Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô

Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Bằng Luận án Thạc Sỹ KHKT này, tác giả xin trân trọng cám ơn sự
giúp đỡ tận tình của Trường ĐH GTVT, Phòng đào tạo đại học và sau đại
học, Khoa công trình, Bộ môn đường bộ, các Nhà giáo: PGS.TS Bùi Xuân
Cậy; TS.Nguyễn Văn Hùng; TS. Nguyễn Mạnh Hùng; TS. Lê Văn Bách.
Tác giả cũng trân trọng cám ơn Phòng thí nghiệm Công ty Cổ phần
Xây dựng Công trình Giao thông 610 (thuộc Tổng Công ty CTGT 6) nay là
Công ty CP Đầu tư xây dựng Nam Phương, Công ty CP đá núi nhỏ,Phân
viện KHCN GTVT phía Nam và các đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn
thành luận án này.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 1
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 2
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 3
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
PHẦN MỞ ĐẦU
I. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam là một trong những vùng kinh tế phát triển năng
động nhất cả nước, tốc độ tăng trưởng tăng trưởng bình quân hàng năm chiếm 13 - 14%,
đóng gớp ngân sách cả nước chiếm gần 40%. Hiện nay, nhu cầu xây dựng hệ thống hạ
tầng giao thông rất lớn, đòi hỏi khối lượng rất lớn nguồn cát xây dựng các công trình:
cầu, đường, san lắp mặt bằng bến, bãi, … Trong khi đó trong nhiều năm qua việc khai cát
trên các sông thuộc khu vực phía Nam không tuân thủ yêu cầu về môi trường, dẫn đến
nguồn tài nguyên bị kiệt quệ, hai bờ sông bị xói lở nghiêm trọng. Chính vì vậy, một số
sông lớn đã bị cấm khai thác cát, trong đó có sông Đồng Nai. Do đó, một số công trình đã
phải nhập nguồn cát từ Campuchia, nhưng lượng cát này cũng có hạn, giá thành cao từ

160 000 đến 180 000 VNĐ/m3 và không chủ động trong khâu sản xuất, đặc biệt trong
sản xuất bê tông nhựa. Cho nên, việc tìm kiếm nguồn vật liệu khác thay thế nguồn cát
thiên nhiên đang được các công ty sản xuất bê tông nhựa đặc biệt quan tâm. Hiện nay,
một số trạm trộn đã sử dụng cát xay khai thác tại các mỏ đá thuộc tỉnh Đồng Nai để sản
xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô. Tuy nhiên, để có cơ sở đánh giá hiệu quả kinh tế –
kỹ thuật của việc sử dụng cát xay để chế tạo bê tông nhựa cũng như để được áp dụng đại
trà trong thực tế thì việc “ Nghiên cứu sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa làm mặt
đường ô tô” là hết sức có giá trị và rất cần thiết.
II. MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
1. Mục đích nghiên cứu của luận án
- Khắc phục sự khan hiếm nguồn cát tự nhiên để sản xuất bê tông nhựa
- Tạo ra hỗn hợp bê tông nhựa từ cát xay từ đá đảm bảo được giá thành hợp lý và chất
lượng đảm bảo theo yêu cầu của tiêu chuẩn 22TCN 249 – 98 “Quy trình công nghệ thi
công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa – Yêu cầu kỹ thuật”.
2. Nội dung nghiên cứu của luận án
- Phân tích sự khan hiếm nguồn vật liệu cát, dự báo nhu cầu sử dụng trong thời gian
tới .
- Đặc tính cơ lý của đá tại các mỏ khai thác tại Đồng Nai .
- Tính chất và thành phần của cát xay.
- Nghiên cứu chế tạo hổn hợp bê tông nhựa được sản xuất từ cát xay. Đặc tính của
hổn hợp bê tông bê tông nhựa sản xuất từ cát xay.
- Đánh giá khả năng sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa.
- So sánh về tính hiệu quả kinh tế – kỹ thuật cát xay với cát tự nhiên khi dùng sản xuất
bê tông nhựa.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 4
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu đá khai thác tại một số mỏ của tỉnh Đồng Nai: Mỏ Phước Tân, Hóa An,
Châu Thới,

- Nghiên cứu cát xay do Công ty CP Đá Núi Nhỏ sản xuất từ cát mỏ đá trên để sản
xuất bê tông nhựa.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết cấp phối chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa.
- Phương pháp thực nghiệm: chế tạo các mẫu thử tại phòng thí nghiệm.
- Trên cơ sở thống kê các số liệu từ thực nghiệm và các kết quả thu thập được; các kết
quả nghiên cứu lý thuyết, đánh giá khả năng sử dụng cát xay để chế tạo BTN và hiệu quả
kinh tế-kỹ thuật của giải pháp đề xuất.
II. KẾT CẤU ĐỀ TÀI:
Nội dung luận văn được trình bày trong 5 chương bao gồm :
Chương mở đầu.
Chương I: Tổng quan tình hình sử dụng cát để sản xuất BTN làm mặt đường ô tô.
Chương II: Công nghệ sản xuất cát xay.
Chương III: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết về bê tông nhựa.
Chương VI: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát xay, cát tự nhiên.
Chương V: Phân tích đánh giá theo cát chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của bê tông nhựa
cát xay, cát tự nhiên.
Chương V: Kết luận & Kiến nghị.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 5
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT ĐỂ SẢN XUẤT
BÊ TÔNG NHỰA LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
I. KHẢO SÁT NGUỒN VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN CUNG CẤP CHO SẢN
XUẤT BÊ TÔNG NHỰA.
1. Nguồn cung cấp cát sản xuất bê tông nhựa khu vự kinh tế phía Nam:
Các mỏ cát trên sông Đông Nai là nguồn cung cấp cát chủ yếu cho vùng kinh tế trọng
điểm phía Nam. Sông Đồng Nai đi qua địa phận của hai tỉnh Bình Dương và Đồng Nai.
Cát sông Đồng Nai là trầm tích lòng hiện đại đã tích tụ từ trước khi có đập thủy điện
Trị An. Các tài liệu lịch sử (ảnh hàng không, bản đồ) cho thấy, ở chế độ tự nhiên, sông

Đồng Nai từ Trị An đến cầu Cát Lái thuộc vùng đồng bằng ngập lụt và đồng bằng thủy
triều. Khi chảy qua hai vùng đồng bằng này, hoạt động bồi tụ chiếm ưu thế đã tạo nên các
bãi bồi dần lấp đầy lòng sông. Đáy sông nhiều nơi nông cạn, tàu bè qua lại khó khăn khi
thủy triều xuống.
Trầm tích lòng phân bố suốt chiều dài sông đã hình thành các mỏ cát có trữ lượng
đáng kể. Trong những năm qua các mỏ cát này đã cung cấp hàng triệu m
3
cát xây dựng có
chất lượng tốt, phục vụ cho việc xây dựng các khu đô thị, khu chế xuất, các hệ thống giao
thông, cầu, cảng trong thành phố khu vực phía Nam
2. Chất lượng cát :
Dựa vào đặc điểm địa chất mỏ và địa chất khu vực có thể phân chia mỏ cát lòng sông
Đồng Nai từ Tân Uyên đến Cát Lái thành hai mỏ riêng biệt, với chất lượng tương ứng
như sau:
Mỏ Nam cầu Đồng Nai, kéo dài từ cầu Đồng Nai đến Cát Lái, nơi sông Đồng Nai chảy
trên đồng bằng thủy triều. Các thân cát thường phân bố tập trung ở những khúc uốn, dày
10-20 m. Kích thước hạt cát trung bình đến mịn, màu xám, xám đen, một vài nơi bị
nhiễm mặn yếu. Cát phân bố trong lòng sông và khúc uốn rộng (500-1.700 m). Vách
sông cấu tạo bởi các trầm tích bở rời chủ yếu là sét, sét bột, cao tương đối so với mực
nước triều kiệt 1,0-1,5 m.
Đánh giá chung: cát trong mỏ Nam cầu Đồng Nai có chất lượng trung bình, đáp ứng
xây dựng các công trình dân dụng. Hoạt động khai thác cát lòng sông ít ảnh hưởng đến
môi trường khu vực.
Mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai, kéo dài từ Bến Trâu (Tân Uyên) đến cầu Đồng Nai, nơi
sông Đồng Nai chảy trên đồng bằng ngập lụt. Các thân cát có dạng kéo dài, dày 5-15 m.
Kích thước hạt cát trung bình đến thô, cát rất sạch, có màu vàng, xám vàng, không bị
nhiễm mặn. Cát phân bố trong lòng sông hẹp (rộng 200-300 m), vách bờ nhiều đoạn dốc
đứng, cao tương đối 4-7 m so với mực nước. Cấu tạo vách bờ là các trầm tích bở rời gồm
hai phần: dưới là các lớp cát sét, cát sạn, trên là sét bột,sét.
Đánh giá chung: cát trong mỏ Bắc cầu Đồng Nai có chất lượng tốt nhất vùng, đạt tiêu

