Đánh giá chất lượng các mỏ đá trên địa bàn tỉnh khánh hòa ảnh hưởng đến cường độ bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XUÂN HÒA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC MỎ ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH KHÁNH HÒA ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN XUÂN HÒA

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC MỎ ĐÁ TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH KHÁNH HÒA ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG HOÀI CHÍNH

Phản biện 1: GS.TS PHAN QUANG MINH

Phản biện 2: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp tại Trường Đại

học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 07 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học

Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Theo xu hướng phát triển ngành xây dựng hiện nay, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của vật liệu đến chất lượng công trình là không thể thiếu, một trong những yếu tố quan trọng là việc đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông Chất lượng của thành phần cốt liệu chủ yếu để sản xuất bê tông ảnh hưởng rất lớn đến cường độ bê tông, trong đó có đá dăm

Tỉnh Khánh Hòa là địa phương có nguồn đá phục vụ xây dựng dồi dào, chất lượng tốt và khá đồng đều Các nghiên cứu thực nghiệm quan hệ giữa chất lượng đá và cường độ

bê tông tại các địa phương ở Việt Nam còn hạn chế Để tạo điều kiện cho các nhà tư vấn thiết kế, các đơn vị thi công và các doanh nghiệp khai thác đá sử dụng hợp lý nguồn khoáng sản theo quy hoạch tổng thể của địa phương

Với những lý do trên, đề tài của luận văn “Đánh giá chất lượng các mỏ đá trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa ảnh hưởng đến cường độ bê tông” là một nghiên cứu định hướng thiết thực, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên, tạo điều kiện phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng, sử dụng hiệu quả nguồn đá xây dựng vào kết cấu bê tông trong hoạt động xây dựng

2 Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu thực nghiệm chất lượng đá của các mỏ đá trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa ảnh hưởng đến cường độ bê tông

3 Mục tiêu nghiên cứu:

- Biết được chất lượng đá của các mỏ trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa ảnh hưởng đến cường độ bê tông và rút ra nhận xét, kết luận

- Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá và sự ảnh hưởng đến cường độ của bê tông, để tính toán chất lượng các cấu kiện trong công trình xây dựng Nhằm phục vụ hoạt động thiết kế và thi công xây dựng tại tỉnh Khánh Hòa

- Hướng tới sử dụng tiết kiệm, hợp lý nguồn đá xây dựng tại địa phương

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

a Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu tính chất cơ lý của đá dăm tại 3 mỏ đá điển hình tại tỉnh Khánh Hòa (mỏ

đá Hòn Thị tại Diên Khánh, mỏ đá Bồ Đà tại Vạn Ninh, mỏ đá Núi Sầm tại thị xã Ninh hòa) ảnh hưởng đến cường độ bê tông

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến các chỉ

tiêu cơ lý của đá dăm và cường độ bê tông Các TCVN về vật liệu và bê tông

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và thí nghiệm thực nghiệm xác định cường độ của bê tông để thu thập số liệu, thống kê và đánh giá các kết quả đạt được

6 Cơ sở khoa học và thực tiễn:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm qua thực tế lấy mẫu thí nghiệm

- Nghiên cứu trong phạm vi của bê tông B20, 22,5 và 27,5 (Mác 250, 300 và 350) qua thực tế tiến hành đúc và nén mẫu thí nghiệm

- Theo Tiêu chuẩn Việt Nam

7 Kết quả đạt được và vấn đề còn tồn tại:

- Đưa ra một nghiên cứu cụ thể về đánh giá chất lượng đá đến cường độ bê tông trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa

- Khẳng định chất lượng đá dăm chất lượng đảm bảo sử dụng trong bê tông thông thường và bê tông mác cao, phù hợp với hoạt động thi công xây dựng nhà ở thông thường

và sử dụng được trong các công trình đòi hỏi chất lượng bê tông cường độ cao tại tỉnh Khánh Hòa

- Công nghệ sản xuất đá còn hạn chế ảnh hưởng đến chất lượng đá dăm

8 Cấu trúc luận văn:

Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về đá dăm và bê tông

Chương 2: Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và cường độ bê tông bằng thực

nghiệm

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

Kết luận và Kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁ DĂM VÀ BÊ TÔNG

1.1 Tổng quan về đá xây dựng tại tỉnh Khánh Hòa

Trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa có rất nhiều khu vực chứa đá granite đá Andesite và Ryolite có thể khai thác, chế biến thành đá xây dựng Các loại đá này được chia thành 2 nhóm như sau:

