Nghiên cứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với các công trình bản mòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM QUANG HUY

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ MẠT CHO BÊ TƠNG
ỨNG DỤNG ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH BẢN MÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM QUANG HUY

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐÁ MẠT CHO BÊ TÔNG
ỨNG DỤNG ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH BẢN MỊNG

Chun ngành:

Xây dựng cơng trình thủy

Mã số:

60-58-40
LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Vũ Quốc Vương

Hà Nội, 2013


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài “Nghiên
cứu sử dụng đá mạt cho bê tơng ứng dụng đối với cơng trình Bản Mịng” được hồn
thành với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa Cơng
trình, các thầy cơ giáo trường Đại học Thuỷ Lợi, Tổng công ty tư vấn xây dựng Thủy
Lợi Việt Nam, Công ty cổ phần VLXD đô thị Sơn La đã tạo điều kiện và động viên
giúp đỡ về mọi mặt. Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói
trên.
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS Vũ
Quốc Vương đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận
văn.
Sự thành công của luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ, động viên cổ vũ của
gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian có hạn nên khơng thể
tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các
thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp.

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2013
Tác giả

Phạm Quang Huy


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Phạm Quang Huy, tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của
riêng tơi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.

Tác giả

Phạm Quang Huy


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
I

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ........................................................................ 1

II

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI. ......................................................... 1

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU ......... 1
IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC. ...................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MẠT, CÁT NGHIỀN, GIỚI THIỆU SƠ
LƯỢC VỀ CƠNG TRÌNH BẢN MỊNG ..................................................................... 3
1.1. Tổng quan về đá mạt.............................................................................................. 3
1.1.1. Mỏ đá Bản Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La). ............................ 3

1.1.2. Mỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An, thành phố Sơn La). ........................ 5
1.2. Tổng quan về cát nghiền. ....................................................................................... 8
1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát nghiền trên thế giới................................... 8
1.2.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát nghiền ở Việt Nam. ................................ 10
1.3. Giới thiệu sơ lược về cơng trình Bản Mòng ........................................................ 12
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THÍ
NGHIỆM ....................................................................................................................... 17
2.1. Các tính chất của vật liệu .................................................................................... 17
2.1.1. Chất kết dính xi măng ................................................................................... 17
2.1.2. Tro bay .......................................................................................................... 18
2.1.3. Cốt liệu lớn .................................................................................................... 21
2.1.4. Cốt liệu nhỏ ................................................................................................... 25
2.1.5. Phụ gia hóa sử dụng cho bê tông ................................................................... 29
2.1.6. Nước .............................................................................................................. 31
2.2 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 31


2.2.1. Phương pháp xác định các tính chất của nguyên vật liệu sử dụng................ 31
2.2.2. Phương pháp xác định tính chất của hỗn hợp bê tông và của bê tông .......... 33
2.2.3. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông ..................................................... 33
2.2.4. Phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm các tính chất của bê tơng .......... 34
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP CÁT,
ĐÁ TRONG BÊ TÔNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG ..................... 43
3.1. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông dùng đá mạt ....................................... 43
3.1.1. Chọn cấp phối sơ bộ của bê tông .................................................................. 43
3.1.2. Kết quả cường độ nén của cấp phối bê tông ................................................. 43
3.1.3. Nghiên cứu cường độ của bê tơng thường bằng phương pháp tốn quy hoạch
thực nghiệm ............................................................................................................. 45
3.1.3.1. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm bậc 1, ba biến để nghiên cứu sự ảnh
hưởng của các nhân tố đến cường độ của bê tông thường. ..................................... 45

3.1.3.2. Kết quả nghiên cứu cường độ nén của bê tông thường sử dụng các loại cốt
liệu nhỏ. ................................................................................................................... 48
3.1.3.3. Tìm vùng dừng của các biến nghiên cứu cho bê tông thường. .................. 57
3.1.4. Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông thường tối ưu sử dụng các loại đá
mạt ........................................................................................................................... 58
3.1.4.1. Xây dựng quy hoạch thực nghiệm bậc hai, hai biến. ................................. 58
3.1.4.2. Kết quả cường độ nén của bê tông thường sử dụng các loại đá mạt. ......... 62
3.2. Các thành phần hợp lý của hỗn hợp bê tông........................................................ 71
3.2.1. Đá mạt Bản Khoang ...................................................................................... 71
3.2.2. Đá mạt Bản Bó Cón....................................................................................... 72
3.2.3. Kiểm tra thành phần hạt của hỗn hợp đá mạt và đá dăm .............................. 74
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA BÊ TƠNG SỬ DỤNG ĐÁ MẠT
........................................................................................................................................ 76
4.1. Độ lưu động của bê tông ...................................................................................... 76
4.1.1. Độ sụt ............................................................................................................ 76


