Nghiên cứu sử dụng cát nghiền tại thành phố đà nẵng thay thế cát sông cho bê tông thương phẩm dùng trong công trình cầu (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VŨ HỒNG TRÍ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TẠI
THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THAY THẾ CÁT SƠNG
CHO BÊ TƠNG THƢƠNG PHẨM DÙNG
TRONG CƠNG TRÌNH CẦU

C
C
R
UT.L

D

Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng
Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THÔNG

Đà Nẵng - Năm 2020


Cơng trình được hồn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. HUỲNH PHƢƠNG NAM

Phản biện 1: TS. TRẦN ĐÌNH QUẢNG
Phản biện 2: TS. HỒNG TRỌNG LÂM.

C
C
R
UT.L

D

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông họp tại trường Đại
học Bách Khoa vào ngày 07 tháng 11 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu và Truyền thông, trường Đại học Bách Khoa ĐHĐN
 Thư viện Khoa Xây dựng Cầu đường Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời gian qua, trên lĩnh vực xây dựng đang rất nan giải tình
trạng sử dụng và khai thác cát tự nhiên một cách tràn lan, thiếu hụt
trầm trọng nguồn cung cấp cho xây dựng và đơ thị hóa hiện nay.
Cũng trong lĩnh vực xây dựng, để đáp ứng nhu cầu phát triển của
xây dựng cơ bản trên địa bàn thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam
hiện nay có trên 10 đơn vị với hơn 20 trạm bê tông thương phẩm
chuyên cung cấp bê tơng cho hầu hết các cơng trình xây dựng trên
địa bàn, tình trạng khai thác tại các mỏ đá dăm để phục vụ sản xuất

tạo ra một lượng lớn nguyên liệu là đá mạt, nhưng hiện nay chỉ sử
dụng để san lấp cho các cơng trình dân dụng ...
Với những thực trạng trên, đề tài tập trung vào nghiên cứu khảo
sát, đánh giá nguồn vật liệu phế phẩm đá mạt tại địa phương theo các
tính chất cơ lý của cát nghiền, từ đó thiết kế và thực nghiệm các
thành phần cấp phối theo định hướng thay thế cho cát sơng trong
HHBT nhưng vẫn đảm bảo về tính cơng tác (độ sụt), khả năng lưu
giữ độ sụt trong HHBT thương phẩm, các tính chất cơ lý về cường độ
chịu nén, cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi của bê tơng trong lĩnh
vực Cầu đường nói riêng, nhằm đưa ra hướng giải quyết nguồn vật
liệu dư thừa tại các mỏ khai thác đá và giải pháp thay thế nguồn cát
sông đang cạn kiệt hiện nay.

C
C
R
UT.L

D

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát:
Nghiên cứu sử dụng phế phẩm đá mạt (theo các tính chất cơ lý của
cát nghiền) ở một số mỏ tại Đà Nẵng dùng để thay thế nguồn cát
sông trong hỗn hợp bê tông và bê tơng thương phẩm dùng cho cơng
trình Cầu.
2.2. Mục tiêu cụ thể:


2

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng đá mạt (cát nghiền chưa xử
lý) đến các tính chất cơ lý và đặc trưng cường độ của bê tơng, từ đó
thiết kế và thực nghiệm các cấp phối bê tông với Mác C30; C40; C50
(Mpa) đang được sử dụng phổ biến hiện nay trong các cơng trình Cầu.
So sánh đặc trưng tính công tác, cường độ, mô đun đàn hồi, cường
độ kéo chẻ của hỗn hợp bê tông và bê tông được thay thế giữa cát
sông với cát nghiền, làm cơ sở đề xuất khả năng áp dụng trong bê
tông thương phẩm sử dụng trong cơng trình cầu.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu:
Đá phế phẩm (đá mạt) trên địa bàn thành phố Đà Nẵng và bê tông
sử dụng cát nghiền.
3.2 Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu sử dụng đá mạt (theo tính chất cơ lý của cát nghiền)
trên địa bàn thành phố Đà Nẵng thay, thế cho cát sông để chế tạo:
- Hỗn hợp bê tông thương phẩm đảm bảo các tính cơng tác : Độ lưu
động; Tính lưu giữ độ sụt.
- Bê tơng dùng trong một số hạng mục của Cầu (Mác thực hiện
nghiên cứu C30, C40, C50) : Đạt các giá trị về cường độ; Modyl đàn
hồi; Cường độ kéo chẻ

C
C
R
UT.L

D

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp luận nghiên cứu của đề tài là kết hợp giữa lý thuyết

và thực nghiệm: Nghiên cứu lý thuyết; Nghiên cứu thực nghiệm:
Khảo sát một số nguồn phế phẩm tại các mỏ đá trên địa bàn thành
phố Đà Nẵng; Thí nghiệm cơ lý của đá mạt, cát sơng, đá dăm, xi
măng; Nghiên cứu xử lý cải tạo nguồn đá phế phẩm hiện có theo yêu
cầu kỹ thuật của cát nghiền để đưa vào cấp phối bê tông; Thiết kế các
hỗn hợp BTXM thông thường và BTXM sử dụng cát nghiền (theo
nguồn đá phế phẩm đã cải tạo).
Thực hiện phối trộn cát sông và các nghiền theo các tỷ lệ đảm bảo


