Nghiên cứu sử dụng cốt liệu đá quartzite ở Thanh Sơn - Phú Thọ để chế tạo bê tông xi măng mặt đường

1 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu Bê tông là một loại vật liệu chiếm tỷ trọng lớn trong hầu hết các công trình xây dựng. Với ƣu điểm dễ tạo hình, khả năng chịu lực tốt, tuổi thọ cao, lại tận dụng đƣợc nguồn vật liệu địa phƣơng nên cho tới nay trong lĩnh vực xây dựng công trình, chƣa có loại vật liệu nào có ƣu thế bằng bê tông. Nhu cầu xây dựng công trình giao thông là rất lớn (hàng trăm nghìn m quốc lộ), nhƣng thực tế sử dụng mặt đƣờng bê tông xi măng tại Việt Nam còn thiếu về số lƣợng (khoảng 700 km quốc lộ) và chƣa đạt yêu cầu về chất lƣợng (rất nhiều hƣ hỏng). Trong hi đó, rất nhiều nƣớc trên thế giới (nhƣ Mỹ, Đức, Trung Quốc…) đã đẩy mạnh và áp dụng rất thành công mặt đƣờng bê tông xi măng này trong xây dựng mặt đƣờng ôtô và sân bay [28]. Bê tông xi măng mặt đƣờng cần có cốt liệu và xi măng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của bê tông, cốt liệu chất lƣợng cao để chế tạo bê tông xi măng mặt đƣờng là cần thiết, đƣợc quan tâm. Theo quy định kỹ thuật của mặt đƣờng bê tông xi măng thì bê tông mặt đƣờng có cƣờng độ kéo uốn cho đƣờng cao hơn 5MPa, thông thƣờng bê tông để đạt cƣờng độ kéo uốn nhƣ trên có cƣờng độ chịu nén há cao thƣờng là lớn hơn 50MPa đo trên mẫu hình trụ, nhƣ vậy cƣờng độ của bê tông làm đƣờng phải là bê tông có cƣờng độ cao. Chất lƣợng cốt liệu tốt cho phép cải thiện cƣờng độ chịu nén và kéo uốn và hơn nữa tăng cƣờng đƣợc độ bền chống hao mòn của mặt đƣờng bê tông xi măng, đây là một trong các yếu tố cơ bản của bê tông xi măng làm mặt đƣờng ôtô. Đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ là một loại cốt liệu chất lƣợng cao, trữ lƣợng khá lớn, khoảng trên 10 triệu tấn [2]. Việc khai thác tận dụng đƣợc vật liệu địa phƣơng để chế tạo bê tông trong xây dựng đƣờng là cấp thiết để hạn chế sự vận chuyển của các loại cốt liệu làm tăng giá thành xây dựng. Theo [29] quy hoạch công nghiệp xi măng giai đoạn 2011-2020 thì nhu cầu sử dụng xi măng năm 2011 là 50 triệu tấn, trong lúc đó tổng công suất của các nhà máy năm 2011 đã sản suất là hơn 60 triệu tấn tạo ra hủng hoảng thừa về xi măng trong nƣớc, hơn nữa nguồn tro bay từ các nhà máy nhiệt điện thải ra với một lƣợng tƣơng đối lớn. Vì vậy về cơ bản các nguồn cốt liệu và chất ết dính để chế tạo bê tông xi măng mặt đƣờng là sẵn có và có thể hai thác đƣợc ở địa phƣơng, nên hạn chế đƣợc vận chuyển từ các địa phƣơng hác sang, làm tăng giá thành của bê tông xi măng mặt đƣờng. Vì vậy, có thể nói rằng xét về phƣơng diện vật liệu hay công nghệ chế tạo và thi công thì bê tông xi măng mặt đƣờng dùng cốt liệu từ đá quartz ite ở mỏ Thanh Sơn, Phú Thọ trong xây dựng là một giải pháp nâng cao chất lƣợng của mặt đƣờng bê tông xi măng hiện nay. Mặt hác, các công trình nghiên cứu về bê tông xi măng ở Việt Nam tới nay cũng chƣa có công trình nghiên cứu và thực nghiệm có hệ thống và đầy đủ về đặc tính nhiệt của bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite, cụ thể là tính toán và đo thực nghiệm hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng, tìm hiểu mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt với ngày tuổi, với các loại cốt liệu hác nhau, với cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ éo uốn của bê tông xi măng. Các công trình nghiên cứu cũng ít đề cập tới ảnh hƣởng của cốt liệu đến cƣờng độ, ứng suất nhiệt của bê tông mặt đƣờng. Vì các lý do trên việc nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đá quartzite, thiết kế thành phần bê tông, nghiên cứu đặc tính nhiệt của bê tông thông qua xác định hệ số giãn nở nhiệt, cƣờng độ và ứng suất nhiệt của bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ đáp ứng đƣợc nhu cầu của ngành xây dựng công trình giao thông đang đòi hỏi và cần loại bê tông xi măng làm đƣờng chất lƣợng, hiệu quả khai thác sử dụng cao mà tận dụng đƣợc vật liệu địa phƣơng. Chính vì vậy “Nghiên cứu sử dụng cốt liệu đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ để chế tạo bê tông xi măng mặt đƣờng” là vấn đề cấp thiết hiện nay, có ý nghĩa hoa học và thực tiễn rõ rệt.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGÔ HOÀI THANH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE

Ở THANH SƠN - PHÚ THỌ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của việc nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 2

3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Cấu trúc của luận án 4

6 Những đóng góp mới của luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM ĐƯỜNG VÀ SỬ DỤNG ĐÁ QUARTZITE TRONG BÊ TÔNG 6

1.1 Lịch sử phát triển của kết cấu mặt đường BTXM 6

1.2 Khái quát chung về bê tông xi măng 7

1.3 Cấu trúc của bê tông xi măng 8

1.3.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông 8

1.3.2 Cấu trúc vĩ mô, cấu trúc vi mô và cấu trúc nano 9

1.4 Quy định về tính năng của bê tông xi măng làm đường 10

1.4.1 Quy định về cốt liệu chế tạo bê tông xi măng 10

1.4.2 Quy định về tính năng của bê tông xi măng làm đường 11

1.5 Khái quát về các phương pháp thiết kế thành phần BTXM 12

1.5.1 Phương pháp thiết ế thành phần BTXM theo ACI 211.1.91 12

1.5.2 Thiết ế thành phần BTXM theo phương pháp Bolomey-Skramtaev 18

1.5.3 Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông xi măng làm đường, tính toán tỷ lệ N/X 20

1.6 Nghiên cứu đặc điểm địa lý, địa hình và đặc điểm địa chất mỏ đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ 20

1.7 Các nghiên cứu về đá quartzite và bê tông xi măng mặt đường sử dụng đá quartzite 25

1.7.1 Các nghiên cứu về đá quartzite và bê tông xi măng mặt đường sử dụng đá quartzite trên thế giới 25

1.7.2 Các nghiên cứu về đá quartzite và bê tông xi măng mặt đường sử dụng đá quartzite ở Việt Nam 33

1.8 Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu của luận án 34

1.8.1 Kết luận chương 1 34

1.8.2 Định hướng nghiên cứu của luận án 35

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE Ở THANH SƠN, PHÚ THỌ VÀ CÁC VẬT LIỆU KHÁC 36

2.1 Khái quát chung về cốt liệu 36

2.2 Hệ thống hai thác đá quartzite 38

2.2.1 Cơ sở lựa chọn hệ thống hai thác đá quartzite 38

2.2.2 Phương án hai thác đá quartzite 38

2.3 Công nghệ chế biến đá quartzite 39

2.3.1 Cơ sở để lựa chọn công nghệ chế biến đá quartzite: 39

2.3.2 Sơ đồ công nghệ lựa chọn và các chỉ tiêu đi èm 39

2.4 Phân tích thành phần hóa học của đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ 40

2.5 Vật liệu chế tạo mặt đường BTXM sử dụng đá quartzite 42

2.5.1 Xi măng 42

2.5.2 Cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ 44

2.6 Vật liệu chế tạo BTXM sử dụng đá vôi 58

2.6.1 Cốt liệu lớn là đá vôi 5x20 mỏ Minh Quang, Vĩnh Phúc (dùng để đối chứng) 58

2.6.2 Cốt liệu nhỏ là cát Sông Lô, Việt Trì, Phú Thọ 60

2.7 Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE THANH SƠN, PHÚ THỌ VÀ XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN, CƯỜNG ĐỘ KÉO UỐN, MÔ ĐUN ĐÀN HỒI 63

3.1 Thiết kế thành phần bê tông xi măng làm mặt đường ô tô sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 63

3.1.1 Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông xi măng làm đường, tính toán tỷ lệ N/X 63

3.1.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi của bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá vôi mỏ Minh Quang, Vĩnh Phúc 79

3.1.3 Thiết ế thành phần bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn-Phú Thọ theo phương pháp ACI 211.1.91 [34] 81

