NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH ĐỨC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG Chuyên ngành :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THÀNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT ĐỒI TẠI CÁC XÃ VÙNG ĐÔNG - TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM

ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG

TRONG CHẾ TẠO BÊ TÔNG

Chuyên ngành : 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 ĐẶNG CÔNG THUẬT

Phản biện 1: PGS.TS PHẠM THANH TÙNG

Phản biện 2: TS TRẦN ANH THIỆN

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 12 tháng 10 năm 2019

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 – ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Bê tông là loại vật liệu phổ biến thường được sử dụng cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Bê tông truyền thống với thành phần gồm: cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát sông, suối), xi măng, nước và có thể có phụ gia Bê tông truyền thống được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng, nhưng hiện nay đang có những trở ngại trong việc đáp ứng về nhu cầu số lượng được cung cấp, nhất

là không đáp ứng đủ nhu cầu cát sông dùng cho chế tạo bê tông

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông” nhằm tiến hành nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông 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 khi sử dụng cát đồi để thay thế một phần cát sông (suối), góp phần trong việc sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên cát sông, cát suối ngày càng khan hiếm, đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng lớn của khu vực thành phố Tam Kỳ nói riêng và tỉnh Quảng Nam nói chung

2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu cường độ của bê tông khi sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông theo những tỉ lệ nhất định Thông qua các nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định cường độ chịu nén theo thời gian trong điều kiện bảo dưỡng chuẩn tại phòng thí nghiệm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Hỗn hợp bê tông khi sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay thế một phần cát sông trong chế tạo bê tông

- Phạm vi nghiên cứu: Xác định cường độ chịu nén theo thời gian trong các điều kiện bảo dưỡng chuẩn tại phòng thí nghiệm của

bê tông khi sử dụng cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay thế một phần cát sông, với các tỷ lệ thay thế 15%, 25% và 35%

4 Nội dung nghiên cứu:

Nghiên cứu tận dụng nguồn cát đồi tại các xã vùng Đông - Tam Kỳ để thay thế một phần cát sông với những hàm lượng nhất định trong việc chế tạo hỗn hợp bê tông

5 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết; khảo sát thực nghiệm bằng cách dần thay thế cát sông bằng cát đồi khu vực các xã Vùng Đông - Tam Kỳ với những hàm lượng nhất định trong việc chế tạo hỗn hợp bê tông

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Từ kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào việc chế tạo những cấu kiện, sản phẩm bê tông sử dụng cát đồi thay thế một phần cát sông

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

Bê tông là một hỗn hợp được tạo thành từ cát, đá, xi măng, nước… Trong đó cát và đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng của nước, ngoài ra còn có chất phụ gia thêm vào để đáp ứng yêu cầu cần thiết

1.1.1.1 Phân loại bê tông

Có thể phân loại bê tông theo dạng chất kết dính, theo dạng cốt liệu, theo khối lượng thể tích, theo công dụng,

1.1.1.2 Cấu trúc bê tông

Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều trong bê tông

1.1.2 Tính chất cơ học của bê tông

1.1.2.1 Cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông

1.1.2.2 Cường độ chịu uốn

Cường độ chịu uốn là một thông số đo cường độ chịu kéo của

bê tông, nó được đo trên cơ sở uốn dầm bê tông

1.1.3 Co ngót của bê tông

Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong

Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng

để lấp đầy lổ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc

1.1.4.3 Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi)

Cốt liệu lớn là hỗn hợp các loại cốt liệu có kích thước từ 5mm đến

70 mm Cốt liệu lớn có thể là đá dăm, sỏi, sỏi dăm và hỗn hợp từ đá dăm và sỏi hay sỏi dăm

1.2.1 Giai đoạn hòa tan

1.2.2 Giai đoạn hóa keo

1.2.3 Giai đoạn kết tinh

1.3 Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng và khai thác sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông xi măng

Cát đồi có cỡ hạt nhỏ có nguồn gốc từ cát biển, là cát mịn, có cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25 mm, thành phần hạt thường tập trung chủ yếu ở một cỡ hạt đồng đều nhau, hàm lượng bùn bụi sét rất thấp

1.3.1 Các nghiên cứu ứng dụng cát mịn có nguồn gốc từ cát biển để chế tạo bê tông xi măng

1.3.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng ở nước ngoài

1.3.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng ở trong nước

Trong vài năm gần đây, nhiều cơ quan, tổ chức, nhà khoa học

đã nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng cát hạt mịn và đã có kết quả nhất định