3
các tính chất cơ lý của vật liệu. Từ đó thí nghiệm kiểm tra tính cơng
tác của hỗn hợp bê tông sử dụng cát phối trộn; Xác định cường độ,
cường độ kéo chẻ, mô đun đàn hồi của bê tông có sử dụng và khơng
sử dụng cát nghiền.
Từ các mối quan hệ trên lý thuyết cộng với kết quả thực nghiệm
phân tích, đánh giá để đưa ra kết luận.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Xác định được thành phần cấp phối, phương pháp sử dụng, các đặc
trưng công tác của hỗn hợp bê tông và cường độ của mẫu bê tông
được chế tạo bằng vật liệu thay thế.
ng dụng thực tế: Có thể ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất bê tông
thương phẩm cung ứng trong thi công công trình Cầu
Sử dụng nguồn vật liệu dư thừa từ các mỏ khai thác đá xây dựng.
Thay thế nguồn vật liệu cát sơng đang khan hiếm và tình trạng khai
thác trái phép gây sạt lở, ô nhi m môi trường hiện nay.
Phục vụ cho thi công, thiết kế, khai thác các cơng trình giao thơng.

C
C

R
UT.L

D

6. Bố cục luận văn
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG CÁT
NGHIỀN THAY THẾ CÁT TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ
HẠNG MỤC CỦA CƠNG TRÌNH CẦU.
1.1. Hỗn hợp bê tông và bê tông sử dụng cát nghiền
1.1.1. Khái niệm về cát nghiền. [1]
1.1.2. Khái niệm về hỗn hợp bê tông trộn sẵn, bê tông thông thường.
1.1.3. Khái niệm về bê tông sử dụng cát nghiền và đá phế phẩm
nhỏ hơn 5 mm.
1.2. Đặc điểm của bê tông đƣợc thay thế bằng cát nghiền, đá
phế phẩm nhỏ hơn 5 mm.
1.2.1. Tính chất của cát nghiền và đá phế phẩm nhỏ hơn 5 mm
1.2.2. Một số đặc điểm của hỗn hợp bê tông và bê tông sử dụng
cát nghiền


4
1.2.3. Tính kinh tế của hỗn hợp bê tơng và bê tông sử dụng cát
nghiền và đá phế phẩm nhỏ hơn 5 mm (đá mạt)
1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông bê tông đƣợc
thay, thế bằng cát nghiền tại Đà Nẵng, Việt Nam và trên thế giới.
1.3.1. Tình hình ứng dụng BT sử dụng cát nghiền trên thế giới
1.3.2. Tình hình ứng dụng BT sử dụng cát nghiền ở Việt Nam.
1.2.3. Tình hình ứng dụng BT sử dụng cát nghiền ở Đà Nẵng.
Hiện nay tại Đà Nẵng chỉ có các báo cáo đánh giá khảo sát nguồn

vật liệu, trữ lượng khai thác của các mỏ đá. Các sản phẩm phế phẩm
của các mỏ chỉ phục vụ cho các công tác san lấp mặt bằng và sản xuất
cấp phối đá dăm cho thi công nền đường.
1.4. Kết luận chƣơng 1
Như vậy, có thể thấy rằng việc nghiên cứu và ứng dụng cát nghiền
bao gồm từ sản xuất hoặc tái chế sản phẩm thừa từ sản xuất đá dăm
đã được các nước trên thế giới tiến hành từ rất lâu và đã đã được
nhiều kết quả thực ti n kinh tế, nhu cầu phát triển hạ tầng, giải quyết
vấn nạn môi trường...
Từ những thực tế trên, nghiên cứu cũng cần hướng giải quyết một
số yêu cầu đầu vào của nguồn vật liệu. Thiết kế và kiểm tra đặc tính
cơng tác của hỗn hợp bê tông sao cho hợp lý khi sử dụng trong các
hạng mục hướng đến. Thực hiện kiểm tra cường độ của bê tông với
việc sử dụng hợp lý cát nghiền, đá thải nhỏ hơn 5 mm, từ đó thí
nghiệm một số chỉ tiêu u kiểm tra khả năng ứng dụng trong bê tông
thương phẩm dung trong cơng trình Cầu.

C
C
R
UT.L

D

Chƣơng 2. KHẢO SÁT NGUỒN VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM
CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU DÙNG TRONG
NGHIÊN CỨU
2.1. Đề xuất vật liệu nghiên cứu:
2.1.1. Cốt liệu nhỏ:

5
- Cát nghiền, đá phế phẩm nhỏ hơn 5 mm: Đối với vật liệu Cát
nghiền và đá phế phẩm nhỏ hơn 5 mm (đá mạt), được lấy ở nhiều
mỏ đá khác nhau, phân bố rải rác trên địa bàn thành phố Đà Nẵng
- Cát sông: nguồn: Hà Nha - huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam
2.1.2. Cốt liệu lớn:
- Đá dăm: Dmax = 20 mm, Dmax = 10 mm nguồn: Hố chuồn, xã Hòa
Ninh, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng.
2.1.3. Chất kết dính và phụ gia:
- Xi măng: Nghi sơn PCB 40.
- Phụ gia: BASF 8585 và BASF 8713
2.2. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu (đá dăm, cát
nghiền, cát sông, xi măng).
2.2.1: Cốt liệu lớn (đá dăm): Mẫu đá dăm phối trộn có thành phần
hạt nằm trong phạm vi cho phép và đạt các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý
đối với cốt liệu dùng cho bê tông theo TCVN 7570:2006 [7]
2.2.2: Cốt liệu nhỏ (Cát sông): Nguồn cung cấp: Hà Nha – Huyện
Đại Lộc – tỉnh Quảng Nam.

