Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh để sản xuất bê tông

NGUYỄN VĂN TÂM NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 85 80 201 T

NGUYỄN VĂN TÂM

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH TRÀ VINH

ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng

và công nghiệp

Mã số: 85 80 201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

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

Phản biện 1: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT

Phản biện 2: TS NGUYỄN HUY GIA

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 09 tháng 11 năm 2019

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp,

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Bê tông là loại vật liệu phổ biến thường được sử dụng cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, các loại kết cấu này chiếm đến 60% các loại kết cấu xây dựng Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), xi măng, nước và phụ gia, thường được đánh giá khả năng chịu lực bằng chỉ tiêu cường độ chịu nén Cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp

bê tông, nó đánh giá khả năng chịu tải của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc sự rung động Việc sử dụng bê tông truyền thống cho các công trình xây dựng đã trở nên cực kỳ phổ biến hiện nay

Tuy nhiên, tại một số vùng, địa phương ở nước ta việc khai thác và sử dụng nước, cát đạt các chỉ tiêu cơ lý cho cấp phối bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn như: vùng thường xuyên ngập mặn, vùng hải đảo ngoài khơi xa…việc chế tạo bê tông truyền thống gặp rất nhiều khó khăn và chi phí thường tăng cao hơn nhiều lần so với các vùng khác Vì vậy, cần có một loại hỗn hợp bê tông mới như

“hỗn hợp bê tông sử dụng nước ngọt, cát nhiễm mặn” để giải quyết các vấn đề trên hoặc để tận dụng nguồn vật liệu dồi dào sẵn có ở địa phương nhằm giảm bớt chi phí xây dựng công trình cho các vùng ven sông Tây nam bộ bị nhiễm mặn theo mùa

Hiện nay tại sông Cổ Chiên thuộc địa bàn tỉnh Trà Vinh có các

mỏ cát với trữ lượng tương đối lớn, tuy nhiên cát sông Cổ Chiên có lẫn phù sa và nhiễm mặn theo mùa Do vậy nguồn cát này từ trước đến nay địa phương chỉ dùng để san lấp mặt bằng, mà chưa có nghiên cứu sử dùng nguồn cát này sản xuất bê tông để sử dụng cho các công trình trên địa bàn tỉnh Hiện tại, nguồn cát dùng làm cốt liệu trong bê tông ở địa phương phải nhập từ các tỉnh như: An Giang, Đồng Nai, Cam-Pu-Chia… Vì vậy, nếu tận dụng được nguồn tài

nguyên thiên nhiên có sẵn, cát sông Cổ Chiên khu vực tỉnh Trà Vinh,

sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong xây dựng công trình cho tỉnh Trà Vinh nói chung và khu vực Tây Nam bộ nói riêng Với những lý do sau:

- Tiến độ thi công công trình nhanh nhờ vật liệu sẵn có ở địa phương, giảm thời gian vận chuyển;

- Giảm nguồn ô nhiễm bụi và tiếng ồn do vận chuyển vật liệu, tạo môi trường làm việc an toàn hơn

Chính vì lý do nêu trên, nên nội dung “Nghiên cứu sử dụng cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh để sản xuất bê tông” được tác giả lựa chọn làm đề tài luận văn của học viên Để tiến

hành nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông B15, B20 theo cấp phối chuẩn, khi sử dụng xi măng PCB40 với vật liệu được khai thác tại chỗ, sẽ là tiền đề cho việc thiết kế thành phần cấp phối chính xác cho bê tông B15, B20 sử dụng cát sông Cổ Chiên làm cốt liệu sau này Giúp cho các kỹ sư thiết kế có thêm lựa chọn sử dụng vật liệu địa phương cho phương án kết cấu, các đơn vị thi công

có cơ hội tiếp cận với loại cấp phối vật liệu này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng xi măng pooclăng hỗn hợp PCB40 (của nhà máy xi măng Hà Tiên), cát sông (sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh), nước máy (do Công ty Cấp thoát nước tỉnh Trà Vinh cung cấp), đá 1x2cm (Biên Hòa thuộc tỉnh Đồng Nai), để sản xuất bê tông có cấp

