LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÁT XAY TỪ ĐÁ THIÊN NHIÊN TẠI MỎ ĐÁ TÀ ZÔN TỈNH BÌNH THUẬN ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

07/2011
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ VĂN BÁCH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
1. Sự cần thiết của đề tài:


Bình Thuận là tỉnh 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.

Trước kia nguồn vật liệu cát ở đây rất dồi dào, khai thác
từ các nhánh sông trong tỉnh. 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 kiệt quệ, 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 sản xuất
BTN (bê tông nhựa) phục vụ xây dựng đường ô tô, vì
nguồn vật liệu cát tự nhiên đạt chất lượng không đủ trữ
lượng để cung cấp dồi dào và liên tục nữa.
2

Chính vì vậy, việc tìm kiếm nguồn vật liệu khác thay thế
nguồn vật liệu cát tự nhiên hiện nay đang được các công ty
sản xuất BTN trong tỉnh đặc biệt quan tâm. Với mục đích
đưa nguồn vật liệu cát xay vào thay thế vật liệu cát tự nhiên
trước kia để sản xuất BTN được áp dụng rộng rãi trong thực
tiễn và mang lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao.

Đề tài được hình thành để bước đầu tìm hiểu nghiên cứu

lĩnh vực này nhằm đóng góp một phần vào việc phát triển
kinh tế chung của khu vực và cả nước.
3
2. Nội dung nghiên cứu:

Phân tích sự khan hiếm nguồn vật liệu cát tự nhiên hiện nay và
dự báo nhu cầu sử dụng nguồn vật liệu này trong tương lai.

Tính chất và thành phần của vật liệu cát xay từ đá thiên nhiên
khai thác tại mỏ đá Tà Zôn, Bình Thuận.

Trình bày thiết kế cấp phối hỗn hợp BTN được sản xuất từ đá,
nhựa đường, bột khoáng và cát tự nhiên.

Nghiên cứu chế tạo thành phần cấp phối hỗn hợp BTN được sản
xuất từ đá, nhựa đường, bột khoáng và cát xay từ đá thiên nhiên.

Lập bài toán so sánh tính hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, chất lượng
đạt được của hỗn hợp BTN sử dụng cát tự nhiên và hỗn hợp
BTN sử dụng cát xay từ đá thiên nhiên. Từ đó đưa ra giải pháp
đề xuất xu hướng sử dụng vật liệu cát xay để sản xuất BTN
trong thời gian tới.
4
3. Kết cấu của luận văn:

Nội dung luận văn được trình bày gồm các 6 chương:

Chương mở đầu.

Chương 1: Tổng quan về tình hình sử dụng cát hiện nay để

sản xuất bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô.

Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu cát xay từ
đá thiên nhiên.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết và ứng dụng của phương pháp
thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa nóng.

Chương 4: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát tự
nhiên, cát xay – Đánh giá tính hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật
của bê tông nhựa.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
5
VẤN ĐỀ 1:
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT
HIỆN NAY ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA TRONG
XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ
Bình Thuận là tỉnh duyên hải cực Nam Trung Bộ, với
đường bờ biển dài 192 km. Hiện nay, trên địa bàn tỉnh có
các con sông lớn chảy qua như: sông La Ngà, sông Lũy,
sông Lòng Sông, sông Dinh …Các con sông này là nguồn
cung cấp vật liệu cát xây dựng chủ yếu cho hoạt động xây
dựng trên địa bàn toàn tỉnh và các tỉnh lân cận.
6
1.1. Giới thiệu về nguồn vật liệu cát tự nhiên được khai
thác tại tỉnh Bình Thuận
1.2. Tình hình sử dụng cát để sản xuất bê tông nhựa trong
tỉnh hiện nay
Bê tông nhựa là hỗn hợp được chế tạo gồm cát, đá, bột

khoáng và nhựa đường, được phối hợp với nhau theo một tỷ lệ
nhất định. Cát là thành phần cốt liệu chèn trong hỗn hợp BTN.
Cát sử dụng có thể là cát thiên nhiên hoặc cát xay, không được
lẫn tạp chất hữu cơ. Các chỉ tiêu cơ lý của cát dùng cho các loại
BTN phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:
7

Hiện nay, nguồn vật liệu cát vàng đạt chất lượng để sản xuất
BTN ngày càng khan hiếm. Chính từ yếu tố khan hiếm này
đã đẩy giá thành của cát xây dựng tăng lên đột biến. Mặc dù
giá thành cát xây dựng quá cao nhưng vẫn không đủ số
lượng để cung cấp cho thị trường.

