ sư Francois Coignet đã đưa vào một loại bê tông đặc nhằm đổ khuôn và cột tại chỗ, đó chính là tiền thân của bê tông cát Đây là một hỗn hợp không có đá mà bao gồm cát, tro, xỉ than, đất sét nung, vôi thuỷ tự nhiên và nước hàm lượng thấp Một dãy nhà, vẫn còn ở số 72, phố Charles – Micels, Saint-Denis, phía bắc Pari, cũng được xây dựng bằng loại

bê tông đặc biệt này Sau đó, hỗn hợp này được sử dụng trong một số các công trình xây dựng và hệ thống thoát nước, đặc biệt sau khi cải tạo, nó được dùng trong một số công trình như tường chắn ở quảng trường Tracodero ở Paris và hệ thống kênh thoát nước Vanne, đường qua rừng Fontainebleau, ngọn đèn cảng Said, Ai Cập Ở trung tâm châu Âu (từ Bỉ cho đến thành phố St Petersburg (Nga)) rất hiếm sỏi vì vậy chủ yếu nhập đá dăm từ các nơi khác (ví dụ như Scandinivia) cho nên nhiều nước ở châu Âu đã nghiên cứu về bê tông cát Năm

1869 ở Ai cập, ngọn đèn biển cao 52 m ở cảng Said được xây dựng bằng bê tông cát

Năm 1918, một thí nghiệm độc đáo đã được Nicolas de Rochort thực hiện tại Sain-Peterbourg Thí nghiệm này bao gồm việc nghiền lẫn cát và Klinke theo

tỷ lệ bằng nhau, sau đó trộn sản phẩm này với cát theo tỷ lệ 1(sản phẩm nghiền)

và 3 (cát) Cường độ nhận được bằng với cường độ của hỗn hợp cát-xi măng rất giàu xi măng(1/3 xi măng và 2/3 cát) Thí nghiệm này cũng được Giáo sư Viện

sĩ Rehbinder thực hiện lại như một cơ sở của riêng tác giả về bê tông cát và cơ cấu của quá trình nghiền hỗn hợp cát/clinke xi măng Tác giả đã kết luận rằng quá trình nghiền đã tạo ra những mặt phẳng hoạt tính lý hoá mới, hiệu quả hơn chất kết dính xi măng thông thường

Trong những năm đầu của thế kỷ 20 bê tông cát được đưa vào nghiên cứu tại một số nước châu Âu và sau đó được ứng dụng ngay trong thực tế

Bê tông xi măng nhiều cát hay hoàn toàn cát được bắt đầu áp dụng ở Nga

từ năm 1941 (sau đại chiến thế giới lần thứ II), Nga là quốc gia giàu cát nhưng nghèo cuội sỏi và đá tảng trên diện rộng Từ năm 1941 họ đã không ngừng nghiên cứu chế tạo bê tông có thành phần cát và một vài loại chất kết dính (xi măng và vôi) đường tàu điện ngầm ở thành phố St Petersburg xây dựng bằng

bê tông cát

Ở Đức đã nghiên cứu và sử dụng bê tông giàu cát (có tới 80% cát nên gọi

là bê tông cát) bắt đầu từ năm 1971, để tận dụng một lượng cát bồi mịn khổng lồ

ở một số vùng trong lãnh thổ

Ở Pháp bê tông cát được quan tâm và nghiên cứu vào những năm

1970-1980, ứng dụng đầu tiên vào năm 1980 do trung tâm thí nghiệm cầu đường Bordeaux Dự án quốc gia về cát ở Pháp đã được hình thành trong khuôn khổ

“dự án quốc gia Nghiên cứu và Phát triển” (SABLOCRETE) bắt đầu từ 1998 với sự hợp tác của Nga, Algeri, Maroc v.v Dự án này là một trong những nghiên cứu qui mô lớn nhất về bêtông cát trên thế giới và nó đã được thừa nhận Với sự giúp đỡ từ Pháp ở các nước Algeri, Maroc, Senegal, Ghana sử dụng bê tông cát để xây dượng mặt đường và các tấm lát rất hiệu quả

Tại Pháp, do sự dồi dào về cốt liệu lớn cho phép thu được cường độ cao

dễ dàng, bêtông cát chỉ thực sự được quan tâm nghiêm túc và phát triển vào năm 1970-1980 Sự lo lắng mới về khai thác và sử dụng hợp lí cốt liệu, cùng với những vấn đề về môi trường là nguồn gốc của sự quan tâm đến bê tông cát Thực tế, nguồn khai thác cát là rất phong phú, và trong lĩnh vực xây dựng dân dụng thì việc sử dụng cốt liệu lớn, cũng như việc khai thác đá ngày càng bị hạn chế do làm mất cân bằng sinh thái Hoàn cảnh này đã đưa đến suy nghĩ về một cấu tạo mới của bê-tông cát, sử dụng một nguồn vật liệu dồi dào nhưng còn

ít được khai thác, với những kinh nghiệm về nghiên cứu cũng như kĩ thuật tiên tiến trong lĩnh vực này, đã cho thấy những đặc tính không kém gì bê tông truyền thống Con đường La teste et Le Pyla ở thủ phủ Bordueax, Pháp được xây dựng bằng bê tông cát ở hình 1.1

Hình 1.1 Con đường La teste et Le Pyla, Aquitaine (thủ phủ Bordueax), Pháp

được làm bằng bê tông cát Những ứng dụng đầu tiên được thực hiện thành công vào đầu những năm

1980 với sự đề xướng của Phòng thí nghiệm Cầu đường Bordeaux: xây dựng cầu, dầm, đường nhỏ, tấm bản…Các thí nghiệm đã gây được ảnh hưởng tại các trường đại học, các chuyên gia về bê tông và các phòng nghiên cứu đều quan tâm đến chủ đề này

Ở Algeri, Maroc, Sêngal, Ghana ứng dụng bê tông cát để xây dựng mặt đường và các khối xây rất hiệu quả