3.1.4 Kết luận chương 3 89

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU HỆ SỐ GIÃN NỞ NHIỆT CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG, NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG SỬ

DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE THANH SƠN, PHÚ THỌ 91

4.1 Tính ứng xử nhiệt của tấm bê tông xi măng mặt đường 91

4.1.1 Tổng quan về hiệu ứng nhiệt (tác động của nhiệt độ) 91

4.1.2 Cơ sở mô tả nhiệt độ 91

4.1.3 Điều kiện biên 92

4.1.4 Mô hình trao đổi nhiệt và các số liệu đầu vào 95

4.2 Tính toán hệ số giãn nở nhiệt 96

4.2.1 Hệ số giãn nở nhiệt của hồ xi măng 96

4.2.2 Hệ số giãn nở nhiệt của cốt liệu 97

4.2.3 Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông 98

4.2.4 Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng theo tài liệu [58] 99

4.3 Ứng suất mặt đường bê tông xi măng 102

4.3.1 Ứng suất trong mặt đường bê tông xi măng ở giai đoạn tuổi sớm 102

4.3.2 Ứng suất trong tấm bê tông theo tiêu chuẩn hiện hành 105

4.4 Công thức tính hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng theo AASHTO TP 60 (2006) [32] 105

4.5 Thí nghiệm xác định biến dạng và hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng theo AASHTO TP 60 ( 2006 ) 107

4.5.1 Thiết bị thí nghiệm 107

4.5.2 Giới thiệu về máy đo biến dạng 107

4.5.3 Chuẩn bị mẫu thử 109

4.5.4 Trình tự thí nghiệm 110

4.6 Kết quả thí nghiệm: 116

4.7 Phân tích kết quả thí nghiệm 116

4.8 Phân tích ảnh hưởng của ích thước tấm BTXM, của cốt liệu đá quartzite đến cường độ và ứng suất nhiệt trong mặt đường bê tông xi măng 118

4.8.1 Tính toán thiết kế tấm BTXM mặt đường 118

4.8.2 Tính toán với tấm BTXM có ích thước 4,5m x 3,5m x 0,25m sử dụng cốt liệu đá vôi 120

4.8.3 Tính toán với tấm BTXM có ích thước 4,5m x 3,5m x 0,25m sử dụng cốt liệu đá

quartzite 122

4.9 Phân tích kết quả 125

4.9.1 Phân tích ảnh hưởng của cốt liệu đến sự phát triển cường độ của bê tông 125

4.9.2 Phân tích ảnh hưởng của cốt liệu đến sự phát triển ứng suất nhiệt 126

4.9.3 Phân tích ảnh hưởng của ích thước tấm đến khả năng háng nứt của mặt đường bê tông xi măng 126

4.9.4 Kết luận 129

4.10 Phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của mặt đường BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 130

4.10.1 Khả năng đáp ứng về cường độ 130

4.10.2 Phân tích hiệu quả kinh tế 130

4.11 Kết luận chương 4 132

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 135

1 Kết luận 135

2 Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ I TÀI LIỆU THAM KHẢO II

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông và độ sụt của hỗn hợp BTXM làm đường 11

Bảng 1.2 Độ sụt đề suất cho các loại công trình xây dựng 13

Bảng 1.3 Lượng nước nhào trộn sơ bộ và hàm lượng bọt khí yêu cầu cho độ sụt và Dmax cốt liệu khác nhau 14

Bảng 1.4 Quan hệ giữa tỷ lệ nước-xi măng và cường độ chịu nén của bê tông 15

Bảng 1.5 Thể tích của cốt liệu lớn trong một đơn vị thể tích bê tông 16

Bảng 1.6 Khối lượng thể tích sơ bộ của hỗn hợp bê tông ban đầu 17

Bảng 1.7 Hướng dẫn chọn độ sụt đề xuất cho bê tông 18

Bảng 1.8 Hệ số tra A và A'theo TCVN9382:2012 [15] 19

Bảng 1.9 Tọa độ hu thăm dò diện tích 22

Bảng 1.10 Thành phần hóa học của đá quartzite phong hóa 24

Bảng 1.11 Thành phần hoá học và đặc tính cơ lý của đá quartzite ở các vỉa 25

Bảng 1.12 Tính chất khối lượng của cốt liệu 30

Bảng 1.13 Đặc điểm AIMS của cốt liệu 30

Bảng 1.14 Năng lượng bề mặt, mô đun và CTE của cốt liệu 31

Bảng 1.15 Hệ số giãn nở nhiệt của các loại đá hác nhau 32

Bảng 1.16 Các loại đá trong xây dựng 33

Bảng 1.17 Bảng kết quả các chỉ tiêu khoáng hóa 34

Bảng 2.1 Bảng kết quả phân tích toàn phần thành phần hóa học của đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 41

Bảng 2.2 Cường độ nén và cường độ kéo uốn của xi măng dùng làm mặt đường bê tông xi măng 42

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu hóa, lý của xi măng dùng làm mặt đường BTXM 42

Bảng 2.4 Kết quả phân tích thành phần hạt đá quartzite 5x20 46

Bảng 2.5 Khối lượng riêng, độ hút nước của cốt liệu lớn đá quartzite 47

Bảng 2.6 Khối lượng thể tích xốp của cốt liệu lớn đá quartzite 47

Bảng 2.7 Hàm lượng thoi dẹt của cốt liệu lớn đá quartzite 48

Bảng 2.8 Độ hao mòn LosAngeles 49

Bảng 2.9 Độ nén dập và hệ số hóa mềm 50

Bảng 2.10 Bảng xác định cường độ chịu nén của đá gốc 50

Bảng 2.11 Hàm lượng hạt mềm yếu, phong hóa 51

Bảng 2.12 Hàm lượng bụi, bùn, sét 52

Bảng 2.13 Bảng tổng hợp ết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của đá quartzite 52

Bảng 2.14 Kết quả phân tích thành phần hạt cát quartzite 53

Bảng 2.15 Khối lượng riêng, độ hút nước của cát quartzite 55

Bảng 2.16 Khối lượng thể tích xốp của cát quartzite 56

Bảng 2.17 Hàm lượng bụi, bùn, sét 56

Bảng 2.18 Bảng tổng hợp ết quả thí nghiệm cát quartzite 57

Bảng 2.19 Kết quả phân tích thành phần hạt đá vôi 5x20 59

Bảng 2.20 Bảng tổng hợp ết quả các chỉ tiêu kỹ thuật đá vôi 60

Bảng 2.21 Kết quả phân tích thành phần hạt cát Sông Lô 61

Bảng 2.22 Bảng tổng hợp ết quả thí nghiệm cát Sông Lô 62

Bảng 3.1 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng 64

Bảng 3.2 Bảng kế hoạch thực nghiệm tương quan giữa mã thực và biến mã hóa 65

Bảng 3.3 Kế hoạch thực nghiệm tại tâm 65

Bảng 3.4 Thành phần vật liệu hỗn hợp 1 66

Bảng 3.5 Thành phần vật liệu hỗn hợp 2 66

Bảng 3.6 Thành phần vật liệu hỗn hợp 3 67

Bảng 3.7 Thành phần vật liệu hỗn hợp 4 67

Bảng 3.8 Thành phần vật liệu hỗn hợp 5 68

Bảng 3.9 Kết quả độ sụt theo quy hoạch thực nghiệm 69

Bảng 3.10 Kết quả cường độ chịu nén của bê tông 72

Bảng 3.11 Kết quả cường độ kéo uốn của bê tông 73

Bảng 3.12 Mô đun đàn hồi bê tông đá quartzite 75

Bảng 3.13 Bảng kế hoạch thực nghiệm tương quan giữa mã thực và biến mã hóa 75

Bảng 3.14 Kế hoạch thực nghiệm tại tâm 76

Bảng 3.15 Cường độ chịu nén của bê tông đá vôi 80

Bảng 3.16 Cường độ éo uốn của bê tông đá vôi 80

Bảng 3.17 Mô đun đàn hồi bê tông đá vôi 80

Bảng 3.18 Thành phần vật liệu hỗn hợp bê tông cấp 40 83

Bảng 3.19 Kết quả độ sụt 84

Bảng 3.20 Kết quả cường độ chịu nén của bê tông cấp 40 85

Bảng 3.21 Đánh giá cường độ chịu nén của bê tông 87

Bảng 3.22 Cường độ éo uốn của bê tông 88

Bảng 4.1 Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào phương pháp bảo dưỡng bê tông 93

Bảng 4.2 Các giá trị bức xạ mặt trời 94

Bảng 4.3 Nhiệt dung riêng cho các cốt liệu khác nhau 96

Bảng 4.4 Hệ số giãn nở nhiệt của việc mở rộng các cốt liệu chọn lọc 98

Bảng 4.5 Hệ số giãn nở nhiệt theo Hak Chul Shin [49] 99

Bảng 4.6 Hệ số giãn nở nhiệt theo QĐ3230 [5] 99

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ X/C đến hệ số giãn nở nhiệt [58] 99

