Nghiên cứu lý thiết và công nghệ sản xuất cát nhân tạo, sử dụng cát nhân tạo trong bê tông xi măng

Từ thực tế đó, việc nghiên cứu đưa cát nhân tạo từ việc sản xuất đá 1x2 thành một nguồn vật liệu trong sản xuất bê tông là một vấn đề cần thiết nhằm giảm thiểu khối lượng tài nguyên cát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong các tạp chí khoa học và công trình nào khác

Các thông tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ ràng./

Tác giả

ĐỖ MINH TÀI

LỜI CẢM ƠN

Xin cám ơn Thầy TS Phạn Văn Hùng, Thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình

thành nên ý tưởng của đề tài và đã làm tôi mạnh dạn tiếp cận với hướng nghiên cứu đồng thời, thầy là người đã tận tụy giúp tôi hệ thống hóa lại kiến thức quản lý và định lượng phân tích và hiểu biết thêm về nhiều điều mới trong quá trình nghiên cứu luận văn này

Để hoàn thành đề cương luận văn này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của tập thể và các cá nhân Tôi xin tỏ lòng biết ơn đến tập thể và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô thuộc Ban đào tạo Sau đại học, Khoa Xây dựng trường Đại Học Kinh tế Công nghiệp Long An đã tạo điều kiện và giúp

đỡ tôi trong quá trình học và nghiên cứu khoa học tại đây

Đề cương Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong Quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

ĐỖ MINH TÀI

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng ngoài việc chú trọng nghiên cứu các vật liệu xây dựng mới, thì việc tận dụng và phát triển nguồn vật liệu sẵn có tại địa phương nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng tăng trong khi nguồn vật liệu tự nhiên ngày càng khan hiếm cũng cần được quan tâm đúng mức

Việc sử dụng bê tông xi măng truyền thống theo tỷ lệ cấp phối hiện nay cần sử dụng một lượng cát lớn Chính vì vậy, trong những năm gần đây, hiện tượng khai thác nguồn tài nguyên cát phục vụ sản xuất bê tông rất phức tạp và việc quản lý về hoạt động này vẫn còn hạn chế, lỏng lẽo, dễ gây ra các vấn đề về sạt lở bờ sông, sa bồi, thủy phá, tác động sấu tới môi trường Bên cạnh đó, ở nước ta hiện nay việc sản xuất đá 1x2 dùng cho bê tông xi măng truyền thống là rất lớn do nhu cầu xây dựng ngày càng tăng

Từ thực tế đó, việc nghiên cứu đưa cát nhân tạo từ việc sản xuất đá 1x2 thành một nguồn vật liệu trong sản xuất bê tông là một vấn đề cần thiết nhằm giảm thiểu khối lượng tài nguyên cát khai thác hàng năm, góp phần đảm bảo được vấn đề môi trường, giảm giá thành sản xuất bê tông và chi phí cho các doanh nghiệp khai thác

đá

Vì vậy việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu lý thiết và công nghệ sản xuất cát nhân tạo, sử dụng cát nhân tạo trong bê tông xi măng ” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất cao

ABSTRACT SUMMARY

In the world in general and in Vietnam in particular, in addition to focusing on researching new building materials, the utilization and development of locally available materials to meet the increasing construction demand while Natural resources increasingly scarce need to be paid attention

The use of traditional cement concrete at the present grading rate requires the use of large amounts of sand Therefore, in recent years, the phenomenon of exploiting sand resources for concrete production is very complicated and the management of this activity is still limited, loose, easy to cause problems landslides of river banks, alluvium, water banks, and impacts on the environment Besides, in our country today, the production of 1x2 stone for traditional cement concrete is huge due to the increasing construction demand

From that fact, the study of making artificial sand from the production of 1x2 stone into a material source in concrete production is an essential issue to minimize the amount of sand resources exploited annually, contributing to ensure protect environmental issues, reduce

concrete production costs and costs for businesses quarrying

Therefore, the implementation of the topic "Strict study and technology of artificial sand production" is very necessary, of great scientific and practical significance

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Bê tông và bê tông cốt thép đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng và giao thông, phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân Trong đó bê tông là một trong những loại vật liệu xây dựng được sử dụng với khối lượng lớn nhất, chiếm trên 80% khối lượng công trình xây dựng Theo thống kê của hiệp hội bê tông thì hàng năm trên thế giới sử dụng khoảng 2.5 tỷ m3 bê tông các loại Cho đến nay bê tông vẫn là một loại vật liệu quý mà chưa có một loại vật liệu nào có thể thay thế hoàn toàn được bởi các tính năng ưu việt như: cường độ chịu lực cao, có độ bền cao trong các môi trường sử dụng, được sản xuất từ những nguyên liệu có sẵn dồi dào ở tất cả các vùng miền Riêng ở Việt Nam, theo thống kê của hiệp hội xi măng nhu cầu sử dụng xi măng từ năm 2012 trở đi là trên 50 triệu tấn xi măng/năm Để sử dụng hết 50 triệu tấn xi măng này thì chúng ta cần tới 100 triệu tấn cát (với tỷ lệ 1 xi măng:2 cát) Hệ quả của việc phát triển đó dẫn tới nguồn tài nguyên cát sử dụng cho bê tông ngày càng cạn kiệt Hơn nữa chất lượng cát tự nhiên ngày càng kém không đáp ứng được các tiêu chí để sản xuất bê tông Vì thế việc tăng cường sử dụng vật liệu mới, vật liệu thân thiện với môi trường và phát triển bề vững, áp dụng công nghệ thi công tiên tiến, mạnh dạn đưa các vật liệu thay thế các nguyên vật liệu truyền thống gây ô nhiễm môi trường, giá thành hợp lý, tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp với điều kiện cụ thể của từng địa phương là một xu hướng phát triển tất yếu

Trong những năm gần đây tỉnh Đồng Tháp có tốc độ phát triển kinh tế tương đối cao của khu vực Nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng giao thông là rất lớn cùng với các chương trình, chính sách an sinh của Nhà nước như chương trình xây dựng cụm tuyến dân cư, chương trình xây dựng nông thôn mới,…, các công trình xây dựng ngày càng nhiều

Trước kia nguồn vật liệu cát ở đây rất dồi dào, khai thác Cát từ các nhánh sông (huyện Cao Lãnh, Thanh Bình, Hồng Ngự, An Giang) Tuy nhiên, việc khai thác Cát không tuân thủ các yêu cầu về bảo vệ môi trường, khai thác tùy tiện, không khoa học dẫn đến nguồn tài nguyên này bị khai thác cạn kiệt, bờ sông bị xói lở nghiêm trọng, một số sông lớn đã bị cấm hoặc hạn chế khai thác cát Điều này đã gây không ít khó khăn cho nhu cầu cát phục vụ trong xây dựng san lấp mặt bằng, làm đường và các công trình khác, vì nguồn vật liệu cát tự nhiên đạt chất lượng không đủ trữ lượng để cung cấp dồi dào và liên tục nữa Xuất phát từ những lý do nêu trên để có một nguồn vật liệu thay thế cát tự nhiên và đáp ứng nhu cầu cho ngành xây dựng hiện nay học viên đã chọn đề tài “Nghiên cứu lý thuyết và công nghệ sản xuất cát nhân tạo, Sử dụng cát nhâ tạo trong chế tạo bê tông xi măng”

nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựng ở khu vực phía Nam đồng thời nâng cao giá trị sử dụng, giá trị kinh tế

Hình 1 : Hình ảnh khai thác cát

Hình 2 : Hình ảnh sạt lở mái kênh do khai thác cát

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu về lý thuyết cấp phối và cấu tạo tốt nhất của cát: tìm hiểu một

số mỏ đá ở các tỉnh, An Giang, Tây Ninh, Bà Rịa Vũng Tàu, về cấu tạo hình học của vật liệu, cấp phối đá, cấu trúc đá, chất lượng sản phẩm cát tốt nhất, cường độ của đá đạt tiêu chuẩn cho phép