4.1.2. Cường độ bám dính của bê tơng với cốt thép ............................................... 77
4.2. Cường độ bê tông................................................................................................. 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 82
KẾT LUẬN. ................................................................................................................... 82
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 84
I. TIẾNG VIỆT .............................................................................................................. 84
II. TIẾNG ANH ............................................................................................................. 85


DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
BTĐM

: Bê tông đá mạt

BTCT

: Bê tông cốt thép

HHBT

: Hỗn hợp bê tông

VLXD

: Vật liệu xây dựng

KLTT

: Khối lượng thể tích

C

: Cát

Đ

: Đá

N

: Nước

T

: Tro

X:

: Xi măng

PG

: Phụ gia

CL

: Cốt liệu

CLL

: Cốt liệu lớn

M

: Mạt

M+Đ

: Mạt+Đá

BBC

: Mạt Bản Bó Cón

BK

: Mạt Bản Khoang

N/(X+T)

: Tỷ lệ Nước trên Xi măng+Tro

C/(X+T)

: Tỷ lệ Cát trên Xi măng+Tro

C/(C+Đ)

: Tỷ lệ Cát trên Cát+Đá

N/CKD

: Tỷ lệ Nước trên Chất kết dính


T/(X+T)

: Tỷ lệ Tro trên Xi măng+Tro

N/(C+Đ)

: Tỷ lệ Nước trên Cát+Đá

C/CL

: Tỷ lệ Cát trên Cốt liệu

N/XM

: Tỷ lệ Nước trên Xi măng

CKD

: Chất kết dính

CP1

: Cấp phối 1

CP2

: Cấp phối 2

…………………………….
CP13

: Cấp phối 13

HQTN

: Hồi quy thực nghiệm

GHT

: Giới hạn trên

GHD

: Giới hạn dưới

VLĐ1

: Mỏ vật liệu 1

VLĐ2

: Mỏ vật liệu 2

PC

: Xi măng Pooclăng-Porland Cements

PCB

: Xi măng Pooclăng hỗn hợp-Blended Porland Cements

ASTM

: Tiêu chuẩn Mỹ-American Society of Testing and Materials

BS

: Tiêu chuẩn Anh-Bristish Standard

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

P

: Tiêu chuẩn Pháp

ai %

: Lượng sót riêng biệt

Ai %

: Lượng sót tích lũy


ρv

: Khối lượng thể tích

ρ

: Khối lượng riêng

Rn

: Cường độ chịu nén

Ru

: Cường độ chịu uốn

Rk

: Cường độ chịu kéo

Rx

: Cường độ chịu nén của xi măng

σ

: Khoảng quy hoạch


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD (Mỏ đá Bản Khoang,
xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La. ............................................................................. 4,5
Bảng 1.2: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD (Mỏ đá Bản Bó Cón,
phường Chiềng An, thành phố Sơn La.......................................................................... 6,7
Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền. ................................................................9,10
Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của Xi măng PCB30 Hoàng Thạch. ................................. 17
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của tro bay (%) ............................................................. 20
Bảng 2.3: Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm 5-10mm ................................................... 22
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu tính chất của đá dăm 10-20mm ................................................. 23
Bảng 2.5: Khối lượng thể tích hỗn hợp của hai cấp hạt đá dăm....................................24
Bảng 2.6: Các chỉ tiêu tính chất của cốt liệu nhỏ...........................................................26