chuẩn sản xuất bê tông và xây dựng các công trình cao cấp. Tuy vậy, môi trường địa chất
mỏ rất nhạy cảm với hoạt động khai thác.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 6
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Tuy nhiên, mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai, nơi có các đặc điểm môi trường tự nhiên nhạy
cảm với hoạt động khai thác cát lòng sông.
Mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai có nguồn gốc trầm tích sông được hình thành từ trước khi
có đập thủy điện Trị An. Cho đến khi ngưng khai thác (năm 2004), mỗi năm mỏ cát này
đã cung cấp hàng triệu m3 cát vàng chất lượng tốt để sản xuất bê tông và xây dựng các
công trình cao cấp trong khu vực.
Từ năm 1995 đến 2004, các doanh nghiệp khai thác mỏ này đã lấy vượt trữ lượng
được phép, khai thác gần 3.000.000 m3. Khai thác không tuân thủ các quy định về độ sâu
khai thác, khoảng cách xa bờ là nguyên nhân trực tiếp gây ra tai biến xói lở bờ sông. Việc
quản lý hoạt động khai thác chưa hiệu quả là nguyên nhân gián tiếp gây tác động xấu tới
môi trường khu vực.
Đến năm 2004, việc khai thác mỏ cát sông Đồng Nai đã chấm dứt do khai thác quá trữ
lượng cho phép, hơn nữa hoạt động khai thác gây sạt lở nhiều đoạn vách bờ sông [1, 3]
Hình 1. Sơ đồ phân bố bãi cát mỏ Bắc cầu Đồng Nai
3. Trử lượng khoáng sản
Năm 1995, khi triển khai công trình “Thăm dò trữ lượng cát lòng sông Đồng Nai” [4]
các tác giả đã áp dụng một số kỹ thuật mới như: đo địa hình lòng sông bằng thiết bị đo
sâu hồi âm (Echosounder), định vị các điểm đo bằng hệ định vị toàn cầu (GPS), sử dụng
máy khoan Air-lift để xác định bề dày lớp cát, ứng dụng kỹ thuật hệ thông tin địa lý
(GIS) để tính toán khối lượng cát và xử lý các loại bản đồ. Trong các đợt khảo sát năm
1999 và 2004, các kỹ thuật này tiếp tục được hoàn thiện và nâng cao [1]. Các dữ liệu của
ba lần khảo sát (1995, 1999, 2004) được xử lý trong môi trường GIS là cơ sở để đánh giá
hoạt động khai thác tại mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai trong thời gian qua.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 7
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai

phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
3.1. Trữ lượng xét duyệt
Cát lòng sông là một loại hình mỏ đặc biệt, việc khai thác thường có tác động mạnh
đến môi trường, vì vậy trữ lượng khai thác là trữ lượng chỉ được tính trong điều kiện khai
thác không ảnh hưởng đến môi trường (chủ yếu không gây sạt lở bờ sông). Như vậy,
ngoài việc khoanh định các bãi cát cách bờ một khoảng cách an toàn (khoảng cách xa bờ
đối với mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai là 50 m), phải xác định độ sâu khai thác hợp lý, tức là
độ sâu khai thác đảm bảo không gây sạt lở vách bờ.
Bảng 2 dưới đây là trữ lượng cát đã được Hội đồng Xét duyệt trữ lượng khoáng sản
phê chuẩn ngày 25/11/1995, ứng với độ sâu được phép khai thác cho từng khu vực.
Bảng 2. Trữ lượng cát được xét duyệt
Khu vực Tên bãi Độ sâu tính (m) Trữ lượng C1 (m
3
) Trữ lượng C2 (m
3
) Tổng
Tân Uyên I.1 -7 315.000 315.000
Cù lao
Bình Chánh
I.2 -7 1.538.000
1.901.000
I.3 -7 231.000
I.4 -7 132.000
Cù lao Rùa
II.1 -8 576.000
1.183.000
II.2 -8 10.000
II.3 -8 597.000
Hóa An III.1 -8 2.377.000 2.377.000
Cộng 5.329.000 437.000 5.776.000

Trên cơ sở trữ lượng phê chuẩn, Bộ Công nghiệp đã cấp phép khai thác cho các doanh
nghiệp thuộc tỉnh Đồng Nai và Sông Bé với sản lượng 1.200.000 m
3
/năm (mỗi tỉnh được
khai thác 600.000 m
3
/năm.)
3.3. Khối lượng khai thác thực tế
Trong thực tế, hoạt động khai thác diễn ra không chỉ ở các bãi đã khoanh định. Các
xáng cạp cát thường xuyên di chuyển và khai thác trên khắp đoạn sông. Việc đánh giá
khối lượng khai thác thực tế là việc làm không đơn giản bởi có nhiều doanh nghiệp cùng
khai thác trên một đoạn sông, tài nguyên lấy khỏi lòng sông đôi khi được chuyển sang
ngay cho các cơ sở kinh doanh trung gian. Ngay trong một công ty, việc quản lý sản
lượng khai thác của từng xáng cạp cũng là vấn đề…
Nhằm xác định khối lượng đã khai thác, trong phần tính toán này chúng tôi dựa vào bề
mặt địa hình lòng sông xây dựng cho từng khu vực ứng với ba thời điểm: tháng 7/1995,
tháng 8/1999, tháng 5/2004. Sử dụng kỹ thuật GIS để tính toán khối lượng: lấy bề mặt địa
hình của thời điểm sau (bề mặt UPPER) trừ đi bề mặt địa hình thời điểm trước (bề mặt
LOWER) sẽ xác định được khối lượng cát đã khai thác theo các giai đoạn (Bảng 3).
Bảng 3. Khối lượng khai thác trong giai đoạn 1995-1999, 1999-2004 (m
3
)
HV: Lª Thµnh Trung Trang 8
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Khu vực 1995- 1999 1999-2004 Tổng
Tân Uyên 1.121.796 1.121.796
Cù lao Bình Chánh 2.808.744 637.781 3.446.525
Cù lao Rùa 828.162 1.158.809 1.986.971
Hóa An 250.498 1.698.392 1.948.890