- Nghiên cứu về công nghệ sản xuất cát nhân tạo chất lượng cao: Khảo sát và nghiên cứu lý thuyết dây chuyền công nghệ sản xuất cấp phối đá để tạo ra cát nhân tạo ở một số mỏ đá của các tỉnh lân cận hiện nay sử dụng cho các lĩnh vực công trình xây dựng tốt nhất

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Luận văn nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo thay thế cát sông sử dụng cho bê tông xi măng mác thông thường và bê tông mác cao

Phạm vi nghiên cứu: Cát nhân tạo sử dụng trong công trình xây dựng dân

dụng và khai thác từ các loại đá ở Miền Đông hay Miền Tây nam bộ Hiện nay ở miền đông hay miền tây nam bộ có một số mỏ đá khai thác để nghiền đá làm cát nhân tạo như: mỏ đá cô tô tỉnh An Giang, Tây Ninh, Đồng Nai

- Vật liệu để sản xuất cát nhân tạo là đá các loại phù hợp sản xuất cát

- Khu vực sản xuất cát nhân tạo tỉnh và ở đồng bằng sông cửu Long

- Tính toán giá thành cho 1m3 cát, so sánh giá cát tự nhiên

- Phạm vi ứng dụng trong tỉnh và ở đồng bằng sông cửu Long

4 Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thí nghiệm trong phòng, khảo sát, thí nghiệm ngoài hiện trường để đối chứng kết quả nghiên cứu rút

ra kết luận nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu về lý thuyết công nghệ dây chuyền nghiền sàn đá kết hợp nghiên cứu cấp phối của cát và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cát, vật liệu đá nghiền để chế tạo cát nhân tạo chất lượng cao phù hợp tiêu chuẩn sử dụng của các loại vật liệu khác nhau

Thí nghiệm trong phòng

Thí nghiệm ngoài công trình

5 Ý nghĩa của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

- Làm sáng tỏ cơ sở khoa học về vật liệu, lý thuyết cấp phối, cấu tạo hình học, các yếu tố ảnh hưởng khác đến chất lượng cát sử dụng cho các công trình xây dựng khác nhau Góp phần hoàn thiện tiêu chuẩn cát nhân tạo cho công tác xây tô

- Cát sử dụng cho bê tông chịu uốn công trình dân dụng, cầu đường, chịu tải trọng lớn như : sàn nhà công nghiệp, dầm cầu, mặt cầu, sân bay Mặt khác cát còn dùng cho bê tông nhựa mặt đường, dùng cho cấp phối đá dăm các công trình thủy công

- Nghiên cứu hoàn thiện dây chuyền công nghệ sản xuất cát nhân tạo để giảm giá thành đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn đề ra một số giải pháp cải tiến hoàn thiện hơn

Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần chống khai thác Cát ở các sông trong Đông

Nam bộ, tạo trạng thái cân bằng tự nhiên bảo vệ môi trường, chống sạt lở mái kênh, tạo dòng chảy ổn định Mặt khác tạo ra một loại vật liệu cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên đảm bảo chất lượng, giá thành ổn định tốt nhất

6 Nội dung đề tài

Nội dung đề tài gồm: Phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phần phụ lục

Phần mở đầu: Lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Chương 1: Tổng quan về Nghiên cứu lý thuyết và công nghệ sản xuất cát nhân tạo

Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết, yêu cầu kỹ thuật và công nghệ nghiền đá làm cát nhân tạo

Chương 3: Nghiên cứu một số tính chất của cát nhân tạo Sử dụng cát nhâ tạo trong chế tạo bê tông xi măng

Chương 4: Phân tích kết qủa thí nghiệm và đánh giá khả Sử dụng cát nhâ tạo trong chế tạo bê tông xi măng làm mặt đường bê tông xi măng

Phần kết luận, kiến nghị

Nhận xét, đánh giá và rút ra kết luận đồng thời đề nghị định hướng nghiên cứu tiếp sau nghiên cứu này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT CÁT NHÂN TẠO 1.1 Giới thiệu

Cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật đất nước ta đang dần tiến tới một nước công nghiệp thì ngành công nghiệp xây dựng đã có những bước phát triển mạnh mẽ cho phép chúng ta tạo ra được nhiều công trình, dự án mang tính đột phá, những công trình thế kỷ góp phần ổn định và có ý nghĩa quan trọng trong các hoạt động kinh tế, xã hội, chính trị, an ninh quốc phòng Trong công tác xây dựng bao giờ vật liệu cũng đóng vai trò chủ yếu Vật liệu là một trong các yếu tố quyết định chất lượng, giá thành và thời gian thi công công trình Thông thường chi phí về vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ tương đối lớn trong tổng giá thành xây dựng: 75-80% đối với các công trình dân dụng và công nghiệp, 70-75% đối với các công trình giao thông, 50-55% đối với các công trình thủy lợi Bê tông là một trong những vật liệu quan trọng hàng đầu, bởi sự hư hại của các công trình hầu hết xuất phát từ bê tông

Để nâng cao chất lượng của bê tông cho các công trình người ta phải chú ý rất kỹ lưỡng khâu lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào Lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào có chất lượng tốt cùng với bài toán cấp phối và các điều kiện công nghệ thi công tốt sẽ cho ra sản phẩm bê tông đáp ứng được yêu cầu này Trong bê tông cốt liệu là một trong những thành phần rất quan trọng, ngoài việc nó tạo ra một bộ khung chịu lực vững chắc còn có ý nghĩa kinh tế như giảm lượng xi măng, giảm tính co ngót của bê tông Do đó, việc sử dụng cát cho bê tông được người ta quan tâm đặc biệt, có sự kiểm tra chất lượng một cách nghiêm ngặt Cát sử dụng cho bê tông phải có thành phần cấp phối hạt liên tục, hợp lý, thường sử dụng cát có mô đun lớn, hạn chế các tạp chất có hại như: hàm lượng mica, tạp chất bụi bùn sét, tạp chất hữu cơ, phản ứng kiềm-silic,

Chính tốc độ phát triển nhanh trong xây dựng và yêu cầu đòi hỏi cao về chất lượng nguyên vật liệu đầu vào cho sản xuất bê tông đã dẫn đến sự khai thác quá mức nguồn tài nguyên cát sông Nguồn tài nguyên cát tự nhiên đạt chất lượng ngày càng khan hiếm vì thế đòi hỏi một sự quan tâm nghiên cứu các nguồn nguyên liệu thay thế cho sự phát triển bền vững này như một loại vật liệu nhân tạo

1.2 Tầm quan trọng của cốt liệu trong bê tông

Cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ (mịn) là thành phần cơ bản chiếm một thể tích và khối lượng lớn, chiếm đến 60-65% thể tích của hỗn hợp bê tông, có ảnh hưởng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông, đến lượng cần nước của hỗn hợp, lượng dùng xi măng, các tính chất cơ lý đàn hồi của bê tông

Nguyên nhân chính của việc đưa cốt liệu vào thử nghiệm cùng với vữa xi măng để tạo hỗn hợp bê tông là: cốt liệu có giá thành rẻ hơn xi măng rất nhiều; cốt liệu giúp giảm co ngót, và ổn định thể tích cho bê tông; cốt liệu làm cho bê tông bền hơn

