Nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng sông cửu long

NGUYỄN PHƯỚC THÁI BÌNH ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN HẠT TẠI CÁC SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành : Vật Liệu và Công Nghệ Vật Liệ

NGUYỄN PHƯỚC THÁI BÌNH

ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA

BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN HẠT TẠI CÁC SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành : Vật Liệu và Công Nghệ Vật Liệu Xây Dựng Mã số ngành : 60.58.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHAN XUÂN HOÀNG

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……… tháng ……… năm ………

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN PHƯỚC THÁI BÌNH Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 05-09-1976 Nơi sinh : Bình Dương Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VLXD MSHV : 00806756

I- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN HẠT TẠI CÁC SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1 Tổng quan về tình hình khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu cát và thực trạng hư hại các công trình do sử dụng cát mịn hạt tại các sông Đồng Bằng Sông Cửu Long

2 Nghiên cứu lý thuyết khoa học của bê tông sử dụng cát mịn hạt và phương pháp thiết kế cấp phối bê tông

3 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát hạt to sông Đồng Nai (dùng làm mẫu đối chứng)

4 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng sông Cửu Long

5 Nghiên cứu cấu trúc của bê tông

6 Kết luận và kiến nghị

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21 – 01 – 2008

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30 – 11 – 2008

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS PHAN XUÂN HOÀNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS PHAN XUÂN HOÀNG PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày …… tháng …… năm 2008

TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Trong thời gian hai năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, tôi được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô

ở Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Bộ môn Vật liệu Xây dựng ; các phòng thí nghiệm trong và ngoài trường ; các đồng nghiệp cũng như các kỹ sư chuyên ngành vật liệu xây dựng, đến nay tôi đã hoàn thành luận văn Cao Học

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Bộ môn Vật liệu Xây dựng ; quý thầy cô ở phòng Thí nghiệm Vật liệu xây dựng và phòng Thí nghiệm công trình Đặc biệt, tôi xin cảm ơn sâu sắc PGS.TS Phan Xuân Hoàng – giáo viên hướng dẫn chính – đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn Cao Học

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các kỹ sư chuyên ngành Vật liệu và Cấu kiện Xây dựng đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn

Mặc dù luận án đã hoàn thành với tất cả sự cố gắng, phấn đấu nổ lực của bản thân, nhưng do thời gian và kiến thức có hạn, cho nên luận văn cao học này không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy cô, các bạn đồng nghiệp và độc giả đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quí báu

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Tháng 11 năm 2008

Tác giả

NGUYỄN PHƯỚC THÁI BÌNH

mịn hạt tại các sông Đồng bằng Sông Cửu Long”

1 Tính cấp thiết của đề tài :

Nguồn nguyên liệu cát hạt to dùng cho xây dựng đang ngày càng khan hiếm Tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long, trữ lượng cát rất lớn, tuy nhiên cát ở khu vực này chủ yếu dùng để san lấp, chưa phục vụ nhiều cho xây dựng công trình Việc nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng sông Cửu Long góp phần mở rộng phạm vi sử dụng cát thiên nhiên cho khu vực này bằng nguồn nguyên liệu tại địa phương

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu :

Nghiên cứu các thành phần cấp phối của bê tông với cốt liệu nhỏ là cát mịn hạt ở các sông đồng bằng sông Cửu Long; đồng thời tìm các giải pháp cải tiến các tính chất cơ lý của bê tông nhằm giảm thiểu lượng tiêu tốn xi măng và nâng cao cường độ

3 Phương pháp nghiên cứu :

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bê tông sử dụng cát mịn hạt

Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý của vật liệu, của bê tông sử dụng cát mịn hạt theo những phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và hiện đại

4 Những đóng góp của luận văn :

- Chương 1 : Tổng quan về tình hình khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu cát và thực trạng hư hại các công trình do sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng sông Cửu Long

- Chương 2 : Nghiên cứu lý thuyết khoa học của bê tông sử dụng cát mịn hạt và phương pháp thiết kế cấp phối bê tông

- Chương 3 : Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát hạt to sông Đồng Nai (dùng làm mẫu đối chứng)

- Chương 4 : Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng sông Cửu Long

- Chương 5 : Nghiên cứu cấu trúc của bê tông

- Kết luận về kết quả nghiên cứu và kiến nghị cho phần nghiên cứu tiếp theo

5 Cấu trúc của luận văn :

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 5 chương, phần kết luận và tài liệu tham khảo

Luận văn có tổng cộng 102 trang thuyết minh, 55 bảng biểu, 21 hình chụp,

28 hình vẽ và đồ thị

Title: “The study on mainly physical and mechanical properties of concrete

used fine sand in the river Mekong Delta"

The contribution of this thesis is included in 5 chapters as following:

- Chapter 1 mentioned about the exploit and using of sand material and the bad real situation of projects because of fine sand using in the river Mekong Delta

- Chapter 2 presented some scientific theories to research concrete used fine sand and showing the design method of modified concrete

- Chapter 3 described the essential properties of concrete used raw sand at Dong Nai River (as control sample)

- Chapter 4 The study on mainly physical and mechanical properties of concrete used fine sand in the river Mekong Delta

- Chapter 5 The study the structure of concrete

Conclusions about the research results and suggestions for the continuous research

Trang phụ bìa

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3

1.1 Tình hình khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu cát thiên nhiên trên thế giới và trong nước 3

1.2 Thực trạng hư hại các công trình do sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng sông Cửu Long .7

1.3 Các tiêu chuẩn quy định về cát và cát mịn để làm bê tông và vữa xây dựng 8 1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 11

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .14

2.1 Cơ sở khoa học .14

2.2 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông nặng thông thường 15

2.3 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cát mịn hạt 20

2.4 Nhận xét về hai phương pháp thiết kế cấp phối bê tông 23

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT HẠT TO TẠI SÔNG ĐỒNG NAI (DÙNG LÀM MẪU ĐỐI CHỨNG) 25

3.1 Tính chất các nguyên vật liệu dùng trong bê tông 25

CHƯƠNG 4 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT MỊN HẠT TẠI CÁC SÔNG ĐỒNG

BẰNG SÔNG CỬU LONG 39

4.1 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông ĐBSCL khi chưa xử lý tạp chất 39

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông ĐBSCL đã xử lý tạp chất 51

4.3 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông cát mịn hạt tại các sông ĐBSCL đã xử lý tạp chất, có sử dụng phụ gia siêu dẻo .66