C
C
R
UT.L

D

2.2.3: Chất kết dính (Xi măng):
2.2.4: Cốt liệu nhỏ (Cát nghiền): Vật liệu thay thế cát sông.
2.2.4.1. Mẫu cát nghiền Hố chuồn, xã Hòa Ninh - TP Đà Nẵng.

2.2.4.2. Mẫu đá phế phẩm: Hố chuối
2.2.4.3. Mẫu đá phế phẩm: Đà Sơn (A)
2.2.4.4. Mẫu đá phế phẩm: Đà Sơn (II)
2.2.4.5. Mẫu đá phế phẩm: Phước tường
Bảng (6,7,8,9,10) : Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát
nghiền và đá phế phẩm.


6
Thành phần cấp phối hạt
Lượng sót tích lũy (%)
Cỡ
sàng
(mm)

Cát
nghiền
Hố
Chuồn

Đá phế
phẩm
Hố
Chuối

Đá phế
phẩm
Đà Sơn
A

Đá phế
phẩm
Đà Sơn
II

Đá phế
phẩm
Phước
Tường

5.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.50

30.55

19.20

35.76

19.29

22.06

1.25

54.98

38.37

57.84

34.67

41.36

0.63

68.93

52.81

69.37

55.03

63.28

0.315

79.76

68.36

77.78

66.95

70.11

0,14

84.80

79.26

83.10

80.44

80.70

<0,14

100.00

100.00

100.00

100.00

100.00

Mơ đun độ
lớn: Mdl

3.19

2.58

3.24

2.56

2.78

C
C
R
UT.L

D

Hình 2.(10,11,12,13,14). Biểu đồ thành phần hạt của cát nghiền và đá
phế phẩm nhỏ hơn 5 mm
2.3. Xử lý nguồn đá mạt theo yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền và
nghiên cứu, đề xuất cải tạo nguồn đá phẩm trên địa bàn.
2.3.1. Lựa chọn vật liệu dùng cho nghiên cứu và cải tạo tính chất
của vật liệu

Hiện tại, Ở mỏ đá Hố Chuồn trên địa bàn thành phố Đà Nẵng có
tiến hành sản xuất sản phẩm cát nghiền, nhưng chủ yếu phục vụ cho


7
các trạm bê tông nhựa nên trữ lượng không nhiều và thành phần hạt
khi xử lý trong quá trình nghiền không đảm bảo để dùng trong hỗn
hợp bê tông xi măng.
Trên cơ sở khảo sát và các bước thí nghiệm đã tiến hành ban đầu,
đề tài đề xuất lựa chọn mẫu đá phế phẩm nhỏ hơn 5mm Hố Chuối để
tiến hành các bước xử lý thành phần hạt theo yêu cầu kỹ thuật của cát
nghiền dùng cho bê tông.
Mẫu Cát Hố Chuối sau khi xử lý sẽ được gọi chung là Cát nghiền
2.3.1.1. Một số phương pháp xử lý thành phần hạt mịn trong sản
xuất cát nghiền hiện nay.
a, phương pháp tuyển ướt: Tách hạt mịn bằng nước. chi phí đầu tư
thấp, mang lại hiệu quả cao.
b, phương pháp tuyển tách khơ: lượng bụi trong cát cịn lại ln
q 10%
2.3.1.2. Xử lý thành phần hạt mịn và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của
vật liệu: Mẫu đá phế phẩm: Trong q trình gạn rửa vật liệu, vì vật liệu
có nguồn gốc là đá phế phẩm nên đề tài lựa chọn việc gạn rửa giảm hàm
lượng hạt mịn nhỏ hơn 0.14 mm xuống con tỷ lệ thành phần nhỏ hơn
15% để đảm bảo tính ứng dụng xử lý nguồn đá phế phẩm tại địa phương.
Bảng 2.11. Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát nghiền đã xử lý

C
C
R
UT.L

D

Thành phần cấp phối hạt
Cỡ sàng

Lượng sót từng sàng

Lượng sót tích lũy

(mm)

(%)

(%)

5.00

0.00

0.00

2.50

19.46

19.46

1.25

19.44

38.90

0.63

21.83

60.73

0.315

15.76

76.49

0,14

11.06

87.55

<0,14

12.45

100.00


8

Bảng 2.12. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát nghiền
Đơn vị

Kết quả

Tiêu Chuẩn
thí nghiệm

(g/cm3)

2.775

TCVN 7572-4:06

(g/cm )

2.730

TCVN 7572-4:06

Khối lượng thể tích (bão hịa) (g/cm )

2.746

TCVN 7572-4:06

Khối lượng thể tích xốp

(Kg/m )

1598.5

TCVN 7572-6:06

Độ hổng

(%)

41.45

TCVN 7572-6:06

Độ hút nước

(%)

0.59

TCVN 7572-4:06

Hàm lượng clorrua

(%)

0.0062

TCVN 7572-15:06

2.83

TCVN 7572-2:06

12.45

TCVN 7572-2:06

Các chỉ tiêu thí nghiệm
Khối lượng riêng
Khối lượng thể tích (khơ)

3

3

3

Modyl độ lớn
Lượng hạt < 0,14mm

(%)

