Tổng quan nghiên cứu

Bê tông xi măng là vật liệu xây dựng phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong phát triển hạ tầng giao thông, đặc biệt là mặt đường ô tô. Theo báo cáo ngành, sản lượng xi măng Việt Nam đạt khoảng 45 triệu tấn/năm và dự kiến tăng lên 60 triệu tấn vào năm 2010, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các công trình bê tông xi măng. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu đá dăm chất lượng cao ngày càng khan hiếm, trong khi trữ lượng đá tại mỏ Thường Tân, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương lại rất dồi dào, khoảng 223,967 triệu m3 với sản lượng khai thác 12 triệu m3/năm. Đá Thường Tân có đặc tính cơ lý phù hợp để làm cốt liệu lớn trong bê tông xi măng, góp phần tận dụng tài nguyên địa phương và giảm chi phí vận chuyển.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng sử dụng đá Thường Tân làm cốt liệu lớn trong bê tông xi măng phục vụ xây dựng mặt đường ô tô, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về cường độ và tính bền vững. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mẫu bê tông được thiết kế, đúc và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tại tỉnh Bình Dương trong giai đoạn 2015-2016. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc phát triển vật liệu xây dựng địa phương, nâng cao chất lượng mặt đường bê tông xi măng, đồng thời góp phần phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Bình Dương và khu vực lân cận.

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 bê tông xi măng, bao gồm:

  • Lý thuyết cấu tạo bê tông: Bê tông là hỗn hợp gồm chất kết dính (xi măng), cốt liệu nhỏ (cát), cốt liệu lớn (đá dăm) và nước. Cốt liệu tạo khung chịu lực, xi măng liên kết các hạt cốt liệu thành khối đồng nhất.
  • Phân loại bê tông xi măng: Theo dạng chất kết dính, dạng cốt liệu, khối lượng thể tích và công dụng. Nghiên cứu tập trung vào bê tông nặng dùng xi măng làm chất kết dính.
  • Tính chất cơ bản của bê tông: Cường độ chịu nén, chịu uốn, tính thấm nước và tính dẻo của hỗn hợp bê tông. Cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất, được xác định theo TCVN 3118:1993.
  • Mô hình thiết kế cấp phối bê tông: Xác định tỷ lệ xi măng, cốt liệu và nước để đạt mác bê tông thiết kế, đảm bảo tính công tác và cường độ.
  • Ảnh hưởng của vật liệu đến tính chất bê tông: Thành phần hạt, độ sạch của cát và đá, lượng nước nhào trộn, loại xi măng và phụ gia dẻo ảnh hưởng đến độ dẻo và cường độ bê tông.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn kỹ thuật (TCVN 7570:2006, TCVN 3118:1993), số liệu trữ lượng và chất lượng đá Thường Tân từ các cơ quan địa phương.
  • Thiết kế cấp phối bê tông: Thiết kế các tổ hợp bê tông xi măng sử dụng đá Thường Tân làm cốt liệu lớn, cát hồ Dầu Tiếng làm cốt liệu nhỏ, xi măng PCB40.
  • Lấy mẫu và đúc mẫu: Lấy mẫu đá, cát và xi măng theo quy cách chuẩn, đúc mẫu bê tông hình lập phương cạnh 150 mm, bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn.
  • Thí nghiệm: Thực hiện các thí nghiệm xác định cường độ chịu nén và chịu uốn của bê tông ở các tuổi 7, 28 và 60 ngày theo TCVN 3118:1993.
  • Phân tích dữ liệu: So sánh kết quả thí nghiệm với tiêu chuẩn kỹ thuật, đánh giá khả năng sử dụng đá Thường Tân trong bê tông xi măng mặt đường ô tô.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2015-2016, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, thiết kế cấp phối, thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng vật liệu đá Thường Tân: Đá Thường Tân có thành phần hạt phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 7570:2006, cường độ chịu nén đạt khoảng 80-100 MPa, độ sạch cao, hàm lượng tạp chất thấp, thích hợp làm cốt liệu lớn cho bê tông xi măng. So với đá Tân Đông Hiệp, đá Thường Tân có cường độ tương đương nhưng trữ lượng lớn hơn nhiều.

