đặt vấn đề Từ trước đến nay, vật liệu dùng để chế tạo bê tông xi măng trong công tác xây dựng dân dụng cũng như xây dựng cầu đường thường dùng cát vàng có thành phần hạt được khống chế,
Trang 1bước đầu nghiên cứu sử dụng cát biển
nam bộ lμm bê tông xi măng
ThS Lê văn bách
Liên Bộ môn Công trình Cơ sở II - Trường Đại học GTVT
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy tình hình cát biển Nam Bộ vμ một số kết quả nghiên cứu bước
đầu về sử dụng cát biển Nam Bộ lμm bê tông xi măng
Summary: The Southern sea sand situation and the initial research on using Southern sea sand to manufacture cement concrete were presented in this
i đặt vấn đề
Từ trước đến nay, vật liệu dùng để chế tạo bê tông xi măng trong công tác xây dựng dân dụng cũng như xây dựng cầu đường thường dùng cát vàng có thành phần hạt được khống chế, nhưng do nhu cầu xây dựng ngày càng phát triển, nguồn cát vàng ngày càng khan hiếm, việc khai thác cát vàng không theo quy hoạch làm cho nguồn cát vàng đang ngày càng cạn kiệt, làm
ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái Trong khi nguồn cát mịn biển lại đang rất dồi dào, chưa được sử dụng Vì vậy việc nghiên cứu sử dụng cát mịn biển vào chế tạo bê tông xi măng trong xây dựng là rất cần thiết Hiện nay, bê tông được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng công trình ở nước ta cũng như trên thế giới Tuy mang nhiều tính ưu việt, nhưng bê tông là sản phẩm do nhiều vật liệu không đồng nhất tạo ra, do đó cho đến nay việc dùng vật liệu để chế tạo bê tông xi măng vẫn còn nhiều vấn đề cần phải đi sâu và tiếp tục nghiên cứu
Hiện nay, các tỉnh vùng Nam Bộ rất khan hiếm vật liệu cát đạt yêu cầu quy chuẩn về xây dựng Ngoài ra việc phát triển hệ thống đường sá phục vụ phát triển kinh tế của các tỉnh Nam
Bộ đang đặt ra những yêu cầu cấp thiết do đặc thù địa lý khu vực Thực tế xây dựng đường cho thấy việc dùng bê tông xi măng để xây dựng móng mặt đường ở khu vực này là một giải pháp kỹ thuật có hiệu quả
Đối với các tỉnh Nam Bộ rất hiếm cát vàng xây dựng, cát đá nhiều khi phải vận chuyển hàng trăm km đến nơi tiêu thụ, giá thành cao Trong khi đó với bờ biển và đảo trải dài có sẵn hàng triệu mét khối cát biển loại cát mịn và mặn mà cho đến nay người ta chưa hề dùng để chế tạo bê tông xi măng Vấn đề đạt ra là liệu có thể dùng loại cát mịn biển này như là một loại vật liệu tại chỗ dồi dào để chế tạo bê tông xi măng hạ giá thành xây dựng? Nếu dùng cát biển để chế tạo bê tông xi măng thì sự ảnh hưởng biểu kiến qua một số chỉ tiêu cơ lý của bê tông xi măng như thế nào? Và có thể sử dụng hạn chế ra sao?… Một vấn đề nữa được đặt ra là hiện nay để xây dựng một số công trình có sử dụng bê tông xi măng trên các đảo, do các đặc điểm như đã phân tích, các loại vật liệu phải chở từ đất liền ra đảo tăng lên rất cao