Cốt liệu thường dùng trong bê tông là cát, cuội, sỏi và đá nghiền Cát và cuội sỏi là các sản phẩm từ sự xói mòn của các đá thiên nhiên, được dòng nước mang đi

và tích tụ thành các lớp dưới chân núi, thung lũng hoặc trên sông Tuy nhiên, cốt liệu có nguồn gốc thiên nhiên (cát, sỏi) có thể chứa các thành phần có hại khi được

sử dụng trong bê tông và vữa

Hơn nữa, thành phần cấp phối hạt cũng đóng vai trò quan trọng đối với các tính chất của bê tông tươi và ảnh hưởng nhỏ hơn đến tính chất của bê tông đã đóng rắn Hình dạng hạt và cấu trúc bề mặt của cốt liệu ảnh hưởng đến lượng nước dùng cho bê tông và ảnh hưởng đến mối liên kết giữa cốt liệu và vữa xi măng Cốt liệu dùng cho bê tông phải đủ cứng để không vỡ trong quá trình thử nghiệm, đầm lèn Khối lượng thể tích của cốt liệu có thể dùng để kiểm tra mức độ đặc chắc của thành phần cấp phối hạt cũng như hình dáng hạt của cốt liệu Khối lượng thể tích và độ hút nước của cốt liệu còn tham gia vào quá trình tính toán thiết kế cấp phối bê tông Hầu hết cốt liệu giúp bê tông chống co ngót Một số ít cốt liệu có sự thay đổi thể tích khi làm ướt và làm khô làm cho bê tông có độ ổn định thể tích kém Hệ số giãn

nở vì nhiệt của bê tông phần lớn được xác định bởi thành phần cốt liệu Cốt liệu nhẹ thường được dùng để sản xuất bê tông chống cháy Hàm lượng hạt mịn vừa đủ giúp cho bê tông gắn kết và dễ hoàn thiện bề mặt Tuy nhiên nếu quá nhiều sẽ làm tăng nhu cầu nước và có thể ảnh hưởng đến mối liên kết giữa cốt liệu và vữa xi măng Vì vậy, cốt liệu thật sự ảnh hưởng đến các tính chất kinh tế, độ bền và tính ổn định của

bê tông

1.3 Nhu cầu khai thác cát tự nhiên và sử dụng cát nhân tạo

Khu vực Đồng Bằng sông Cửu Long có lượng cát rất dồi dào, ước tính lên

tới 850 triệu m3, phân bố tập trung tại một số tỉnh như: Bến Tre (29,89%), Đồng

Tháp (24,60%), Vĩnh Long (15,20%), An Giang (9,95%)

Ở nước ta, cát ở các vùng miền có các tính chất rất khác nhau Cát ở miền

Đông Nam Bộ và Đồng Bằng sông Cửu Long thường có mô đun độ lớn từ 1.0-2.0

có nhiều tạp chất bẩn Do đó hiện nay cát ở khu vực ĐBSCL thường được dùng vào

mục đích san lấp

Theo thống kê hàng năm nhu cầu khai thác cát tự nhiên phục vụ cho san lấp

mặt bằng và các công trình khác khoảng 92 triệu m3, dự báo đến năm 2020 tăng lên

130 triệu m3, trong khi đó, tổng tài nguyên cát của Việt Nam chỉ ước tính khoảng

2,3 tỷ m3, đáp ứng 60-65% nhu cầu của các thành phố lớn Với tốc độ xây dựng như

hiện nay thì chỉ chưa đầy 15 năm nữa, nguồn cát các sông bị cạn kiệt không còn

nhiều Chính vì vậy, để bảo vệ nguồn tài nguyên khoáng sản và bảo vệ môi trường

thì thị trường cần có một vật liệu khác thay thế cát tự nhiên đó là cát nhân tạo

Hình 0.2 Cát nhân tạo sẽ là vật liệu mới thay thế cát tự nhiên

Hình 0.3 Dây chuyền sản xuất cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên

1.4 Sự cần thiết phải nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo trong chế tạo bê tông

xi măng

Để chế tạo bê tông có chất lượng tốt người ta thường sử dụng cốt liệu có chất lượng cao, cụ thể là cấp phối hạt có cấp phối hợp lý, ít tạp chất có hại, cốt liệu nhỏ

là cát thô có mô đun độ lớn 2.6-3.5

Theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật” thì cát dùng cho bê tông theo giá trị mô đun độ lớn được phân ra làm hai nhóm chính:

Cát thô khi mô đun độ lớn trong khoảng từ lớn hơn 2.0 đến 3.3

Cát mịn khi mô đun độ lớn trong khoảng từ 0.7 đến 2.0

Thàn phần hạt của cát, biểu thị qua lượng sót tích lũy trên sàng, nằm trong phạm vi quy định trong bảng sau

Cát thô có thành phần hạt như quy định trong bảng sau được sử dụng để chế tạo bê tông và vữa tất cả các cấp bê tông và mác vữa

Bảng 0-1 Yêu cầu về thành phần hạt của cát

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

Cát mịn được sử dụng chế tạo bê tông và vữa như sau: Đối với bê tông, cát có

mô đun độ lớn từ 0.7 đến 1 (thành phần hạt như bảng trên) có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp thấp hơn B15; cát có mô đun độ lớn từ 1 đến 2 (thành phần hạt như bảng trên) 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 qui định trong bảng sau

Bảng 0-2 Yêu cầu về hàm lượng các tạp chất trong cát

Tạp chất

Hàm lượng tạp chất, % khối lượng, không lớn hơn

Bê tông cấp cao hơn B30

Bê tông cấp thấp hơn và bằng B30 Vữa

Sét cục và các tạp

Hàm lượng bụi,

Tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu, không được thẫm hơn màu chuẩn

Hàm lượng Clorua trong cát, tính theo ion Cl- tan trong axit, qui định trong bảng dưới

Bảng 0-3 Yêu cầu về hàm lƣợng ion Cl trong cát

Loại bê tông và vữa Hàm lƣợng ion Cl-, % khối

lƣợng, không lớn hơn

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép

Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông và bê

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

Cát được sử dụng khi khả năng phân tích kiềm – silic của cát kiểm tra theo phương pháp hóa học (TCVN 7572-14:2006) phải nằm trong vùng cốt liệu vô hại Khi khả năng phản kiềm – silic của cốt liệu nằm trong vùng có khả năng gây hại thì cần thí nghiệm kiểm tra bổ sung theo phương pháp thanh vữa (TCVN 7572-14:2006) để đảm bảo chắc chắn vô hại

Cát được coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm – silic nếu biến dạng

ở tuổi 6 tháng xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0.1%

Do đó trong những năm vừa qua tình trạng khan hiếm cát sông, cát hạt thô đạt chất lượng dẫn đến giá thành vật liệu cát tăng cao Với 4 nguyên nhân cơ bản: chất lượng, trữ lượng, giá thành và nhu cầu cho nên việc nghiên cứu quy trình sản xuất cát nhân tạo có ý nghĩa rất lớn

Trong thực tế những năm qua cũng đã có một số công trình xây dựng sử dụng các nguyên liệu địa phương hay cát sông để chế tạo bê tông, tiết kiệm được chi phí xây dựng, tuy nhiên những ảnh hưởng của việc sử dụng cát mịn đến chất lượng của

bê tông công trình cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi được ứng dụng rộng rãi Trong đó, việc sử dụng cát không đủ tiêu chuẩn ít nói đến, ít ai đặt ra, chưa thành tài liệu thống kê để nghiên cứu Mặc dù, nhà nước đã có quy định loại cát nào mới được sử dụng trong công trình, có những tiêu chuẩn đã được ban hành Tuy nhiên nếu áp dụng theo tiêu chuẩn chất lượng xử lý sàng rửa cát, đá trước khi đưa vào sử dụng thì ít công trình thực hiện đúng quy định vì trên thị trường ít có nhà máy xử lý cát đạt tiêu chuẩn xây dựng, mà chỉ sử dụng trực tiếp cát lấy từ lòng sông, hồ, suối sau đó sàng khô bằng thủ công hoặc bằng máy nhưng vẫn không bảo đảm sạch Ngoài ra, để kiểm tra tại công trường là việc khó kiểm soát vì mỗi phương tiện khai thác cát từ lòng sông về có chất lượng khác nhau

Thực tế, nhiều công trình sử dụng vật liệu (trong đó có cát, đá) không đạt tiêu chuẩn chỉ vài năm đã có dấu hiệu xuống cấp, chủ đầu từ lại phải bỏ ra chi phí sữa chữa thường xuyên, gia cố rất tốn kém, lãng phí