Bảng 2.7: Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ....................................................................27
Bảng 2.8: Thành phần hạt của cốt liệu nhỏ theo BS 882:1992......................................28
Bảng 2.9: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu ........32
Bảng 2.10: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông
và bê tông.............................................................................................................. ........33
Bảng 2.11: Bảng xác định giá trị tay đòn α, số điểm sao và số điểm ở tâm......... ........42
Bảng 3.1: Thành phần cấp phối sơ bộ của bê tông thường sử dụng các loại cốt liệu nhỏ
khác nhau.......................................................................................................................43
Bảng 3.2: Cường độ nén của bê tông thường ở các tuổi 7, 14 và 28 ngày....................44
Bảng 3.3: Ma trận quy hoạch thực nghiệm bậc 1 với 3 nhân tố ảnh hưởng.............47,48


Bảng 3.4: Các giá trị cường độ nén của bê tông sử dụng đá mạt Bản Khoang..............49
Bảng 3.5: Cường độ nén của bê tông tuổi 28 ngày theo biến mã X1 khi X3=-1...........54
Bảng 3.6: Cường độ nén của bê tông tuổi 28 ngày theo biến mã X1 khi X3=+1..........55
Bảng 3.7: Vùng dừng mạt Bản Khoang, mạt Bản Bó Cón và Cát vàng........................58
Bảng 3.8: Bảng mã hóa các hệ số thực nghiệm mạt Bản Khoang.................................59
Bảng 3.9: Bảng mã hóa các hệ số thực nghiệm mạt Bản Bó Cón..................................59
Bảng 3.10: Thành phần cấp phối quy hoạch bê tông sử dụng đá mạt Bản Khoang ......60
Bảng 3.11: Thành phần cấp phối quy hoạch bê tơng sử dụng đá mạt Bản Bó Cón ......61
Bảng 3.12: Cường độ nén tuổi 28 ngày của bê tông thường sử dụng đá mạt Bản
Khoang...........................................................................................................................62
Bảng 3.13: Cường độ nén tuổi 28 ngày của bê tông thường sử dụng đá mạt Bản Bó
Cón.................................................................................................................................68
Bảng 3.14: Thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu đá dăm và các loại đá mạt................75
Bảng 4.1: Cường độ bám dính của bê tơng với cốt thép................................................78
Bảng 4.2: Kết quả so sánh cường độ nén của bê tông thường sử dụng cấp phối hạt tự
nhiên và cấp phối hạt tối ưu...........................................................................................80

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hình ảnh về đá mạt Bản Khoang. .................................................................... 5
Hình 1.2 : Hình ảnh về đá mạt Bản Bó Cón. ................................................................... 7
Hình 1.3: Mặt bằng cơng trình Bản Mịng. .................................................................... 13
Hình 1.4: Cắt dọc cơng trình Bản Mịng. ....................................................................... 14
Hình 1.5: Cắt ngang đập tràn. ........................................................................................ 15
Hình 1.6: Cắt ngang đập khơng tràn. ............................................................................. 16
Hình 2.1: Tro bay loại F và cấu trúc hạt tro bay. ........................................................... 18
Hình 2.2: Đá dăm 10-20mm và đá dăm 5-10mm. ......................................................... 21
Hình 2.3: Biểu đồ xác định thành phần hạt tối ưu của đá 5-10 và 10-20mm. ............... 24
Hình 2.4: Đá mạt thay thế cho cát vàng. ........................................................................ 25
Hình 2.5: Thành phần hạt của các loại cốt liệu nhỏ theo TCVN 7570:2006. ................ 27
Hình 2.6: Thành phần hạt của các loại đá mạt theo tiêu chuẩn Anh.............................. 29
Hình 2.7: Phụ gia hóa dẻo .............................................................................................. 30
Hình 2.8: Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp leo dốc ...................................... 35
Hình 3.1: Cường độ nén của các loại bê tông thường sử dụng cốt liệu nhỏ khác nhau ở
các tuổi 7, 14 và 28 ngày................................................................................................ 44
Hình 3.2: Sự phát triển cường độ nén của các loại bê tông ở các tuổi 7, 14 và 28 ngày
........................................................................................................................................ 45
Hình 3.3: Cường độ nén của bê tơng tuổi 28 ngày theo biến mã X1 khi X3=-1 ........... 55
Hình 3.4: Cường độ nén của bê tơng tuổi 28 ngày theo biến mã X1 khi X3=+1 .......... 56
Hình 3.5: Giao diện chính của phần mềm Design-Expert® 7.1 .................................... 63


