Nghiên cứu giải pháp thay cát bằng đá nghiền trong sản xuất bê tông tại An Giang

• Tác giả: Dương Minh Thuận
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Giải Pháp Thay Cát Bằng Đá Nghiền Trong Sản Xuất Bê Tông Tại An Giang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

I. Giới thiệu

Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng quan trọng nhất trong ngành xây dựng. Tuy nhiên, việc sử dụng cát tự nhiên trong sản xuất bê tông đang gặp phải nhiều vấn đề về môi trường và tài nguyên. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp thay thế là rất cần thiết. Một trong những giải pháp được đề xuất là thay cát bằng đá nghiền. Đá nghiền không chỉ giúp giảm thiểu việc khai thác cát tự nhiên mà còn có thể cải thiện chất lượng bê tông. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc đánh giá tính khả thi của giải pháp này tại An Giang, nơi có nhu cầu lớn về bê tông cho các công trình xây dựng.

II. Tình hình sản xuất bê tông tại An Giang

Ngành xây dựng tại An Giang đang phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu về bê tông chất lượng ngày càng tăng. Tuy nhiên, việc sử dụng cát trong bê tông đang gặp phải nhiều khó khăn do nguồn cung hạn chế và giá cả tăng cao. Việc thay thế cát tự nhiên bằng đá nghiền không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn bảo vệ môi trường. Theo các nghiên cứu, đá nghiền có thể cung cấp các tính chất cơ học tương đương hoặc thậm chí tốt hơn so với cát tự nhiên. Điều này mở ra cơ hội cho các nhà sản xuất bê tông tại An Giang áp dụng công nghệ mới trong sản xuất.

III. Tính chất của đá nghiền

Đá nghiền được sản xuất từ các loại đá tự nhiên, qua quá trình nghiền và sàng lọc để đạt được kích thước và hình dạng mong muốn. Tính chất của đá nghiền rất quan trọng trong việc xác định khả năng ứng dụng của nó trong sản xuất bê tông. Các nghiên cứu cho thấy rằng đá nghiền có thể cung cấp độ bền nén cao, khả năng chống thấm tốt và độ dẻo dai cao. Những tính chất này giúp bê tông sản xuất từ đá nghiền có khả năng chịu lực tốt hơn, đồng thời giảm thiểu sự co ngót và nứt trong quá trình thi công.

IV. Giải pháp xây dựng

Để áp dụng giải pháp thay cát bằng đá nghiền trong sản xuất bê tông, cần có một kế hoạch chi tiết và cụ thể. Đầu tiên, cần tiến hành khảo sát và đánh giá nguồn cung đá nghiền tại địa phương. Tiếp theo, các nhà sản xuất bê tông cần được đào tạo về công nghệ mới và quy trình sản xuất bê tông với đá nghiền. Cuối cùng, cần có sự hỗ trợ từ các cơ quan chức năng trong việc cấp phép và quản lý chất lượng sản phẩm. Việc thực hiện các giải pháp này sẽ giúp nâng cao chất lượng bê tông và giảm thiểu tác động đến môi trường.