Nhóm 1: Đá granit hay đá hoa cương là một loại đá mác ma xâm nhập phổ biến có

thành phần axít Granit có kiến trúc hạt trung tới thô, khi có các tinh thể lớn hơn nằm nổi bật trong đá thì gọi là kiến trúc porphia hay nổi ban Granit có màu hồng đến xám tối hoặc thậm chí màu đen, tùy thuộc vào thành phần hóa học và khoáng vật cấu tạo nên đá Thành phần khoáng vật: tỷ lệ trung bình của các thành phần khoáng vật trong granit trên thế giới được xếp loại theo phần trăm khối lượng theo thứ tự giảm dần như sau: SiO2 - 72.04%;

Al2O3 - 14.42%; K2O - 4.12%; Na2O - 3.69%; CaO - 1.82%; FeO - 1.68%; Fe2O3 - 1.22%; MgO - 0.71%; TiO2 - 0.30%; P2O5 - 0.12%; MnO - 0.05%

Nhóm 2: Andesit là một loại đá mácma phun trào có thành phần trung tính, với kiến

trúc ẩn tinh đến ban tinh Về tổng thể, nó là loại đá trung gian giữa bazan và dacit Thành phần khoáng vật đặc trưng gồm plagiocla với pyroxen hoặc hornblend Magnetit, zircon,

apatit, ilmenit, biotit, và granat là các khoáng vật phụ thường gặp

Đá Andesit Đá Ryolit

Hình 1.1 Một vài loại đá dùng trong xây dựng

1.2 Tính chất cơ lý của đá dăm dùng trong bê tông:

1.2.1 Chức năng của đá dăm:

Đá là cốt liệu lớn dùng cho bê tông là hỗn hợp các loại cốt liệu có kích thước từ 5mm đến 70mm có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo

Trong hỗn hợp bê tông, thông thường đá chiếm 85 đến 90% thể tích khô của bê tông Đá ứng dụng cho bê tông thông thường là đá 1x2 còn gọi là đá 20mm (đá dăm) được sử dụng nhiều nhất trong các hạng mục bê tông

1.2.2 Một số chỉ tiêu của đá dăm:

1.3 Tính chất cơ lý của bê tông:

1.3.1 Chức năng của bê tông:

- Tính năng cơ học của bê tông là chỉ các loại cường độ và biến dạng

- Tính năng vật lý là chỉ tính co ngót, từ biến, khả năng chống thấm, cách nhiệt, của bê tông

1.3.2 Phân loại bê tông:

Có nhiều cách phân loại bê tông, thường theo 3 cách

- Phân loại theo khối lượng thể tích:

- Phân loại theo chất kết dính:

- Phân loại theo phạm vi sử dụng:

1.3.3 Phạm vi ứng dụng:

- Bê tông ngày nay được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng và trở thành một trong những vật liệu xây dụng chủ yếu

- Xây dựng công nghiệp: Kết cấu chịu lực nhà 1 tầng và nhiều tầng, ống khói, bun

ke, xi lô, móng máy, hành lang vận chuyển , Công trình cấp thoát nước

1.3.4 Thành phần của bê tông:

- Xi măng:

- Cốt liệu nhỏ (Cát):

Cát dùng trong sản xuất bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo kích thước hạt từ 0.14 - 5(mm) Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất, thành phần hạt,

- Đối với đề tài nghiên cứu này ta không sử dụng phụ gia

1.4 Cường độ của bê tông:

Kết luận chương 1:

Vật liệu đá dăm dùng làm bê tông được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng cơ bản của nước ta Đánh giá chất lượng đá ảnh hưởng đến cường độ bê tông là vấn đề rất cần thiết nhằm đạt đến hiệu quả sử dụng của vật liệu trong bê tông Trong thiết kế và thi công nhiều cấu kiện bê tông cốt thép, việc nghiên cứu thực nghiệm chất lượng đá ảnh hưởng đến cường độ bê tông là công tác thường xuyên và liên tục, vấn đề này sẽ được nghiên cứu

trong các chương sau

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐÁ DĂM VÀ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG BẰNG THỰC NGHIỆM 2.1 Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm:

2.1.1 Lấy mẫu thử:

2.1.2 Xác định thành phần hạt:

Thiết bị thử, Tính kết quả:

2.1.3 Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích:

Thiết bị thử: Chuẩn bị mẫu thử:

Tiến hành thử: Tính kết quả:

2.1.4 Xác định khối lượng thể tích xốp và độ rỗng:

Thiết bị thử: Tiến hành thử: Tính kết quả

2.1.5 Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét trong cốt liệu:

Thiết bị và dụng cụ: Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét

2.1.8 Xác định độ hao mòn khi va đập của cốt liệu lớn trong máy Los Angeles:

Thiết bị và dụng cụ: Chuẩn bị mẫu thử: Tiến hành thử:

2.1.9 Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn:

Thiết bị và dụng cụ: Chuẩn bị mẫu thử: Tiến hành thử:

2.2 Cách xác định cường độ bê tông bằng phương pháp thực nghiệm:

2.2.1 Khái niệm về cường độ của bê tông:

Khi nói đến mác bê tông là nói đến khả năng chịu nén của mẫu bê tông Theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam (TCVN 3105:1993, mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua

đó xác định đượccường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kG/cm²)

(Độ bền) Mác bê tông được phân loại từ (B7,5) 100, (B12,5) 150, (B15) 200, (B20)

250, (B22,5) 300, (B30) 400, (B40) 500 và (B45) 600 Khi nói rằng mác bê tông 200 chính

là nói tới ứng suất nén phá hủy của mẫu bê tông kích thước tiêu chuẩn, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, được nén ở tuổi 28 ngày, đạt 200 kG/cm² (19,27Mpa)

Ngày nay người ta có thể chế tạo bê tông có cường độ rất cao từ (B80) 1000–

2000 kg/cm²

2.2.2 Nội dung phương pháp thí nghiệm xác định cường độ:

- Thiết bị thử: Máy nén: Sử dụng các loại máy nén thủy lực dùng để xác định cường độ

chịu nén của bê tông theo TCVN 3118:1993 Bê tông nặng

Phương pháp xác định cường độ chịu nén, thước lá kim loại

- Chuẩn bị mẫu thử:

Chuẩn bị 3 tổ mẫu, mỗi tổ 3 viên mẫu : 3 viên dùng để thử cường độ

Việc lấy mẫu hỗn hợp bê tông, đúc, bảo dưỡng, khoan cắt mẫu bê tông và chọn kích thước viên để thử cường độ được tiến hành theo TCVN 3105:1993 Hỗn hợp bê tông và bê tông nặng – Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử

Kết cấu sản phẩm yêu cầu thử mẫu ở trạng thái nào thì mẫu được chuẩn bị để thử đúng ở trạng thái đó Cách đưa mẫu về các trạng thái khác nhau được tiến hành làm theo TCVN 3115:1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định khối lượng thể tích

- Tiến hành thử: Chọn các thang lực thích hợp của máy để khi nén giá trị tải lớn nhất dự

kiến sẽ sử dụng nằm trong khoảng 20-80% tải trọng tối đa của thang lực

Xác định cường độ (R): Dùng 9 viên mẫu Đo kích thước tiết diện chịu nén và gia tải phá hoại từng viên mẫu như thử cường độ chịu nén của bê tông ghi trong TCVN 3118:1993

- Tính kết quả: Cường độ (Rn) của từng viên mẫu bê tông được tính bằng (daN/cm2

), theo công thức

Kết luận chương 2:

Trong chương 2 đã trình bày cách xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và cách xác định cường độ bê tông Trong chương 3 sẽ tiến hành thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và xác định sự ảnh hưởng của chất lượng đá đến cường độ bê tông

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÁ

ĐẾN CHẤT LƯỢNG BÊ TÔNG 3.1 Mục đích:

Trong thiết kế thành phần bê tông, thì việc xác định cấp phối, cốt liệu và các tính chất kỹ thuật của cốt liệu là đặc biệt quan trọng, nó ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật của bê tông thiết kế Khi hàm lượng cốt liệu lớn hơn 20% thể tích, cường độ chịu kéo uốn

và chịu nén của bê tông nhỏ hơn của cả vữa xi măng Khi nằm trong khoảng từ 30 – 40%, cường độ chịu kéo uốn và chịu nén của bê tông là thấp nhất

Vì vậy trong đề tài nghiên cứu này, chỉ nghiên cứu thực nghiệm sự ảnh hưởng của

đá (sử dụng đá 1x2) đến chất lượng bê tông Với bê tông có cấp bền B20 (Mác 250), B22.5 (Mác 300) và B27.2 (Mác 350) với thời gian khảo sát từ 3 ngày đến 28 ngày tuổi

3.2 Kết quả thí nghiệm cốt liệu và mẫu thí nghiệm bê tông:

3.2.1 Thành phần cấp phối đá: tại 3 mỏ khác nhau

- Thành phần cốt liệu đá dăm tại mỏ đá Bồ Đà huyện Vạn Ninh:

Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm mỏ đá Bồ Đà

Bảng 3.1 Kết quả cấp phối đá dăm mỏ đá Bồ Đà- Vạn Ninh

CỠ SÀNG TRÊN TỪNG SÀNG KHỐI LƯỢNG HÀM LƯỢNG LỌT SÀNG TIÊU CHUẨN

Bảng 3.2 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý đá dăm mỏ Bồ Đà (Đá Ryolit)

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả T/c thử nghiệm T/c đánh giá 7570-06 [1]

7572-6:2006

TCVN 7570:2006

5:2006

TCVN 7570:2006

7572-6:2006

TCVN 7570:2006

7572-8:2006

TCVN 7570:2006

:2006

TCVN 7570:2006

7572-11:2006

TCVN 7570:2006

7572-13:2006

TCVN 7570:2006

7572-12:2006

TCVN 7570:2006

9 Cường độ kháng nén bão hòa Mpa 119,05 TCVN

7572-10:2006

TCVN 7570:2006

- Thành phần cốt liệu đá dăm tại mỏ đá Núi Sầm Ninh Hòa: (đá Andesit):

Bảng 3.3 Kết quả cấp phối đá dăm mỏ đá núi Sầm- Ninh Hòa

Hình 3.4 Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm mỏ đá núi Sầm- Ninh Hòa

Bảng 3.4 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý đá dăm mỏ đá núi Sầm (Đá Andesit)

Bảng 3.5 Kết quả cấp phối đá dăm mỏ đá Hòn Thị

CỠ SÀNG KHỐI LƯỢNG TRÊN TỪNG SÀNG HÀM LƯỢNG LỌT SÀNG TIÊU CHUẨN

Đường Cấp phối

CỠ SÀNG KHỐI LƯỢNG TRÊN TỪNG SÀNG HÀM LƯỢNG LỌT SÀNG TIÊU CHUẨN

Hình 3.6 Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm mỏ đá Hòn Thị

Bảng 3.6 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý đá dăm mỏ đá Hòn Thị (Đá Andesit)

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả T/c thử nghiệm T/c đánh giá 7570-06 [1]

Đường Cấp phối

3.2.2 Thành phần cấp phối liên quan:

- Thành phần cốt liệu nhỏ (Cát hạt thô): cát lấy tại mỏ cát Diên Lâm:

Hàm lượng tạp chất hữu cơ: Đạt yêu cầu

Hình 3.8 Biểu đồ thành phần hạt của cát tại mỏ cát Diên Lâm

Bảng 3.7 Kết quả cấp phối cát tại mỏ cát Diên Lâm

Phần trăm từng phần (%)

Phần trăm tích luỹ (%)

Tiêu chuẩn 7572-2:2006

Bảng 3.8 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý xi măng Nghi Sơn (PCB 40)

TT Chỉ tiêu thí nghiệm Tiêu chuẩn thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí

nghiệm

TCVN 6260-

Bảng 3.9 Kết quả các chỉ tiêu cơ lý nước máy trộn bê tông

STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Giá trị

3.2.3 Tỷ lệ cấp phối:

Bảng 3.10 Bảng kết quả tính toán cấp phối bê tông với mỏ đá Bồ Đà

TT Diển giải Công thức tính Kết quả Ghi chú

tông để chọn độ sụt Căn cứ vào kích thước hạt vật liệu, mô đun độ lớn của cát, độ sụt ,

3 Tỷ lệ X/N (Rn*a)/(A*Rx))+0,5

-Bảng 3.11 -Bảng kết quả tính toán cấp phối bê tông với mỏ đá Núi Sầm

TT Diển giải Công thức tính Kết quả Ghi chú

tông để chọn độ sụt Căn cứ vào kích thước hạt vật liệu, mô đun độ lớn của cát, độ sụt , Tra bảng chọn lượng nước cho 1 m3

H/hợp

bê tông Căn cứ vào P/pháp thử cường độ Ximăng để chọn A và phương pháp trộn bê tông để chọn hệ số a

Bảng 3.12 Bảng kết quả tính toán cấp phối bê tông với mỏ đá Hòn Thị

TT Diển giải Công thức tính Kết quả Ghi chú

tông để chọn độ sụt Căn cứ vào kích thước hạt vật liệu, mô đun độ lớn của cát, độ sụt , Tra bảng chọn lượng nước cho 1 m3 H/hợp

bê tông Căn cứ vào P/pháp thử cường độ Ximăng để chọn A và phương pháp trộn bê tông để chọn hệ số a