1.5 Các dây chuyền sản xuất đá xay cải tiến ở Việt Nam

- Hiện nay trên thế giới các nước đã nghiên cứu các công nghệ nghiền đá làm cát nhân tạo như: Nga, Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Trung Quốc chủ yếu sản xuất hiện nay đều ở mức cơ giới hóa và tự động hoá cao, không còn lao động thủ công trên dây chuyền Toàn bộ hoạt động của dây chuyền sản xuất được khống chế trong phòng điều khiển

Công đoạn nghiền chia làm 3 giai đoạn

+ Nghiền sơ bộ: Máy nghiền hàm

+ Nghiền trung gian: Máy nghiền hàm, búa, côn

+ Máy nghiền mịn: Máy nghiền búa, côn, que (trong đó máy nghiền côn loại chất lượng cao đã có nhiều lợi thế và thay thế hoàn toàn máy nghiền que)

Hình 0.4 Cát nhân tạo được tạo ra từ máy nghiền sử dụng công nghệ “Gối đệm không khí”

Phạm vi ứng dụng của công nghệ này khá rộng rãi: ngoài sản xuất cát nhân tạo, nó còn được dùng để nghiền các loại quặng trong ngành công nghiệp khai thác khoáng sản, sản xuất gạch, sơn, kính và một số ngành công nghiệp khác

Hiện nay các thiết bị sử dụng công nghệ gối đệm đã được dùng phổ biến tại Liên Bang Nga, Cộng đồng các quốc gia độc lập và được xuất khẩu sang Tây Âu, thay thế dần thế hệ thiết bị sử dụng công nghệ vòng bi

Các nước trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ nghiền đá thành cát nhân tạo để thay thế cho cát tự nhiên và đã rất thành công Ngày nay, công nghệ này đã trở nên quen thuộc và phổ biến trên thế giới, nó vừa giải quyết tốt bài toán về vật liệu và cả bài toán về kinh tế

Hình 0.5 Máy nghiền roto trục đứng sử dụng công nghệ “Gối đệm không khí” do Nga chế tạo có thể có thể nghiền đá thành cát, tạo ra những hạt cát nhỏ hơn 5mm và có kích thước không đều

Các công trình ở Việt Nam đã nghiên cứu và sử dụng cát nghiền để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát tự nhiên như là đập thủy điện A Vương thay thế một phần cát tự nhiên, đập Sông Tranh 2, đập Sơn La thay thế toàn bộ cát tự nhiên bằng

cát nghiền nhân tạo, đập Huội Quảng, đập Bản Chát, Đồng Nai 3 và 4 Ở các công trình này cũng đã có những nghiên cứu đánh giá trước khi đưa vào sử dụng Tuy nhiên cát nghiền có những tính chất khác với cát tự nhiên, nó phụ thuộc rất nhiều vào thành phần đá gốc tạo thành cũng như công nghệ nghiền để tạo thành cát Do

đó vẫn cần phải có những nghiên cứu cụ thể và đánh giá kỹ hơn để đảm bảo các điều kiện về kỹ thuật cũng như giá thành, giúp cho công nghệ vật liệu này trở nên phổ biến.( đoạn này quan trọng cần nói kỹ)

Dây chuyền nghiền đá ở phía nam hiện nay chưa hoàn chỉnh nên chất lượng chưa cao, nghiền cát chưa đảm bảo cấu tạo hạt hình khối, hạt còn quá dẹt, cấp phối chưa chuẩn, loại đá chưa phù hợp nên năng suất thấp, giá thành cao, vì vậy cần thiết có những nghiên cứu cải thiện công nghệ, chất lượng, giá thành sản xuất cát nhân tạo tốt hơn nữa để phục vụ phát triển kinh tế xã hội

Hình 0.6 Máy nghiền đá ly tâm tạo cát nhân tạo tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

Hình 0.7 Một số hình ảnh quy trình sản xuất cát nghiền thực tế tại Việt Nam

Hình 0.8 Máy nghiền rô to trục đứng sử dụng công nghệ “Gối đệm không khí” do Nga chế tạo có thể nghiền đá thành cát, tạo ra những hạt cát nhỏ hơn 5mm

và có kích thước đồng đều…

1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng cát nhân tạo trong bê tông xi măng

ở Việt Nam và trên thế giới

Ở các nước phát triển trên thế giới đá mạt hay cốt liệu nghiền từ các cở sở sản xuất cốt liệu hoặc nhà máy cốt liệu đã được sử dụng để thay thế nguồn cát tự nhiên ngày càng cạn kiệt Hiện nay, cát bồi, cát phong hóa từ đá, cát nghiền, bột đá đã được sử dụng để thay thế một phần cát tự nhiên dùng vữa xây và bê tông

Tác giả Nguyễn Thanh Sang và đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu sử dụng

đá mạt thay thế cho cát hạt lớn và đá dăm có thể trộn thêm vào loại bê tông này là một giải pháp tận dụng được đá mạt hiện đang dư thừa ở các cơ sở sản xuất đá Trong bê tông, cát là bộ khung cốt liệu, và được kéo dài dải cấp phối bằng cách sử dụng thêm chất độn mịn như bụi tro bay, xỉ lò cao, bột đá nghiền Với đá mạt thì lượng hạt nhỏ chủ yếu là bột do quá trình nghiền đá và đối với bê tông cát loại bột này đóng vai trò quan trọng là bột mịn-một thành phần của cốt liệu

Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Thanh Sang cho thấy:

- Độ mài mòn của bê tông cát sử dụng đá mạt cải thiện so với bê tông cát thông thường Mức độ chống thấm ion Clo của bê tông cát sử dụng đá mạt thấp hơn

so với bê tông cát thông thường

- Khi sử dụng thay thế một phần xi măng bằng các bột khoáng mịn hoạt tính (tro bay, muội silic) đều làm tăng khả năng chống mài mòn, giảm khả năng thấm ion clo của bê tông cát và tăng cường độ chịu nén, kéo uốn cho bê tông cát chỉ sử dụng bột đá vôi

- Khi thay thế cát thô (vật liệu đang khan hiếm ở một số khu vực) bằng đá mạt (đá thải từ các mỏ đá) trong thành phần của bê tông cát thì cải thiện đáng kể cường

độ chịu nén, chịu kéo uốn của bê tông cát

Trong một nghiên cứu của mình, tác giả Phạm Thế Hiệp đã sủ dụng đá nghiền thay thế cát trong bê tông Mác 300 Kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Đối với cấp phối thường:

+ Đá nghiền có thể sử dụng để làm cốt liệu mịn thay thế cát song cho bê tông; + Cường độ bê tông sử dụng cát nghiền cao hơn nhiều so với bê tông thường (411kg/cm2 so với 282 kg/cm2);

+ Giảm chi phí giá thành cho 1m3 bê tông, giúp làm tăng khả năng cạnh tranh

về kinh tế

- Đối với cấp phối liên tục:

+ Đá nghiền vẫn có thể sử dụng để làm cốt liệu mịn thay thế cát song trong bê tông;

+ Cát nhân tạo tiết kiệm xi măng so với bê tông cát cùng cường độ sử dụng cấp phối thường (10-15% xi măng);

+ Cường độ 28 ngày thấp hơn bê tông đá nghiền sử dụng cấp phối thường nhưng vẫn đạt Mác 300

Tác giả Nguyễn Mạnh Hoài Thi trong một nghiên cứu của mình đã cho thấy

có thể sử dụng bột đá để thay thế 50% cát tự nhiên để sản xuất bê tông xi măng làm móng và mặt đường ô tô

