Luận văn nghiên cứu sử dụng đá mạt cho bê tông ứng dụng đối với các công trình bản mòng

TỔNG QUAN VỀ ĐÁ MẠT, CÁT NGHIỀN, GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG TRÌNH BẢN MÒNG

T ổng quan về đá mạt

Việt Nam chiếm 3/4 diện tích là đồi núi và cao nguyên, dẫn đến việc gia công đá xây dựng diễn ra rộng rãi từ Bắc vào Nam nhằm phục vụ cho nhu cầu ngày càng tăng của các công trình xây dựng Các sản phẩm từ khai thác đá rất đa dạng, tuy nhiên, hàng năm vẫn có một lượng lớn đá mạt bị thải ra.

Ngoài ra ở những vùng thiếu cát thiên nhiên nghiêm trọng như Sơn La, Cao

Bằng, Hà Tĩnh, Bà Rịa-Vũng Tàu và Côn Đảo sở hữu trữ lượng đá lớn, dẫn đến nguồn thải phẩm phong phú với nhiều tính chất tốt Tuy nhiên, hiện tại vẫn chưa có biện pháp hiệu quả để tận dụng nguồn tài nguyên này vào những mục đích có lợi.

Trong lu ận văn đã tiến hành khảo sát một số cơ sở khai thác đá như: Mỏ đá Bản

Khoang tại xã Chiềng Ngần và Mỏ đá Bản Bó Cón ở phường Chiềng An, thành phố Sơn La là hai cơ sở khai thác đá lớn của tỉnh Tại đây, các thải phẩm được sản xuất từ những loại đá chất lượng cao Thực trạng này cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho việc xem xét sử dụng đá mạt trong thành phần bê tông xi măng.

1.1.1 M ỏ đá Bản Khoang (xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La) Đây là mỏ đá vôi đang khai thác ở bản Khoang, xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn

La Đơn vị quản lý mỏ là doanh nghiệp tư nhân Nhất Trí Thành, trụ sở văn phòng ở tổ

14, phường Quyết Thắng, thành phố Sơn La Mỏ thuộc dãy núi đá vôi ở bản Khoang, có chi ều dài >500m, chiều rộng từ 200-300m Đỉnh núi cao trên 50m, sườn núi dốc 40-

Mỏ chủ yếu là đá vôi tái kết tinh, có màu xám xanh và kiến trúc hạt biến tinh Cấu tạo của đá vôi này được đặc trưng bởi tính chất khối, phù hợp với các nghiên cứu trong lĩnh vực địa chất.

Bảng 1.1: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD [1]

(M ỏ đá Bản Khoang, xã Chiềng Ngần, thành phố Sơn La)

Trung bình Đánh giá theo tiêu chu ẩn TCVN 1771:1986

Lo ại đá Đá vôi tái kết tinh

M ức độ phong hóa SW SW

Lượng ngậm nước tự nhiên KH/BH KH/BH

T ỷ lệ khe hở ε 0.046 0.070 0.058 Độ khe hở n (%) 4.40 6.60 5.50

Cường độ kháng ép:R ép

R ép bão hòa (KG/cm 2 ) 827.20 516.30 671.75

Cường độ kháng kéo:R kéo

R kéo bão hòa (KG/cm 2 ) 75.20 46.50 60.85

Cường độ kháng cắt khô

Lực dính kết C (KG/cm²) của các mẫu thí nghiệm tại Đại học Thủy lợi dao động từ 45.00 đến 70.00, với giá trị trung bình là 57.50 Các nghiên cứu tại Đại học Thủy lợi đã chỉ ra sự biến đổi đáng kể trong lực dính kết, điều này có thể ảnh hưởng đến các ứng dụng trong ngành xây dựng và thủy lợi.

Góc ma sát trong ϕ (độ) 39 o 20' 39 o 30' 39 o 25'

Cường độ kháng cắt bão hòa

L ực dính kết C (KG/cm 2 ) 65.00 40.00 52.50

Góc ma sát trong ϕ (độ) 39 o 05' 39 o 10' 39 o 07'

H ệ số biến mềm K m 0.95 0.88 0.92 Độ nén dập trong xi lanh I d

(%) 13.90 Đạt mác 800 Độ mài mòn Los Angeles (%) 30.10 Đạt mác Mm-

Hàm lường Sunfat và Sunfit

0B Hình 1.1: Hình ảnh về đá mạt Bản Khoang

1.1.2 M ỏ đá Bản Bó Cón (phường Chiềng An, thành phố Sơn La)

Là m ỏ đá vôi đang khai thác ở bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn

Công ty cổ phần VLXD đô thị Sơn La là đơn vị chủ quản mỏ, có trụ sở tại bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La Mỏ này nằm trong dãy núi đá vôi bản Bó, đóng góp vào ngành công nghiệp vật liệu xây dựng của khu vực.

