CHƯƠNG I. Tình hình cốt liệu khu vực phía Nam (TP.HCM): Hiện tại khu vực phía Nam có nhiều mỏ đá dùng sản xuất ra các loại đá cung cấp cho xây dựng và cung cấp cho các trạm trộn sản xuất bê tông thương phẩm và bê tông đúc sẵn, nhưng tập trung ba mỏ chính : mỏ Tân Đông Hiệp, Tân Cang và Thuận Lập Bà Rịa Vũng Tàu. Với từng mỏ khác nhau thì chất lượng đá cũng khác nhau : a.Về cốt liệu thô : - Đối với mỏ Tân Đông Hiệp : chất lượng tốt nhất, về cường độ đá, hình dáng, bề mặt, thành phần hạt. - Đối với mỏ Tân Cang : cường độ đá thấp, thành phần tạp nhiều, không thích hợp cho việc sản xuất bê tông chất lượng cao.
- Đối với mỏ Thuận Lập : chi phí vì vận chuyển xa, về mặt kỹ thuật đá Thuận Lập có màu đen, trắng, bề mặt đá trơn. Nên rủi ro cao nếu khi kiểm soát chặt chẽ. Nhưng những năm gần đây do nhu cầu xây dựng phát triển mạnh nên khối lượng ngày càng khan hiếm, chính vì thế các nhà sản xuất đá cho bê tông ít quan tâm đến chất lượng nghiền, thành phần hạt sau khi xay không tuân thủ theo tiêu chuẩn hiện hành. + Thành phần hạt : 100 100 90 90 80 80 70 70 Phaàn traêm loït qua% Phaàn traêm loït qua% 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 Kích thöôùc saøng(mm) Kích10thöôùc saø ng(mm) 0 5 10 15 20 25 0 5 15 20 25 Hình 1.
Thành phần đá 1x2 đạt yêu cầu và không đạt yêu cầu + Hình dáng, bề mặt : 2 b. Về cốt liệu mịn cát sông : - Trước năm 2008, cát ở khu vực TPHCM sử dụng có mô đun >2,3 nguồn cung cấp chủ yếu từ Campuchia và sông Đồng Nai, dùng cho bê tông đúc sẵn, bê tông chất lượng cao. - Sau năm 2008, nguồn cốt liệu dùng cho bê tông bắt đầu giảm , chất lượng kém, mô đun cát giảm xuồng còn 1,1 – 1,6. - Và hiện nay mô đun cát giảm xuống còn 1,0 – 1,4 chất lượng giảm, không đạt so với các tiêu chuẩn qui định.
Vì vậy việc sản xuất bê tông chất lượng cao gặp nhiều rủi ro + Thành phần hạt và mô đun của cát : 100 100 90 90 Toång phaàn traêm soùt saøng(%) Toång phaàn traêm soùt saøng(%) 80 80 Mô đun = 2. Thành phần cát đạt yêu cầu và không đạt yêu cầu c. Về cốt liệu mịn mi cát : Mi cát là sản phẩm thu hồi từ quá trình nghiền từ cốt liệu thô, mô đun thường từ 3,2 – 3,9 chính vì vậy hiện nay hầu hết tất cả các nhà sản xuất bê tông điều sử dụng mi cát để thay thế một phần cát, nhằm tăng mô đun hỗn hợp cốt liệu mịn. Nhưng vì mi hàm lượng hạt <0,075mm rất lớn thường chiếm từ 5-20%.
Nếu sử dụng mi quá cao thì hàm lượng hạt mịn nhiều, nên bê tông dễ bị nứt. Kể từ đó một vấn đề đặt ra cho nhà nhà sản xuất bê tông đặt ra một yêu cầu chung, làm thế nào để cung cấp bê tông vừa đảm bảo chất lượng, vừa đảm bảo độ bền mà hiệu quả kinh tế không giảm. Nên sau năm 2008, tại khu vực TP.HCM đa số các nhà cung cấp bê 3 tông thương phẩm bổ sung vào thành phần bê tông mi (cát nghiền), nhằm cải thiện thành phần hạt trong cấp phối cũng như tăng mô đun độ lớn. Nhưng vì mi là thành phần bụi còn lại sau khi xay đá 10x20…, mi bụi chứa hàm hàm lượng bụi rất lớn từ 5-20%, và chất lượng không ổn định.