Cộng 3.887.404 4.616.778 8.504.182
Giai đoạn 1995-1999, việc khai thác tập trung ở khu vực cù lao Bình Chánh với
2.808.744m
3
, ít nhất ở khu vực cầu Hóa An (250.498 m
3
). Tổng khối lượng khai thác
trong giai đoạn này là 3.887.404 m
3
(tính đến tháng 8/1999). Trong báo cáo chính thức
của các doanh nghiệp thì tổng sản lượng khai thác đến đầu năm 1999 là 3.084.928 m
3
(tính đến tháng 1/1999), thấp hơn so với tính toán khoảng 800.000 m
3
. Như vậy, kết quả
tính toán khá phù hợp với báo cáo, ước tính từ tháng 1 đến tháng 8/1999, các doanh
nghiệp khai thác khoảng 100.000 m
3
/tháng.
Tổng khối lượng khai thác trong giai đoạn 1999-2004 là 4.616.778 m
3
. Việc khai thác
tập trung vào các khu vực Hóa An, cù lao Rùa và Tân Uyên. Nếu tính cả lượng cát khai
thác nạo vét ở khu vực Hóa An-cầu Ghềnh và sông Cái (cù lao Phố) thì khối lượng khai
thác toàn mỏ Bắc cầu Đồng Nai sẽ lớn hơn.
4. Điều kiện khai thác:
Khai thác cát lòng sông thuộc mỏ Bắc cầu Đồng Nai chắc chắn sẽ ảnh hưởng tới môi
trường tự nhiên bởi lẽ lòng sông ở đây hẹp, uốn khúc mạnh, vách bờ sông dốc đứng, cấu
tạo vách bờ là các trầm tích bở rời gắn kết yếu. Chính vì những lý do đó, bộ Khoa học,
Công nghệ & Môi trường đã yêu cầu các doanh nghiệp thực hiện nghiêm túc Luật môi

trường trong hoạt động khai thác mỏ.
Thực tế hoạt động khai thác diễn ra rất phức tạp, các xáng cạp có thể khai thác ở mọi
vị trí, miễn là tại đó có cát. Việc kiểm tra khai thác cát dưới lòng sông không đơn giản do
các moong khai thác nằm dưới lớp nước dày. Các cơ quan chức năng chỉ có thể xác định
vị trí xáng cạp cách xa bờ, nhưng rất khó xác định độ sâu khai thác, muốn biết phải tiến
hành đo đạc. Ở những nơi cát có chất lượng tốt, các xáng cạp có thể móc rất sâu, lợi dụng
ban đêm các xáng cạp có thể khai thác cát sát chân vách bờ
Hình 2. Mặt cắt MC. 03, ở Tân Uyên
HV: Lª Thµnh Trung Trang 9
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Hình 3. Mặt cắt MC. 45, cù lao Bình Chánh
Hình 4. Mặt cắt MC. 93, cù lao Rùa
Hình 5. Mặt cắt MC.127, ở Hóa An
Ghi chú: Các mặt cắt ngang có hướng từ bờ phải sang bờ trái
So sánh tài liệu đo đạc địa hình các năm 1995, 1999 và 2004, có thể nhận thấy lòng
sông bị biến động mạnh, có rất nhiều hố sâu bất thường xuất hiện. Có thể lấy một số ví
dụ như sau:
- Ở Tân Uyên, tại mặt cắt MC.03 (Hình 2), đáy sông năm 1995 sâu 4 m, năm 1999 sâu
9 m, năm 2004 lạch sâu tới 17 m áp sát bờ trái. Sự hình thành lạch sâu là nguyên nhân
gây sạt lở mạnh mẽ bờ trái ở đoạn sông này.
- Ở cù lao Bình Chánh tại mặt cắt MC.45 (Hình 3) đáy sông biến động phức tạp. Bề
mặt bãi cát tự nhiên năm 1995 sâu 3 m, năm 1999 khai thác tới độ sâu 14 m.
- Ở cù lao Rùa, tại mặt cắt MC.93 (Hình 4) đáy sông liên tục hạ sâu. Năm 1995 đáy
sông sâu 7-8 m, năm 1999 lạch sâu 10 m lệch về phía bờ trái, năm 2004 sâu 11 m.
- Ở Hóa An, nơi phân bố bãi cát III.1, theo giấy phép chỉ được khai thác tới độ sâu 8
m. Mặt cắt MC.127 (Hình 5) cho thấy đáy sông biến động phức tạp. Năm 1995, lạch sâu
HV: Lª Thµnh Trung Trang 10
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.

16 m áp sát bờ phải. Năm 1999, hoạt động khai thác từ các bãi cát phía trên đã gần như
lấp đầy lạch sâu. Năm 2004, khai thác tạo lạch sâu 12,5 m lệch về bờ trái.
Bảng 4. So sánh khối lượng cát khai thác tại các khu vực
Khu vực Trữ lượng được khai thác
(m
3
)
Khai thác 1995-2004
(m
3
)
Chênh lệch
(m
3
)
Tân Uyên 315.000 1.121.796 -806.796
Cù lao Bình
Chánh
1.901.000 3.446.525 -1.545.525
Cù lao Rùa 1.183.000 1.986.971 -1.803.971
Hóa An 2.377.000 1.948.890 +428.110
Cộng 5.776.000 8.504.182 - 2.728.182
So sánh giới hạn được phép khai thác với giới hạn khai thác thực tế (Hình 2-5, Bảng 4)
có thể dễ dàng nhận thấy ở tất cả các bãi, hoạt động khai thác đều vượt mức cho phép.
Riêng ở bãi III.1 (Hóa An) khối lượng còn lại gần nửa triệu m
3
, tuy vậy cho đến lúc điều
tra kết thúc khai thác (tháng 5/2004) vẫn còn 3 xáng cạp tiếp tục khai thác tại đây.
Hoạt động khai thác không theo quy định về độ sâu, khoảng cách xa bờ và quy trình
khai thác là nguyên nhân chính gây tai biến xói lở bờ sông. Những nơi xói lở mạnh do

hoạt động khai thác là bờ trái vùng Tân Uyên, bờ trái vùng cù lao Bình Chánh, bờ phải và
bờ trái vùng cù lao Rùa.
5. Giá thành của cát xây dựng phục vụ sản xuất bê tông nhựa.
Như ta trình bày ở trên, lượng cát đạt chất lượng sản xuất bê tông nhựa phân bố chủ
yếu ở mỏ Bắc cầu Đông Nai. Kể từ khi tờ trình số 3914A/TTr-UBND ngày 14 tháng 7
năm 2009 có hiệu lực thì khu vực trên sông Đồng Nai (từ điểm cách cầu Hóa An 1km về
phía thượng nguồn đến điểm cách cầu Đồng Nai 01km về phí hạ nguồn) và 01 khu vực
xã Xuân Hưng, huyện Xuân Lộc có diện tích 773 ha với tài nguyên dự báo lên đến 19
triệu m3 bị cấm khai thác hoàn toàn. Chính điều này đã đẩy giá cát xây dựng tăng đột
biến từ 100 000 VNĐ đến 120 000 đồng/m3 nhưng vẫn không đủ số lượng cung cấp cho
thị trường. Hơn nữa, chất lượng cát thật sự không đạt chất lượng theo tiêu chuẩn.
II/ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA
1. Tình hình sử dụng cát để sản xuất bê tông nhựa trên thế giới.
Nghiền đá thành cát nhân tạo thay thế cho việc sử dụng cát tự nhiên là giải pháp của
các nước công nghiệp trên thế giới làm gần 20 năm nay. Giải pháp này nhằm hạn chế tối
đa việc khai thác cát tự nhiên gây sạt lở bờ sông, thay đổi dòng chảy ảnh hưởng đến môi
trường.
Một vấn đề kỹ thuật khác khi xay cát ra thi những hạt cát đồng đều hơn, đều này gớp
phần tạo thành khối bê tông chịu lực lớn hơn theo nguyên lý Volt
HV: Lª Thµnh Trung Trang 11
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Cát nhân tạo là loại cát sạch không lẩn cát tạp chất: bụi, hạt sét. Điều này tạo nên sự
dính kết làm tăng cường độ của bê tông.
Các số liệu cho thấy tình hình sử dụng cát nhân tạo trên thế giơi bước đầu cho kết
quả : Cát nhân tạo sử dụng trong bê tông aphalt có thể tiết kiệm 14 – 15% khối lượng so
với cát việc dùng cát tự nhiên nhưng độ liên kết giữa nhựa đường với đá dăm và cát tăng
lên rỏ rệt giúp cho độ bền của bề mặt bê tông aphalt tăng lên 10%.
Viện asphalt (Mỹ), đã ban hành xong tiêu chuất hai qui trình thi công bê tông nhựa các
xay chất lượng cao, gọi tắt là Superpave cấp 1.

