Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu sử dụng cát nội đồng bãi Trằm làm đường bê tông xi măng trên địa bàn huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là sử dụng cát nội đồng làm cốt liệu mịn thay thế cát tự nhiên trong cấp phối bê tông xi măng. Đánh giá tính chất cơ lý của cát nội đồng và đề xuất tỷ lệ thay thế cát tự nhiên bằng cát nội đồng để chế tạo mặt đường bê tông xi măng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu sử dụng cát nội đồng bãi Trằm làm đường bê tông xi măng trên địa bàn huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH HIẾU NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NỘI ĐỒNG BÃI TRẰM LÀM ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN PHÚ LỘC, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Đà Nẵng - năm 2019
Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH PHƯƠNG NAM Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Hồng Hải Phản biện 2: TS. Nguyễn Văn Tươi Luận văn được vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2019. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách Khoa - Thư viện Trường Đại học Bách Kkhoa - ĐHĐN
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Phát triển hệ thống sơ sở hạ tầng, trong đó có hệ thống đường giao thông là nhu cầu cấp bách của nhiều địa phương trong cả nước. Để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật, thi công xây dựng đường bê tông xi măng cần sử dụng tối đa vật liệu tại chỗ nhằm giảm chi phí vận chuyển. Cát xây dựng trên địa bàn hiện đang được khai thác chủ yếu dưới các lòng sông vì kích thước hạt lớn, chất lượng tốt, được sử dụng làm cát bê tông, xây, trát. Tuy nhiên, theo cảnh báo, nếu khai thác nhiều, không có quy hoạch sẽ ảnh hưởng tới dòng chảy, đất đai và môi trường. Chính vì vậy, thời gian gần đây, tỉnh Thừa Thiên Huế và các cơ quan liên quan đã đẩy mạnh hoạt động kiểm soát khai thác cát trên các con sông. Hiện nay, nguồn cung cấp cát ngày càng khan hiếm là nguyên nhân đẩy giá cát lên cao. Uỷ ban nhân dân tỉnh Thừa Thiên Huế đã giao Sở Xây dựng xây dựng lộ trình thay thế cát lòng sông trên cơ sở đánh giá trữ lượng một số vật liệu thay thế như: đá mi, cát nhân tạo (cát xay từ đá)…và cát nội đồng là vật liệu được xem là nguồn thay thế tốt nhất hiện nay [1]. Khối lượng cát nội đồng, ven đầm phá Tam Giang được tập trung ở huyện Phú Lộc, Phú Vang, Quảng Điền, Phong Điền có trữ lượng cát mịn rất lớn với trữ lượng dự báo là 1.466.000 m3. [30] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570:2006 [19] khuyến cáo cát mịn có thành phần hạt phù hợp tiêu chuẩn, có mô đun độ lớn từ 0,7 đến 2,0 có thể sử dụng cho bê tông cấp cường độ từ B15 đến B25. Theo tiêu chuẩn của Liên bang Nga GOST 26633-91 (2003) cho phép sử dụng cát có mô đun độ lớn từ 1,0 đến 1,5 chế tạo bê tông cấp cường độ chịu nén B30. Trong khi đó, tiêu chuẩn của các nước Châu Âu và Hoa Kỳ không đưa ra giới hạn cụ thể về cường độ bê tông sử dụng cát mịn. [6] Các nghiên cứu và ứng dụng cát mịn trong sản xuất bê tông đã được triển khai tại nhiều nước trên thế giới từ khá sớm. Các kết quả đều cho thấy cát mịn có thể sử dụng để chế tạo bê tông xi măng. Do đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát nội đồng bãi Trằm làm đường bê tông xi măng trên địa bàn huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên
2 Huế” là cần thiết và có cơ sở khoa học. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Sử dụng cát nội đồng làm cốt liệu mịn thay thế cát tự nhiên trong cấp phối bê tông xi măng. - Mục tiêu cụ thể: đánh giá tính chất cơ lý của cát nội đồng và đề xuất tỷ lệ thay thế cát tự nhiên bằng cát nội đồng để chế tạo mặt đường bê tông xi măng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Cát nội đồng thuộc bãi Trằm, xã Lộc Thủy, huyện Phú Lộc; - Bê tông xi măng sử dụng cát nội đồng thay thế cát tự nhiên. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Mặt đường bê tông xi măng cho đường giao thông nông thôn thi công theo công nghệ đầm rung thông thường, sử dụng hỗn hợp bê tông có độ sụt từ 40 mm đến 60 mm, cường độ chịu nén tới 25 MPa. 4. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 4.1. Nghiên cứu tài liệu - Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng - Lý thuyết tính toán cấp phối và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bê tông. - Lý thuyết về quy hoạch thực nghiệm. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm - Đánh giá chất lượng vật liệu trên kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý. - Đánh giá chất lượng của cát nội đồng đến tính chất của hỗn hợp bê tông. - Tiến hành bài toán quy hoạch thực nghiệm với các kết quả thí nghiệm tìm ra cấp phối tối ưu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Nghiên cứu cở sở lý luận và tính hiệu quả để việc sử dụng vật
3 liệu địa phương, góp phần đa dạng và phong phú các loại vật liệu để chế tạo bê tông đường. - Ý nghĩa thực tiễn của dự án là nghiên cứu vật liệu thay thế cát lòng sông đáp ứng yêu cầu cấp bách của xã hội hiện nay. 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn gồm: Mở đầu Chương 1. Tổng quan mặt đường BTXM và tình hình nghiên cứu ứng dụng cát mịn trong hỗn hợp BTXM làm mặt đường Chương 2: Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chế tạo và kế hoạch thí nghiệm Chương 3: Nghiên cứu sử dụng cát nội đồng bãi trằm làm mặt đường bê tông xi măng CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẶT ĐƯỜNG BTXM VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁT MỊN TRONG HỖN HỢP BTXM LÀM MẶT ĐƯỜNG 1.1. MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 1.1.1. Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng 1.1.1.1. Ưu điểm của mặt đường BTXM: 1.1.1.2. Nhược điểm của mặt đường BTXM. 1.1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bê tông xi măng [4] 1.1.1.4. Cấp thiết kế của đường (TCVN 4054-2005) 1.1.1.5. Thiết kế mặt đường BTXM thông thường gồm các nội dung sau - Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường và cấu tạo lề đường; - Tính toán chiều dày các lớp kết cấu, xác định kích thước tấm BTXM và xác định các yêu cầu về vật liệu đối với mỗi lớp kết cấu; - Thiết kế cấu tạo các khe nối; - Thiết kế hệ thống thoát nước cho kết cấu mặt đường. 1.1.1.6. Các chỉ tiêu cơ lý yêu cầu đối với BTXM
4 1.1.2. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông trên thế giới và trong nước: 1.1.2.1. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông xi măng trên thế giới 1.1.2.2. Tình hình sử dụng mặt đường BTXM tại Việt Nam 1.1.3. Tình hình sử dụng mặt đường bê tông ở huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế 1.1.3.1. Giới thiệu chung 1.1.3.2. Mạng lưới giao thông trên địa bàn huyện Phú Lộc 1.2. TINH HINH NGHIEN CỨU ỨNG DỤNG CAT NỘI DỒNG (CAT MỊN) TRONG BE TONG 1.2.1. Khái niệm về cát nội đồng 1.2.2. Ứng dụng việc sử dụng cát nội đồng trong xây dựng 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Việc nghiên cứu và sử dụng cát mịn thay thế cho nguồn cát tự nhiên đang dần cạn kiệt đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới, các kết đạt được đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho bê tông. Tại Việt Nam cát mịn sử dụng cho bê tông đã được nghiên cứu và sử dụng trong nhiều công trình tại các vùng thiếu cát tự nhiên đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và đạt được hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Chính vì vậy, với trữ lượng cát nội đồng ở địa phương, việc nghiên cứu sử dụng cát mịn cho mặt đường bê tông xi măng tại huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế là hợp lý. CHƯƠNG 2 YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ KẾ HOẠCH THÍ NGHIỆM 2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT VẬT LIỆU THÀNH PHẦN 2.1.1. Cát chế tạo bê tông và vữa (TCVN 7570:2006) [19] 2.1.2. Cốt liệu lớn (TCVN 7570:2006) [19] 2.1.3. Nước chế tạo bê tông (TCVN 4506 : 2012) [16] 2.1.4. Phụ gia trong xây dựng (TCVN 8826:2011)