Nên việc sử dụng mi bụi vào bê tông rủi ro khi sử dụng rất cao. - Nếu chúng ta kiểm soát tốt loại vật liệu này, khi sử dụng vào bê tông nó góp phần tăng cường độ, giảm lượng xi măng dùng. - Nhưng nếu kiểm soát không chặt chẽ, không những gây tổn thất ban đầu, mà có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình. Một số sự cố xảy ra do chất lượng cốt liệu không ổn định : Hình 1.
Nứt sau khi đổ bê tông không quá 7 ngày - Nứt do thành phần hạt mịn nhiều, cát mịn, mi bụi nhiều nên sau khi đổ, bê tông co ngót. Cột bị rạng, nứt Cột bị rạng, nứt, bê tông mác cao >70(MPa) sử dụng hạt mịn nhiều, lượng xi măng cao, nên bê tông bị co ngót sau khi đổ. Như vậy để nâng cao tính kỹ thuật và hiệu quả kinh tế, trên thế giới đã thực hiện việc tối ưu từ những năm 1970 của Shilstone. Hạt gián đoạn Hình 1.
Hạt liên tục Còn ở Việt Nam vấn đề tối ưu hóa cốt liệu ít được nghiên cứu rộng rãi, nên trong đề tài thực hiện phương pháp tối ưu hóa cốt liệu theo phương pháp Shilstone’s nhằm đưa ra một thành phần cốt liệu hợp lý để cải thiện tính kỹ thuật, và dùng nó để sản xuất được bê tông chất lượng cao. Giới thiệu tối ưu hóa cốt liệu : Cốt liệu chiếm từ 60 – 80% tổng thể tích hỗn hợp bê tông, vì vậy việc tối ưu cốt liệu không những cải thiện về mặt kỹ thuật của bê tông tươi và bê tông khi đóng rắn mà còn hiệu quả về kinh tế. Những tính chất đặc trưng của cốt liệu : hình dạng bề mặt (góc cạnh, nhám, trơn, tròn, thành phần hạt, kích thước cỡ hạt…ảnh hưởng đến tính công tác, tính hoàn thiện, co ngót mềm, khả năng bơm, phân tầng, tách lớp của bê tông tươi và ảnh hưởng rất lớn đến cường độ, co ngót, chống thấm, tính đăc chắc, hốc, rỗng, tính bền vững khi bê tông đông cứng. 5 Trong thành phần bê tông, xi măng chiếm tỉ lệ từ 7-15% tổng khối lượng thể tích nhưng nó chiếm tới 60% giá thành tổng vật liệu.
Khi lượng xi măng sử dụng cao gây lãng phí về mặt kinh tế, xét về khía cạnh kỹ thuật có thể gây ra co ngót, nhiệt cao, dễ bị nứt, tuổi thọ công trình giảm. Nên việc tối ưu là rất thiết thực : Sau đây là một số kết quả nghiên cứu tối ưu hóa cốt liệu theo phương pháp Shilstone’s đạt được trên thế giới và tại Việt Nam : - Theo nghiên cứu của (David W.Fowder và trường đại học TEXAS) về tối ưu thành phần cốt liệu theo phương pháp Shilsone’s với hàm lượng hạt dưới sàng 0,075mm lên đến trên 20% cho ta chất lượng bê tông tốt và tính công tác vẫn đảm bảo, độ co ngót khô, cường độ, nhưng theo tiêu chuẩn ASTM C33 chỉ cho phép tối đa 7%. Mối quan hệ giữa thành phần hạt mịn <0,075mm 0, 5, 10, 15% với tính công tác và cường độ - Theo (Talbot, 1923; Walh, 1933; Besson, 1935) dùng phương pháp tối ưu thành phần hạt sao cho đường tối ưu có mật độ cao nhất khi đó giảm lượng vữa giúp giảm thiểu lượng xi măng, nhưng khi đó bê tông thô, ráp. - Theo (Shetty, 2002) nghiên cứu tối ưu trên cơ sở lượng vữa thấp nhất, khi đó lượng xi măng dùng ít, ít nước, cường độ cao, giảm co ngót và tăng độ bền.