  2. Cường độ chịu nén bê tông: Mẫu bê tông sử dụng đá Thường Tân đạt cường độ chịu nén trung bình 28 ngày là khoảng 35-40 MPa, vượt mức mác thiết kế M300. Cường độ chịu nén tăng dần theo thời gian, với cường độ 7 ngày đạt khoảng 70% và 60 ngày đạt trên 110% cường độ 28 ngày.

  3. Cường độ chịu uốn bê tông: Mẫu bê tông thử nghiệm có cường độ chịu uốn 28 ngày đạt khoảng 5-6 MPa, tăng lên 6-7 MPa ở tuổi 60 ngày, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho mặt đường ô tô chịu tải trọng lớn.

  4. Tính dẻo và độ lưu động hỗn hợp bê tông: Hỗn hợp bê tông có độ sụt SN từ 7-9 cm, thuộc loại dẻo vừa phải, dễ thi công và đầm nén. Lượng nước nhào trộn được kiểm soát ở mức 180-200 lít/m3, phù hợp với loại cốt liệu và xi măng sử dụng.

Thảo luận kết quả

Kết quả thí nghiệm cho thấy đá Thường Tân có khả năng làm cốt liệu lớn trong bê tông xi măng với chất lượng tương đương các loại đá xây dựng truyền thống. Cường độ bê tông đạt được phù hợp với các tiêu chuẩn xây dựng mặt đường ô tô, đảm bảo độ bền và tuổi thọ công trình từ 40-50 năm. So sánh với nghiên cứu tại các tỉnh khác, bê tông sử dụng đá Thường Tân có ưu điểm về trữ lượng và chi phí vận chuyển do gần khu vực xây dựng.

Biểu đồ cường độ chịu nén theo thời gian thể hiện xu hướng tăng đều, minh chứng cho quá trình thủy hóa xi măng hiệu quả với vật liệu đá địa phương. Độ lưu động hỗn hợp bê tông đảm bảo tính công tác, thuận lợi cho thi công cơ giới hóa hoặc thủ công. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu về bê tông xi măng sử dụng đá dăm trong xây dựng mặt đường tại các nước phát triển.

Tuy nhiên, một số hạn chế về chất lượng đá tự nhiên như sự xen kẹp các loại đá khác nhau cần được kiểm soát kỹ trong quá trình khai thác và chế biến để đảm bảo tính đồng nhất của vật liệu. Việc áp dụng phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo có thể nâng cao tính dẻo và giảm lượng nước, từ đó tăng cường cường độ bê tông.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng đá Thường Tân làm cốt liệu lớn trong bê tông xi măng mặt đường ô tô: Khuyến khích các dự án xây dựng đường bộ tại Bình Dương và vùng lân cận sử dụng đá Thường Tân để tận dụng nguồn tài nguyên địa phương, giảm chi phí vận chuyển và nâng cao chất lượng công trình. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án từ năm 2017 trở đi.

  2. Kiểm soát chất lượng khai thác và chế biến đá: Thiết lập quy trình khai thác, phân loại và chế biến đá nhằm loại bỏ các tạp chất, đá yếu xen kẹp, đảm bảo vật liệu đầu vào đồng nhất và đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp khai thác và cơ quan quản lý địa phương.

  3. Sử dụng phụ gia dẻo và siêu dẻo trong thiết kế bê tông: Áp dụng phụ gia để giảm lượng nước nhào trộn, tăng tính dẻo và cường độ bê tông, đồng thời cải thiện khả năng thi công và tuổi thọ mặt đường. Thời gian triển khai: trong giai đoạn thiết kế và thi công các dự án mới.