Trang 2Hiện nay các nghiên cứu về sử dụng cát biển để làm bê tông xi măng dùng trong xây dựng trong nước cũng như trên thế giới đều đã thấy có khả năng sử dụng cát biển để chế tạo bê tông
xi măng, tuy nhiên số lượng không nhiều và thiếu hệ thống ở Việt Nam trên thực tế chưa có trường hợp nào được chính thức sử dụng cát biển làm bê tông xi măng
Trên cơ sở đó, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng sử dụng cát biển ở các tỉnh Nam Bộ (mà chủ yếu là tỉnh Bình Thuận và Bà Rịa - Vũng tàu) như là các loại vật liệu tại chỗ dồi dào để chế tạo bê tông xi măng làm móng mặt đường ôtô và các công trình phòng hộ ven biển Bước đầu nghiên cứu bằng thực nghiệm xác định mức độ ảnh hưởng của cát biển đến một số chỉ tiêu chính của bê tông xi măng như khả năng kháng nén, sự tăng trưởng cường độ…
ii một số chỉ tiêu kỹ thuật của cát biển nam bộ
Quá trình thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Giao thông Vận tải cơ sở II và Trung tâm kỹ thuật đường bộ thuộc Khu quản lý đường bộ 7
Các thí nghiệm tiến hành với cát biển Mũi Né (Bình Thuận), cát biển Vũng Tàu và cát vàng thông thường của sông Đồng Nai Các thí nghiệm về cát xây dựng theo TCVN bao gồm:
- Thí nghiệm xác định thành phần hạt và mô đun độ lớn của cát (TCVN 342 - 86)
- Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cát (TCVN 339 - 86)
- Thí nghiệm xác định độ ẩm của cát (TCVN 341 - 86)
- Thí nghiệm xác định hàm lượng sét có trong cát (TCVN 334 - 86)
- Thí nghiệm xác định hàm lượng mi ca có trong cát (TCVN 4376 - 86)
- Thí nghiệm xác định hàm lượng chung bụi, bùn, sét có trong cát (TCVN 343 - 86)
- Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích và độ xốp (TCVN 340 - 86)
- Thí nghiệm xác định tổng lượng muối trong cát mịn biển (22TCN 61 - 84)
Sau đây là thống kê kết quả thí nghiệm được theo bảng 1
Bảng 1 Các chỉ tiêu cơ bản của cát vμng thông thường
cát biển Vũng Tμu vμ cát biển Bình Thuận
thông thường
Cát biển Vũng Tàu
Cát biển Bình Thuận
6 Hàm lượng bụi, bùn, sét, % 1,247 0,457 0,670
Trang 3III nghiên cứu thực nghiệm xác định một số chỉ tiêu về cường độ của bê tông xi măng dùng cát biển nam bộ
1 Mục đích
Đúc mẫu, xác định cường độ chịu nén và cường độ kéo uốn, sự tăng trưởng cường độ của
bê tông xi măng ứng với các loại cát khác nhau
2 Cốt liệu
- Đá dăm được khai thác ở Hoá An
- Cát biển: lấy tại bãi biển Mũi Né – Phan Thiết và Vũng Tàu
- Cát vàng sông Đồng Nai
Cát, đá được thí nghiệm trong phòng để xác định cường độ, thành phần hạt, lượng bụi bẩn, hàm lượng mi ca, hàm lượng muối trong cát biển…
3 Nước
Dùng nước máy thông thường
4 Xi măng
Dùng xi măng Hà Tiên PC30
5 Thành phần hỗn hợp bê tông xi măng
Được xác định theo quy trình của Việt Nam Bao gồm các loại mác 250, 300 và 350
6 Tuổi mẫu
Mẫu được nén để xác định cường độ ứng với các loại ngày tuổi 2, 7, 14, 28, 45, 60, 90 và