C
C
R
UT.L

D

Hình 2.18. Biểu đồ thành phần hạt của cát nghiền đã xử lý.
Mẫu cát sau khi đã tiến hành gạn rửa có thành phần hạt rời rạc, ít bị

dính bám nhau hơn, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nhào trộn
bê tông được đồng đều. Với việc sử dụng máy trộn bê tông cưỡng bức,
mẫu cát nghiền sau khi gạn rửa khơng cần phơi khơ hồn tồn, giảm
được thời gian xử lý vật liệu đầu vào, đồng thời thuận lợi trong quá
trình tạo điều kiện ngậm ẩm cho thành phần hạt mịn khi tiến hành trộn.
Chỉ tiêu cơ lý về thành phần clorua trong mẫu cát nghiền là 0.0062
đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong TCVN 9205 về cát nghiền dùng cho
bê tông và vữa


9
2.3.2. Tính tốn phối trộn các tỷ lệ sử dụng Cát sông/Cát nghiền
dùng trong cấp phối bê tông:
Dựa vào kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát sơng và cát
nghiền, tiến hành tính tốn phối trộn tỷ lệ cát sơng và cát nghiền.
Trong q trình tính tốn, sử dụng tỷ lệ phối trộn theo thể tích.
Bảng 2.13. Thành phần hạt phối trộn theo tỷ lệ của cát sông/cát nghiền
Cỡ
sàng
(mm)

Lượng sót tích lũy trên sàng, của
100%
Cát
sơng

100%
Cát
nghiền

Cát sơng/
Cát nghiền
70% / 30%

Cát sơng/
Cát nghiền
50% / 50%

Cát sơng/
Cát nghiền
30% / 70%

5

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

2.5

8.16

19.46

11.68

13.96

16.19

1.25

21.27

38.90

26.75

30.32

33.80

0.63

45.38

60.73

50.15

53.25

56.29

C
C
R
UT.L

D

0.315

85.85

76.49

82.94

81.05

79.19

0.14

97.80

87.55

94.61

92.54

90.52

Mdl

2.58

2.83

2.66

2.71

2.76

Hình 2.19. Biểu đồ thành phần hạt phối trộn cát sông - cát nghiền.
2.4. Đề xuất cấp phối và thực nghiệm xác định cấp phối chuẩn
2.4.1. Cơ sơ thiết kế cấp phối:
TCVN 9382:2012 [3]; TCVN 10306: 2014. [4]


10
2.4.2. Cấp phối thiết kế:
Theo yêu cầu kỹ thuật, bảng 1 - TCVN 9205:2012 [2] và TCVN
9382:2012 - Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát
nghiền [3], nên sử dụng cát có lượng hạt từ 2,5 mm đến 5 mm không
lớn hơn 20 % và lượng hạt nhỏ hơn 0,15 mm từ 5 % đến 15 %. Dựa
vào cơ sở trên và kết hợp bảng 2.13, hình 2.19, lượng hạt trên sàng
0.14 ở tỷ lệ phối trộn của Cát sông/Cát nghiền (70%/ 30%) là 94.61%
, đề tài lựa chọn các cấp phối bê tông của mác thiết kế C30 ở tuổi 7
ngày, có tỷ lệ phối trộn Cát sông/Cát nghiền lần lượt là: 100% Cát
sông/ 0% Cát nghiền (C30_100S/0N); 70% Cát sông/ 30% Cát

nghiền (C30_70S/30N); 50% Cát sông/ 50% Cát nghiền
(C30_50S/50N); 30% Cát sông/ 70% Cát nghiền (C30_30S/70N);
0% Cát sông/ 100% Cát nghiền (C30_0S/100N).
Từ kết quả nghiên cứu tính cơng tác của hỗn hợp các cấp phối C30
trên, sẽ tiến hành tiếp với cấp phối có mác thiết kế cao hơn là C40,
tuổi 7 ngày, có thay thế Cát nghiền cho Cát sông ở tỷ lệ cao nhất:
100% Cát sông/ 0% Cát nghiền (C40_100S/0N); 30% Cát sông/ 70%
Cát nghiền (C40_30S/70N); 0% Cát sông/ 100% Cát nghiền
(C40_0S/100N).
Sau đó, tiến hành tiếp với mác C50, tuổi 28 ngày, có thay đổi bằng
phụ gia kéo dài hơn tính cơng tác cho hỗn hợp bê tông: 100% Cát
sông/ 0% Cát nghiền (C50_100S/0N); 30% Cát sông/ 70% Cát
nghiền (C50_30S/70N); 0% Cát sơng/ 100% Cát nghiền
(C50_0S/100N)
Trong q trình thiết kế cấp phối, do bản thân vật liệu có khối
lượng thể tích khác nhau, Cát sông (theo bảng 2.3), Cát nghiền (theo
bảng 2.12), để đảm bảo thành phần của hỗn hợp bê tông, cần tiến
hành phối trộn hai loại cát theo phần trăm thể tích, sau đó quy về
khối lượng để thuận tiện trong quá trình định lượng vật liệu. Kết quả

D

C
C
R
UT.L


11
thiết kế các cấp phối của bê tông được thay thế cát sông bằng cát

nghiền được thống kê theo các bảng sau:
Bảng 2.14. Thành phần cấp phối bê tông thiết kế C30 và C40
Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tơng
Cƣờng
độ

Kí hiệu
Xi
cấp
măng
phối
PCB

Đá dăm (kg)

