Nghiên cứu sử dụng cát trộn để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô tại các tỉnh ven biển miền đông nam bộ luận văn thạc sĩ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng cát trộn để chế tạo bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô tại các tỉnh, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Hoàng Quốc Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Chí Minh
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Xây Dựng Đường Ô Tô Và Đường Thành Phố
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Cát Trộn Để Chế Tạo Bê Tông Xi Măng Dùng Trong Xây Dựng Đường Ô Tô Tại Các Tỉnh Ven Biển Miền Đông Nam Bộ
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Một số khái niệm
• 1.2. Tình hình khai thác và sử dụng cát chế tạo bê tông xi măng trên thế giới và ở nước ta
• 1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát biển chế tạo bê tông xi măng trên thế giới
• 1.4. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát biển để chế tạo bê tông ở Việt Nam
• 1.5. Tình hình nghiên cứu ứng dụng cát xay chế tạo bê tông xi măng
• 1.6. Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng
• 1.7. Các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông xi măng
• 1.8. Các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông xi măng dùng cho xây dựng đường ô tô
• 1.9. Nguyên lý hình thành cường độ của bê tông xi măng
• 1.10. Cấu trúc vi mô của bê tông
• 1.11. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo của hỗn hợp bê tông và cường độ của bê tông xi măng
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CỐT LIỆU NHỎ
• 2.1. Những yêu cầu kỹ thuật của cát chế tạo bê tông xi măng
• 2.2. Thực nghiệm xác định tính chất cơ lý của cát trộn với các tỉ lệ khác nhau
• 2.3. Phương pháp xác định tính chất cơ lý của cát
• 2.4. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của cát
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG
• 3.1. Đúc mẫu để kiểm chứng lựa chọn tỷ lệ phối trộn hợp lí
• 3.2. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cường độ của BTXM
• 3.3. So sánh về mặt kinh tế khi sử dụng các loại cát khác nhau chế tạo bê tông xi măng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về bê tông xi măng và cát trộn

Bê tông xi măng là vật liệu xây dựng phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các công trình giao thông. Cát trộn, bao gồm cát biển và cát nghiền, là giải pháp thay thế hiệu quả cho cát vàng truyền thống. Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo bê tông xi măng từ cát trộn để ứng dụng trong xây dựng đường ô tô tại miền Đông Nam Bộ. Các vấn đề chính bao gồm tình hình khai thác cát, nghiên cứu ứng dụng cát biển và cát nghiền, cũng như các yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu xây dựng.

1.1. Tình hình khai thác và sử dụng cát

Cát vàng đang ngày càng khan hiếm, đặc biệt ở các tỉnh ven biển. Cát biển và cát nghiền là giải pháp thay thế tiềm năng. Nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng cát biển có thể sử dụng để chế tạo bê tông xi măng mà không làm giảm đáng kể chất lượng. Ở Việt Nam, các nghiên cứu như 'Bê tông cát đen' và 'Vật liệu xây dựng bằng cát sông Hồng' đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng cát biển trong công nghệ bê tông.

1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với bê tông xi măng

Bê tông xi măng dùng trong xây dựng đường ô tô cần đáp ứng các yêu cầu về cường độ chịu nén, độ dẻo và độ bền. Các phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp như Bolomey-Skramtaev và TCXDVN 322:2004 được áp dụng để đảm bảo chất lượng. Các chỉ tiêu kỹ thuật như độ sụt, cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi được xác định thông qua các thí nghiệm tiêu chuẩn.

II. Nghiên cứu xác định chỉ tiêu cơ lý của cát trộn

Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát trộn, bao gồm cát biển và cát nghiền. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá tính chất cơ lý của cát trộn với các tỷ lệ phối trộn khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho thấy cát trộn có thể đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật để chế tạo bê tông xi măng.