Cón, có chi ều dài >500m, chiều rộng khoảng 200m Đỉnh núi đá khá bằng và cao trên

50m, sườn núi dốc 80-90 0 M ỏ chủ yếu là đá vôi tái kết tinh, màu xám trắng, kiến trúc h ạt biến tinh, cấu tạo khối [1]

Bảng 1.2: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu cơ lý đá VLXD [1]

(M ỏ đá Bản Bó Cón, phường Chiềng An, thành phố Sơn La)

Trung bình Đánh giá theo tiêu chu ẩn TCVN 1771:1986

Lo ại đá Đá vôi tái kết tinh

M ức độ phong hóa SW SW

Lượng ngậm nước tự nhiên KH/BH KH/BH

T ỷ lệ khe hở ε 0.050 0.046 0.05 Độ khe hở n (%) 4.80 4.40 4.60

Cường độ kháng ép:R ép

R ép bão hòa (KG/cm 2 ) 813.50 848.60 831.05

Cường độ kháng kéo:R kéo

R kéo bão hòa (KG/cm²) có các giá trị như sau: 70.70, 75.10 và 72.90 Những số liệu này được nghiên cứu và phân tích tại Đại học Thủy lợi, nơi chuyên sâu về lĩnh vực thủy lợi và các ứng dụng liên quan Các kết quả này đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ hơn về tính chất và hành vi của vật liệu trong các điều kiện khác nhau.

Cường độ kháng cắt khô

L ực dính kết C (KG/cm 2 ) 65.0 70.0 67.50

Góc ma sát trong ϕ (độ) 39 o 50' 39 o 40' 39 o 45'

Cường độ kháng cắt bão hòa

L ực dính kết C (KG/cm 2 ) 60.0 65.0 62.50

Góc ma sát trong ϕ (độ) 39 o 10' 39 o 30' 39 o 20'

1B Hình 1.2: Hì nh ảnh về đá mạt Bản Bó Cón

Cả hai mỏ đá trên mỗi dây chuyền đều sử dụng máy kẹp hàm và máy nghiền côn do Liên Xô cũ sản xuất Đá vôi có kích thước từ 0 đến 300mm được nghiền bằng máy kẹp hàm và sau đó được phân loại qua bộ phận sàng Các hạt có kích thước lớn hơn 40mm sẽ tiếp tục được nghiền bằng máy nghiền côn.

Toàn b ộ đá cát sau máy nghiền côn lại quay về sàng rung để phân loại Các cỡ hạt <

10mm được qua bộ sàng dốc tự nhiên và cát được chia ra loại 2,5 ÷5mm và < 2,5mm

Các c ỡ hạt < 10mm chiếm đến 29,8%, bao gồm:

Tỷ lệ hạt có kích thước từ 10mm trở lên đạt 14,2% tại Đại học Thủy lợi.

Như vậy cỡ hạt < 2,5mm còn chiếm tỷ lệ quá ít.

T ổng quan về cát nghiền

1.2.1 Tình hình nghiên c ứu sử dụng cát nghiền trên thế giới

Cát nhân tạo được hình thành trong quá trình gia công đá, bao gồm hai loại chính: cát công nghiệp (hay cát nghiền, cát gia công) và đá mạt (thải phẩm từ quá trình gia công đá) Mặc dù cả cát nghiền và đá mạt đều có nguồn gốc từ đá gốc, chúng lại khác nhau về thành phần hạt và hình dáng hạt.

Tại các quốc gia có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh và Pháp, cát nghiền được sản xuất với số lượng lớn, đặc biệt ở những khu vực thiếu cát tự nhiên Hầu hết các cơ sở sản xuất đá xây dựng đều có quy trình sản xuất đá nhằm tận dụng tài nguyên và bảo vệ môi trường Các quốc gia như Bồ Đào Nha, Anh và Pháp cũng đang chú trọng đến việc này.

Italia và Vênêxuêla đã trở thành nguồn cung cấp cát nghiền chính thay thế cho cát tự nhiên trong sản xuất bê tông Tại Bồ Đào Nha, hiện có 75 cơ sở sản xuất cát nghiền với tổng công suất đáng kể.

800.000 T/năm, ở Anh với tổng công suất khoảng 700.000 T/năm, ở Bắc Irland với t ổng công suất khoảng 4500.000 T.năm [27]

Trên th ế giới cát nghiền đã được dùng trong xây dựng các đập nước lớn như đập

Saguling ở Inđônêxia, đập Chonarit trên sông Lakhdar đông Manakesh, đập Jebha ở

Nigieria, đập Grand Maison ở Pháp…

Các cơ sở sản xuất cát nghiền hiện nay đã đạt mức cơ giới hóa và tự động hóa cao, loại bỏ hoàn toàn lao động thủ công Mọi hoạt động trong dây chuyền sản xuất được quản lý và kiểm soát từ phòng điều khiển Cốt liệu lớn có kích thước từ 5 đến 80mm và cốt liệu nhỏ dưới 5mm được sử dụng trong quy trình sản xuất, đảm bảo chất lượng và hiệu quả.