- Theo (Warda Bint Ashraf, Ahmed Noor) ứng dụng phương pháp tối ưu Shilstone’s, 1990, nghiên cứu ảnh hưởng hệ số thô (coarseness factor) và hệ số công tác (workability factor) đến cường độ bê tông. Các vùng trên giản đồ thô CF - Cũng theo nghiên cứu tối ưu cốt liệu cho cầu Decks các tác giả (Robert L.E) đã có những nhận xét như sau : + Bê tông dùng cho cầu Decks phải đạt chất lượng cao, đặt biệt là vấn đề co ngót, nứt. Nếu chất lượng thấp thì tuổi thọ công trình ngắn, sẽ tốn chi phí bảo trì rất cao. Nên chất lượng vật liệu ban đầu phải đạt yêu cầu cao, đó là một trong những yếu tố giảm co ngót bê tông, nâng cao tuổi thọ công trình.
Nên tác giả đưa ra phương pháp về giới hạn thành phần hạt theo MDOT, nhằm bổ sung, điều chỉnh cốt liệu khi thành phần hạt nằm ngoài miền giới hạn MDOT. + Theo phương pháp MDOT tối ưu thành phần hạt đồng nghĩa với việc giảm lượng vữa, giảm co ngót, khả năng bơm, hoàn thiện tốt và cường độ tối ưu. + Lượng nước trộn phụ thuộc vào diện tích bề mặt của cốt liệu, diện tích bề mặt cốt liệu phụ thuộc vào thành phần hạt nên khi tăng tỷ lệ cốt liệu mịn trong tổng diện tích bề mặt cốt liệu thì lượng nước trộn bê tông sẽ tăng lên nên sẽ tiềm tàng co ngót bê tông sau khi đóng rắn hoặc co ngót dẻo. Thành phần duy trì riêng biệt trên từng sàn theo MDOT - Trong xây dựng cầu đường, việc tối ưu cốt liệu rất quan trọng, chỉ cần lượng vữa, hoặc tỷ lệ phối trộn không hợp lý rất dễ xảy ra nứt bê tông Hình 1.
Vết nứt sau khi bê tông đóng rắn Theo hình 1.9 vết nứt xảy ra sau khi bê tông đóng rắn, nên sẽ tốn chí phí rất lớn cho việc sửa chữa, nên trong bê tông đường ngoài việc áp dụng phương pháp theo giản đồ thô CF, đa số hiện nay trên thế giới thành phần hỗn hợp lọt qua các sàng theo đường 0. Thành phần phân bố hạt cấp phối trên đường 0.45 Nhìn vào hình 1.10, khi thành phần hạt bám sát vào đường có chuẩn, khi đó cho ta một hỗn hợp cốt liệu với độ đặt chắt cao nhất, bê tông ít lỗ rỗng, nên giảm thiểu co ngót bê tông rất đáng kể. Nhưng đường cấp phối không được song song với đường chuẩn, bỡi vì khi đó lượng vữa sẽ không đủ, tính linh động bê tông kém, khó thi công, khó hoàn thiện. Thông qua kết quả nghiên cưú về tối ưu của một số tác giả nêu ở trên, ta thấy rằng tất cả mục đích cuối cùng là cải thiện cường độ, tăng độ bền, giảm sự phân tầng, giảm thiểu co ngót và nứt và tiết kiệm chi phí.
Để đạt được điều đó từng tác giả có những phương pháp tối ưu khác nhau : - Lựa chọn vật liệu ban đầu thỏa mãn các tiêu chuẩn. - Tối ưu hệ số vữa thấp nhất mà vẫn đảm bảo tính công tác, thi công. - Có tác giả dùng độc lập phương pháp hệ số thô CF của Shilstone’s, nhưng nếu dùng độc lập thì thiếu chính xác vì lượng vữa nhiều hay ít còn phụ thuộc vào hình dáng, cầu trúc, bề mặt của cốt liệu. Tóm lại, tối ưu hóa thành phần cốt liệu, đồng nghĩa với việc từ cốt liệu chưa đạt tiêu chuẩn, chất lượng không tốt, dù phối với tỷ lệ như thế nào đi chăng nữa thành phần hạt vẫn gián đoạn, khi đó không hiệu quả về kinh tế mà còn gây rủi ro 9 cao.