V. Kết luận

Việc thay cát bằng đá nghiền trong sản xuất bê tông tại An Giang là một giải pháp khả thi và cần thiết. Nó không chỉ giúp bảo vệ tài nguyên thiên nhiên mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm bê tông. Các nhà sản xuất bê tông cần nhanh chóng áp dụng công nghệ mới này để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Hơn nữa, việc này cũng góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành xây dựng tại An Giang.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển ngành xây dựng tại Việt Nam, việc tìm kiếm các vật liệu thay thế nhằm giảm thiểu chi phí và bảo vệ môi trường ngày càng trở nên cấp thiết. Theo báo cáo của ngành xây dựng, sản lượng bê tông tiêu thụ hàng năm tại An Giang đạt khoảng X triệu m³, trong đó cát chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần nguyên liệu. Tuy nhiên, nguồn cát tự nhiên đang dần cạn kiệt và giá thành ngày càng tăng, gây áp lực lớn cho các nhà sản xuất bê tông. Luận văn này tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng đá nghiền nhỏ thay thế cát trong sản xuất bê tông tại An Giang, nhằm đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là: (1) khảo sát đặc tính vật lý, cơ học của đá nghiền nhỏ so với cát tự nhiên; (2) đánh giá ảnh hưởng của việc thay thế cát bằng đá nghiền nhỏ đến chất lượng bê tông; (3) đề xuất quy trình sản xuất bê tông sử dụng đá nghiền nhỏ phù hợp với điều kiện thực tế tại An Giang. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mẫu bê tông được chế tạo và thử nghiệm trong giai đoạn 2017-2018 tại các cơ sở sản xuất bê tông thương phẩm ở An Giang.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc góp phần bảo vệ tài nguyên cát tự nhiên, giảm chi phí sản xuất bê tông và thúc đẩy phát triển vật liệu xây dựng bền vững. Các chỉ số đánh giá như cường độ chịu nén, độ bền uốn, độ hút nước của bê tông được sử dụng làm metrics chính để đo lường hiệu quả của giải pháp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về vật liệu xây dựng và mô hình đánh giá chất lượng bê tông. Lý thuyết vật liệu xây dựng tập trung vào đặc tính cơ lý của đá nghiền nhỏ và cát tự nhiên, bao gồm khái niệm về kích thước hạt, độ xốp, và độ bền cơ học. Mô hình đánh giá chất lượng bê tông sử dụng các chỉ tiêu như cường độ chịu nén (MPa), độ bền uốn (MPa), và độ hút nước (%) để xác định tính phù hợp của vật liệu thay thế.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: (1) Đá nghiền nhỏ – vật liệu thay thế có kích thước hạt nhỏ hơn 5 mm, được nghiền từ đá tự nhiên; (2) Cát tự nhiên – vật liệu truyền thống dùng trong bê tông, có nguồn gốc từ sông, suối; (3) Tính khả thi kỹ thuật – khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của bê tông khi sử dụng đá nghiền nhỏ thay thế cát.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm mẫu vật liệu đá nghiền nhỏ và cát tự nhiên thu thập tại các mỏ khai thác ở An Giang, cùng với mẫu bê tông chế tạo tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Cỡ mẫu gồm 30 mẫu bê tông với tỷ lệ thay thế cát bằng đá nghiền nhỏ lần lượt là 0%, 25%, 50%, 75% và 100%.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp phân tích định tính và định lượng. Các phép thử cơ lý như đo cường độ chịu nén theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993, độ bền uốn và độ hút nước được thực hiện để đánh giá chất lượng bê tông. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, từ tháng 1/2018 đến tháng 12/2018, bao gồm giai đoạn thu thập mẫu, chế tạo bê tông, thử nghiệm và phân tích kết quả.

Việc lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên tính khả thi thực tế và độ tin cậy của các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, nhằm đảm bảo kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc tính vật liệu đá nghiền nhỏ: Kết quả phân tích cho thấy kích thước hạt trung bình của đá nghiền nhỏ là 3,2 mm, nhỏ hơn so với cát tự nhiên (4,5 mm). Độ hút nước của đá nghiền nhỏ đạt 1,8%, thấp hơn cát tự nhiên là 2,5%, cho thấy đá nghiền nhỏ có khả năng hấp thụ nước thấp hơn, góp phần cải thiện độ bền bê tông.

2. Ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tông: Khi thay thế 50% cát bằng đá nghiền nhỏ, cường độ chịu nén của bê tông tăng 12% so với bê tông sử dụng 100% cát tự nhiên, đạt mức 38 MPa sau 28 ngày. Tuy nhiên, khi tỷ lệ thay thế vượt quá 75%, cường độ giảm nhẹ khoảng 5%, do sự thay đổi trong cấu trúc liên kết hạt.

3. Độ bền uốn và độ hút nước của bê tông: Bê tông với 50% đá nghiền nhỏ có độ bền uốn tăng 8% và độ hút nước giảm 15% so với bê tông truyền thống. Điều này chứng tỏ khả năng chống thấm và độ bền cơ học của bê tông được cải thiện khi sử dụng đá nghiền nhỏ.

4. So sánh chi phí sản xuất: Việc sử dụng đá nghiền nhỏ thay thế cát giúp giảm chi phí nguyên liệu khoảng 18%, do giá thành đá nghiền nhỏ thấp hơn và nguồn cung ổn định hơn. Đây là lợi thế kinh tế quan trọng cho các nhà sản xuất bê tông tại An Giang.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng cường độ chịu nén và độ bền uốn khi thay thế một phần cát bằng đá nghiền nhỏ là do kích thước hạt nhỏ và độ hút nước thấp của đá nghiền giúp cải thiện sự liên kết giữa các hạt trong bê tông. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu gần đây trong ngành vật liệu xây dựng, cho thấy đá nghiền nhỏ có thể là vật liệu thay thế hiệu quả cho cát tự nhiên.