180
7 Kích thước mẫu
Mẫu được chế bị với khuôn 7,07 trên bàn rung
8 Nhóm nghiên cứu
- Chỉ đạo chung: ThS Lê Văn Bách, Giảng viên Liên bộ môn Công trình cơ sở II - Đại học Giao thông Vận tải
- Các sinh viên thuộc lớp Cầu đường khoá 40 làm nghiên cứu khoa học: Phan Chí Cường, Bùi Quang Duy, Lê Đức Công và Nguyễn Hoài ân
9 Thời gian và địa điểm thực hiện
Từ tháng 5/2002 đến tháng 4/2003 tại phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng của Trường Đại học Giao thông Vận tải cơ sở II
10 Kết quả thí nghiệm
Từ kết quả thí nghiệm, tiến hành xử lý số liệu và tính toán cường độ của bê tông xi măng dùng các loại cát và cho các loại mác khác nhau theo các ngày tuổi (bao gồm từ 3 đến 180 ngày tuổi) (Xem bảng tổng hợp cường độ BTXM sau khi chuyển đổi về mẫu chuẩn – bảng 2)
Trang 4Bảng 2 Bảng tổng hợp cường độ BTXM sau khi chuyển đổi về mẫu chuẩn cho các loại mác
Cường độ của BTXM, R (kg/cm 2 ) M.250 M.300 M.350 Ngày tuổi
(Ngày) Cát
vàng
Cát đỏ Cát
trắng
Cát vàng
Cát đỏ Cát
trắng
Cát vàng
Cát đỏ Cát
trắng
0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
3 167.58 197.15 196.68 186.23 202.42 201.23 216.25 227.21 226.15
7 185.78 211.55 212.02 213.46 227.24 228.45 240.58 254.45 253.55
14 219.73 223.11 222.26 241.48 256.14 256.10 285.14 296.01 296.45
28 252.24 231.12 230.48 286.47 282.75 281.88 339.25 339.45 340.02
45 258.45 233.95 234.22 306.23 297.41 296.42 363.86 347.48 347.87
60 259.00 237.24 236.12 314.16 300.36 300.28 371.12 349.55 349.42
90 261.02 238.45 236.85 316.02 301.43 301.12 372.92 351.11 350.02
180 261.03 239.55 237.89 316.30 302.71 301.18 373.42 351.83 351.44
ở những ngày đầu thì cường độ của bê tông làm bằng cát biển tăng lên khá nhanh (ví dụ với
mẫu M.300 thì ở tuổi 7 ngày, cường độ kháng nén của bê tông dùng cát vàng, cát đỏ và cát trắng
lần lượt là 213.46, 227.24 và 228.45 kg/cm2 - bảng 2) nhưng càng về sau thì cường độ kháng nén
của bê tông xi măng dùng cát đỏ và cát trắng tăng rất chậm, điều này thì ngược lại với cát vàng
Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về sự hình thành cường độ của bê tông xi măng, hàm
lượng muối đóng vai trò là chất xúc tác làm tăng nhanh thời gian ninh kết của bê tông
ở những ngày tuổi tiếp theo (sau 28 ngày) thì cường độ của bê tông làm bằng cát vàng sẽ
lớn hơn cường độ của bê tông làm bằng cát đỏ và trắng, càng về sau thì cường độ của bê tông
càng ổn định Ví dụ với M.300 sau 45 ngày tuổi thì cường độ của bê tông làm bằng cát vàng, cát
đỏ và cát trắng lần lượt là 306.23, 297.41 và 296.42 kg/cm2
Đến 180 ngày tuổi thì cường độ của bê tông làm bằng cát vàng sẽ lớn hơn cường độ bê
tông làm bằng cát đỏ và cát trắng lần lượt là 13.59% và 15.12% với M.300 Còn cường độ của
bê tông dùng cát đỏ và cát trắng không sai khác nhau nhiều (1.53%) (xem bảng 2.)