5 2.1.5. Xi măng 2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU TỚI TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG 2.2.1. Ảnh hưởng của cát mịn (cát mịn) đến tính chất của bê tông 2.2.2. Ảnh hưởng của đá xi măng 2.2.3. Ảnh hưởng của cốt liệu (đá dăm và cát tự nhiên) 2.3. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ĐẦU VÀO 2.3.1. Cát mịn bãi Trằm Bảng 2.5. Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát mịn STT Các chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm 1 Khối lượng riêng (g/cm3) 2,65 2 Khối lượng thể tích xốp (g/cm3) 1,41 3 Độ khe hở (%) 46,79 4 Hàm lượng bụi sét (%) 1,41 5 Hàm lượng hạt trên 5mm (%) 0 6 Mô đun độ lớn: 1,99 Hình 2.2. Biểu đồ thành phần hạt của cát mịn 2.3.2. Cát sông Bảng 2.7. Các chỉ tiêu kỹ thuật của cát sông STT Các chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm 1 Khối lượng riêng (g/cm3) 2,66 2 Khối lượng thể tích xốp (g/cm3) 1,42 3 Độ khe hở (%) 46,45 4 Hàm lượng bụi sét (%) 1,06 5 Hàm lượng hạt trên 5mm (%) 0 6 Mô đun độ lớn: 2,87
6 Hình 2.3. Biểu đồ thành phần hạt của cát sông 2.3.3. Đá dăm Bảng 2.9. Các chỉ tiêu kỹ thuật của đá dăm tự nhiên STT Các chỉ tiêu thí nghiệm Kết quả thí nghiệm 1 Khối lượng thể tích (g/cm3) 2,7 2 Khối lượng thể tích xốp (g/cm3) 1,43 3 Độ khe hở (%) 47,04 4 Hàm lượng hạt mềm yếu và phong hoá (%): 0,6 5 Hàm lượng bụi sét (%) 0,48 6 Hàm lượng thoi dẹt (%) 5,85 7 Độ nén dập trong xi lanh (%) 17,69 8 Độ hao mòn Los Angeles (%) 24,35 9 Đường kính lớn nhất Dmax (mm) 40 10 Đường kính nhỏ nhất Dmin (mm) 10 Hình 2.4. Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm
7 2.3.4. Xi măng 2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG [3] 2.4.1. Khái niệm 2.4.2. Các phương pháp tính toán cấp phối bê tông Phương pháp 1: Phương pháp tra bảng hoàn toàn Phương pháp 2: Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn Phương pháp 3: Phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm 2.5. KẾ HOẠCH THÍ NGHIỆM Để đánh giá ảnh hưởng của cát mịn bãi Trằm đến tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông, nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm một số cấp phối bê tông. Học viên học viên đã tiến hành phối trộn các tỷ lệ cát mịn và cát cát sông theo tỷ lệ thay thế cát mịn theo khối lượng lần lượt là 0% (ký hiệu tổ mẫu CM0), 20% (ký hiệu tổ mẫu CM20), 40% (ký hiệu tổ mẫu CM40), 60% (ký hiệu tổ mẫu CM60), 80% (ký hiệu tổ mẫu CM80) và 100% (ký hiệu tổ mẫu CM100), thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông được trình bày ở Bảng 2.12. Bảng 2.12. Thành phần cấp phối cho 1m3 bê tông Lượng dùng vật liệu, kg/m3 Tỉ lệ thay thế % Kí hiệu Tỉ lệ Xi Nước Cát cấp phối Đá dăm Cát mịn N/X Cát mịn/cát sông măng sông CM0 306 170,0 836,8 0,0 533,9 0,556 0 CM20 306 170,0 836,8 106,8 427,1 0,556 20 CM40 306 170,0 836,8 2136 302,3 0,556 40 CM60 306 170,0 836,8 302,3 213,6 0,556 60 CM80 306 170,0 836,8 427,1 106,8 0,556 80 CM100 306 170,0 836,8 533,9 0,0 0,556 100 Khi tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của bê tông như: Cường độ chịu nén của bê tông, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông và độ mài mòn của bê tông, học viên kiểm tra chất lượng đầu vào của vật liệu, đồng thời đúc các mẫu thử bê tông với kích thước phù hợp với từng chỉ tiêu cơ lý, được cho ở bảng 2.13.