2.1. Tính chất cơ lý của cát biển và cát nghiền

Cát biển từ Vũng Tàu và cát nghiền từ các mỏ đá ở miền Đông Nam Bộ được phân tích về thành phần hạt, hàm lượng tạp chất và độ bền. Kết quả cho thấy cát biển có hàm lượng muối thấp, phù hợp để sử dụng trong bê tông xi măng. Cát nghiền có độ cứng cao, đảm bảo tính chất cơ lý cần thiết.

2.2. Tỷ lệ phối trộn hợp lý

Các tỷ lệ phối trộn như 80% cát nghiền và 20% cát biển, 70% cát nghiền và 30% cát biển được thử nghiệm. Kết quả cho thấy tỷ lệ 70:30 mang lại hiệu quả cao nhất về cường độ và độ bền của bê tông xi măng.

III. Ứng dụng thực tế và giá trị kinh tế

Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn cao. Việc sử dụng cát trộn giúp giảm chi phí xây dựng, đặc biệt ở các tỉnh ven biển miền Đông Nam Bộ. Đồng thời, nghiên cứu góp phần bảo vệ môi trường bằng cách hạn chế khai thác cát tự nhiên.

3.1. Giảm chi phí xây dựng

Sử dụng cát trộn giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển cát vàng từ các vùng khác. Điều này đặc biệt quan trọng trong xây dựng đường ô tô tại các tỉnh ven biển, nơi nguồn cát vàng khan hiếm.

3.2. Bảo vệ môi trường

Việc sử dụng cát nghiền và cát biển giúp hạn chế khai thác cát tự nhiên, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường như sạt lở bờ sông và thay đổi dòng chảy.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nguồn cát vàng dùng trong xây dựng ngày càng khan hiếm, đặc biệt tại các tỉnh ven biển Đông Nam Bộ, việc tìm kiếm vật liệu thay thế để chế tạo bê tông xi măng (BTXM) là vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, chi phí vận chuyển cát vàng từ nơi khác đến khu vực này làm tăng đáng kể giá thành xây dựng. Luận văn tập trung nghiên cứu phối trộn cát nghiền từ đá (cát xay) với cát mịn biển nhằm giảm giá thành và tận dụng nguồn tài nguyên cát biển dồi dào. Mục tiêu cụ thể là xác định tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa hai loại cát này để chế tạo BTXM không cốt thép dùng trong xây dựng đường ô tô tại các tỉnh ven biển Đông Nam Bộ, nơi địa hình thấp và chịu ảnh hưởng của nước ngập.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc sử dụng cát biển và cát nghiền tại khu vực Đông Nam Bộ, tập trung vào bê tông không cốt thép dùng làm lớp móng và mặt đường ô tô. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí xây dựng, bảo vệ môi trường bằng cách hạn chế khai thác cát vàng tự nhiên, đồng thời nâng cao chất lượng và tuổi thọ mặt đường bê tông xi măng. Các chỉ tiêu kỹ thuật được đánh giá bao gồm cường độ chịu nén, chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi và độ dẻo của hỗn hợp bê tông. Kết quả nghiên cứu góp phần mở rộng ứng dụng cát biển trong xây dựng giao thông, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế hỗn hợp bê tông phù hợp với điều kiện địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu xây dựng và bê tông xi măng, trong đó có:

• Lý thuyết cấu trúc vi mô của bê tông: Mô tả cấu trúc xương cốt liệu lớn, cấu trúc vi mô của đá xi măng và vùng tiếp giáp giữa hồ xi măng và cốt liệu. Cấu trúc này ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ và độ bền của bê tông.
• Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông Bolomey-Skramtaev: Tính toán lý thuyết dựa trên thể tích tuyệt đối của các thành phần vật liệu trong 1m³ bê tông, kết hợp kiểm tra thực nghiệm để xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu.
• Các khái niệm chính: Độ sụt (độ dẻo của hỗn hợp bê tông), cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, tỷ lệ nước/xi măng (N/X), mô đun độ lớn của cát (Mdl), hệ số dư vữa (α), và các chỉ tiêu kỹ thuật của cát và bê tông theo tiêu chuẩn TCVN.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp thống kê và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập tài liệu, số liệu từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về sử dụng cát biển và cát nghiền trong bê tông xi măng, đồng thời tổng hợp các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
• Phương pháp phân tích: Thực nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát trộn với các tỷ lệ khác nhau giữa cát biển và cát xay, bao gồm phân tích thành phần hạt, hàm lượng tạp chất, độ sụt, cường độ chịu nén, chịu kéo uốn và mô đun đàn hồi của bê tông.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu bê tông được đúc theo tiêu chuẩn kích thước 15x15x15 cm và 15x15x60 cm, bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn 20 ± 2°C trong 28 ngày. Các mẫu cát được lấy từ mỏ đá nghiền và cồn cát biển Vũng Tàu.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong năm 2012, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, thí nghiệm định hướng, thí nghiệm đối chứng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tính chất cơ lý của cát trộn: Các tỷ lệ phối trộn cát xay và cát biển từ 50%-50% đến 80%-20% cho thấy thành phần hạt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, hàm lượng tạp chất thấp (dưới 0,05%), đảm bảo chất lượng vật liệu trộn bê tông.

2. Cường độ chịu nén của bê tông: Bê tông sử dụng cát trộn đạt cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày tăng từ 5% đến 12% so với bê tông dùng cát vàng truyền thống, với mác bê tông 250 và 350 daN/cm². Ví dụ, cường độ chịu nén mẫu BTXM mác 350 sử dụng tỷ lệ cát trộn 70% cát xay và 30% cát biển đạt khoảng 360 daN/cm², cao hơn 10% so với cát vàng.

3. Cường độ chịu kéo uốn: Tương tự, cường độ chịu kéo uốn của bê tông dùng cát trộn tăng từ 7% đến 15% so với bê tông dùng cát vàng, cho thấy khả năng chịu lực kéo và biến dạng tốt hơn.

4. Mô đun đàn hồi: Mô đun đàn hồi của bê tông cát trộn đạt khoảng 28.000 - 32.000 daN/cm², cao hơn 8-10% so với bê tông dùng cát vàng, góp phần tăng khả năng chịu tải và độ bền lâu dài của mặt đường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện tính chất cơ lý là do cát xay có kích thước hạt đồng đều, hình dạng góc cạnh giúp tăng diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu, đồng thời cát biển có hàm lượng muối thấp (khoảng 0,01%) và tạp chất được rửa sạch, không ảnh hưởng tiêu cực đến phản ứng thủy hóa xi măng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về sử dụng cát biển và cát nhân tạo trong bê tông, đồng thời khẳng định tính khả thi của việc phối trộn cát để giảm chi phí xây dựng mà vẫn đảm bảo chất lượng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh cường độ chịu nén và chịu kéo uốn của các mẫu bê tông sử dụng các loại cát khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của cát trộn. Bảng tổng hợp thành phần vật liệu và các chỉ tiêu kỹ thuật cũng hỗ trợ đánh giá chi tiết.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tỷ lệ phối trộn cát xay và cát biển từ 60%-40% đến 70%-30% trong sản xuất bê tông xi măng dùng làm mặt và móng đường ô tô tại các tỉnh ven biển Đông Nam Bộ nhằm tối ưu hóa chi phí và chất lượng. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng mới.

2. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng cát trộn tại các nhà máy sản xuất bê tông, bao gồm kiểm tra thành phần hạt, hàm lượng tạp chất và độ ẩm để đảm bảo tính ổn định của vật liệu. Chủ thể thực hiện: các đơn vị sản xuất và quản lý vật liệu xây dựng.

3. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất cát xay tại địa phương nhằm giảm giá thành và tăng nguồn cung vật liệu, đồng thời bảo vệ môi trường bằng cách hạn chế khai thác cát tự nhiên. Thời gian: trung hạn (2-3 năm).

4. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân thi công về đặc tính và kỹ thuật sử dụng bê tông cát trộn, đảm bảo thi công đúng quy trình, đạt hiệu quả cao về chất lượng và tuổi thọ mặt đường. Chủ thể: các cơ sở đào tạo và nhà thầu xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Nhận diện giải pháp vật liệu thay thế hiệu quả, giảm chi phí xây dựng và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

2. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Áp dụng tỷ lệ phối trộn cát trộn phù hợp để nâng cao chất lượng bê tông xi măng, đảm bảo độ bền và tuổi thọ mặt đường.

3. Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng và bê tông: Nắm bắt công nghệ phối trộn cát xay và cát biển, cải tiến quy trình sản xuất, mở rộng thị trường vật liệu thân thiện môi trường.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng đường ô tô: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả thực nghiệm và cơ sở lý thuyết về vật liệu bê tông xi măng sử dụng cát trộn.

Câu hỏi thường gặp

1. Cát biển có ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bê tông không?
   Theo nghiên cứu, cát biển lấy từ các cồn cát xa bờ, đã được rửa sạch qua mưa lâu ngày, có hàm lượng muối rất thấp (khoảng 0,01%) và không làm giảm cường độ bê tông. Thí nghiệm cho thấy bê tông dùng cát biển có cường độ chịu nén và kéo uốn tương đương hoặc cao hơn cát vàng.

2. Tỷ lệ phối trộn cát xay và cát biển nào là tối ưu?
   Tỷ lệ phối trộn từ 60%-40% đến 70%-30% (cát xay - cát biển) được xác định là hợp lý, đảm bảo tính chất cơ lý của bê tông và giảm chi phí so với dùng cát vàng nguyên chất.

3. Phương pháp nào được sử dụng để xác định cường độ bê tông?
   Cường độ chịu nén được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3118 – 93, cường độ chịu kéo uốn theo TCVN 3119 – 93, mô đun đàn hồi theo ASTM C496, đảm bảo độ chính xác và tính đại diện của mẫu thử.

4. Có thể sử dụng bê tông cát trộn cho các loại đường nào?
   Bê tông xi măng chế tạo từ cát trộn phù hợp cho mặt và móng đường ô tô các cấp, đặc biệt tại các tỉnh ven biển Đông Nam Bộ với điều kiện địa hình thấp và chịu ảnh hưởng nước ngập.

5. Lợi ích kinh tế khi sử dụng cát trộn là gì?
   Sử dụng cát trộn giúp giảm chi phí vận chuyển cát vàng, tận dụng nguồn cát biển dồi dào, giảm giá thành bê tông từ 5-15% tùy tỷ lệ phối trộn, đồng thời giảm tác động môi trường do khai thác cát tự nhiên.

Kết luận

• Luận văn đã xác định được tỷ lệ phối trộn cát xay và cát biển phù hợp (60%-40% đến 70%-30%) để chế tạo bê tông xi măng đạt chất lượng cao cho xây dựng đường ô tô tại các tỉnh ven biển Đông Nam Bộ.
• Thí nghiệm thực tế chứng minh bê tông dùng cát trộn có cường độ chịu nén và chịu kéo uốn tăng từ 5% đến 15% so với bê tông dùng cát vàng truyền thống.
• Nghiên cứu góp phần giảm chi phí xây dựng, bảo vệ nguồn tài nguyên cát vàng và mở rộng ứng dụng vật liệu thân thiện môi trường trong ngành giao thông.
• Đề xuất áp dụng kết quả nghiên cứu trong các dự án xây dựng mới và phát triển công nghệ sản xuất cát xay tại địa phương.
• Khuyến khích các nhà quản lý, kỹ sư và nhà sản xuất vật liệu xây dựng tham khảo và ứng dụng để nâng cao hiệu quả công trình giao thông.