Kết luận: Với bê tông được làm bằng cát đỏ và cát vàng thì cường độ của nó trong thời gian
đầu vừa mới chế tạo (khoảng từ trước 20 ngày tuổi) sẽ tăng rất nhanh, sau đó cường độ phát
triển chậm lại và đến một thời gian nào đó sẽ phát triển không đáng kể
Sau thời gian 28 ngày và những ngày tiếp theo thì cường độ của bê tông làm bằng cát vàng
sẽ cao hơn cường độ của bê tông làmbằng cát đỏ khoảng từ 10 – 15%
Xác định cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng
Thí nghiệm cho bê tông xi măng dùng 3 loại cát khác nhau: cát vàng sông Đồng Nai, cát
đỏ biển Bình Thuận và cát trắng biển Vũng Tàu
Mác bê tông cần thí nghiệm: 250, 300 và 350
Mỗi tổ hợp là 3 mẫu Tuổi bê tông cần thí nghiệm: 28 ngày tuổi
Mẫu bê tông dùng để thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn là mẫu dầm 10 x 10 x 40 cm
Kết quả thí nghiệm: Sau khi xử lý số liệu và tính toán cường độ kéo uốn của bê tông xi
măng mác 250, 300 và 350 dùng các loại cát khác nhau sau 28 ngày tuổi, kết quả được trình
bày ở biểu đồ hình 1
Nhận xét: Sau 28 ngày tuổi thì cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông mác 250 khi dùng
cát trắng Vũng Tàu, cát đỏ Bình Thuận sẽ đạt được 88,9% và 92,9% so với cát vàng Đồng Nai;
còn với mác 300 và 350 lần lượt là 93,4%, 93,8% và 90,0%, 91,7% Như vậy, cũng giống như
cường độ kháng nén, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát trắng Vũng Tàu,
cát đỏ Bình Thuận sẽ thấp hơn cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông xi măng dùng cát vàng
Đồng Nai khoảng 10%
Trang 50 10 20 30 40
Hình 1 Biểu đồ cường độ kéo uốn của bê tông xi măng sau 28 ngμy tuổi
trong đó: 1, 2, 3 lần lượt lμ BTXM M.250, 300 vμ 350
VT – Vũng Tμu, BT – Bình Thuận, ĐN - Đμ Nẵng
iv kết luận
Các tỉnh Nam Bộ nói riêng và cả nước nói chung, các bãi biển, đảo và quần đảo chứa một lượng cát biển khổng lồ hầu như chưa được khai thác Đặc biệt là vùng bờ biển Nam Bộ rất hiếm nguồn cát vàng dùng cho xây dựng Do đó thành công bước đầu trong việc nghiên cứu sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng đã mở ra một tiềm năng to lớn cho ngành xây dựng, đặc biệt là xây dựng hạ tầng cơ sở như đường sá, các công trình phòng hộ ven biển…
Cát bờ biển, hải đảo ở Việt Nam có nhiều loại: cát vàng, cát đen, cát trắng, cát đỏ,… nhưng
do điều kiện hạn chế nên chúng tôi mới chỉ giới hạn nghiên cứu với cát đỏ ở vùng biển Mũi Né, Phan Thiết của tỉnh Bình Thuận và ở Vũng Tàu Kết quả cho thấy cát biển ở đây có mô đun độ lớn khá nhỏ bằng 0,933; hàm lượng bụi bẩn khá nhỏ từ 0,004 – 0,084%; hàm lượng muối cũng không nhiều (<1%) do các cồn cát cách xa bờ
Việc chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng đòi hỏi một khối lượng khổng lồ về cát Việc khan hiếm nguồn cát sạch trở nên một khó khăn to lớn trong quá trình vận chuyển và cung cấp vật liệu cho xây dựng Như vậy việc nghiên cứu sử dụng cát biển như là nguồn vật liệu tại chỗ để chế tạo bê tông xi măng là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn
Thực nghiệm đã cho thấy sau 28 ngày tuổi, cường độ của bê tông xi măng dùng cát biển
và cát vàng thông thường không chênh nhau nhiều (5 - 15%) Như vậy, kết quả thực nghiệm bước đầu đã cho phép khẳng định: có thể sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng không cốt thép Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp này là to lớn và rất có triển vọng
Tài liệu tham khảo
[1] Bộ giao thông vận tải – Tiêu chuẩn kỹ thuật công trình giao thông đường bộ, tập I và II Nhà xuất bản giao thông vận tải, năm 1998 - 1999
[2] Trần Tuấn Hiệp Báo cáo khoa học về sử dụng vật liệu địa phương vùng đồng bằng Nam Bộ làm
BTXM Đại học Giao thông Vận tải, 2000
[3] Lê Văn Bách Nghiên cứu sử dụng cát mịn biển Vũng Tàu làm BTXM trong xây dựng đường ôtô Luận
văn Thạc sỹ kỹ thuật - Đại học Giao thông Vận tải, 2000
[4] Hội nghị bê tông toàn Miền Bắc, 1985♦