2. Tình hình sử dụng cát để sản xuất bê tông nhựa ở các tỉnh vùng kinh tế trọng
điểm phía Nam.
Từ trước cho đến năm 2004, thời điểm Thủ tướng chính phủ cấm khai thác các trên
sông Đồng Nai thì lượng cát vàng đạt chất lượng xây dựng dòi dào. Khi đó bê tông nhựa
cung câp cho ngành giao thông phát triển kinh tế của Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam
chủ yếu được sản xuất từ cát tự nhiên đạt chất lượng: to, đạt mô đun độ lớn khai thác từ
sông Đồng Nai. Khi đó tỷ lệ thành phần cốt liệu như sau: đá dăm 20 – 65%, Cát vàng 4 –
14%, bột khoáng 5 – 7%, bi tum 5 – 7%.
Tuy nhiên, kể từ năm 2004 đến nay lượng cát vàng đạt chất lượng để sản xuất bê tông
nhựa ngày càng khan hiếm dần do các hoạt động khai thác cát trên sông Đồng Nai bị cấm
theo tờ trình số 3914A /TTr – UBND của Ủy Bna Nhân Nhân tỉnh Đồng Nai ngày 14
tháng 7 năm 2006. Dẫn đến sự mất cân đối về nguồn nguyên liệu cốt liệu sản xuất bê
tông nhựa: vật liệu đá còn đủ trử lượng cung cấp trong khi nguồn cát ngày càng bị càng
kiệt, khang hiếm dần.
Bởi vậy, chúng ta đã phải giải quyết vấn đề mất cân đói này để dây chuyền sản xuất bê
tông nhựa không bị gián đoạn, đảm bảo lượng lớn bê tông nhựa phục vụ cho sự nghiệp
phát triển kính tế của vùng kinh tế trọng điểm phía nam theo các cách khác nhau
Nhiều đơn vị sản xuất bê tông nhựa đi tìm nguồn cát vàng đạt chất lượng khác để bổ
sung. Nguồn cát này được khai thác tại các khu vực hạ lưu sông Mê Kông thuộc địa phận
một số tỉnh Miền Tây Nam bộ và lảnh địa nước bạn Campuchia như ta đã biết là sông Mê
Kông bắt nguồn từ Tây Tạng, xuôi về biển đông qua miệt sông nước Đồng bằng sông
Cửu Long, dòng sông chảy qua 6 quốc gia : Trung Quốc, Mianma, Thái Lan, Lào,
Campuchia và Việt Nám. Tuy nhiên, với giá thành rất cao, do chi phí vận chuyển lớn,
hơn nữa ta cũng không chủ động được về số lượng do còn phục thuộc vào các chính sách
pháp luật về khai thác cát của địa phương tỉnh, của đất nước Campuchia. Cách giải quyết
này hầu như bị phá sản hoàn toàn, thực tế đã cho thấy các nhà sản xuất bê tông nhựa đã
từ bỏ giải pháp này. Giải pháp hợp lý nhất hiện nay là chúng ta đã tận dụng được nguồn
nguyên liêu đá dòi dào tại các mỏ đá khai thác tại địa phương của vùng trọng điểm kinh
tế phía Nam để sản xuất ra được loại cát mới đạt chất lượng để thay thế cho cát tự nhiên
để sản xuất bê tông nhựa. Đó là loại cát được xay từ các mỏ đá địa phương (đề tài này đề

cập đến các mỏ đá tại tỉnh Đồng Nai) với trử lượng dòi dào và chất lượng để sản xuất cát
xay theo qui trình qui định cụ thể như sau:
Cát xay phải được cần phải chế tạo từ đá gốc có cường độ không nhỏ hơn cường độ
của đá dùng làm đá dăm (600 – 1000daN/cm2).
HV: Lª Thµnh Trung Trang 12
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Cát nghiền từ đá mácma có mác không nhỏ hơn 1000 daN/cm2. Hàm luợng các hạt
nhỏ hơn 0,071mm ở trong cát nghiền không được lớn hơn 14% theo khối luợng, trong ñó
luợng hạt sét không ñuợc lớn hon 0,5%, luợng hạt nhỏ hon 0,14mm không lớn hon 20%
Giải pháp sử dụng cát xay sản xuất bê tông nhựa làm đường ô tô đã đưa vào thực tiển
sản xuất, bước đầu đã đảm bảo được dây chuyền sản xuất bê tông như không bị gián
đoạn và đáp ứng được số lượng lớn nhu cầu sản xuất bê tông nhựa, gớp phần rất lớn vào
công cuộc phát triển kinh tế đất nước, đặc biệt là vùng kinh tế trọng điểm phía Nam
III. Kết luận:
Mặc dù, công nghệ sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa đang được áp dụng rộng
rải trong thực tiển sản xuất, tuy nhiên vẫn chưa có được sự nghiên cứu cụ thể nào để phân
tích, cũng như đánh gia việc sử dụng cát xay sản xuất bê tông nhựa hiệu quả như thế nào
về mặt kinh tế kỹ thuật so với cát tự nhiên để tiến đến sản xuất đại trà trên nhiều địa bàn
trong cả nước. Cũng như việc Bô Xây Dựng, Bộ Giao thông vận tải ban hành những tiêu
chuẩn, qui trình để giám sát, kiểm soát chất lượng vật liệu bê tông nhựa và các chỉ dẫn kỹ
thuật thi công. Đây cũng chính là lý do quan trọng để hình thành đề tài: “ Nguyên cứu –
sử dụng cát xay tại các mỏ đá tỉnh Đồng Nai sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô”
Công ty Cp Xây dựng CTGT 610, địa chỉ 968, QL 1A, Linh Trung, Thủ Đức, TpHCM
là đơn vị sản xuất bê tông nhựa, đi đầu về công nghệ sử dụng cát xay sản xuất bê tông
nhựa cung cấp hàng chục công trình lớn nhỏ đạt chất lượng tốt của Khu vực kinh tế trọng
điểm phía Nam.
Trạm trộn BTN của Công ty CP Xây dựng CTGT 610
CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁT NHÂN TẠO
I.Khảo sát nguồn vật liệu đá đạt chất lượng sản xuất cát xay chế tạo bê tông