Các đơn vị xây dựng và quản lý giao thông nên triển khai thử nghiệm thực tế trên quy mô lớn, đồng thời phát triển quy trình kiểm soát chất lượng cát trộn để đảm bảo tính ổn định và bền vững của mặt đường bê tông xi măng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1. Một số khái niệm 1. Cát nghiền (cát xay) Cát nghiền (còn gọi là cát xay hay cát nhân tạo) được sản xuất bằng cách nghiền các loại đá tự nhiên có cấu trúc đặc chắc thành các hạt có kích cỡ từ 0 – 5mm đạt yêu cầu dùng chế tạo bê tông và vữa. Cát biển: lấy ở các cồn cát cách xa bờ và do mưa lâu ngày rửa sạch nên hàm lượng muối trong cát biển là khá nhỏ (khoảng 0,01%).

Cát trộn (được sử dụng trong đề tài) là hỗn hợp cát xay và cát mịn bờ biển được phối trộn theo những tỉ lệ khác nhau. Tình hình khai thác và sử dụng cát chế tạo bê tông xi măng trên thế giới và ở nước ta. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát biển chế tạo bê tông xi măng trên thế giới [10] Năm 1949, tại hội nghị quốc tế ở Lisbon, nhà khoa học Pháp A.Fernandes trong báo cáo chung có đề cập đến vấn đề sử dụng cát ở biển để chế tạo bê tông xi măng. Ở Mỹ năm 1956, hội quốc gia về cát đã ra thông báo về việc sử dụng cát biển để chế tạo bê tông.

Ở Ấn độ, năm 1964 trong tạp chí bê tông đã bàn về việc dùng cát biển và nước biển để chế tạo bê tông. Trong đó đã trích dẫn nhiều ý kiến khác nhau về việc sử dụng các vật liệu và rút ra được một số kết luận chung.Glabkov đã công bố kết quả nghiên cứu dùng cát ở biển Đen để chế tạo bê tông thủy công. Đặc biệt đã nghiên cứu về ảnh hưởng của lượng vỏ sò, hến trong cát biển đối với các tính chất của vữa và bê tông. Ở Hà Lan, năm 1973 cũng đã công bố tài liệu nghiên cứu dùng cát biển chế tạo bê tông.

Trên trang Web “The reasons why we have sea-sand houses” ngày 5/11/2003 cũng đã đề cập đến ảnh hưởng của muối trong cát biển khi xây dựng nhà. Khi dùng cát biển trộn với xi măng thay cho cát sông bình thường làm nhà ở thì lượng muối Clorua trong cát biển làm ảnh hưởng ít nhiều đến chất lượng của nhà ở, nhưng những ảnh hưởng này là không đáng kể. Hoàng Quốc Tuấn Xây dựng đường ô tô và đường thành phố K16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 4 Một số kết quả nghiên cứu: Năm 1965, theo kết quả nghiên cứu đã xác định là cát biển với lượng chứa vỏ sò hến tới 10% không làm giảm tính năng kỹ thuật của vữa và bê tông chế tạo bằng cát thạch anh. Những tài liệu trên đã trích đăng trong tờ thông tin xây dựng tháng 9/1965 của Ủy ban khoa học nhà nước.

Ngoài những thông tin trên, tài liệu kỹ thuật thi công của Laxo Jaccosong (Pháp) quy định về nước trộn bê tông như sau: Nước biển có thể dùng trộn bê tông, với điều kiện là ít mặn, cụ thể không ngậm quá 0,8% SO3 dưới dạng muối hoặc quá 4% NaCl hoặc MgCl3 (trang 273, quyển I). Quy trình cũ của Liên Xô, Trung Quốc và Việt Nam có quy định như sau: - Về nước trộn bê tông: pH ≥ 4 - Lượng SO4 ≤ 2,7g trong 1 lít nước - Tổng lượng muối ≤ 5g Trường hợp không phân tích hóa học được, thì nếu cường độ bê tông trộn với nước này so với nước sạch không bị giảm thì cũng dùng nước đó được. Riêng đối với nước biển, quy phạm Nhà nước có ghi: “Nước biển không dùng được để đúc bê tông có cốt thép ở những nơi khô ráo, nhưng đối với bê tông không cốt thép thì được miễn là tổng số chất muối trong nước không quá 35g trong 1 lít nước” Sau đó, quy trình Liên xô năm 1954 có quy định lại như sau: - Về nước: pH < 4; lượng SO4 < 20.000mg/l; tổng lượng muối: không quy định. - Về cát: Lượng ngậm bùn đất < 5% Lượng ngậm SO3 < 1% Chất lượng phải rắn chắc - Về đá: Lượng ngậm SO3 < 1% Lượng ngậm hạt mềm xốp < 10% với bê tông mác trên 100, < 20% với bê tông mác dưới 100.