độ bền B15, B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông

3 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Đóng góp vào cơ sở lý luận việc hình thành loại bê tông không cốt thép, sản xuất từ cát sông nhiễm mặn, một trong những vật liệu sẵn có tại các địa phương ven biển như là tỉnh Trà Vinh, để ứng dụng trong xây dựng công trình dân dụng và giao thông

Từ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào việc sản xuất những cấu kiện, sản phẩm bê tông không cốt thép từ cát sông Cổ Chiên bị nhiễm mặn, thay cho nguồn cát dùng sản xuất bê tông tại tỉnh Trà Vinh phải nhập từ các tỉnh khác trong cả nước Góp phần giảm giá thành xây lắp công trình, khi sử dụng vật liệu có sẵn, tại chỗ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

4 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp nghiên cứu tính toán lý thuyết kết hợp thí nghiệm thực nghiệm

- Nội dung nghiên cứu:

+ Nghiên cứu thiết kế và tính toán thành phần hỗn hợp bê tông cấp độ bền B15, B20 với thành phần cốt liệu cát có nhiễm mặn và không nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh

+ So sánh kết quả số liệu thí nghiệm

5 Kết quả

Tổng hợp số liệu thu thập được từ các thí nghiệm, tiến hành phân tích khoa học để xây dựng biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian của bê tông B15, B20 khi sử dụng cát sông Cổ Chiên nhiễm mặn và nước máy địa phương

6 Kết cấu luận văn

Ngoài Mở đầu, Kết luận và kiến nghị trong luận văn có các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về bê tông và các loại vật liệu cấu thành

Chương 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật liệu và cường độ chịu nén của bê tông

Chương 3: Thí nghiệm và kết quả cường độ chịu nén của

bê tông sử dụng cát thường và cát nhiễm mặn, khu vực sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU

CẤU THÀNH

1.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH

1.1.1 Tổng quan về bê tông

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì bê tông đã có từ rất lâu trong lịch sử Cách đây khoảng 2 ngàn năm, những người dân La

Mã đã biết sử dụng tro núi lửa trộn với nước nhào nặn sẽ được một khối đất dẻo và cứng như đá sau khi khô, đây được coi là dạng bê tông đầu tiên của nhân loại, để tạo nên những công trình nổi tiếng như: những bến cảng, các con đê chắn sóng, đấu trường Colosseum ở thủ đô Rome…

1.1.2 Các loại vật liệu cấu thành

- Xi măng, nước, cát, đá (sỏi), phụ gia

1.2 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH BÊ TÔNG THÔNG QUA PHẢN ỨNG THỦY HÓA XI MĂNG

- Phản ứng thủy hóa của xi măng Pooclăng

- Quá trình rắn chắc của xi măng

1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA BÊ TÔNG

Thiết kế thành phần bê tông, việc xác định cấp phối cốt liệu và các tính chất kỹ thuật của cốt liệu là đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật của bê tông, như cường độ chịu nén, độ lưu động của bê tông…

Ở các nước trên thế giới, đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu thành phần hạt của cấp phối đá dăm (hay sỏi, sạn) hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo các dạng đường cong liên tục khác

nhau Việc nghiên cứu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên cơ sở thực nghiệm

1.3.1 Đường cong cấp phối lý tưởng của Fuller

1.3.2 Công thức cấp phối của Talbot

1.3.3 Các nghiên cứu của Kozul và Darwin (1997); Neville,

A (2000)

- Nghiên cứu của Kozul và Darwin (1997)

- Nghiên cứu của Neville, A (2000)

1.3.4 Lý thuyết cấp phối tốt nhất của B.B Okhônina và N.N Ivanov

bê tông có hàm lượng cát tối ưu sẽ đạt tính lưu động tốt nhất

+ Cường độ gắn kết giữa hạt cốt liệu và đá xi măng quyết định bởi những đặc tính sau đây của cốt liệu đá thiên nhiên: Hình dạng hạt, đặc tính cấu tạo của đá gốc, trạng thái bề mặt, lượng tạp chất sét, bụi làm giảm sự tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng

- Như vậy, bê tông là loại vật liệu rất quan trọng được sử dụng phổ biến trong xây dựng cơ bản phục vụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân Chất lượng của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cấp phối cốt liệu, chất lượng cốt liệu và hàm lượng N/X để sản xuất

bê tông có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông xi măng

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 2.1 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG TÂY NAM BỘ VIỆT NAM 2.1.1 Đặc điểm chung