Cốt liệu nhỏ được sản xuất trên cùng một dây chuyền, bao gồm hai loại cỡ hạt: cỡ lớn (1,6 ÷ 5mm) và cỡ nhỏ (< 1,6mm) Tỷ lệ phối trộn giữa hai loại cỡ hạt này phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng Các dây chuyền sản xuất được trang bị hệ thống rửa cát nhằm loại bỏ lượng hạt mịn (< 0,14mm) và tạp chất bẩn, đảm bảo chất lượng cốt liệu.

(< 0,075mm) được giới hạn từ 5 ÷8%

Các ch ỉ tiêu kỹ thuật của cát nghiền được giới thiệu trên bảng 1.3

Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền

TT Các ch ỉ tiêu TCVN (1)

2 Hàm lượng Cl- (%) ≤ Không ch ứa - 0,01-0,05 -

4 Ôxyt ki ềm hòa tan từ ngu ồn khác, ngoài xi măng

Đại học Thủy Lợi là một cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo về lĩnh vực thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Trường cung cấp nhiều chương trình học đa dạng, từ cử nhân đến thạc sĩ, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, Đại học Thủy Lợi cam kết mang đến môi trường học tập chất lượng cho sinh viên Các nghiên cứu và dự án thực tiễn tại trường không chỉ giúp sinh viên phát triển kỹ năng mà còn đóng góp tích cực vào sự phát triển bền vững của ngành thủy lợi tại Việt Nam.

6 Ôxytsilic vô định hình ≤ 50mmol/l - - -

7 Độ nở (%) do phản ứng

Qua kh ảo sát các đặc tính kỹ thuật của cát nghiền có thể nhận xét chung về tiêu chu ẩn cát nghiều như sau:

- Gi ới hạn hạt 0,15 ÷5mm cho phép n ằm trong một giải rộng, vì vậy các loại đá m ạt có thể thỏa mãn yêu cầu này

Mức độ cho phép cỡ hạt mịn dưới 0,15mm trong cát nghiền là khá lớn, vì cỡ hạt này không phải là sét bụi mà là đá bị nghiền vụn Điều này phù hợp với thực tế về đá mạt tại Việt Nam.

Tiêu chuẩn của các quốc gia cho phép sử dụng hạt có kích thước nhỏ hơn 0,075mm, điều này phù hợp với thực tế về cát nghiền và đá mạt tại Việt Nam.

- Tiêu chu ẩn các nước đối với cát nghiền có quy định rõ lượng Cl - , SO 3 - ki ềm hòa tan, Silic vô định hình (TCVN quy định chung chung)

1.2.2 Tình hình nghiên c ứu sử dụng cát nghiền ở Việt Nam

Theo báo cáo quy ho ạch VLXD [21], [22], tổng nhu cầu cát vàng ở những vùng thi ếu cát vàng dùng cho bê tông, gạch không nung, năm 2000 là 700.000 m 3 và năm

2010 là 1.150.000 m 3 Riêng cho công trình th ủy điện Sơn La (với phương án cao

275m), t ổng khối lượng bê tông sử dụng là 8.986.000 m 3 , trong đó bê tông đầm lăn là

Với khối lượng cốt liệu mịn lên tới 8.145.000 m³, công trình yêu cầu nguồn cung cấp cốt liệu tại chỗ, vì việc vận chuyển khối lượng lớn này từ nơi khác là không khả thi.

Tại những vùng thiếu cát tự nhiên, nguồn cung chủ yếu là vận chuyển từ nơi khác, nhưng việc này gặp nhiều khó khăn do cát tự nhiên ngày càng khan hiếm Nếu không có biện pháp khắc phục, trong 5 năm tới, sẽ không đủ cát cho ngành xây dựng Để đối phó với tình hình này, một số địa phương như Cao Bằng, Sơn La, và Hà Giang đã bắt đầu xây dựng các trạm nghiền cát tại chỗ Cát được nghiền từ đá dăm có kích thước nhỏ hơn 60mm, với công nghệ sản xuất đơn giản, chỉ cần máy nghiền búa và có thể thêm công đoạn sàng để loại bỏ hạt lớn hơn 5mm Tuy nhiên, năng suất của máy nghiền búa còn khá thấp.

Công nghệ sản xuất và sử dụng cát nghiền cho bê tông và vữa xây dựng tại Việt Nam vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng Đề tài đầu tiên về vấn đề này được giới thiệu bởi TS Nguyễn Thanh Tùng vào năm 1998, tiếp theo là các nghiên cứu của TS Nguyễn Quang.