Bột đá còn được tận dụng để sản xuất gạch block không nung Nguyên liệu

chủ yếu: cát vàng, đá mi (đá bột), xi măng, được pha trộn theo tỷ lệ: 1-3-1 Hỗn hợp

nguyên liệu này được đổ vào máy, trộn đều 5 phút, sau đó cho nước vào để tạo độ

ẩm thích hợp Vữa được băng tải tự động cấp vào bể dự trữ theo chu trình được lập sẵn bằng máy tính Sau đó vật liệu được tự động cấp vào khuôn đã định vị sẵn Nhờ sức ép của hệ thống thủy lực, với cường lực lớn, viên gạch hình thành Sau đó được

tự động đưa ra khỏi khuôn ép, đặt trên tấm palet chuyển ra ngoài nhờ hệ thống xích tải tự động Ban đầu gạch để trong nhà, sau 24 giờ đưa ra ngoài sân, có phun nước bảo dưỡng để gạch có độ bền cao

Ngoài ra, một số nghiên cứu còn cho thấy khả năng sử dụng bột đá từ quá trình sản xuất đá ốp lát nhân tạo làm cốt liệu mịn trong bê tông xi măng

Trong nghiên cứu tác giả Hồ Ngọc Bạo cho thấy, bột đá hoàn toàn có thể dùng

để thay thế cát trong hỗn hợp bê tông dùng làm lớp mặt cho đường giao thông nông thôn theo và 22TCN223-95 Giá thành công trình sử dụng bê tông xi măng bột đá

có thể được cạnh tranh hơn do khả năng tận dụng được nguồn nguyên liệu tại địa phương, giá thành rẻ, sự hỗ trợ từ các doanh nghiệp Một số kết quả nghiên cứu như sau:

- Đối với bê tông Mác 25MPa đá 2x4 luôn thỏa mãn các yêu cầu ở và 22TCN223-95 để làm lớp mặt cho đường loại A và loại B;

- Đối với bê tông Mác 30MPa đá 1x2 với hàm lượng bột đá 25%, 50% và 75% thỏa mãn các yêu cầu ở và 22TCN223-95 để làm lớp mặt cho đường đường giao thông nông thôn, còn trường hợp thay thế 100% cát bằng bột đá thì không đáp ứng được các yêu cầu cần thiết

Nghiên cứu cho thấy khả năng sử dụng bột đá để sản xuất gạch bê tông bọt Trước khi bột đá thải được đưa vào sản xuất gạch bê tông bọt, cần được xử lý sơ bộ

để toàn bộ bột đá thải được đánh tơi trước khi cho vào thùng trộn, khi đó toàn bộ khối lượng bột đá thải có thể dễ dàng phân tán trong hỗn hợp bê tông tươi Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với công thức cấp phối gạch bê tông bọt, có thể sử dụng

240 – 330 kg bột đá thải (độ ẩm 0%) cho một m3 sản phẩm gạch

Nghiên cứu cũng đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ chịu nén của gạch bê tông bọt tại các tỷ trọng 700 (mác D700); 800 (mác D800); 900 (mác D900) và 1000 kg/m3 (mác D1000) Kết quả khảo sát công thức cấp phối để sản xuất gạch bê tông bọt ở các mác gạch khác nhau từ D700 đến D1000 trong bảng 1.2

Bảng 0- 4 Cường độ chịu nén của bê tông bọt với các thành phần cấp phối ở các mác gạch khác nhau

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ

CÔNG NGHỆ NGHIỀN ĐÁ LÀM CÁT NHÂN TẠO 2.1 Giới thiệu về loại đá sử dụng nghiền cát nhân tạo

2.1.1 Khái niệm cát nhân tạo

Cát nhân tạo là loại cát nghiền từ đá các loại, có nhiều tên gọi khác nhau như cát công nghiệp, cát nghiền, cát gia công, cát xay, cát nhân tạo có thành phần cỡ hạt gần tương tự với cát tự nhiên, đảm bảo các yêu cầu về tính chất cơ lý, hoá và có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong bê tông và vữa xây dựng Trong công nghệ bê tông chất lượng cao, bê tông đầm lăn, bê tông khối lớn, bê tông

tự đầm cát nhân tạo còn được sử dụng như một thành phần quan trọng trong thành phần cốt liệu mà cát tự nhiên không thể thay thế được Vật liệu chủ yếu để chế tạo cát nghiền là các loại đá như: đá Granit, đá vôi, đá bazan, cuội, sỏi

2.1.2 Nghiêm cứu về lý thuyết cát nhân tạo, tiêu chuẩn đá mạt

- Lý thuyết cấp phối của Fuller

Công thức P2 =K.d Trong đó

- P: Lượng lọt qua sàng (%)

- d: Đường kính lỗ sàng(mm)

- D: kích cỡ lỗ sàng lớn nhất (mm)

- n: hệ số, thường n=0.3-0.5

- Lý thuyết cấp phối của Ivanop

- Độ rỗng của cấp phối hạt có kích cỡ kề nhau chênh nhau 2 lần sẽ như

nhau khi tỷ lệ về khối lượng của các hạt kề nhau không đổi

- Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất, nếu kích thước của các hạt chèn vào

lỗ rỗng của các hạt to hơn sẽ lần lượt giảm đi 16 lần và khối lượng của các loại hạt

sau (hạt nhỏ hơn) bằng 43% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn) Hệ số K=0,43 được gọi là hệ số giảm khối lượng

- Khi chọn cấp phối hạt có kích cỡ hạt chênh nhau 1/8; 1/4; 1/2 thì độ rỗng của cấp phối sẽ lớn hơn và do đó khối lượng hạt chèn phải tăng lên Vì vậy để cấp phối vẫn đảm bảo có độ chặt lớn nhất (độ rỗng nhỏ nhất ) thì khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ hơn) sẽ bằng 55%, 66% và 81% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn) (hệ số K=0,55; 0,66 và 0,81) tương ứng với kích cỡ hạt chênh nhau là 1/8; 1/4; 1/2 lần

2.1.3 Tính chất cơ bản của cát nghiền

Tính chất của cát nghiền thay đổi trong phạm vi rộng, chủ yếu phụ thuộc vào tính chất đá gốc, cỡ hạt Một số tính chất cát nghiền như: thành phần hạt, hình dáng hạt, độ hút nước Hạt cát đồng đều, có thể điều chỉnh mô đun và tỷ lệ thành phần hạt theo từng yêu cầu cấp phối cho các loại bê tông khác nhau (như bê tông asphalt, bê tông xi măng, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao đặc biệt ) Loại cát nhân tạo cũng cho phép tiết kiệm xi măng, nhựa đường, rút ngắn thời gian thi công

và tăng tuổi thọ công trình.Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm mà ta phải quan tâm và khắc phục tùy theo loại vật liệu xây dựng

Đa số cát nhân tạo có thành phần hóa học và một số tính chất hóa học, lý học, cơ học khác với cát tự nhiên, vì vậy để có thể thay thế được cát tự nhiên đảm bảo được các tính chất công nghệ của bê tông cũng như sự ổn định lâu dài chất lượng công trình, cần có sự nghiên cứu công phu, khoa học từ nguồn đá sử dụng đến công nghệ sản xuất và các giải pháp kỹ thuật, công nghệ trong thi công Ưu điểm hơn hẳn của cát nhân tạo so với cát tự nhiên là thành phần hạt đồng đều hơn

và được nghiền từ đá ra nên có thể chủ động kiểm soát được chất lượng cũng như số lượng cát phục vụ cho thi công

2.1.4 Yêu cầu kỹ thuật đối với cát nghiền

Cát nghiền chiếm khoảng 25 - 30% khối lượng bê tông nặng Cát, xi măng và nước trở thành vữa để lấp đầy lỗ hổng giữa các hạt cốt liệu lớn, liên kết các hạt cốt liệu lớn và tạo độ dẻo trong hỗn hợp bê tông Đặc tính kỹ thuật của cát ảnh hưởng nhiều tới tính chất bê tông Vì vậy các nước đều đã quy định yêu cầu kỹ thuật của cát dùng cho bê tông Thông thường yêu cầu kỹ thuật của cát đều nằm chung trong

tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật cốt liệu cho bê tông Nước ta có tiêu chuẩn kỹ thuật cát riêng so với đá dăm và sỏi, nhưng tiêu chuẩn chỉ quy định với cát tự nhiên mà chưa quy định cho cát nghiền như các tiêu chuẩn của các nước khác