4.4 Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông cát mịn hạt tại các sông ĐBSCL khi đã xử lý tạp chất, có sử dụng phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng hoạt tính 78

4.5 Tổng hợp các thành phần cấp phối bê tông được chọn 91

CHƯƠNG 5 : NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 92

5.1 Phương pháp phân tích hiện đại bằng kính hiển vi phân cực 92

5.2 Phương pháp phân tích hiện đại bằng kính hiển vi điện tử quét 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Lý lịch trích ngang

Bảng 1.2 Thành phần hạt của cát theo quy định 9

Bảng 1.3 Hàm lượng các tạp chất trong cát theo quy định 10

Bảng 1.4 Hàm lượng clorua trong cát, tính theo ion Cl- tan trong axít 10

Bảng 2.1 Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho các dạng kết cấu 16

Bảng 2.2 Lượng nước nhào trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông, (lít) 16

Bảng 2.3 Hệ số chất lượng vật liệu A và A1 17

Bảng 2.4 Hệ số dư vữa hợp lý Kd của bê tông nặng thông thường 19

Bảng 2.5 Chọn độ sụt hợp lý cho hỗn hợp bê tông cát mịn 20

Bảng 2.6 Xác định lượng nước N, (lít) 21

Bảng 2.7 Hệ số chất lượng vật liệu thiết kế thành phần bê tông cát mịn 21

Bảng 2.8 Hệ số dư vữa hợp lý Kd của bê tông cát mịn 22

Bảng 3.1 Các tính chất cơ lý của cát sông Đồng Nai 26

Bảng 3.2 Kết quả phân tích rây sàng của cát sông Đồng Nai 27

Bảng 3.3 Các tính chất cơ lý của đá dăm 28

Bảng 3.4 Kết quả phân tích rây sàng của đá dăm 28

Bảng 3.5 Các tính chất cơ lý của xi măng 29

Bảng 3.6 Nguyên vật liệu trong 1m3 bê tông nhóm I 34

Bảng 3.7 Bảng kết quả thực nghiệm bê tông nhóm I 34

Bảng 3.8 Cường độ của bê tông nhóm I theo thời gian 37

Bảng 3.9 Bê tông mẫu đối chứng 38

Bảng 4.1 Các tính chất cơ lý của cát sông Tiền 40

Bảng 4.2 Kết quả phân tích rây sàng của cát sông Tiền 41

Bảng 4.3 Các tính chất cơ lý của cát sông Hậu 42

Bảng 4.4 Kết quả phân tích rây sàng của cát sông Hậu 42

Bảng 4.5 So sánh các tính chất cơ lý của cát sông Tiền và sông Hậu 44

Bảng 4.6 Các tính chất cơ lý của nước sông Tiền 46

Bảng 4.10 Cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông nhóm II 50

Bảng 4.11 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm Bê tông nhóm II 52

Bảng 4.12 Mẫu bê tông nhóm II được chọn 54

Bảng 4.13 Xác định hệ số chất lượng vật liệu 58

Bảng 4.14 Nguyên vật liệu trong 1m3 bê tông nhóm III 58

Bảng 4.15 Tính chất của hỗn hợp bê tông nhóm III 59

Bảng 4.16 Các tính chất cơ lý của bê tông nhóm III 60

Bảng 4.17 Cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông nhóm III 61

Bảng 4.18 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm Bê tông nhóm III 63

Bảng 4.19 Mẫu bê tông nhóm III được chọn 54

Bảng 4.20 Nguyên vật liệu trong 1m3 bê tông nhóm IV 68

Bảng 4.21 Tính chất của hỗn hợp bê tông nhóm IV 68

Bảng 4.22 Các tính chất cơ lý của bê tông nhóm IV 71

Bảng 4.23 Cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông nhóm IV 73

Bảng 4.24 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm Bê tông nhóm IV 74

Bảng 4.25 Mẫu bê tông nhóm IV được chọn 78

Bảng 4.26 Tính chất cơ lý chủ yếu của Silica Fume SF85 79

Bảng 4.27 Nguyên vật liệu trong 1m3 bê tông nhóm V 82

Bảng 4.28 Tính chất của hỗn hợp bê tông nhóm V 82

Bảng 4.29 Các tính chất cơ lý của bê tông nhóm V 84

Bảng 4.30 Cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông nhóm V 85

Bảng 4.31 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm Bê tông nhóm V 87

Bảng 4.32 Mẫu bê tông nhóm V được chọn 90

Bảng 4.33 Tổng hợp các mẫu bê tông được chọn 91

Bảng 5.1 Tỷ lệ độ rỗng 95

Hình 1.2 Bãi thu gom cát trên sông 5

Hình 1.3 Xúc cát vận chuyển đến công trình 6

Hình 1.4 Khai thác cát gây sạt lỡ trên sông 6

Hình 3.1 Biểu đồ thành phần hạt của cát sông Đồng Nai 27

Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm 29

Hình 3.3 Máy trộn vữa 30

Hình 3.4 Dụng cụ Vicat 30

Hình 3.5 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến độ sụt của hỗn hợp bê tông và độ ẩm của bê tông nhóm I 35

Hình 3.6 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến cường độ chịu nén của bê tông nhóm I 36

Hình 3.7 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến cường độ chịu kéo của bê tông nhóm I 36

Hình 3.8 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông nhóm I theo thời gian 37

Hình 4.1 Bộ rây sàng thí nghiệm xác định thành phần hạt của cốt liệu 40

Hình 4.2 Biểu đồ thành phần hạt của cát sông Tiền 41

Hình 4.3 Biểu đồ thành phần hạt của cát sông Hậu 43

Hình 4.4 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến độ sụt của hỗn hợp bê tông nhóm II 48

Hình 4.5 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến độ ẩm bê tông nhóm II.49 Hình 4.6 Máy nén bê tông 50

Hình 4.7 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian 51

Hình 4.8 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến cường độ chịu nén của bê tông nhóm II 53

Hình 4.9 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến cường độ chịu kéo của bê tông nhóm II 53