Bảng 4.8 Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông với các loại cốt liệu khác nhau 101

Bảng 4.9 Bảng tổng hợp kết quả tính kết cấu mặt đường BTXM 124

Bảng 4.10 Cường độ chịu kéo của bê tông 125

Bảng 4.11 Bảng ứng suất nhiệt lớn nhất trong bê tông 126

Bảng 4.12 Kiểm toán ứng suất nhiệt tại tấm có ích thước tấm 4m x 3,5m x 0,25m 126

Bảng 4.13 Bảng tổng hợp kết quả tính ứng suất nhiệt và chiều dài tấm BTXM 128

Bảng 4.14 Bảng tổng hợp về cường độ của bê tông 130

Bảng 4.15 Bảng khối lượng vật liệu cho 1 m đường 131

Bảng 4.16 Bảng giá thành vật liệu BTXM 131

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình1.1 Hình ảnh về mỏ đá 21

Hình 1.2 Bản đồ phân bố các mỏ đá ở Mỹ 29

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hai thác đá quartzite nguyên liệu 38

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ khai thác bốc đất đá vây quanh 39

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ chế biến đá quartzite 40

Hình 2.4 Sản phẩm đá quartzite và cát quartzite 40

Hình 2.5 Hình ảnh đá quartzite được khai thác tại mỏ 41

Hình 2.6 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của cốt liệu 45

Hình 2.7 Thành phần hạt của đá quartzite 5x20 46

Hình 2.8 Máy LosAngeles 48

Hình 2.9 Xác định độ nén dập và hệ số mềm của đá 49

Hình 2.10 Thành phần hạt của cát quartzite 54

Hình 2.11 Thành phần hạt của đá vôi 5x20 59

Hình 2.12 Thành phần hạt của cát Sông Lô 61

Hình 3.1 Mô tả độ sụt bê tông tươi bằng côn Abrams 69

Hình 3.2 Công tác đúc mẫu 70

Hình 3.3 Công tác bảo dưỡng và vớt mẫu 71

Hình 3.4 Thí nghiệm nén mẫu bê tông 72

Hình 3.5 Thí nghiệm éo uốn mẫu 73

Hình 3.6 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông xi măng cấp 40 88

Hình 4.1 Quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt của bê tông và môi trường xung quanh 95

Hình 4.2 Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và ngày tuổi của bê tông xi măng 97

Hình 4.3 Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và độ ẩm của bê tông xi măng [57] 97

Hình 4.4 Quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt của cốt liệu và hệ số giãn nở nhiệt của bê tông [58] 100

Hình 4.5 Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và độ ẩm của bê tông xi măng [58] 102

Hình 4.6 Mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt với độ ẩm và thời gian [58] 102

Hình 4.7 Máy đo biến dạng Model P3 108

Hình 4.8 Máy đo biến dạng SDA – 830B 109

Hình 4.9 Cân vật liệu theo thiết kế thành phần bê tông 111

Hình 4.10 Trộn vật liệu 112

Hình 4.11 Khuôn tạo mẫu 112

Hình 4.12 Mẫu thí nghiệm 112

Hình 4.13 Đo chiều dài mẫu 113

Hình 4.14 Mẫu đƣợc ủ lạnh trong bể đá 113

Hình 4.15 Chạy thử máy 114

Hình 4.16 Đo nhiệt độ ở thời điểm bất kỳ 114

Hình 4.17 Hình ảnh mẫu trong bể 115

Hình 4.18 Vận hành thiết bị đo 115

Hình 4.19 Máy tính hiển thị số liệu 116

Hình 4.20 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và độ tuổi của bê tông 117

Hình 4.21 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt và loại cốt liệu của bê tông 117

Hình 4.22 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất nhiệt và chiều dài tấm BTXM 128

CÁC TỪ VIẾT TẮT CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

Ký hiệu

AASHTO : Hiệp hội những người làm đường bộ và vận tải Mỹ

ACI : Viện bê tông Mỹ

ASTM : Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu Mỹ

BTXM : Bê tông xi măng

CTE : Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng

NCS : Nghiên cứu sinh

PGSD : Phụ gia siêu dẻo

QĐ3230 : Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng

thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông

QĐ1951 : Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt

đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông

Rn : Cường độ chịu nén của bê tông

Rku : Cường độ kéo uốn của bê tông

Ryc : Cường độ yêu cầu của bê tông

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TCN : Tiêu chuẩn ngành

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của việc nghiên cứu

Bê tông là một loại vật liệu chiếm tỷ trọng lớn trong hầu hết các công trình xây dựng Với ưu điểm dễ tạo hình, khả năng chịu lực tốt, tuổi thọ cao, lại tận dụng được nguồn vật liệu địa phương nên cho tới nay trong lĩnh vực xây dựng công trình, chưa có loại vật liệu nào có ưu thế bằng bê tông Nhu cầu xây dựng công trình giao thông là rất lớn (hàng trăm nghìn m quốc lộ), nhưng thực tế sử dụng mặt đường bê tông xi măng tại Việt Nam còn thiếu về số lượng (khoảng

700 km quốc lộ) và chưa đạt yêu cầu về chất lượng (rất nhiều hư hỏng) Trong

hi đó, rất nhiều nước trên thế giới (như Mỹ, Đức, Trung Quốc…) đã đẩy mạnh

và áp dụng rất thành công mặt đường bê tông xi măng này trong xây dựng mặt đường ôtô và sân bay [28] Bê tông xi măng mặt đường cần có cốt liệu và xi măng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của bê tông, cốt liệu chất lượng cao để chế tạo bê tông xi măng mặt đường là cần thiết, được quan tâm Theo quy định kỹ thuật của mặt đường bê tông xi măng thì bê tông mặt đường có cường độ kéo uốn cho đường cao hơn 5MPa, thông thường bê tông để đạt cường độ kéo uốn như trên có cường độ chịu nén há cao thường là lớn hơn 50MPa đo trên mẫu hình trụ, như vậy cường độ của bê tông làm đường phải là bê tông có cường độ cao Chất lượng cốt liệu tốt cho phép cải thiện cường độ chịu nén và kéo uốn và hơn nữa tăng cường được độ bền chống hao mòn của mặt đường bê tông xi măng, đây là một trong các yếu tố cơ bản của bê tông xi măng làm mặt đường ôtô

Đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ là một loại cốt liệu chất lượng cao, trữ lượng khá lớn, khoảng trên 10 triệu tấn [2] Việc khai thác tận dụng được vật liệu địa phương để chế tạo bê tông trong xây dựng đường là cấp thiết để hạn chế

sự vận chuyển của các loại cốt liệu làm tăng giá thành xây dựng

Theo [29] quy hoạch công nghiệp xi măng giai đoạn 2011-2020 thì nhu cầu

sử dụng xi măng năm 2011 là 50 triệu tấn, trong lúc đó tổng công suất của các nhà máy năm 2011 đã sản suất là hơn 60 triệu tấn tạo ra hủng hoảng thừa về xi măng trong nước, hơn nữa nguồn tro bay từ các nhà máy nhiệt điện thải ra với

một lượng tương đối lớn Vì vậy về cơ bản các nguồn cốt liệu và chất ết dính

để chế tạo bê tông xi măng mặt đường là sẵn có và có thể hai thác được ở địa phương, nên hạn chế được vận chuyển từ các địa phương hác sang, làm tăng giá thành của bê tông xi măng mặt đường

Vì vậy, có thể nói rằng xét về phương diện vật liệu hay công nghệ chế tạo

và thi công thì bê tông xi măng mặt đường dùng cốt liệu từ đá quartzite ở mỏ Thanh Sơn, Phú Thọ trong xây dựng là một giải pháp nâng cao chất lượng của mặt đường bê tông xi măng hiện nay

Mặt hác, các công trình nghiên cứu về bê tông xi măng ở Việt Nam tới nay cũng chưa có công trình nghiên cứu và thực nghiệm có hệ thống và đầy đủ

về đặc tính nhiệt của bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite, cụ thể là tính toán và đo thực nghiệm hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng, tìm hiểu mối quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt với ngày tuổi, với các loại cốt liệu hác nhau, với cường độ chịu nén, cường độ éo uốn của bê tông xi măng Các công trình nghiên cứu cũng ít đề cập tới ảnh hưởng của cốt liệu đến cường độ, ứng suất nhiệt của bê tông mặt đường