Năm 2002, đề tài "Nghiên cứu cát nhân tạo sử dụng trong bê tông và vữa xây dựng" đã được thực hiện, cung cấp cái nhìn toàn diện về đặc tính của cát nghiền tại Việt Nam Nghiên cứu này không chỉ đề cập đến công nghệ chế tạo cát nghiền mà còn khảo sát ứng dụng của nó trong sản xuất bê tông và vữa xi măng Dựa trên kết quả nghiên cứu, Bộ Xây dựng đã biên soạn "chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền", góp phần quan trọng vào tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

Tiêu chuẩn Nam TCXDVN 322:2004 quy định cách xác định thành phần bê tông cát nghiền, chủ yếu dựa trên phương pháp thể tích tuyệt đối Tuy nhiên, do cát nghiền có những đặc tính khác biệt so với cát vàng, nên trong quá trình tính toán cần điều chỉnh giá trị của một số hệ số.

Đá mạt, sản phẩm thải từ các xí nghiệp khai thác và gia công đá, đang tồn tại với khối lượng lớn, chiếm nhiều diện tích đất và gây ô nhiễm môi trường, nhưng vẫn chưa có nghiên cứu nào đề cập đến vấn đề này.

Nguồn nguyên liệu này, nếu được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất vữa và bê tông, sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật đáng kể Việc khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao chất lượng công trình.

Giới thiệu sơ lược về công trình Bản Mòng

H ồ chứa nước Bản Mòng nằm ở hạ lưu suối Nậm La bao gồm toàn bộ thị xã

Sơn La cũ và khu đô thị mới của thành phố Sơn La bao gồm các khu vực Chiềng Ngần, Chiềng Sinh, cùng với khu mở rộng Chiềng Ban II và Chiềng Mung Dự án này nằm trong địa giới hành chính của thành phố Sơn La, được mở rộng theo quy hoạch đã được phê duyệt cho giai đoạn 2005-2015.

Phía B ắc giáp huyện Mường La, phía Đông và Đông Nam giáp huyện Mai Sơn, phía

Tây giáp huy ện Thuận Châu Thành phố Sơn La nằm trên quốc lộ 6 Hà Nội-Điện Biên

Ph ủ cách thủ đô Hà Nội 320km

Vùng dự án có tọa độ địa lý từ 21°14' đến 21°25' vĩ độ Bắc và từ 103°52' đến 104°02' kinh độ Đông, tương ứng với tọa độ quốc gia từ 46 đến 68 và từ 82 đến 99 trên các tờ bản đồ số.

Hồ Bản Mòng, tọa lạc trên suối Nậm La, là một chi lưu của Sông Đà, cách thành phố Sơn La 7 km về phía thượng lưu Khu vực đầu mối hồ chứa có tọa độ khoảng 21°16'-21°17' vĩ độ Bắc và 103°52'-104°02' kinh độ Đông.

Tuyến đập tại đoạn suối Nậm La có dòng chảy hướng từ Tây Nam sang Đông Bắc, với độ cao lòng suối thượng lưu dao động từ +630m đến +626m Phần đáy suối sâu nhất lệch về phía bờ phải, nơi có đá gốc xen kẹp với các vùng sâu từ 5-20m, tạo thành các thác ghềnh lớn dần về phía hạ lưu.

Hồ chứa nước Bản Mòng được xây dựng nhằm mục đích phòng chống lũ quét và sạt lở từ thượng nguồn, đồng thời cung cấp nước tưới tự chảy cho nông nghiệp trên diện tích rộng lớn.

Dự án bao gồm diện tích 263ha, cung cấp nguồn nước sinh hoạt và công nghiệp với lưu lượng 27.500 m³/ngày đêm Nước được xả về hạ du trong mùa kiệt với lưu lượng 0,4 m³/s, đảm bảo môi trường sinh thái và cung cấp nước tưới cho 947ha đất nông nghiệp Ngoài ra, dự án còn kết hợp phát triển du lịch và cải thiện môi trường sinh thái Cụm công trình đầu mối dự kiến tại tuyến II bao gồm một đập dâng ngăn sông bằng bê tông trọng lực dài 162,2m với tràn xả mặt cửa van 3x5x9,25m, tràn nước dài 15m và cao trình ngưỡng tràn ∇f0 Công trình còn có hai cửa xả sâu 4x4m và cống lấy nước bằng bê tông cốt thép φ600.

647.2 và m ột cống xả hạ lưu bxh = 1.5x1.5m [1]

Hình 1.3 trình bày mặt bằng công trình Bản Mòng, thuộc trường Đại học Thủy lợi Công trình này được thiết kế nhằm phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực thủy lợi Các khu vực chức năng được bố trí hợp lý, tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên và giảng viên trong quá trình học tập và làm việc Mặt bằng công trình không chỉ đáp ứng nhu cầu sử dụng mà còn đảm bảo tính thẩm mỹ và hiệu quả trong việc sử dụng không gian.

Cắt dọc công trình Bản Mòng tại Đại học Thủy lợi là một bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu và phát triển các giải pháp kỹ thuật cho hệ thống thủy lợi Việc thực hiện cắt ngang đập tràn giúp đánh giá chính xác hiệu suất và khả năng chịu lực của công trình Đồng thời, nó cũng cung cấp thông tin cần thiết để cải thiện thiết kế và đảm bảo an toàn cho các dự án thủy lợi trong tương lai.

