nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi bản mòng - sơn la

i

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền
thay thế cát thiên nhiên trong bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi Bản
Mòng – Sơn La” được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi; Phòng
nghiên cứu vật liệu Viện Thủy Công với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô
giáo và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các
cơ quan, đơn vị và các cá nhân nói trên đã không tiếc thời gian và công sức
cùng sẽ chia khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập và hoàn
thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Quang Phú,
PGS.TS Hoàng Phó Uyên, v.v… Những người thầy đã trực tiếp hướng dẫn,
tận tình giúp đỡ các tài liệu và cung cấp các thông tin khoa học quý báu cho
luận văn này.
Tác giả có được kết quả này chính là sự chỉ bảo ân cần của các Thầy
giáo, Cô giáo, cùng sự động viên cổ vũ nhiệt tình của cơ quan, gia đình và
bạn bè đồng nghiệp. Một lần nữa tác giả xin cảm ơn và ghi nhớ tất cả những
đóng góp to lớn đó.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, nội dung nghiên cứu rộng, vấn
đề nghiên cứu phức tạp, luận văn có thể còn những khiếm khuyết. Rất mong
nhận được sự chỉ bảo và đóng góp chân tình của các Thầy, Cô và bạn bè đồng
nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn./.

Hà Nội, ngày 03 tháng 12 năm 2012
Tác giả

Phan Văn Tấn
ii


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Phan Văn Tấn. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên
cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung
thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.


Tác giả


Phan Văn Tấn
76T
iii

MỤC LỤC
76TMỞ ĐẦU76T 1
I. TÍNH CẤP THIẾT 1
II.
76TMỤC ĐÍCH LUẬN VĂN76T 2
76TIII. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU76T 2
76TIV. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU76T 2
76TV. NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC CỦA LUẬN 76T VĂN 2
CHƯƠNG 1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NGHIÊN CỨU CÁT NGHIỀN
TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 4
1.1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền trên thế giới 4
1.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền tại Việt Nam 10
1.3 Tổng quan về thiết kế thành phần cấp phối bê tông 16

76T1.3.1 76TLượng nước trộn bê tông 16
76T1.3.2 76TLượng xi măng 17
76T1.3.3 76TLượng dùng cốt liệu lớn 18
76T1.3.4 76TLượng dùng cốt liệu nhỏ 21
76T1.4 Kết luận chương 176T 24
76TCHƯƠNG 2. 76TYÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THÍ
NGHIỆM CÁT NGHIỀN 25
76T2.1 76TKhái niệm và các tính chất cơ bản của cát nghiền 25
76T2.1.1 76TKhái niệm cát nghiền (cát nhân tạo) 25
76T2.1.2 76TTính chất cơ bản của cát nghiền 25
76T2.1.3 76TYêu cầu kỹ thuật đối với cát nghiền 26
76T2.2 76TCác tiêu chuẩn thí nghiệm 29
76T2.3 76TCác đặc tính kỹ thuật của cát nghiền 31
76T2.3.1 76THình dáng bề mặt hạt cát 31
76T2.3.2 76TĐộ xốp hổng của cát nghiền 33
iv

76T2.3.3 76TĐộ hút nước của cát 36
76T2.3.4 76TThành phần cỡ hạt và các tính chất khác của cát nghiền 37
76T2.4 Kết luận chương 276T 38
76TCHƯƠNG 3. 76TẢNH HƯỞNG CỦA CÁT NGHIỀN ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT
CỦA BÊ TÔNG 39
76T3.1 76TẢnh hưởng của cát nghiền tới lượng dùng nước và tính dẻo của hỗn hợp
bê tông 39
76T3.2 76TẢnh hưởng của hàm lượng hạt mịn trong cát nghiền đến tính co ngót của
bê tông 43
76T3.3 76TẢnh hưỡng của cát nghiền tới tính chống thấm bê tông 45
76T3.4 76TẢnh hưỡng của cát nghiền tới cường độ bê tông 45
76T3.5 76TKết luận chương 3 49
76TCHƯƠNG 4. 76T ỨNG DỤNG CÁT NGHIỀN TRONG THIẾT KẾ CẤP PHỐI