Vì các lý do trên việc nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đá quartzite, thiết

kế thành phần bê tông, nghiên cứu đặc tính nhiệt của bê tông thông qua xác định

hệ số giãn nở nhiệt, cường độ và ứng suất nhiệt của bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ đáp ứng được nhu cầu của ngành xây dựng công trình giao thông đang đòi hỏi và cần loại bê tông xi măng làm đường chất lượng, hiệu quả khai thác sử dụng cao mà tận dụng được vật liệu địa phương Chính vì vậy “Nghiên cứu sử dụng cốt liệu đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ để chế tạo

bê tông xi măng mặt đường” là vấn đề cấp thiết hiện nay, có ý nghĩa hoa học

và thực tiễn rõ rệt

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Mục tiêu nghiên cứu là để hoàn thiện cơ sở hoa học cũng như thực tiễn sử dụng cốt liệu từ đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ để chế tạo bê tông xi măng mặt đường đạt các yêu cầu ỹ thuật trong xây dựng đường ở hu vực Tây Bắc Nghiên cứu góp phần vào việc hai thác hợp lý nguồn vật liệu địa phương trong

xây dựng giao thông vận tải đặc biệt là mặt đường bê tông xi măng với các yêu cầu cao như hiện nay

3 Phạm vi nghiên cứu

- Sử dụng cốt liệu chế tạo từ đá quartzite rắn chắc ở Thanh Sơn, Phú Thọ để làm cốt liệu cho bê tông xi măng mặt đường Định hướng của luận án là nghiên cứu sử dụng quartzite rắn chắc thay thế hoàn toàn cốt liệu lớn trong bê tông, cốt liệu nhỏ là cát quartzite rắn chắc, lý do là tận dụng vật liệu địa phương và mong muốn nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng cốt liệu quartzite rắn chắc

- Bê tông đá quartzite rắn chắc sẽ được áp dụng ở đường cấp III, đường có quy mô giao thông cấp nặng NCS đã giả định tuyến đường thiết ế làm mới thuộc hu vực Thanh Sơn, Phú Thọ là nơi gần với nguồn vật liệu được sử dụng

để nghiên cứu và thí nghiệm Do đá quartzite rắn chắc chưa được dùng trong xây dựng đường ô tô, luận án nghiên cứu sử dụng cốt liệu quartzite rắn chắc trong bê tông xi măng xây dựng đường nhằm đóng góp hả năng sử dụng vật liệu này Có nhiều phương án sử dụng cốt liệu quartzite rắn chắc đó là sử dụng làm cốt liệu thô, mịn hoặc là cả thô và mịn Tuy nhiên trong luận án để nghiên cứu ảnh hưởng bất lợi về nhiệt cho nên đã sử dụng hoàn toàn cốt liệu quartzite rắn chắc Còn phương án khác cần được nghiên cứu thêm Vì vậy NCS xin phép được nêu phương án chỉ thay một phần cốt liệu trong hỗn hợp bê tông bằng quartzite rắn chắc vào phần hướng nghiên cứu tiếp của luận án

- Thí nghiệm các tính năng cơ học chính của bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite rắn chắc ở Thanh Sơn, Phú Thọ theo yêu cầu về thiết ế và thi công mặt đường

- Trong thiết ế ết cấu mặt đường bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite rắn chắc Thanh Sơn, Phú Thọ có sử dụng các số liệu về tải trọng, hí hậu, lớp móng và đất nền đường theo quyết định QĐ3230[5]

4 Phương pháp nghiên cứu

- Kết hợp nghiên cứu lí thuyết với thực nghiệm trong phòng để xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu đá, các đặc tính của bê tông xi măng

- Phương pháp phân tích tổng hợp để làm rõ mục tiêu nghiên cứu của luận án

5 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm Mở đầu, 4 chương, Kết luận, Kiến nghị như sau:

Chương 3: Thiết kế thành phần BTXM làm mặt đường ô tô sử dụng cốt liệu

đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ và xác định cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi

Chương 4: Nghiên cứu hệ số giãn nở nhiệt của BTXM, nghiên cứu hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của mặt đường BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite

Kết luận, Kiến nghị

6 Những đóng góp mới của luận án

+ Nghiên cứu về đặc tính cốt liệu của đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ và khẳng định vật liệu này phù hợp với tiêu chuẩn hiện hành và có thể được sử dụng để chế tạo BTXM mặt đường

+ Bằng quy hoạch thực nghiệm tác giả tìm ra được phương trình hồi quy

mô tả mối quan hệ giữa các hàm mục tiêu: cường độ chịu nén, cường độ éo uốn với yếu tố ảnh hưởng là tỷ lệ X/N, hai phương trình hồi quy là:

y119,19X2 5,62 2,5X23,5

y2  X22,77 2,5 X23,5

+ Các kết quả thí nghiệm về cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ sụt của BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite có tác dụng tham khảo tốt trong giảng dạy, trong việc thiết kế, thi công các công trình giao thông cũng như đường ô tô sau này

+ Đã nghiên cứu về hệ số giãn nở nhiệt của BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite

+ Thông qua thực nghiệm tác giả xác định được biến dạng và hệ số giãn nở nhiệt của bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite và bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi theo các ngày tuổi bằng máy đo biến dạng SDA – 830B cụ thể như sau:

- Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn nở nhiệt bằng 11,1925; 11,2248; 11,2200; 11,1819 (10-6/0C )

- Bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn

nở nhiệt bằng 7,4791; 7,3830; 7,3996; 7,4132(10-6/0C )

+ Luận án đã tính toán tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite và cốt liệu đá vôi với các ích thước dự kiến là 4m x 3,5m x 0,25m, ích thước 4,5m x 3,5m x 0,25m, theo quyết định QĐ3230[5] của Bộ Giao thông vận tải

- Kết quả tính toán cho thấy các tấm BTXM đều đạt yêu cầu về cường độ, ứng suất nhiệt, ứng suất gây mỏi

- Khi thiết kế cùng thành phần thì bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đã tăng đồng thời cường độ và ứng suất nhiệt so với bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi Trong

đó cường độ chịu éo tăng 1,1% còn ứng suất nhiệt lớn nhất tăng 33,59%

- Do các yếu tố trên nên mặt đường bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có nguy cơ sảy ra nứt trên mặt tấm cao hơn mặt đường bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi,

tỷ lệ chênh lệch gây nứt của bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite cao hơn bê tông

sử dụng cốt liệu đá vôi là 5,41%

- Kích thước chiều dài của tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite nên chọn nhỏ hơn ích thước chiều dài tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá vôi Kích thước chiều dài của tấm bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite nên chọn bằng 3,8m

+ Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đáp ứng được các yêu cầu về cường

độ, hiệu quả kinh tế tốt do giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite rẻ hơn so với giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM ĐƯỜNG VÀ SỬ

DỤNG ĐÁ QUARTZITE TRONG BÊ TÔNG 1.1 Lịch sử phát triển của kết cấu mặt đường BTXM

Theo các tài liệu [26], [28] bê tông là một trong các loại vật liệu xây dựng được sử dụng với hối lượng lớn và hông thể thiếu trong xây dựng hiện đại Trong giai đoạn đầu tiên ết cấu bê tông được chế tạo dưới dạng bản, dầm, cột đơn giản, giá thành xây dựng vẫn còn cao, từ cuối thế ỷ XIX nhu cầu sử dụng

bê tông xi măng càng cao do sự phát triển của công nghiệp

Do yêu cầu cao trong các điều iện hắc nghiệt nên từ lâu mặt đường bằng

bê tông xi măng hông cốt thép đã được sử dụng nhiều ở các nước Ở Anh từ năm 1872 đã làm mặt đường bê tông xi măng ở 3 phố tại Êđibua Ở Mỹ được làm mặt đường BTXM đầu tiên vào năm 1892, nhưng đến 1925-1930 mới phát triển phổ biến, hiện nay chiếm hoảng 9% Ở Nga làm mặt đường BTXM vào năm 1913 Ở Đức hàng năm có hoảng 17 triệu m2

đường BTXM được sử dụng,

đa phần là bê tông xi măng chất lượng cao, chiếm hoảng 25% đường cao tốc Ở Trung Quốc mới chỉ từ năm 1950 đưa vào sử dụng mặt đường BTXM, mà đến những năm 1970 đã sử dụng phổ biến, mặt đường BTXM chiếm 60% đường cao tốc Ở Việt Nam đầu tiên được sử dụng là mặt đường Hùng Vương vào năm

1975, sau đó có nhiều dự án Quốc lộ 2, quốc lộ 18, Quốc lội 1A, đường Hồ Chí Minh giai đoạn 1 hoảng 400km

Theo các tài liệu [17], [20], mặt đường BTXM là loại mặt đường cứng, cấp cao thường được dùng làm mặt đường trong sân bay và trên các trục đường ô tô

có nhiều xe tải nặng, áp suất bánh xe lên mặt đường từ 5 đến 7 Pa, mật độ xe lớn và tốc độ xe chạy cao

Theo các tài liệu [16], [18], [27] mặt đường BTXM gồm có mặt đường BTXM thông thường, mặt đường BTXM cốt thép có he nối, mặt đường BTXM lưới thép, mặt đường BTXM lưới thép liên tục