Đường sân bay quân sự Pevec và Arkangelsk; Nút giếng dầu cạn; Đường ô

tô và đường cao tốc (Serpukhov - Toula); Nhà (mái nhà xếp, kết cấu lắp ghép ở thành phố Nadym, Siberie); Hầm và tàu điện ngầm (vòm mỏng được làm bằng

bê tông cát ở Sant Pert); Đường nông thôn và công trình kiến trúc, sửa chữa các kết cấu cầu, hầm ngầm Ở Liên bang Xô Viết kỹ thuật chế tạo bê tông cát đã được xem xét và đạt các thành tựu nổi bật

1.3 Các nghiên cứu bê tông tự chèn sử dụng cát mịn ở Việt Nam

Trước thực trạng vật liệu cung ứng cho bê tông như cát sông được khai thác cạn kiệt ngày càng trở nên khan hiếm, giá thành tăng cao không ngừng, việc khai thác cát sông một cách bừa bãi đã tác động xấu đến môi trường sống

đặt ra vấn đề tìm kiếm vật liệu để thay thế cát sông cung ứng cho bê tông trở nên cần thiết hơn bao giờ Cát nhiễm mặn là nguồn vật liệu có trữ lượng rất lớn và tiềm năng trong sản xuất bê tông đối với quốc gia có biển và hải đảo như nước

ta

Cát bãi biển mịn dùng trong chế tạo bê tông

Thực tế vấn đề sử dụng cát nhiễm mặn cho bê tông đã được chúng ta quan tâm và nghiên cứu từ sớm [31] đã nghiên cứu sử dụng cát biển làm cốt liệu trong

bê tông Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát, xác định thành phần hạt, thành phần hóa và các tính chất cơ lý của các loại cát biển từ Sầm Sơn đến Vũng Tàu Một

số loại cát biển đã được chế tạo bê tông và thử nghiệm các tính chất về cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi, độ dính bám với cốt thép và độ hút nước của bê tông sử dụng cát nhiễm mặn Nghiên cứu cũng đưa ra phương pháp để xử lý cát biển để tăng độ bền dài lâu và hạn chế việc gây hại đối với cốt thép Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy:

Khi sử dụng cát biển làm cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp bê tông phải được kiểm tra và đánh giá trước về hàm lượng muối clo và sun phat, và so sánh với những giới hạn cho phép mà tiêu chuẩn ở các quốc gia khác đã nêu riêng cho lĩnh vực này, nếu vượt quá phải qua khâu xử lý rửa

Cát tính năng cơ lý của bê tông khi dùng cát biển chưa rửa làm cốt liệu nhỏ chứng tỏ đảm bảo tương đương như dùng loại cát sông, suối; cát núi ở thời hạn tuổi chuẩn Cần tiếp tục theo dõi độ bền lâu

Phương pháp rửa muối trong cát biển như trong nghiên cứu đã chứng tỏ tính hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật

Cát biển Quảng Ninh cũng được nghiên cứu để chế tạo bê tông xi măng [31] Nghiên cứu tiến hành thử nghiệm cường độ chịu nén ở 7, 14, 28 và 60 ngày tuổi Kết quả nghiên cứu cho thấy cát biển Quảng Ninh có chất lượng khá tốt: môđun độ lớn gần bằng cát vàng tiêu chuẩn (xấp xỉ bằng 2); khối lượng riêng khá lớn (~ 2.7 g/cm3); hàm lượng bụi bùn sét khá nhỏ (~0.1%); độ ăn mòn sunphat đạt yêu cầu (9~15%); lượng muối NaCl trong cát biển dao động trong khoảng 1.3 ~ 1.6% Cường độ chịu nén của bê tông sử dụng cát biển ở các độ

tuổi thấp hơn so với bê tông sử dụng cát vàng từ 5- 10% Mẫu BTXM cát biển sau 28 ngày vẫn tăng trưởng cường độ đáng kể Kết quả nén cho thấy với phần lớn mẫu thí nghiệm cường độ R60 ngày lớn cường độ R28 khoảng 5 - 10%

Nghiên cứu [44] tiến hành với cát biển và sử dụng cát nhiệm mặn trong chế tạo bê tông dùng làm dùng trong xây dựng đường ôtô và công trình phòng hộ ven biển đồng đằng sông Cửu Long Các loại cát biển trong nghiên cứu đã cho thấy khả năng triển vòng và hiệu quả với bê tông có cường độ trong khoảng từ

30 MPa đến 35 MPa Bê tông sử dụng cát biển có cường độ thấp hơn từ 4-10%

so với bê tông sử dụng cát sông Riêng các vùng Cửa Lò, Kỳ Lôi, Lăng Cô, cường độ của bê tông sử dụng cát sông và cát biển là xấp xỉ nhau

Theo nghiên cứu [31] cho thấy bê tông xi măng sử dụng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu có mô đun đàn hồi chỉ đạt từ 90,3 đến 93,7 % so với bê tông xi măng cát thông thường, độ mài mòn cũng lớn hơn so với bê tông thông thường từ 12-13% Tuy nhiên độ không xuyên nước của bê tông xi măng dùng cát biển Bình Thuận và Vũng Tàu lớn hơn so với bê tông thông thường từ 10,7 đến 11,2 % và rõ ràng về mặt kinh tế bê tông sử dụng cát biển rẽ hơn so với bê tông thường

Các nghiên cứu liên quan đến cát mịn có nhiễm mặn trong trong chế tạo bê tông:

Cát đụn mịn (có Mk<2) cũng được nghiên cứu để thay thế cho cát vàng [21]

ở một số vùng hiếm cát thô trong chế tạo bê tông Tài liệu [26] nghiên cứu coi

bê tông hạt nhỏ là một tập hợp vật liệu có khả năng tối ưu hóa thành phần trong điều kiện Việt Nam Nghiên cứu phân tích sự ảnh hưởng đồng thời của thành phần hạt và phụ gia đến tính chất kỹ thuật và cường độ của bê tông hạt nhỏ sử dụng cát đụn mịn

Nghiên cứu [20] cho thấy việc sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn, phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng hoạt tính trong kết cấu bê tông cốt thép có thể cho phép sử dụng cát nhiễm mặn