8 Bảng 2.13. Tổng hợp số lượng mẫu thử Kích thước mẫu Tuổi mẫu (ngày) Tổng số Tên chỉ tiêu (cm) 7 14 28 mẫu Cường độ chịu nén 15x15x15 18 18 18 54 Cường độ chịu kéo khi uốn 15x15x60 - - 18 18 Độ mài mòn 5x5x5 - - 18 18 2.5.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén [21] Quy trình xác định cường độ chịu nén của bê tông tuân theo tiêu chuẩn TCVN 3118:2011. Công thức xác định cường độ chịu nén của bê tông. Rn= P/F ( MPa ) 2.5.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn Cường độ chịu kéo khi uốn được xác định trên các mẫu dầm kích thước 150x150x600mm với mỗi loại cấp phối được thí nghiệm 1 tổ mẫu, xác định ở tuổi 28 ngày. Cường độ chịu kéo khi uốn của từng mẫu dầm bê tông được xác định theo công thức: Rku = γ.Pku.l/(a.b2), MPa 2.5.3. Thí nghiệm xác định độ mài mòn của bê tông [22] Chế tạo các viên mẫu có kích thước 50x50x50mm, với mỗi loại cấp phối được thí nghiệm 1 tổ mẫu, xác định ở tuổi 28 ngày. Độ mài mòn của bê tông được xác định theo công thức: Mm = (M0 – M4)/F; (g/cm2) Một số hình ảnh thí nghiệm: Hình 2.5. Cát mịn nội đồng được Hình 2.6. Bảo dưỡng bê tông lấy ở bãi Trằm trong các bể ngâm mẫu
9 Hình 2.7. Nén mẫu bê tông 2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Các kết quả thí nghiệm kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào đảm bảo các yêu cầu chế tạo bê tông. Tác giả tiến hành chế tạo mẫu và kết quả thí nghiệm được trình bày ở chương 3. CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT MỊN BÃI TRẰM LÀM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 3.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 3.1.1. Cường độ chịu nén của bê tông 3.1.1.1. Kết quả thí nghiệm a, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 0% Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CM0 Tỉ lệ thay Cường độ chịu nén, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) thế % (Mpa), ở tuổi, ngày tổ mẫu X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM0-1 0 24,13 26,67 28,62 CM0-2 306 170,0 836,8 533,9 0,0 0 24 26,89 28,71 CM0-3 0 24,22 27,2 28,44 Cường độ chịu nén của tổ mẫu CM0 24,12 26,92 28,59 Chú thích: X (xi măng), N (nước), Đ (đá dăm), Cs (cát sông), Cm (cát mịn)
10 b, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 20%, ký hiệu CM20 Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CM20 Tỉ lệ thay Cường độ chịu nén, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, kg/m3 thế % MPa, ở tuổi, ngày tổ mẫu X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM20-1 20 23,64 26,27 28,44 CM20-2 306 170,0 836,8 427,1 106,8 20 23,02 25,78 28,67 CM20-3 20 23,55 26,8 28,27 Cường độ chịu nén của tổ mẫu CM20 23,41 26,28 28,46 c, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 40%, ký hiệu CM40. Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CM40 Tỉ lệ thay Cường độ chịu nén, MPa, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, kg/m3 thế % ở tuổi, ngày tổ mẫu X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM40-1 40 22,93 26,44 28,36 CM40-2 306 170,0 836,8 320,3 213,6 40 22,89 26,67 28,44 CM40-3 40 23,11 26,18 28,22 Cường độ chịu nén của tổ mẫu CM40 22,97 26,43 28,34 d, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 60%, ký hiệu CM60. Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CM60 Tỉ lệ thay Cường độ chịu nén, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, kg/m3 thế % MPa,ở tuổi, ngày tổ mẫu X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM60-1 60 22,98 26,22 28,44 CM60-2 306 170,0 836,8 213,6 320,3 60 22,67 26,76 28,22 CM60-3 60 23,07 26,36 28,53 Cường độ chịu nén của tổ mẫu CM60 22,91 26,45 28,40 e, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 80%, ký hiệu CM80 Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CM80 Tỉ lệ Cường độ chịu nén, MPa, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, kg/m3 thay thế ở tuổi, ngày tổ mẫu % X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM80-1 80 22,93 25,78 27,78 CM80-2 306 170,0 836,8 106,8 427,1 80 23,11 25,6 28 CM80-3 80 23,02 26,27 27,87 Cường độ chịu nén của tổ mẫu CM80 23,02 25,9 27,9
11 g, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 100%, ký hiệu CM100. Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của cấp phối CM100 Tỉ lệ thay Cường độ chịu nén, MPa, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, kg/m3 thế % ở tuổi, ngày tổ mẫu X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM100-1 100 23,42 25,78 28,22 CM100-2 306 170,0 836,8 0 533,9 100 23,24 25,6 28,09 CM100-3 100 23,56 26,27 27,96 Cường độ chịu nén của tổ mẫu CM100 23,41 25,89 28,09 Từ các kết quả thí nghiệm được tính toán ở trên, học viên tổng hợp giá trị cường độ bê tông phát triển ở các ngày tuổi: 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày của 6 cấp phối CM0, CM20, CM40, CM60, CM80, CM100 như bảng 3.7. Bảng 3.7. Kết quả thí nghiệm cường độ nén của các cấp phối Tỉ lệ thay Cường độ chịu nén, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) thế (%) MPa, ở tuổi, (ngày) tổ mẫu X N Đ CS Cm Cm/ Cs 7 14 28 CM0 306 170,0 836,8 533,9 0,0 0 24,12 26,92 28,59 CM20 306 170,0 836,8 427,1 106,8 20 23,41 26,28 28,46 CM40 306 170,0 836,8 320,3 213,6 40 22,97 26,43 28,34 CM60 306 170,0 836,8 213,6 320,3 60 22,91 26,45 28,40 CM80 306 170,0 836,8 106,8 427,1 80 23,02 25,9 27,9 CM100 306 170,0 836,8 0 533,9 100 23,41 25,89 28,09 3.1.1.2. Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông theo thời gian. Sự phát triển cường độ nén của bê tông theo thời gian được thể hiện trên hình 3.1 Hình 3.1. Biểu đồ cường độ nén của bê tông phát triển theo thời gian
12 - Từ hình 3.1 có thể thấy sự phát triển cường độ và ảnh hưởng của tỷ lệ cốt liệu mịn được thay thế tới cường độ nén của bên tông và sự phát triển cường độ này tuân theo quy luật Logarit như đối với bê tông xi măng thông thường. Cường độ bê tông phát triển khá nhanh ở giai đoạn đầu. Việc sử dụng cát mịn nội đồng kết hợp với cát sông không làm giảm nhiều tốc độ phát triển cường độ của bê tông. 3.1.1.3. So sánh cường độ chịu nén của các cấp phối bê tông Hình 3.2. Biểu đồ cường độ nén của các cấp phối bê tông ở tuổi 7, 14 và 28 ngày - Từ biểu đồ 3.2, nhận thấy cường độ nén của bê tông ở 7 ngày đầu tiên có sự tăng nhẹ. Chênh lệch cường độ khi tỷ lệ Cm/ Cs = 0% và Cm/ Cs = 100% là không lớn. Ở 7 ngày đầu tiên, khi tăng tỷ lệ cát mịn thì tốc độ phát triển cường độ giảm hơn so với cấp phối sử dụng cát tự nhiên (hình 3.2), nhưng càng về sau, từ ngày thứ 14 trở đi, khi tăng tỷ lệ cát mịn/cát sông thì tốc độ phát triển cường độ bê tông của thay đổi rõ rệt, đạt giá trị lớn nhất ở tỷ lệ Cm/Cs = 60%. Sau 28 ngày, cường độ của bê tông sử dụng 100% cát mịn đạt khoảng 98% cường độ bê tông sử dụng 100% cát sông, sự chênh lệch cường độ này là khá nhỏ. 3.1.2. Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông a, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 0%, ký hiệu CM0 Bảng 3.8. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông CM0 Tỉ lệ Cường độ kéo Cường độ Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) thay thế khi uốn, MPa, kéo uốn tổ tổ mẫu % (tuổi ngày) mẫu, (Mpa) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 Rku CM0-1 0 3,47 CM0-2 306 170,0 836,8 533,9 0 0 3,73 3,6 CM0-3 0 3,6
13 b, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 20%, ký hiệu CM20 Bảng 3.9. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông CM20 Tỉ lệ Cường độ kéo khi Cường độ Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) thay uốn, MPa, (tuổi kéo uốn tổ tổ mẫu thế % ngày) mẫu, (Mpa) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 Rku CM20-1 3,47 CM20-2 306 170,0 836,8 427,1 106,8 20 3,6 3,56 CM20-3 3,6 c, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 40%, ký hiệu CM40 Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông CM40 Cường độ kéo Cường độ Tỉ lệ thay Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) khi uốn, MPa, kéo uốn tổ thế % tổ mẫu (tuổi ngày) mẫu, (Mpa) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 Rku CM40-1 40 3,3 CM40-2 306 170,0 836,8 320,3 213,6 40 3,6 3,54 CM40-3 40 3,73 d, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 60%, ký hiệu CM60 Bảng 3.11. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông CM60 Tỉ lệ Cường độ kéo Cường độ kéo Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) thay thế khi uốn, MPa, uốn tổ mẫu, tổ mẫu % (tuổi ngày) (Mpa) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 Rku CM60-1 60 3,6 CM60-2 306 170,0 836,8 213,6 320,3 60 3,6 3,56 CM60-3 60 3,47 e, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát mịn/ cát sông là 80%, ký hiệu CM80. Bảng 3.12. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông CM80 Cường độ Tỉ lệ Cường độ kéo kéo khi uốn, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m ) 3 thay uốn tổ mẫu, MPa, (tuổi tổ mẫu thế % (Mpa) ngày) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 Rku CM80-1 20 3,47 CM80-2 306 170,0 836,8 106,8 427,1 20 3,20 3,38 CM80-3 20 3,47 g, Cấp phối có tỷ lệ thay thế cát sông/ cát mịn là 100%, ký hiệu CM100
14 Bảng 3.13. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông CM100 Cường độ Cường độ Tỉ lệ thay kéo khi uốn, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) kéo uốn tổ thế % MPa, (tuổi tổ mẫu mẫu, (Mpa) ngày) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 Rku CM100-1 0 3,6 CM100-2 306 170,0 836,8 0 533,9 0 3,6 3,51 CM100-3 0 3,33 Tổng hợp giá trị cường độ chịu kéo của bê tông khi thay thế tỷ lệ cát mịn trình bày ở bảng 3.14. Bảng 3.14. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ kéo của bê tông Cường độ kéo uốn Tỉ lệ thay Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) tổ mẫu, MPa, (tuổi thế % tổ mẫu ngày) X N Đ CS Cm Cm/ Cs 28 CM0 306 170,0 836,8 533,9 0 0 3,6 CM20 306 170,0 836,8 427,1 106,8 20 3,56 CM40 306 170,0 836,8 320,3 213,6 40 3,54 CM60 306 170,0 836,8 213,6 320,3 60 3,56 CM80 306 170,0 836,8 106,8 427,1 80 3,38 CM100 306 170,0 836,8 0 533,9 100 3,51 Hình 3.3. Biểu đồ cường độ chịu kéo uốn của bê tông - Từ hình 3.3, nhận thấy cường độ chịu kéo khi uốn của các tổ mẫu bê tông có sự thay đổi không lớn khi hàm lượng cát mịn tăng lên, khoảng dao động từ 3,56 MPa đến 3,6 MPa. 3.1.3. Độ mài mòn của bê tông
15 Bảng 3.15. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm mài mòn của bê tông Tỉ lệ Độ mài mòn, Kí hiệu Lượng dùng vật liệu, (kg/m3) thay thế (g/cm2) tổ mẫu % X N Mm CS Cm Cm/ Cs Mm CM0 306 170,0 836,8 533,9 0 0 0,243 CM20 306 170,0 836,8 427,1 106,8 20 0,278 CM40 306 170,0 836,8 320,3 213,6 40 0,268 CM60 306 170,0 836,8 213,6 320,3 60 0,281 CM80 306 170,0 836,8 106,8 427,1 80 0,235 CM100 306 170,0 836,8 0 533,9 100 0,315 Hình 3.4. Biểu đồ độ mài mòn của bê tông - Từ hình 3.4, nhận thấy độ mài mòn bề mặt của các tổ mẫu bê tông có sự thay đổi khi hàm lượng cát mịn thay đổi. 3.2. LỰA CHỌN CẤP PHỐI TỐI ƯU VỚI CÁT MỊN BÃI TRẰM Cát mịn bãi Trằm ở huyện Phú Lộc có trữ lượng lớn, cát có đặc điểm mô đun độ lớn của cát lớn, hàm lượng bụi bẩn ít, hạt đồng đều và có phần góc cạnh. Từ các kết quả thí nghiệm cường độ nén, cường độ kéo uốn và khả năng chống mài mòn của bê tông, nhận thấy việc sử dụng cát mịn nội đồng trong chế tạo bê tông xi măng cho đường là giải pháp đem lại hiệu quả kinh tế xã hội. Tuy nhiên, đôi khi sử dụng cát mịn ảnh hưởng tiêu cực đến độ mài mòn của bê tông. Đó là do để duy trì tính công tác tương đương như khi sử dụng cát thô, cần tăng lượng nước nhào trộn. Nhưng trong đề tài, học viên đã giữ nguyên lượng dùng xi măng, điều này làm giảm tỷ lệ xi măng trên nước, khiến cường độ và khả năng chống mài mòn bị suy giảm, cụ thể như các số liệu thực nghiệm đã được trình bày ở trên.
16 Cường độ chịu nén và chịu kéo uốn của bê tông sử dụng cát mịn khi thay thế ở tỷ lệ 40%-60% cho giá trị tối ưu nhất. Điều này phù hợp với các kết luận của các tác giả Hoàng Minh Đức [5,6,7], Li, Shu-t’ien and Ramakrishan [31]. Trong đó mức tối ưu đối với cường độ chịu nén nhỏ hơn đối với cường độ chịu kéo khi uốn ở tỷ lệ 60%. Có thể thấy rằng, để duy trì đồng thời tỷ lệ X/N và tính công tác khi sử dụng cát mịn nội đồng, cần phải sử dụng các biện pháp công nghệ như sử dụng hoặc tăng lượng dùng phụ gia giảm nước. Theo quy định hiện hành [4], độ mài mòn của bê tông cho mặt đường bê tông xi măng cao tốc cấp I, cấp II, cấp III phải không lớn hơn 0,3 g/cm2 và cho mặt đường bê tông xi măng cấp IV trở xuống không lớn hơn 0,6 g/cm2. Kết quả thí nghiệm độ mài mòn cho thấy các cấp phối bê tông sử dụng cát mịn đều đáp ứng được yêu cầu đối với độ mài mòn khi áp dụng làm mặt đường bê tông xi măng. Ngoài ra, thành phần hạt của hỗn hợp cát (40% cát sông và 60% cát mịn) nằm trong phạm vi quy định của TCVN 7570:2006, được thể hiện ở Hình 3.5. Hình 3.5. Biểu đồ thành phần hạt của cát (40% cát sông và 60% cát mịn) Từ các kết quả trên, cấp phối tối ưu được lựa chọn là cấp phối có tỷ lệ thay thế 60% cát mịn 3.3. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 3.3.1. Thiết kế Để đánh giá thực tế của cấp phối tối ưu đã lựa chọn, tiến hành tính toán kết cấu áo đường cho 2 cấp phối là cấp phối sử dụng 100% cát
