Chương 1: Tổng quan về Nghiên cứu lý thuyết và công nghệ sản xuất cát nhân tạo. Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết, yêu cầu kỹ thuật và công nghệ nghiền đá làm cát nhân tạo. Chương 3: Nghiên cứu một số tính chất của cát nhân tạo Sử dụng cát nhâ tạo trong chế tạo bê tông xi măng Chương 4: Phân tích kết qủa thí nghiệm và đánh giá khả Sử dụng cát nhâ tạo trong chế tạo bê tông xi măng làm mặt đường bê tông xi măng Phần kết luận, kiến nghị Nhận xét, đánh giá và rút ra kết luận đồng thời đề nghị định hướng nghiên cứu tiếp sau nghiên cứu này. Trang 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁT NHÂN TẠO 1.1 Giới thiệu Cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật đất nước ta đang dần tiến tới một nước công nghiệp thì ngành công nghiệp xây dựng đã có những bước phát triển mạnh mẽ cho phép chúng ta tạo ra được nhiều công trình, dự án mang tính đột phá, những công trình thế kỷ góp phần ổn định và có ý nghĩa quan trọng trong các hoạt động kinh tế, xã hội, chính trị, an ninh quốc phòng.
Trong công tác xây dựng bao giờ vật liệu cũng đóng vai trò chủ yếu. Vật liệu là một trong các yếu tố quyết định chất lượng, giá thành và thời gian thi công công trình. Thông thường chi phí về vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ tương đối lớn trong tổng giá thành xây dựng: 75-80% đối với các công trình dân dụng và công nghiệp, 70-75% đối với các công trình giao thông, 50-55% đối với các công trình thủy lợi. Bê tông là một trong những vật liệu quan trọng hàng đầu, bởi sự hư hại của các công trình hầu hết xuất phát từ bê tông.
Để nâng cao chất lượng của bê tông cho các công trình người ta phải chú ý rất kỹ lưỡng khâu lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào. Lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào có chất lượng tốt cùng với bài toán cấp phối và các điều kiện công nghệ thi công tốt sẽ cho ra sản phẩm bê tông đáp ứng được yêu cầu này. Trong bê tông cốt liệu là một trong những thành phần rất quan trọng, ngoài việc nó tạo ra một bộ khung chịu lực vững chắc còn có ý nghĩa kinh tế như giảm lượng xi măng, giảm tính co ngót.của bê tông. Do đó, việc sử dụng cát cho bê tông được người ta quan tâm đặc biệt, có sự kiểm tra chất lượng một cách nghiêm ngặt.
Cát sử dụng cho bê tông phải có thành phần cấp phối hạt liên tục, hợp lý, thường sử dụng cát có mô đun lớn, hạn chế các tạp chất có hại như: hàm lượng mica, tạp chất bụi bùn sét, tạp chất hữu cơ, phản ứng kiềm-silic,. Chính tốc độ phát triển nhanh trong xây dựng và yêu cầu đòi hỏi cao về chất lượng nguyên vật liệu đầu vào cho sản xuất bê tông đã dẫn đến sự khai thác quá mức nguồn tài nguyên cát sông. Nguồn tài nguyên cát tự nhiên đạt chất lượng ngày càng khan hiếm vì thế đòi hỏi một sự quan tâm nghiên cứu các nguồn nguyên liệu thay thế cho sự phát triển bền vững này như một loại vật liệu nhân tạo.2 Tầm quan trọng của cốt liệu trong bê tông Cốt liệu thô và cốt liệu nhỏ (mịn) là thành phần cơ bản chiếm một thể tích và khối lượng lớn, chiếm đến 60-65% thể tích của hỗn hợp bê tông, có ảnh hưởng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông, đến lượng cần nước của hỗn hợp, lượng dùng xi măng, các tính chất cơ lý đàn hồi của bê tông. Nguyên nhân chính của việc đưa cốt liệu vào thử nghiệm cùng với vữa xi măng để tạo hỗn hợp bê tông là: cốt liệu có giá thành rẻ hơn xi măng rất nhiều; cốt liệu giúp giảm co ngót, và ổn định thể tích cho bê tông; cốt liệu làm cho bê tông bền hơn.