Nghiên cứu về bê tông đến cấp 30MPa có sử dụng cát biển mịn ở vùng duyên hải do PGS.TS Trần Tuấn Hiệp trường Đại học Giao thông vận tải có kết

quả tốt Nghiên cứu [4] về ảnh hưởng của tỷ lệ X/N và hệ số dư vữa tới tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sử dụng cát mịn Phú Quốc Qua đó, đã lựa chọn các thành phần bê tông cường độ tới 30 MPa phù hợp cho thi công đường bê tông xi măng trên đảo đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và có giá thành vật liệu sản xuất bê tông giảm từ 11% đến 16% so với phương án sử dụng cát sông Cát đụn mịn còn được sử dụng trong chế tạo mặt đường bê tông đầm lăn [47] nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng lần lượt là 0%, 25%, 30%, 35% trong bê tông hạt nhỏ sử dụng cát đụn để xem xét đánh giá về cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi, độ thấm nước và độ mài mòn khi sử dụng Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng thay thế tro bày càng cao thì cường độ nén, ép chẻ ở các ngày tuổi thấp hơn so với bê tông đối chứng tuy nhiên tính thấm nước và độ mài mòn của bê tông thì lại lớn hơn Cụ thể khi thay thế 35% tro bay, cường độ nén và cường độ ép chẻ 28 ngày đạt tương ứng là 32,21 Mpa và 2,56 Mpa; chiều sâu thấm nước là 31 mm , độ mài mòn trung bình

là 0,34 g/cm2 và mô đun đàn hồi đạt 27,75 Gpa Kết quả nghiên cứu một số tính chất cơ bản ban đầu cho thấy các chỉ tiêu đạt yêu cầu với vật liệu làm móng của mặt đường cấp cao, mặt của mặt đường cấp thấp hoặc đường giao thông nông thôn

Nghiên cứu [32] xem xét ảnh hưởng của bột đá vôi đến tính dẻo và cường

độ của bê tông hạt nhỏ ở Việt Nam Vật liệu được sử dụng cho bê tông là cát bồi mịn ở địa phương như: Quảng Bình, Quảng Trị, Nam Trung Bộ Các chỉ tiêu đề cập đến là tính công tác của bê tông tươi và cường độ của bê tông đông cứng Kết quả nghiên cứu cho thấy:

Chất độn bột đá vôi cần trộn để tạo ra độ đặc tốt cho hỗn hợp cốt liệu của

bê tông cát khi sử dụng cát cồn Quảng Bình cần 180kg220kg; cát sông Đà và cát hỗn hợp cần 140kg160kg cho 1m3 bê tông

Độ đặc lớn nhất của hỗn hợp khô đạt được khi sử dụng lượng chất độn mịn tối ưu Việc tăng thêm sử dụng bột đá vôi trong bê tông cát tăng làm giảm cường

độ và có xu hướng ảnh hướng xấu đến độ đặc và tính công tác của bê tông cát, bởi vậy cần thêm phụ gia dẻo cho hỗn hợp để giảm lượng nước dùng

Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học và khả năng

ứng dụng bê tông cát để xây dựng đường ô tô ở Việt Nam” của Nguyễn Thanh

Sang, trường Đại học Giao thông vận tải đã nghiên cứu được thành phần bê tông cát (bê tông hạt nhỏ) mà cốt liệu hoàn toàn là cát có mô đun độ mịn từ 1,5-3,5 (trong thành phần có cát mịn Quảng Bình chiếm 28%-45%) nhiễm mặn đạt được cường độ chịu nén từ 30-40MPa dùng lượng xi măng tương đương với xi măng của bê tông truyền thống cùng cấp cường độ; cường độ chịu kéo khi uốn đạt từ 4,0-5,5 MPa; có độ mài mòn từ 0,20-0,40 g/cm2; mô đun đàn hồi đạt từ 24-30Gpa; bê tông cốt liệu hoàn toàn là cát cơ bản đạt yêu cầu cơ học để làm mặt đường ôtô các cấp

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát duyên hải miền Trung làm mặt đường

bê tông xi măng hạt nhỏ trong xây dựng đường giao thông nông thôn”, Đề tài

cấp Bộ GTVT mã số DT104012 Kết quả của đề tài là đoạn đường thử nghiệm dài 200m trong trường Cao đẳng GTVT miền Trung bằng bê tông cát nhiễm mặn (Cát Cẩm Xuyên) và tro bay Vina Fly Ash Cường độ chịu nén đạt

>30Mpa, kéo uốn đạt >4Mpa, khả năng chống thấm và mài mòn cao Sản phẩm của đề tài cho phép sử dụng lượng cát mịn (cát đụn) lớn để chế tạo một loại bê tông có cường độ kéo uốn được cải thiện, độ mài mòn cao trong xây dựng đường, ngoài ra đề tài cũng đã chế tạo được các sản phẩm từ đá mạt và cát mịn như các tấm đan rãnh, gạch lát vỉa hè cho công trình đường đô thị với giá cả cạnh tranh, với các địa phương giàu cát thì giá thành của các sản phẩm này còn lại từ 50-60% so với bê tông cùng loại phải dùng đá và cát thô, các kết quả được công bố trong tài liệu

Dự án thử nghiệm cấp Tỉnh (UBND Hà Tĩnh) năm 2015-2016: “Sản xuất

thử nghiệm bê tông cát làm đường giao thông nông thôn” Chủ nhiệm dự án:

PGS,TS Nguyễn Thanh Sang Kết quả đạt được: Đoạn đường thử nghiệm dài 250m tại xã Cẩm Yên, huyện Cẩm Xuyên (địa phường nhiều cát mịn) Bê tông làm từ cát nhiễm mặn (Cát mịn Cẩm Xuyên) và tro bay Vũng Áng Tro bay sử dụng chiếm 30%-40% khối lượng của xi măng Cường độ chịu nén đạt 40Mpa, kéo uốn đạt 4,5Mpa; giá thành của 1m3

bê tông chỉ còn 70% so với giá thành

của bê tông cùng cấp cường độ trong xây dựng giao thông nông thôn Ngoài làm đường trên dự án cũng đã triển khai thêm các cấu kiện bê tông hạt nhỏ thành mỏng ở công ty Bê tông Viết Hải-Hà Tĩnh Có thể triển khai đại trà cho chương trình phát triển Nông thôn mới ở các địa bàn tỉnh giàu cát như Hà Tĩnh, Quảng Bình…; sản phẩm được tạo ra từ đề tài đã có thể giảm giá thành với 1m3

bê tông xuống còn 60-70% so với 1m3

bê tông cùng cấp cường độ Công nghệ bê tông đầm lăn đã sử dụng ở dự án thử nghiệm này cũng làm giảm đáng kể giá thành cho sản phẩm và làm tăng tiến độ thi công của dự án Tuy nhiên dự án này cấp tỉnh và mới dừng lại ở quy mô đường giao thông nông thông, chưa sử dụng trong đường cấp cao hơn;

Qua những nghiên cứu và ứng dụng khác nhau của các loại cát nhiễm mặn

đã được các nhà khoa học trong nước bước đầu nghiên cứu cho thấy tiềm năng

to lớn trong việc sử dụng các loại vật liệu này trong ngành xây dựng Tuy nhiên các nghiên cứu hiện nay ở Việt Nam cũng chưa được nhiều và đầy đủ các cơ sở khoa học để có thể ứng dụng được loại vật liệu này trong thực tiễn một cách có

hệ thống và yên tâm về các yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng trong bê tông Vì vậy cần có thêm nhiều nghiên cứu thêm trong nước để có thể nghiên cứu đầy đủ và đưa ra được công nghệ, quy trình trong việc sử dụng vật liệu cát nhiễm mặn ứng dụng trong xây dựng công trình đặc biệt là nghiên cứu các tác động của môi trường đến sự suy thoái chất lượng do sử dụng cát nhiễm mặn cũng như tác động của kết cấu dùng cát nhiễm mặn đến môi trường

Nhận xét:

Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông từ đá là cốt liệu chính đã có nhiều và

là bê tông truyền thống ở Việt Nam cũng như trên thế giới Việc sử dụng đồng thời cát mịn và tro bay trong thành phần của bê tông cát được coi là giải pháp hữu ích cho việc sản xuất các cấu kiện bê tông nói chung và cấu kiện bê tông lát đường nói riêng

1.4 Khả năng áp dụng bê tông tự chèn cường độ cao ở Việt Nam

Sử dụng ở Việt Nam: Cảng Cái Mép – Thị Vải, cảng Đình Vũ, các đường phố nhỏ, đường nội bộ, các đường đi bộ Các sản phẩm ở Việt Nam hiện nay

chủ yếu được sử dụng từ nguồn nguyên liệu là đá mạt, xi măng chưa đề cập nhiều đến việc sử dụng cát mịn cũng như tro bay trong thành phần của bê tông

tự chèn

có thể làm cả mặt đường lát thay cho mặt đường lát đá truyền thống thường làm

Bê tông xi măng làm gạch tự chèn có thể sử dụng một số nguyên liệu thay thế cho nguyên liệu truyền thống như cát mịn, tro bay Tro bay có thể thay thế lên tới 70% khối lượng xi măng trong thành phần của bê tông, do đó góp phần quan trọng trong việc giảm lượng xi măng, giảm đáng kể lượng khí thải CO2 do quá trình sản xuất xi măng Hơn nữa, thay thế một phần xi măng bằng tro bay sẽ làm giảm đi lượng dùng xi măng nên dẫn đến làm giảm nhiệt thủy hóa và giá vật liệu tro bay rẻ hơn giá xi măng nên sẽ làm giảm giá thành của bê tông

Trong chương này sẽ trình bày nghiên cứu về vật liệu để chế tạo bê tông tự chèn sử dụng: cát mịn, cát nghiền, xi măng, tro bay, nước và phụ gia siêu dẻo;

bê tông sử dụng chất thay thế chất kết dính là tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ

Với nghiên cứu này các mẫu được chế tạo bao gồm: các mẫu đối chứng và mẫu thay thế cát mịn so với cốt liệu trong bê tông gạch tự chèn là 50, 75, 100 % Phương pháp nghiên cứu trong đề tài là phương pháp lý thyết kết hợp với thực nghiệm Thiết kế thành phần bê tông cát mịn được sử dụng là phương pháp thiết

kế theo tiêu chuẩn ACI 211.1 và có hiệu chỉnh thành phần khi thay đổi tỷ lệ tro bay

Các tiêu chuẩn áp dụng trong nghiên cứu:

- TCVN 7572:2006 và TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa

- TCVN 6260: 2009 Tiêu chuẩn xi măng Pooc lăng hỗn hợp

- ASTM C168:99 Standard Specification for Coal Fly Ash anh Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete

- ASTM C494 Standard Specification for Chemical Admixturé for Concrete

- ACI 211.1-91 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông nặng và bê tông khối lớn theo Viện bê tông Mỹ

- TCVN 3105 – 93: Tiêu chuẩn chế tạo mẫu và bảo dưỡng mẫu thử trong phòng thí nghiệm

- TCVN 3118-1993: Phương pháp xác định cường độ chịu nén cho bê tông

- TCVN 3120-1993: Phương pháp xác định cường độ chịu ép chẻ cho bê tông

- TCXDVN 354 – 2005: Bê tông nặng – phương pháp xác định hàm lượng sunphate trong bê tông

- ASTM C88: Standard Test Method for soundness of Agfregates by Use of sodium Sulfate or Magnesium Sulfate

- ASTM C1202: Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration;

- Và một số tài liệu tham khảo khác

2.2 Các yêu cầu chung về vật liệu đƣợc sử dụng trong bê tông xi măng tự

Cát sử dụng trong bê tông là hỗn hợp 2 loại cát: cát mịn tự nhiên (Miền Tây)

và cát nghiền Đồng Nai Cốt liệu nhỏ có tác dụng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá dăm) đồng thời làm tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông

 x100 Trong đó: mi: Khối lượng phần còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng i, g;

m : Tổng khối lượng mẫu thử, g

Lượng sót tích lũy của cốt liệu nhỏ trên sàng kích thước mắt sàng i tính theo công thức:

Ai=ai+……… +a2.5

Trong đó: ai: Lượng sót riêng trên sàng có kích thước mắt sàng i, %;

a2.5: Lượng sót trên sàng có kích thước mắt sàng 2.5, %

Xác định khối lượng riêng ở trạng thái bão hòa khô mặt của cát

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-4:2006

- Trình tự thí nghiệm:

Lấy 0.5kg cát đã bỏ cỡ hạt lớn hơn 5mm và gạn rửa loại bỏ cỡ hạt nhỏ hơn 140µm Các mẫu được ngâmvào nước trong khoảng 24±4h ở nhiệt độ 27±20

C Trong thời gian ngâm mẫu cứ khoảng 1-2h khuấy nhẹ cốt liệu lần để loại bọt khí bám trên bề mặt cốt liệu

Gạn nước khỏi thùng ngâm mẫu hoặc đổ mẫu vào sàng 140µm Rải cốt liệu lên khay và phơi khô Trong thời gian chờ cốt liệu khô, thỉnh thoảng thử độ ẩm cốt liệu bằng côn thử theo trình tự sau: đặt côn thử trên nền phẳng nhẵn không thấm nước Đổ đầy cốt liệu qua phễu thử, dùng que chọc đầm nhẹ 25 lần trong thời gian chọc thì đổ cốt liệu vào Nhấc nhẹ côn và so sánh với hình dạng nếu như hình tiêu chuẩn thì cát đã đạt đến trạng thái bão hòa khô bề mặt Ngay sau khi làm khô bề mặt, cân mẫu và ghi m1 Từ từ đổ mẫu vào bình thử Đổ thêm nước xoáy và lắc để bót khí không còn đọng lại Đổ thêm nước đầy bình, đặt nhẹ tấm kính lên miệng bình đảm bảo bọt khí không đọng lại trên bề mặt

Dùng khăn lau khô bề mặt ngoài bình, cân bình + mẫu + nước + tấm kính, ghi lại m2

Đổ nước và mẫu trong bình qua sàng 140µm, tráng sạch bình đến khi không còn mẫu đọng lại Đổ đầy nước vào bình lặp lại thí nghiệm, lau khô và cân bình + nước + tấm kính, ghi lại m3

Sấy mẫu đến khi khối lượng không đổi và cân ghi lại m4

- Công thức xác định khối lượng riêng của cốt liệu:

m2: khối lượng bình + nước + mẫu + tấm kính, g;

m3 : khối lượng bình + nước + tấm kính, g;

m4: khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, g;

Xác định khối lượng thể tích xốp của cát

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-6:2006

- Trình tự tiến hành thí nghiệm:

Cát được sấy đến khối lượng không đổi rồi sàng qua sàng 5mm Cát thử được

đổ đầy phễu chứa, đặt thùng đong dưới cửa quay, miệng thùng cách cửa quay 100mm, xoay cửa cho vật liệu rơi xuống cho tới khi có ngọn dùng thanh gỗ gạt bằng rồi đem cân

- Công thức xác định khối lượng thể tích xốp được tính theo công thức:

Trong đó: m1: Khối lượng thùng đong, (kg)

m2: Khối lượng thùng đong có chứa cát, (kg)

V : Thể tích thùng đong, (m3

)

Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét với cát

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-8:2006

- Trình tự thí nghiệm:

Cân 1000g mẫu cát đã được sấy khô, cho vào thùng và đổ nước sạch vào cho tới khi chiều cao lớp nước nằm trên mẫu khoảng 200mm, ngâm trong 2h, thỉnh thoảng khuấy đều 1 lần

Khuấy mạnh 1 lần cuối rồi để yên trong 2 phút, sau đó gạt nước đục ra và chỉ

để lại trên mẫu 1 lớp nước khoảng 30 mm Đổ nước vào rửa mẫu theo quy trình trên cho đến khi nước gạn ra không còn vẩn đục nữa

- Công thức tính toán hàm lượng bùn sét:

1

c

m m S

m



Trong đó: m: Khối lượng của mẫu khô trước khi rửa, g;

m1: Khối lượng mẫu khô sau khi rửa, g;

Cát nghiền Đồng Nai có: mô đun độ lớn Mk=3.91; khối lượng riêng 2.697 (g/cm3); khối lượng thể tích đổ đống là 1.489 (g/cm3), độ rỗng của cát là 44.79%; lượng bụi bùn sét là 0.00%

Cát mịn miền Tây có: mô đun độ lớn Mk=1.28; khối lượng riêng 2.634 (g/cm3); khối lượng thể tích đổ đống là 1.305 (g/cm3), độ rỗng của cát là 50.46%; lượng bụi bùn sét là 2.53%

2.2.2 Xi măng

Xi măng sử dụng để chế tạo bê tông tự chèn cũng như xi măng dùng chế tạo

bê tông truyền thống Lựa chọn xi măng dựa trên cường độ của nó, hoạt tính chất thủy lực, ảnh hưởng do tác động của môi trường Hiện nay ở Việt nam chủ yếu sản suất xi măng pooc lăng hỗn hợp (PCB) Vì vậy thành phần phụ gia khoáng trộn vào trong xi măng cũng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của bê tông

Xi măng của Mỹ và Canada theo tiêu chuẩn ASTM C150 về xi măng Pooc

lăng có 5 loại xi măng như sau:

+ Loại I: xi măng tiêu chuẩn

+ Loại II: xi măng bền sulphate và nhiệt thủy hóa trung bình

+ Loại III: xi măng cường độ sớm cao

+ Loại IV: xi măng nhiệt thủy hóa thấp

+ Loại V: xi măng bền sulphate

Và theo ASTM C 595 cho xi măng Pooc lăng hỗn hợp (PCB)

Trong phạm vi nghiên cứu, loại xi măng sử dụng là Ximăng PCB40 Sài Gòn theo TCVN 6260-2009 có các chỉ tiêu kỹ thuật của loại xi măng dùng trong nghiên cứu được ghi trong bảng kết quả dưới đây