Hình 4.12 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến độ ẩm bê tông nhóm III61 Hình 4.13 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian 62 Hình 4.14 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến cường độ chịu nén của bê

tông nhóm III 64 Hình 4.15 Aûnh hưởng của hàm lượng xi măng (kg) đến cường độ chịu kéo của bê

tông nhóm III 64 Hình 4.16 Aûnh hưởng của hàm lượng phụ gia (lít/100kg xi măng) đến độ sụt hỗn

hợp bê tông nhóm IV 70 Hình 4.17 Tủ sấy 72 Hình 4.18 Aûnh hưởng của hàm lượng phụ gia (lít/100kg xi măng) đến độ ẩm của

bê tông nhóm IV 72 Hình 4.19 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian 74 Hình 4.20 Aûnh hưởng của hàm lượng phụ gia (lít/100kg xi măng) đến cường độ

chịu nén của bê tông nhóm IV 76 Hình 4.21 Aûnh hưởng của hàm lượng phụ gia (lít/100kg xi măng) đến cường độ

chịu kéo của bê tông nhóm IV 76 Hình 4.22 Aûnh hưởng của hàm lượng Silica Fume (% so với khối lượng xi măng)

đến độ sụt hỗn hợp bê tông nhóm V 83 Hình 4.23 Aûnh hưởng của hàm lượng Silica Fume (% so với khối lượng xi măng)

đến độ ẩm bê tông nhóm V 85 Hình 4.24 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông nhóm V theo thời gian 86 Hình 4.25 Aûnh hưởng của hàm lượng Silica Fume (% so với khối lượng xi măng)

đến cường độ chịu nén của bê tông nhóm V 89 Hình 4.26 Aûnh hưởng của hàm lượng Silica Fume (% so với khối lượng xi măng)

đến cường độ chịu kéo của bê tông 89

Hình 5.1 Mẫu cát hạt to sông Đồng Nai (ở tuổi 28 ngày) 92

Hình 5.5 Mẫu cát mịn đã xử lý tạp chất + phụ gia siêu dẻo + Silica Fume

(ở tuổi 28 ngày) 94

Hình 5.6 Mẫu cát hạt to sông Đồng Nai (ở tuổi 28 ngày) 96

Hình 5.7 Mẫu cát mịn chưa xử lý tạp chất (ở tuổi 28 ngày) 97

Hình 5.8 Mẫu cát mịn đã xử lý tạp chất (ở tuổi 28 ngày) 97

Hình 5.9 Mẫu cát mịn đã xử lý tạp chất + phụ gia siêu dẻo (ở tuổi 28 ngày) 98

Hình 5.10 Mẫu cát mịn đã xử lý tạp chất + phụ gia siêu dẻo + Silica Fume (ở tuổi 28 ngày) 99

ASTM : American Society of Testing and Materials

A ; A1 ; B : Hệ số chất lượng vật liệu

BT : Bê tông

BTCT : Bê tông cốt thép

Bê tông nhóm I : Bê tông sử dụng cát hạt to sông Đồng Nai

Bê tông nhóm II : Bê tông sử dụng cát mịn hạt ở sông Tiền khi chưa xử lý

tạp chất Bê tông nhóm III : Bê tông sử dụng cát mịn hạt ở sông Tiền đã xử lý tạp chất Bê tông nhóm IV : Bê tông sử dụng cát mịn hạt ở sông Tiền đã xử lý tạp chất,

kết hợp phụ gia siêu dẻo Bê tông nhóm V : Bê tông sử dụng cát mịn hạt ở sông Tiền đã xử lý tạp chất,

kết hợp phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng

CKD : Chất kết dính

ĐBSCL : Đồng bằng sông Cửu Long

Dmax : Đường kính lớn nhất

Dmin : Đường kính nhỏ nhất

Kd : Hệ số dư vữa hợp lý

Mđl : Môđun độ lớn

Nhc : Nước hiệu chỉnh

PG : Phụ gia siêu dẻo

rd : Độ rỗng của đá

Rb : Cường độ bê tông

Rx : Cường độ thực tế của xi măng

Rn : Cường độ chịu nén của bê tông

Rku : Cường độ chịu kéo của bê tông

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD : Tiêu chuẩn xây dựng

VLXD : Vật liệu xây dựng

UBND : Uûy ban nhân dân

VH : Thể tích hồ xi măng trong 1m3 bê tông

Xhc : Xi măng hiệu chỉnh

o : khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông

 : khối lượng thể tích của bê tông

 : Khối lượng riêng của bê tông

c : Khối lượng riêng của cát

vc : Khối lượng thể tích của cát

d : Khối lượng riêng của đá

vd : Khối lượng thể tích xốp của đá

x : Khối lượng riêng của xi măng

vx : Khối lượng thể tích của xi măng

MỞ ĐẦU :

Bê tông là vật liệu không thể thiếu được trong xây dựng hiện đại Hiện nay hàng năm trên thế giới sử dụng khoảng 2 tỷ m3 bê tông các loại Bê tông là một trong những loại vật liệu xây dựng sử dụng với khối lượng lớn nhất, chúng quyết định phần nào mức độ phát triển văn minh của nhân loại

Bê tông được sử dụng trong các điều kiện khai thác khác nhau, kết hợp hài hòa về kiến trúc với môi trường xung quanh, có nguồn nguyên liệu để chế tạo không hạn chế và có giá hợp lý Thêm vào đó, công nghệ chế tạo bê tông đơn giản, dễ thực hiện, có khả năng sử dụng rộng rãi nguồn nguyên liệu tại chỗ và tận dụng hầu hết phế liệu của quá trình chế tạo, có nhu cầu năng lượng thấp,

an toàn cho môi trường và độ tin cậy cao [2]

Để chế tạo hoàn chỉnh một hỗn hợp bê tông thông thường cần phải có các thành phần sau : chất kết dính, cốt liệu, phụ gia, nước Các thành phần nguyên vật liệu sử dụng để làm bê tông không được gây ra bất kỳ hiệu ứng có hại nào đến chất lượng bê tông

+ Chất kết dính : để chế tạo bê tông dùng trong các kết cấu xây dựng, chất kết dính vô cơ được sử dụng rộng rãi nhất Các vật chất này khi nhào trộn với nước dưới ảnh hưởng của các quá trình hóa lý bên trong có khả năng dính kết (chuyển từ trạng thái lỏng hoặc dẻo sang dạng đá) và đóng rắn (tăng độ bền từ từ) Trong các loại chất kết dính vô cơ thì xi măng là loại phổ biến nhất Chất lượng xi măng dùng để sản xuất bê tông phải đáp ứng được yêu cầu Tiêu chuẩn công nghiệp của mỗi quốc gia hoặc của một tiêu chuẩn quốc tế