2.1.2 Đặc điểm khu vực tỉnh Trà Vinh

* Về địa hình:

* Trữ lượng cát trên lòng sông Cổ Chiên và sông hậu

2.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU CẦN ĐÁNH GIÁ KHI SỬ DỤNG CÁT NHIỄM MẶN

Thiết bị thử gồm:

- Máy nén

- Thước lá kim loại

- Đệm truyền tải ( Sử dụng nén các nửa viên mẫu đầm sau khi uốn gẫy)

2.4.2 Chuẩn bị mẫu thử

- Đúc mẫu

- Bảo dưỡng mẫu thử

Việc bảo dưỡng các mẫu bê tông cho đến trước khi thí nghiệm, được tiến hành theo quy định của TCVN 3105 : 1993

2.4.3 Tiến hành thử mẫu

- Xác định diện tích chịu lực của mẫu

- Xác định tải trọng phá hoại mẫu

Lực tối đa đạt được là giá trị tải trọng phá hoại mẫu

2.5 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG

2.5.1 Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát nhiễm mặn

2.5.2 Đá xi măng

2.5.3 Hàm lượng và tính chất của cốt liệu

2.5.4 Cấu tạo của bê tông (công nghệ đầm chặt)

2.5.5 Thời gian (tuổi bê tông)

2.5.6 Phụ gia

2.5.7 Môi trường bảo dưỡng

2.5.8 Điều kiện thí nghiệm

2.6 NHẬN XÉT CHƯƠNG 2

Để xác định ảnh hưởng của cát sông Cổ Chiên có nhiễm mặn

và không nhiễm mặn đến cường độ chịu nén của bê tông, tác giả tiến hành đúc mẫu và thí nghiệm nén mẫu ở các ngày tuổi: 3, 7, 14, 28,

60, 90, nhằm mục đích:

- Xác định sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông ở hai loại cấp phối (được thiết kế theo Quyết định 1329/QĐ-BXD của Bộ xây dựng, với cấp độ bền B15 và B20) đã chọn theo thời gian;

- Vẽ biểu đồ thể hiện sự phát triển cường độ nén của các mẫu thí nghiệm theo thời gian ứng với từng loại cấp phối đã lựa chọn, từ

đó so sánh và đánh giá được sự ảnh hưởng của cát nhiễm mặn đến sự phát triển cường độ nén của bê tông

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ CÁT NHIỄM MẶN, KHU VỰC SÔNG CỔ CHIÊN TỈNH

TRÀ VINH 3.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

- Trên cơ sở so sánh và đánh giá sẽ rút ra được các kết luận cần thiết về ảnh hưởng của cát bị nhiễm mặn sông Cổ Chiên đến sự phát triển cường độ nén của bê tông Từ đó tìm ra nguyên nhân của các ảnh hưởng và đề xuất biện pháp khắc phục nhằm tiến tới mục đích quan trọng là sử dụng cát bị nhiễm mặn sông Cổ Chiên tỉnh Trà Vinh làm vật liệu để sản xuất bê tông đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết đối với bê tông có cấp độ bền đến B20

3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO MẪU

Vật liệu sử dụng để sản xuất mẫu bê tông xi măng bao gồm:

Xi măng Pooclăng PCB40 Hà Tiên, cát sông Cổ Chiên, đá dăm thuộc

mỏ đá Biên Hoà tỉnh Đồng Nai và nước do nhà máy cấp nước thành phố Trà Vinh cung cấp

3.2.1 Xi măng (chất kết dính)

- Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường độ cho bê tông Chất lượng và hàm lượng

xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ cho bê tông Tùy theo yêu cầu của loại bê tông có thể dùng các loại xi măng khác nhau, như: xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sunfat, xi măng pooc lăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp

- Nhận xét: Cát sông Cổ Chiên là cát mịn có các chỉ tiêu cơ lý,

cơ bản đáp ứng yêu cầu để sản xuất bê tông theo TCVN 7570:2006 Tuy nhiên, về thành phần hạt ( lượng tích lũy trên sàng 0.14mm, 94.14% 90% ) chưa hoàn toàn phù hợp