Tuy nhiên, khi tỷ lệ thay thế quá cao, sự giảm cường độ có thể do sự thay đổi trong tỷ lệ nước – xi măng và cấu trúc hạt không đồng đều, ảnh hưởng đến tính đồng nhất của bê tông. Do đó, việc kiểm soát tỷ lệ thay thế và quy trình trộn bê tông là rất quan trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cường độ chịu nén theo tỷ lệ thay thế đá nghiền nhỏ, cùng bảng so sánh chi phí và các chỉ số kỹ thuật để minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tỷ lệ thay thế 50% đá nghiền nhỏ trong sản xuất bê tông nhằm tối ưu hóa cường độ và giảm chi phí, thực hiện trong vòng 6 tháng tới tại các nhà máy bê tông thương phẩm ở An Giang.

2. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng vật liệu đầu vào, bao gồm kiểm tra kích thước hạt và độ hút nước của đá nghiền nhỏ, đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của bê tông.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân sản xuất bê tông về kỹ thuật trộn và sử dụng đá nghiền nhỏ, nâng cao nhận thức và kỹ năng trong vòng 3 tháng đầu triển khai.

4. Khuyến khích các cơ quan quản lý xây dựng địa phương ban hành hướng dẫn kỹ thuật sử dụng đá nghiền nhỏ thay thế cát, tạo cơ sở pháp lý và thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất bê tông thương phẩm: Nghiên cứu cung cấp giải pháp giảm chi phí nguyên liệu và nâng cao chất lượng sản phẩm, giúp tăng lợi thế cạnh tranh trên thị trường.

2. Chuyên gia và kỹ sư xây dựng: Tham khảo để áp dụng các phương pháp mới trong thiết kế và thi công bê tông, đảm bảo hiệu quả kỹ thuật và bền vững.

3. Cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và vật liệu xây dựng: Sử dụng làm tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến vật liệu thay thế.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Học tập và phát triển các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu xây dựng thân thiện môi trường và tiết kiệm chi phí.

Câu hỏi thường gặp

1. Đá nghiền nhỏ có thể thay thế hoàn toàn cát trong bê tông không?
   Theo kết quả nghiên cứu, đá nghiền nhỏ có thể thay thế tối đa 75% cát mà vẫn đảm bảo chất lượng bê tông. Thay thế 100% có thể làm giảm cường độ và tính đồng nhất của bê tông.

2. Việc sử dụng đá nghiền nhỏ ảnh hưởng thế nào đến chi phí sản xuất bê tông?
   Sử dụng đá nghiền nhỏ giúp giảm chi phí nguyên liệu khoảng 18% do giá thành thấp hơn và nguồn cung ổn định, góp phần giảm giá thành sản phẩm cuối cùng.

3. Các tiêu chuẩn kỹ thuật nào được áp dụng để đánh giá bê tông sử dụng đá nghiền nhỏ?
   Tiêu chuẩn TCVN 3118:1993 về cường độ chịu nén bê tông, cùng các tiêu chuẩn về độ bền uốn và độ hút nước được sử dụng để đánh giá chất lượng bê tông.

4. Quy trình sản xuất bê tông có thay đổi gì khi sử dụng đá nghiền nhỏ?
   Quy trình cần điều chỉnh tỷ lệ nước – xi măng và kiểm soát kỹ thuật trộn để đảm bảo sự đồng nhất và chất lượng bê tông khi sử dụng đá nghiền nhỏ.

5. Lợi ích môi trường khi sử dụng đá nghiền nhỏ thay thế cát là gì?
   Giải pháp giúp giảm khai thác cát tự nhiên, bảo vệ nguồn tài nguyên và giảm tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời tận dụng nguồn đá thải từ các mỏ khai thác.

Kết luận

• Đá nghiền nhỏ có đặc tính phù hợp để thay thế một phần cát trong sản xuất bê tông, với kích thước hạt trung bình 3,2 mm và độ hút nước thấp 1,8%.
• Tỷ lệ thay thế 50% đá nghiền nhỏ giúp tăng cường độ chịu nén bê tông lên 12% và giảm chi phí nguyên liệu khoảng 18%.
• Việc sử dụng đá nghiền nhỏ cải thiện độ bền uốn và giảm độ hút nước của bê tông, nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Cần xây dựng quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng phù hợp để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả kỹ thuật.
• Khuyến nghị triển khai áp dụng giải pháp trong 6 tháng tới tại An Giang, đồng thời mở rộng nghiên cứu và hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.

Luận văn đóng góp một giải pháp thiết thực, kinh tế và bền vững cho ngành xây dựng, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu mới về vật liệu thay thế trong sản xuất bê tông. Các nhà sản xuất và cơ quan quản lý được khuyến khích áp dụng và phát triển tiếp theo nhằm nâng cao hiệu quả và bảo vệ môi trường.