Mặt đường bê tông xi măng ở Việt Nam hiện nay cũng đã có nhiều hư hỏng như nứt vỡ tấm, vỡ cả cốt liệu, trong đó có nguyên nhân do sử dụng cốt

liệu chất lượng chưa đảm bảo Vì vậy việc sử dụng cốt liệu chất lượng cao để cải thiện chất lượng bê tông xi măng mặt đường là cần thiết

1.2 Khái quát chung về bê tông xi măng

Theo các tài liệu [1], [21], [22], [23], [24] bê tông xi măng là loại vật liệu

đá nhân tạo nhận được sau khi làm rắn chắc hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông

có thành phần được lựa chọn hợp lý gồm xi măng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia

Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực để tăng cường các đặc tính cơ học cho bê tông, đồng thời giảm giá thành cho bê tông Hỗn hợp

xi măng và nước bao bọc xung quanh hạt cốt liệu đóng vai trò là chất dính kết liên kết các hạt cốt liệu, đồng thời lấp đầy các khoảng trống giữa các cốt liệu

Bê tông là vật liệu chính được sử dụng để xây dựng các công trình xây dựng, công trình giao thông, thuỷ lợi

Bê tông có cốt thép gọi là bê tông cốt thép Khi sử dụng cốt thép dự ứng lực trong bê tông thì gọi là bê tông dự ứng lực Cốt thép dự ứng lực cải thiện trạng thái ứng suất trong kết cấu bê tông

Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 70 - 75%, còn xi măng và các thành phần khác chiếm 30 - 25% thể tích của khối bê tông đã đóng rắn

Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì có những ưu điểm như: cường độ cao; có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành hợp lý; bền vững và ổn định đối với nước, nhiệt độ, độ ẩm Tuy vậy, bê tông khá nặng và cách âm, cách nhiệt kém

Yêu cầu cơ bản của bê tông là phải đạt được độ dẻo để dễ thi công; đạt cường độ ở tuổi quy định hoặc đạt các yêu cầu hác như độ chống thấm, ổn định với môi trường và độ tin cậy hi hai thác, giá thành hông quá đắt

Với các loại bê tông đặc biệt phải tuân theo các quy định riêng, như cường

độ rất cao, rắn chắc nhanh, rất nhẹ, chống thấm cao hoặc dễ thi công

Bê tông có nhiều loại, theo từng yêu cầu có các loại sau:

Theo cường độ (mẫu trụ đường kính 150 mm, chiều cao 300 mm, tuổi 28 ngày) có:

Bê tông thường, cường độ từ 15 - 60 MPa

Bê tông cường độ cao, cường độ nén từ 60 – 100 MPa

Bê tông cường độ rất cao, cường độ nén từ 100 – 200 MPa

Trong xây dựng cầu đường thường sử dụng bê tông có cường độ khoảng

Theo phạm vi sử dụng: Bê tông thường được dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn ); bê tông thuỷ công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước ; bê tông mặt đường, sân bay; bê tông kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ); bê tông đặc biệt: Bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ

1.3 Cấu trúc của bê tông xi măng

1.3.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông

Sau khi trộn và đầm nén, các cấu trúc con của hỗn hợp bê tông được sắp xếp lại, cùng với sự thuỷ hoá của xi măng cấu trúc của bê tông được hình thành Giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thành cấu trúc Các sản phẩm mới được hình thành do xi măng thuỷ hoá dần dần tăng lên, đến một lúc nào đó chúng tách ra khỏi dung dịch quá bão hoà Số lượng sản phẩm mới tách ra tăng lên đến một mức nào đó thì cấu trúc keo tự chuyển sang cấu trúc tinh thể, làm cho cường độ của bê tông tăng lên Sự hình thành cấu trúc tinh thể sẽ sinh ra hai hiện tượng ngược nhau: tăng cường độ và hình thành nội ứng suất trong mạng lưới tinh thể

Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ ban đầu của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, loại xi măng và loại phụ gia Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ nước/xi măng hông lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn Việc dùng xi măng và phụ gia hợp lý sẽ rút ngắn giai đoạn hình thành cấu trúc [21], [22], [23], [24]

1.3.2 Cấu trúc vĩ mô, cấu trúc vi mô và cấu trúc nano

1.3.2.1 Cấu trúc vĩ mô

Bê tông có cấu trúc vĩ mô phức tạp Trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê

tông đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu Vcl , thể tích hồ xi măng Vx và thể tích lỗ rỗng khí Vk:

hỗn hợp bê tông đã lèn chặt

1.3.2.2 Cấu trúc vi mô của bê tông

Cấu trúc vi mô của bê tông đặc trưng bằng cấu trúc của cốt liệu, cấu trúc hồ

xi măng và cấu trúc vùng tiếp giáp giữa cốt liệu với hồ xi măng và các lỗ rỗng

Có thể coi cấu trúc của bê tông bao gồm nhiều cấu trúc con

Cấu trúc của đá xi măng:

Khi gặp nước các hạt xi măng tạo màng kết dính Màng liên kết xi nước bao quanh hạt cốt liệu nhỏ tạo ra hồ kết dính (hồ xi măng) Phản ứng thủy hoá xi măng tạo ra cấu trúc keo và kết tinh Trong cấu trúc của đá xi măng còn

măng-có những hạt xi măng han Ở giữa các hạt xi măng đã thuỷ hoá là lỗ rỗng măng-có chứa nước Nước nhào trộn một phần nhỏ dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần dùng để tạo thành cấu trúc của đá xi măng, còn một phần lớn bị cốt liệu hút vào Vì vậy, hỗn hợp bê tông sau hi đổ khuôn có thể xảy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần đá xi măng

Cấu trúc vùng tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng

Ở vùng tiếp giáp giữa đá xi măng và cốt liệu tồn tại các lớp hồ xi măng dính bám vào bề mặt cốt liệu, các vùng chứa nước do sự tách nước bên trong của hồ xi măng, các lỗ rỗng do nước bốc hơi và các phần tử Ca(OH)2 tự do Trong bê tông thường vùng này là vùng yếu nhất trong cấu trúc Vết nứt co ngót

ở bên trong sẽ phát triển men theo vùng dính kết giữa đá xi măng và hạt cốt liệu Các vết nứt phát triển gặp cốt liệu sẽ chậm phát triển và không xuyên qua hạt cốt liệu

1.4 Quy định về tính năng của bê tông xi măng làm đường

1.4.1 Quy định về cốt liệu chế tạo bê tông xi măng

mm đối với cuội sỏi, không nên lớn hơn 25 mm đối với sỏi cuội nghiền, không được lớn hơn 37,5 mm đối với đá dăm

c Cốt liệu nhỏ (cát)

Cốt liệu nhỏ (cát) phải nghiền từ đá cứng, sạch hoặc dùng cát sông sạch hoặc cát trộn từ hai loại đó Cát có thành phần hợp lý, mô đun độ lớn trong phạm vi 2,2 - 3,5 [4]

d Yêu cầu về nước

Nước dùng để chế tạo bê tông xi măng hông lẫn dầu mỡ, các tạp chất hữu

cơ, độ pH ≥ 4; hàm lượng muối ≤ 0,005 mg/mm3 và hàm lượng ion SO4≤ 0,0027 mg/mm3

1.4.2 Quy định về tính năng của bê tông xi măng làm đường

Theo tài liệu [4] các chỉ tiêu cơ lý của bê tông và độ sụt của hỗn hợp BTXM được quy định theo quyết định QĐ1951 của Bộ GTVT: Quy định tạm thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM trong xây dựng công

trình giao thông được trích dẫn theo Bảng 1.1 dưới đây

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông và độ sụt của hỗn hợp BTXM làm

đường

Các chỉ tiêu cơ lý

Công nghệ ván huôn trượt(tốc

độ rải từ 0.5 đến 2.0 m/phút)

Ván khuôn cố định

Phương pháp thử

Công nghệ ván

khuôn ray và các

công nghệ thi công liên hợp

khác

Công nghê thi công đơn giản

4,5 với mặt đường BTXM đường ô tô cấp III trở xuống

0.6 với mặt đường BTXM đường ô tô cấp IV trở xuống

TCVN 3114:1993

3106:1993 Bình luận:

- Tất cả các mẫu thí nghiệm phải đạt yêu cầu nêu ở Bảng 1.1

- Tuy không có yêu cầu về cường độ nén thiết kế nhưng trong thi công vẫn phải chế tạo mẫu nén và thí nghiệm cường độ nén mẫu theo tuổi để phục vụ các

yêu cầu về bảo dưỡng tháo dỡ ván khuôn, cắt khe bê tông

Cường độ kéo uốn trung bình của bê tông chế thử trong phòng thí nghiệm khi thiết kế thành phần bê tông ít nhất phải cao hơn cường độ thiết kế yêu cầu 1,15 đến 1,20 lần (Với mặt đường cao tốc, đường cấp I, II phải áp dụng với hệ

số 1,20, còn với mặt đường cấp khác áp dụng hệ số 1,15)