1.3.2 Ảnh hưởng của cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển

trong quá trình chế tạo, sử dụng bê tông xi măng

Cát hạt mịn có nguồn gốc từ cát biển, mang các đặc trưng mô đun nhỏ, cỡ hạt hầu hết lọt qua sàng 1,25mm, thành phần hạt khá đồng đều, hàm lượng muối trong cát có thể cao hơn cát sông nên khi chế tạo hỗn hợp bê tông có cần lượng nước và xi măng nhiều hơn

1.4 Nhận xét chương 1

Với thực trạng nhu cầu đầu tư xây dựng tăng cao như hiện nay, cần nghiên cứu chế tạo bê tông có cốt liệu nhỏ là cát hạt mịn hoặc thay thế một phần cát sông bằng cát đồi hạt mịn chất lượng cao cho các công trình là rất cần thiết, phù hợp với điều kiện của Việt Nam Từ đó góp phần trong việc sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên cát sông ngày càng khan hiếm

CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ LÝ, HÓA HỌC CỦA CÁT ĐỒI

CỠ HẠT NHỎ VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 2.1 Tổng quan về cát đồi ven biển miền Trung và cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ

2.1.1 Tổng quan về cát đồi ven biển miền Trung Việt Nam

Miền Trung nước ta có diện tích các đồi cát khá lớn trải dài từ tỉnh Quảng Bình đến tỉnh Bình Thuận Cát đồi khu vực miền Trung thường nằm xen kẽ đồng ruộng hoặc gần bờ biển, đa số có hạt mịn, khá đều và trạng thái rời rạc

2.1.2 Đặc điểm cát đồi khu vực vùng Đông Tam Kỳ

Cát đồi vùng Đông Tam Kỳ tập trung ở các xã Tam Phú, Tam Thăng, Tam Thanh, thuộc thành phố Tam Kỳ Cát đồi khu vực này có màu vàng nhạt, độ hạt mịn đến trung, rời rạc, ít bụi bẩn, sáng màu Trữ lượng cát đồi ven biển tại khu vực này khá lớn, khoảng 250 triệu m3

2.2 Các chỉ tiêu cần xác định đối với cát đồi

Tùy theo mục đích sử dụng cát đồi mà tiến hành xác định một

số hoặc toàn bộ các chỉ tiêu cơ lý của cát theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006, cụ thể cần xác định: Hàm lượng muối có trong cát đồi; thành phần hạt; mô đun độ lớn của cát; khối lượng thể tích xốp; khối lượng riêng; khối lượng thể tích bão hòa; khối lượng thể tích khô; hàm lượng bùn bụi sét; độ hút nước; độ mài mòn

2.3 Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông

2.3.1 Tiêu chuẩn và thiết bị thí nghiệm

2.3.1.1 Các tiêu chuẩn sử dụng trong thí nghiệm

Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn Việt Nam dưới đây: TCVN 3105:1993; TCVN 3106:1993; TCVN 3115:1993; TCVN 3118:1993

2.3.1.2 Thiết bị sử dụng trong thí nghiệm

2.3.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông

2.3.2.1 Lấy mẫu và chuẩn bị thí nghiệm

2.3.2.2 Tiến hành thí nghiệm

2.3.2.3 Tính kết quả

2.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén của bê tông

2.4.1 Ảnh hưởng của hàm lượng muối chứa trong cát đồi

Hàm lượng muối có trong cát đồi sẽ đóng vai trò là chất xúc tác làm tăng nhanh thời gian ninh kết của bê tông trong khoảng thời gian ngắn ban đầu và làm giảm sự phát triển cường độ chịu nén tối đa của

có sử dụng cát đồi thay thế một phần cát sông sẽ có độ sụt thấp hơn độ sụt của hỗn hợp bê tông chỉ dùng cát sông dẫn đến làm giảm độ linh động bê tông tươi

2.4.3 Mác xi măng và tỷ lệ X/N

Mác xi măng và tỷ lệ X/N có ảnh hưởng lớn đến cường độ nén của bê tông Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ X/N thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa

2.4.4 Hàm lượng và tính chất của cốt liệu

Trong bê tông tỷ lệ thể tích cốt liệu thường chiếm từ 50÷70%

Tỷ lệ thành phần cốt liệu, loại cốt liệu, cấp phối hạt, độ lớn hạt cốt liệu

và đặc trưng bề mặt của hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ và cường độ chống nứt của bê tông

2.4.5 Cấu tạo của bê tông

Cấu tạo của bê tông biểu thị bằng độ đặc của nó Độ đặc càng cao thì cường độ bê tông càng lớn