+ Cốt liệu dùng cho bê tông : cốt liệu sử dụng trong bê tông chiếm đến 80% thể tích và có ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông, đến độ bền lâu và giá thành của chúng Khi đưa cốt liệu vào bê tông làm tăng các tính chất kỹ

thuật của bê tông Một bộ khung cứng từ cốt liệu có cường độ cao sẽ làm tăng cường độ và mô đun biến dạng của bê tông, giảm sự biến dạng của cấu kiện dưới tải trọng, cũng như từ biến của bê tông (biến dạng không hoàn lại, xuất hiện dưới tác động lâu dài của tải trọng)

Chọn đúng cốt liệu cho bê tông, sử dụng hợp lý chúng là một trong những nhiệm vụ quan trọng của công nghệ bê tông Trong bê tông cốt liệu được sử dụng là : cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ Cốt liệu lớn (lớn hơn 5mm) gồm hai loại là đá dăm và sỏi Chất lượng của cốt liệu lớn phải thỏa mãn yêu cầu về thành phần, độ sụt, cường độ và các yêu cầu tiêu chuẩn quốc gia hoặc một tiêu chuẩn quốc tế thích hợp Cốt liệu nhỏ trong bê tông là cát tự nhiên hoặc cát nhân tạo Cốt liệu nhỏ phải cứng, bền, đủ cường độ, sạch và thành phần hạt thích hợp cho bê tông

+ Phụ gia cho bê tông : phụ gia cho bê tông là một loại vật liệu khác với nước, cốt liệu, chất kết dính ; chúng được sử dụng như một thành phần của bê tông hay vữa và được cho vào trong mẻ trộn ngay từ trước hay trong khi trộn Trên thế giới, phụ gia bê tông đã được biết đến từ rất lâu (khoảng thế kỷ XIX), cho đến nay các nước có nền kinh tế phát triển đã nghiên cứu và sản xuất thành công nhiều loại phụ gia cho bê tông và vữa

Hỗn hợp bê tông muốn đạt chất lượng cao đòi hỏi các nguyên liệu dùng cho việc chế tạo như chất kết dính, cốt liệu, phụ gia, nước, v.v… phải đảm bảo các yêu cầu của tiêu chuẩn qui phạm

Tuy nhiên, hiện nay để đảm bảo chất lượng cho tất cả các nguyên liệu là một điều khó khăn, đặc biệt là đối với cốt liệu nhỏ mà cụ thể là cát, nguồn tài nguyên thiên nhiên này ngày càng cạn kiệt, không đủ đáp ứng cho nhu cầu sử dụng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Tình hình khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu cát thiên nhiên

trên thế giới và trong nước : [16] [17]

Cát thiên nhiên là một trong những loại cốt liệu không thể thiếu trong quá trình chế tạo bê tông Chúng là hỗn hợp hạt được tạo thành do kết quả phong hóa khoáng vật của các tinh thể khác nhau cấu thành thành phần của đá phun trào

Công nghệ sản xuất bê tông và bê tông cốt thép trong xây dựng đã xuất hiện từ cuối thế kỷ XIX Vì vậy quá trình khai thác và sử dụng cát thiên nhiên, đặc biệt là cát sông, cho việc chế tạo bê tông cũng đồng thời xuất hiện Trải qua quá trình khai thác lâu dài và liên tục , đồng thời mức độ tập trung xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật gia tăng mạnh mẽ trong vài thập kỷ qua đã khiến cho tình trạng cát thiên nhiên trên thế giới cạn kiệt Để khắc phục tình trạng khan hiếm cát thiên nhiên, người ta đã đưa vào sử dụng loại cát nhân tạo được chế tạo từ cách nghiền đá thành cát Đá được nghiền nhỏ với tỷ lệ hạt ở trong khoảng từ 0 – 5mm tương đương cát tự nhiên

Ở Việt Nam, nguồn tài nguyên cát tự nhiên dùng cho xây dựng đến nay cũng đang lâm vào tình trạng gần như cạn kiệt Tại Đà Nẵng, Chủ tịch UBND thành phố đã phải ký quyết định nghiêm cấm không cho xuất khẩu cát vàng có nguồn gốc khai thác trên địa bàn thành phố Đà Nẵng vì tình trạng khan hiếm cát, nên các công trình xây dựng ở một số nơi đã phải ngưng thi công Tại Huế, tình trạng khan hiếm cát xây dựng đến mức người ta phải khai thác cát trái phép trên sông Hương, gây ra những tác hại đối với môi trường sinh thái ven bờ và

quan trọng hơn là ngày càng ảnh hưởng nghiêm trọng đến một số quần thể di tích đã được UNESCO công nhận là di sản văn hóa thế giới

Nguồn khai thác cát chính sử dụng cho các công trình xây dựng ở miền Đông và miền tây Nam Bộ là sông Đồng Nai và một vài nhánh sông khác (nhưng trữ lượng nhỏ) Theo số liệu thống kê thì cát sông Đồng Nai có trữ lượng rất lớn, khoảng trên 38 triệu m3, nhưng đến nay đã bị khai thác gần như cạn kiệt Mức độ khai thác cát tràn lan, “khai thác lậu”, … trên sông Đồng Nai đã dẫn đến tình trạng địa hình đáy sông bị thay đổi, mất cân bằng, tạo thành những vực xoáy, gây biến đổi dòng chảy, sạt lỡ bờ sông nghiêm trọng, nhiều đoạn bờ sông hiện đang chờ bị đỗ ập xuống, bởi hàng chục hàm ếch ăn sâu vào đất liền Hiện có rất nhiều công văn, quyết định của các cấp có thẩm quyền về việc cấm khai thác cát trên sông Đồng Nai

Trong khi đó, tại các con sông thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long, chẳng hạn như sông Tiền, sông Hậu, trữ lượng cát rất lớn nhưng cát ở đây chủ yếu dùng cho việc san lắp, chưa phục vụ nhiều cho việc xây dựng công trình Nguyên nhân chính là do cát của các con sông thuộc đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu là cát mịn hạt và lẫn nhiều tạp chất Vì đối với cát mịn hạt và lẫn nhiều tạp chất, khi chế tạo hỗn hợp bê tông thì với cấp phối như thông thường, bê tông sẽ không đạt cường độ như mong muốn và rất dễ bị phá hoại

Hình 1.1 : Khai thác cát trên sông

Hình 1.2 : Bãi thu gom cát trên sông

Hình 1.3 : Xúc cát vận chuyển đến công trình

Hình 1.4 : Khai thác cát gây sạt lỡ trên sông

1.2 Thực trạng hư hại các công trình do sử dụng cát mịn hạt tại các

sông đồng bằng sông Cửu Long :