Cường độ trung bình khi chế thử trong phòng là cường độ trung bình ở tuổi mẫu 28 ngày của 6 mẫu thử tương ứng với thành phần bê tông được lựa chọn khi thiết kế

Tuy không có yêu cầu về cường độ nén thiết kế nhưng trong thi công vẫn phải chế bị mẫu nén và thí nghiệm cường độ nén mẫu theo tuổi

1.5 Khái quát về các phương pháp thiết kế thành phần BTXM

1.5.1 Phương pháp thiết ế thành phần BTXM theo ACI 211.1.91

Theo tài liệu [34] phương pháp này sử dụng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Lý thuyết cơ bản là lý thuyết về thể tích tuyệt đối Bê tông được thiết kế

ở trạng thái hoàn toàn đặc, tổng thể tích của bê tông bao gồm các thể tích đặc riêng rẽ của các vật liệu thành phần và thể tích không khí Thực nghiệm bằng các phép thử về cường độ và độ sụt Đánh giá thử nghiệm sử dụng lý thuyết xác suất thống ê trên cơ sở các phân phối chuẩn

1.5.1.1 Chọn độ sụt và cường độ bê tông cần thiết

a Chọn độ sụt

Độ sụt sử dụng được quyết định bởi tính chất của bê tông, tính chất của kết cấu và điều kiện khí hậu được xác định theo Bảng 1.2 dưới đây

Bảng 1.2 Độ sụt đề suất cho các loại công trình xây dựng

Loại công trình xây dựng

Độ sụt, mm Tối đa Tối thiểu Tường và chân móng bê tông có cốt thép 75 25

Với k = 1,64

1.5.1.2 Lựa chọn ích thước tối đa của cốt liệu

Về mặt kết cấu ích thước tối đa của cốt liệu lớn hông nên vượt quá 1/5 ích thước hẹp nhất giữa các bề mặt của khối lập phương, hoặc 1/3 chiều sâu của các tấm, cũng như hông vượt quá 3/4 khe hở nhỏ nhất giữa các thanh tăng cứng, các bó thanh, thanh thép ứng suất trước

Khi chọn đường kính lớn nhất của cốt liệu (D) càng nhỏ thì tăng độ đồng nhất của bê tông, năng lượng nhào trộn nhỏ nhất và đạt được cường độ cao hơn hơn hi dùng cốt liệu có đường kính D lớn hơn

1.5.1.3 Xác định khối lượng nước và hàm lượng không khí

Khối lượng nước trên một đơn vị thể tích bê tông được xác định phụ thuộc

và ích thước tối đa Dmax, hình dáng hạt, cấp, loại đá, lượng xi măng và phụ gia giảm nước cần thiết Nếu phụ gia siêu dẻo (PGSD) được sử dụng thì hàm lượng trong hỗn hợp trộn này được dùng để tính toán tỷ lệ N/CKD, N/X

Độ dẻo gốc của bê tông (nhỏ nhất độ sụt gốc bằng 2,5cm; cao nhất độ sụt gốc bằng 7,5cm) Khi cần có độ sụt lớn hơn từ 15-20cm cần có những thiết kế thực nghiệm để xác định hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo hoặc không cần tăng lượng nước mà phải sử dụng chất siêu dẻo tăng độ sụt Lượng nước và hàm lượng bọt khí được xác định theo Bảng 1.3 dưới đây

Bảng 1.3 Lượng nước nhào trộn sơ bộ và hàm lượng bọt khí yêu cầu cho độ sụt

và Dmax cốt liệu khác nhau Lượng nước yêu cầu của bê tông với các kích thước Dmax của cốt liệu, Kg/m3

Bê tông cuốn khí

bình

Mức độ tác động mạnh 7.5 7.0 6.0 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0

1.5.1.4 Lựa chọn tỷ lệ N/CKD

Việc lựa chọn tỷ lệ N/CKD được xác định theo Bảng 1.4 dưới đây

Bảng 1.4 Quan hệ giữa tỷ lệ nước-xi măng và cường độ chịu nén của bê tông Cường độ chịu nén ở

28 ngày, MPa

Tỷ lệ nước-xi măng theo hối lượng

Bê tông không cuốn khí Bê tông cuốn khí

Khối lượng xi măng hợp lý được dùng ở các hỗn hợp bê tông được xác định thông qua các mẻ trộn thử nghiệm

1.5.1.6 Xác định thành phần cốt liệu lớn (đá)

Trong quá trình định thành phần bê tông, cốt liệu được xem là rất quan trọng, vì nó chiếm thể tích lớn nhất so với bất kỳ một thành phần nào khác trong

bê tông (thường vào khoảng 65-75%)

Số lượng và kích thước tối đa của cốt liệu lớn hi được sử dụng với một loại cát sẽ phụ thuộc rất lớn vào các tính chất của cát Đặc biệt nó sẽ phụ thuộc vào mô đun độ lớn của cát

Hàm lượng tối ưu của cốt liệu lớn phụ thuộc vào các đặc tính cường độ của chính nó và phụ thuộc vào ích thước tối đa của cốt liệu lớn Hàm lượng cốt liệu lớn tối ưu huyên dùng được cho trong Bảng 1.5 và được chọn tùy thuộc vào ích thước tối đa của cốt liệu lớn (đá)

Bảng 1.5 Thể tích của cốt liệu lớn trong một đơn vị thể tích bê tông

cát để bù lại tổn thất về thể tích do giảm nước trong hỗn hợp

Có thể sử dụng PGSD vào các hỗn hợp hiện có, mà không cần điều chỉnh

các tỷ lệ pha trộn để cải thiện khả năng làm việc của bê tông đó

Liều lượng phụ gia xác định thông qua các khuyến cáo của nhà sản xuất và các thí nghiệm Lượng chất phụ gia siêu dẻo thông thường từ (0,5-3lit)/100kg xi măng tùy theo yêu cầu về độ sụt và đặc tính của kết cấu Khi sử dụng các phụ gia giảm nước thông thường thì lượng nước có thể giảm từ 5-10% Khối lượng của các phụ gia giảm nước này thường từ (0.5-2lit)/100kg xi măng tùy theo yêu

cầu về tính công tác và đặc tính kết cấu

1.5.1.8 Cốt liệu nh – hàm lượng cát

Hàm lượng cốt liệu nhỏ thấp hơn so với hàm lượng cốt liệu lớn có thể làm giảm yêu cầu về hồ xi măng thường kinh tế hơn Tuy nhiên, nếu tỷ lệ cát quá thấp thì sẽ gặp hó hăn về tính công tác của bê tông nhất là việc hoàn thiện bê tông Ta có thể xác định hàm lượng cốt liệu nhỏ theo 2 cách đó là trên

cơ sở khối lượng thể tích sơ bộ của hỗn hợp bê tông ban đầu như Bảng 1.6 dưới đây Với cách này hàm lượng cốt liệu nhỏ bằng khối lượng thể tích sơ bộ của hỗn hợp bê tông ban đầu trừ đi hàm lượng các thành phần đã tính

Bảng 1.6 Khối lượng thể tích sơ bộ của hỗn hợp bê tông ban đầu

X N V V V

trong đó: c - khối lƣợng riêng trung bình của cát

x - khối lƣợng riêng của xi măng

N  AR  (1.10)

Nếu tỷ lệ X/N >2,5 thì:

' 0,5

YC X

A

R X

N  R  (1.11)

- X là lượng xi măng cho 1m3 bê tông, tính bằng kilogam

- N là lượng nước cho 1m3 bê tông, tính bằng lít

- A, A' là hệ số phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu lấy theo Bảng 1.8

- RYC là cường độ thiết kế chịu nén của bê tông tuổi 28 ngày lấy theo xác suất 95%, tính bằng công thức RYC=Rn+1.64*S, daN/cm2

Với Rn là cường độ chịu nén của bê tông, S là độ lệch chuẩn

- Rx là cường độ xi măng tuổi 28 ngày, tính bằng daN/cm2

- Khi cốt liệu lớn là sỏi thì hệ số A cần giảm 0,04

- Bảng trên ứng với tỷ lệ cát trên cốt liệu = 0,38-0,41 Nếu tăng tỷ lệ hoặc giảm tỷ lệ này cần giảm hoặc tăng hệ số A là 0,03

Hệ số A trong bảng tương ứng với cường độ bê tông mẫu lập phương cạnh 15cm và cường độ nén tuổi 28 ngày ở điều kiện chuẩn

Trong đó: ρX, ρC, ρĐ, ρN: Khối lượng riêng của xi măng, cát, đá, nước

X, C, Đ, N: Khối lượng của xi măng, cát, đá, nước (Kg)

rd: Độ rỗng của cốt liệu lớn α: Hệ số trượt (hệ số dư vữa) Bước 7: Xác định lượng phụ gia siêu dẻo Sika SP 1000

Lượng phụ gia siêu dẻo được dùng bằng 1% xi măng: SD = 0,01*X (1.15)