nhựa.
1.Nguồn cung cấp vật liệu đá
Nguồn cung cấp vật liệu đá phục vụ cho ngành xây dựng nói chung, sản xuất bê
tông nhựa nói riêng tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam chủ yếu tại các địa phương các
tỉnh Bình Dương và Đồng Nai.
2. Trử lượng khoáng sản đá:
Trử lượng đá tại các mỏ đá tại tỉnh Đồng Nai còn tương đối dồi dào đủ trử lượng
cung cấp cho sự nghiêp phát triển cho vùng kinh tế phía nam đến năm 2020.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 13
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Theo kết quả điều chỉnh, bổ sung quy hoạch khoáng sản mới nhất thể hiện trong tờ
trình số 5213/TTr-UBND của Ủy Ban Nhân Dân tỉnh Đồng Nai ngày 03/07/2009 thì trử
lượng đá như sau:
- Trử lượng đá nằm trong quy hoạch khai thác công nghiệp về đá xây dựng toàn
tỉnh có 31mỏ đá. Trong đó, có 22 mỏ đang hoạt động, 04 mỏ chưa hoạt động, 05 đã được
phê duyệt trử lượng), tổng diện tích 1 032,28 ha, trử lượng khoảng 309,91 triệu m3. Trử
lượng này được khai thác từ nay cho đến năm 2010
- Trử lượng đá nằm trong quy hoạch thăm dò, khai thác công nghiệp: khoanh định
các khu vực cấp phép thăm dò khai thác công nghiệp từ nay đến năm 2010 và từ năm
2011 đến năm 2020 về đá xây dựng có 16 khu vực, diện tích 845,82 ha - tài nguyên dự
báo khoảng 240,39 triệu m3 được cấp phép thăm dò từ nay đến năm 2010, có11 khu vực,
diện tích 754,58 ha – tài nguyên dự báo khoảng 122,5 triệu m3 được cấp phép thăm dò từ
năm 2011 đến 2020.
3. Chất lượng đá:
Theo số liệu được lấy tại mỏ đá Phước Tân, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai thì
chất lượng đá được chia thành 02 loại như sau:
Đá loại 1: Gồm các loại đá phun trào anđesit porphyrit và tuf của chúng, với loại
đá này các chỉ tiêu cụ thể như sau:
-Cường độ kháng nén bảo hòa > 800 kG/cm

2
.
-Hàm lượng SO
3
, trung bình khối tính trữ lượng < 1%
Đá loại 2: Gồm các loại đá phun trào anđesit porphyrit và tuf của chúng, với loại
đá này các chỉ tiêu cụ thể như sau:
-Cường độ kháng nén bảo hòa > 400 kG/cm
2
.
-Hàm lượng SO
3
đối với mẫu đơn < 3%.
-Hàm lượng SO
3
, trung bình khối tính trữ lượng < 1%
Sự phân loại trên căn cứ theo TCVN 1771 : 1987, đá loại 1 là đá chủ yếu dùng làm cốt
liệu chính cho công trình xây dựng và sản xuất bê tông nhựa.
II. Công nghệ sản xuất cát nhân tạo.
1.Thiết bị nghiền .
Hiên nay, người ta dùng phổ biến nhất là máy nghiền gối đệm không khí Titan D do
Liên Bang Nga sản xuất. Bởi lẻ, nó đem lại hiệu quả kinh tế và chất lượng cao hơn các
loại máy phát triển trong lịch sử.
Kết cấu máy nghiền Titan như sau:
HV: Lª Thµnh Trung Trang 14
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Máy nghiền Titan có tiền thân là máy nghiền mịn KID do hãng OAO DROBMASH
liên kết với viện nghiên cứu công nghệ mới tại Len – ingrad (nay là Sant – Petersburg)
với đường kính đĩa quay 600mm và 1200m. Sau nhiều năm thử nghiệm và máy cũng

được đưa vào sản xuất. Tuy nhiên, thị trường đã không chào đón một cách nồng nhiệt do
chi phí sản xuất cao, vật tư thay thế đắt tiền và thường xuyên xảy ra sự cố vòng bi. Nếu
thay thế bằng vòng bi của G7 thì giá thành sẽ rất cao. Chương trình máy nghiền KID đi
vào ngõ cụt. Chính vì gối đở vòng bi mà đây là điểm yếu nhất của máy nghiền roto trục
đứng Barmac phải sử dụng vòng bi đặc biệt và hệ thống cấp mở bôi trơn tự động rất phức
tạp cho thiết bị của mình.
Người Nga đã chế tạo máy nghiền roto trục đứng với nguyên lý hoàn toàn mới từ
những năm 1980 của thế kỷ trước. Nhưng là vì sáng chế bí mật quốc gia nên không ai
được tiếp cận. Chỉ sau khi Liên Xô tan rã, theo đề nghị của tiến sĩ Lisitca Vasili
Ivanovich – tác giả của công trình “ Gối đệm không khí”. Công trình này mới được Viện
nghiên cứu khoa học và sản xuất trực thuộc Viện hàn lâm khoa học Delarutsia (NPO) cho
khởi động lại một cách chính thức. Từ năm 1993, người ta đã thấy xuất hiện các loại máy
nghiền li tâm va đập có kết cấu thật lạ không sử dụng gối đở vòng bi mà công suất thì
gấp nhiều lần của G7. Như thế, thị trường đã bắt đầu biết đến máy roto trục đứng công
nghệ gối đệm không khí của tiến sỉ Lisitca Vasili. Từ năm 1993 đến năm 2000 hơn 60
thiết bị đã được tiêu thụ. Từ năm 2000, để nâng tầm cao mới của máy roto trục đứng
dùng công nghệ “gối đệm không khí” , toàn bộ nhóm chế tạo do tiến sĩ Lisitca Vasili chủ
trì đã chuyển về tập đoàn IST tại Sant – Peterburg để thành lập hãng “Công nghệ mới”
với tên gọi sản phẩm Titan. Gần 200 thiết bị đã được bán cho khách hàng thuộc Liên Xô
cũ và xuất khẩu sang cả Pháp, Serbia trong thời gian ngắn ngủi đó.
Với Việt Nam, máy Titan đã có mặt trên các công trình : Thủy điện Sơn La, Đồng Nai
4,… và đang tích cực tham gia vào chương trình nghiền cát nhân tạo trên cả nước. Máy
Titan ngày nay đã bước sang thế hệ thứ 4 và đang là công nghệ số 1 thế giới về lĩnh vực
HV: Lª Thµnh Trung Trang 15
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
nghiền li tâm va đập. Trên thế giới hiện nay, không có công nghệ nào tiên tiến hơn.
Người Nga tự hào về công nghệ chinh phục vũ trụ và sản xuất chưa được công bố.
2. Nguyên lý hoạt động của máy Titan trong gối đệm không khí.
Khi cho hệ chuyển động của máy quay (roto và đỉa gia tốc). chúng giống như một con

quay tự do, có tâm quay là tâm của chỏm cầu và có 3 cấp chuyển động tự do.
Chính nhờ có kết cấu
đặc biệt như vậy, ta
HV: Lª Thµnh Trung Trang 16
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
dễ dàng thay đổi được vận tốc va đập nhờ thay đổi đường kính đĩa gia tốc và vận tốc
quay của nó. Do vậy, chỉ có kết cấu gối đệm không khí mới cho phép tăng đường kính
đỉa gia tốc đến trên 2m trong khi sử dụng gối đở vòng bi thì tối đa không quá 1.1m.
Ngoài ra, tăng vận tốc quay của đỉa gia tốc tùy thích mà không hạn chế so với gối đở ổ bi
bởi sức chịu đựng của vòng bi là có hạn, không thể tăng mãi được. Công nghệ gối đệm
không khí cho phép làm ra được máy nghiền với công suất tới 650T/h, điều mà Barmac
không bao giờ có thể làm được. Việc thay đổi tốc độ va đập vô cùng quan trọng, cho
phép chúng ta điều chỉnh tỷ lệ thành phần theo yêu cầu của công việc. Dể thấy, với máy
Titan, có thể vận hành với tốc độ va đập từ 35m/s đến 120m/s, trong đó: - Với vận tốc va
đập 35 – 45m/s thì chưa xảy ra quá trình nghiền mà chủ yếu đóng vai trò chuốt lại sản
phẩm (làm tròn sản phẩm mà không nghiền).
- Với vận tốc va đập 45 – 65m/s thì lúc này mới xảy ra quá trình nghiền va đập và tỷ lệ
hạt nhỏ (0-5mm) thường chưa cao.
- Với vận tốc 65 – 120m/s thì thật sự là quá trình nghiền mịn, sản phẩm điều chỉnh được
theo ý muốn.
Tỷ lệ thành phần phụ thuộc vào vận tốc va đập. Ví dụ sau thực hiện trên máy Titan D –
160, đá đầu vào 20 – 40mm.
Vận tốc va đập 56m/s Vận tốc va đập 64m/s
Kích thước sản phẩm Kích thước sản phẩm
0 – 5mm 5 – 10mm 10 – 16mm 0 – 5mm 5 – 10mm 10 – 16mm
33.1% 20.2% 46.7% 36.1% 20.7% 43.2%
Đá nguyên liệu đầu vào là đá Granit, độ cứng 1270kg.F/cm2 với vận tốc 56m/s
dùng đĩa gia tốc 1.1m và với vận tốc 64m/s dùng đĩa 1.25m
3.Thông số kỹ thuật của máy Titan D.