Cát (kg)

40

Cát
Cát 5x20
(kg) sơng nghiền (mm)

C30

C40

Nước

Phụ

V

Gia
1

bột /
3

m

5x10
(mm)

(Lít)

(Lít)

C30_100S/0N 410

770

0

856

214

172

4.51

0.176

C30_70S/30N 410

539.0

243.7

856

214

172

4.51

0.184

C30_50S/50N 410

385

406.2

856

214

172

4.51

0.190

C30_30S/70N 410

231

568.6

856

214

172

4.51

0.195

C30_0S/100N 410

0

812.4

856

214

172

4.51

0.204

C40_100S/0N 470

740

0

856

214

166

5.17

0.194

856

214

166

5.17

0.212

856

214

166

5.17

0.220

C
C
R
.L

DUT

C40_30S/70N 470

222

546.5

C40_0S/100N 470

0

780.7

Bảng 2.15. Thành phần cấp phối bê tông thiết kế C50
Thành phần vật liệu cho 1 m3 bê tơng
Kí hiệu Xi
Cƣờng
cấp
măng
độ
phối
PCB
40
(kg)

C50

Cát (kg)

Đá dăm (kg)

Nước

Phụ
Gia
2

Cát
sơng

Cát 5x20
nghiền (mm)

V bột
/ m3

5x10
(mm)

(Lít)

(Lít)

C50_100S/0N 510

740

0

856

214

164

5.61

0.206

C50_30S/70N 510

222

546.5

856

214

164

5.61

0.225

C50_0S/100N 510

0

780.7

856

214

164

5.61

0.233

2.5. Kết luận chƣơng 2.
Dựa vào kết quả khảo sát, có thể thấy rằng đặc tính của nguồn
vật liệu phế thải (nguồn đá mạt <5 mm) chưa đảm bảo được các tính


12
chất dùng trong bê tông xi măng. Hàm lượng hạt mịn trong thành
phần hạt còn nhiều. Đối với sản phẩm cát nghiền đang được sản xuất
chỉ phục vụ cho công tác thiết kế thành phần bê tông nhựa… Để đáp
ứng bài toán thay thế nguồn vật liệu này cho cát sơng, địi hỏi phải có
các biện pháp xử lý lại, trước khi đưa vào công tác thiết kế và ứng
dụng trong hỗn hợp bê tông và bê tông xi măng sử dụng cát nghiền.
Trong quá trình thiết kế cấp phối, để đảm bảo thành phần của hỗn
hợp bê tông, cần tiến hành phối trộn vật liệu theo phần trăm thể tích
do khối lượng thể tích của mỗi vật liệu là khác nhau.
Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG
VÀ BÊ TƠNG SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN TRONG CƠNG
TRÌNH CẦU. HIỆU QUẢ KINH TẾ
3.1. Độ lƣu động, thời gian suy giảm độ lƣu động của hỗn hợp
bê tông.
3.1.1. Cơ sơ tiến hành thí nghiệm:
Q trình thực hiện được tiến hành theo quy trình và yêu cầu kỹ

C
C
R
UT.L

D

thuật đối với hỗn hợp bê tơng trộn sẵn.
3.1.2. Q trình thực hiện:
Các hỗn hợp bê tông được trộn bằng máy trộn cưỡng bước trục
ngang (theo quy trình trộn hai bậc ở các trạm bê tông thương phẩm)
Nhiệt độ trộn ban đầu khống chế dưới 40oC, nhiệt độ duy trì của
hỗn hợp khi tiến hành kiểm tra khả năng lưu giữ độ sụt của hỗn hợp
là 35oC.
3.1.3. Kết quả thí nghiệm:
3.1.3.1. cấp phối bê tông thiết kế: C30; Độ sụt: 16 ± 2 cm.


13
Bảng 3.1. Kết quả theo dõi tính cơng tác của HHBT C30. SN: 16±2 cm
Kí hiệu cấp
phối

5

30

45

60

90

120

150

180

210

C30_100S/0N

18

17.5

18

17

16.5

15.5

14.5

12.5

6.5

C30_70S/30N

18

18

17.5

16

16

15.5

14

7

-

C30_50S/50N

18

17.5

17.5

16.5

16

15

13.5

5.5

-

C30_30S/70N

18

18

17.5

16

16

14.5

11.5

3

-

C30_0S/100N

18

18

17.5

15.5

14.5

12.5

7

-

-

Thời gian (Phút)

C
C
R
UT.L

D

Hình 3.3. Biểu đồ theo dõi tính cơng tác của HHBT C30. SN: 16 ± 2 cm
Thời gian duy trì tính cơng tác của các hỗn hợp bê tơng thiết kế đều
có khả năng duy trì tính cơng tác hơn 95 phút, tùy vào đặc điểm của
hạng mục thi cơng, có thể lựa chọn cấp phối phù hợp trong quá trình
sử dụng.
Đối với cấp phối được thay thế bằng 100% cát nghiền, tính cơng

tác khó duy trì hơn các cấp phối khác trong thiết kế. Do tỷ lệ hạt mịn
trong cát nghiền còn cao: 12.45% (bảng 2.12) làm tăng tỷ diện bề
mặt, bản thân hạt có độ nhám, gồ ghề bề mặt đã làm giữ một lượng
nước tự do trong hỗn hợp, gây cản trở tính cơng tác của phụ gia, nên
có thể đã ảnh hưởng đến việc làm suy giảm độ sụt.
Các hỗn hợp thiết kế cịn lại có sự suy giảm chậm, kéo dài được
hơn 120 phút, nhưng sau đó đều có xu hướng giảm độ lưu động một


