các doanh nghiệp cũng như các ban ngành đặc biệt quan tâm. Đề tài “Nghiên cứu khả năng thay thế cát bằng vỏ sò trong vữa xi măng

Nghiên cứu khả năng thay thế cát bằng vỏ sò trong vữa xi măng

1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Quảng Nam là một tỉnh có mật độ sông ngòi dày đặc và bờ biển kéo dài. Đây cũng là tỉnh có tốc độ phát triển kinh tế khá cao nên nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng kỹ thuật là rất lớn.
3. Trước kia nguồn vật liệu cát ở đây rất dồi dào, chủ yếu khai thác từ các nhánh sông trong tỉnh, cung cấp cho thị trường trong tỉnh và cho cả thành phố Đà Nẵng. Tuy nhiên, việc khai thác cát không tuân theo các yêu cầu về bảo vệ môi trường, khai thác quá mức, khai thác trái phép, thiếu khoa học dẫn đến nguồn tài nguyên cát bị cạn kiệt, làm thay đổi dòng chảy, bờ sông nằm trên khu vực khai thác bị xói lở nghiêm trọng, một số địa phương trong tỉnh đã cấm khai thác hoặc khai thác rất hạn chế nguồn tài nguyên này.
4. Điều này đã gây không ít khó khăn cho nhu cầu của các doanh nghiệp xây dựng cũng như nhu cầu xây dựng trong dân, vì nguồn vật liệu cát tự nhiên đạt chất lượng không đủ trữ lượng để cung cấp đầy đủ và liên tục nữa.
5. Chính vì vậy, việc tìm kiếm nguồn vật liệu thay thế cát tự nhiên hiện nay được các doanh nghiệp cũng như các ban ngành đặc biệt quan tâm. Đề tài “Nghiên cứu khả năng thay thế cát bằng vỏ sò trong vữa xi măng” được hình thành nhằm mục đích đánh giá khả năng thay thế cát tự nhiên bằng vỏ nghêu, sò, loại phế thải thông dụng ở các thành phố, các tỉnh duyên hải như Quảng Nam, Đà Nẵng. Kết quả đạt được sẽ là cơ sở cho phép đánh giá những ứng dụng thực tiễn sau này, nhằm đóng góp một phần vào phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường của khu vực nói riêng và cả nước nói chung.
6. Mục tiêu nghiên cứu
7. – Nghiên cứu khả năng thay thế vật liệu cát tự nhiên bằng vỏ sò trong bê tông, vữa xi măng. Xác định tính chất vật lý, hóa học, cơ học, của các vật liệu sử dụng chế tạo vữa.
8. – So sánh tính chất hóa lý, cường độ của vữa không và có sử dụng vỏ sò thay thế cát.
9. – Đánh giá hiệu quả kinh tế, kỹ thuật khi thay thế vật liệu cát tự nhiên bằng vỏ sò trong vữa xi măng.
10. Đối tượng nghiên cứu
11. – Đối tượng nghiên cứu là vỏ các loại động vật thân mềm mà cụ thể là vỏ nghêu. Loại vật liệu này được thu thập, xử lý, sơ chế phù hợp các tiêu chuẩn Việt Nam về cát và được dùng thay thế cát tự nhiên trong vữa xi măng ở các hàm lượng khác nhau.
12. Phương pháp nghiên cứu
13. – Nghiên cứu tổng quan lý thuyết thông qua các bài báo khoa học, sách chuyên khảo…
14. – Nghiên cứu thực nghiệm.
15. – Tiến hành xử lý kết quả, phân tích dữ liệu, từ đó rút ra kết luận so sánh và đánh giá khả năng sử dụng của vỏ nghêu.
16. Kết luận
17. Rút ra kết luận và kiến nghị về khả năng thay thế vật liệu cát tự nhiên bằng vỏ sò trong xây dựng tại khu vực miền trung nói chung và tại Quảng Nam nói riêng.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁT TỰ NHIÊN

1.1.1. Nguồn gốc

Về cơ bản các loại cát tự nhiên khu vực Quảng Nam có nguồn gốc hình thành từ hai loại chính sau:

• Cát bãi bồi (aluvi): Phân bố ven các sông lớn và lòng một số sông suối nhỏ chi lưu của các sông trên, đây là loại cát chủ yếu được sử dụng trong xây dựng ở các tỉnh khu vực miền Trung.
• Cát có nguồn gốc biển gió: Các tỉnh thuộc khu vực miền Trung rất dồi dào loại cát này, tuy nhiên hầu hết cát bị nhiễm mặn nên không sử dụng được cho xây dựng. Một bộ phận cát có nguồn gốc biển gió phân bố trong phần sâu đất liền, hoặc phân bố trên các cồn cát cố định nằm trên cao phần địa hình ven biển, các loại cát này được rửa mặn nhờ mưa gió hoặc sông hồ nước ngọt lân cận, do vậy có thể sử dụng làm cát cho bê tông và xây trát được.

1.1.2. Thực trạng cát tự nhiên trên thế giới

Nhu cầu cát xuất hiện trong hầu như mọi hoạt động sống hiện đại ngày nay của chúng ta, từ mỹ phẩm, kem đánh răng, pin năng lượng mặt trời, chip điện tử cho đến các tòa nhà. Theo phân tích của UNEP (United Nations Environment Programme), cát và sỏi là hai loại nguyên vật liệu được khai thác nhiều nhất hành tinh, chiếm 85% tổng khối lượng các loại tài nguyên khai thác từ lòng đất mỗi năm. Chính vì khả năng ứng dụng đa dạng và quan trọng, khai thác cát đã trở thành ngành công nghiệp trị giá 70 tỷ USD.

Theo tờ The Economist, nguyên nhân chính của tình trạng khan hiếm cát xuất phát từ nhu cầu tăng vọt tại châu Á. Năm 2016, 13,7 tỷ tấn cát được khai thác trên toàn thế giới trong đó tới 70% được dùng tại các quốc gia châu Á mà riêng Trung Quốc đã chiếm tới một nửa. Đặc biệt, thống kê cho thấy lượng cát mà Trung Quốc sử dụng trong 4 năm qua nhiều hơn tổng lượng cát Mỹ dùng trong cả thế kỷ XX.

Ngoài ra,cát còn được dùng để mở rộng lãnh thổ. Ví dụ như Singapore, diện tích đảo quốc này đã tăng thêm 20% so với khi mới giành độc lập năm 1965. Tốc độ khai thác cát hiện đang vượt quá tốc độ sinh ra cát trong tự nhiên. Điều này sẽ còn khiến cát càng trở nên khan hiếm hơn nữa.

The Economist cho rằng, lo ngại thiếu cát và hậu quả từ hành động khai thác gây ra với môi trường, các nước phương Tây đã giới hạn những khu vực được khai thác. Indonesia và Malaysia cũng cấm xuất khẩu cát sang Singapore khi mà khai thác cát khiến đường bờ biển 2 nước này ngày càng mỏng vẹt.

1.1.3. Thực trạng cát tự nhiên tại Việt Nam

1. Theo thống kê, hiện cả nước có 331 mỏ cát tự nhiên với tổng trữ lượng khoảng 2.079,72 triệu m³. Nếu dùng để san lấp thì đến năm 2020, Việt Nam sẽ hết cát và cát dùng trong bê tông chỉ đáp ứng được thêm 15 – 20 năm.
2. Chính việc sử dụng cát tự nhiên làm vật liệu san lấp là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến việc thiếu hụt cát. Nếu dùng như hiện nay thì chỉ khoảng vài năm nữa là hết trữ lượng.
3. Khoảng 3 tháng trở lại đây, nhiều dự án trọng điểm tại ĐBSCL đã bị ngưng trệ do khan hiếm cát xây dựng và giá cát cũng tăng bất thường.
4. Đại diện Bộ Xây dựng cho biết trữ lượng cát bồi đắp trên sông đang bị hạn chế do ảnh hưởng từ việc xây dựng các đập thủy điện, các đập cho ngành nông nghiệp.

1.1.4. Thực trạng cát tự nhiên trên địa bàn tỉnh Quảng Nam và Đà Nẵng

1. Hệ thống sông ngòi dày đặc cùng với bờ biển kéo dài là yếu tố góp phần cung cấp sản lượng cát cho tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng. Sản lượng cát rất lớn nằm chủ yếu ở các bãi bồi, lòng sông cạn và các thung lũng. Các loại cát hạt vừa và hạt vừa pha hạt lớn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật làm cốt liệu cho bê tông và vữa [1].