HV: Lª Thµnh Trung Trang 17
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Máy nghiền Titan D do New – Technologies sản xuất là thiết bị nghiền tỉnh với những
ưu điểm nổi bật mà không một thiết bị nghiền côn thông thường nào có thể có được.
Thiết bị nghiền Titan D có khả năng xử lý nguyên liệu đầu vào Max 110mm để nghiền ra
sản phẩm tới 1mm với nhiều loại vật liệu khác nhau có độ cứng đến 3000kg/cm2. Với
thiết kế mở cho phép thay đổi vận tốc va đập đến 120m/s nhờ đường kính đĩa gia tốc và
tốc độ của động cơ nên thiết bị của Titan D được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền
nghiền sàng đá truyền thống để thay thế thiết bị nghiền côn thông thường. Sản phẩm
nghiền ra của Titan D có giá trị cao.
Đá dăm có tỷ lệ hạt dẹt không quá 4% và cát nhân tạo có thể thu được 70% tùy yêu
cầu của người sử dụng máy nghiền Titan D để nghiền tất cả các loại khoáng sản khác
nhau đến 1mm có độ cứng bất kì nên được sử dụng phổ biến để nghiền phụ gia cho các
ngành sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là sử dụng trong lĩnh vực nghiền quặng vàng.
Ngoài ra, thiết bị Titan D ngày nay được sử dụng độc lập phục vụ các trạm trộn bê
tông và bê tông nhựa nóng nhờ cát nhân tạo và đá dăm chất lượng cao được nghiền ngay
tại chổ theo yêu cầu cụ thể rất tiện lợi và đạt hiệu quả sản xuất cao cho người sử dụng.
Dây chuyền nghiền sàng đá dăm và cát nhân tạo công suất 100m3/h được lắp đặt rất
thành công tại mỏ đá Tân Đông Hiệp (Bình Dương)
4. Tính ưu việt của máy nghiền roto trục đứng gối điệm không khí Titan
Để nhận thấy tính ưu việc của máy nghiền Titan người ta thực hiện việc so sánh với
các máy đang tồn tại phổ biến trên thị trường.
* So sánh hiệu quả sử dụng giữa máy nghiền Titan và máy nghiền công
HV: Lª Thµnh Trung Trang 18
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Ví dụ so sánh dưới đay được thực hiện vào thời điểm tháng 10/2007. Địa điểm để đối
chứng. Đá tại mỏ đá Tân Đông Hiệp (Bình Dương) có độ kháng nén 1.250 kg/cm2 và giá
trung bình của các sản phẩm tại thời điểm so sánh.

Thông số kỹ thuật so sánh Máy nghiền côn đường
kính 1200mm KSD –
1200 GR
Máy nghiền Titan D –
160 -1
1 Công suất bình quân các sản
phẩm
100T/h
2 Các loại sản phẩm cần lấy với
lưới sàn 5, 10, 22
0 – 5; 5 – 10; 10 –
22mm
3 Công suất trong 1h sản xuất 0 – 5(30 tấn); 5 – 10
( 24 tấn); 10 – 22mm
(46 tấn)
0 – 5(37 tấn); 5 – 10
( 22 tấn); 10 – 22mm
(41 tấn)
4 Chi phí điện năng trong 1h SX 63 000 210 000
5 Chi phí hao mòn vật liệu của
máy/tấn sản phẩm
1 bộ nén côn giá 42
triệu đồng nghiền được
40 000 tấn sẽ hỏng
trung bình tốn 10
000đ/ tấn
0.16 USA/tấn = 2
560đ/tấn
6 Giá bán (0 – 5): 38 000đ/tấn;
(5 – 10) : 45 000đ/tấn;

(10 – 22): 66 000đ/tấn.
(0 – 5): 58 000đ/tấn;
(5 – 10) :52 000đ/tấn;
(10 –22): 83 000đ/tấn.
7 Doanh thu trong 1h SX trừ chi
phí vật tư và điện.
5 256 000 đồng. 6 693 000đồng
8 Doanh thu trong 1h sản xuất 5 093 000 đồng. 6 227 000 đồng.
9 Hiệu qủa tương đối của 1h sản
xuất.
1.134 000 đồng.
Kết luận: Trung bình nếu dùng máy Titan D – 160 sẽ cho hiệu quả tối thiểu 10
000đồng /tấn sản phẩm làm ra (tính gộp). Ở đây về đầu tư thì máy nghiền côn KSD –
1200 GR có giá thành ½ so với máy Titan D.
Ngoài ra, sử dụng máy nghiền côn sẽ còn phải tính đến các chi phí khác mà máy Titan
không có như: dầu nhớt bôi trơn, hao mòn vòng bi, hao mòn bộ bạc côn, hệ thống bánh
răng vành chặn và quả khế, trục dù, mà khi tính toán chúng tôi chưa liệt kê. Sử dụng
máy Titan D-160 rõ ràng hiệu quả hơn dùng máy nghiền côn KSD – 1200GR với cũng do
sử dụng ổ đỡ vòng bi mà các loại máy Barmac đang phải gặp rất nhiều trở ngại về kỹ
thuật không thể vượt qua. Còn với máy Titan, hầu như đã khắc phục được toàn bộ những
yếu điểm của máy Barmac.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 19
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
STT MÁY NGHIỀN BARMAC SỬ
DỤNG Ổ ĐỞ VÒNG BI
MÁY NGHIỀN TITAN TRÊN GỐI
ĐIỆM KHÔNG KHÍ
1 Sử dụng vòng bi đặc bị rất đắt tiền và
hệ thống bơm mở tự động tốn kém.

Không sử dụng vòng bi và cũng không
cần dầu mở bôi trơn vòng bi.
2 Chỉ xử lý đá đầu vào tối đa 50mm và
rất kén đá; chỉ làm việc tốt với đá
đầu vào <30mm
Hiệu suất thấp.
Xử lý đầu vào tới 70mm hoặc có thể
đến 110mm khi có túi phụ.
Hiệu suất nghiền cao hơn với đường
kính đĩa gia tốc đến 2.5m
3 Chỉ làm được máy nghiền với đường
kính đĩa gia tốc phổ biến đến 0.8m
Có khả năng đạt tới 120m/s.
4 Chỉ đạt được vận tốc va đập trung
bình 54m/s
Khả năng tối đa sản xuất cát nhân tạo
(0 – 5) đến 78%.
5 Khả năng tối đa khi sản xuất cát nhân
tạo (0 – 5) không quá 30%
Khả năng cho phép mất khả năng cân
bằng động đĩa gia tốc : 2500gr.
6 Khả năng cho phép mất cân bằng
động đĩa gia tốc 50gr.
Công suất thiết kế có thể đến 650 T/h
7 Công suất thiết kế bị hạn chế Hoàn toàn chống bụi một cách hiệu
quả và rẻ tiền.
8 Rất bụi khi vận hành. Độ an toàn và tuổi thọ cao, vật tư thay
thế giá rẻ và nhà sản xuất chuyển giao
công nghệ để khách hàng tự làm lấy.
Chi phí sản xuất rẻ gần 10 lần trong