  4. Nâng cao năng lực thí nghiệm và kiểm định vật liệu: Đầu tư trang thiết bị và đào tạo nhân lực cho các phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng tại Bình Dương để đảm bảo kiểm soát chất lượng bê tông và vật liệu đầu vào chính xác, kịp thời. Chủ thể thực hiện: các cơ sở nghiên cứu, trường đại học và cơ quan quản lý xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển chính sách sử dụng vật liệu xây dựng địa phương, tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng hạ tầng giao thông.

  2. Doanh nghiệp khai thác và sản xuất vật liệu xây dựng: Tham khảo để cải tiến quy trình khai thác, chế biến đá và thiết kế cấp phối bê tông phù hợp với đặc tính vật liệu địa phương, nâng cao hiệu quả sản xuất.

  3. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Áp dụng kết quả nghiên cứu trong thiết kế cấp phối bê tông xi măng, lựa chọn vật liệu và phương pháp thi công phù hợp, đảm bảo chất lượng và tuổi thọ công trình.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Tài liệu tham khảo hữu ích cho nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu xây dựng, bê tông xi măng và ứng dụng trong xây dựng mặt đường ô tô, góp phần phát triển khoa học công nghệ xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Đá Thường Tân có phù hợp làm cốt liệu lớn cho bê tông xi măng không?
    Có, đá Thường Tân đáp ứng các tiêu chuẩn về thành phần hạt, cường độ và độ sạch theo TCVN 7570:2006, phù hợp làm cốt liệu lớn trong bê tông xi măng mặt đường ô tô.

  2. Cường độ bê tông sử dụng đá Thường Tân đạt bao nhiêu?
    Cường độ chịu nén trung bình 28 ngày đạt khoảng 35-40 MPa, vượt mức mác thiết kế M300, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho mặt đường ô tô.

  3. Lượng nước nhào trộn ảnh hưởng thế nào đến tính dẻo và cường độ bê tông?
    Lượng nước nhào trộn quyết định tính công tác của hỗn hợp bê tông; quá nhiều nước làm giảm cường độ bê tông do tăng độ rỗng, quá ít nước làm hỗn hợp cứng khó thi công. Nghiên cứu kiểm soát lượng nước ở mức 180-200 lít/m3 phù hợp với vật liệu sử dụng.

  4. Có nên sử dụng phụ gia dẻo trong bê tông không?
    Có, phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo giúp tăng tính dẻo, giảm lượng nước nhào trộn, nâng cao cường độ và khả năng thi công, đặc biệt hữu ích khi sử dụng đá có đặc tính cứng và ít dẻo.

  5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng đá khai thác từ mỏ Thường Tân?
    Cần thiết lập quy trình khai thác, phân loại và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt, loại bỏ đá yếu và tạp chất, đồng thời phối hợp với các phòng thí nghiệm kiểm định vật liệu để đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng đá.

Kết luận

  • Đá Thường Tân, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương có trữ lượng lớn và chất lượng phù hợp làm cốt liệu lớn trong bê tông xi măng xây dựng mặt đường ô tô.
  • Bê tông sử dụng đá Thường Tân đạt cường độ chịu nén trung bình 28 ngày khoảng 35-40 MPa, vượt yêu cầu mác M300, đảm bảo độ bền và tuổi thọ công trình.
  • Tính dẻo và độ lưu động của hỗn hợp bê tông được kiểm soát tốt, thuận lợi cho thi công và đầm nén.
  • Nghiên cứu đề xuất áp dụng đá Thường Tân trong các dự án xây dựng mặt đường ô tô tại Bình Dương, đồng thời khuyến nghị kiểm soát chất lượng khai thác và sử dụng phụ gia dẻo để nâng cao hiệu quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu ứng dụng thực tế, hoàn thiện quy trình khai thác và chế biến đá, đồng thời đào tạo nhân lực và nâng cấp trang thiết bị thí nghiệm.

Hành động ngay hôm nay để tận dụng nguồn tài nguyên địa phương, nâng cao chất lượng hạ tầng giao thông và thúc đẩy phát triển kinh tế bền vững tại Bình Dương!