Hình 3.6: Nội dung kết hoạch bậc 2 tâm xoay ............................................................... 64
Hình 3.7: Điền thơng tin hàm mục tiêu .......................................................................... 64
Hình 3.8: Điền giá trị hàm mục tiêu............................................................................... 65
Hình 3.9: Phương trình hồi quy của đá mạt Bản Khoang .............................................. 65
Hình 3.10: Kiểm tra tính tương hợp của mơ hình đối với đá mạt Bản Khoang............. 66
Hình 3.11: Mặt biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ) đá mạt Bản

Khoang ........................................................................................................................... 67
Hình 3.12: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)
đá mạt Bản Khoang ........................................................................................................ 67
Hình 3.13: Phương trình hồi quy của đá mạt Bản Bó Cón ............................................ 69
Hình 3.14: Kiểm tra tính tương hợp của mơ hình đối với đá mạt Bản Bó Cón ............. 69
Hình 3.15: Mặt biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ) đá mạt Bản Bó
Cón ................................................................................................................................. 70
Hình 3.16: Các đường đồng mức biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/(C+Đ)
đá mạt Bản Bó Cón ........................................................................................................ 70
Hình 3.17: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R28 khi N/CKD = 0.55 đối với đá
mạt Bản Khoang ............................................................................................................. 71
Hình 3.18: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R28 khi N/CKD = 0.4 đối với đá
mạt Bản Khoang ............................................................................................................. 71
Hình 3.19: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R28 khi N/CKD = 0.56 đối với đá
mạt Bản Bó Cón ............................................................................................................. 73
Hình 3.20: Ảnh hưởng của C/(C+Đ) đến cường độ R28 khi N/CKD = 0.36 đối với đá
mạt Bản Bó Cón ............................................................................................................. 73


Hình 3.21: Biểu đồ thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu lớn và các loại đá mạt ........... 75
Hình 4.1: Trộn lại hỗn hợp bê tông trước khi thử độ sụt ............................................... 76
Hình 4.2: Thí nghiệm đo độ sụt hỗn hợp bê tơng .......................................................... 77
Hình 4.3: Cường độ bám dính của bê tơng với cốt thép sử dụng các loại đá mạt khác
nhau ................................................................................................................................ 78
Hình 4.4: Chuẩn bị khn mẫu và mẫu bê tông sau khi tháo khuôn ............................. 79
Hình 4.5: Ngâm dưỡng hộ và nén mẫu xác định cường độ ........................................... 79
Hình 4.6: Biểu đồ so sánh cường độ nén của bê tông thường sử dụng cấp phối hạt tự
nhiên và cấp phối hạt tối ưu ........................................................................................... 80

1

PHẦN MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.
Gần các công trường khai thác đá để sử dụng cho công trình ngồi việc sản xuất
được đá dăm cịn sản sinh ra một số đá mạt. Trong điều kiện khan hiếm cát như hiện
nay việc sử dụng đá mạt để sản xuất bê tơng cho cơng trình khơng chỉ có ý nghĩa về
mặt khoa học, về mặt kỹ thuật mà còn là việc làm thiết thực và mang lại hiệu quả kinh
tế rõ rệt. Vì vậy việc sử dụng đá mạt trong bê tơng sử dụng cho cơng trình ở gần nơi
khai thác là một việc làm cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.
Mặt khác, đá mạt-thải phẩm của cơng nghiệp khai thác và gia cơng đá, có cỡ hạt
gần giống cát thiên nhiên, có ở nhiều địa phương trên cả nước. Sản phẩm này chỉ được
sử dụng một phần rất nhỏ để rải đường giao thông nông thôn, làm phụ gia cho xi măng.
Phần lớn tồn tại ở các bãi chữa làm tốn diện tích, gây ơ nhiễm môi trường. Đề tài luận
văn sau đây xuất phát từ ý tưởng sử dụng đá mạt thay cát vàng trong bê tông “Nghiên
cứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với cơng trình Bản Mịng”. Vấn đề
này nếu được giải quyết và sử dụng rộng rãi trong sản suất bê tơng sẽ khơng chỉ có ý
nghĩa về mặt thực tiễn, khoa học mà còn đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật khơng nhỏ.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
- Nghiên cứu tình hình sử dụng đá mạt, cát nghiền ở Việt Nam và trên thế giới.
- Khảo sát thực tế nguồn đá mạt ở một số công trường khai thác đá ở Việt Nam.
- Tiến hành lấy mẫu đá mạt để nghiên cứu, thí nghiệm.
- Thiết kế cấp phối bê tông.
III. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU
1. Cách tiếp cận :
- Từ cơng trình thực tế, tiến hành thí nghiệm để tìm ra cấp phối bê tơng hợp lý.