cùng 1 điều kiện như nhau.
9 Vật tư thay thế đắt tiền. Không
chuyển giao công nghệ làm phụ tùng
thay thế cho người sử dụng.
Nghiền được vật liệu có độ ẩm cao,
trời mưa nhỏ, tuyết rơi máy vẫn có thể
làm việc bình thường.
10 Đòi hỏi rất khắc khe về độ ẩm
nguyên liệu nghiền. không nghiền
được vật liệu ướt.
Nghiền được vật liệu có độ ẩm cao,
trời mưa nhỏ, tuyết rơi máy vẫn có thể
làm việc bình thường.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 20
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
5. Giá thành của cát xay.
Hiện nay trên thị trường tồn tại 2 sản phẩm cát xay: cát xay 0x3 và cát xay không 0x6.
Theo bảng báo giá nhận được từ Công ty TNHH Khoáng sản và xây dựng Trung Thắng ,
Công ty đã sử dụng công nghệ gối đệm không khí Ti tan D – 160 để xay đá 1x2 thành cát
nhân tạo (kèm theo trong phụ lục) áp dụng từ ngày 01.10.2009 thì giá thành của 1 khối
cát xay 0x3 là 152 000 đồng/m3 và cát 0x6 là 154 000 đồng/m3. Giá trên đã bao gồm
VAT và giao lên phương tiện vận chuyển của khách.
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU -ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT BÊ TÔNG NHỰA
I. Tổng quan về bê tông nhựa
1.Thành phần và tính ưu việt của hỗn hợp bê tông nhựa:
Bê tông nhựa để làm mặt đường gồm có các thành phần chủ yếu là đá, cát, bột khoáng
và nhựa.
Mặt đường bê tông nhựa được dùng phổ biến cho các đường có mật độ xe lớn, đường
trong thành phố, đường khu nghĩ mát, trên mặt cầu bằng bê tông xi măng, tầng phủ sân

bay đáp ứng được các yêu cầu về chịu lực thẳng đứngvà lực ngang cũng như các yêu cầu
về sử dụng khác như độ bằng phẳng, độ nhám,….
Nguyên lý làm mặt đường theo kiểu cấp phối: cốt liệu gồm nhiều kiểu hạt to nhỏ liên
tục khác nhau phối hợp theo tỷ lệ nhất định, sau khi lu lèn sẽ đạt được độ chặt cần thiết
và tạo nên lớp mặt đường đáp ứng cường độ yêu cầu. Khi dùng nhựa làm chất liên kết để
tạo nên hỗn hợp bê tông nhựa thì cường độ được tăng lên rất nhiều.
HV: Lª Thµnh Trung Trang 21
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Ưu điểm của mặt đường bê tông nhựa: Ít bụi; ít phát sinh tiếng ồn khi xe chạy; ít bị bào
mòn; dễ bảo dưỡng, sửa chữa.
Nhược điểm: Dễ bị trơn trượt khi bị ẩm ướt; dễ bị trượt, bị biến dạng, kém ổn định về
nhiệt.
2.Lý thuyết về cường độ và ổn định về biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa:
2.1 Cường độ hỗn hợp bê tông nhựa:
Tính chất của hỗn hợp bê tông nhựa phụ thuộc vào cấu trúc của nó, cấu trúc này phụ
thuộc vào tính chất và hàm lượng của các thành phần cấu thành cấu thành, vào sự phân
bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa, vào chất lượng kỹ thuật trong quá trình chế tạo hỗn hợp,
đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt hỗn hợp.
Theo giáo sư N.N.Ivanop [2], cường độ hỗn hợp bê tông nhựa phụ thuộc chủ yếu vào 2
yếu tố: Lực ma sát do cốt liệu khoáng vật, lực dính do sự có mặt bột khoáng và các hạt
keo trong cốt liệu khoáng vật, do các tính chất của nhựa và do sự móc vướng giữa các hạt
to với nhau.
- Lực ma sát của hỗn hợp bê tông nhựa: chủ yếu do độ lớn, độ đồng đều và độ sắc cạnh
của cốt liệu khoáng vật quyết định. Lực ma sát ít thay đổi theo nhiệt độ và thời gian tác
dụng của tải trọng, nhưng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa.
- Lực dính của hỗn hợp bê tông nhựa: Lực này đóng vai trò quan trọng trong hỗn hợp
bê tông nhựa. Lực dính gồm 2 thành phần: Lực dính do sự móc vướng giữa các hạt; Lực
dính do tác dụng dính bám tương hỗ giữa nhựa và đá và do lực dính kết bên trong bản
thân nhựa.

+Lực dính do sự móc vướng giữa các hạt: Phục thuộc độ lớn và độ sắc cạnh của hạt,
không thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ biến dạng.
+Lực dính do tác dụng dính bám tương hỗ giữa nhựa và đá và do lực liên kết bên
trong bản thân nhựa: Phụ thuộc độ nhớt của nhựa (độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ); tỉ diện
cốt liệu khoáng vật; ái lực phân tử của nhựa và khoáng vật; khả năng trao đổi hóa học;
mức độ ổn định của các tính chất liên kết tự nhiên của cốt liệu khoáng vật; sự biến đổi độ
nhớt của nhựa, các chất nhẹ trong nhựa bay hơi và sự hấp thụ có chọn lọc của cốt liệu;
chiều dày của màng nhựa; tốc độ biến dạng của hệ thống và hệ số dẻo của hỗn hợp.
* Lực dính thay đổi theo độ nhớt của nhựa: Thực nghiệm cho thấy, trong những điều kiện
khác nhau ,giống nhau, lực dính tăng lên khi độ nhớt tăng. Độ nhớt lại thay đổi nhiều
theo nhiệt độ (độ nhớt tăng khi nhiệt độ giảm). Lực dính từ 2 – 3kG/cm2 ở nhiệt độ
50oC, tăng lên đến 20kG/cm2 ở nhiệt độ 0oC, trị số này càng khác nhau nhiều khi hỗn
hợp có hàm lượng nhựa lớn và tốc độ biến dạng nhỏ.
*Lực dính thay đổi theo tốc độ biến dạng: Tốc độ biến dạng phụ thuộc vào tính dẻo của
hỗn hợp. Theo kết quả thí nghiệm của giáo sư N.N.Ivanop và các học trò của ông thì ở 1
nhiệt độ nhất định, sự biến đổi của lực dính theo tốc độ biến dạng có thể biểu diễn dưới
dạng sau:
HV: Lª Thµnh Trung Trang 22
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.

