* Chỉ tiêu cơ lý cát sông Cổ Chiên mùa nhiễm mặn (cát nhiễm mặn)

- Thành phần hạt cát sông Cổ Chiên mùa không nhiễm mặn và mùa bị nhiễm mặn là như nhau Về các chỉ tiêu cơ lý, mức độ nhiễm

mặn (hàm lượng muối) có trong cát khác nhau Cụ thể xem ở bảng

3.3

- Nhận xét: Cát nhiễm mặn sông Cổ Chiên có chứa hàm lượng muối NaCl (ion Cl- : 0,04 < 0,05%) và hàm lượng sulfat (SO3: 0,01< 1%) thấp, đảm bảo yêu cầu để sản xuất bê tông theo TCVN 7570:2006 và TCXD 127:1985

- Nhận xét: Đá dăm 1x2 dùng đúc mẫu bê tông thí nghiệm có các chỉ tiêu cơ lý và thành phần hạt đảm bảo yêu cầu dùng sản xuất

bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006

3.2.4 Nước

Dùng nước sinh hoạt do nhà máy thuộc công ty cấp thoát nước thành phố Trà Vinh cung cấp, để sản xuất và bảo dưỡng mẫu bê tông, nên đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

3.2.5 Phụ gia

Đề tài nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén của các mẫu

bê tông một cách tự nhiên để đánh giá kết quả Do đó trong hỗn hợp

bê tông không sử dụng phụ gia

3.3 TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO BÊ TÔNG CẤP ĐỘ BỀN B15 VÀ B20

- Xác định cấp phối bê tông là tìm ra tỷ lệ hợp lý để phối hợp các loại nguyên vật liệu như: nước, xi măng, cát, đá (hoặc sỏi) để có được một hỗn hợp bê tông và bê tông đạt các yêu cầu về mặt kỹ thuật

và kinh tế

- Thành phần của bê tông thường được biểu thị khối lượng xi măng (kg) và thể tích cốt liệu (m3

), nước (lít) Cũng có thể biểu thị bằng tỷ lệ về khối lượng (hoặc thể tích) trên một đơn vị khối lượng (hoặc thể tích) xi măng

- Để tính toán thành phần hỗn hợp bê tông cần phải biết trước những điều sau:

+ Yêu cầu về bê tông: Cường độ bê tông yêu cầu, yêu cầu về mác chống thắm và khả năng chống xâm thực, chống mài mòn… Thường người ta lấy cường độ chịu nén của bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ làm cường độ yêu cầu

+ Yêu cầu về nguyên vật liệu: Như mác và loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi và các chỉ tiêu cơ lý của chúng

+ Tính chất của công trình: Công trình làm việc trong môi

trường nào, trên khô hay dưới nước, có ở trong môi trường xâm thực

mạnh không ?

+ Đặc điểm của kết cấu công trình: Kết cấu có cốt thép hay

không có cốt thép, cốt thép dày hay thưa, diện tích của công trình

rộng hay hẹp Mục đích là để lựa chọn độ dẻo của hỗn hợp bê tông

và độ lớn của đá (sỏi) cho hợp lý

+ Điều kiện thi công: Thi công bằng cơ giới hay thủ công

- Hiện nay, có rất nhiều phương pháp thiết kế thành phần cấp

phối bê tông khác nhau như: Phương pháp tra bảng hoàn toàn;

Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn; Phương pháp tính toán kết hợp

với thực nghiệm

- Trong nội dung giới hạn của đề tài, tác giả sử dụng phương

pháp tra bảng để xác định cấp phối bê tông có cấp độ bền B15 và

B20 theo Quyết định số 1329/QĐ-BXD ngày 19/12/2016 của Bộ

trưởng Bộ Xây dựng về công bố định mức sử dụng vật liệu trong xây

dựng

3.3.1 Chọn độ sụt (SN) cho hỗn hợp bê tông

Lựa chọn độ sụt của hỗn hợp bê tông (SN, cm) căn cứ vào đặc

điểm của loại kết cấu, mật độ cốt thép và phương pháp thi công; chỉ

tiêu độ sụt thường được lựa chọn theo bảng 3.6

Trong phạm vi của đề tài, tác giả lựa chọn độ sụt chung cho