Để chế tạo bê tông đòi hỏi nguồn cốt liệu nhỏ, mà ở Việt Nam dùng cát tự nhiên là chính, thì cát phải đảm bảo có cỡ hạt thô theo đúng đường biểu diễn thành phần cỡ hạt quy định và hạn chế lẫn tạp chất

Nếu sử dụng cát mịn hạt hoặc cát mịn hạt có lẫn nhiều tạp chất, sẽ gây ảnh hưởng đến chất lượng bê tông như : bê tông không đạt cường độ, mau bị hư hỏng dẫn đến sự ăn mòn cốt thép và phá hoại công trình

Ngoài ra, hiện nay do nguồn nguyên liệu cát tự nhiên dùng cho xây dựng khan hiếm nên những nhà cung cấp cát vì lợi nhuận đã bán ra thị trường loại cát mịn hạt, lẫn nhiều tạp chất hữu cơ ở các sông thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long (như sông Tiền, sông Hậu) để dùng cho việc xây dựng ; hoặc tinh ranh hơn họ đã trộn lẫn cát mịn, lẫn nhiều tạp chất với cát hạt to của các sông khác (như sông Đồng Nai, sông Thị Tín, …) Điều này gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến chất lượng bê tông Vì thế, nhiều công trình xây dựng do sử dụng các loại cát nêu trên đã bị hư hỏng, phải đập bỏ hoàn toàn vì chất lượng bê tông không đạt yêu cầu về cường độ như thiết kế

Dưới đây là vài số liệu thực tế kiểm tra cường độ bê tông của một công trình được xây dựng trên địa bàn tỉnh Bình Dương đã sử dụng cát mịn hạt và lẫn tạp chất được khai thác tại các sông đồng bằng sông Cửu Long Sau khi kiểm tra,

do cường độ bê tông không đạt yêu cầu so với thiết kế , công trình đã phải đập bỏ hoàn toàn và xây dựng lại Kết quả kiểm tra do Công ty Tư vấn Xây dựng Tổng

hợp Bình Dương thực hiện bằng súng bắn bê tông theo TCXD 162:87, được thực hiện vào ngày 04/11/2004 như sau :

Bảng 1.1 : Cường độ nén mặt bê tông sử dụng cát mịn hạt lẫn nhiều tạp chất

công trình

Góc bắn

Mác BT thiết kế

- Ghi chú : Trụ G6 ;Trụ H5; Trụ G5 &Trụ H3 có cường độ < 101 kG/cm 2

Kết quả thí nghiệm cho thấy cường độ trung bình của bê tông thực tế thấp hơn nhiều so với mác bê tông thiết kế

1.3 Các tiêu chuẩn quy định về cát và cát mịn để làm bê tông và vữa

xây dựng :

1.3.1 Tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 [13]

Theo tiêu chuẩn này, các yêu cầu kỹ thuật đối với cốt liệu nhỏ (cát thiên nhiên) dùng để chế tạo bê tông và vữa xi măng thông thường, bao gồm một số quy định sau :

* Theo môđun độ lớn, cát dùng cho bê tông và vữa xây dựng được phân ra

thành hai chóm chính :

- Cát hạt to khi môđun độ lớn trong khoảng từ 2,0 đến 3,3 ;

- Cát mịn khi môđun độ lớn trong khoảng từ 0,7 đến 2,0

* Thành phần hạt của cát, biểu thị qua lượng sót tích tuỹ trên sàng, nằm

trong phạm vi quy định trong bảng sau :

Bảng 1.2 : Thành phần hạt của cát theo quy định

Lượng sót tích luỹ trên sàng, % khối lượng Kích thước lỗ sàng, mm

Cát hạt to Cát mịn

Lượng qua sàng 0,14

* Cát hạt to có thành phần hạt như quy định ở bảng 1.2 được sử dụng để

chế tạo bê tông cho tất cả các cấp bê tông

* Cát mịn có thành phần hạt như quy định ở bảng 1.2 được sử dụng để chế

tạo các loại bê tông như sau :

- Cát có môđun độ lớn từ 0,7 đến 1,0 có thể được sử dụng chế tạo bê

tông cấp thấp hơn B15 (cấp bê tông theo TCXDVN 356 : 2005);

- Cát có môđun độ lớn từ 1,0 đến 2,0 có thể được sử dụng chế tạo bê

tông cấp từ B15 đến B25;

* Hàm lượng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục; bùn, bụi và

sét) trong cát được quy định trong bảng sau :

Bảng 1.3 : Hàm lượng các tạp chất trong cát theo quy định

Hàm lượng tạp chất, % khối lượng, không lớn hơn Tạp chất Bê tông cấp

> B30

Bê tông cấp

- Sét cục và các tạp chất

- Hàm lượng bụi, bùn,

* Tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu không

được thẫm hơn màu chuẩn Tuy nhiên, nếu cát không thoả mãn quy định này vẫn

có thể được sử dụng nếu kết quả thí nghiệm kiểm chứng trong bê tông cho thấy

lượng tạp chất hữu cơ không làm giảm tính chất cơ lý yêu cầu đối với bê tông

* Hàm lượng clorua trong cát, tính theo ion Cl- tan trong axít, quy định

trong bảng sau :

Bảng 1.4 : Hàm lượng clorua trong cát, tính theo ion Cl- tan trong axít

Loại bê tông và vữa Hàm lượng ion Clkhông lớn hơn -, % khối lượng,

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông

và bê tông cốt thép và vữa thông thường 0,05

Chú thích : Cát có hàm lượng ion Cl- lớn hơn các giá trị quy định ở bảng này có

thể được sử dụng, nếu tổng hàm lượng ion Cl- trong 1m3 bê tông từ tất cả các

nguồn vật liệu chế tạo, không vượt quá 0,6kg

1.3.2 Tiêu chuẩn TCXD 127 : 1985 [11]

Ngoại trừ các tiêu chuẩn quy định trong TCVN 7570 : 2006 như đã nêu ở

mục 1.3.1 ; còn có một số quy định khác nêu trong TCXD 127 : 1985 như sau :

* Cát mịn dùng để làm bê tông và vữa xây dựng phải có : thành phần SiO2

xác định; không chứa các phần tử có hại quá trình thủy hóa và đóng rắn của xi

măng; không chứa các tạp chất ăn mòn cốt thép Cát mịn vùng nước mặn sau khi xử lý rửa mặn cũng được phép sử dụng