Hình 1.5 minh họa cắt ngang đập tràn, một cấu trúc quan trọng trong lĩnh vực thủy lợi Đập tràn đóng vai trò thiết yếu trong việc kiểm soát dòng chảy và quản lý nước, giúp đảm bảo an toàn cho các công trình thủy lợi Việc nghiên cứu và phân tích các đặc điểm của đập tràn sẽ góp phần nâng cao hiệu quả trong thiết kế và vận hành hệ thống thủy lợi.

Hình 1.6: Cắt ngang đập không tràn

VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, THÍ

Các tính ch ất của vật liệu

2.1.1 Ch ất kết dính xi măng

Hi ện nay trong xây dựng sử dụng chủ yếu 2 loại xi măng: Xi măng Pooclăng

Xi măng Pooclăng (PCB) với mác từ 30 đến 50 được sản xuất chủ yếu từ lò quay và một phần từ lò đứng Để chế tạo bê tông M20 cho công trình Bản Mòng, bài luận văn lựa chọn sử dụng xi măng Pooclăng PCB30 của Nhà máy xi măng Hoàng Thạch, kèm theo các chỉ tiêu cơ lý được trình bày trong bảng 2.1.

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng PCB30 Hoàng Thạch

TT Các ch ỉ tiêu Đơn vị K ết quả

1 Kh ối lượng riêng g/cm 3 3,1

3 Độ mịn (lượng sót trên sàng N008) % 8

Th ời gian đông kết: Bắt đầu Phút 125

5 Cường độ nén ở tuổi 28 ngày MPa 32,80

6 Cường độ uốn ở tuổi 28 ngày MPa 5,85

7 Độ ổn định thể tích mm 9

Nh ận xét: Xi măng Hoàng Thạch PCB30 đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN

2682:1999 Vi ệc sử dụng xi măng này trong bê tông là phù hợp với điều kiện Việt

2.1.2 Tro bay dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai

Tro bay là phần hạt mịn thu được từ quá trình đốt than khô dạng bột trong các thiết bị năng lượng hiện đại Khi than được đưa vào vùng nhiệt độ cao, các thành phần trong than sẽ nóng chảy và sau đó chuyển sang vùng nhiệt độ thấp hơn, nơi chúng bị đóng rắn thành các hạt hình cầu Một số khoáng chất tích tụ dưới đáy, nhưng phần lớn tro bay theo dòng khí thoát ra ngoài qua ống khói và được thu gom bởi thiết bị lọc bụi tĩnh điện Các hạt tro bay có kích thước biến đổi từ 1 đến 100 micromet, nhưng chủ yếu có kích thước nhỏ hơn 20 micromet.

Tro bay loại F Cấu trúc hạt tro bay

Hình 2.1: Tro bay loại F và cấu trúc hạt tro bay

Tro bay chứa nhiều thành phần hóa và khoáng không đồng nhất, tồn tại dưới hai dạng chính: vô định hình và kết tinh.

ASTM C618 được phân thành hai loại chính: loại F và loại C, với thành phần hóa học đặc trưng bao gồm SiO2 từ 5 đến 25%, Al2O3 từ 10 đến 30%, Fe2O3 từ 5 đến 25%, cùng với các oxit khác như CaO, MgO, SO3 và Na2O.

Loại F là sản phẩm được hình thành từ quá trình đốt thanh angtraxit hoặc bitum, có đặc tính puzoolan nhưng ít hoặc không có tính dính kết Thành phần chính của loại F bao gồm các chất liệu này.

Hợp chất chứa SiO2, Al2O3 và Fe2O3 chiếm hơn 70% là loại phổ biến, với hàm lượng CaO không vượt quá 10% Phần lớn thành phần này bao gồm các hợp chất silic như silic tinh thể, quart, mulit và Mg hoạt tính Kích thước hạt dao động từ 1 đến 1 mm, và khối lượng riêng nằm trong khoảng 2,2 đến 2,8 g/cm3.

Loại C là loại vật liệu có tính chất puzơlan và tính dính kết, theo tiêu chuẩn ASTM C 618 Tổng thành phần SiO2, Al2O3 và Fe2O3 phải đạt từ 50% đến dưới 70% Hàm lượng CaO trong loại C dao động từ 10% đến 15-20% Kích thước hạt của loại C nhỏ hơn 10 mm.

Hi ện nay ở Việt Nam tro nhiệt điện có nhiều nguồn khác nhau như tro của nhà máy nhi ệt điện Phả Lại, Uông Bí, Cẩm Phả

Hi ệu quả của tro bay đối với bê tông tươi: theo tiêu chuẩn của ACI-226 và một s ố nhà nghiên cứu như sau:

Tro bay có khả năng dễ tạo hình và gia công nhờ vào hạt có dạng tròn nhẵn So với các loại phụ gia khoáng nghiền mịn khác, tro bay có tỷ diện tích bề mặt thấp hơn, do đó cần lượng nước nhào trộn ít hơn khi sử dụng trong bê tông.