BÊ TÔNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI BẢN MÒNG – SƠN LA 51
76T4.1 76TGiới thiệu công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La 51
76T4.2 76TPhương pháp thiết kế 55
76T4.2.1 76TPhạm vi áp dụng 55
76T4.2.2 76TTiêu chuẩn viện dẫn 56
76T4.2.3 76TQuy định chung 56
76T4.2.4 76TPhương pháp tính toán thành phần bê tông cát nghiền 58
76T4.2.5 76TThí nghiệm kiểm tra 65
76T4.3 76TThí nghiệm xác định các chỉ tiêu của các loại vật liệu dùng thiết kế cấp
phối bê tông cho công trình thủy lợi Bản Mòng 69
76T4.3.1 76TXi măng 69
76T4.3.2 76TCốt liệu mịn 70
76T4.3.3 76TCốt liệu thô 70
76T4.3.4 76TPhụ gia hóa 71
v

76T4.4 76TThiết kế cấp phối bê tông cho công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La . 72
76T4.4.1 76TMục đích thiết kế 72
76T4.4.2 76TThiết kế thành phần cấp phối bê tông M25B6(R60) 73
76T4.4.2.1 76TVật liệu sử dụng 73
76T4.4.2.2 76TCác yêu cầu kỹ thuật của bê tông thiết kế 73
76T4.4.2.3 76TTính toán thiết kế sơ bộ thành phần cấp phối 73
4.4.2.4 Kết quả thí nghiệm kiểm tra và hiệu chỉnh cấp phối 75
4.4.3 Thiết kế thành phần cấp phối bê tông M15B2(R60) 77
4.4.3.1 Vật liệu sử dụng 77
4.4.3.2 Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông thiết kế 77
4.4.3.3 Tính toán thiết kế sơ bộ thành phần cấp phối 77
4.4.3.4 Kết quả thí nghiệm kiểm tra và hiệu chỉnh cấp phối 79
4.5 Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế sử dụng cát nghiền công trình thủy lợi
Bản Mòng – Sơn La 81

4.6 Kết luận chương 4 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất cát nghiền ở châu Âu 6
Hình 1.2 Đập Tam Hiệp (Trung Quốc) 8
Hình 1.3 Saluda Dam Remediation 8
Hình 1.4 Đập Salto Caxias (Brasil) 9
Hình 1.5 Đập Vueltosa (Venezuela) 9
Hình 1.6 Máy nghiền ly tâm sản xuất cát nghiền 12
Hình 1.7 Máy sàng máy rửa đá 12
Hình 1.8 Sản phẩm cát nhân tạo 13
Hình 1.9 Đập A Vương (Quảng Nam) 15
Hình 1.10 Hình chiếu phối cảnh thủy điện Sơn La 15
Hình 1.11 Đập Bản Vẽ (Nghệ An) 16
Hình 1.12 Trạng thái khô, ẩm của vật liệu 17
Hình 1.13 Quan hệ độ rỗng và tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu 21
Hình 2.1 Cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung
0,15 – 0,315mm (phóng đại
80x) 33
Hình 2.2 Cát tự nhiên 0,15 – 0,315mm (phóng đại 80x) 33
Hình 3.1 Biểu đồ so sánh sự phát triền cường độ của bê tông M20 sử dụng cát
nghiền và cát tự nhiên 47
Hình 3.2 Biểu đồ so sánh sự phát triền cường độ của bê tông M30 sử dụng cát
nghiền và cát tự nhiên 48
Hình 3.3 Biểu đồ so sánh sự phát triền cường độ của bê tông M40 sử dụng cát
nghiền và cát tự nhiên 48
Hình 4.1 Ký hiệu phân khu bê tông đập Bản Mòng 55

Hình 4.2 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén bê tông tuổi 60 ngày
với tỷ lệ N/X 76
vii