* Cát phải có khối lượng thể tích xốp không nhỏ hơn 1200 kg/m3

* Cát mịn cần phải được bảo quản ở nơi khô ráo Cát ở kho, bãi hoặc trong khi vận chuyển phải tránh đất, rác hoặc các tạp chất khác lẫn vào

1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu :

1.4.1 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu :

Trong quá trình chế tạo bê tông, thông thường người ta dùng hệ nguyên liệu với thành phần cỡ hạt chuẩn, trong đó cát sử dụng là cát hạt to có môđun độ lớn từ 2 – 3,3

Việc nghiên cứu cát mịn hạt để chế tạo bê tông đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới Riêng ở Việt Nam, trong những năn trước đây, việc nghiên cứu cát đen mịn hạt ở sông Hồng cũng đã có nhiều tác giả thực hiện Đặc biệt là việc nghiên cứu để sử dụng cát mịn hạt có chứa nhiều chất bẩn hữu cơ và vô cơ

ở các sông ĐBSCL cho việc chế tạo bê tông chưa được đề cập sâu sắc Do đó tôi

chọn đề tài : “Nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng Sông Cửu Long”

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu các thành phần cấp phối của bê tông với cốt liệu nhỏ là cát mịn hạt ở các sông ĐBSCL; đồng thời tìm các giải pháp cải tiến các tính chất cơ lý của bê tông nhằm giảm thiểu lượng tiêu tốn xi măng và nâng cao cường độ

Đề tài nghiên cứu sẽ góp phần mở rộng phạm vi sử dụng cát thiên nhiên mịn hạt để chế tạo bê tông cho khu vực phía Nam từ nguồn nguyên liệu đồi dào tại vùng châu thổ sông MêKông

Để thực hiện được mục tiêu trên, đề tài sẽ đi vào giải quyết những nhiệm vụ sau :

1 Nghiên cứu các tính chất vật lý của cát hạt to tại sông Đồng Nai để chế tạo bê tông đối chứng

2 Nghiên cứu các tính chất vật lý của cát mịn hạt tại các sông đồng bằng Sông Cửu Long

3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng về mặt cơ lý của bê tông sử dụng cát mịn hạt tại các sông đồng bằng Sông Cửu Long khi chưa xử lý và đã xử lý tạp chất

4 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng hoạt tính đến các tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông

5 Nghiên cứu cấu trúc của bê tông sử dụng cát mịn hạt qua các phương pháp thí nghiệm hiện đại

6 Kết luận và kiến nghị

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu : [11] [12] [13] [14]

Khi nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của bê tông, tôi đã thực hiện một số phương pháp sau :

Việc xác định các tính chất cơ lý của nguyên vật liệu, hỗn hợp bê tông và bê tông được tiến hành theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) như sau :

- Xác định các tính chất cơ lý của cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ theo TCVN 7572:2006

- Xác định độ mịn của xi măng và khối lượng riêng của xi măng theo TCVN 4030:2003

- Xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông theo TCVN 3106:1993

- Xác định khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông theo TCVN 3108:1993

- Xác định khối lượng thể tích của bê tông theo TCVN 3115:1993

- Xác định khối lượng riêng của bê tông theo TCVN 3112:1993

1.4.2.2 Phương pháp cơ học :

- Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của xi măng theo TCVN 6017:1995

- Xác định độ bền của xi măng theo TCVN 6016:1995

- Xác định cường độ chịu nén của bê tông theo TCVN 3118:1993

- Xác định cường độ chịu kéo của bê tông theo TCVN 3119:1993

- Phương pháp phân tích hóa lý hiện đại bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho phép nhìn thấy hình dạng và sự phân bố của các khoáng có trong đá

xi măng Dựa trên sự phóng đại hình dạng của các khoáng chủ yếu, ta có thể đánh giá được sự thay đổi các khoáng chủ yếu có trong đá xi măng Từ đó, có thể đánh giá định tính các dấu hiệu của sự phát triển cường độ, phá hủy, ăn mòn, v.v… của mẫu bê tông cần nghiên cứu

- Phương pháp thí nghiệm hiện đại bằng kính hiển vi phân cực : phương pháp này cho phép nhìn thấy cấu trúc của các hạt cát phân tán trong đá xi măng, các lỗ rỗng và các tạp chất xuất hiện trong mẫu vữa Ngoài ra, phương pháp này còn có thể đếm được tỷ lệ các lỗ rỗng được hình thành trong vữa để đánh giá độ rỗng

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

2.1 Cở sở khoa học :

Trong những năm gần đây, bê tông sử dụng cát mịn hạt ngày càng được dùng rộng rãi trong xây dựng Trước đây, việc áp dụng loại bê tông này bị hạn chế do một số đặc điểm cấu trúc và tính chất của nó Sử dụng cát mịn hạt sẽ làm tăng đáng kể diện tích bề mặt của cốt liệu và độ rỗng của chúng Để có được hỗn hợp bê tông có độ lưu động tốt, cấu trúc đặc sít, cần phải tăng hàm lượng nước và xi măng thêm 15 – 25% so với bê tông thông thường, và hậu quả là làm tăng độ co ngót của bê tông Những yêu cầu về hạn chế lượng dùng xi măng trong bê tông đã gây ra hạn chế sử dụng loại bê tông này trong xây dựng, mặc dù ở nhiều vùng, ở nhiều quốc gia do điều kiện xây dựng đặc thù, bê tông sử dụng cát mịn hạt đã được dùng có hiệu quả trong xây dựng nhiều công trình khác nhau

Trong điều kiện hiện nay, đã có những thay đổi về kỹ thuật và kinh tế làm tiền đề cho việc sử dụng các loại bê tông trong xây dựng Đã xuất hiện ngày càng nhiều loại phụ gia siêu dẻo có nguồn gốc từ Polyme, các phụ gia khoáng siêu mịn, đã làm thay đổi các tính chất và cấu trúc của bê tông với cốt liệu nhỏ

là cát mịn Những khả năng kỹ thuật và công nghệ mới, nhất là việc chuyển từ bê

tông thông thường sang bê tông đa thành phần, cùng với việc sử dụng các loại phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng siêu mịn và các loại phụ gia khác đã cho phép giảm đến mức tối thiểu lượng nước, xi măng và giảm đáng kể sự co ngót của bê tông [2]