Bảng 1.1. Sản lượng cát giai đoạn 2008 – 2012 tỉnh Quảng Nam

1. Các cơ sở khai thác cát trên địa bàn tỉnh Quảng Nam thường có quy mô từ 5.000 đến 50.000 m³/năm với nhiều thiết bị chuyên dụng. Khai thác cát xây dựng chủ yếu trên các tuyến sông Tranh, sông Thu Bồn, sông Ly Ly, sông Trường Giang, sông A Vương, sông Voi, sông Vu Gia.
2. Hàng năm tại Quảng Nam sông Vu Gia và sông Thu Bồn vận chuyển và bồi đắp thêm lượng cát khoảng hơn 3 triệu m³.
3. Đà Nẵng là địa phương có trữ lượng cát không lớn, kết quả đánh giá sơ bộ trữ lượng tài nguyên là 429000m³.
4. 1.1.5. Vai trò của cát
5. Cát là vật liệu dạng hạt, có nguồn gốc tự nhiên là hạt đá và khoáng vật nhỏ, mịn. Cát có nhiều loại, nhưng phổ biến nhất là silica. Trong xây dựng, cát được phối trộn với xi-măng và nước theo những tỷ lệ nhất định để tạo thành vữa xây dựng, hay thêm đá để tạo bê-tông.
6. Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc. Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông. Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm.

1.1.6. Yêu cầu kỹ thuật

1. Vật liệu cát sử dụng làm cốt liệu cho hỗn hợp vữa và bê tông cần đảm bảo đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7570 -2006 [2].
2. Thành phần hạt
3. Thành phần hạt của cát cần phải thỏa mãn theo TCVN 7570:2006 (bảng 1.2).

Bảng 1.2. Thành phần hạt của cát

1. Mô đun độ lớn của cát

Cát có môđun độ lớn từ 0.7 đến 1 có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp thấp hơn B15;

• Cát có môđun độ lớn từ 1 đến 2 có thể được sử dụng chế tạo bê tông cấp từ B15 đến B25.

Ngoài ra, cát làm bê tông cần thỏa mãn thêm các điều kiện sau:

• Cát dùng chế tạo vữa không được lẫn quá 5% khối lượng các hạt có kích thước lớn hơn 5 mm.

1. Khối lượng thể tích xốp của cát
2. Độ ẩm của cát

1.2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VỎ NGHÊU

1. Việc sử dụng một số chất thải, phụ phẩm nghiền mịn trong bê tông ngày càng trở nên thông dụng bởi những hiệu quả mang lại liên quan đến lợi ích môi trường, đặc điểm cơ học hay độ bền của vật liệu. Các ví dụ có thể kể đến như trường hợp tro bay, muội silic, xỉ lò cao nghiền mịn được thêm vào sản phẩm xi măng Portland [3-7]. Chất thải và phụ phẩm khác với kích thước lớn hơn xi măng có thể được sử dụng như cốt liệu trong vữa hay bê tông [7-12]. Một số ví dụ có thể liệt kê như chất thải nhựa, thủy tinh, gạch nát hay xà bần [15-17].
2. Tuy nhiên, một dạng chất thải khác mới được nghiên cứu gần đây là chất thải có nguồn gốc từ động vật thân mềm ở biển như vỏ sò, vỏ nghêu, vỏ hàu, vẹm… [20-23]. Mục tiêu chủ yếu của những nghiên cứu này được xuất phát từ quan điểm môi trường.

1.2.1. Tính chất của vỏ sò, nghêu

1. Vỏ sò, nghêu và các loại động vật thân mềm nói chung được tạo thành chủ yếu từ các tinh thể CaCO₃. Một số nhà nghiên cứu đã chứng tỏ vỏ sò (vỏ nghêu) được cấu tạo từ xấp xỉ 96% CaCO₃ và những hợp chất hữu cơ khác, phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng [32-34].
2. Bảng 1.3 tổng hợp kết quả phân tích thành phần oxit của vỏ hàu theo nghiên của Yang và cộng sự [25]. Nhận thấy rằng thành phần oxit của vỏ hàu và các loại vỏ khác nói chung có thành phần tương đồng với đá vôi. Trong đó CaO chiếm phần lớn khối lượng, trên 50%.

Bảng 1.3. Thành phần hóa học của vỏ sò và đá vôi

1.2.2. Tình hình xuất khẩu nước ngoài

1. Thông tin từ VASEP, trong 6 tháng đầu năm 2016, tổng giá trị xuất khẩu nghêu, sò đạt 40,86 triệu USD, tăng 1,6% so với năm 2015. Hiện nay, Việt Nam đã xuất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ sang 57 nước trên thế giới, tăng thêm 9 nước so với năm 2015. Trong đó, EU vẫn là thị trường nhập khẩu nghêu, sò lớn nhất của Việt Nam, chiếm tỷ trọng 64%.
2. Còn với thị trường Nhật, xuất khẩu đạt 4,22 triệu USD, giảm 12,4%. Trong đó, thị phần nghêu chế biến sang Nhật khá khiêm tốn, chỉ chiếm 2 – 3%; giá trung bình đạt khoảng 3 USD/kg. Riêng lĩnh vực nghêu xuất khẩu, hiện Trung Quốc vẫn đang chiếm lĩnh thị trường, còn Việt Nam xếp thứ 5 và đang phải cạnh tranh gay gắt với các đối thủ từ Chile, Thái Lan, New Zealand.
3. Đáng chú ý, giá xuất khẩu nghêu từ Việt Nam sang Mỹ đạt 2,64 USD/kg, tăng so với mức 2,59 USSD/kg năm 2015. Với mặt hàng sò điệp, giá bán tại thị trường Mỹ đang ở mức cao nhất so với một số năm gần đây do sản lượng sò điệp cập cảng thấp.
4. Tổng cục Thủy sản đặt mục tiêu đến năm 2020, nghêu, sò nuôi sẽ đạt tổng diện tích 48.370 ha; năng suất trung bình 8,27 tấn/ha; giá trị xuất khẩu đạt khoảng 150 triệu USD, tốc độ tăng trưởng bình quân 12,8 %/năm.

1.2.3. Tình hình trong nước

Bảng 1.4. Bảng khảo sát lượng nghêu tiêu thụ của các nhà hàng, quán ăn

1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NƯỚC NGOÀI

1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

1. Các công trình nghiên cứu khả năng thay thế cát tự nhiên bằng các loại vỏ động vật thân mềm như vỏ nghêu, sò thì chưa thấy. Các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này chủ yếu từ nước ngoài.

1.3.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế

1. Yang và cộng sự [25-27] thấy rằng cường độ của vữa ở 28 ngày tuổi không ảnh hưởng nhiều khi thay thế cát bằng vỏ hàu.
2. Năm 2013, Alan Alliott Richardson đã nghiên cứu việc sử dụng sản phẩm của vỏ sò như thành phần cốt liệu trong hỗn hợp bê tông thông thường bằng việc thay thế hoàn toàn cát hoặc sỏi.
3. Một nghiên cứu mới đây được thực hiện bởi Nguyen et al, tái chế vỏ sò thành cốt liệu thô cho công nghiệp sản xuất bê tông vỉa hè.
4. Nghiên cứu khác được thực hiện bởi Dahunsi đã đưa ra cường độ nén của bê tông vỏ sò thay thế thấp hơn so với bê tông 100% cốt liệu đá, nhưng khối lượng riêng của bê tông vỏ sò nhẹ hơn [31].

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

Bảng 2.1. Thành phần cấp phối vữa

2.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ, HÓA HỌC CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG

2.2.1. Tính chất của cát

Cát trước khi sử dụng được rửa sạch, phơi khô và sàng qua sàng 5 mm để loại bỏ các hạt trên 5 mm. Sau đó cát tiếp tục được sàng để phân loại cỡ hạt 0.14 mm, 0.315 mm, 0.63 mm, 1.25 mm và 2.5 mm. Đảm bảo trong quá trình thí nghiệm chế tạo vữa, thành phần hạt của cát luôn luôn không đổi.

Thành phần hạt của cát được biểu diễn trên Hình 2.1. Cát có mô đun độ lớn M_dl bằng 3, thuộc loại cát thô, và thành phần hạt phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 7570-2006 dùng để chế tạo vữa.

Hình 2.1. Thành phần hạt của cát sử dụng

2.2.2. Tính chất của vỏ nghêu

Vỏ nghêu thu thập trước tiên được làm sạch, loại bỏ các tạp chất hữu cơ còn bám dính, sau đó được phơi khô và nghiền nát thủ công để dùng thay thế cát . Thành phần hạt của vỏ nghêu được đảm bảo giống hoàn toàn thành phần hạt của cát tự nhiên sử dụng trong nghiên cứu. Một lưu ý rằng cát làm từ vỏ nghêu có dạng thoi, phẳng so với dạng khối cầu của cát tự nhiên.

2.2.3. Xi măng

Xi măng sử dụng là xi măng PC40 sông Gianh miền Trung.

2.3. CÁCH CHẾ TẠO VÀ BẢO DƯỠNG MẪU VẬT LIỆU

2.3.1. Sơ đồ các bước làm thực nghiệm

Hỗn hợp vữa

Mẫu vữa

40×40×160 mm³

Đo độ sụt và đo lưu biến

Bảo dưỡng

Uốn, Nén, Chịu ăn mòn axit

Xi măng

Cát

Vỏ nghêu (nếu có)

Nước

2.3.2. Trang thiết bị thí nghiệm

1. – Cân kỹ thuật có độ chính xác đến 1 g
2. – Máy trộn vữa
3. – Máy thử cường độ uốn, nén
4. – Ngoài ra còn một số thiết bị khác phục vụ cho công việc thực nghiệm như búa, bay, thước, chày, khay, thùng, bộ ray sàng cát…

2.3.2. Chế tạo và bảo dưỡng mẫu

1. Hỗn hợp cát, xi măng và vỏ nghêu (nếu dùng) được trộn đều trước rồi đổ vào cối trộn dung tích 5L. Sử dụng tốc độ quay chậm để trộn hỗn hợp vữa khô trong vòng 60 giây, sau đó cho 2/3 lượng nước vào hỗn hợp rồi tiếp tục trộn ở tốc độ quay chậm trong vòng 120 giây. Dừng máy trộn, sử dụng bay vét xung quanh và đấy cối trong vòng 60 giây. Cuối cùng cho 1/3 lượng nước còn lại vào hỗn hợp vữa, trộn ở tốc độ cao trong vòng 120 giây.
2. Chế tạo mẫu vữa có kích thước 4×4×16 cm³ theo đúng tiêu chuẩn TCVN 3121-11:2003.
3. Sau khi chế tạo xong, mẫu được bảo dưỡng ở điệu kiện nhiệt độ khoảng 27ºC, độ ẩm 95%. Sau 2 ngày kể từ ngày đúc thì tiến hành tháo khuôn, tiếp tục bảo dưỡng mẫu trong cùng điều kiện như trên cho đến thời điểm uốn, nén xác định cường độ.
4. Đối với mẫu thí nghiệm xác định khả năng chịu ăn mòn thì sau khi tháo khuôn, mẫu được bảo dưỡng bằng cách ngâm ngập trong môi trường nước cất (làm đối chứng) và môi trường axít HCl 1%, điều kiện nhiệt độ 27ºC cho đến khi xác định mức độ ăn mòn (hàng tuần) và thí nghiệm uốn, nén xác định cường độ (28, 56 và 81 ngày).

2.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT CỦA HỖN HỢP VỮA

1. Dụng cụ dùng để xác định độ sụt gồm khay thép, côn hình nón cụt, chày thép 12×12 mm, thước đo, bay, thước gạt.
2. Khay thép (để tạo mặt bằng giữ hỗn hợp vữa) và côn hình nón cụt trước khi dùng được lau sạch bằng khăn ẩm, không để vữa tiếp xúc bề mặt khô để tránh ảnh hưởng đến kết quả.
3. Hỗn hợp vữa sau khi trộn xong được đổ ngay vào côn, khi đổ chia làm ba lớp đầm bằng thanh thép 12×12 mm, mỗi lần đầm 25 cái. Sau khi đầy vữa thì dùng thước gạt bằng mặt côn, dọn vữa thừa xung quanh, dùng hai tay nhấc thẳng đều côn lên và đo độ sụt của vữa, ghi chép kết quả.

2.5. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA VỮA

2.5.1. Dụng cụ và thiết bị dùng để đo lưu biến

1. 2.5.2. Trình tự thực hiện
2. Để thực hiện đo tính chất lưu biến của mẫu vữa sau khi trộn thì ta thực hiện như sau:
3. Lắp ráp các thiết bị theo đúng quy trình, cố định giá đỡ, khởi động máy tính, máy khuấy cơ điện. Thiết lập thời gian và tốc độ quay như sau: Tốc độ quay tăng từ 0 lên 4.5 vòng/giây trong thời gian 60 giây, tiếp tục quay ở tốc độ 4.5 vòng/giây từ giây thứ 60 đến giây thứ 450. Sau đó, tốc độ quay giảm dần từ 4.5 vòng/giây xuống 0.5 vòng/giây, mỗi lần giảm 0.5 vòng/giây. Tại mỗi tốc độ, thời gian quay là 18 giây. Thời gian chuyển giữa hai cấp tốc độ là 12 giây. Cho máy chạy không tải và lưu lại kết quả.
4. Đổ hỗn hợp vữa đã trộn vào thiết bị chứa vữa sau khi đã đặt cánh quay chữ thập vào, mặt trên của cánh quay chữ thập bằng với mặt thành thiết bị chứa vữa, dùng thanh thép 12×12 mm đầm xung quanh, sau đó gạt bằng mặt vữa.
5. Vận hành thiết bị đo và lưu lại các giá trị.

2.5.3. Xử lý kết quả đo

2.6. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN – NÉN

2.6.1. Xác định cường độ chịu uốn

Cường độ uốn R_u của mỗi mẫu thí nghiệm (N/mm²) được tính theo công thức:

Trong đó:

P_u: lực uốn gãy, N;

l: khoảng cách giữa hai gối uốn, l = 100 mm;

b, h: chiều rộng, chiều cao mẫu thí nghiệm, b = h = 40 mm.

Kết quả thí nghiệm là giá trị trung bình cộng của 3 mẫu thí nghiệm, chính xác đến 0,1 N/mm². Nếu có một kết quả sai lệch lớn hơn 10 % so với giá trị trung bình thì loại bỏ kết quả đó. Khi đó kết quả thí nghiệm là giá trị trung bình cộng của hai mẫu còn lại.

2.6.2. Xác định cường độ chịu nén

Cường độ nén R_n của mỗi mẫu thử (N/mm²) xác định theo công thức:

Trong đó

P_n: lực nén phá hủy mẫu, N;

A: diện tích tiết diện mẫu, mm².

Kết quả thử là giá trị trung bình của 6 mẫu thử, chính xác đến 0,1 N/mm². Nếu kết quả của viên mẫu nào sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình của các viên mẫu thì loại bỏ kết quả của viên mẫu đó. Khi đó, kết quả thử là giá trị trung bình cộng của các viên mẫu còn lại.

2.7. XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU ĂN MÒN AXÍT CỦA VỮA

Mẫu vữa được chế tạo như mục 2.3.2 và bảo dưỡng ở nhiệt độ 27±2ºC, độ ẩm 95±5%. Mẫu được tháo khuôn sau 2 ngày tuổi và tiếp tục bảo dưỡng đến 7 ngày tuổi. Sau đó, khối lượng của tất cả các mẫu vữa được xác định chính xác đến 0.01 g, ghi chép số liệu theo từng mẫu và ngâm vào nước cất, trong quá trình ngâm theo dõi khối lượng của mẫu vữa hàng tuần. Cân từng mẫu cho đến khi khối lượng không đổi thì lúc đó mẫu đã ngậm đầy nước. Thời gian mẫu ngậm đầy nước là từ 5 đến 7 ngày.

Mẫu vữa đã chứa đầy nước được chia làm 2 tổ, 1 tổ tiếp tục ngâm nước cất (làm mẫu đối chứng) và 1 tổ ngâm axít HCl 1% để đánh giá mực độ ăn mòn. Để đảm bảo mẫu vữa chịu ăn mòn từ mọi bề mặt thì các mẫu vữa được đặt cách rời nhau bằng khung đỡ hoặc các thanh inox Φ5 mm. Các mẫu vữa được đặt vào xô 5L, nước hoặc axit cao hơn mẫu trên cùng 3 cm.

Cứ 7 ngày tiến hành thay nước cất và thay axít HCl 1%. Đồng thời, mẫu vữa được rửa sạch dưới vòi nước, lau khô bằng giấy hoặc khăn và đợi 30 phút, cân xác định khối lượng từng mẫu.

Ngoài ra, các mẫu vữa được ngâm đến 28, 56, 84 ngày thì tiến hành uốn, nén xác định cường độ vữa. Việc xác định cường độ uốn, nén đảm bảo theo tiêu chuẩn TCVN 3121-11:2003. Mẫu trước khi uốn, nén được xác định lại kích thước hình học phục vụ tính toán kết quả cường độ.

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA VÒ SÒ TỚI TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA VỮA

Hình 3.2 và Hình 3.3 lần lượt biểu diễn thông số lưu biến và độ sụt của các mẫu vữa chứa 0, 5, 10, 20 và 50% vỏ nghêu.

Hình 3.2. Ảnh hưởng của vỏ nghêu tới độ sụt của vữa

Ta thấy, khi thay đổi hàm lượng vỏ nghêu từ 5% đến 20% thì độ sụt hầu như không thay đổi. Trong khi đó tăng hàm lượng tới 50% thì độ sụt tăng vọt.

Các thông số nhớt của vữa chứa từ 0 đến 10% vỏ nghêu cũng hầu như không đổi. Nhưng với hàm lượng vỏ nghêu tăng hơn nữa (20 và 50%), ngưỡng cắt và hằng số nhớt của vữa tăng lên.

Điều đó cho thấy khi sử dụng vỏ nghêu với hàm lượng lớn hơn 20%, các đặc tính của vữa tươi có nhiều thay đổi. Đồng thời, chỉ riêng thông số độ sụt không đủ để đánh giá tính chất của vữa tươi.

Tuy nhiên có một lưu ý liên quan đến thí nghiệm: phép đo lưu biến của vữa cần tái lặp thêm nhiều lần và mở rộng dải vận tốc đo để đánh giá đứng được quy luật lưu biến của vữa.

Hình 3.3. Ảnh hưởng của vỏ nghêu tới thông số lưu biến của vữa

3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA VÒ NGHÊU TỚI CƯỜNG ĐỘ CỦA VỮA

Hình 3.4. Sự phát triển cường độ uốn của các mẫu vữa theo thời gian

Quan sát Hình 3.4 cho thấy, cường độ chịu uốn của mọi vữa (0, 5, 10, 20, 50%) đều tăng lên theo thời gian. Ngoài ra, tại mọi ngày tuổi, cường độ uốn của tất cả vữa chứa vỏ nghêu xấp xỉ nhau và nhỏ hơn cường độ uốn của mẫu đối chứng.

Hình 3.5. Sự phát triển cường độ nén của các mẫu vữa theo thời gian

Tương tự cường độ uốn, cường độ nén của cả 5 loại vữa đều tăng cường độ theo ngày tuổi. Đây là kết quả của sự thủy hóa xi măng. Ngoài ra cũng thấy rằng, cường độ nén của vữa giảm dần khi tăng dần hàm lượng vỏ nghêu sử dụng. Bốn loại vữa có hàm lượng vỏ nghêu dưới 20% đạt mác 30 sau 28 ngày. Sau 56 ngày, cường độ nén của mẫu 5% vỏ nghêu xấp xỉ cường độ nén của mẫu đối chứng.

3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA VỎ NGHÊU TỚI KHẢ NĂNG CHỊU ĂN MÒN AXÍT

Khối lượng của vữa ngâm trong hai môi trường (nước cất và axit HCl 1%) được theo dõi hàng tuần. Sự thay đổi khối lượng của vữa được biểu diễn trên Hình 3.5 (môi trường nước cất) và Hình 3.6 (môi trường axit).

Trong môi trường nước cất, khối lượng của 4 loại mẫu, 0, 5, 10, 20% hầu như không thay đổi. Trong khi đó, khối lượng của mẫu chứa 50% vỏ nghêu tăng lên nhưng không nhiều. Khối lượng của loại vữa này tăng đạt giá trị lớn nhất 1.8% sau 63 ngày ngâm.

Trong khi đó các mẫu ngâm trong axit có khối lượng giảm dần theo thời gian ngâm. Ngoài ra, màu sắc của các mẫu chứa vỏ nghêu ngâm trong axit cũng thay đổi nhiều. Các mẫu trước khi ngâm có màu xi măng xám, sau khi ngâm chuyển sang màu gỉ sắt. Đây là hệ quả của sựa hòa tan lớp vỏ màu của nghêu. Mẫu chứa 50% vỏ nghêu có khối lượng giảm tương tự mẫu đối chứng. Khối lượng giảm 15% sau 84 ngày ngâm. Trong khi đó các mẫu còn lại (5, 10, 20%) vỏ nghêu có khối lượng giảm tương tự nhau đến 63 ngày ngâm. Sau đó, mẫu 5% có khối lượng giảm ít hơn.

Hình 3.6. Thay đổi khối lượng của vữa ngâm trong nước cất

Hình 3.7. Thay đổi khối lượng của vữa ngâm trong axit HCl 1%

Hình 3.8. Cường độ nén của vữa ngâm trong axit HCl 1% theo thời gian

1. Cường độ chịu nén của vữa giảm khi thời gian ngâm trong axit tăng lên. Sau 84 ngày ngâm, cường độ nén của các mẫu chứa vỏ nghêu từ 5 đến 20% không khác nhiều so với mẫu đối chứng. Còn cường độ nén của mẫu chứa 50% vỏ nghêu giảm khoảng 20% so với mẫu đối chứng.

Hình 3.9. Cường độ nén của vữa ngâm trong nước cất theo thời gian

Cường độ của vữa ngâm trong nước cất tăng dần theo thời gian. Cường độ của mẫu 5% đạt ngang mẫu đối chứng ở cả 3 thời điểm thử tải. Trong khi đó cường độ của mẫu 10% và 20% tương tự nhau, của mẫu 50% nhỏ nhất.

Để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng vỏ nghêu tới khả năng chịu ăn mòn axit của vữa, cường độ nén tương đối của mẫu vữa ngâm trong axit so với ngâm trong nước cất được tính toán và biểu diễn trên Hình 3.10.

Hình 3.10. Cường độ nén tương đối của vữa

Nhận thấy rằng, khi sử dụng vỏ nghêu thay thế cát, khả năng chịu ăn mòn của vữa tăng so với mẫu đối chứng sau 84 ngày, đặc biệt tăng nhiều sau 28 ngày ngâm. Xu hướng của 56 ngày ngâm thì ngược lại.

KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG

1. Kết luận

Luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng vỏ nghêu tới tính chất lưu biến, tính chất cơ học và khả năng chịu ăn mòn axit của vữa. Kết quả thu được cho thấy:

– Khi sử dụng vỏ nghêu thay thế cát, độ sụt của vữa tăng lên. Tuy nhiên riêng độ sụt chưa phản ánh hết độ lich động của vữa. Thí nghiệm đo thông số nhớt chứng minh điều đó.

– Cường độ nén uốn của vữa khi sử dụng vỏ nghêu giảm so với cường độ của mẫu đối chứng. Cụ thể hàm lượng vỏ nghêu sử dụng càng nhiều, cường độ càng giảm.

– Khả năng chịu ăn mòn axit của vữa sử dụng vỏ nghêu được cải thiện so với mẫu đối chứng sau 84 ngày ngâm.

2. Triển vọng

– Thí nghiệm lưu biến cần thực hiện lại với dải tốc độ đo rộng hơn để có thể phản ánh chính xác quy luật lưu biến của vữa.

– Đánh giá các tính chất khác của vữa như thời gian bắt đầu đông kết, khả năng giữ độ lưu động, giữ nước của vữa tươi, cường độ bám dính của vữa với nền,…

– Đánh giá khả năng ứng dụng của vỏ nghêu trong các sản phẩm bê tông cụ thể như bê tông lát vỉa hè.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\LUAN VAN DUY TAN\LUAN VAN DUY TAN\TRAN QUANG\SAU BAO VE