BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGƠ HỒI THANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE Ở THANH SƠN - PHÚ THỌ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG MẶT ĐƢỜNG Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ô tô đƣờng thành phố 9.58.02.05 Mã ngành: LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGƠ HỒI THANH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE Ở THANH SƠN - PHÚ THỌ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG MẶT ĐƢỜNG Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ô tô đƣờng thành phố 9.58.02.05 Mã ngành: LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS PHẠM DUY HỮU HÀ NỘI 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận án Ngơ Hồi Thanh ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn GS.TS Phạm Duy Hữu tận tình hƣớng dẫn định hƣớng khoa học, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu để hồn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn giáo sƣ, phó giáo sƣ, tiến sỹ, chuyên gia, nhà khoa học nghành GTVT Xây dựng dẫn đóng góp ý kiến quý báu để luận án đƣợc hoàn thiện Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn quý quan tạo điều kiện giúp đỡ: Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, Trƣờng Đại học Xây dựng, Trƣờng Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, Ủy ban nhân dân huyện Thanh Sơn, Ban giám đốc mỏ đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ Trong trình học tập nghiên cứu Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, tác giả xin đƣợc trân trọng cảm ơn: Ban Giám hiệu nhà trƣờng, phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Cơng trình, Bộ mơn Đƣờng bộ, Bộ mơn Vật liệu Xây dựng Tác giả xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, lãnh đạo Cơ sở Vĩnh Phúc, lãnh đạo Khoa Cơng trình, Bộ mơn Đo đạc Khảo sát Cơng trình, Trung tâm thí nghiệm Đƣờng cao tốc quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Cuối tác giả xin đƣợc cảm ơn ngƣời thân gia đình, anh em, bạn bè động viên, chia sẻ suốt thời gian thực luận án Tác giả luận án Ngơ Hồi Thanh iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết việc nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc luận án Những đóng góp luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM ĐƢỜNG VÀ SỬ DỤNG ĐÁ QUARTZITE TRONG BÊ TÔNG 1.1 Lịch sử phát triển kết cấu mặt đƣờng BTXM 1.2 Khái quát chung bê tông xi măng 1.3 Cấu trúc bê tông xi măng 1.3.1 Sự hình thành cấu trúc bê tơng 1.3.2 Cấu trúc vĩ mô, cấu trúc vi mô cấu trúc nano 1.4 Quy định tính bê tơng xi măng làm đƣờng 10 1.4.1 Quy định cốt liệu chế tạo bê tông xi măng 10 1.4.2 Quy định tính bê tông xi măng làm đƣờng 11 1.5 Khái quát phƣơng pháp thiết kế thành phần BTXM 12 1.5.1 Phƣơng pháp thiết ế thành phần BTXM theo ACI 211.1.91 12 1.5.2 Thiết ế thành phần BTXM theo phƣơng pháp Bolomey-Skramtaev .18 1.5.3 Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tơng xi măng làm đƣờng, tính tốn tỷ lệ N/X 20 1.6 Nghiên cứu đặc điểm địa lý, địa hình đặc điểm địa chất mỏ đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 20 1.7 Các nghiên cứu đá quartzite bê tông xi măng mặt đƣờng sử dụng đá quartzite 25 1.7.1 Các nghiên cứu đá quartzite bê tông xi măng mặt đƣờng sử dụng đá quartzite giới 25 1.7.2 Các nghiên cứu đá quartzite bê tông xi măng mặt đƣờng sử dụng đá quartzite Việt Nam 33 1.8 Kết luận chƣơng định hƣớng nghiên cứu luận án 34 1.8.1 Kết luận chƣơng 34 iv 1.8.2 Định hƣớng nghiên cứu luận án 35 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE Ở THANH