Cốt liệu thường dùng trong bê tông là cát, cuội, sỏi và đá nghiền. Cát và cuội sỏi là các sản phẩm từ sự xói mòn của các đá thiên nhiên, được dòng nước mang đi và tích tụ thành các lớp dưới chân núi, thung lũng hoặc trên sông. Tuy nhiên, cốt liệu có nguồn gốc thiên nhiên (cát, sỏi) có thể chứa các thành phần có hại khi được sử dụng trong bê tông và vữa. Hơn nữa, thành phần cấp phối hạt cũng đóng vai trò quan trọng đối với các tính chất của bê tông tươi và ảnh hưởng nhỏ hơn đến tính chất của bê tông đã đóng rắn.
Hình dạng hạt và cấu trúc bề mặt của cốt liệu ảnh hưởng đến lượng nước dùng cho bê tông và ảnh hưởng đến mối liên kết giữa cốt liệu và vữa xi măng. Cốt liệu dùng cho bê tông phải đủ cứng để không vỡ trong quá trình thử nghiệm, đầm lèn. Khối lượng thể tích của cốt liệu có thể dùng để kiểm tra mức độ đặc chắc của thành phần cấp phối hạt cũng như hình dáng hạt của cốt liệu. Khối lượng thể tích và độ hút nước của cốt liệu còn tham gia vào quá trình tính toán thiết kế cấp phối bê tông.
Hầu hết cốt liệu giúp bê tông chống co ngót. Một số ít cốt liệu có sự thay đổi thể tích khi làm ướt và làm khô làm cho bê tông có độ ổn định thể tích kém. Hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông phần lớn được xác định bởi thành phần cốt liệu. Cốt liệu nhẹ thường được dùng để sản xuất bê tông chống cháy.
Hàm lượng hạt mịn vừa đủ giúp cho bê tông gắn kết và dễ hoàn thiện bề mặt. Tuy nhiên nếu quá nhiều sẽ làm tăng nhu cầu nước và có thể ảnh hưởng đến mối liên kết giữa cốt liệu và vữa xi măng. Vì vậy, cốt liệu thật sự ảnh hưởng đến các tính chất kinh tế, độ bền và tính ổn định của bê tông.3 Nhu cầu khai thác cát tự nhiên và sử dụng cát nhân tạo Khu vực Đồng Bằng sông Cửu Long có lượng cát rất dồi dào, ước tính lên tới 850 triệu m3, phân bố tập trung tại một số tỉnh như: Bến Tre (29,89%), Đồng Tháp (24,60%), Vĩnh Long (15,20%), An Giang (9,95%). Ở nước ta, cát ở các vùng miền có các tính chất rất khác nhau.
Cát ở miền Đông Nam Bộ và Đồng Bằng sông Cửu Long thường có mô đun độ lớn từ 1.0 có nhiều tạp chất bẩn. Do đó hiện nay cát ở khu vực ĐBSCL thường được dùng vào mục đích san lấp. Theo thống kê hàng năm nhu cầu khai thác cát tự nhiên phục vụ cho san lấp mặt bằng và các công trình khác khoảng 92 triệu m3, dự báo đến năm 2020 tăng lên 130 triệu m3, trong khi đó, tổng tài nguyên cát của Việt Nam chỉ ước tính khoảng 2,3 tỷ m3, đáp ứng 60-65% nhu cầu của các thành phố lớn. Với tốc độ xây dựng như hiện nay thì chỉ chưa đầy 15 năm nữa, nguồn cát các sông bị cạn kiệt không còn nhiều.