Hoàng Quốc Tuấn Xây dựng đường ô tô và đường thành phố K16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 5 1. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát biển để chế tạo bê tông ở Việt Nam Nhiều cơ quan, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về bê tông xi măng sử dụng cát biển, cát mịn và đã có kết quả nhất định như đề tài “Bê tông cát đen” của tác giả Hoàng Phủ Lan, đề tài “Vật liệu xây dựng bằng cát sông Hồng” của tác giả Vũ Linh, đề tài “Vấn đề sử dụng cát, đá biển và nước biển trong bê tông” của Võ Thới Trung,…[3] Từ tháng 12 năm 1998 đến tháng 4 năm 1999, nhóm tác giả Trần Tuấn Hiệp, Lê Văn Bách, Võ Xuân Lý, Nguyễn Phước Minh, Đinh Trọng Nguyên Khôi của trường Đại học Giao thông Vận tải Cơ sở II cũng đã tiến hành thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu về cường độ của bê tông xi măng có sử dụng cát biển và nước nhiễm mặn vùng đồng bằng Nam bộ. Quá trình nghiên cứu được thực hiện thành hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Thí nghiệm định hướng. Giai đoạn 2: Từ các thí nghiệm lần thứ nhất có tính định hướng và cho kết quả khả quan, tập thể nghiên cứu đã tiếp tục triển khai thí nghiệm lần thứ hai vào năm 1999.

Thí nghiệm với các mẫu bê tông xi măng chế tạo từ cát vàng và cát biển Vũng Tàu, đá Hóa An, nước sạch. Kết quả thí nghiệm được thống kê theo bảng (1.1: Cường độ kháng nén của bê tông xi măng sử dụng cát vàng và cát biển Vũng Tàu Ngày Cường độ kháng nén, Kg/cm2 tuổi, Mác 100 Mác 150 Mác 200 Ngày Cát biển Cát vàng Cát biển Cát vàng Cát biển Cát vàng 5 72.00 Hoàng Quốc Tuấn Xây dựng đường ô tô và đường thành phố K16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 6 Thực nghiệm cho thấy cường độ bê tông xi măng dùng cát biển không thua kém bê tông xi măng dùng cát vàng nhiều. Tình hình nghiên cứu ứng dụng cát xay chế tạo bê tông xi măng Nghiền đá thành cát nhân tạo thay thế cho việc sử dụng cát tự nhiên là giải pháp được các nước công nghiệp phát triển trên thế giới làm gần 20 năm nay. Giải pháp này hạn chế tối đa việc khai thác cát tự nhiên dẫn tới việc sạt lở bờ, thay đổi dòng chảy ảnh hưởng tới môi trường.1: Cát nghiền (cát nhân tạo) Cát nhân tạo (hình 1.1) là loại cát được nghiền từ đá với tỉ lệ hạt từ 150 µm đến 5mm, có nhiều tên gọi khác nhau như cát công nghiệp, cát nhân tạo, cát gia công… có thành phần cỡ hạt gần tương tự với tự nhiên, đảm bảo các yêu cầu về tính chất cơ lý, hoá và có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong bê tông và vữa xây dựng.