14
cách đột ngột, quá trình này ảnh hưởng bởi đặc tính phụ gia duy trì
tính cơng tác làm giảm sức căn mặt ngoài của nước và kéo dài thời
gian thủy hóa của xi măng đến một thời gian nhất định.
Đề tài lựa chọn việc tiếp tục thực hiện đối với các cấp phối C40,
C50 theo hướng thay thế tối đa lượng cát sông bằng cát nghiền dùng
trong hỗn hợp bê tông.
3.1.3.2. cấp phối bê tông thiết kế: C40; Độ sụt: 16 ± 2 cm. Theo
các tỷ lệ thay thế Cát sơng/Cát nghiền. Kí hiệu: C40_100S/0N;
C40_30S/70N; C40_0S/100N;
Bảng 3.2. Kết quả theo dõi tính cơng tác của HHBT C40. SN: 16±2 cm
Kí hiệu cấp
phối

5

30

45

C40_100S/0N

18

17.5

18

C40_30S/70N

18

18

17.5

C40_0S/100N

18

17.5

17.5

Thời gian (Phút)
60

90

120

150

DUT

C
C
R
.L

180

210

17

16.5

15.5

14.5

12.5

6.5

17

16

14.5

13.5

5

-

15.5

13.5

11.5

6

-

-

Hình 3.4. Biểu đồ theo dõi tính công tác của HHBT C40. SN: 16 ± 2 cm
Thời gian duy trì tính cơng tác của hỗn hợp bê tông thay thế bằng
70% cát nghiền vẫn đảm bảo duy trì được tính cơng tác, nhưng cấp
phối thay thế bằng 100% cát nghiền có thời gian duy trì tính cơng tác
dưới 95 phút, chỉ phù hợp với điều kiện thi công đổ xả cho các trạm


15
bê tông thương phẩm vận chuyển gần, trạm trộn tại cơng trường, khó
đảm bảo thời gian thi cơng các hạng mục bơm, các cơng trình có
khoảng cách di chuyển lớn, thời gian thi công kéo dài.

Đề tài tiến hành thay đổi phụ gia tăng khả năng duy trì độ lưu động
cho các HHBT của cấp phối C50
3.1.3.3. cấp phối bê tông thiết kế: C50; Độ sụt: 16 ± 2 cm.
Bảng 3.3. Kết quả theo dõi tính cơng tác của HHBT C50. SN: 16±2 cm
Kí hiệu cấp
phối

Thời gian (Phút)
5

30

45

60

90

120

150

180

210

C50_100S/0N

18

18

18

17

17

16

15

15

8.5

C50_30S/70N

18

18

17.5

17

16

15

13.5

8

-

C50_0S/100N

18

17.5

16.5

15.5

13.5

10.5

4

-

-

C
C
R
UT.L

D

Hình 3.5. Biểu đồ theo dõi tính cơng tác của HHBT C50. SN: 16 ± 2 cm
Đối với cấp phối thay thế bằng 100% cát nghiền vẫn khơng thể cải
thiện được tính cơng tác cho hỗn hợp bê tông.
3.2. Cƣờng độ bê tông.
3.2.1. Q trình thực hiện:
3.2.2. Kết quả thí nghiệm:
3.2.2.1. cấp phối bê tông thiết kế: C30 (7 ngày tuổi)


16
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu bê tơng thiết kế C30.

STT

Kí hiệu cấp
phối

Cƣờng độ nén mẫu
(Mẫu trụ 15 x 30 cm)
3 Ngày

7 Ngày

28 Ngày

1

C30_100S/0N

24.4

34.2

40.0

2

C30_70S/30N

22.2

33.3

40.9

3

C30_50S/50N

21.3

35.3

43.2

4

C30_30S/70N

19.5

32.4

44.6

5

C30_0S/100N

20.6

33.6

44.5

C
C
R
UT.L

D

Hình 3.8. Biểu đồ phát triển cường độ của bê tông C30 theo thời gian
Sau 7 ngày tuổi, cường độ của bê tông của tất cả các cấp phối đều
đạt cường độ thiết kế trên 30 MPa.
Dựa vào kết quả thí nghiệm cho thấy, cường độ bê tơng sử dụng
100% cát sơng có cường độ đều thấp hơn cường độ bê tông được

phối trộn trộn với cát nghiền. Nguyên nhân là cát nghiền về bản chất
giống như cốt liệu thô đá dăm, bề mặt có độ góc cạnh cao, nhám,
giúp tăng khả năng liên kết với hồ xi măng, tạo khung chịu lực vững
chắc làm gia tăng cường độ của bê tông.
3.2.2.2. cấp phối bê tông thiết kế: C40 (7 ngày tuổi)
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu bê tơng thiết kế C40.