2

2. Phương pháp nghiên cứu :
- Khảo sát thực trạng đá mạt ở một số cơ sở khai thác và gia công đá của một số
tỉnh.
- Nghiên cứu, đánh giá và xem xét ảnh hưởng của các đặc tính kỹ thuật của đá
mạt đến các tính chất của bê tơng.
- Dùng phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm thiết lập các phương trình hồi
quy, thể hiện quan hệ giữa hàm mục tiêu với các nhân tố ảnh hưởng. Trên cơ sở đó xác
định được thành phần của bê tơng đá mạt.
IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.
- Qua những nghiên cứu thực nghiệm và phân tích đã khẳng định được: đá mạt
có đủ điều kiện để sử dụng thay thế cát tự nhiên trong bê tông mà không làm ảnh
hưởng xấu đến tính chất của bê tơng trước mắt cũng như lâu dài.
- Từ các phương trình hồi quy tính cơng tác của bê tông đá mạt đều phù hợp với
lý thuyết chung về bê tông xi măng.
- Đưa ra được phương pháp xác định thành phần hạt hợp lý của đá mạt để cải
thiện tính chất sử dụng của bê tơng đá mạt.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MẠT, CÁT NGHIỀN, GIỚI THIỆU SƠ
LƯỢC VỀ CƠNG TRÌNH BẢN MỊNG
1.1. Tổng quan về đá mạt
Việt Nam có tới 3/4 diện tích là đồi núi và cao nguyên. Việc gia công đá xây
dựng diễn ra ở khắp các địa phương suốt từ Bắc đến Nam để phục vụ cho các cơng
trình xây dựng ngày càng tăng. Các sản phẩm từ việc gia công khai thác đá có nhiều
loại. Bên cạnh các sản phẩm thu được, hàng năm còn thải ra một lượng đá mạt khơng
nhỏ.
Ngồi ra ở những vùng thiếu cát thiên nhiên nghiêm trọng như Sơn La, Cao

Bằng, Hà Tĩnh, Bà Rịa-Vũng Tàu, Cơn Đảo…đều có trữ lượng đá rất lớn. Vì vậy
nguồn thải phẩm cũng rất dồi dào và có nhiều tính chất tốt, tuy nhiên chưa có các biện
pháp tận dụng vào những mục đích có lợi.
Trong luận văn đã tiến hành khảo sát một số cơ sở khai thác đá như: Mỏ đá Bản
Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La), Mỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An,
thành phố Sơn La). Đây là những cơ sở gia công khai thác lớn của tỉnh Sơn La. Các
thải phẩm tại đây cũng rất lớn và được sinh ra từ những loại đá tốt. Thực trạng này sẽ
là cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn để xem xét việc sử dụng đá mạt vào thành phần của
bê tông xi măng.
1.1.1. Mỏ đá Bản Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La)
Đây là mỏ đá vôi đang khai thác ở bản Khoang, xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn
La. Đơn vị quản lý mỏ là doanh nghiệp tư nhân Nhất Trí Thành, trụ sở văn phòng ở tổ
14, phường Quyết Thắng, thành phố Sơn La. Mỏ thuộc dãy núi đá vôi ở bản Khoang,
có chiều dài >500m, chiều rộng từ 200-300m. Đỉnh núi cao trên 50m, sườn núi dốc 40600. Mỏ chủ yếu là đá vôi tái kết tinh, màu xám xanh, kiến trúc hạt biến tinh, cấu tạo
khối [1].