SƠN, PHÚ THỌ VÀ CÁC VẬT LIỆU KHÁC 36 2.1 Khái quát chung cốt liệu 36 2.2 Hệ thống hai thác đá quartzite 38 2.2.1 Cơ sở lựa chọn hệ thống hai thác đá quartzite 38 2.2.2 Phƣơng án hai thác đá quartzite 38 2.3 Công nghệ chế biến đá quartzite 39 2.3.1 Cơ sở để lựa chọn công nghệ chế biến đá quartzite: 39 2.3.2 Sơ đồ công nghệ lựa chọn tiêu èm 39 2.4 Phân tích thành phần hóa học đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ .40 2.5 Vật liệu chế tạo mặt đƣờng BTXM sử dụng đá quartzite 42 2.5.1 Xi măng 42 2.5.2 Cốt liệu lớn cốt liệu nhỏ 44 2.6 Vật liệu chế tạo BTXM sử dụng đá vôi 58 2.6.1 Cốt liệu lớn đá vôi 5x20 mỏ Minh Quang, Vĩnh Phúc (dùng để đối chứng) 58 2.6.2 Cốt liệu nhỏ cát Sơng Lơ, Việt Trì, Phú Thọ 60 2.7 Kết luận chƣơng 62 CHƢƠNG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG XI MĂNG LÀM MẶT ĐƢỜNG Ô TÔ SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE THANH SƠN, PHÚ THỌ VÀ XÁC ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN, CƢỜNG ĐỘ KÉO UỐN, MÔ ĐUN ĐÀN HỒI 63 3.1 Thiết kế thành phần bê tông xi măng làm mặt đƣờng ô tô sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 63 3.1.1 Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm xác định yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông xi măng làm đƣờng, tính tốn tỷ lệ N/X 63 3.1.2 Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ kéo uốn, mô đun đàn hồi bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá vôi mỏ Minh Quang, Vĩnh Phúc 79 3.1.3 Thiết ế thành phần bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn-Phú Thọ theo phƣơng pháp ACI 211.1.91 [34] 81 3.1.4 Kết luận chƣơng 89 v CHƢƠNG NGHIÊN CỨU HỆ SỐ GIÃN NỞ NHIỆT CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG, NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT LIỆU ĐÁ QUARTZITE THANH SƠN, PHÚ THỌ 4.1 Tính ứng xử nhiệt bê tông xi măng mặt đƣờng 4.1.1 Tổng quan hiệu ứng nhiệt (tác động nhiệt độ) 4.1.2 Cơ sở mô tả nhiệt độ 4.1.3 Điều kiện biên 4.1.4 Mơ hình trao đổi nhiệt số liệu đầu vào 4.2 Tính tốn hệ số giãn nở nhiệt 4.2.1 Hệ số giãn nở nhiệt hồ xi măng 4.2.2 Hệ số giãn nở nhiệt cốt liệu 4.2.3 Hệ số giãn nở nhiệt bê tông 4.2.4 Hệ số giãn nở nhiệt bê tông xi măng theo tài liệu [58] 4.3 Ứng suất mặt đƣờng bê tông xi măng 4.3.1 Ứng suất mặt đƣờng bê tông xi măng giai đoạn tuổi sớm 4.3.2 Ứng suất bê tông theo tiêu chuẩn hành 4.4 Cơng thức tính hệ số giãn nở nhiệt bê tông xi măng theo AASHTO TP 60 (2006) [32] 105 4.5 Thí nghiệm xác định biến dạng hệ số giãn nở nhiệt bê tông xi măng theo AASHTO TP 60 ( 2006 ) 4.5.1 Thiết bị thí nghiệm 4.5.2 Giới thiệu máy đo biến dạng 4.5.3 Chuẩn bị mẫu thử 4.5.4 Trình tự thí nghiệm 4.6 Kết thí nghiệm: 4.7 Phân tích kết thí nghiệm 4.8 Phân tích ảnh hƣởng ích thƣớc BTXM, cốt liệu đá quartzite đến cƣờng độ ứng suất nhiệt mặt đƣờng bê tông xi măng 4.8.1 Tính tốn thiết kế BTXM mặt đƣờng 4.8.2 Tính tốn với BTXM có ích thƣớc 4,5m x 3,5m x 0,25m sử dụng cốt liệu đá vôi 120 vi 4.8.3 Tính tốn với BTXM có ích thƣớc 4,5m x 3,5m x 0,25m sử dụng cốt liệu đá quartzite 122 4.9 Phân tích kết 125 4.9.1 Phân tích ảnh hƣởng cốt liệu đến phát triển cƣờng độ bê tông 125 4.9.2 Phân tích ảnh hƣởng cốt liệu đến phát triển ứng suất nhiệt 126 4.9.3 Phân tích ảnh hƣởng ích thƣớc đến khả háng nứt mặt đƣờng bê tông xi măng 126 4.9.4 Kết luận 129 4.10 Phân tích hiệu kinh tế, kỹ thuật mặt đƣờng BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 130 4.10.1 Khả đáp ứng cƣờng độ 130 4.10.2 Phân tích hiệu kinh tế 130 4.11 Kết luận chƣơng 132 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 