Ximăng PCB40 Sài Gòn có khối lượng riêng là 2,93g/cm3, có tỷ diện tích bề mặt đạt 3850 (cm2/g) và có thành phần hóa học và khoáng vật ghi trong Bảng 2.1 và Bảng 2.2

Xi măng sử dụng trong nghiên cứu này tương đương phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 6260: 2009 và ASTM C595

H nh 2.2 Ximăng PCB40 Sài Gòn 2.2.3 Tro bay

Phụ gia khoáng trong bê tông xi măng ngoài khả năng điền đầy và tham gia thành phần cốt liệu trong bê tông, còn có thể phản ứng với Ca(OH)2 để tạo ra C-S-H tăng pha đặc cho bê tông xi măng Phụ gia khoáng dùng trong nghiên cứu là tro bay

Tro bay là sản phẩm đốt than bột, thu được bằng phương pháp tĩnh điện hoặc

cơ học từ khí bay ra ở nhà máy nhiệt điện Đây là một loại puzơlan nhân tạo khá phổ biến hiện nay Hạt tro bay có dạng hình cầu, nên sẽ giảm được lượng nước nhào trộn, ngoài ra các hạt tro bay có kích thước khá nhỏ, đường kính hạt trung bình nằm trong khoảng 1-100µm, diện tích bề mặt trung bình khoảng 250-600m2/kg Việc đánh giá độ mịn của tro bay bằng phương pháp đo diện tích bề mặt riêng không có độ chính xác cao, vì các hạt tro bay có dạng hình cầu nên sắp xếp chặt chẽ hơn các loại puzơlan khác và ngăn cản luồng khí đi qua tốt hơn Vì vậy, sự thoát khí qua khối tro bay không phản ứng đúng độ mịn của nó Tro bay có thành phần chủ yếu là SiO2 sản xuất từ việc đốt than chứa bitum được gọi là tro bay loại F, còn tro bay có hàm lượng CaO cao (có thể lên tới

24%) hình thành từ việc đốt than linhit được gọi là tro bay loại C Hoạt tính của tro bay loại F tốt hơn, nhưng cần phải quan tâm đến độ mịn và hàm lương của than chưa cháy hết trong tro bay Các hạt cacbon trong tro bay sẽ làm tro bay thô hơn và có màu thẫm hơn Tiêu chuẩn Anh (BS3892-Phần 1- 1993) quy định lượng sót sàng 45µm không quá 12% Trong tro bay loại C, một phần SiO2 và

Al2O3 đã kết hợp với vôi nên không còn nhiều để tác dụng với hàm lượng Ca(OH)2 tự do tạo thành khi xi măng thủy hóa Mặt khác tro bay loại C cũng nhạy cảm với nhiệt độ trong bê tông khối lớn, nên khi nhiệt độ tăng lên, chưa chắc cường độ sẽ tăng lên Tiêu chuẩn Mỹ ASTM C618 quy định hàm lượng than chưa cháy biểu thị bằng lượng mất khi nung (MKN) không vượt quá 6%, nhưng cũng có thể lên đến 12% nếu qua thí nghiệm thấy rằng tro bay vẫn có thể dùng được

Trong nghiên cứu chọn tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ để nghiên cứu Bê tông có

sử dụng tro bay có ưu điểm trong việc hạn chế nhiệt thủy hóa do giảm lượng dùng xi măng, nhiệt thủy hóa trong xi măng sử dụng tro bay tỷ lệ nghịch với hàm lượng tro bay Chính nhờ ưu điểm này mà nhiều nước đã sử dụng tro bay

để sản xuất xi măng ít tỏa nhiệt sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn Tro bay có độ mịn lớn hơn so với độ mịn của xi măng Trong thành phần cấp phối hạt có 60% các hạt có kích thước khoảng 10 m, các cỡ hạt có kích thước lớn hơn 30 m chiếm khoảng 5%

Bảng 2.3 - Thành ph n h h tro b y Nhiệt Điện Phú Mỹ

Al 2 O 3 (%)

CaO (%)

MgO (%)

MnO (%)

TiO 2 (%)

K 2 O (%)

Na 2 O (%)

SO 3 (%)

Cl- (%) 8,8 54,20 5,80 22,3 1,5 0,5 0.67 0.15 4,22 0,52 0.20 0,001

Bảng 2.4 - Thành ph n hạt ủ tro b y Nhiệt Điện Phú Mỹ

Mẫu tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ được kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật quy định trong tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 Kết quả thí nghiệm được trình bày ở Bảng 2.3 và Bảng 2.4 Từ kết quả thí nghiệm trên, mẫu tro bay đã tuyển có chỉ số hoạt tính cường độ ở mức cao, các chỉ tiêu chất lượng phù hợp với quy định trong tiêu chuẩn ASTM C618 đạt loại F hoặc theo tiêu chuẩn châu Âu đạt loại B

2.2.4 Phụ gia h a học

Việc sử dụng các loại phụ gia hóa học (phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo) trong bê tông tự chèn sử dụng cát mịn giống như trong bê tông truyền thống là để khai thác các tính chất của nó, nhằm cải thiện tính công tác, thường gặp nhất là tăng cường độ sau khi giảm lượng nước và sự tách ra của các hạt mịn

Sự lựa chọn loại và hàm lượng phụ gia cần xem xét trong phòng thí nghiệm

Nghiên cứu kiến nghị sử dụng loại phụ gia Viscorete V-3000-10 là chất siêu

dẻo gốc polyme; được dùng cho bê tông với liều lượng 0,8 ÷ 1,5 lít cho 100 kg

xi măng, chế tạo phù hợp với tiêu chuẩn ASTM 494 loại G, có khả năng giảm nước cao, thường được dùng trong bê tông cường độ cao, giữ độ sụt sau 90phút, không chứa các clorua và các chất gây ăn mòn; khối lượng thể tích 1,04-1,07; độ

pH 3,8-5,7

2.2.5 Nước

Nước dùng theo nước dùng trong bê tông xi măng thường Nước đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn nước cho bê tông và vữa xây dựng TCVN 4506-2012