Qua đặc tính kỹ thuật trên có một số nhận xét tổng quan về tiêu chuẩn cát nghiền như sau:

- Giới hạn hạt từ 0,15-5mm cho phép nằm trong dải rộng vì vậy các loại cát

có thể đạt được yêu cầu này

- Tiêu chuẩn các nước cho phép cỡ hạt mịn <0,15mm lớn hơn TCVN quy định và đều khẳng định rằng hạt <0,15mm không phải là bụi sét Với bê tông chịu mài mòn và mác cao chỉ được dùng hạt mịn ở giới hạn thấp

- Tiêu chuẩn các nước có quy định lượng bụi <0,075mm, nhưng TCVN không quy định Trong khi đó cát nghiền bao giờ cũng có lượng bụi này lớn hơn cát tự nhiên do đá bị vỡ trong quá trình nghiền

- Tiêu chuẩn các nước không khống chế lượng bụi, bùn, sét như ở TCVN Tuy nhiên xác định lượng hạt mịn <0,075mm bằng phương pháp rửa cũng gần như bằng phương pháp xác định hàm lượng bụi, bùn, sét của TCVN

- Tiêu chuẩn các nước quy định rõ lượng CL-, SO3, kiềm hòa tan, silic vô định hình trong cốt liệu TCVN còn quy định chung chung

Như vậy có thể thay thế được cát tự nhiên thì cát nghiền phải thỏa mãn nhiều yêu cầu khắt khe về thành phần cỡ hạt và một số tính chất khác

2.1.5 Các tiêu chuẩn thí nghiệm

Các nghiên cứu của đề tài được tiến hành trên cơ sở kế thừa và phát triển một

số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về cát nghiền cho bê tông Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thí nghiệm trong phòng nhằm xác định các thông số công nghệ của các loại vật liệu nghiên cứu Sử dụng các tiêu chuẩn, thiết bị thí nghiệm thông dụng ở nhiều nước trên thế giới để nghiên cứu Các tiêu chuẩn thí nghiệm áp dụng trong đề tài như sau:

- Tiêu chuẩn ngành, từ 14 TCN 63 - 2002 đến 14 TCN 73 - 2002 “Bê tông thủy công và các vật liệu dùng cho bê tông xây dựng dân dụng: Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử”

- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4453-1995 “Kết cấu bê tông và bê tông cốt

thép toàn khối: Qui phạm thi công và nghiệm thu”

- Tiêu chuẩn ngành 14TCN 59-2002 “ Công trình thủy lợi - Kết cấu bê tông và

bê tông cốt thép - Yêu cầu kỹ thuật thi công và nghiệm thu ”

- TCXDVN 349: 2005 "Cát nghiền cho bê tông và vữa"

- TCXDVN 322 : 2004 "Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền"

- “Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại” do nhà xuất bản Xây dựng xuất bản năm 2000

- Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXD VN 305: 2004 ''Bê tông khối lớn - Quy phạm thi công và nghiệm thu''

- Bổ sung tiêu chuẩn cát nghiền cho bê tông và vữa TCVN 9205:2012 , TCXDVN 349: 2005, các tiêu chuẩn thí nghiệm thành phần hạt, phản ứng kiềm silic, nén bê tông, uốn bê tông, xác định thành phần hạt …

- Cát nhân tạo có chất lượng phù hợp với TCVN 1770 : 1986 Có thể sử dụng cát môđun độ nhỏ đến 0,7 – 1,2 để chế tạo vữa có mác nhỏ hơn M 7,5 Dùng cho xây, tô trát

2.1.6 Mỏ đá granit lô VIIIB Núi thị , Núi Dinh

2.1.6.1 Vị trí

Lô VIIIB của mỏ đá Núi Thị (Núi Dinh) nằm về phía Tây Nam chân núi Thị thuộc phường Kim Dinh, thị xã Bà Rịa, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Mỏ cách thị xã Bà Rịa 3km về phía Tây Bắc, cách trung tâm thị xã 5km theo đường ô tô

2.1.6.2 Đặc điểm địa chất khu vực

Lô VIIIB mở rộng Núi Thị (núi Dinh) chỉ là một bộ phận nhỏ nằm trong bối cảnh địa chất chung của vùng Cấu trúc địa chất và thành phần vật chất của mỏ khá đơn giản, chỉ có một loại đá chính là đá granit biotit và thứ yếu là các thành tạo

deluvi, eluvi phong hóa từ đá granit ra thuộc pha 2 phức hệ Đèo Cả (GKđc 2)

- Sản phẩm phong hóa từ đá granit tạo thành lớp phủ mỏng nằm trên đá chủ yếu là sét, cát, sạn, sỏi…với bề dày dao động từ 0÷2m, đôi chỗ đến 4m; chiếm khoảng 35% diện tích mỏ; phân bố chủ yếu ở phần phía nam

- Đá gốc granit biotit có cấu tạo khối, kiến trúc hạt vừa đến lớn, ngoài ra còn

có một vài đai mạch aplit nhỏ và aplit pocfia granofia với kích thước không đáng

kể, các mạch dày 5÷10cm, dài 1÷2m

Thành phần chính của cấu trúc địa chất khu vực là các thành tạo granit thuộc hệ Đèo Cả xuyên qua các phun trào axit tuổi Kreta của hệ tầng Nha Trang Tất cả các thành tạo này bị phủ bởi các trầm tích Đệ Tứ

a Địa tầng:

Giới Mezozoi, hệ Kreta, hệ tầng Nha Trang (Knt)

Chiều dày hệ tầng quan sát được > 300m Các trầm tích phun trào thuộc hệ tầng Nha Trang tạo thành một dải nhỏ phân bố ở phía Đông Bắc Tại khu vực núi Long Hương, đá phun trào tạo thành một dải núi nhỏ kéo dài theo hường Đông bắc-Tây nam Đá có dạng phân lớp dày từ vài centimet đến vài chục centimet Tại khu vực đầu núi phía Tây Nam các lớp đá phun trào này cắm thoải về phía Bắc, còn xa hơn về phía Đông Bắc các lớp đá lộ ra bên ngoài sườn phía Tây Bắc của dải núi này lại cắm về phía Đông với góc dốc 20o

Thành phần thạch học của các thành tạo phun trào axit tuổi Kreta trong khu vực này bao gồm ryolit, dacit, dacit fenzit, ryolit pocfia, cuội kết và dăm kết núi lửa

Đá có cấu tạo khối, hạt mịn Trong cuội và dăm kết núi lửa, ngoài nền hạt mịn, còn

có các mảnh dăm và cuội kích thước từ vài milimet đến vài centimet

Đá có màu xám xanh, đen, xám sáng, cứng chắc Fenzit được đặc trưng bằng kiến trúc hạt mịn đều trong khi ryolit và ryolit pocfia được đặc trưng bằng các ban tinh phân bố rải rác trên nền vi tinh Các ban tinh chiếm từ vài % đến vài chục %, gồm fenpat kali, plagiolas, biotit, đôi khi có cả ban tinh thạch anh Các hạt ban tinh kích thước từ 0,5mm đến 1mm, đôi khi tới vài centimet

Nền vi tinh có thành phần gồm fenpat, thạch anh, silic, xerixit, biotit hoặc biotit bị clorit hoá, ít hạt quặng manhetit và oxit sắt Trong một vài mẫu cũng có một vài hạt epidot

Các đá phun trào này có kiến trúc pocfia với nền fenzit vi khảm, vi granofia hoặc kiến trúc pocfia với nền vi fenzit, xferolit Fenzit chứa rất ít hoặc hoàn toàn không có ban tinh Các ban tinh fenpat này có kích thước rất nhỏ (vi ban tinh) Thành phần chủ yếu của đá là nền vi hạt gồm fenpat, thạch anh, silic Đá có kiến trúc vi ban tinh với nền fenzit