135 Kết luận 135 Kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiếp 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .I TÀI LIỆU THAM KHẢO II vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các tiêu lý bê tông độ sụt hỗn hợp BTXM làm đƣờng 11 Bảng 1.2 Độ sụt đề suất cho loại cơng trình xây dựng 13 Bảng 1.3 Lƣợng nƣớc nhào trộn sơ hàm lƣợng bọt khí yêu cầu cho độ sụt Dmax cốt liệu khác 14 Bảng 1.4 Quan hệ tỷ lệ nƣớc-xi măng cƣờng độ chịu nén bê tông .15 Bảng 1.5 Thể tích cốt liệu lớn đơn vị thể tích bê tơng 16 Bảng 1.6 Khối lƣợng thể tích sơ hỗn hợp bê tơng ban đầu 17 Bảng 1.7 Hƣớng dẫn chọn độ sụt đề xuất cho bê tông 18 Bảng 1.8 Hệ số tra A A' theo TCVN9382:2012 [15] 19 Bảng 1.9 Tọa độ hu thăm dò diện tích 22 Bảng 1.10 Thành phần hóa học đá quartzite phong hóa 24 Bảng 1.11 Thành phần hố học đặc tính lý đá quartzite vỉa .25 Bảng 1.12 Tính chất khối lƣợng cốt liệu 30 Bảng 1.13 Đặc điểm AIMS cốt liệu 30 Bảng 1.14 Năng lƣợng bề mặt, mô đun CTE cốt liệu 31 Bảng 1.15 Hệ số giãn nở nhiệt loại đá hác 32 Bảng 1.16 Các loại đá xây dựng 33 Bảng 1.17 Bảng kết tiêu khống hóa 34 Bảng 2.1 Bảng kết phân tích tồn phần thành phần hóa học đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 41 Bảng 2.2 Cƣờng độ nén cƣờng độ kéo uốn xi măng dùng làm mặt đƣờng bê tông xi măng 42 Bảng 2.3 Các tiêu hóa, lý xi măng dùng làm mặt đƣờng BTXM 42 Bảng 2.4 Kết phân tích thành phần hạt đá quartzite 5x20 46 Bảng 2.5 Khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc cốt liệu lớn đá quartzite .47 Bảng 2.6 Khối lƣợng thể tích xốp cốt liệu lớn đá quartzite 47 Bảng 2.7 Hàm lƣợng thoi dẹt cốt liệu lớn đá quartzite 48 Bảng 2.8 Độ hao mòn LosAngeles 49 Bảng 2.9 Độ nén dập hệ số hóa mềm 50 Bảng 2.10 Bảng xác định cƣờng độ chịu nén đá gốc 50 viii Bảng 2.11 Hàm lƣợng hạt mềm yếu, phong hóa 51 Bảng 2.12 Hàm lƣợng bụi, bùn, sét 52 Bảng 2.13 Bảng tổng hợpết thí nghiệm tiêu kỹ thuật đá quartzite 52 Bảng 2.14 Kết phân tích thành phần hạt cát quartzite 53 Bảng 2.15 Khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc cát quartzite 55 Bảng 2.16 Khối lƣợng thể tích xốp cát quartzite 56 Bảng 2.17 Hàm lƣợng bụi, bùn, sét 56 Bảng 2.18 Bảng tổng hợpết thí nghiệm cát quartzite 57 Bảng 2.19 Kết phân tích thành phần hạt đá vơi 5x20 59 Bảng 2.20 Bảng tổng hợpết tiêu kỹ thuật đá vôi 60 Bảng 2.21 Kết phân tích thành phần hạt cát Sơng Lơ 61 Bảng 2.22 Bảng tổng hợpết thí nghiệm cát Sơng Lơ 62 Bảng 3.1 Giá trị khoảng biến thiên yếu tố ảnh hƣởng 64 Bảng 3.2 Bảng kế hoạch thực nghiệm tƣơng quan mã thực biến mã hóa 65 Bảng 3.3 Kế hoạch thực nghiệm tâm 65 Bảng 3.4 Thành phần vật liệu hỗn hợp 66 Bảng 3.5 Thành phần vật liệu hỗn hợp 66 Bảng 3.6 Thành phần vật liệu hỗn hợp 67 Bảng 3.7 Thành phần vật liệu hỗn hợp 67 Bảng 3.8 Thành phần vật liệu hỗn hợp 68 Bảng 3.9 Kết độ sụt theo quy hoạch thực nghiệm 69 Bảng 3.10 Kết cƣờng độ chịu nén bê tông 72 Bảng 3.11 Kết cƣờng độ kéo uốn bê tông 73 Bảng 3.12 Mô đun đàn hồi bê tông đá quartzite 75 Bảng 3.13 Bảng kế hoạch thực nghiệm tƣơng quan mã thực biến mã hóa 75 Bảng 3.14 Kế hoạch thực nghiệm tâm 76 Bảng 3.15 Cƣờng độ chịu nén bê tông đá vôi 80 Bảng 3.16 Cƣờng độéo uốn bê tông đá vôi 80 Bảng 3.17 Mô đun đàn hồi bê tông đá vôi 80 Bảng 3.18 Thành phần vật liệu hỗn hợp bê tông cấp 40 83 Bảng 3.19 Kết độ sụt 84 Bảng 3.20 Kết cƣờng độ chịu nén bê tông cấp 40 85 130 3,5m 4,5 x 3,5m; dùng BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite BTXM nên có ích thƣớc 3,8 x 3,5m 4.10 Phân tích hiệu kinh tế, kỹ thuật mặt đƣờng BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 