Hình 4.3 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén bê tông tuổi 60 ngày
với tỷ lệ N/X 80
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam sử dụng cát nghiền 14
Bảng 1.2 Thành phần cấp phối bê tông bơm ở Bồ Đào Nha 23
Bảng 1.3 Thành phần cỡ hạt các loại cốt liệu 23
Bảng 2.1 Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền 28
Bảng 2.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu 30
Bảng 2.3 Các tiêu chuẩn thí nghiệm tính chất cơ lý của bê tông 31
Bảng 2.4 Hệ số mài tròn của cát 32
Bảng 2.5 Khối lượng thể tích và độ xốp hổng của cát 34
Bảng 2.6 Độ hút nước của cát 37
Bảng 2.7 Bộ sàng tiêu chuẩn 37
Bảng 3.1 Cấp phối bê tông dùng trong thực nghiệm 40
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn tới độ co ngót của bê tông 44
Bảng 3.3 Cường độ chịu nén của các cấp phối bê tông 47
Bảng 4.1 Phân vùng vật liệu đập không tràn 55
Bảng 4.2 Độ sụt bê tông cho các dạng kết cấu 59
Bảng 4.3 Lượng dùng nước cho 1m
P
3
P bê tông vật liệu khô hoàn toàn 59
Bảng 4.4 Hệ số tra A và A' 61
Bảng 4.5 Bảng tra hệ số dư vữa k

R
d
R 63
Bảng 4.6 Bảng tra thể tích đổ đống cốt liệu lớn 64
Bảng 4.7 Một số tính chất cơ lý của xi măng sử dụng 69
Bảng 4.8 Thành phần cỡ hạt và một số tính chất cát nghiền Bản Mạt – Chiềng
Mung 70
Bảng 4.9 Khối lượng thể tích, độ hút nước của cát nghiền Bản Mạt – Chiềng
Mung 70
Bảng 4.10 Một số tính chất cơ lý đá gốc 70
Bảng 4.11 Tỷ lệ cát/đá dăm D
R
max
R = 60mm và độ rỗng hỗn hợp 71
ix

Bảng 4.12 Một số tính chất của phụ gia hóa dẻo chậm đông kết
Plastiment
P
®
PR 72
Bảng 4.13 Ba thành phần cấp phối định hướng 75
Bảng 4.14 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý cấp phối 3 thành phần định
hướng 75
Bảng 4.15 Thành phần cấp phối bê tông M25B6(R60) – Dmax 60 76
Bảng 4.16 Các tính chất cơ lý của cấp phối bê tông M25B6(R60)
Dmax 60 76
Bảng 4.17 Ba thành phần cấp phối định hướng 79
Bảng 4.18 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý cấp phối 3 thành phần định
hướng 79

Bảng 4.19 Thành phần cấp phối bê tông M15B2(R60) – Dmax60 80
Bảng 4.20 Các tính chất cơ lý của cấp phối bê tông M15B2(R60)
Dmax 60 80
Bảng 4.21 Bảng tính toán chi tiết giá thành cát Hòa Bình tại chân
công trình 81
Bảng 4.22 Bảng tính toán chi tiết giá thành cát nghiền Bản Mạt – Chiềng
Mung tại chân công trình 82
1

MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT
Trong thời gian qua, với tiến trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất
nước, hàng năm ngành xây dựng cần đến hàng trăm triệu tấn cát vàng. Trong
khi đó nguồn cát thiên nhiên ngày càng cạn kiệt và khan hiếm. Đặc biệt đối
với các tỉnh miến núi như Sơn La là một trong những tỉnh gần như không có
nguồn cát tự nhiên và đang xây dựng rất nhiều các nhà máy thuỷ điện, trong
đó có Nhà máy thuỷ điện Sơn La với nhu cầu khoảng 8 triệu tấn cát/1 năm.
Trước tình hình đó, để giải quyết bài toán cung cấp vật liệu cát cho xây dụng
cần phải tìm được loại vật liệu mới để thay thế cát tự nhiên ngày càng trở nên
cấp bách.
Để giải quyết vấn đề này, sản xuất và sử dụng cát nhân tạo đang được
coi là giải pháp tối ưu. Hầu hết các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng đều
thừa nhận tính ưu việt của cát nhân tạo. Khi sử dụng phương pháp này, nó sẽ
giải quyết được bài toán thiếu cát thiên nhiên mà vẫn đảm bảo chất lượng
công trình; mặt khác, khi sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên nó còn có
những ưu điểm như: hạt cát đồng đều hơn, có thể điều chỉnh môđun 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 ).
Loại cát này cũng cho phép tiết kiệm xi măng, nhựa đường, rút ngắn thời gian
thi công và tăng tuổi thọ công trình

. Chính vì lý do trên chúng tôi đã nghiên
cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong
bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La” nhằm đề xuất việc
dùng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên cho các công trình bê tông nói chung
và cho công trình đâp thủy lợi Bản Mòng nói riêng.