17
Cƣờng độ nén mẫu

STT

Kí hiệu cấp
phối

3 Ngày

7 Ngày

28 Ngày

1

C40_100S/0N

31.6

44.6

53.9

2

C40_30S/70N

31.0

41.9

50.8

3

C40_0S/100N

30.9

40.5

51.9

D

C
C
R
UT.L

Hình 3.9. Biểu đồ phát triển cường độ của bê tông C40 theo thời gian

Sau 7 ngày tuổi, cường độ của bê tông của tất cả các cấp phối đều
đạt cường độ thiết kế trên 40 MPa.
Giá trị cường độ chịu nén của bê tông sử dụng 70%, 100% cát
nghiền thay thế cát sơng có di n tiến chậm hơn, nhưng rất ít chênh
lệch so với cát sơng. Có thể do hàm lượng bột trong cát nghiền đã xử
lý ở trên còn chiếm tỷ lệ cao 12.45% (theo bảng 2.12) đã ảnh hưởng
đến liên kết trong cấu trúc bê tông. Lượng ngậm nước của thành phần
hạt mịn ảnh hưởng đến lượng nước trong q trình thủy hóa của chất
kết dính.


18
3.2.2.3. cấp phối bê tông thiết kế: C50 (28 ngày tuổi)
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu bê tơng thiết kế C50
STT

Cƣờng độ nén mẫu

Kí hiệu cấp
phối

3 Ngày

7 Ngày

28 Ngày

1

C50_100S/0N

31.9

48.3

57.9

2

C50_30S/70N

29.9

46.6

54.4

3

C50_0S/100N

31.6

48.8

56.0

C
C
R

UT.L

D

Hình 3.10. Biểu đồ phát triển cường độ của bê tông C50 theo thời gian
Sau 28 ngày tuổi, cường độ đạt giá trị thiết kế, trên 50 MPa ; Cường
độ chịu nén của bê tông sử dụng 70%, 100% cát nghiền thay thế cát
sông tương tự bê tông thiết kế C40.
3.3. Mô đun đàn hồi của bê tông.
3.3.1. Quá trình thực hiện:
Từ kết quả thí nghiệm sẽ tiến hành xử lý số liệu theo quy trình
ASTM C469:94 và tính tốn kết quả mơ đun đàn hồi dựa vào cơng
thức tính tốn trong TCVN 11823-5:2017: “Thiết kế cầu đường bộ”
3.3.2. Xử lý và tính tốn kết quả:
3.3.2.1. Tính tốn giá trị thí nghiệm mơ đun đàn hồi theo phương
pháp thử ASTM C469:94 [21]


19
Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm mơ đun đàn hồi của bê tông
Ký hiệu

Cƣờng độ (f'c) tổ mẫu

Modyl đàn hồi (E), của

tổ mẫu

bê tơng cùng loại

tổ mẫu

C30_100S/0N

41.3

36,061

C30_30S/70N

40.7

35,124

C30_50S/50N

42.8

36,202

C30_30S/70N

43.5

36,065

C30_0S/100N

44.5

36,182

C40_100S/0N

51.7

39,034

C40_30S/70N

48.3

38,260

C50_100S/0N

56.4

40,275

C50_30S/70N

53.1

39,497

3.3.2.2. Tính tốn giá trị Ec theo TCVN 11823-5:2017 và cường độ
chịu nén của mẫu thử:
Bảng 3.8. Bảng giá trị Ec tính theo TCVN 11823-5:2017

C
C
R
UT.L

D

Theo TCVN 11823-5-2017

Hệ số hiệu
chỉnh
nguồn cốt
liệu. K1

Cƣờng độ
28 ngày,
f'c

Tỷ trọng của bê
tơng theo Bảng
6 - TCVN
11823-3-2017

Mơ đun đàn hồi
Ec
(Mpa)

(Mpa)

(kg/m3)

(Mpa)

C30_100S/0N

1.0

41.3

2334.6

31,632

C30_70S/30N

1.0

40.7

2333.2

31,443

C30_50S/50N

1.0

42.8

2338.0

32,101

C30_30S/70N

1.0

43.5

2339.6

32,318

C30_0S/100N

1.0

44.5

2341.9

32,625

C40_100S/0N

1.0

51.7

2358.4

34,764

C40_30S/70N

1.0

48.3

2350.6

33,768

C50_100S/0N

1.0

56.4

2369.2

36,104

C50_30S/70N

1.0

53.1

2361.6

35,168

Kí hiệu cấp phối

3.3.2.3. Nhận xét kết quả thí nghiệm:


20
Bảng 3.9. Tổng hợp giá trị mô đun đàn hồi theo tính tốn và thí nghiệm
Kí hiệu cấp
phối

Cƣờng độ

Mơ đun đàn hồi Ec (Mpa)

28 ngày, f'c

Theo TCVN
11823-5-2017

Giá trị thí nghiệm

(MPa)

(MPa)

(MPa)

C30_100S/0N

41.3

31,238

36,061

C30_70S/30N

40.7

31,088

35,124

C30_50S/50N

42.8

31,608

36,202

C30_30S/70N

43.5

31,778

36,065

C30_0S/100N

44.5

32,017

36,182

C40_100S/0N

51.7

34,764

39,034

C
C
R
UT.L

D
C40_30S/70N

48.3

33,768

38,260

C50_100S/0N

56.4

36,104

40,275

C50_30S/70N

53.1

35,168

39,497

Hình 3.13. Biểu đồ quan hệ giữa Ec và cường độ chịu nén của bê tông
Giá trị mô đun đàn hồi tương đối đồng đều. So sánh giá trị mô đun
đàn hồi giữa BT được thay thế bằng cát nghiền với giá trị tính tốn
trên cơ sở lý thuyết cho thấy mơ đun đàn hồi của BT có cát nghiền
phù hợp sử dụng trong kết cấu cơng trình Cầu bê tơng.
Khi so sánh về mặt cường độ, các cấp phối được thay thế bằng các
tỷ lệ cát nghiền so với cấp phối sử dụng 100% cát sơng có giá trị mơ