4.10.1 Khả đáp ứng cƣờng độ Cƣờng độ đặc tính quan trọng bê tông xi măng mặt đƣờng đƣợc đánh giá tiêu cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ kéo uốn, mô đun đàn hồi Với kết thí nghiệm có Bảng 3.10, Bảng 3.11, Bảng 3.12, Bảng 3.15, Bảng 3.16, Bảng 3.17 Chƣơng đƣợc tác giả tổng hợp theo Bảng 4.14 dƣới có so sánh với yêu cầu đƣờng cấp III định QĐ3230[5] Bảng 4.14 Bảng tổng hợp cƣờng độ bê tông TT Nhận xét: Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đáp ứng yêu cầu cƣờng độ theo quy định 4.10.2 Phân tích hiệu kinh tế + Để phân tích hiệu kinh tế mặt đƣờng BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ Tác giả giả định tuyến đƣờng cấp III thiết kế làm thuộc khu vực Thanh Sơn, Phú Thọ nơi gần với nguồn vật liệu đƣợc sử dụng để nghiên cứu thí nghiệm, tuyến đƣờng có chiều dài L=1km, chiều rộng mặt đƣờng B = 7m, chiều dày trung bình h = 0,25m Thể tích bê tông cần dùng V = 1750m3 Căn vào thiết kế thành phần vật liệu cho 1m3 bê tơng tác giả tính khối lƣợng vật liệu cho m đƣờng nhƣ Bảng 4.15 dƣới Bảng 4.15 Bảng TT + Để phân tích hiệu kinh tế tác giả từ mỏ đến cơng trình xây dựng bao nhiêu, khai thác chế tạo quartzite mà tiến hành đánh giá liệu với đơn giá khu vực Phú Thọ thời điểm quý II n liệu quartzite NCS lấy mỏ, cho ta kết nhƣ Bản TT Vật liệu Xi măng ( g) Đá quartzite (kg) Cát quartzite (kg) Đá vôi ( g) Cát sông Lô (kg) Nƣớc (m3) Tổng cộng Giá thành bê tông đá quartzite là: 845355,94 (đ/m3) Giá thành bê tông đá vôi là: Nhận xét: 132 + Từ kết Bảng 4.16 cho thấy giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite rẻ giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá vơi + Có thể sử dụng cốt liệu đá quartzite bê tông để tận dụng khai thác vật liệu địa phƣơng, giá thành hạ, đẩy mạnh phát triển kinh tế khu vực 4.11 Kết luận chƣơng - Đƣa đƣợc công thức xác định hệ số giãn nở nhiệt bê tông, đƣa mối quan hệ hệ số giãn nở nhiệt bê tông, phƣơng pháp bảo dƣỡng, loại cốt liệu, hệ số giãn nở nhiệt độ ẩm, thời gian - Hệ số giãn nở nhiệt bê tông đá vôi hông đƣợc bảo dƣỡng bê tông đá vôi bảo dƣỡng môi trƣờng nƣớc tƣơng đƣơng, giá trị khoảng 7,2 (10-6/0C ) - Giá trị hệ số giãn nở nhiệt bê tông đá quartzite bảo dƣỡng môi trƣờng nƣớc khoảng 12,3(10-6/0C ) giá trị hệ số giãn nở nhiệt bê tông đá quartzite hông đƣợc bảo dƣỡng khoảng 12,8 (10 -6/0C ) Giá trị tăng hoảng 4% so với phƣơng pháp bảo dƣỡng môi trƣờng nƣớc - Đối với bê tơng sử dụng cốt liệu đá quartzite q trình sử dụng cần đƣợc bảo dƣỡng nhằm làm giảm hệ số giãn nở nhiệt, giảm ứng suất nhiệt, giảm vấn đề gây nứt bê tông - Đƣa loại ứng suất biến dạng mặt đƣờng bê tông giai đoạn tuổi sớm nhƣ: ứng suất uốn vồng tấm, ứng suất kéo dọc trục, ứng suất lớn bê tông - Đƣa ứng suất bê tông theo tiêu chuẩn hành, theo định QĐ3230[5] - Đƣa đƣợc công thức xác định hệ số giãn nở nhiệt bê tông theo AASHTO TP 60 (2006), sở giúp tác giả xác định biến dạng hệ số giãn nở nhiệt bê tông thông qua thực nghiệm phần sau + Trong chƣơng 4, thông qua thực nghiệm tác giả xác định đƣợc biến dạng hệ số giãn nở nhiệt bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi theo ngày tuổi máy đo biến dạng SDA – 830B cụ thể nhƣ sau: 133 - Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn nở nhiệt 11,1925; 11,2248; 11,2200; 11,1819(10-6/ 0C ) - Bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn nở nhiệt 7,4791; 7,3830; 7,3996; 7,4132(10-6/ 0C ) - Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có hệ số giãn nở nhiệt lớn bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi (lớn 1,5 lần 28 