Giới Kainozoi, hệ Đệ Tứ

Các trầm tích Đệ Tứ ngay tại khu mỏ của lô VIIIB, các thành tạo này chỉ tồn tại dưới dạng một lớp mỏng tàn tích (eluvi) và sườn tích (deluvi) nằm ngay trên đá gốc Các thành tạo Đệ Tứ có thể chia thành 3 nhóm chính theo nguồn gốc và tuổi thành tạo:

sông Hệ Đệ Tứ, thống Holocen

Các thành tạo hỗn hợp sông biển thuộc thống Holocen, phụ thống hạ đến trung (amQ21-2),phân bố trong các vùng sình lầy ven biển và ven sông Thị Vải ở phía Tây Nam quốc lộ 15 Đó là các trầm tích sét, sét pha cát có lẫn mùn thực vật nguồn gốc sông biển và sông đầm lầy thuộc phụ thống trung thượng (am,abQ22-3) với chiều dày thay đổi từ 23m tới 4050m

- Hệ Đệ Tứ không phân chia (dQ)

Được xếp vào nhóm này là các thành tạo sườn tích (deluvi), tàn tích (eluvi) nằm phủ trực tiếp trên nền đá gốc Thành phần của các trầm tích này gồm cát, sét, cuội, sỏi lẫn các tảng lớn granit kích thước từ vài centimet tới vài mét Có chỗ đá gốc bị phong hóa hoàn toàn thành cát, sét, sạn, cuội,… tạo thành lớp vỏ phong hóa phủ lên đá granit Chiều dày của các trầm tích này thường chỉ dưới 1m nhưng đôi nơi dày tới 34m Trong phạm vi khu mỏ của lô VIIIB, toàn bộ các trầm tích Đệ Tứ đều thuộc nhóm này

b Magma xâm nhập:

Phần còn lại của diện tích khu vực gồm toàn bộ các dãy núi: Thị Vải, Bao Quan, Núi Dinh, là phần lộ ra của khối batolit granit biotit, đá có màu xám sáng, xám sẫm có khi phớt hồng, cấu tạo hạt từ vừa đến thô, khối lượng đá rất lớn

c Khoáng sản

Khoáng sản chủ yếu của khu mỏ là đá xây dựng và vật liệu san lấp Phun trào axit thuộc hệ tầng Nha Trang ở chân phía Tây núi Long Hương đang được khai thác dùng cho vật liệu làm đường và cốt liệu bê tông Ngoài đá xây dựng, cũng có một vài biểu hiện khoáng sản khác nhưng không có giá trị như than bùn nằm trong tầng Cần Giờ ở phía Nam khu vực nghiên cứu và kaolin phong hóa từ fenzit có chất lượng kém, quy mô mỏ tại chân phía Đông núi Long Hương Quanh núi Dinh cũng phát hiện được vành phân tán sa khoáng casiterit hàm lượng rất thấp, chỉ từ 0,01÷1g/m3 Ngoài ra ở phía Đông núi Long Hương có thạch anh tinh thể màu tím

2.1.6.3 Điều kiện khai thác

Mỏ đá granit lô VIIIB Núi Thị (Núi Dinh) có đặc điểm về điều kiện khai thác sau đây:

- Khu mỏ có địa hình cao hơn hẳn cote xâm thực địa phương (≥ +12.4m), khi khai thác sẽ tháo khô tự nhiên; nhưng khi khai thác từ cote 12.4m về cote 0m (dưới cote xâm thực) sẽ phải tháo khô cưỡng bức Lưu ý yếu tố nước ngầm và nước mặt chảy vào mỏ

- Hiện trường khai thác rộng rãi, rất an toàn về xã hội và môi trường (sườn núi thoải, không có dân cư)

- Đá granit biotit rất rắn chắc, có cấu tạo hạt vừa đến to, đá đồng nhất về thành phần hóa học và lý học, các hoạt động kiến tạo ít có ảnh hưởng đến cấu tạo của đá và không thấy xuất hiện những khoáng sản kim loại đi kèm

- Điều kiện địa chất thủy văn rất đơn giản, nước mặt chỉ chảy vào mỏ về mùa mưa, nước ngầm trong đá hầu như không có… do vậy điều kiện địa chất thủy văn rất thuận lợi cho việc khai thác

- Đá granit có cấu tạo khối rắn chắc, rất thuận lợi cho thiết kế bờ moong ở

70o

- Đề án khai thác hợp lý nhất là: Lộ thiên, nổ mìn cắt tầng với chiều cao khai thác 10 ÷ 20m một tầng Cắt tầng từ trên cao xuống dần cho tới cote 0m

Tuy nhiên, trong quá trình khai thác cần chú ý đến các điều kiện môi trường (bụi,

di chuyển máy móc…) và khu vực an toàn cho đá văng và đá lăn khi nổ mìn phá đá

2.1.6.4 Kết quả phân tích thạch học

Mô tả mắt thường và dưới kính hiển vi điện tử:

- Mẫu LK.7, sâu 34.1m: Đá màu trắng, phớt hồng nhạt, xen kẽ ít hạt màu đen, hạt vừa, lớn, cấu tạo khối Dưới kính, đá granit hạt vừa, lớn, hạt từ 1.5÷5.2mm, kiến trúc hạt nửa tự hình Thành phần khoáng vật gồm plagioclas, felspat kali, thạch anh, biotit, zircon, orthit, apatit, khoáng vật quặng Felspat kali loại orthoclas và một số ít microclin, mặt mờ đục vì bị kaolin hóa Plagioclas loại orthoclas, andesin với hệ thống song tinh thanh nét, giữa hạt có bị biến đổi sericit hóa Thạch anh hạt méo mó, tha hình, khoáng sạch Biotit dạng tấm chữ nhật, hay gặp cỡ 1x1.7mm, rìa

bị clorit hóa có màu lục nhạt Orthit, apatit, zircon hạt nhỏ, tự hình đi cùng biotit Khoáng vật quặng hạt nhỏ, màu đen, không thấu quang

- Mẫu LK.9, sâu 6m: Đá màu trắng, phớt hồng nhạt, xen kẽ ít hạt màu đen, hạt vừa, lớn, cấu tạo khối Dưới kính, đá granit hạt vừa, lớn, hạt từ 1.5÷5.3mm, kiến trúc hạt nửa tự hình Thành phần khoáng vật gồm plagioclas, felspat kali, thạch anh, biotit, zircon, orthit, apatit, khoáng vật quặng Felspat kali loại orthoclas và một số

ít microclin, mặt mờ đục vì bị kaolin hóa Plagioclas loại orthoclas, andesin với hệ thống song tinh thanh nét, giữa hạt có bị biến đổi sericit hóa Thạch anh hạt méo

mó, tha hình, khoáng sạch Biotit dạng tấm chữ nhật, hay gặp cỡ 1x1.7mm, rìa bị clorit hóa có màu lục nhạt Khoáng vật quặng hạt nhỏ, màu đen, không thấu quang Đôi chỗ felspat kali và thạch anh dạng chữ cổ đan xen nhau tạo kiến trúc granophyr

- Mẫu LK.10, sâu 20m: Đá màu trắng, phớt hồng nhạt, xen kẽ ít hạt màu đen, hạt vừa, lớn, cấu tạo khối Dưới kính, đá granit hạt vừa, lớn, hạt từ 1.6÷5.2mm, kiến trúc hạt nửa tự hình Thành phần khoáng vật gồm plagioclas, felspat kali, thạch anh, biotit, zircon, orthit, apatit, khoáng vật quặng Felspat kali loại orthoclas và một số