2.3 Thiết kế thành phần của bê tông tự chèn sử dụng cát mịn

Thành phần chính của bê tông tự chèn sử dụng cát mịn bao gồm: cát đóng vai trò là cốt liệu chính; xi măng, tro bay, nước, và các phụ gia đóng vai trò là chất kết dính Tỷ lệ hợp lý của hỗn hợp vật liệu quyết định tính chất của bê tông tự chèn làm gạch

Thiết kế thành phần bê tông không những dựa vào đặc tính vật liệu, đặc tính của hỗn hợp bê tông xi măng, mà còn cần dựa vào kinh nghiệm thi công bê tông Thậm chí thành phần bê tông trong phòng thí nghiệm cần sửa đổi và điều chỉnh lại cho phù hợp với điều kiện công trường Người thiết kế kết cấu bê tông cần quy định cường độ thực tế tối thiểu; và kỹ sư công nghệ bê tông thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông phải biết các vật liệu, điều kiện công trình ở trạng thái hở, tiêu chuẩn giám sát ở công trường để đạt được cường độ thực tế tối thiểu này và

độ bền Hơn nữa kỹ sư công trường yêu cầu phải chế tạo bê tông ở công trường, bám sát các thông số dự báo của người thiết kế để đạt được cường độ thực tế tối thiểu do người thiết kế quy định Một vài trường hợp kỹ sư công trường được yêu cầu thay đổi một ít thành phần của hỗn hợp bê tông do người thiết kế đề xuất

Thiết kế thành phần bê tông được định nghĩa là quá trình lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý và xác định tỷ lệ thành phần để được một sản phẩm bê tông đạt được cường độ thực tế tối thiểu, độ bền cũng như giá thành hợp lý

Bê tông giống hầu hết các vật liệu khác trong xây dựng, phải tính toán cả sự thay đổi vật liệu cũng như các công nghệ của nó Vì vậy cần một số lượng lớn thí nghiệm phá hoại mẫu để đánh giá cường độ cuối cùng của sản phẩm và chúng ta phải sử dụng đến các mẫu thí nghiệm Mục đích công tác điều chỉnh chất lượng là hạn chế bớt sự thay đổi cũng như phải làm nhiều thí nghiệm Điều chỉnh bằng phương pháp thống kê, giúp cho các nhà nghiên cứu khoa học và kỹ

sư thiết kế bê tông nắm được các thay đổi thực tế vật liệu cũng như đặt ra các tiêu chuẩn thiết kế phù hợp với các mức độ sai lệch cho các thay đổi bất khả kháng Các thông số chấp nhận đươc dựa trên đánh giá thống kê từ các kết quả thí nghiệm mẫu ngẫu nhiên trong quá trình thực hiện Nếu có một kế hoạch thí nghiệm tốt thì có thể điều chỉnh được các rủi ro thực tế

(a) Cường độ tối thiểu

Cường độ tối thiểu là cường độ do người thiết kế định ra tối thiểu cho sức chịu tải công trình Đây là giá trị được sử dụng để quy định cấp hoặc mác bê tông theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành

(b) Cường độ trung bình

Giá trị cường độ trung bình bằng tổng giá trị cường độ thí nghiệm chia cho số kết quả thử nghiệm (một kết quả thử nghiệm là giá trị nhận được từ 2 hoặc 3 mẫu thử):

(c) Giá trị sai khác: Đây là giá trị sai khác giữa kết quả thí nghiệm nào đó so

với giá trị trung bình: x -x

(d) Độ lệch chuẩn thực nghiệm: Độ lệch chuẩn thực nghiệm được lấy từ tổng

các tổng bình phương các giá trị trung bình Được ký hiệu là s hay 

Giá trị tính như sau:

) (

n : số kết quả thí nghiệm xác định cường độ;

xi: Giá trị đo thực của kết quả thí nghiệm;

x : giá trị trung bình số học

Độ lệch chuẩn tăng nếu như giá trị sai khác tăng lên Các tính chất của đường cong phân bố là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn Độ trải dài đường cong theo phương ngang đó là độ lệch chuẩn còn theo phương đứng của đường cong là giá trị trung bình

(e) Hệ số biến động (hệ số phân tán): đó là một cách khác để chỉ trị số thay

đổi kết quả Giá trị này không đo được, mà được xác định bằng độ lệch chuẩn chia cho giá trị trung bình số học các kết quả

Khi thiết kế hỗn hợp bê tông, cường độ thiết kế được đưa ra cao hơn đáng kể

so với cường độ tối thiểu quy định do kỹ sư kết cấu Cường độ thiết kế đưa ra phụ thuộc vào sự kiểm soát chất lượng tại thời điểm chế tạo bê tông

Giá trị độ lệch chuẩn hoặc hệ số biến động có thể sử dụng để xác định cường

độ trung bình thiết kế của bê tông

Cường độ thiết kế theo độ lệch chuẩn được xác định như sau:

trong đó

Sav : Cường độ trung bình thiết kế;

Smin: Cường độ tối thiểu quy định;

 : Độ lệch chuẩn thực nghiệm của loại bê tông đã có kết quả thực nghiệm trước đó;

k: hằng số Himsworth phụ thuộc % các kết quả thấp hơn giá trị cường độ đặc trưng của bê tông Với 1% kết quả thấp hơn giá trị cường độ đặc trưng thì hằng số k =2,33, còn nếu 5% kết quả thấp giá trị cường độ đặc trưng thì hằng số lấy bằng k=1,64

Cường độ thiết kế theo hệ số biến dộng được tính như sau:

Sav =

100

1

min

v k

S

Trong đó v: hệ số biến động cường độ bê tông

Để đơn giản lấy cường độ của bê tông khi thiết kế là: R28 = 1,201,30 Rmin Thành phần bê tông được xác định trên cơ sở thành phần kinh nghiệm có sẵn ở công trường hoặc mẻ trộn thử tại phòng thí nghiệm Để đáp ứng là cường độ nén trung bình phải lớn hơn các yêu cầu về cường độ nén quy định, bê tông phải được xác định thành phần sao cho cường độ trung bình phải lớn hơn cường độ nén thiết kế quy định (Rb) một giá trị đủ lớn để xác suất của giá trị cường độ thấp hơn cường độ đặc trưng là nhỏ nhất

Thiết kế thành phần bê tông phổ biến thực hiện theo phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm Hai phương pháp chính được sử dụng là phương pháp ACI (Viện bê tông Hoa Kỳ) và phương pháp Bolomey Skramtaev.