1.5.3 Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông xi măng làm đường, tính toán tỷ lệ N/X

Theo tài liệu [30] các chỉ tiêu đầu ra dùng để đánh giá đối tượng thường được gọi là các hàm mục tiêu Áp dụng quy hoạch thực nghiệm để tính toán dựa trên ế hoạch thực nghiệm hoa học để lựa chọn thành phần BTXM nhằm thỏa mãn 2 hàm

mục tiêu là: Cường độ chịu nén và cường độ chịu éo uốn của BTXM

Bằng quy hoạch thực nghiệm tác giả sẽ tìm ra được phương trình hồi quy

mô tả mối quan hệ giữa các hàm mục tiêu: cường độ chịu nén, cường độ chịu

éo uốn với các yếu tố ảnh hưởng như: Tỷ lệ D/C, tỷ lệ X/N, từ đó tính toán tỷ

Nghiên cứu ở Việt Nam cho thấy đá quartzite thường gặp nhiều ở các tỉnh Phú Thọ, Lào Cai, Thanh Hóa, Lạng Sơn…Đá thường có màu vàng, trắng, hồng nhạt hoặc xám Đá quartzite được nghiên cứu, khai thác và sử dụng trong luận án được lấy từ mỏ đá ở Thanh Sơn, Phú Thọ Để có thể hiểu rõ về mỏ đá quartzite ở Thanh Sơn, Phú Thọ tác giả tiến hành nghiên cứu một số đặc điểm

về mỏ đá như dưới đây

Mỏ quartzite Đồn Vàng nằm trên địa bàn xã Thục Luyện, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ Mỏ quartzite được nhà nước cho phép xí nghiệp Liên hợp Gang thép Thái Nguyên( nay là Công ty CP Gang thép Thái Nguyên ) khai thác phục vụ công nghệ luyện kim của công ty theo giấy phép khai thác số 140/ĐC ngày 13/6/1963 Quặng quartzite là nguyên liệu phục vụ trong dây chuyền luyện kim, sản xuất phân lân nung chảy của nhà máy Supe Phốt phát Lâm Thao, vật liệu xây dựng [2] Hình ảnh về mỏ đá được minh họa như Hình 1.1 dưới đây

Hình1.1 Hình ảnh về mỏ đá

1.6.1 Đặc điểm địa lý, địa hình

+ Vị trí địa lý: Mỏ quartzite Đồn Vàng, xã Thục Luyện, huyện Thanh Sơn,

tỉnh Phú Thọ nằm sát tỉnh lộ 316 cạnh sông Bứa Khu mỏ có vị trí địa lý như sau: - Phía Bắc giáp với thị trấn Thanh Sơn

- Phía Nam giáp xã Cự Thắng, Tất Thắng

- Phía Đông giáp xã Giáp Lai, Thạch Khoán

- Phía Tây giáp xã Võ Miếu

+ Đặc điểm địa hình: Khu mỏ thuộc huyện Thanh Sơn, địa hình khu mỏ

gồm những quả đồi, đỉnh cao nhất 150m, sườn phía Đông dốc đứng, sườn phía Tây thoải Đỉnh nhọn và kéo dài về phía Nam Phía Bắc khu mỏ được xây dựng bãi chế biến và đặt trạm biến áp, diện tích 0,35ha; phía Nam khu mỏ là mặt bằng

đã hai thác diện tích 5,0ha; kho vật liệu nổ (trong thung lũng) diện tích 3,0ha Diện tích còn lại là rừng bạch đàn 6 – 7 năm tuổi

+ Tọa độ diện tích hu thăm dò

Diện tích khu mỏ: Khu vực khai thác có tổng diện tích 7,89 ha, được khống chế bởi các điểm góc khép từ 1 đến 11 có tọa độ xác định trên bản đồ như Bảng 1.9

Bảng 1.9 Tọa độ hu thăm dò diện tích

Điểm khép góc Hệ tọa độ VN2000 KTT 105 0 00’ múi chiếu 6 0

Sông Bứa chảy qua phía Tây Bắc hu mỏ Suối Giòng nằm ở sườn phía

về địa chất và hoáng sản theo hướng hiện đại chỉ được tiến hành vào đầu những

năm 60 với tỷ lệ bản đồ 1/500.000

Công tác nghiên cứu trong giai đoạn trước chưa được đầy đủ, phạm vi tìm kiếm, hảo sát hẹp và nông Công trình sử dụng là hố và giếng cạn chưa đào qua được tầng quartzite phong hóa Công tác lấy mẫu còn sơ sài, mẫu lấy gián đoạn

và chỉ xác định thành phần hóa học

Các quá trình nghiên cứu tìm iếm quartzite ở hu vực trước năm 1965 chỉ

là tìm iếm sơ bộ, chưa có công trình hoan, hai đào xuyên qua tầng phong hóa

và đá gốc Trong quá trình này việc tìm iếm đã sử dụng hố, hào, giếng cạn để

bóc lớp phủ, xác định danh giới trên mặt

Ngày nay do nhu cầu thị trường về nguồn vật liệu để sản xuất gạch chịu lửa, gạch ốp, vật liệu xây dựng nên đã được nhiều nhà địa chất trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu Việc đo vẽ địa chất điều tra hoáng sản ở bản đổ địa chất tỷ lệ 1/200.000 do đoàn địa chất 20A, Liên đoàn bản đồ địa chất tiến hành

trong những năm 1964-1967 do Phạm Đình Long phụ trách

- Tháng 6 năm 1960 Tổng cục Địa chất chỉ thị cho đội tìm iếm lưu động phối hợp với tổ đôlômit - quartzite hảo sát đánh giá trữ lượng cho mỏ quartzite

Đồn Vàng, Thanh Sơn, Phú Thọ

- Tháng 4 năm 1965 đoàn 29 lập phương án tìm iếm quartzite tại mỏ Thục

Luyện, Thanh Sơn, Phú Thọ, tỷ lệ 1/10.000 và bắt đầu thi công năm 1969

b Đặc điểm địa chất khoáng sản

Cấu trúc địa chất hu Thục Luyện tương đối đơn giản Theo tờ bản đồ tỷ

lệ 1/2000 thành lập năm 1976 thì đá ở đây gồm: Đá phiến thạch anh mica và

quartzite được sắp xếp từ dưới lên như sau:

+ Đá phiến thạch anh mica

Lộ ra thành giải ở phía Đông éo dài từ Bắc xuống Nam có xen ẹp với quartzite Đá phiến có màu nâu vàng đến tím nhạt cấu tạo phân phiến, chiều dày

từ 100 - 300m

+ Đá quartzite

Nằm hớp đều lên đá phiến là tầng đá quartzite éo dài từ Bắc xuống Nam

Chiều dày của tầng này hoảng 150 - 200m

Dựa theo đặc điểm trên, chia tầng đá quartzite này thành 3 vỉa, phân bố từ

dưới lên là vỉa 1, 2, 3

- Vỉa 1: Nằm hớp đều lên tầng đá phiến thạch anh mica Quartzite màu

+ Quartzite rắn chắc dưới lớp vỏ phong hoá

Đá há rắn chắc, ổn định Thành phần hoá học và đặc tính cơ lý của các vỉa như trong Bảng 1.11 dưới đây

Bảng 1.11 Thành phần hoá học và đặc tính cơ lý của đá quartzite ở các vỉa

(%)

A1203 (%)

Tỷ lệ hút nước (%)

Nhiệt độ chịu lửa

+ Lựa chọn đá quartzite để nghiên cứu

Mục tiêu của luận án là sử dụng vật liệu đá quartzite để làm cốt liệu cho

bê tông xi măng làm đường ô tô Vật liệu đá quartzite rắn chắc mà tác giả đề cập tới có các chỉ tiêu cơ lý thỏa mãn các yêu cầu của QĐ1951[4] (đã được xác định

ở Chương 2) nên tác giả nghiên cứu sử dụng quartzite rắn chắc thay thế hoàn toàn cốt liệu lớn cho bê tông xi măng làm đường, cốt liệu nhỏ là cát quartzite rắn chắc Đối với đá quartzite phong hóa thông thường các mỏ hông sử dụng làm cốt liệu Đá quartzite phong hóa được sử dụng làm cấp phối có gia cố xi măng hoặc vôi để làm móng đường Trong tương lai và định hướng sau này sẽ tiếp tục nghiên cứu về vật liệu đá quartzite phong hóa, có thể dùng vật liệu đá quartzite phong hóa trong các lớp móng đường Như vậy từ giờ trở đi đá quartzite mà tác giả sử dụng và viết trong luận án thì có thể hiểu là đá quartzite rắn chắc