21
đun đàn hồi nhỏ hơn. Nguyên nhân có thể do bản thân cát nghiền có
bề mặt gồ ghề, hình dạng của một số hạt ở trạng thái thoi dẹt, trong

khi đó cát sơng có nguồn gốc tự nhiên, trạng thái hạt bị bào mịn nên
có hình dạng trịn hơn.
3.4. Cƣờng độ chịu kéo.
3.4.1. Q trình thực hiện:
Q trình thí nghiệm cường độ kéo chẻ của bê tông tuân theo
ASTM C469:94.
3.4.2. Xử lý và tính tốn kết quả:
Bảng 3.10. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo chẻ của bê tơng
Cƣờng độ
STT

Kí hiệu cấp
phối

kéo chẻ,

Cƣờng độ

28 ngày,
f’r

28 ngày, f'c

Tỷ lệ
f’r / f’c

(N/mm²)

(N/mm²)

(%)

C
C
R
UT.L

D

1

C30_S/N:100/0

4.63

41.3

11.21

2

C30_S/N:70/30

4.77

40.7

11.72

3

C30_S/N:50/50

4.48

42.8

10.47

4

C30_S/N:30/70

4.71

43.5

10.83

5

C30_S/N:0/100

4.74

44.5

10.65

6

C40_S/N:100/0

5.29

51.7

10.23

7

C40_S/N:30/70

5.12

48.3

10.60

8

C50_S/N:100/0

5.56

56.4

9.86

9

C50_S/N:30/70

5.41

53.1

10.19


22

Hình 3.16. Biểu đồ quan hệ giữa cường độ chị nén và cường độ kéo chẻ BT
Dựa vào giá trị bảng 3.10 có thể thấy rằng, cường độ kéo chẻ của
bê tông sử dụng cát nghiền trong khoảng 9.8 đến 11.7 % cường độ bê
tông, tương đồng với giá trị % tỷ lệ cường độ kéo chẻ của bê tông sử
dụng 100% cát sơng.
Theo hình 3.16, di n tiến cường độ kéo chẻ của bê tông sử dụng cát
nghiền tuân theo quy luật phát triển của cường độ.

C
C
R
UT.L

3.4. Hiệu quả kinh tế
Để đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng cát nghiền trong hỗn hợp
bê tông thương phẩm, trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở phần trên
và tham khảo đơn giá thị trường trên địa bàn hiện nay, cụ thể:
Đơn giá vật liệu:

- Cát sông: theo thông báo giá (đối với cát hạt thô): 320.000 đồng/1m3
- Cát nghiền: (loại sản phẩm dùng cho BT nhựa): 170.000 đồng/1m3
- Đá phế phẩm nhỏ hơn 5 mm (Đá mạt): 105.000 – 115.000 đồng/1m3
Kết hợp chi phí xử lý thành phần hạt mịn trong trong đá phế phẩm,
bao gồm đầu từ dây chuyền xử lý, trong công đoạn loại bỏ hạt mịn
của sản xuất cát nghiền (đơn giá cho cát nghiền trên hai miền Bắc và
miền Nam khoảng 2/3 đơn giá cát sơng) có thể thấy rằng, việc tận
dụng đá phế phẩm tại địa phương thay thế cát sông không những đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật đặt ra, mà còn giúp giảm giá thành trong
sản xuất hỗn hợp bê tông xi măng trộn sẵn.

D

3.5. Kết luận chƣơng 3.


23
Hỗn hợp bê tông được thay thế bằng cát nghiền vẫn đảm bảo tính
cơng tác của hỗn hợp bê tơng. Đối với hỗn hợp bê tông thiết kế mác
cao C40; C50 được sử dụng bằng 100% cát nghiền cần cân nhắc lựa
chọn trong các hạng mục và biện pháp thi công.
Cường độ bê tông khi sử dụng cát nghiền thay thế cát sơng có xu
hướng cường độ cao hơn bê tông sử dụng cát sông
Mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng cát nghiền theo các tỷ lệ thay
thế cát sơng để chế tạo bê tơng có giá trị mô đun đàn hồi tương đối
đồng đều. So sánh giá trị mô đun đàn hồi giữa bê tông được thay thế
bằng cát nghiền với và giá trị tính tốn trên cơ sở lý thuyết cho thấy
rằng bê tông sử dụng cát nghiền đảm bảo tính chất cơ lý về mơ đun
đàn hồi sử dụng trong kết cấu cơng trình Cầu bê tông.
Cường độ kéo chẻ của bê tông sử dụng cát nghiền trong khoảng 9.8

đến 11.7 % cường độ bê tông, tương đồng với giá trị % tỷ lệ cường
độ kéo chẻ của bê tông sử dụng 100% cát sông.
So sánh sơ bộ đơn giá thị trường hiện nay, có thể thấy rằng, việc xử
lý nguồn đá phế phẩm nhỏ hơn 5 mm (đá mạt) tại địa phương, theo yêu
cầu kỹ thuật của cát nghiền có thể mang lại hiệu quả bài toán kinh tế,
giảm giá thành trong sản xuất hỗn hợp bê tông xi măng trộn sẵn.

D

C
C
R
UT.L