Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường ô tô: giải pháp và môi trường

Bài viết này trình bày về kết quả nghiên cứu các tính chất của bê tông cát sử dụng nhiều tro bay để làm lớp móng mặt đường xe chạy. Các kết quả nghiên cứu ban đầu đưa ra được lợi ích của bê tông cát sử dụng nhiều tro bay làm giảm lượng sử dụng xi măng đồng thời tăng độ bền cho bê tông làm lớp móng mặt đường, và cuối cùng là làm giảm giá thành đáng kể khi sử dụng loại bê tông này ở các vùng nhiều cát....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bê tông cát nhiều tro bay làm lớp móng mặt đường ô tô: giải pháp và môi trường BÊ TÔNG CÁT NHIỀU TRO BAY LÀM LỚP MÓNG MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ: GIẢI PHÁP KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG NCS. NGUYỄN THANH SANG ThS. TRẦN LÊ THẮNG KS. NGUYỄN QUANG NGỌC Bộ môn Vật liệu - Xây dựng Viện Khoa học & Công nghệ XDGT Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài viết này trình bày về kết quả nghiên cứu các tính chất của bê tông cát sử dụng nhiều tro bay để làm lớp móng mặt đường xe chạy. Các kết quả nghiên cứu ban đầu đưa ra được lợi ích của bê tông cát sử dụng nhiều tro bay làm giảm lượng sử dụng xi măng đồng thời tăng độ bền cho bê tông làm lớp móng mặt đường, và cuối cùng là làm giảm giá thành đáng kể khi sử dụng loại bê tông này ở các vùng nhiều cát. Summary: This paper presents an experimental research on several important properties of High volume fly ash Sand concrete for road base. The initial results show that the potential usage of High Volume Fly asnh Sand Concrete reduces cement content in sand concrete and increase durability of road base concrete, and finally reduces significal cost price when using this material in sand abundant regions. Key words: High Volume Fly ash Sand concrete, Fly ash, Cost price, Emission, Fine CT 2 sand. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Để phát triển bền vững công nghiệp xi măng và bê tông yêu cầu phải tận dụng chất thải công nghiệp và nông nghiệp. Vì hiện nay có nhiều lý do làm cho công nghiệp xây dựng bê tông không bền vững: Thứ nhất hiện nay, con người phải tiêu thụ một khối lượng vật liệu khổng lồ, và nó còn tiếp tục tăng lên trong tương lai; thứ hai, chất kết dính truyền thống trong bê tông vẫn là xi măng pooc lăng, việc sản xuất sản phẩm này là một trong các nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính, làm cho trái đất nóng lên và thay đổi khí hậu; thứ ba là các kết cấu bê tông phải đối mặt với sự kém bền có thể tạo ra một chất thải rắn rất lớn [5]. Hơn nữa, hàng năm trên thế giới sử dụng khoảng 10 tỷ tấn bê tông xi năng, riêng ngành công nghiệp xi măng đã thải ra 7% tổng lượng khí CO2 [6]. Bê tông cát sử dụng nhiều tro bay (HVFASC) được sử dụng cho các vùng khan hiếm đá dăm hay sỏi. Trong thành phần của HVFASC ngoài các nguyên liệu dùng cho chế tạo bê tông cát: xi măng pooc lăng, cát thô, cát mịn, bột đá vôi, nước còn phải thêm thành phần tro bay thay thế một phần xi măng. Bê tông cát nhiều tro bay trong nghiên cứu này áp dụng cho móng mặt đường thay cho lớp bê tông nghèo xi măng. Đặc biệt bê tông cát nhiều tro bay tiết kiệm được năng lượng khi trộn đổ, đầm và hoàn thiện bê tông do sự “nhỏ hóa” đường kính cốt liệu và sử dụng cho các vùng nguồn cát dồi dào cũng như tận dụng được lượng cát hạt nhỏ (Mk2.1.2. Xi măng Xi măng Nghi sơn PCB30 có khối lượng riêng là 3.1g/cm3, có tỷ diện tích bề mặt đạt: 2750 (cm2/g) và có thành phần hóa học và khoáng vật ghi trong bảng 2 và bảng 3. Bảng 2. Thành phần hóa học của xi măng Nghi Sơn PCB30 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO 3 Na2O K2O CaO tự do 22.19 5.42 3.30 61.16 1.2 1.9 0.12 0.30 0.193 Bảng 3. Thành phần khoáng vật của xi măng Nghi Sơn PCB30 C3S C2S C3A C4AF Phụ gia khoáng 51.74 24.2 8.16 10.35 6.8 Xi măng sử dụng trong nghiên cứu này tương đương với xi măng CEM I, hoặc ASTM C1157 loại I. 2.1.3.Bột đá vôi và tro bay Bột đá vôi sử dụng là bột đá vôi từ mỏ đá thuộc huyện Quảng Ninh. Hàm lượng các tạp chất có hại trong bột đá vôi đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật quy định bột mịn cho bê tông cát theo tiêu chuẩn NF P18-508. Bột đá vôi này có khối lượng thể tích là 1.3 g/cm3, khối lượng riêng là 2.72 g/cm3, độ mịn Blaine đạt 3210 cm2/g. Tro bay (FA) có độ hoạt tính theo thành phần hóa trình bày bảng sau, khối lượng thể tích là 1.118g/cm3, khối lượng riêng là 2.12 g/cm3. Bột đá vôi và tro bay có thành hóa học được ghi trong bảng 4. Bảng 4. Kết quả thử nghiệm thành phần hóa học của bột đá vôi và tro bay CT 2 Bột SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MKN Bột đá vôi (%) 0.17 0.02 0.04 54.88 0.45 0.02 0.04 43.46 Tro bay (%) 58.38 25.12 7.01 0.84 0.70 0.30 3.28 5.29 2.1.4. Nước và phụ gia siêu dẻo Nước sử dụng cho bê tông cát nhiều tro bay là nước sạch, đạt tiêu chuẩn TCXDVN 302 - 2004. Phụ gia hóa dẻo trong nghiên cứu này dùng của Sika loại Visconcrete - V3000 - 10. 2.2. Thành phần các loại bê tông chế tạo và mẫu thí nghiệm Bê tông cát trong nghiên cứu được thiết kế với cường độ yêu cầu thực tế là 15MPa. Việc thiết kế thành phần bê tông được thực hiện theo phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm. Trong đó phần tính toán sơ bộ được thực hiện theo nguyên lý chèn đầy thể tích của khung cốt liệu, phương pháp này đã được phân tích đánh giá tính thực tiễn và tính hiệu quả trong tài liệu [3], thiết kế cũng tham khảo tiêu chuẩn ACI 211.1-91 và tiêu chuẩn ACI 211.4-98 để lựa chọn tỷ lệ N/X. Bốn cấp phối bê tông cát được thiết kế: cấp phối bê tông cát không sử dụng tro bay (mẫu đối chứng - SC0), các cấp phối bê tông cát sử dụng với hàm lượng tro bay thay thế xi măng với lượng 30%, 40%, 50% ký hiệu lần lượt là HVFASC30, HVFASC40, HVFASC50. Thành ph ...