Chính vì vậy, để bảo vệ nguồn tài nguyên khoáng sản và bảo vệ môi trường thì thị trường cần có một vật liệu khác thay thế cát tự nhiên đó là cát nhân tạo.2 Cát nhân tạo sẽ là vật liệu mới thay thế cát tự nhiên Trang 7 Hình 0.3 Dây chuyền sản xuất cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên 1.4 Sự cần thiết phải nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo trong chế tạo bê tông xi măng Để chế tạo bê tông có chất lượng tốt người ta thường sử dụng cốt liệu có chất lượng cao, cụ thể là cấp phối hạt có cấp phối hợp lý, ít tạp chất có hại, cốt liệu nhỏ là cát thô có mô đun độ lớn 2. Theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật” thì cát dùng cho bê tông theo giá trị mô đun độ lớn được phân ra làm hai nhóm chính: Cát thô khi mô đun độ lớn trong khoảng từ lớn hơn 2.3 Cát mịn khi mô đun độ lớn trong khoảng từ 0.0 Thàn phần hạt của cát, biểu thị qua lượng sót tích lũy trên sàng, nằm trong phạm vi quy định trong bảng sau Cát thô có thành phần hạt như quy định trong bảng sau được sử dụng để chế tạo bê tông và vữa tất cả các cấp bê tông và mác vữa. Trang 8 Bảng 0-1 Yêu cầu về thành phần hạt của cát Lƣợng sót tích lũy trên sàng, % khối lƣợng Kích thƣớc lỗ sàng Cát thô Cát mịn 2.25 mm 15÷45 0÷15 630μm 35÷70 0÷35 315μm 65÷90 5÷65 140μm 90÷100 65÷90 <140μm 10 35 Cát mịn được sử dụng chế tạo bê tông và vữa như sau: Đối với bê tông, cát có mô đun độ lớn từ 0.7 đến 1 (thành phần hạt như bảng trên) có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp thấp hơn B15; cát có mô đun độ lớn từ 1 đến 2 (thành phần hạt như bảng trên) có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp từ B15 đến B25. Hàm lượng các tạp chất (sét cục và các tạp chất dạng cục, bùn, bụi và sét) trong cát được qui định trong bảng sau Bảng 0-2 Yêu cầu về hàm lƣợng các tạp chất trong cát Hàm lƣợng tạp chất, % khối lƣợng, không lớn hơn Tạp chất Bê tông cấp cao Bê tông cấp thấp Vữa hơn B30 hơn và bằng B30 Sét cục và các tạp Không được có 0.50 chất dạng cục Hàm lượng bụi, 1.00 bùn, sét Trang 9 Tạp chất hữu cơ trong cát khi xác định theo phương pháp so màu, không được thẫm hơn màu chuẩn.
Hàm lượng Clorua trong cát, tính theo ion Cl- tan trong axit, qui định trong bảng dưới Bảng 0-3 Yêu cầu về hàm lƣợng ion Cl trong cát Hàm lƣợng ion Cl-, % khối Loại bê tông và vữa lƣợng, không lớn hơn Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép 0.01 ứng suất trước Bê tông dùng trong các kết cấu bê tông và bê 0.05 tông cốt thép và vữa thông thường Chú thích: Cát có hàm lượng ion Cl- lớn hơn các giá trị quy định trong bảng trên có thể được sử dụng nếu tổng hàm lượng ion Cl- trong 1m3 bê tông từ tất cả các nguồn vật liệu chế tạo, không vượt quá 0. Cát được sử dụng khi khả năng phân tích kiềm – silic của cát kiểm tra theo phương pháp hóa học (TCVN 7572-14:2006) phải nằm trong vùng cốt liệu vô hại. Khi khả năng phản kiềm – silic của cốt liệu nằm trong vùng có khả năng gây hại thì cần thí nghiệm kiểm tra bổ sung theo phương pháp thanh vữa (TCVN 7572- 14:2006) để đảm bảo chắc chắn vô hại. Cát được coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm – silic nếu biến dạng ở tuổi 6 tháng xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0.