Phụ gia siêu dẻo có tác dụng làm tăng độ lưu động và độ chảy của hỗn hợp bê tông, vì vậy cho phép giảm nước nhào trộn nhưng vẫn đảm bảo độ dẻo

yêu cầu, đồng thời giảm lượng xi măng nhưng vẫn nhận được cường độ cao dễ dàng hơn so với khi sử dụng các yếu tố công nghệ khác

Trong phụ gia siêu dẻo có chứa các hạt polyme tổng hợp, có khả năng phân tán đều trong hỗn hợp bê tông, khi keo tụ hình thành nên màng polyme liên tục trong pha vật liệu nền xi măng – polyme, lấp đầy các kẽ hở giữa các hạt cốt liệu và tăng thêm sự hình thành các lỗ rỗng kín, giảm thể tích lỗ rỗng, làm cho liên kết giữa nền và cốt liệu vững chắc, cải tiến vùng truyền bề mặt, tăng khả năng bám dính giữa các hạt cốt liệu, lớp màng polyme dày đặc làm tăng khả năng đàn hồi cho bê tông, từ đó làm tăng cường độ cho bê tông

Bên cạnh đó, các polyme tổng hợp có tính giữ nước làm cho quá trình hydrat hóa của xi măng diễn ra hoàn toàn, làm tăng khả năng liên kết giữa vật liệu nền và cốt liệu nên cường độ của bê tông tăng

Để điều khiển một cách tích cực cấu trúc và các thành phần của hỗn hợp bê tông, cùng với phụ gia siêu dẻo còn sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính Các phụ gia khoáng hoạt tính có kích thước hạt cực mịn, khi cùng phân bố với xi măng, chúng có khả năng lấp đầy các lỗ rỗng kể cả các lỗ rỗng rất nhỏ giữa các hạt xi măng, làm cho cấu trúc của bê tông đặc sít

Ngoài ra, phụ gia khoáng hoạt tính có khả năng tác dụng với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo thành C-S-H, một hợp chất chất kết dính trong bê tông và làm tăng cường độ bê tông, độ mài mòn, tăng rõ rệt khả năng chống thấm cho bê tông

2.2 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông nặng thông thường : [10]

Thiết kế cấp phối bê tông nặng thông thường cần tuân thủ theo quyết định số 778/1998/QĐ-BXD ngày 05/9/1998 của Bộ Xây dựng về việc “Chọn thành phần bê tông các loại” tiến hành theo trình tự sau :

2.2.1 Chọn độ sụt (hoặc độ cứng) của hỗn hợp bê tông :

Độ sụt thích hợp cho các dạng kết cấu cơ bản, đầm bê tông bằng máy, ghi trên bảng sau :

Bảng 2.1: Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho các dạng kết cấu

Độ sụt, cm Dạng kết cấu

Tối đa Tối thiểu Móng và tường móng bê tông cốt thép 9 – 10 3 – 4

Móng bê tông, giếng chìm, tường phần ngầm 9 – 10 3 – 4

Dầm, tường bê tông cốt thép 11 – 12 3 – 4

Lượng nước nhào trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông ghi ở bảng sau : Bảng 2.2 : Lượng nước nhào trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông, (lít)

Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu, mm

2.2.3 Xác định tỷ lệ xi măng / nước :

N X

a Với  1,42,5

N

X hoặc  0,40,7

X N

R N

0 , 5

1

R N

X (2.2)

Trong đó :

Rb – Mác bê tông yêu cầu thiết kế

Rx – Mác thực tế của xi măng

A và A1 – Hệ số chất lượng vật liệu, phụ thuộc vào vào phương pháp xác định mác xi măng và chất lượng cốt liệu, xác định theo bảng sau :

Bảng 2.3 : Hệ số chất lượng vật liệu A và A1

Hệ số A, A 1 ứng với phương pháp xác định mác xi măng TCVN

6016:1995 (p.p vữa dẽo)

TCVN 4032:1985 (p.p vữa dẽo)

- Đá sạch, đặc chắc, cường độ cao, cấp

phối hạt tốt

- Cát sạch, Mđl = 2,4 - 2,7

0,54 0,34 0,60 0,38

Trung

bình

- Xi măng hoạt tính trung bình, Portland

hỗn hợp, chứa 10–15% phụ gia thủy

- Đá chất lượng phù hợp với TCVN 1771

: 1987

- Cát chất lượng phù hợp với TCVN

1770 : 1987, Mđl = 2,0 - 2,4

0,50 0,32 0,55 0,35

Kém

- Xi măng hoạt tính thấp, Portland hỗn

hợp chứa trên 15% phụ gia thủy

- Đá có 1 chỉ tiêu chưa phù hợp với

TCVN 1771 : 1987

- Cát mịn, Mđl < 2,0

0,45 0,29 0,5 0,32

Ghi chú : Công thức (2.1) và (2.2) áp dụng để tính tỷ lệ X/N nhằm đạt cường độ

nén của bê tông xác lập ở tuổi 28 ngày trên mẫu chuẩn kích thước 150x150x150mm theo TCVN 3118 : 1993

* Hàm lượng xi măng (X) cho 1m3 bê tông được xác định bằng công thức:

N

X N

X  (kg) (2.3) Trong đó :

– Tỷ lệ xi măng trên nước, phần đơn vị

Lượng

X/N

N – Lượng nước nhào trộn ban đầu, lít

hi lượng xi măng tính được lớn hơn 400

nước hiệu chỉnh (Nhc) tính bằng công thức :

N X

* Hàm lượng phụ gia (PG) đư

Trong đó :

X – Lượng xi măng trong 1m3 bê tông- kg, bao gồm xi măng và phụ gia

nước điều chỉnh (nếu có)

 – Khối lượng riêng của xi măng- g/cm3

- Xác định hệ số dư vữa hợp lý K th

Bảng 2.4 :Hệ số dư vữa hợp lý K của bê t

Kd – Hệ số dư vữa (bảng 2.4)

d ä rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn - tính theo phần đơn vị

d

Trong đó :

r – Đo

 – Khối lượng thể tích xốp của cốt liệu l

 – Khối lượng riêng của cốt liệu lớn - g/cm3

2.2.6 Xác định hàm lượng cát cho 1m 3 bê tông : C, kg

C1000   . (kg) (2.7) Trong đó :