Thời gian đông kết của bê tông sử dụng tro bay loại F thường kéo dài hơn so với khi sử dụng tro bay loại C Theo tiêu chuẩn ASTM, tro bay loại C với hàm lượng CaO cao có khả năng thúc đẩy quá trình đông kết Tuy nhiên, thời gian đông kết còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện môi trường, nhiệt độ thủy hóa của xi măng, tỷ lệ nước/xi măng và tỷ lệ phần trăm tro bay trong mẻ trộn, cũng như các thành phần khác của tro bay.

Hi ệu quả của tro bay đối với bê tông:

Theo tiêu chuẩn ASTM, khi sử dụng tro bay loại F, bê tông có thể phát triển cường độ chậm trong giai đoạn đầu (3-7 ngày), nhưng sau đó cường độ sẽ tiếp tục tăng do tính chất puzơlan của tro bay Cường độ bê tông sẽ phát triển nhanh chóng và đạt mức cao hơn so với bê tông không chứa tro bay, với cường độ ở tuổi sớm dao động từ 1000 psi (8 MPa) đến 5500 psi (38 MPa).

Độ tuổi từ 1 đến 28 ngày của bê tông phụ thuộc vào loại tro bay sử dụng, độ ẩm của môi trường và sự kết hợp của các thành phần khác Thông thường, sức nén của bê tông trong giai đoạn này không vượt quá 12.000 psi (83 MPa).

Môđun đàn hồi của bê tông sử dụng tro bay cho thấy hiệu quả cao hơn ở giai đoạn đầu so với bê tông thông thường Tuy nhiên, khi độ tuổi bê tông tăng lên, sự khác biệt giữa hai loại không còn quá rõ rệt.

Tro bay có đặc tính puzơlan và tính dính kết, giúp tăng cường độ và độ bền cho bê tông Khi sử dụng tro bay trong quá trình dưỡng hộ, sản phẩm của phản ứng puzơlanic lấp đầy các lỗ rỗng xung quanh hạt xi măng, từ đó giảm tính thấm và nâng cao khả năng chống ăn mòn của bê tông.

Lu ận văn sử dụng loại tro bay nhiệt điện Phả Lại có thành phần hạt và tính chất cơ lý trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Thành phần hóa học của tro bay (%)

MKN MgO SO 3 SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 CaO Na 2 O K 2 O Ẩm

Căn cứ vào số liệu bảng 2.2 có thể tính được các chỉ tiêu hóa học sau:

- Hàm lượng kiềm: CaO + MgO = 1,60 + 0,9 = 2,50

Như vậy chất độn mịn là tro tuyền của nhà máy nhiệt điện Phả Lại thuộc nhóm

F theo phân lo ại của ASTM C618 [24]

2.1.3 C ốt liệu lớn dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai a Các tính ch ất cơ bản của cốt liệu lớn

Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu chế tạo bê tông đá mạt, việc xác định các đặc tính cơ lý của nguyên liệu, hỗn hợp bê tông và bê tông là rất quan trọng Các tính chất này được xác định theo các tiêu chuẩn hiện hành của nhà nước Việt Nam.

Bê tông đá mạt là loại vật liệu mới tại Việt Nam, hiện chưa có tiêu chuẩn đánh giá cụ thể, vì vậy một số tiêu chuẩn quốc tế đã được áp dụng trong nghiên cứu Luận văn đề xuất các phương pháp riêng để xác định thành phần hạt của cốt liệu và thành phần bê tông mà các tiêu chuẩn hiện hành chưa đề cập Để làm nổi bật ưu điểm của bê tông đá mạt so với bê tông cát vàng, nghiên cứu sử dụng phương pháp so sánh xuyên suốt quá trình thực nghiệm.

2.2 1 Phương pháp xác định các tính chất của nguyên vật liệu sử dụng

Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn được áp dụng để xác định tính chất kỹ thuật của vật liệu và hỗn hợp bê tông trong nghiên cứu Những nghiên cứu này nhằm thu thập thông tin cần thiết để lựa chọn nguyên vật liệu và đánh giá ảnh hưởng của các thành phần đến các tính chất quan trọng Các thí nghiệm chủ yếu dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhưng một số thí nghiệm chưa có trong tiêu chuẩn này được thực hiện theo tiêu chuẩn quốc tế Danh mục các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng trong nghiên cứu được trình bày trong bảng 2.9.