2.3.1 Các yêu cầu thiết kế

Cường độ yêu cầu

Để thiết kế thành phần một loại bê tông có cường độ nén đặc trưng theo định nghĩa của các tiêu chuẩn ACI: fc’ (specified compressive strength) hoặc theo các tiêu chuẩn châu Âu cường độ đặc trưng fck (characteristic strength), người thiết

kế thường đưa ra một giá trị được gọi là cường độ yêu cầu fcr’ (hoặc còn gọi là cường độ mục tiêu), có nghĩa là trung bình của các kết quả thí nghiệm với số lượng mẫu thử đủ lớn đạt được một giá trị X ≥ fcr’ Có thể biểu diễn mối quan

hệ qua phân bố chuẩn hình 2.3

Cường độ trung bình kỳ vọng của bê tông xi măng thiết kế phải đạt được sao cho:

Trong đó:

S: độ lệch chuẩn thực nghiệm của các kết quả cường độ trước đó

k: hằng số Himsworth phụ thuộc % kết quả thấp hơn cường độ đặc trưng fc’ được chọn ở bảng 2.6

Hình 2.3 - Mối qu n hệ giữ ng ộ ặ tr ng và ng ộ trung bình y u u Bảng 2.6 - Xá suất li n qu n n giá trị

% kết quả thí nghiệm

nằm trong vùng ± kS

% kết quả thí nghiệm thấp hơn giá trị mong đợi f c ’ Hằng số k

kế kỹ sư vật liệu cần căn cứ vào phương pháp thống kê để xác định được cường

độ yêu cầu fcr’ Khi có đủ từ 30 kết quả thí nghiệm (test result) cường độ của

một loại bê tông tương tự cùng điều kiện mong đợi, tiến hành tính độ lệch chuẩn

s như sau:

1

) (

n

i i

(2.6) Trong đó:

Xi cường độ của một thí nghiệm (thường dùng trung bình của hai hoặc ba mẫu) X: Cường độ trung bình số học của n kết quả thí nghiệm

n: số kết quả thí nghiệm được ghi lại liên tiếp

Khi có tổng hai nhóm kết quả thí nghiệm cường độ đạt ≥30 kết quả thí nghiệm thì tính độ lệch chuẩn tương tự như trên nhưng bậc tự do được giảm đi là 2 (tức n-2)

Khi không tính được độ lệch chuẩn thực nghiệm () có thể tính toán cường độ yêu cầu của bê tông để làm căn cứ lựa chọn thành phần bê tông hoặc quy định

độ lệch chuẩn để đạt được từ mức chấp nhận trở lên

Bảng 2.7 - Mối qu n hệ giữ ng ộ ặ tr ng và ng ộ y u u

fc’ fcr’ (ACI 318) fcr’ với mức  vừa phải (ACI 214) và tỷ

lệ kết quả thí nghiệm thấp hơn fc’ là 5%

fc’≤21Mpa fc’ + 6,9 MPa

fc’+1,64 = fc’+6,7 MPa

fc’≤35MPa fc’ + 8,3 MPa

fc’>35MPa 1,1fc’ + 4,8MPa fc’+1,64 = fc’+9,02 MPa

Cường độ yêu cầu là một trị số rất quan trọng cho việc lựa chọn thành phần cho bê tông xi măng vì vậy để tương tự mức chất lượng quy định theo tiêu chuẩn Việt nam (mức α=0,10 tức có 5% kết quả thí nghiệm thấp hơn cường độ đặc trưng) khi thiết kế thành phần bê tông tự chèn sử dụng cát mịn chọn mức chất lượng chọn mức 5% làm căn cứ tính toán

Các yêu cầu khác

Bê tông xi măng sau khi trộn (bê tông tươi) phải đạt độ sụt để có thể thi công được tùy theo yêu cầu sử dụng Ở đây bê tông xi măng dùng để làm gạch tự chèn yêu cầu độ sụt để có thể thi công được: 2÷1cm

Ngoài ra còn yêu cầu đạt khả năng chống thắm, độ hút nước, độ mài mòn để

bê tông sản xuất gạch tự chèn đảm bảo khả năng làm việc trong xây dựng cơ sở

kế thành phần bê tông xi măng có sử dụng cát mịn làm gạch tự chèn cho 4 trường hợp: không sử dụng cát mịn, thay thế 50% cát mịn, thay thế 75% cát mịn

và thay thế 100% cát mịn

Thiết kế thành phần bê tông theo phương pháp C 211.1-91

Để xác định thành phần cấp phối cho các mẫu bê tông trong quá trình nghiên cứu, đề tài đã tham khảo phương pháp ACI211.1-91 Cách tính thành phần bê tông theo báo cáo này rất đơn giản Tỉ lệ N/X đơn thuần được tra theo bảng Có bảng tra lượng nước trộn theo kích thước cốt liệu lớn nhất và độ sụt bê tông khi chưa có phụ gia siêu dẻo Bảng tra này mở ra một xu hướng thay đổi hàm lượng phụ gia thay cho thay đổi lượng nước như bê tông thông thường để điều chỉ độ sụt theo mong muốn

Bước 1: Chọn độ sụt SN

Độ sụt ban đầu của bê tông được chọn dựa theo cấu tạo của cấu kiện và phương pháp thi công theo phương pháp tra bảng 6.3.1 – ACI 211-91 Ở đây ta chọn độ sụt ban đầu SN=2±1cm để đảm bảo khả năng thi công sản xuất gạch bê tông ứng với công nghệ hiện hữu Độ sụt mong muốn đạt được bằng cách điều chỉnh phụ gia thông qua các mẻ trộn thử