ngày tuổi) + Tác giả đƣa đƣợc biểu đồ quan hệ hệ số giãn nở nhiệt độ tuổi bê tông, loại cốt liệu bê tông, cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ kéo uốn bê tông - Trong ta thấy hệ số giãn nở nhiệt bê tông không phụ thuộc vào ngày tuổi bê tông giá trị hệ số giãn nở nhiệt gần ngang - Hệ số giãn nở nhiệt bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu, bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có hệ số giãn nở nhiệt cao bê tông sử dụng cốt liệu đá vơi + Luận án tính tốn bê tơng xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite cốt liệu đá vơi với ích thƣớc dự kiến 4m x 3,5m x 0,25m, ích thƣớc 4,5m x 3,5m x 0,25m, theo định QĐ3230 Bộ Giao thông vận tải - Kết tính tốn cho thấy BTXM đạt yêu cầu cƣờng độ, ứng suất nhiệt, ứng suất gây mỏi + Để phân tích ảnh hƣởng cốt liệu đá quartzite đến cƣờng độ ứng suất nhiệt mặt đƣờng bê tông xi măng cần tính tốn cƣờng độ ứng suất cho kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng Kết tính tốn đƣợc phân tích nhằm đánh giá khả nứt mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite cốt liệu đá vôi Kết phân tích cho thấy: - Khi thiết kế thành phần bê tơng sử dụng cốt liệu đá quartzite tăng đồng thời cƣờng độ ứng suất nhiệt so với bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi Trong cƣờng độ chịu éo tăng 1,1% ứng suất nhiệt lớn tăng 33,59% - Do yếu tố nên mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có nguy sảy nứt mặt cao mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi, 134 tỷ lệ chênh lệch gây nứt bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite cao bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi 5,41% - Kích thƣớc chiều dài BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite nên chọn nhỏ ích thƣớc chiều dài BTXM sử dụng cốt liệu đá vôi Trƣờng hợp dùng BTXM sử dụng cốt liệu đá vơi BTXM có ích thƣớc x 3,5m 4,5 x 3,5m; dùng BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite BTXM nên có ích thƣớc 3,8 x 3,5m - Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đáp ứng đƣợc yêu cầu cƣờng độ, hiệu kinh tế tốt giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite rẻ so với giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi 135 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP Kết luận Qua trình nghiên cứu sử dụng đá quartzite làm cốt liệu cho bê tông xi măng mặt đƣờng Tác giả đƣa ết luận sau: 1.1 Khẳng định vật liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ loại cốt liệu chất lƣợng cao, trữ lƣợng lớn 10 triệu mà từ trƣớc tới chƣa có nghiên cứu để sử dụng cốt liệu chế tạo BTXM mặt đƣờng Việc khai thác tận dụng đƣợc vật liệu địa phƣơng để chế tạo bê tông xây dựng đƣờng cấp thiết để hạn chế vận chuyển loại cốt liệu làm tăng giá thành xây dựng, hiệu khai thác sử dụng cao Khẳng định vật liệu đá quartzite có đủ điều kiện để làm cốt liệu cho bê tông xi măng làm đƣờng ô tô, phù hợp với tiêu chuẩn hành QĐ3230, QĐ1951 TCVN 7570:2006 ( xét điều kiện tiêu nghiên cứu, thí nghiệm luận án ) Phạm vi sử dụng đá quartzite bê tông xi măng sử dụng cốt liệu là: đƣờng cấp III, có quy mô giao thông cấp nặng, đá quartzite đƣợc thay hồn tồn đá vơi 1.2 Bằng quy hoạch thực nghiệm tác giả tìm đƣợc phƣơng trình hồi quy mơ tả mối quan hệ hàm mục tiêu: cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ éo uốn với yếu tố ảnh hƣởng tỷ lệ X/N, hai phƣơng trình hồi quy là: y1 = 19,19X − 5, 62 (2,5 ≤ X2 ≤ 3,5) y2 =X2+ 2, 77 (2,5 ≤ X2 ≤ 3,5) Thiết ế thành phần bê tông xi măng cấp 40 sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ theo phƣơng pháp ACI 211.1.91 với tỷ lệ N/X đƣợc chọn theo công thức (3.10) xác lập theo quy hoạch thực nghiệm 1.3 Các kết thí nghiệm cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ sụt BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite cho thấy chất lƣợng bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite tốt đạt yêu cầu tƣơng đƣơng với bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá vôi 1.4 Nghiên cứu đặc tính nhiệt BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite 136 Thông qua thực nghiệm tác giả xác định đƣợc biến dạng hệ số giãn nở nhiệt bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi theo ngày tuổi máy đo biến dạng SDA – 830B cụ thể nhƣ sau: - Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn nở nhiệt 11,1925; 11,2248; 11,2200; 11,1819 (10-6/0C ) - Bê tông sử dụng cốt liệu đá vơi theo 3, 7, 14, 28 ngày tuổi có hệ số giãn nở nhiệt 7,4791; 7,3830; 7,3996; 7,4132(10-6/0C ) - Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có hệ số giãn nở nhiệt lớn bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi (lớn 1,5 lần 28 ngày tuổi) 1.5 Tính tốn bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite cốt liệu đá vơi với ích thƣớc dự kiến 4m x 3,5m x 0,25m, ích thƣớc 4,5m x 3,5m x 0,25m, theo định QĐ3230 Bộ Giao thơng vận tải - Kết tính tốn cho thấy BTXM đạt yêu cầu cƣờng độ, ứng suất nhiệt, ứng suất gây mỏi - Khi thiết kế thành phần bê tơng sử dụng cốt liệu đá quartzite tăng đồng thời cƣờng độ ứng suất nhiệt so với bê tông sử dụng cốt liệu đá vơi Trong cƣờng độ chịu éo tăng 1,1% ứng suất nhiệt lớn tăng 33,59% - Do yếu tố nên mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có nguy sảy nứt mặt cao mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi, tỷ lệ chênh lệch gây nứt bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite cao bê tông sử dụng cốt liệu đá vơi 5,41% - Kích thƣớc chiều dài bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite nên chọn nhỏ ích thƣớc chiều dài bê tông xi măng sử dụng cốt liệu đá vôi Kích thƣớc chiều dài bê tơng xi măng sử dụng cốt liệu đá quartzite nên chọn 3,8 m - Bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite đáp ứng đƣợc yêu cầu cƣờng độ, hiệu kinh tế tốt giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite rẻ so với giá thành vật liệu bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi Kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiếp 2.1 Các kết thí nghiệm cƣờng độ chịu nén, cƣờng độ chịu kéo uốn, 137 mô đun đàn hồi, độ sụt BTXM sử dụng cốt liệu đá quartzite, đá vơi có tác dụng tham khảo tốt giảng dạy, thiết kế, thi cơng cơng trình giao thông nhƣ đƣờng ô tô sau 2.2 Kiến nghị đƣa giá trị hệ số giãn nở nhiệt bê tông đá quartzite vào QĐ3230 Bộ Giao thông vận tải 2.3 Kiến nghị xây dựng tiêu chuẩn đặc tính nhiệt BTXM 2.4 Nội dung thiết kế thành phần vật liệu thử nghiệm xác định tính BTXM đá quartzite dừng lại việc áp dụng cho đƣờng ô tô cấp BI Vì nghiên cứu giải pháp để ứng dụng làm mặt đƣờng cấp cao, đƣờng cao tốc 2.5 Trong tƣơng lai tiếp tục nghiên cứu phƣơng án thay phần cốt liệu hỗn hợp bê tông quartzite, tiếp tục nghiên cứu vật liệu đá quartzite phong hóa, dùng vật liệu đá quartzite phong hóa lớp móng đƣờng, tiếp tục nghiên cứu vấn đề hàm lƣợng ion Cl, hàm lƣợng đá sunfat muối sunfat, phản ứng kiềm đá quartzite, độ mài mòn, khả chịu mỏi I DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Ngơ Hồi Thanh, Phạm Duy Hữu, “ Các tiêu kỹ thuật đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ ”, Tạp chí Cầu đƣờng số 10 năm 