Bảng 2.9: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu

STT Tên thí nghi ệm Tiêu chu ẩn

1 Xi măng Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu thử TCVN 141:98

2 Xi măng Phương pháp xác định độ mịn TCVN 4020:03

3 Xi măng Phương pháp thử Xác định thời gian đông kết và độ ổn định thể tích TCVN 6017:95

4 Xi măng Phương pháp thử Xác định độ bền TCVN 6016:95

5 Xi măng Phương pháp thử Xác định tỷ trọng TCVN 4030:86

6 C ốt liệu cho bê tông và vữa Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7570:06

7 Thành ph ần hạt cho bê tông Phương pháp thử TCVN 7570-2:06

Kh ối lượng riêng, khối lượng thể tích (trạng thái khô và tr ạng thái bão hòa), độ hút nước của cốt liệu Phương pháp th ử

9 Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu và hàm lượng sét cục trong cốt liệu nhỏ Phương pháp thử TCVN 7572-8:06

10 Xác định tạp chất hữu cơ Phương pháp thử TCVN 7572-9:06

11 Độ nén dập Phương pháp thử TCVN 7572-11:06

12 Xác định hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn

Nước là thành phần quan trọng trong bê tông, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của công trình Theo yêu cầu kỹ thuật TCXDVN 302:04, nước sử dụng cho bê tông cần đảm bảo không chứa tạp chất gây hại Việc kiểm soát chất lượng nước là cần thiết để đảm bảo tính đồng nhất và độ bền của bê tông Chọn lựa nước phù hợp sẽ giúp nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của các công trình xây dựng.

2.2.2 Phương pháp xác định tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông

Danh m ục các tiêu chuẩn được thống kê ở bàng 2.10:

Bảng 2.10: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông

STT Tên thí nghi ệm Tiêu chu ẩn

1 Bê tông n ặng Đúc mẫu, bảo dưỡng mẫu bê tông TCVN 3105:93

2 Bê tông n ặng Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông TCVN 3108:93

3 H ỗn hợp bê tông nặng Phương pháp thử độ sụt TCVN 3106:93

4 Bê tông n ặng Phương pháp xác định cường độ nén TCVN 3118:93

5 Bê tông n ặng Phương pháp xác định cường độ kéo khi u ốn TCVN 3119:93

6 Bê tông n ặng Phương pháp xác định độ mài mòn TCVN 3114:93

7 Phương pháp xác định modul đàn hồi khi nén tĩnh ASTM C469÷94

8 Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông theo m ẫu lăng trụ ASTM C39

2.2.3 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông

Để xác định mức ngậm cát cho đá mạt thay thế cát vàng, phương pháp thực nghiệm được áp dụng do kích thước hạt không đạt tiêu chuẩn quy định của cốt liệu theo tiêu chuẩn Việt Nam Quy trình bao gồm cân đá đã bão hòa bề mặt khô, đổ đầy vào thùng hình trụ 9 lít và rung trong 60 giây Sau đó, cát đã bão hòa bề mặt khô được đổ vào thùng, rung tiếp 40 giây cho đến khi bề mặt phẳng Khối lượng cát sau khi lèn chặt được xác định, thực hiện ba lần cho mỗi loại đá mạt để lấy kết quả trung bình Kết quả này giúp xác định khối lượng thể tích lèn chặt lớn nhất của hỗn hợp khô và khoảng ngậm cốt liệu mịn sơ bộ phục vụ cho thiết kế thành phần bê tông.

- Thành ph ần bê tông: Được xác định theo phương pháp thể tích tuyệt đối

2.2.4 Phương pháp toán quy hoạch thực nghiệm các tính chất của bê tông Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của các tỷ lệ vật liệu thành phần đến tính chất của h ỗn hợp bê tông và bê tông sử dụng đá mạt, đề tài đã sử dụng phương pháp toán quy ho ạch thực nghiệm để nghiên cứu

Nội dung của quy hoạch thực nghiệm bao gồm việc áp dụng các phương pháp toán học như phương pháp bình phương bé nhất, lý thuyết toán thống kê và lý thuyết quy hoạch toán học Mục tiêu là xây dựng các phương án thí nghiệm để thu thập dữ liệu cần thiết về một hệ thống cụ thể, từ đó xử lý dữ liệu để phát triển mô hình thống kê và đánh giá độ tin cậy của kết quả Phương pháp quy hoạch thực nghiệm giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết, đồng thời cung cấp một lượng thông tin đáng kể.

Việc áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm là rất cần thiết, bởi bê tông đá mạt vẫn chỉ đang trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu.

Có nhi ều phương pháp quy hoạch thực nghiệm, song nói chung có thể nêu ra 3 phương pháp:

Trong các phương pháp trên thì phương pháp leo dốc có nhiều ưu điểm hơn cả vì nh ững lý do sau:

Trường Đại học Thủy lợi nổi bật với độ chính xác cao trong lĩnh vực đào tạo và nghiên cứu Với chương trình học đa dạng, trường cung cấp kiến thức chuyên sâu về thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Sinh viên được trang bị kỹ năng thực tiễn và lý thuyết vững chắc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động Đại học Thủy lợi cam kết phát triển bền vững và đóng góp tích cực cho cộng đồng thông qua các dự án nghiên cứu ứng dụng.