Formatted: Font color: Auto,
Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Font color: Auto,
Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Font color: Auto,
Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Font color: Auto,
Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Font: 14 pt, Font color:
Auto, Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Font: 14 pt, Font color:
Auto, Vietnamese (Vietnam)
Formatted: Font: 14 pt, Font color:
Auto, Vietnamese (Vietnam)
2

II. MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN
- Thí nghiệm các tính chất cơ lý vật liệu dùng sản xuất bê tông thi công
công trình Bản Mòng;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của cát nghiền mỏ đá Bản Mạt – Chiềng Mung
(cát nghiền Bản Mạt) đến các tính chất bê tông.
- Thiết kế 02 cấp phối bê tông sử dụng cát nghiền Bản Mạt – Chiềng
Mung cho công trình hồ chứa nước Bản Mòng – Sơn La; Đánh giá hiệu quả

kinh tế;
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong luận văn này, các phương pháp nghiên cứu sau được sử dụng:
- Phương pháp phân tích tổng hợp: Qua nghiên cứu tài liệu trong và
ngoài nước về các vấn đề có liên quan, tổng kết các kinh nghiệm thu được từ
các dự án thực tế đã sử dụng cát nghiền tại Việt Nam
- Nghiên cứu thực nghiệm: Sử dụng phương pháp thí nghiệm trong
phòng để xác định các tính chất và chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cát nghiền, đá
dăm, xi măng và bê tông.
IV. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Vật liệu cát nghiền và bê tông.
- Nghiên cứu tiến hành trong phòng thí nghiệm.
V. NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Chương 1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền trên thế giới và
tại Việt Nam
Trong chương này Luận văn tiến hành phân tích tổng quan về cát
nghiền, công nghệ sản xuất cát nghiền và các ứng dụng; tổng quan về thiết kế
thành phần cấp phối bê tông sử dụng cát nghiền ở Việt Nam và trên thế giới.
Chương 2. Yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn thí nghiệm cát nghiền
3

Chương này Luận văn trình bày khái niệm, các tính chất cơ bản và các
đặc tính kỹ thuật của cát nghiền; phương pháp và các tiêu chuẩn áp dụng
trong nghiên cứu các tính chất cơ lý của cát nghiền cũng như các loại vật liệu
sử dụng trong nghiên cứu.
Chương 3. Ảnh hưởng của cát nghiền đến các tính chất của bê tông.
Chương này Luận văn tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của cát nghiền
đến một số tính chất cơ bản của bê tông: lượng dùng nước, tính công tác,
cường độ bê tông, tính chống thấm, v.v…
Chương 4. Ứng dụng cát nghiền trong thiết kế cấp phối bê tông cho công

trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La.
Chương này Luận văn tiến hành thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cát
nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung dùng cho công trình thủy lợi Bản Mòng –
Sơn La. So sánh hiệu quả kinh tế của việc sử dụng cát nghiền Bản Mạt –
Chiềng Mung và việc sử dụng cát tự nhiên đưa từ Hòa Bình lên.
4

CHƯƠNG 1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NGHIÊN CỨU CÁT
NGHIỀN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền trên thế giới
Cát nghiền đã được sản xuất và sử dụng rất lâu. Theo các nhà sản xuất
và sử dụng ở các nước phát triển như Anh, Pháp, Đức, Mỹ, Trung Quốc… thì
hầu như ở tất cả các dây chuyền sản xuất đá xây dựng đều sản xuất được cát
nghiền. Các nước thiếu cát tự nhiên phải sử dụng đến cát nghiền: Bồ Đào
Nha, Pháp, Anh, Italia, Venezuela… và cát nghiền đã là nguồn cốt liệu sử
dụng chính cho bê tông ở các vùng thiếu cát tự nhiên. Ở Bồ Đào Nha hiện có
75 cơ sở sản xuất với tổng công suất khoảng 800.000 tấn/năm. Ở Anh sản
xuất khoảng 700.000 tấn/năm, riêng ở bắc đảo Irland là 450.000 tấn/năm…
Đặc biệt cát nghiền được dùng sản xuất dùng cho xây dựng các đập nước lớn
như đập Sagulinh ở Indonesia từ đá andesite, đập Chonarit trên sông Lakhdar
đông Manakesh từ đá vôi, đập Jebha ở Nigieria từ đá granit, đập Grand
Maison của Pháp từ đá gneisquazt, đập Vueltosa của Venezuela [1]. Đặc biệt
trong đó Trung Quốc là quốc gia ứng dụng công nghệ này thành công nhất
như đập Tam Hiệp sử dụng cát nghiền cho đập RCC lớn nhất thế giới.
Các cở sở sản xuất hiện nay đều ở mức cơ giới hóa và tự động hoán
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. Cốt liệu lớn (từ
5÷80mm) và cốt liệu nhỏ (<5mm) đều được sản xuất ra trên cùng một dây
chuyền. Trong đó được bổ sung máy cho nghiền cốt liệu nhỏ. Cốt liệu nhỏ