17 sông và cấp phối lựa chọn thay thế bằng 60% cát mịn để so sánh đối chiếu. Tiến hành tính toán cho Tuyến đường nội bộ khu nghĩa trang nhân dân Trường Đồng, thị trấn Lăng Cô, huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên Huế, các thông số như sau: - Cấp đuờng thiết kế: Đường cấp 4 miền núi theo TCVN 4054- 2005. - Chiều dài tính toán L = 1.140m - Mặt cắt: 1,0 + 3,5 + 1,0 =5,5m - Kết cấu mặt đường dự kiến: mặt đường BTXM M250 dày 20cm trên lớp móng cấp phối đồi. - Tải trọng trục thiết kế mặt đường: Trục 4,5T. - Hệ số poisson  = 0.15. a, Với cấp phối sử dụng 100% cát sông - Cường độ chịu nén yêu cầu: 28,59 Mpa; - Cường độ chịu kéo yêu cầu: 3,6 Mpa; b. Với cấp phối sử dụng có tỷ lệ thay thế bằng 60% cát mịn - Cường độ chịu nén: 28,40 Mpa - Cường độ chịu kéo: 3,56 Mpa 3.3.2. Phân tích và kết quả tính toán 3.3.2.1. Nội dung Thiết kế mặt đường theo tiêu chuẩn 22-TCN 223-95, nội dung tính toán bao gồm: - Kiểm tra chiều dày tấm bê tông. - Kiểm toán với tải trọng trục thiết kế. - Kiểm toán đồng thời tải trọng và nhiệt độ. 3.3.2.2. Phương pháp tính 3.3.2.3. Kết quả tính toán. - Với cấp phối sử dụng 100% cát sông Kết quả tính toán thể hiện ở Bảng 3.16, với kết quả tính toán 17,26 cm. Chọn H = 18 cm. - Với cấp phối sử dụng có tỷ lệ thay thế bằng 60% cát mịn
18 Kết quả tính toán thể hiện ở Bảng 3.17, với kết quả tính toán 17,36 cm. Chọn H = 18 cm. Bảng 3.16. Tính toán kết cấu áo đường cứng với cát sông TÍNH KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG CỨNG – CÁT SÔNG, M250 (22TCN 223-95) 1 CÁC THAM SỐ TÍNH TOÁN Chiều dài tấm bê tông L= 500 cm Chiều rộng tấm bê tông B= 350 cm Mác tấm bê tông M250 Cường độ chịu kéo Rku= 36 daN/cm2 Mô đun đàn hồi Ebt= 290000 daN/cm2 Hệ số Poisson m= 0,15 Tải trọng trục tiêu chuẩn Ptc= 4,5 T Tải trọng bánh tiêu chuẩn Pbtc= 2250 daN Hệ số xung kích "m= 1,2 Tải trọng tính toán Ptt= 2700 daN Đường kính vệt bánh xe D0= 33 cm Bán kính vệt bánh xe Rtt= 16,5 cm 2 TÍNH CHIỀU DÀY TẤM BTXM Giả định chiều dày tấm h1= 22 cm Đường kính vệt bánh xe QĐ D= 55 cm Ech trên mặt lớp móng Echm= 400 daN Xác định các hệ số a1, a2, a3 theo vị trí đặt tải h/R= 1,33 Ebt/Ech= 725,00 Tra bảng 4.1, 4.2 , 4.3 tìm được: a1 1,32 a2 1,99 a3 1,93 Tính chiều dày tấm theo tải trọng ở cạnh tấm Hệ số chiết giảm cường độ theo Bảng 3.4 Điều 3.3 n= 0,5 Ứng suất tới hạn [s]= 18 daN/cm2 Chiều dày tấm bê tông h= 17,26 cm KẾT LUẬN Good Chọn chiều dày tấm h= 18 cm 3 KIỂM TOÁN VỚI XE TRỤC 7T Tải trọng bánh P= 3500 daN Bán kính vệt bánh xe R= 16,5 cm Hệ số xung kích kâ= 1,15 Tải trọng bánh tính toán Ptt= 4025 daN Khoảng cách 2 bánh xe d= 1,7 m Hệ số chiết giảm cường độ (Bảng 3.4) n= 0,71 Xác định mô men uốn dưới bánh xe Ta có h/R= 1,09 Ebt/Echm= 725,00 aR= 0,185 Tra bảng 4.5 có c= 0,212