- S ố thí nghiệm cho quá trình khảo sát thiết kế nhỏ

- Vi ệc tính toán và tiến hành thiết kế không quá phức tạp

Vì v ậy trong nghiên cứu của luận văn đã sử dụng phương pháp leo dốc

Hình 2.8: Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp leo dốc

Bắt đầu từ điểm A, tiến hành thí nghiệm để tìm kiếm điểm B trong vùng tối ưu, nơi đạt được kết quả cao nhất.

- Bước 1: Điểm xuất phát A(0) (x 1 (0), , x n (0), Ch ọn các giá trị ε y >0 và ε x >0 sau đó xác định y(X(0))

- Bước 2: Xác định véc tơ gradient tại điểm X(0)

- Bước 3: Chọn số λ dương: Từ điểm X(0) xác định X(1):

Trường Đại học Thủy lợi là một cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo các chuyên ngành liên quan đến lĩnh vực thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và chương trình học hiện đại, trường cung cấp cho sinh viên kiến thức vững chắc và kỹ năng thực tiễn cần thiết Ngoài ra, Đại học Thủy lợi cũng tích cực tham gia nghiên cứu khoa học và hợp tác quốc tế, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực thủy lợi.

( d ấu ‘+’ khi tìm max, dấu ‘-‘ khi tìm min )

+ N ếu y(X(1)) tốt hơn y(X(0)) → ti ếp tục lặp lại bước 3 để leo dốc tới X(2),

+ N ếu y(X(k)) xấu hơn y(X(k-1)) → th ực hiện phép ghán X(1) = X(k-1) và y(1)

= y(X(k- 1)), sau đó chuyển sang bước 5

- Bước 5: Kiểm tra điều kiện dừng y y y ( 1 ) − ( 0 ) ≤ ε ho ặc/và ( x 1 ( 1 ) − x 1 ( 0 ) ) 2 + + ( x n ( 1 ) − x n ( 0 ) ) 2 ≤ ε x

+ N ếu phương trình trên không thỏa mãn chọn X(1) làm điểm xuất phát mới ( nói cách khác: th ực hiện phép ghán X(0) = X(1) và y(0) = y(1) sau đó quay lại bước 2

+ N ếu phương trình trên thỏa mãn → k ết luận: y đạt giá trị tối ưu tại X (1)

Trong luận văn này, chúng tôi đã thực hiện quy hoạch bậc nhất cho bê tông thường nhằm xác định sự biến thiên của hàm mục tiêu Qua đó, chúng tôi tìm kiếm vùng dừng và tiếp theo là áp dụng quy hoạch bậc hai để xác định các giá trị tối ưu cho đối tượng nghiên cứu.

Trình t ự phương pháp quy hoạch thực nghiệm như sau:

Để xây dựng mô hình quy hoạch hiệu quả, việc xác định các biến khảo sát và khoảng biến thiên của chúng là rất quan trọng Các biến này cần được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và khả năng áp dụng trong thực tiễn Mỗi biến khảo sát sẽ ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng, do đó việc lựa chọn và định lượng chúng là bước đầu tiên không thể thiếu trong quá trình quy hoạch Hơn nữa, việc hiểu rõ khoảng biến thiên của các biến này sẽ giúp các nhà nghiên cứu và lập kế hoạch đưa ra các quyết định sáng suốt hơn.

- L ập kế hoạch thực nghiệm

- Thi ết kế thành phần bê tông và thí nghiệm xác định các giá trị hàm mục tiêu theo k ế hoạch thực nghiệm

- Tìm hàm toán mô t ả mô hình quy hoạch theo các mục tiêu của hệ (phương trình h ồi quy)

- Ki ểm tra tính có nghĩa của các hệ số hồi quy

- Ki ểm tra tính tương hợp của các hàm hồi quy

Phân tích bề mặt biểu hiện và biểu đồ giúp chúng ta hiểu rõ sự ảnh hưởng của các biến khảo sát đến các hàm mục tiêu Để xác định một đại lượng nghiên cứu, cần tiến hành thí nghiệm thu thập thông tin Số lượng thí nghiệm phụ thuộc vào các nhân tố ảnh hưởng, được mã hóa với mức trên, dưới và mức trung tâm thí nghiệm, tạo thành khoảng quy hoạch Sau khi xây dựng bảng quy hoạch hóa ma trận thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm để thu thập kết quả Cuối cùng, từ các kết quả này, chúng ta sẽ tính toán và xây dựng mô hình toán học thể hiện mối quan hệ giữa đối tượng nghiên cứu và các nhân tố ảnh hưởng.

Hàm mô tả hệ là hàm nhiều biến có thể phân tích thành chuỗi Taylor, thể hiện mối quan hệ giữa các biến trong hệ thống Việc áp dụng lý thuyết hồi quy trong đại học thủy lợi giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các mô hình toán học và ứng dụng của chúng trong thực tiễn Sự hiểu biết về hàm mô tả hệ và hồi quy lý thuyết là rất quan trọng cho các nghiên cứu và phân tích trong lĩnh vực thủy lợi.

NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP CÁT, ĐÁ TRONG BÊ TÔNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG ĐÁ MẠT