Đ, N, X – Lượng đá dăm (hoặc sỏi), lượng nước (kể cả lượng nước trong

g lỏng) và lượng xi măng (kể cả lượng phụ gia dạng bộ) trong 1m3

hợp bê tông theo bảng 2.5, sau đó xác định

Phương pháp đầm bê tông

Thiết kế cấp phối bê tông cát mịn cần tuân thủ theo TCXD 127 : 1985

Trình tự thiết kế như sau :

Chọn độ sụt hợp lý của hỗn

lượng nước N theo bảng 2.6

Bảng 2.5 : Chọn độ sụt hợp lý cho hỗn hợp bê tông cát mịn

Đầm máy Đầm tay STT

Đ(cm)

ït

Đặc điểm kết cấu công trình

ộ sụt Độ cứng Độ su

(giây) (cm)

1 Kết cấu bê tông cốt thép dùng hỗn hợp bê

2 Lớp đệm móng, nền nhà, nền đường 1 – 2 15 – 20 4 – 5

3 Khối lớn không cốt thép hoặc thưa cốt thép 2 – 3 10 – 15 5 – 6

5 Kết cấu khung (panen, dầm, cột)

-

- Dày cốt thép

10 – 12

Bảng 2.6 : Xác định lượng nước N, (lít)

Kích thước hạt lớn nhất của c ốt liệu, mm

1,1 (1

1,6-2,0 (13-10)

0,7-1,0 (20-18)

1,1-1,5 (17-14)

1,6-2,0 (13-10)

0,7-1,0 (20-18)

1,1-1,5 (17-14)

1,6-2,0 (13-10)

0,7-1,0 (20-18)

1,1-1,5 (17-14)

1,6-2,0 (13-10)

Tỷ lệ

X o công thức (2.1) Trong đó, hệ số chất lượng vật liệu A, chọn theo ba

Bảng 2.7 : Hệ số chất lượng vật liệu thiết kế thành phần bê tông cát mịn

Hệ số A với môđun độ nhỏ

ûng 2.7

(độ ngậm nước) của cát

C lượng vật liệu

Đặc tính vật liệu

hất

0,7 – 1,1 (20 – 17)

1,2 – 2 (16 – 10)

Tốt

5 , 2

2 



b x

R R

- Đá dăm granít hoặc các loại đá cường độ cao, sạch, thành phần hạt tốt

- Cát sạch, ít tạp chất hữu cơ (không

0,60 0,62 sẫm hơn màu chuẩn)

Trung

bình

0 , 2 5 ,

- Đá dăm, sỏi đạt yêu cầu của TCVN

: Hệ số dư vữa hợp lý Kd của bê tông cát mịn

Lượng xi măng cho 1m3 bê tông xác định theo công

Aùp dụng các công thức tính toán (2.5), (2.6) và (2.7) như đối vơ

ïp bê tông tông nặng thông thường Tuy nhiên, xác định hệ số dư vữa hợp lý theo bảng 2.8 :

Ghi chú : Để thiết kế bê tông, ta thie

ùc nêu ở các

2 : là thành phần tăng 10% xi măng so với lượng xi măng ở

àn giảm 10% xi măng so với lượng xi măng ở

háp thiết kế cấp phối bê tông :

át lập 3 thành phần định hướng

phần trên

thành phần 1, lượng nước giữ nguyên như ở thành phần 1, cát và đá tính lại theo công thức (2.6) và (2.7)

thành phần 1, lượng nước giữ nguyên như ở thành phần 1, cát và đá tính lại theo công thức (2.6) và (2.7)

2.4 Nhận xét về hai phương p

trên đều giống

măng và nước cao hơn hẳn so với bê tông sử dụng cát hạt to để xi măng có đủ khả năng

Nhìn chung cả hai phương pháp thiết kế cấp phối bê tông nêu

nhau về trình tự thiết kế, công thức áp dụng Điểm khác nhau giữa hai phương pháp là ở các bảng tra dành cho bê tông cát mịn hạt và bê tông nặng thông thường về lượng nước ban đầu, hệ số chất lượng vật liệu và hệ số dư vữa hợp lý Do thông số kỹ thuật ở các bảng tra khác nhau nên cấp phối dùng cho hai loại bê tông cát mịn hạt và bê tông nặng thông thường cũng khác nhau

Bê tông sử dụng cát mịn hạt sẽ cho thành phần cấp phối với xi

bao bọc toàn bộ các bề mặt của cốt liệu trong quá trình ninh kết, đồng thời lượng nước cao để đủ nước cần thiết cho quá trình thủy hóa bê tông Tuy nhiên hàm lượng cát mịn hạt trong bê tông lại ít hơn hẳn so với bê tông sử dụng cát hạt to vì cát mịn có khả năng phân tán cao trong hỗn hợp bê tông

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT HẠT TO TẠI SÔNG ĐỒNG NAI

(DÙNG LÀM MẪU ĐỐI CHỨNG)

3.1 Tính chất các nguyên vật liệu dùng trong bê tông : [13] [14]

Các nguyên vật liệu dùng trong bê tông bao gồm : chất kết dính (xi măng), cốt liệu lớn (đá dăm), cốt liệu nhỏ (cát)

Chất kết dính (xi măng) là thành phần vô cùng quan trọng trong việc chế tạo bê tông Chất lượng của chất kết dính (thành phần khoáng chất, tỷ lệ phụ gia, cường độ nén, độ mịn, … ) ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bê tông Cốt liệu là thành phần vật liệu chiếm khối lượng và thể tích lớn nhất trong bê tông (khoảng 80%), tạo nên bộ khung chịu lực Chọn đúng cốt liệu cho bê tông và sử dụng chúng hợp lý là một trong những nhiệm vụ quan trọng của công nghệ bê tông

Như vậy, lựa chọn hệ nguyên vật liệu và nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của chúng là khâu quan trọng, bước đầu để thực hiện việc nghiên cứu Mục tiêu cần đề ra trong chương này là chế tạo bê tông có cấp độ bền B22.5 (tương đương với cường độ 30MPa), sử dụng cát hạt to sông Đồng Nai dùng làm mẫu đối chứng Vì vậy, cần phải chọn loại cát có xuất sứ từ sông Đồng Nai và môđun độ lớn từ 2 – 3,3 ; các loại nguyên vật liệu khác như xi măng, đá dăm, … đạt chất lượng cao và được sử dụng rộng rãi trên thị trường

Trong quá trình nghiên cứu đã tìm hiểu yêu cầu kỹ thuật, từ đó thực nghiệm để lựa chọn hệ nguyên vật liệu sử dụng cho nghiên cứu như sau :