ít microclin, mặt mờ đục vì bị kaolin hóa Plagioclas loại orthoclas, andesin với hệ thống song tinh thanh nét, giữa hạt có bị biến đổi sericit hóa Thạch anh hạt méo

mó, tha hình, khoáng sạch Biotit dạng tấm chữ nhật, hay gặp cỡ 1x1.7mm, rìa bị clorit hóa có màu lục nhạt Orthit, apatit, zircon hạt nhỏ, tự hình đi cùng biotit Khoáng vật quặng hạt nhỏ, màu đen, không thấu quang Đôi chỗ felspat kali và thạch anh dạng chữ cổ đan xen nhau tạo kiến trúc granophyr

Trang 29

- Mẫu LK.11, sâu 6.8m: Đá màu trắng, phớt hồng nhạt, hạt nhỏ nổi ban, cấu tạo khối, cứng chắc, sắc cạnh Dưới kính đá granit porphyr, chủ yếu ban tinh nằm trong khối hạt nền nhỏ Phần ban tinh gồm hạt từ 1÷2mm, khoáng vật gồm plagioclas dạng tấm chữ nhật, tự hình, bị sericit mạnh đôi chỗ bị calcit hóa Felspat kali là orthoclas perlit bị kaolinit hóa làm mặt mờ đục, thạch anh tha hình, khoáng sạch Biotit dạng tấm bị clorit hóa phần rìa màu lục nhạt Khối nền là tập hợp hạt nhỏ, méo mó, tha hình, kích thước 0.4÷0.6mm, gồm thạch anh, felspat kali, plagioclas, biotit bị clorit hóa và khoáng vật quặng hạt nhỏ, màu đen, không thấu quang, nằm rải rác Felspat kali và thạch anh đan xen tạo kiến trúc granophyr

Tổng hợp: Đá màu trắng, phớt hồng nhạt, xen kẽ ít hạt màu đen, hạt vừa,

lớn, cấu tạo khối Dưới kính, đá granit hạt vừa, lớn, hạt từ 1.5÷5.2mm, kiến trúc hạt nửa tự hình Thành phần khoáng vật gồm plagioclas, felspat kali, thạch anh, biotit, zircon, orthit, apatit, khoáng vật quặng Felspat kali loại orthoclas và một số ít microclin, mặt mờ đục vì bị kaolin hóa Plagioclas loại orthoclas, andesin với hệ thống song tinh thanh nét, giữa hạt có bị biến đổi sericit hóa Thạch anh hạt méo

mó, tha hình, khoáng sạch Biotit dạng tấm chữ nhật, hay gặp cỡ 1x1.7mm, rìa bị clorit hóa có màu lục nhạt Orthit, apatit, zircon hạt nhỏ, tự hình đi cùng biotit Khoáng vật quặng hạt nhỏ, màu đen, không thấu quang Felspat kali và thạch anh dạng chữ cổ đan xen tạo kiến trúc granophyr

2.1.6.5 Kết quả phân tích hóa silicat toàn diện

Bảng 0-2 Kết quả phân tích thạch học lát mỏng các mẫu đá

Cấu tạo

Plagio clas

Felspat kali

Thạc

h anh

Biot

it

Orthit, zircon

Apat

it

Khoá

ng vật quặn

Hạt nửa tự hình

Hạt nửa tự hình, granophyr

.10

20 Gran

it hạt vừa, lớn

Hạt nửa tự hình, granophyr

.11

6.8 Gran

it porphyr

Nổi ban, nền hạt nhỏ, vi granophyr

Khối Ban

tinh 13÷15%, nền 11÷12%

Ban tinh 6÷7%, nền thạch anh, felspat 54÷55

%

Ban tinh 7÷9

%, nền chu

ng với fels

Ba

n tin

h 3÷

4%

, nền bio

Rất ít Rất

ít ít÷1

Tổng hợp Grani

t hạt vừa, lớn

Hạt nửa

tự hình, granoph

yr

0

2.1.6.6 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý

Bảng 0-3 Kết quả phân tích hóa silicat toàn diện của đá xây dựng

Khối lượng riêng

Độ rỗng

Độ hút nướ

c bão hòa

Cường độ kháng nén Hệ

số hóa mề

m

Cường độ kháng nén Lực dính kết Góc ma sát

Tự nhiên

Bão hòa

Tự nhiên

Bão hòa

Tự nhiên

Bão hòa

Tự nhiên

Bão hòa (g/cm

2.1.6.7 Kết quả phân tích quang phổ

Bảng 0-5 Kết quả phân tích quang phổ các mẫu

Al >10 10 >10 >10 Cu 0.001 0.002 0.002 0.001

Si >10 >10 >10 >10 Ga 0.002 0.002 0.002 0.0015

Mg 0.3 0.2 0.5 0.2 Sc 0.0003 0.0003 0.0005 0.0003

2.2 Công nghệ khai thác đá và nghiền đá

Theo thống kê ở trên, đá ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ thường phân bố ở các tỉnh: Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước, Bà Rịa – Vũng Tàu và Tp HCM Trữ lượng của các mỏ đá tương đối lớn và nhu cầu xây dựng dùng đến đá của khu vực này rất lớn Mỏ đá granit lô VIIIB Núi Thị (Bà Rịa – Vũng Tàu) do chịu ảnh hưởng kiến tạo nên sơ đồ công nghệ khai thác đá ở khu vực này thường theo sơ đồ khai thác mỏ không lộ thiên gồm các bước sau:

1 Đào bóc bỏ tầng đất phủ bằng máy đào, sau đó dùng xe ô tô vận chuyển đất ra khỏi mỏ

2 Khoan nổ mìn để phá đá ngầm thành đá hộc

3 Dùng máy xúc đưa đá hộc lên xe vận chuyển rồi chuyển đến hệ thống máy nghiền sàng

4 Nghiền, sàng phân loại đá theo các nhóm kích cỡ hạt

Trạm nghiền sàng đá thường là các trạm nghiền sàng qua 2 hoặc 3 công đoạn

cụ thể là:

- Công đoạn 1: Nghiền thô (nghiền sơ cấp) dùng máy nghiền má;

- Công đoạn 2: Nghiền nhỏ (nghiền thứ cấp) dùng máy nghiền côn;

- Công đoạn 3: Nghiền tinh dùng máy nghiền côn

2.2.1 Dây chuyền sản xuất cát nhân tạo

Thiết bị dây chuyền thường có: máy cấp liệu, máy nghiền kẹp hàm, máy nghiền roto trục đứng, (máy tạo cát), sàng rung, băng tải cao su và bộ điều khiển tập trung

Hình 0.1 Mặt bằng dây chuyền sản xuất cát nhân tạo tổng thể

Quá trình cơ bản của dây chuyền sản xuất cát nhân tạo gồm:

Vật liệu đá qua máy cấp liệu rung chuyền đến máy nghiền hàm để tiến hành giai đoạn nghiền thô với tốc độ trung bình, sau khi vật liệu thông qua băng tải cao

su chuyền đến máy tạo cát nghiền lại, sau đó nghiền mịn chuyển đến sàng rung để tiến hành phân loại

1.Những vật liệu đạt đến yêu cầu thì chuyển đến máy rửa cát làm cho sạch, sau làm sạch vật liệu từ băng tải xuất ra trở thành thành phẩm

2.Những vật liệu chưa đạt yêu cầu thì từ sàng rung trở về máy tạo cát gia công lại, trở thành một mạch tuần hoàn kín nhiều lần

Hình 0.2 Dây chuyền sản xuất cát nhân tạo

Các máy nghiền sơ cấp (nghiền lần 1) thường dùng là máy nghiền má (nghiền kiểu hàm nhai) và ở Việt Nam thường sử dụng loại máy nghiền má phức tạp có xuất xứ từ Nhật, Nga năng suất đạt từ 75-250T/h, chiều rộng cửa cho đá vào nghiền cố định 500mm hoặc 750mm tùy thuộc năng suất máy, chiều rộng cửa ra đá

có thể điều chỉnh thay đổi từ 50-125mm Việc bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản và ít tốn kém.:

- Máy nghiền má có chuyển động lắc đơn giản có cấu tạo như sau: