i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La” được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi; Phòng nghiên cứu vật liệu Viện Thủy Công với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo và bạn bè đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các cơ quan, đơn vị và các cá nhân nói trên đã không tiếc thời gian và công sức cùng sẽ chia khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập và hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Quang Phú, PGS.TS Hoàng Phó Uyên, v.v… Những người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ các tài liệu và cung cấp các thông tin khoa học quý báu cho luận văn này. Tác giả có được kết quả này chính là sự chỉ bảo ân cần của các Thầy giáo, Cô giáo, cùng sự động viên cổ vũ nhiệt tình của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp. Một lần nữa tác giả xin cảm ơn và ghi nhớ tất cả những đóng góp to lớn đó. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, nội dung nghiên cứu rộng, vấn đề nghiên cứu phức tạp, luận văn có thể còn những khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp chân tình của các Thầy, Cô và bạn bè đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 03 tháng 12 năm 2012 Tác giả Phan Văn Tấn ii LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Phan Văn Tấn. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Phan Văn Tấn 76T iii MỤC LỤC 76TMỞ ĐẦU76T 1 I. TÍNH CẤP THIẾT 1 II. 76TMỤC ĐÍCH LUẬN VĂN76T 2 76TIII. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU76T 2 76TIV. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU76T 2 76TV. NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC CỦA LUẬN 76T VĂN 2 CHƯƠNG 1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ NGHIÊN CỨU CÁT NGHIỀN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 4 1.1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền trên thế giới 4 1.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền tại Việt Nam 10 1.3 Tổng quan về thiết kế thành phần cấp phối bê tông 16 76T1.3.1 76TLượng nước trộn bê tông 16 76T1.3.2 76TLượng xi măng 17 76T1.3.3 76TLượng dùng cốt liệu lớn 18 76T1.3.4 76TLượng dùng cốt liệu nhỏ 21 76T1.4 Kết luận chương 176T 24 76TCHƯƠNG 2. 76TYÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THÍ NGHIỆM CÁT NGHIỀN 25 76T2.1 76TKhái niệm và các tính chất cơ bản của cát nghiền 25 76T2.1.1 76TKhái niệm cát nghiền (cát nhân tạo) 25 76T2.1.2 76TTính chất cơ bản của cát nghiền 25 76T2.1.3 76TYêu cầu kỹ thuật đối với cát nghiền 26 76T2.2 76TCác tiêu chuẩn thí nghiệm 29 76T2.3 76TCác đặc tính kỹ thuật của cát nghiền 31 76T2.3.1 76THình dáng bề mặt hạt cát 31 76T2.3.2 76TĐộ xốp hổng của cát nghiền 33 iv 76T2.3.3 76TĐộ hút nước của cát 36 76T2.3.4 76TThành phần cỡ hạt và các tính chất khác của cát nghiền 37 76T2.4 Kết luận chương 276T 38 76TCHƯƠNG 3. 76TẢNH HƯỞNG CỦA CÁT NGHIỀN ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG 39 76T3.1 76TẢnh hưởng của cát nghiền tới lượng dùng nước và tính dẻo của hỗn hợp bê tông 39 76T3.2 76TẢnh hưởng của hàm lượng hạt mịn trong cát nghiền đến tính co ngót của bê tông 43 76T3.3 76TẢnh hưỡng của cát nghiền tới tính chống thấm bê tông 45 76T3.4 76TẢnh hưỡng của cát nghiền tới cường độ bê tông 45 76T3.5 76TKết luận chương 3 49 76TCHƯƠNG 4. 76T ỨNG DỤNG CÁT NGHIỀN TRONG THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG CHO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI BẢN MÒNG – SƠN LA 51 76T4.1 76TGiới thiệu công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La 51 76T4.2 76TPhương pháp thiết kế 55 76T4.2.1 76TPhạm vi áp dụng 55 76T4.2.2 76TTiêu chuẩn viện dẫn 56 76T4.2.3 76TQuy định chung 56 76T4.2.4 76TPhương pháp tính toán thành phần bê tông cát nghiền 58 76T4.2.5 76TThí nghiệm kiểm tra 65 76T4.3 76TThí nghiệm xác định các chỉ tiêu của các loại vật liệu dùng thiết kế cấp phối bê tông cho công trình thủy lợi Bản Mòng 69 76T4.3.1 76TXi măng 69 76T4.3.2 76TCốt liệu mịn 70 76T4.3.3 76TCốt liệu thô 70 76T4.3.4 76TPhụ gia hóa 71 v 76T4.4 76TThiết kế cấp phối bê tông cho công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La . 72 76T4.4.1 76TMục đích thiết kế 72 76T4.4.2 76TThiết kế thành phần cấp phối bê tông M25B6(R60) 73 76T4.4.2.1 76TVật liệu sử dụng 73 76T4.4.2.2 76TCác yêu cầu kỹ thuật của bê tông thiết kế 73 76T4.4.2.3 76TTính toán thiết kế sơ bộ thành phần cấp phối 73 4.4.2.4 Kết quả thí nghiệm kiểm tra và hiệu chỉnh cấp phối 75 4.4.3 Thiết kế thành phần cấp phối bê tông M15B2(R60) 77 4.4.3.1 Vật liệu sử dụng 77 4.4.3.2 Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông thiết kế 77 4.4.3.3 Tính toán thiết kế sơ bộ thành phần cấp phối 77 4.4.3.4 Kết quả thí nghiệm kiểm tra và hiệu chỉnh cấp phối 79 4.5 Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế sử dụng cát nghiền công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La 81 4.6 Kết luận chương 4 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất cát nghiền ở châu Âu 6 Hình 1.2 Đập Tam Hiệp (Trung Quốc) 8 Hình 1.3 Saluda Dam Remediation 8 Hình 1.4 Đập Salto Caxias (Brasil) 9 Hình 1.5 Đập Vueltosa (Venezuela) 9 Hình 1.6 Máy nghiền ly tâm sản xuất cát nghiền 12 Hình 1.7 Máy sàng máy rửa đá 12 Hình 1.8 Sản phẩm cát nhân tạo 13 Hình 1.9 Đập A Vương (Quảng Nam) 15 Hình 1.10 Hình chiếu phối cảnh thủy điện Sơn La 15 Hình 1.11 Đập Bản Vẽ (Nghệ An) 16 Hình 1.12 Trạng thái khô, ẩm của vật liệu 17 Hình 1.13 Quan hệ độ rỗng và tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu 21 Hình 2.1 Cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung 0,15 – 0,315mm (phóng đại 80x) 33 Hình 2.2 Cát tự nhiên 0,15 – 0,315mm (phóng đại 80x) 33 Hình 3.1 Biểu đồ so sánh sự phát triền cường độ của bê tông M20 sử dụng cát nghiền và cát tự nhiên 47 Hình 3.2 Biểu đồ so sánh sự phát triền cường độ của bê tông M30 sử dụng cát nghiền và cát tự nhiên 48 Hình 3.3 Biểu đồ so sánh sự phát triền cường độ của bê tông M40 sử dụng cát nghiền và cát tự nhiên 48 Hình 4.1 Ký hiệu phân khu bê tông đập Bản Mòng 55 Hình 4.2 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén bê tông tuổi 60 ngày với tỷ lệ N/X 76 vii Hình 4.3 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén bê tông tuổi 60 ngày với tỷ lệ N/X 80 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam sử dụng cát nghiền 14 Bảng 1.2 Thành phần cấp phối bê tông bơm ở Bồ Đào Nha 23 Bảng 1.3 Thành phần cỡ hạt các loại cốt liệu 23 Bảng 2.1 Yêu cầu kỹ thuật của cát nghiền 28 Bảng 2.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu 30 Bảng 2.3 Các tiêu chuẩn thí nghiệm tính chất cơ lý của bê tông 31 Bảng 2.4 Hệ số mài tròn của cát 32 Bảng 2.5 Khối lượng thể tích và độ xốp hổng của cát 34 Bảng 2.6 Độ hút nước của cát 37 Bảng 2.7 Bộ sàng tiêu chuẩn 37 Bảng 3.1 Cấp phối bê tông dùng trong thực nghiệm 40 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hạt mịn tới độ co ngót của bê tông 44 Bảng 3.3 Cường độ chịu nén của các cấp phối bê tông 47 Bảng 4.1 Phân vùng vật liệu đập không tràn 55 Bảng 4.2 Độ sụt bê tông cho các dạng kết cấu 59 Bảng 4.3 Lượng dùng nước cho 1m P 3 P bê tông vật liệu khô hoàn toàn 59 Bảng 4.4 Hệ số tra A và A' 61 Bảng 4.5 Bảng tra hệ số dư vữa k R d R 63 Bảng 4.6 Bảng tra thể tích đổ đống cốt liệu lớn 64 Bảng 4.7 Một số tính chất cơ lý của xi măng sử dụng 69 Bảng 4.8 Thành phần cỡ hạt và một số tính chất cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung 70 Bảng 4.9 Khối lượng thể tích, độ hút nước của cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung 70 Bảng 4.10 Một số tính chất cơ lý đá gốc 70 Bảng 4.11 Tỷ lệ cát/đá dăm D R max R = 60mm và độ rỗng hỗn hợp 71 ix Bảng 4.12 Một số tính chất của phụ gia hóa dẻo chậm đông kết Plastiment P ® PR 72 Bảng 4.13 Ba thành phần cấp phối định hướng 75 Bảng 4.14 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý cấp phối 3 thành phần định hướng 75 Bảng 4.15 Thành phần cấp phối bê tông M25B6(R60) – Dmax 60 76 Bảng 4.16 Các tính chất cơ lý của cấp phối bê tông M25B6(R60) Dmax 60 76 Bảng 4.17 Ba thành phần cấp phối định hướng 79 Bảng 4.18 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý cấp phối 3 thành phần định hướng 79 Bảng 4.19 Thành phần cấp phối bê tông M15B2(R60) – Dmax60 80 Bảng 4.20 Các tính chất cơ lý của cấp phối bê tông M15B2(R60) Dmax 60 80 Bảng 4.21 Bảng tính toán chi tiết giá thành cát Hòa Bình tại chân công trình 81 Bảng 4.22 Bảng tính toán chi tiết giá thành cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung tại chân công trình 82 1 MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT Trong thời gian qua, với tiến trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, hàng năm ngành xây dựng cần đến hàng trăm triệu tấn cát vàng. Trong khi đó nguồn cát thiên nhiên ngày càng cạn kiệt và khan hiếm. Đặc biệt đối với các tỉnh miến núi như Sơn La là một trong những tỉnh gần như không có nguồn cát tự nhiên và đang xây dựng rất nhiều các nhà máy thuỷ điện, trong đó có Nhà máy thuỷ điện Sơn La với nhu cầu khoảng 8 triệu tấn cát/1 năm. Trước tình hình đó, để giải quyết bài toán cung cấp vật liệu cát cho xây dụng cần phải tìm được loại vật liệu mới để thay thế cát tự nhiên ngày càng trở nên cấp bách. Để giải quyết vấn đề này, sản xuất và sử dụng cát nhân tạo đang được coi là giải pháp tối ưu. Hầu hết các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng đều thừa nhận tính ưu việt của cát nhân tạo. Khi sử dụng phương pháp này, nó sẽ giải quyết được bài toán thiếu cát thiên nhiên mà vẫn đảm bảo chất lượng công trình; mặt khác, khi sử dụng cát nghiền thay thế cát tự nhiên nó còn có những ưu điểm như: hạt cát đồng đều hơn, có thể điều chỉnh môđun và tỷ lệ thành phần hạt theo từng yêu cầu cấp phối cho các loại bê tông khác nhau (như bê tông asphalt, bê tông xi măng, bê tông đầm lăn, bê tông mác cao ). Loại cát này cũng cho phép tiết kiệm xi măng, nhựa đường, rút ngắn thời gian thi công và tăng tuổi thọ công trình . Chính vì lý do trên chúng tôi đã nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La” nhằm đề xuất việc dùng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên cho các công trình bê tông nói chung và cho công trình đâp thủy lợi Bản Mòng nói riêng. Formatted: Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) Formatted: Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) Formatted: Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) Formatted: Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) Formatted: Font: 14 pt, Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) Formatted: Font: 14 pt, Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) Formatted: Font: 14 pt, Font color: Auto, Vietnamese (Vietnam) [...]... hành nghiên cứu ảnh hưởng của cát nghiền đến một số tính chất cơ bản của bê tông: lượng dùng nước, tính công tác, cường độ bê tông, tính chống thấm, v.v… Chương 4 Ứng dụng cát nghiền trong thiết kế cấp phối bê tông cho công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La Chương này Luận văn tiến hành thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung dùng cho công trình thủy lợi Bản Mòng – Sơn La So... trong bê tông ít, rất có lợi cho việc kiểm soát ứng suất nhiệt Lợi ích về kỹ thuật khi sử dụng cát xay lớn hơn khi sử dụng cát sông suối để xây dựng Các mỏ đá được khảo sát có đủ trữ lượng và chất lượng 14 đủ đáp ứng xây dựng công trình đập bê tông Vì vậy đơn vị thiết kế đã đề nghị sử dụng cát nghiền cho công trình đập Bản Mòng – Sơn La Bảng 1.1 Một số công trình đập BTĐL của Việt Nam sử dụng cát nghiền. .. ĐÍCH LUẬN VĂN - Thí nghiệm các tính chất cơ lý vật liệu dùng sản xuất bê tông thi công công trình Bản Mòng; - Nghiên cứu ảnh hưởng của cát nghiền mỏ đá Bản Mạt – Chiềng Mung (cát nghiền Bản Mạt) đến các tính chất bê tông - Thiết kế 02 cấp phối bê tông sử dụng cát nghiền Bản Mạt – Chiềng Mung cho công trình hồ chứa nước Bản Mòng – Sơn La; Đánh giá hiệu quả kinh tế; III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong luận... PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Vật liệu cát nghiền và bê tông - Nghiên cứu tiến hành trong phòng thí nghiệm V NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chương 1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu cát nghiền trên thế giới và tại Việt Nam Trong chương này Luận văn tiến hành phân tích tổng quan về cát nghiền, công nghệ sản xuất cát nghiền và các ứng dụng; tổng quan về thiết kế thành phần cấp phối bê tông sử dụng cát nghiền. .. cầu sản xuất cát nghiền, vì vậy phương án sử dụng cát nghiền cho bê tông thì công đập Bản Mòng là hợp lý 25 CHƯƠNG 2 YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CÁC TIÊU CHUẨN THÍ NGHIỆM CÁT NGHIỀN 2.1 Khái niệm và các tính chất cơ bản của cát nghiền 2.1.1 Khái niệm cát nghiền (cát nhân tạo) Cát nhân tạo là loại cát nghiền từ đá, có nhiều tên gọi khác nhau như cát công nghiệp, cát nghiền, cát gia công, cát xay, cát nhân tạo... Đak Mi4 90 Quảng Nam 200 7-2 010 12 TĐ Đồng Nai 2 128 Lâm Đồng 2007 -2 012 13 TĐ Sông Bung 4 110 Quảng Nam 2010 -2 013 14 TĐ Lai Châu 120 Lai Châu 201 1-2 017 46 Sơn La 201 2-2 015 15 Đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La 15 Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng cát nghiền tại Việt Nam Hình 1.9 Đập A Vương (Quảng Nam) Hình 1.10 Hình chiếu phối cảnh thủy điện Sơn La 16 Hình 1.11 Đập Bản Vẽ (Nghệ An) 1.3 Tổng... đập Sông Tranh 2, đập Sơn La thay thế toàn bộ cát tự nhiên bằng cát nghiền nhân tạo, đập Huội Quảng, đập Bản Chát, Đồng Nai 3 và 4… Đối với công trình Bản Mòng – Sơn La, [Báo cáo điều chỉnh dự án đầu tư No455C-TH-BC-ĐCDA01 Hồ chưa nước Bản Mòng – Tỉnh Sơn La] vật liệu P P cát tự nhiên rất hiếm do cát tự nhiên từ sông, suối ở địa phương không có, hầu hết phải vận chuyển từ Hòa Bình lên Cát xay từ đá thì... với cát tự nhiên, đảm bảo các yêu cầu về tính chất cơ lý, hoá và có thể thay thế hoàn toàn hoặc một phần cát tự nhiên trong bê tông và vữa xây dựng Trong công nghệ bê tông chất lượng cao, bê tông đầm lăn, bê tông khối lớn, bê tông tự đầm cát nhân tạo còn được sử dụng như một thành phần quan trọng trong thành phần cốt liệu mà cát tự nhiên không thể thay thế được [1] Vật liệu chủ yếu để chế tạo cát nghiền. .. 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 nghiền cho bê tông đã được nghiên cứu và sử dụng trong nhiều công trình đập trọng lực 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, công trình đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La được xây dựng tại vùng hiếm cát tự nhiên mà... một phần cát tự nhiên, đập Sông Tranh 2, đập Sơn La thay thế toàn bộ cát tự nhiên bằng cát nghiền nhân tạo, đập Huội Quảng, đập Bản Chát, Đồng Nai 3 và 4… Ở các công trình này cũng đã có những nghiên cứu đánh giá trước khi đưa vào sử dụng Tuy nhiên cát nghiền có những tính chất khác với cát tự nhiên, nó phụ thuộc rất nhiều vào thành phần đá gốc tạo thành cũng như công nghệ nghiền để tạo thành cát Do . nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La nhằm đề xuất việc dùng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên cho các công trình bê tông nói chung và cho. đề tài Nghiên cứu sử dụng cát nghiền thay thế cát thiên nhiên trong bê tông ứng dụng cho đập thủy lợi Bản Mòng – Sơn La được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi; Phòng nghiên cứu vật. nghiên cứu và sử dụng cát nghiền để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát tự nhiên như là đập thủy điện A Vương thay thế một phần cát tự nhiên, đập Sông Tranh 2, đập Sơn La thay thế toàn bộ cát