4

Bảng 1.1: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD [1]
(Mỏ đá Bản Khoang, xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La)
Số hiệu mẫu TN
Mẫu
Vị trí
Loại đá
Mức độ phong hóa

1510

1511

VLĐ1/1

VLĐ1/2

Mỏ VLĐ1

Trung
bình

Đá vơi tái kết tinh
SW

SW

KH/BH

KH/BH

Dung trọng khơ γc (T/m3)

2.62

2.56

2.59

Tỷ trọng Δ

2.74

2.74

2.74

Tỷ lệ khe hở ε

0.046

0.070

0.058

Độ khe hở n (%)

4.40

6.60

5.50

Mức hút nước (%)

0.37

0.58

0.48

Répkhơ (KG/cm2)

870.70

586.70

728.70

Répbão hịa (KG/cm2)

827.20

516.30

671.75

Rkéokhơ (KG/cm2)

79.20

52.90

66.05

Rkéobão hịa (KG/cm2)

75.20

46.50

60.85

70.00

45.00

57.50

Lượng ngậm nước tự nhiên

Cường độ kháng ép:Rép
(KG/cm2)

Cường độ kháng kéo:Rkéo
(KG/cm2)

Cường độ kháng cắt khơ
Lực dính kết C (KG/cm2)

Đánh giá theo
tiêu chuẩn
TCVN
1771:1986


5

39o20'

39o30'

39o25'

Lực dính kết C (KG/cm2)

65.00

40.00

52.50

Góc ma sát trong ϕ (độ)

39o05'

39o10'

39o07'

Hệ số biến mềm Km

0.95

0.88

0.92

Độ nén dập trong xi lanh Id
(%)

13.90

Đạt mác 800

Độ mài mòn Los Angeles (%)

30.10

Đạt mác MmII

Hàm lường Sunfat và Sunfit
(%)

0.00

Đạt

Góc ma sát trong ϕ (độ)
Cường độ kháng cắt bão hịa

Hình 1.1: Hình ảnh về đá mạt Bản Khoang
B
0

1.1.2. Mỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An, thành phố Sơn La)
Là mỏ đá vôi đang khai thác ở bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn
La. Đơn vị chủ quản mỏ là Công ty cổ phần VLXD đơ thị Sơn La, trụ sở văn phịng ở
bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La. Mỏ thuộc dãy núi đá vơi bản Bó


6

Cón, có chiều dài >500m, chiều rộng khoảng 200m. Đỉnh núi đá khá bằng và cao trên
50m, sườn núi dốc 80-900. Mỏ chủ yếu là đá vôi tái kết tinh, màu xám trắng, kiến trúc
hạt biến tinh, cấu tạo khối [1].
Bảng 1.2: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD [1]
(Mỏ đá Bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La)
Số hiệu mẫu TN
Mẫu
Vị trí
Loại đá
Mức độ phong hóa

1512

1513

VLĐ2/1

VLĐ2/2

Mỏ VLĐ2

Trung
bình

Đá vơi tái kết tinh
SW

SW

KH/BH

KH/BH

Dung trọng khô γc (T/m3)

2.60

2.61

2.61

Tỷ trọng Δ

2.73

2.73

2.73

Tỷ lệ khe hở ε

0.050

0.046

0.05

Độ khe hở n (%)

4.80

4.40

4.60

Mức hút nước (%)

0.42

0.38

0.40

Répkhơ (KG/cm2)

856.40

893.30

874.85

Répbão hịa (KG/cm2)

813.50

848.60

831.05

Rkéokhơ (KG/cm2)

74.50

79.10

76.80

Rkéobão hòa (KG/cm2)

70.70

75.10

72.90

Lượng ngậm nước tự nhiên

Cường độ kháng ép:Rép
(KG/cm2)

Cường độ kháng kéo:Rkéo
(KG/cm2)

Đánh giá theo
tiêu chuẩn
TCVN
1771:1986

7

Cường độ kháng cắt khơ
Lực dính kết C (KG/cm2)

65.0

70.0

67.50

Góc ma sát trong ϕ (độ)

39o50'

39o40'

39o45'

Lực dính kết C (KG/cm2)

60.0

65.0

62.50

Góc ma sát trong ϕ (độ)

39o10'

39o30'

39o20'

Cường độ kháng cắt bão hịa

Hình 1.2: Hình ảnh về đá mạt Bản Bó Cón
B
1

Cả 2 mỏ đá trên mỗi dây chuyền đều được trang bị máy kẹp hàm, máy nghiền
côn do Liên Xô cũ chế tạo. Đá vơi có kích thước từ 0÷300mm được nghiền bằng máy
kẹp hàm rồi qua bộ phận sàng phân ly. Cỡ hạt > 40mm được qua máy nghiền cơn.
Tồn bộ đá cát sau máy nghiền côn lại quay về sàng rung để phân loại. Các cỡ hạt <
10mm được qua bộ sàng dốc tự nhiên và cát được chia ra loại 2,5÷5mm và < 2,5mm.
Các cỡ hạt < 10mm chiếm đến 29,8%, bao gồm:
- 14,2% hạt 5≥10mm