1.7 Các nghiên cứu về đá quartzite và bê tông xi măng mặt đường sử dụng đá quartzite

1.7.1 Các nghiên cứu về đá quartzite và bê tông xi măng mặt đường

sử dụng đá quartzite trên thế giới

Theo tài liệu [39]: Đá quartzite là đá biến chất từ sa thạch silic với các hạt

thạch anh được kết tinh lại gắn kết với nhau Đá có màu trắng hoặc do có lẫn tạp chất nên có màu hồng, màu tím, màu xẫm Đá chịu phong hóa tốt (bền) Đá

có cường độ cao, đá cứng nên hó gia công Đá được dùng cho lớp ốp ngoài của công trình nhà, dùng làm đá hộc và đá dăm Đá được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất cấu kiện chịu lửa

Bê tông xi măng mặt đường sử dụng đá quartzite là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được sau khi làm rắn chắc hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông có thành phần gồm: xi măng, nước, cốt liệu lớn đá quartzite, cốt liệu nhỏ cát quartzite Một số tính chất quan trọng của bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite là cường độ chịu nén, cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi Cường độ là yêu cầu chính đối với bê tông xi măng và thiết kế thành phần bê tông xi măng thường dựa trên tính chất này

Ta thấy bê tông xi măng sử dụng đá quartzite có đặc điểm cấu tạo giống bê tông xi măng sử dụng đá vôi thông thường chỉ khác về cốt liệu Trong quá trình nghiên cứu cần xem xét đánh giá về các đặc tính cốt liệu và các tính chất cơ lý

cơ bản của bê tông

Theo K Kavitha [51] sự gia tăng trong các hoạt động xây dựng đã dẫn đến

sự gia tăng nhu cầu đối với các nguyên liệu hác nhau được sử dụng trong bê tông, đặc biệt là cát sông được sử dụng làm cốt liệu mịn Do quá trình hai thác tăng lên, cát sông trở nên han hiếm và đắt đỏ Để giảm chi phí cho sản xuất bê tông cần tìm vật liệu thay thế cho cát là cốt liệu mịn trong sản xuất bê tông Nghiên cứu này được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng của đá quartzite thay thế cho cốt liệu mịn trong bê tông loại mác 30 (M30) Cốt liệu mịn đã được thay thế bằng sáu phần trăm hác nhau (0%, 10%, 20%, 30%, 50% và 100%) đá quartzite theo trọng lượng Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được tiến hành và hiệu quả của bê tông đá quartzite được xác định bởi các thử nghiệm về

hả năng làm việc, tỉ trọng hối và cường độ chịu nén Nghiên cứu này đưa ra các ết luận sau:

+ Khi phần trăm thay thế cát quartzite tăng, hả năng làm việc của bê tông

sẽ giảm Điều này là do lượng nước hấp thụ cao hơn bởi các hạt mịn Do đó, cát quartzite đã ảnh hưởng tích cực đến hả năng làm việc của bê tông

+ Cường độ chịu nén tối đa của bê tông cát quartzite sau 7 ngày và 28 ngày lần lượt là 37(N/mm2

) và 56,58(N/mm2) cho thấy sự phát triển cường độ ban đầu ít hơn trong 7 ngày và tăng cường độ nén hơn nữa trong 28 ngày

+ Để thay thế 100% cốt liệu mịn bằng cát quartzite cho thấy cường độ chịu nén tăng 14,02% vào 7 ngày và tăng 18,86% cường độ nén trong 28 ngày

+ Cát quartzite được sử dụng để thay thế cốt liệu mịn có tỉ trọng hối nhỏ

và trọng lượng riêng thấp hơn cát sông tự nhiên Do đó trọng lượng của bê tông

Theo Simma Ravi Kiran [62] bê tông là vật liệu phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng cơ sở hạ tầng Cốt liệu thô là thành phần chính của

bê tông, chiếm hoảng 60 đến 70% về hối lượng bê tông Chi phí về cốt liệu thô đang tăng lên từng ngày do vật liệu ngày càng hạn chế và nhu cầu sử dụng lớn Trong nghiên cứu này đá quartzite được sử dụng làm vật liệu thay thế cho cốt liệu thô và nghiên cứu các tính chất cơ học và các đặc tính ỹ thuật hác nhau Các nghiên cứu thực nghiệm đã được thực hiện trên bê tông xi măng bằng cách thay thế cốt liệu thô lên đến 100% Thiết ế hỗn hợp và phương pháp thử được tuân theo Cục Tiêu chuẩn Ấn Độ Bê tông làm bằng đá quartzite cho cường độ chịu nén tốt và cho thấy hiệu suất cao hơn trong 7, 28 và 90 ngày so với bê tông thông thường Nhìn chung, hiệu suất của đá quartzite há tốt hi ở các điều iện thời tiết hác nhau và có thể được thay thế như cốt liệu thô trong

bê tông

Theo Mark Adom [53] ở Ghana, đá quartzite là hối đá tạo thành những ngọn núi, ở địa phương gọi là dãy Akwapim cắt ngang một phần của hu vực phía đông và kéo dài vào hu vực Volta Khối đá này tạo thành một phần địa chất hu vực được gọi là Sê-ri Togo Đá quartzite là loại đá giàu thạch anh, hông có nguồn gốc từ sự biến chất của sa thạch thạch anh Đá có ánh thủy tinh

và màu sắc của nó có thể thay đổi từ màu trắng sang đen, em, hồng, đỏ và xám, mặc dù trong hầu hết các trường hợp, đá quartzite có màu sáng với ết cấu đường phản ánh các hạt thạch anh Ở trạng thái phong hóa, đá quartzite có thể có màu ánh xỉn và màu nâu đỏ Việc sử dụng đá quartzite để thay thế đá granite thô

có thể là đúng hướng để bảo tồn tài nguyên thiên nhiên của cốt liệu thô thông thường bao gồm đá granite và sa thạch Kết quả của nghiên cứu này cho thấy: + Có sự hác biệt rõ rệt về phẩm chất giữa các vật liệu

+ Đá quartzite không phong hóa thể hiện đặc tính chất lượng vượt trội so với các lớp đá phong hóa nhưng về cơ bản giống như các lớp của cốt liệu đá granite

+ Cốt liệu đá quartzite phong hóa có thể được sử dụng làm vật liệu dự phòng trong một số trường hợp hông có sẵn các vật liệu chất lượng tốt hơn + Bê tông được sản xuất từ đá quartzite phong hóa có tính chất tương tự như bê tông granite và đạt được cường độ chịu nén trung bình 28 ngày là 86% của bê tông đá granite

Theo Abdullahi M [33] bê tông thường được sản xuất từ các loại cốt liệu hác nhau Tính chất quan trọng nhất của bê tông là cường độ chịu nén của nó Với mục đích của nghiên này, ba loại cốt liệu thô: đá quartzite, đá granite và sỏi sông đã được sử dụng Cốt liệu mịn là cát bình thường Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được tiến hành bao gồm phân tích sàng, tỉ trọng hối và trọng lượng riêng Đối với mỗi loại cốt liệu thô, bê tông được đúc để theo dõi cường

độ chịu nén tại 3, 7, 14, 21 và 28 ngày Kết quả thử nghiệm cho thấy bê tông làm

từ sỏi sông có hả năng gia công cao nhất, tiếp theo là từ đá quartzite nghiền và

từ đá granite nghiền Loại cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông thông thường Cường độ chịu nén cao nhất ở mọi ngày tuổi đạt được với bê

tông làm từ cốt liệu đá quartzite, sau đó là bê tông làm từ cốt liệu sỏi sông và bê tông làm từ cốt liệu đá granite nghiền cho thấy sự phát triển cường độ ít nhất ở mọi ngày tuổi

Theo Muhammad Tufail [55] mặc dù bê tông là vật liệu không cháy, nhưng nhiệt độ cao có ảnh hưởng đến tính chất cơ học của bê tông Nghiên cứu này nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến các tính chất cơ học của bê tông đá vôi, bê tông đá quartzite và bê tông đá granite Các mẫu từ ba hỗn hợp bê tông khác nhau với đá vôi, đá quartzite và đá granite đã được chuẩn bị sẵn Các mẫu thử đã chịu nhiệt độ từ 25 đến 6500C trong thời gian 2 giờ

Tính chất cơ học của bê tông bao gồm cường độ chịu nén và cường độ kéo uốn, mô đun đàn hồi và biến dạng Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến hả năng chống suy thoái, giãn nở nhiệt của bê tông Kết quả chỉ ra rằng bê tông làm từ cốt liệu thô granite có tính chất cơ học cao hơn ở mọi nhiệt độ, tiếp theo là bê tông đá quartzite và bê tông đá vôi

Theo NIST [56] nghiên cứu này đã mở rộng sự so sánh với các cốt liệu được lấy từ 11 mỏ đá hác nhau trên hắp nước Mỹ nhưng với sự tập trung chủ yếu ở bờ biển phía đông, và đặc biệt là trong hành lang MD –VA trong đó có

mỏ đá quartzite Bản đồ phân bố các mỏ đá ở Mỹ như Hình 1.2 dưới đây

Hình 1.2 Bản đồ phân bố các mỏ đá ở Mỹ