=








=
mm
T
T
v
v
C
C
1
2
2
1
2
2
2

1
(2 – 1)
Trong đó:
C
1
2
-Thành phần thứ hai của lực dính, tương ứng với tốc độ biến dạng v1 hoặc tương ứng
với thời gian tác dụng của tải trọng T1
C
2
2
-Thành phần thứ hai của lực dính, tương ứng với tốc độ biến dạng v2 hoặc tương
ứng với thời gian tác dụng của tải trọng T2.
m - Chỉ số dẻo, đặc trưng tính dẻo của hỗn hợp, thay đổi từ 0 – 1. Đối với chất lỏng
Niutơn m = 1, đối với vật thể đàn hồi m = 0. Trong thí nghiệm m=0.1 – 0.15 đối với bê
tông nhựa nguội, m=0.18-0.25 đối với bê tông nhựa nóng.
Theo giáo sư Rưbep [2], biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hỗn hợp bê tông nhựa vào
cấu trúc, chiều dày trung bình của màng nhựa bọc ngoài mặt cốt liệu khoáng vật, nhiệt độ
và tốc độ biến dạng dưới dạng công thức tổng quát sau:
R
1
= R
2
mmn
t
t
v
v

























2
1
2
1
2
1
δ
δ

Trong đó:
R
1
, R
2
– Cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa tương ứng với tốc độ biến dạng v1, v2 với
nhiệt độ thí nghiệm t1, t2 (theo độ Kelvin), với chiều dày trung bình của màng nhựa δ1,
δ2.
m - Chỉ số mũ, đặc trưng độ thay đổi cường độ khi nhiệt độ biến đổi 1
o
C.
2.2 Tính ổn dịnh về biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa:
Quá trình biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa, có liên hệ rất chặt chẻ với thời gian tác
dụng của tải trọng, tốc độ đặt tải trọng, còn trị số ứng suất thì phụ thuộc vào tốc độ biến
dạng và trị số biến dạng.
Bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa khác là vật liệu có tính lưu biến nên qui luật
chung về biến dạng và phụ thuộc vào trị số của ứng suất. Trong thiết kế hỗn hợp bê tông
nhựa cần đảm bảo đạt được các tính chất cơ học – cấu trúc thích hợp như độ giản dài
tương đối gần với giới hạn trên để dự phòng nhựa bị hóa già làm cho độ độ tăng thêm, độ
nở của hỗn hợp không được vượt quá một trị số nhất định. Để tăng tính ổn định về biến
dạng cần phải chọn loại nhựa có khả năng chịu biến dạng và ít bị hóa già, tuy nhiên phải
chú ý đến khả năng chống trượt.
3.Cường độ yêu cầu và độ ổn định của mặt đường nhựa dưới tác dụng của tải trọng
xe trong các điều kiện thời tiết khác nhau:
HV: Lª Thµnh Trung Trang 23
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
Mặt đường chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng ô tô và của các yếu tố thiên nhiên như
nhiệt độ, mưa,… Vào mùa nóng, nhiệt độ mặt đường nhựa thường cao hơn nhiệt độ
không khí, do đó mặt đường có thể bị biến dạng, phát sinh gợn sóng, trượt. Vào mùa

mưa, nước tác dụng lâu dài có thể thấm xuống các kẽ nứt làm giảm lực dính giữa đá với
nhựa, làm giảm cường độ và có khi làm phá vỡ tính toàn khối của bê tông nhựa. Trong
thiết kế mặt đường bê tông nhựa, cần thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông
nhựa trong điều kiện tác dụng lâu dài, đồng thời của nhiệt độ cao và nước.
3.1 Cường độ yêu cầu và độ ổn định chống trượt của mặt đường ở nhiệt độ cao:
3.1.1 Cường độ yêu cầu của mặt đường nhựa ở nhiệt độ cao:
Ngoài tác dụng của tải trọng thẳng đứng còn có tác dụng của tải trọng ngang phát
sinh khi hãm xe, khi tăng và giảm tốc, khi khởi động.
Dười tác dụng của lực thẳng đứng và lực nằm ngang, trong lớp mặt đường sẽ phát
sinh ra các ứng suất thẳng đứng và ngang làm cho mặt đường có thể phát sinh ra các biến
dạng trượt, làn sóng, nhất là trong mùa nóng nhiệt độ của mặt đường lên cao. Nếu lực
dính giữa lớp mặt và lớp móng quá nhỏ thì các biến dạng trượt, làn sóng sinh ra chủ yếu
là do lớp mặt trượt lên lớp móng. Nếu lực dính giữa lớp mặt và lớp móng đủ thì các biến
dạng trượt và làn sóng phát sinh chủ yếu là do hiện tượng trượt của bản thân khối vật
liệu trong lớp mặt đường (Hình 2 – 1).
Q
D
w
a)
b) c)
Hình II-1. Sơ đồ tác dụng của các lực bánh xe ô tô trên mặt đường.
a. Lực thẳng đứng Q và lực nằm ngang W.
b. Lớp mặt trượt lên lớp móng.
c. Hiện tượng trượt của bản thân khối vật liệu trong lơp mặt đường.
Theo giáo sư N.N.Ivanop [2], để đơn giản hóa trạng thái ứng suất phức tạp trong lớp
mặt đường, thay lực thẳng đứng và lực nằm ngang dưới tác dụng đồng thời bằng một lực
thẳng đứng tương đương (lực thẳng đứng nhân với hệ số k
1
); đưa vào hệ số k
2

để kể đến
tác dụng trùng phục của tải trọng xe làm tăng biến dạng mặt đường nhiều hơn so với tác
dụng của tải trọng tĩnh; hệ số k
3
kể đến tính dẻo của từng loại hỗn hợp vật liệu khoáng
chất và nhựa khác nhau.
Khi xe chạy, áp lực thẳng đứng tương đương tính toán tác dụng lên mặt đường có kể
đến tác dụng của lực ngang, thời gian tác dụng, sự trùng phục và tính dẻo của hỗn hợp:
p.k
1
.k
2
.k
3
Cường độ kháng ép q của mặt đường chiều dày h dưới tác dụng của tải trọng phân bố
đều trên diện tích đường kính D tương đương của vệt bán xe:
HV: Lª Thµnh Trung Trang 24
Luận án Thạc sỹ KHKT Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh Đồng Nai
phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô.
q =
h
D
Ctg
2







+
2
45
ϕ
o
Điều kiện để mặt đường nhựa không phát sinh làn sóng, trượt:
q
≥
p.k
1
.k
2
.k
3
Theo Morh, cường độ nén của mẫu hình trụ trong phòng thí nghiệm:
R=2.Ctg






+
2
45
ϕ
o
Từ (2-3) và (2-5), rút ra:
q =
h

D
.
2
R
.






+
2
45
ϕ
o
Để thỏa mản điều kiện (2-4), cường độ nén yêu cầu của mẫu hỗn hợp vật liệu khoáng
chất và nhựa ở nhiệt độ cao (50
o
C – 60
o
C)phải là:
R
≥
p.k
1
.k
2
.k
3







+
2
45.
.k.kp.h.k
32
1
ϕ
o
tgD
Với hỗn hợp bê tông nhựa, nếu lấy tg






+
2
45
ϕ
o
≈

2 và

h
D

≥
5 thì:
R
≥

5
.kp
(2-8)
Với: k
1
– Hệ số kể đến ảnh hưởng của lực ngang.
k
2
– Hệ số kể đến thời gian tác dụng của tải trọng và sự trùng phục của lực so với
thời gian nén mẫu ở máy nén thủy lực (khoảng vài giây) với tốc độ biến dạng là
3mm/phút, k
2
= 1,5 – 4.
k
3
– Hệ số kể đến tính dẻo của hổn hợp.
k
3
= 0,5 – 0,6 đối với hỗn hợp cứng (m=0.10 – 0.15).
k
3
= 1,5 – 1,6 đối với hỗn hợp dẻo (m=0.25 – 0.36).

k = k
1.
k
2.
k
3
= 3 – 6, trên đường trường; k = 12 – 18, nơi đỗ xe hay trên đoạn dốc.
Lấy trị số k nhỏ khi mật độ xe trung bình, lấy trị số k lơn khi mật độ xe lớn
C – Lực dính của hỗn hợp.
ϕ – Hệ số ma sát của hỗn hợp.
3.1.2. Độ ổn định chống trượt của mặt đường nhựa ở nhiệt độ cao:
Trong mùa nóng, dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ của mặt đường nhựa
tăng cao hơn rất nhiều so với nhiệt độ không khí, mặt đường bị nung nóng liên tục trong
5 – 6 giời mỗi ngày, trùng vào lúc mật độ giao thông khá cao. Lực nằm ngang đạt trị số
lớn nhất khi hãm xe. Trong trường hợp này, mặt đường nhựa chủ yếu là chịu trượt và
HV: Lª Thµnh Trung Trang 25