2.4.6 Phụ gia tăng dẻo

Phụ gia tăng dẻo có tác dụng tăng tính dẻo cho bê tông nên có thể giảm bớt lượng nước nhào trộn, do đó cường độ bê tông sẽ tăng lên đáng kể

2.4.7 Phụ gia đông kết nhanh

Phụ gia đông kết nhanh có tác dụng đẩy nhanh quá trình thủy hóa của xi măng nên làm tăng nhanh sự phát triển cường độ bê tông dưỡng hộ trong điều kiện tự nhiên cũng như ngay sau khi dưỡng hộ nhiệt

2.4.8 Cường độ bê tông tăng theo thời gian

Trong quá trình rắn chắc cường độ bê tông không ngừng tăng lên Từ 7 đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần và có thể tăng đến vài năm gần nhau

2.4.9 Điều kiện môi trường bảo dưỡng

Trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cường độ của bê tông có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể

2.4.10 Điều kiện thí nghiệm

Trong thí nghiệm, nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa các mẫu

và bàn máy nén thì tại mặt đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang và làm tăng cường độ của mẫu so với khi bôi trơn mặt tiếp xuất

2.5 Nhận xét chương 2

Để xác định ảnh hưởng của hàm lượng muối và thành phần hạt trong cát đồi đến cường độ chịu nén của bê tông, tác giả tiến hành đúc mẫu và thí nghiệm nén ở các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90 nhằm mục đích xác định sự phát triển cường độ chịu nén của các loại cấp phối bê tông đã chọn theo thời gian, từ đó so sánh và đánh giá được ảnh hưởng của hàm lượng muối và thành phần hạt trong cát đồi đến sự phát triển cường độ nén của bê tông

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT ĐỒI VÙNG ĐÔNG, TAM KỲ ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN CÁT SÔNG TRONG

THÀNH PHẦN CẤP PHỐI

3.1 Mục đích thí nghiệm

Tại các đề tài nghiên cứu của tác giả Lê Thành Đức và Nguyễn Anh Dương đã lần lượt sử dụng cát đồi Vạn Ninh - Khánh Hòa theo các tỉ lệ % cát đồi/cát sông lần lượt là: 15/85; 20/80; 25/75 và cát đụn ven biển Đà Nẵng theo các tỉ lệ % cát đồi/cát sông lần lượt là: 15/85; 20/80; 25/75 để chế tạo bê tông cấp độ bền B20 Qua kết quả nghiên cứu của 2 tác giả trên cho thấy, hoàn toàn có thể sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông, tuy nhiên, đây chỉ là nghiên cứu đối với cát mịn có tính chất địa phương Tùy thuộc vào đặc điểm của các mịn ở các địa phương khác nhau mà kết quả nghiên cứu có thể có những kết quả khác nhau

Kế thừa các nghiên cứu trước, trong luận văn này tác giả cũng

sẽ đi chế tạo bê tông cấp độ bền B20 với các tỷ lệ thay thế khác nhau nhằm thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông để đánh giá ảnh hưởng của cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ trong thành phần cấp phối đến cường độ và sự phát triển cường độ của bê tông Các cấp phối dự kiến trong thí nghiệm gồm:

- Cấp phối 0: đây là cấp phối chuẩn ban đầu với tỉ lệ các thành phần theo thiết kế gồm xi măng PCB 40, đá 1x2 cm, cát sông (100%)

độ chịu nén của các cấp phối có sử dụng cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ thay thế một tỉ lệ nhất định cát sông trong thành phần cấp phối so với cấp phối chuẩn ban dầu sử dụng 100% cát sông

3.2 Xác định các chỉ tiêu của các thành phần cấp phối

3.2.1 Xi măng

Tác giả lựa chọn sử dụng xi măng Cosevco Sông Gianh Quảng Bình - PCB 40; Đây là loại xi măng poóc lăng hỗn hợp, với các chỉ tiêu kỹ thuật theo quy định trong TCVN 6260: 2009

3.2.2 Cốt liệu nhỏ (cát)

3.2.2.1 Cát sông

Cát vàng sông Tam Kỳ được mang về Phòng Thí nghiệm LAS –

XD 1177 để thực hiện thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý, thành phần hạt

Bảng 3.1 Các tính chất cơ lý của cát sông Tam Kỳ

P/Pháp thí nghiệm

2006

3 Hệ số rỗng (%) 39.40

TCVN 7572-6 :