(<5mm) đều được phân thành hai loại cỡ hạt.
- Cỡ hạt lớn từ 1,6mm (hoặc 2,5mm) đến 5mm. Cỡ hạt từ 1,6mm (hoặc
2,5mm) là do từng cơ sở sản xuất quy định.
- Cỡ hạt nhỏ là <1,6mm (hoặc <2,5mm)
5

Tùy theo nhu cầu sử dụng mà phối trộn hai loại cỡ hạt trên theo tỷ lệ
yêu cầu.
Các dây chuyền sản xuất trên đều có hệ thống rửa cát để tách bớt lượng
hạt mịn (<0,15mm) và tạp chất bụi khác. Hàm lượng bụi, bùn, sét
(<0,075mm) được quy định từ 5÷8%.
Loại thiết bị được sử dụng trong dây chuyền là khác nhau, phụ thuộc
vào tính chất của đá, thời gian mua sắm thiết bị và công suất dây chuyền.
Trên thế giới có nhiều công ty sản xuất thiết bị công nghệ sản xuất cát
nhưng đáng chú ý nhất là 3 công ty lớn đã cung cấp nhiều thiết bị sản xuất cát
nghiền, đó là: Công ty Nordberg (Pháp), Terex (Anh), Svedala (Mỹ). Riêng
công ty Nordberg đã cung cấp thiết bị nghiền cát cho các khu vực thuộc Bồ
Đào Nha, Italia, Đức, Pháp, Colombia, Tây Ba Nha, Trung Quốc, Venezuela,
Indonesia… Công nghệ sản xuất ở các nước gần giống nhau. Công đoạn
nghiền chia làm 3 giai đoạn [1].
+ Nghiền sơ bộ: Máy nghiền hàm
+ Nghiêng trung gian: Máy nghiền hàm, búa, côn
+ Máy nghiền mịn: Máy nghiền búa, côn, que (trong đó máy nghiền
côn loại chất lượng cao (HP) đã có nhiều lợi thế và thay thế hoàn toàn máy
nghiền que).
Trong công nghệ bê tông chất lượng cao, bê tông tự lèn cát nhân tạo
còn được sử dụng như một thành phần quan trọng trong thành phần cốt liệu.
Thông thường ở các nước công nghiệp phát triển, cát nhân tạo được sản xuất
ở những vùng thiếu hoặc không có cát tự nhiên và ở hầu hết các cơ sở sản
xuất đá xây dựng như một công đoạn cuối cùng để tận dụng tài nguyên và bảo

vệ môi trường. Cát nhân tạo đã trở nên hết sức phổ biến trên thế giới, tại châu
Á là Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc
6


Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất cát nghiền ở châu Âu

Các nước công nghiệp phát triển (G8) chế tạo ra thiết bị nghiền rôto
trục đứng dùng ổ bi, để nghiền đá thành cát (gọi là cát nhân tạo) từ hơn 20
năm nay. Đến năm 1987, khi Liên Bang Nga phát minh ra "công nghệ gối
đệm không khí", công nghệ này ngay lập tức chiếm được nhiều ưu thế hơn so
với công nghệ rôto bởi những lý do sau:
Thứ nhất, tỷ lệ lượng cát thu được đến 48%, trong khi thiết bị dùng ổ bi
chỉ đạt được 25%.
Công nghệ gối đệm không khí cho chất lượng thành phần hạt sản phẩm
tốt, đáp ứng được yêu cầu khắt khe trong sản xuất các loại bê tông như: bê
tông Asphalt, bê tông nhựa microsell, bê tông ximăng, bê tông dầm lăn và các
loại bê tông đặc biệt khác.
Bên cạnh đó, chi phí sản xuất cát nhân tạo sử dụng công nghệ gối đệm
7

không khí rẻ hơn thiết bị sử dụng ổ bi thông thường khoảng 10 lần.
Thứ hai, ưu điểm không thể bỏ qua là công nghệ này rất an toàn với
môi trường. Do đó, thiết bị sản xuất sử dụng công nghệ gối đệm không khí có
thể lắp đặt gần khu dân cư.
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.












8

Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng cát nghiền trên thế giới

Hình 1.2 Đập Tam Hiệp (Trung Quốc)

Hình 1.3 Saluda Dam Remediation
9


Hình 1.4 Đập Salto Caxias (Brasil)

Hình 1.5 Đập Vueltosa (Venezuela)
10

1.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền tại Việt Nam
Từ trước tới nay ở những vùng thiếu cát tự nhiên thì nguồn cung cấp
chính là vận chuyển cát tự nhiên từ nơi khác tới. Tuy nhiên việc cung cấp từ
xa tới đang và sẽ gặp nhiều khó khăn, chưa kể nguồn cát tự nhiên ngày càng
khan hiếm hơn. Ví dụ: nguồn cung cấp cho tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu là từ sông
Đồng Nai, do có đập thủy điện Trị An nên cát bị giữ lại ở lòng hồ. Nếu không
có biện pháp khắc phục thì trong vài năm tới sẽ không đủ cát để cung cấp [1].
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.
Một vấn đề nữa cũng nên cần được quan tâm là làm thế nào để tận dụng
được lượng mạt đá trong quá trình nghiền sàng sản xuất đá dăm. Lượng mạt
đá này tương đối nhiều chiếm từ 10 tới 20%. Nếu ta đem tuyển lựa lại và
khống chế các hàm nghiền để lượng mạt đá có cấp phối tốt thì ta hoàn toàn có
thể sử dụng chúng như cát nhân tạo để thi công. Đặc biệt trong cát nghiền có
hàm lượng hạt có đường kính d<0,16mm rất lớn khoảng từ 8-15%, điều này
rất có lợi trong công nghệ thi công RCC. Điều này đã được nghiên cứu và ứng
dụng tại công trình thủy điện A Vương - tỉnh Quảng Nam.
Các công trình Thủy điện Sơn La, Bản Vẽ (Nghệ An), A Vương… đã
và đang triển khai đều phải sử dụng cát nhân tạo. Việc sử dụng này cho phép

11

tiết kiệm rất nhiều đá và xi măng mà chất lượng công trình lại bền vững hơn
và thời gian thi công cũng nhanh hơn.
Việc dùng cát nhân tạo của nước ta lâu nay cũng chỉ dừng lại cho các
công trình thủy điện, vì ở nơi đèo heo hút gió, còn các công trình khác chủ
yếu dùng cát tự nhiên, giá rẻ, khỏi phải đầu tư.
Đứng trước tình hình khó khăn trên các nhà quản lý và nhân dân đã
phần nào có biện pháp khắc phục. Ở Cao Bằng, Sơn La, Hà Giang đã có
những máy nghiền cát nhỏ để phục vụ tại chỗ. Họ nghiền cát từ đá dăm có
kính thước <60mm từ nguồn đá vôi. Việc sản xuất cát hết sức đơn giản, họ
chỉ sử dụng máy nghiền búa, nếu khác hơn thì có thêm sàng để loại bỏ cỡ hạt
to (>5mm). Năng suất máy nghiền búa rất nhỏ, chỉ từ 0,5 ÷ 2 tấn/giờ [1].
Hiện nay Công ty Sông Đà 7 đang sử dụng một dây chuyền nghiền cát
nhân tạo của hãng Sandwic để sản xuất cát nghiền theo quy trình như sau:




12

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

Hình 1.6 Máy nghiền ly tâm sản xuất cát nghiền

Hình 1.7 Máy sàng máy rửa đá
13


Hình 1.8 Sản phẩm cát nhân tạo

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…
Đối với công trình Bản Mòng – Sơn La, [Báo cáo điều chỉnh dự án đầu
tư N
P
o
P455C-TH-BC-ĐCDA01 Hồ chưa nước Bản Mòng – Tỉnh Sơn La] vật liệu
cát tự nhiên rất hiếm do cát tự nhiên từ sông, suối ở địa phương không có, hầu
hết phải vận chuyển từ Hòa Bình lên. Cát xay từ đá thì rất sẵn và chất lượng
tốt, đảm bảo lượng xi măng dùng trong bê tông ít, rất có lợi cho việc kiểm soát
ứng suất nhiệt. Lợi ích về kỹ thuật khi sử dụng cát xay lớn hơn khi sử dụng cát
sông suối để xây dựng. Các mỏ đá được khảo sát có đủ trữ lượng và chất lượng
14

đủ đáp ứng xây dựng công trình đập bê tông. Vì vậy đơn vị thiết kế đã đề nghị
sử dụng cát nghiền cho công trình đập Bản Mòng – Sơn La.
Bảng 1.1 Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam sử dụng cát nghiền
TT Tên
Chiều cao, (m)

Tỉnh Thời gian thi công
Các đập đã thi công xong
1 TĐ A Vương 82 Quảng Nam 2003-2008
2 TĐ Bản Vẽ 136 Nghệ An 2004-2009
3 TĐ Sê San 4 71 Gia Lai 2004-2009
4 TĐ Đồng Nai 3 108 Lâm Đồng 2004-2011

5 TĐ Bình Điền 64 Huế 2005-2009
6 TĐ Hương Điền 61,5 Huế 2005-2010
7 TĐ Bản Chát 130 Lai Châu 2005-2010
8 TĐ sông Tranh 2 95 Quảng Nam 2005-2011
9 TĐ Sơn La 139 Sơn La 2007-2010
Các đập đang thi công
10 TĐ Đồng Nai 4 128 Lâm Đồng 2004- 2010
11 TĐ Đak Mi4 90 Quảng Nam 2007-2010
12 TĐ Đồng Nai 2 128 Lâm Đồng 2007 -2012
13 TĐ Sông Bung 4 110 Quảng Nam 2010 -2013
14 TĐ Lai Châu 120 Lai Châu 2011-2017
15
Đập thủy lợi Bản Mòng
– Sơn La
46 Sơn La 2012-2015

15

Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng cát nghiền tại Việt Nam

Hình 1.9 Đập A Vương (Quảng Nam)

Hình 1.10 Hình chiếu phối cảnh thủy điện Sơn La
16


Hình 1.11 Đập Bản Vẽ (Nghệ An)
1.3 Tổng quan về thiết kế thành phần cấp phối bê tông
1.3.1 Lượng nước trộn bê tông
Nước tổng số (total water - N

R
ts
R) trong bê tông gồm nước hút vào bên trong
cốt liệu (water absorpted), lúc đó cốt liệu ở trạng thái khô bề mặt và bão hòa bên
trong (saturated surface dry) và nước tự do (free water - N
R
td
R). Nước tự do lại gồm
nước để thủy hóa xi măng và tạo độ dẻo cho bê tông. Trong nước tổng số thì
nước do cốt liệu hút vào không ảnh hưởng tới cường độ bê tông [8]. Hình 1.12
biểu hiện trạng thái khô ẩm của vật liệu. Chính vì vậy ở hầu hết các nước phát
triển người ta thiết lập quan hệ cường độ nén với tỷ lệ N
R
td
R/X chứ không phải
N
R
ts
R/X. Tuy nhiên đây cũng chỉ là những quan niệm khác nhau và không ảnh
hưởng đến bản chất của vấn đề. Lượng nước ban đầu để lựa chọn cũng chỉ là sơ
bộ được đúc kết ra từ các thực nghiệm. Với cốt liệu có độ đặc chắc cao (hầu hết
bê tông nặng dùng loại này), có độ hút nước khá ổn định. Cốt liệu mịn có độ hút
nước từ 0,6 - 0,9%, cốt liệu thô có độ hút nước từ 0,4 - 0,7%. Do đó lượng nước