8

- 6,9% hạt 2,5≥5mm
- 8,7% hạt < 2,5mm
Như vậy cỡ hạt < 2,5mm cịn chiếm tỷ lệ q ít.
1.2. Tổng quan về cát nghiền
1.2.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát nghiền trên thế giới
Cát được tạo ra trong quá trình gia cơng đá thuộc loại cát nhân tạo. Loại cát này
có 2 loại khác nhau. Cát được tạo ra với những dự định trước, có tên là cát cơng
nghiệp, cát nghiền hay cát gia cơng. Cịn cát tạo ra khơng có dự định trước được gọi là

đá mạt (thải phẩm của q trình gia cơng đá). Giữa cát nghiền và đá mạt có những
điểm giống nhau (đều sinh ra từ đá gốc) và những điểm khác nhau (thành phần hạt,
hình dáng hạt…).
Tại những nước có nền cơng nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Pháp…cát nghiền
được sản xuất khá nhiều, đặc biệt là ở những nơi thiếu hoặc khơng có cát thiên nhiên
và ở hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây dựng đều có cơng đoạn sản xuất đá, công đoạn
cuối cùng để tận dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường. Ở Bồ Đào Nha, Anh, Pháp,
Italia, Vênêxuêla, cát nghiền đã là nguồn nguyên liệu chính thay cát thiên nhiên trong
bê tông. Ở Bồ Đào Nha hiện có 75 cơ sở sản xuất cát nghiền với tổng công suất đến
800.000 T/năm, ở Anh với tổng công suất khoảng 700.000 T/năm, ở Bắc Irland với
tổng công suất khoảng 4500.000 T.năm [27].
Trên thế giới cát nghiền đã được dùng trong xây dựng các đập nước lớn như đập
Saguling ở Inđônêxia, đập Chonarit trên sông Lakhdar đông Manakesh, đập Jebha ở
Nigieria, đập Grand Maison ở Pháp…
Các cơ sở sản xuất cát nghiền hiện nay đều ở mức cơ giới hóa và tự động hóa
cao, khơng cịn lao động thủ cơng. Toàn bộ hoạt động của dây chuyền sản xuất đều
được khống chế trong phịng điều khiển. Cốt liệu lớn (5÷80mm) và cốt liệu nhỏ (<


9

5mm) đều được sản xuất trên cùng một dây chuyền. Cốt liệu nhỏ được chia ra làm 2
loại cỡ hạt: cỡ lớn (1,6÷5mm), cỡ nhỏ (< 1,6mm). Tùy theo yêu cầu sử dụng mà phối
trộn 2 loại cỡ hạt trên theo tỷ lệ khác nhau. Các dây chuyền sản xuất đều có hệ thống
rửa cát để tách bớt lượng hạt mịn (< 0,14mm) và tạp chất bẩn. Hàm lượng hạt bụi, bẩn
(< 0,075mm) được giới hạn từ 5÷8%.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát nghiền được giới thiệu trên bảng 1.3.
Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền
TT

Các chỉ tiêu

TCVN (1)

ASTM

7570-2006

C33-90

BS8821992

CSAA23.1

% Lượng lọt sàng

1
10mm

100

100

100

100

5mm

90-100

95-100

70-100

95-100

2,5mm

80-100

80-100

25-100

80-100

1,25mm

55-90

50-85

15-45

50-90

0,63mm

30-80

25-60

5-25

25-65

0,315mm

10-30

10-30

3-20

10-35

0,15mm

0-10

2-10

0-25

2-10

0,075mm

-

5-7

9-16

-

Khơng
chứa

-

0,01-0,05

-

2

Hàm lượng Cl- (%) ≤

3

Co ngót khơ (%) ≤

-

-

0,075

-

4

Ơxyt kiềm hịa tan từ
nguồn khác, ngồi xi măng
(kg/m3 bê tông) ≤

-

-

0,2

-