2006

Ngang màu chuẩn

6 Hàm lượng

7 Mô duyn độ lớn Mk = 2.65

Bảng 3.2 Thành phần hạt của cát sông Tam Kỳ

Kích thước

mắt sàng

(mm)

Trọng lượng trên sàn (g)

Lượng sót riêng biệt (%)

Lượng sót tích lũy (%)

YCKT (%) TCVN 7570:2006

Hình 3.1 Thành phần hạt của cát sông Tam Kỳ

Nhận xét: Cát sông Tam Kỳ có các chỉ tiêu cơ lý, thành phần

hạt đạt yêu cầu dùng cho bê tông theo TCVN 7570:2006

3.2.2.2 Cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ

Cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ được lấy 05 mẫu tại 05 vị trí khác nhau (Kim Đới, Tam Thăng - vị trí 1; Vĩnh Bình, Tam Thăng - vị trí 2; Ngọc Mỹ, Tam Phú - vị trí 3; Phú Mỹ, Tam Phú - vị trí 4; Trường PTTH Duy Tân, Tam Phú - vị trí 5) và được gửi đến Phòng Thí nghiệm thuộc Đài Khí tượng - thủy văn Trung Trung Bộ để thực hiện các thí nghiệm nhằm xác định hàm lượng Clorua và Sunphat trong cát đồi

0 10

Bảng 3.3 Hàm lượng muối trong các mẫu cát đồi vùng Đông - Tam

Kỳ theo kết quả kiểm nghiệm của Phòng Thí nghiệm thuộc Đài Khí tượng - thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ

STT Tên mẫu Tên chỉ

tiêu

Phương pháp kiểm nghiệm Kết quả

TCVN 6647:2007 + TCVN 6194:1996 3,10 Sunphat

TCVN 6647:2007 + TCVN 6194:1996 2,22 Sunphat

TCVN 6647:2007 + TCVN 6194:1996 3,21 Sunphat

TCVN 6647:2007 + TCVN 6194:1996 2,80 Sunphat

TCVN 6647:2007 + TCVN 6194:1996 2,50 Sunphat

(g/m3) TCVN 6656:2000 2,36

Căn cứ kết quả kiểm nghiệm trên, tác giả chọn mẫu vị trí 3 có hàm lượng Cl- cao nhất trong 05 mẫu thử (hàm lượng ion Cl- = 3,21g/m3 ; hàm lượng ion SO4 2- = 2,92g/m 3 ) để thực hiện thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của mẫu cát này tại Phòng Thí nghiệm LAS 1177

Bảng 3.4 Các tính chất cơ lý của cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ

TT Chỉ tiêu thí

nghiệm Đơn vị Kết

quả

P/Pháp thí nghiệm

Yêu cầu

kỹ thuật

1 Khối lượng

3) 2.632

TCVN 7572-4 :

2006

3 Hệ số rỗng (%) 45.17

TCVN 7572-6 :

2006

Ngang màu chuẩn

(g)

Lượng sót riêng biệt (%)

Lượng sót tích lũy (%)

YCKT (%) TCVN 7570:2006 Cát thô Cát mịn

0.315 259,00 25,90 30,70 65-90 5-65 0.14 621,00 62,10 92,80 90-100 65-90

Hình 3.2 Thành phần hạt của cát đồi vùng Đông, Tam Kỳ

Nhận xét: Cát đồi đồi vùng Đông, Tam Kỳ (vị trí 3) có hàm lượng ion

Cl- thỏa mãn yêu cầu theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006;

có mô đun độ lớn về cơ bản thỏa mãn yêu cầu theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 Tuy nhiên, thành phần hạt tập trung ở cỡ hạt từ 0,14mm đến nhỏ hơn 0,315mm và đồng đều nhau, không thỏa mãn các chỉ tiêu đầy đủ về thành phần hạt theo quy định tại TCVN 7570:2006 Cần thiết phải tiến hành phối trộn cát sông và cát đồi vùng Đông Tam Kỳ theo tỉ lệ nhất định nhằm đảm bảo các yêu cầu

về thành phần hạt

3.2.2.3 Phối trộn hỗn hợp cát sông và cát đồi vùng Đông Tam

Kỳ

- Hỗn hợp cát 01: Thay thế 15% cát sông bằng cát đồi vùng

Đông Tam Kỳ để tạo thành hỗn hợp cát 01 (85% cát sông + 15% cát đồi) Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp cát 01 theo TCVN

7572 : 2006 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, kết quả thí nghiệm thành phần hạt theo bảng sau:

(g)

Lượng sót riêng biệt (%)

Lượng sót tích lũy (%)

YCKT (%) TCVN 7570:2006

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100