Chương 1: Tổng quan về bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông. - Chương 2: Tình hình sử dụng cát thiên nhiên, cát nhân tạo trên thế giới và ở Việt Nam. - Chương 3: Nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo cho các công trình giao thông để chế tạo bê tông xi măng. - Kết luận và kiến nghị.
- Tài liệu tham khảo. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG 1.1 Tổng quan về bê tông và bê tông cốt thép.1 Lịch sử hình thành bê tông – bê tông cốt thép: - So với gạch đá và gỗ thì bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng tương đối mới, lịch sử phát triển mới có trên 100 năm. - Xi măng được phát minh vào năm 1825. - Cuối năm 1849 Lambot (Pháp) đã làm một chiếc thuyền bằng lưới thép được trát hai mặt bằng vữa xi măng.
Sau đó người ta chế tạo các bản sàn, đường ống, bể chứa nước và các cấu kiện khác bằng bê tông cốt thép. - Ở thời kỳ sơ khai người ta làm bằng cảm tính nên cốt thép thường được đặt ở giữa chiều cao tiết diện (vị trí trục trung hòa). Khoảng sau 1880, các nghiên cứu về cường độ bê tông và cốt thép, về lực dính giữa bê tông và cốt thép mới được nghiên cứu ở Pháp và Đức. Koenen (Đức) là một trong những người đầu tiên đề nghị đặt cốt thép vào vùng bê tông chịu kéo và năm 1886 đã kiến nghị phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép.
- Đầu thế kỷ 20, người ta bắt đầu xây dựng lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo ứng suất cho phép (phương pháp cổ điển). Phương pháp này dựa trên cơ sở các phương pháp tính toán ứng suất của môn sức bền vật liệu. - Bê tông cốt thép ứng suất trước được Freysinet (Pháp) nghiên cứu thành công từ năm 1928. - Năm 1939 Giáo sư Loleit (Nga) cùng với nhiều người khác đã nghiên cứu tính không đồng chất và đẳng hướng, tính biến dạng đàn hồi dẻo của bê tông và kiến nghị phương pháp tính toán theo giai đoạn phá hoại.
- Đến 1955 ở Liên Xô đã bắt đầu tính toán theo phương pháp mới hơn, đó là phương pháp tính theo trạng thái giới hạn. Phương pháp này ngày càng được hoàn thiện và được nhiều nước sử dụng kể cả nước ta trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. 5 - Ở nước ta bê tông cốt thép bắt đầu được dùng từ đầu thế kỷ 20,… 1.2 Ứng dụng bê tông và bê tông cốt thép: - Hiện nay bê tông và bê tông cốt thép vẫn là vật liệu chính trong các công trình xây dựng. - Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình kiến trúc, móng, gạch không nung hay gạch block, mặt lát của vỉa hè, cầu và cầu vượt, đường lộ, đường băng, các cấu trúc trong bãi đỗ xe, đập, hồ chứa/bể chứa nước, ống cống, chân cột cho các cổng, hàng rào, cột điện ….3 Các đặc điểm của bê tông xi măng: 1.1 Khái niệm bê tông: - Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia.
Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v. - Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông. - Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi là bê tông. - Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực.
Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông. Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép. - Bê tông là loại vật liệu giòn, cường độ chịu nén lớn, cường độ chịu kéo thấp (chỉ bằng 1/10-1/15 cường độ chịu nén).
Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường đặt cốt thép vào để tăng cường khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu chịu uốn, chịu kéo. Loại bê tông này gọi là bê tông cốt thép. Vì giữa bê tông và cốt thép có lực bám dính tốt, có hệ số dãn nở nhiệt xấp xỉ nhau, nên chúng có thể làm việc đồng thời. Nếu cốt thép được bảo vệ chống 6 gỉ tốt thì sẽ cùng với bê tông tạo nên loại vật liệu có tuổi thọ cao.
Cốt thép đặt trong bê tông có thể ở trạng thái thường, hoặc ở trạng thái có ứng suất (dự ứng lực). - Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime). - Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 - 20% khối lượng. - Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau.
Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm. - Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhược điểm: - Nặng (ρv = 2200 - 2400kg/m3), cách âm, cách nhiệt kém (λ = 1,05 - 1,5 kCal/m.h), khả năng chống ăn mòn kém. Phân loại: - Theo dạng chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bêtông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt. - Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit).
- Theo khối lượng thể tích: Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt. - Bê tông nặng ( ρv = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực. - Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. - Bê tông nhẹ ( ρv = 500 - 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất 7 tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ).
- Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500 kg/m3. - Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 - 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%. - Theo công dụng - Bê tông kết cấu thông thường: dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn). - Bê tông thủy công: dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước.
- Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè. - Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ). - Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. - Trong phạm vi chương trình ta chỉ chủ yếu nghiên cứu về bê tông nặng dùng chất kết dính xi măng 1.
Vật liệu chế tạo bê tông nặng: 1. Xi măng Vai trò: - Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường độ cho bê tông, như vậy chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực của bê tông. Yêu cầu kỹ thuật: - Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông ta cần chú ý các yêu cầu sau đây: - Chọn chủng loại xi măng: Để chế tạo bê tông ta có thể dùng xi măng pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng pooclăng puzolan, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm nhưng phải chọn 8 chủng loại xi măng phù hợp với đặc điểm kết cấu và tính chất môi trường sẽ thi công để đảm bảo tính bền vững lâu dài của kết cấu. - Chọn mác xi măng để vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế.
- Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao thì lượng xi măng sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế. - Nếu dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp thì lượng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu với nhau, mặt khác hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tông. - Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao và ngược lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp. Nƣớc Vai trò: - Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ của bê tông tăng lên.
Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công được dễ dàng. Yêu cầu kỹ thuật: - Nước để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng tốt, không gây ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép. - Nước dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng. - Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ, đường, nước có chứa sunfat lớn hơn 0,27% (tính theo hàm lượng ion ), lượng hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, độ pH nhỏ hơn 4 và lớn hơn 12,5.
-24SO - Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước biển, nếu tổng các loại muối không vượt quá 35g trong 1 9 lít nước biển. - Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 4506: 2012 3.