Kết quả thí nghiệm vật liệu cát tự nhiên được lấy tại mỏ cát
sông Dinh (huyện Hàm Tân), qua đó thấy rằng mô đun độ
lớn của cát M
k
= 1,65 (nhỏ hơn nhiều so với mô đun độ lớn
yêu cầu dùng để sản xuất bê tông nhựa nóng).
8
9



10
11
Để dây chuyền sản xuất bê tông nhựa không bị gián
đoạn, giải pháp hiện nay là tận dụng nguồn nguyên liệu đá
dồi dào tại các mỏ đá khai thác tại địa phương, điển hình là
mỏ đá Tà Zôn để sản xuất ra được loại cát mới đạt chất

lượng, thay thế cho cát tự nhiên trong sản xuất bê tông
nhựa. Đó là loại cát được xay từ các mỏ đá tại khu vực núi
Tà Zôn, đạt chất lượng để sản xuất BTN.
VẤN ĐỀ 2:
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VẬT
LIỆU CÁT XAY TỪ ĐÁ THIÊN NHIÊN
2.1. Nguồn cung cấp vật liệu đá hiện nay trong tỉnh Bình
Thuận
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Bình Thuận, nguồn cung
cấp vật liệu đá chủ yếu là tại các mỏ đá trong tỉnh như mỏ đá
Tân Hà, Phong Phú, đặc biệt là mỏ đá Tà Zôn với trữ lượng
dồi dào, chất lượng đá rất tốt, các chỉ tiêu về cường độ, độ
sạch đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Đây là nguồn cung cấp
vật liệu đá phục vụ cho ngành xây dựng nói chung và sản
xuất BTN nói riêng tại khu vực tỉnh Bình Thuận và các địa
phương, các tỉnh lân cận.
12
13
Hình 2.1. Hoạt động khai thác đá tại mỏ đá Tà Zôn
14
Hình 2.2. Toàn cảnh khai thác đá tại mỏ đá Tà Zôn
2.2. Trữ lượng và chất lượng đá

Trữ lượng đá khai thác tại các mỏ đá trên địa bàn tỉnh Bình
Thuận, đặc biệt là mỏ đá Tà Zôn rất dồi dào, đủ cung cấp
cho sự phát triển kinh tế của tỉnh Bình Thuận trong tương
lai đến năm 2030.

Sau đây là kết quả thí nghiệm cường độ của đá gốc lấy tại mỏ
đá Tà Zôn. Qua thí nghiệm, thấy rằng cường độ kháng nén

của đá gốc đối với mẫu khô và mẫu bảo hòa luôn đạt ≥ 1000
kG/cm
2
. Với nguồn vật liệu đá này, hoàn toàn đảm bảo các
yêu cầu về chất lượng, kỹ thuật để sử dụng sản xuất nghiền
đá thành cát xay nhân tạo.
15
16
17
2.3. Quy trình công nghệ sản xuất vật liệu cát xay từ đá
thiên nhiên
2.3.1. Thiết bị nghiền
18
Hiện nay, sử dụng phổ biến là
máy nghiền đá sử dụng công nghệ gối
đệm không khí Titan D do Liên bang
Nga sản xuất mà tác giả của công trình
này là Tiến sĩ khoa học Vasili Visitca,
công nghệ này bộc lộ nhiều ưu điểm,
nó đem lại hiệu quả kinh tế và chất
lượng cao hơn các loại máy nghiền
khác ra đời trước đó trong lịch sử.
Kết cấu máy nghiền Titan như sau:
19
2.3.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¸y nghiÒn Titan D
Hình 2.5. Nguyên lý hoạt động của máy nghiền Titan D
2.3.3. Một số ưu điểm của máy nghiền rôto trục đứng sử
dụng công nghệ gối đệm không khí Titan D

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 hơn, mô đun độ
lớn đảm bảo, đáp ứng được yêu cầu khắt khe trong sản
xuất các loại bê tông, đặc biệt là bê tông nhựa.

Công suất làm việc của máy lớn, thiết kế có thể đạt đến
650 tấn/h. Độ an toàn và tuổi thọ của máy cao, vật tư thay
thế rẻ, đã chuyển giao công nghệ sản xuất, thân thiện với
môi trường xung quanh, ít gây tiếng ồn và ít thải bụi bẩn
ra môi trường.
20
2.4. Giá thành của sản phẩm cát xay từ đá thiên nhiên và nhu
cầu sử dụng trong tương lai
21

Hiện nay, trên thị trường sử dụng 2 loại sản phẩm cát xay đó
là cát xay 0x3 và cát xay 0x6. Nhưng sản phẩm cát xay 0x6
được sản xuất cung cấp ra thị trường nhiều hơn. Giá thành
hiện nay của sản phẩm cát nghiền là 121.000 đồng/ tấn. Độ
đồng đều của thành phần hạt cát xay và mô đun độ lớn thì tốt
hơn cát tự nhiên.

Nhu cầu sử dụng nguồn vật liệu cát nhân tạo trong tương lai
được dự đoán là sẽ phát triển mạnh. Với việc hiện nay nguồn
cát tự nhiên đang khan hiếm dần, việc khai thác bừa bãi đã
làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và an toàn dân
cư. Trước thực trạng như vậy, sản phẩm cát nhân tạo sẽ có
được chỗ đứng thích hợp trong thị trường cung cấp vật liệu
xây dựng, và sẽ trở thành một vật liệu chính có thể thay thế
xứng đáng nguồn cát tự nhiên đang ngày càng trở nên khan

hiếm và giá thành rất cao hiện nay.
VẤN ĐỀ 3:
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ
LÝ CỦA CÁT TỰ NHIÊN, CÁT XAY
22
3.1. Kết quả thí nghiệm cát xay và cát tự nhiên
23
24
25