Trong công nghệ bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm… cát nhân tạo còn được sử dụng như một thành phần quan trọng trong thành phần cốt liệu. Thông thường ở các nước công nghiệp phát triển, cát nhân tạo được sản xuất ở những vùng thiếu hoặc không có cát tự nhiên và ở hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây dựng như một công đoạn cuối cùng để tận dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường. Đa số cát nhân tạo có tính chất khác với cát tự nhiên, vì vậy để có thể thay thế được cát tự nhiên, đảm bảo được các tính chất công nghệ của bê tông cũng như ổn định lâu dài chất lượng công trình, cần có sự nghiên cứu công phu, khoa học từ nguồn đá gốc đến công nghệ sản xuất và các giải pháp kỹ thuật, công nghệ trong thi công. Cường độ của đá để nghiền Hoàng Quốc Tuấn Xây dựng đường ô tô và đường thành phố K16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 7 thành cát được xác định dựa trên nền tảng cường độ của đá gốc ở trạng thái bão hoà nước.

Trên cơ sở này, đá nghiền được chia thành loại như sau: Đá magma: 1200, 1000 và 800 Đá trầm tích: 1200, 1000, 800, 600, 300 và 200 Đá biến chất: 1200, 1000, 800 và 600 Để sản xuất cát nhân tạo có chất lượng, người ta phải chọn đá gốc có độ cứng tốt. Sản phẩm này (đá vào máy nghiền cát) là sản phẩm có kích thước không lớn hơn 40x60mm, đưa vào nghiền thành đá nhỏ hơn và cát.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất cát xay (cát nhân tạo) Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ (hình 1.2): nguyên liệu qua bộ phận tiếp liệu kiểu rung vào máy đập hàm để đập sơ cấp. Sau đó băng tải chuyển những sản phẩm cơ bản đá đến một máy đập hàm thứ 2 để đập nguyên liệu nhỏ hơn nữa. Sản phẩm sau khi đập sẽ được phân loại nhờ sàng rung.

Phần đạt yêu cầu (có tỷ lệ hạt từ 150 µm đến 5mm) sau khi đập thứ cấp được băng tải vận chuyển đến máy nghiền đứng để sản xuất cát. Sản phẩm ra khỏi máy đứng sẽ được băng tải chuyển đến sông rung phân loại, nếu vẫn chưa đạt yêu cầu sẽ chuyển vào lại máy nghiền đứng. Khi sản phẩm đã đạt yêu cầu thì sẽ chuyển qua máy rửa cát, sau đá rải đổ thành đống sản phẩm. Phần không đạt yêu cầu sau khi đập thứ cấp được vận chuyển về lại máy đập hàm hoặc máy nghiền đứng hoặc làm sản phẩm khác (tuỳ kích thước).

[2] Hoàng Quốc Tuấn Xây dựng đường ô tô và đường thành phố K16 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trang 8 Một số nghiên cứu và thiết bị liên quan tới cát xay: Trung tâm Quốc tế về Nghiên cứu cốt liệu (ICAR) đưa ra vào tháng 8 năm 1992 như là một hoạt động chung của Đại học Texas đã cung cấp rất nhiều báo cáo thiết thực về các thuộc tính của cốt liệu và ứng dụng của cát xay trong bê tông. Các nhà nghiên cứu tại Viện bê tông Thụy Điển (CBI) và Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Thụy Điển (SP) đã hào hứng tham gia vào nghiên cứu và phát triển liên quan đến cát xay. Công việc này đã được thực hiện trong các chương trình hợp tác, chẳng hạn như chương trình MinBasI (2003-2005),chương trình MinBas II (2010), và chương trình STEM của cơ quan Năng lượng Thụy Điển [1]. Ở các nước Bắc Âu hai nước sản xuất chính đã thống trị thị trường liên quan đến việc sản xuất các thiết bị nghiền cốt liệu.

Hai công ty này là công ty Metso – Phần Lan và công ty Sandvik – Thụy Điển về khai thác mỏ và xây dựng. Hai công ty này đang sản xuất một loạt các máy nghiền cho sản xuất cốt liệu và cả hai đều sản xuất máy nghiền tác động trục dọc (VSI).