2015 Ngơ Hồi Thanh, Phạm Duy Hữu, “ Thiết kế thành phần bê tông xi măng làm mặt đường ô tô sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ phương pháp quy hoạch thực nghiệm ”, Tạp chí Cầu đƣờng số 11 năm 2017 xi Ngơ Hồi Thanh, Phạm Duy Hữu, “ Nghiên cứu đặc tính nhiệt bê tơng măng sử dụng cốt liệu đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ ”, Tạp chí Cầu đƣờng số năm 2018 Ngơ Hồi Thanh, Phạm Duy Hữu, “ Phân tích ảnh hưởng kích thước bê tơng xi măng, cốt liệu đá quartzite đến cường độ ứng suất nhiệt mặt đường bê tông xi măng ”, Tạp chí Cầu đƣờng số năm 2018 Ngơ Hoài Thanh, Phạm Duy Hữu, “ Nghiên cứu đặc điểm mỏ đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ ”, Tạp chí Cầu đƣờng số 11 năm 2018 II TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Tạ Thế Anh (2014), Vật liệu xây dựng, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội Báo cáo dự án đầu tƣ xây dựng cơng trình khai thác mỏ quartz Đồn [2] Vàng, xã Thục Luyện, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (2012) Bộ Giao thông vận tải (1995), Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng [3] đường ô tô 22TCN 223-95, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [4] Bộ Giao thông vận tải (2012), Quy định tạm thời kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tơng xi măng xây dựng cơng trình giao thơng, kèm theo định 1951/QĐ – BGTVT, Hà Nội [5] Bộ Giao thông vận tải (2012), Quy định tạm thời thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối xây dựng cơng trình giao thông, kèm theo định số 3230/QĐ-BGTVT, Hà Nội [6] Bộ Khoa học Công nghệ (1993), TCVN 3105-93: Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng – lấy mẫu chế tạo bảo dưỡng mẫu thử [7] Bộ Khoa học Công nghệ (1993), TCVN 3106-93: Hỗn hợp bê tông nặng – phương pháp thử độ sụt [8] Bộ Khoa học Công nghệ (1993), TCVN 3118-93: Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén [9] Bộ Khoa học Công nghệ (1993), TCVN 3119-93: Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ kéo uốn [10] Bộ Khoa học Công nghệ (1993), TCVN 5276-93: Bê tông nặng – phương pháp xác định cường độ lăng trụ mô đun đàn hồi nén tĩnh [11] Bộ Khoa học Công nghệ (2006), TCVN 7570:2006: Cốt liệu cho bê tông vữa – yêu cầu kỹ thuật [12] Bộ Khoa học Công nghệ (2006), TCVN 7572:2006: Cốt liệu cho bê tông vữa – phương pháp thử [13] Bộ Khoa học Công nghệ (2009), TCVN 6260:2009: Xi măng pooc lăng hỗn hợp – yêu cầu kỹ thuật III [14] Bộ Khoa học Công nghệ (2012), TCVN 4506:2012: Nước cho bê tông vữa – yêu cầu kỹ thuật [15] Bộ Khoa học Công nghệ (2012), TCVN 9382 :2012 : Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tơng sử dụng cát nghiền [16] Trần Đình Bửu, Dƣơng Học Hải (2009), Giáo trình xây dựng mặt đường tô – Tập II, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam [17] Nguyễn Quang Chiêu, Phạm Huy Khang (2002), Xây dựng mặt đường ô tô, Nhà xuất Giao thông vận tải [18] Nguyễn Quang Chiêu (2010), Mặt đường bê tông xi măng, Nhà xuất Giao thông vận tải [19] Harold N.Atkins, PE, tái lần thứ tƣ (2003), Các vật liệu đường cao tốc đất bê tông (sách biên dịch), Nhà xuất Prentice Hall [20] Dƣơng Học Hải, Hồng Tùng (2010), Mặt đường bê tơng xi măng cho đường ô tô sân bay, Nhà xuất Xây dựng [21] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Ngô Xuân Quảng, Mai Đình Lộc (2009), [22] Phạm Duy Hữu, Ngơ Xuân Quảng, Mai Đình Lộc (2011), Vật liệu xây dựng, Nhà xuất Giao thông vận tải [23] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Đào Văn Đông, TS Phạm Duy Anh, Nguyễn Thanh Sang (2011), Công nghệ bê tông kết cấu bê tông, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [24] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS Đào Văn Đông, TS Phạm Duy Anh (2012), Vật liệu xây dựng mới, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [25] Nguyễn Lộc Kha (2013), Nghiên cứu thành phần, tính chất học bê tông cường độ siêu cao ứng dụng kết cấu cầu, Luận án Tiến sĩ, Trƣờng Đại học GTVT [26] Phạm Huy Khang, Nguyễn Quang Chiêu (2001), Xây dựng mặt đường ô tô, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội IV [27] ô Phạm Huy Khang (2008), Thiết kế mặt đường bê tông xi măng đường tô mặt đường sân bay, Nhà xuất Giao thông vận tải [28] Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đƣờng Việt Nam đến năm 2020 định hƣớng đến năm 2030 theo định số 1327/QĐ-TTg ngày 24/08/2009 Thủ tƣớng Chính phủ [29] Quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng Việt Nam giai đoạn 2011- 2020 định hƣớng đến năm 2030 theo định số 1488/QĐ-TTg ngày 29/08/2011 Thủ tƣớng Chính phủ [30] GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển (2004), Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất Khoa học ỹ thuật, Hà Nội [31] Nguyễn Doãn Ý (2006), Quy hoạch xử lý số liệu thực nghiệm, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh [32] AASHTO TP-60 (2006), Standard Method of Test for Coefficient of Thermal Expansion of Hydraulic Cement Concrete [33] Abdullahi M (2012), Effect of aggregate type on Compressive strength of concrete , international journal of civil and structural engineering Volume 2, No 3, 2012 [34] ACI 211.1-91, Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete [35] American Society for Testing and Materials ( 2010 ), ASTM C78-10, Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete [36] American Society for Testing and Materials ( 2012 ), ASTM C143, Standard Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete [37] American Society for Testing and Materials ( 2014 ), ASTM C192, Standard for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory [38] Bazant, Z P and Baweja, Sandeep, “Creep and Shrinkage Prediction Model for Analysis and Design of Concrete Structures - Model B3,” RILEM Materials and Structures,Vol 28, 1995, pp 357-365 V [39] B.A Bopo δbeb, A r KoMap, CtpoumeᴧbHvie Mamepuaᴧbi, Mockba, 1971 [40] [41] Bradbury, R D., Reinforced Concrete Pavements, Wire Breugel, K.V., “Simulation of Hydration and Formulation of Structure in Hardening Cement-based Materials,” Delft University of Technology, Netherlands, Nov 1991 [42] Byfers, J., “Plain Concrete at Early Ages,” Research 3:80, Swedish Cement and Concrete Research Institute, Stockholm, Sweden, 1980 [43] D G R BONNELL and F C HARPER, The thermal expansion of concrete, Na-tional Building Studies, Technical Paper No (London, HMSO, 1951) [44] Emanuel, J.H and Hulsey, J.L., “Prediction of the Thermal Coefficient of Expansion of Cement,” ACI Journal Vol: 74, No 4, Apr 1977, pp 149-154 [45] Emborg, M., Thermal Stresses in Concrete Structures at Early Ages, Doctoral Thesis, Lulea University of Technology, Sweden, 1989 [46] G J VERBECK and W E HASS, Dilato- meter method for determination of thermal coefficient of expansion of fine and coarse aggregate, [47] Green, W J R L Carrasquillo, and B F McCullough, Coarse Aggregate for PCC Pilot Study Evaluation, Research Report 422-1, Center for Transportation Research, The University of Texas at Austin, September, 1987 [48] Harold N.Atkins, PE (2006), Highway material Soil and Concretes, America [49] Hak Chul Shin, Yoonseok Chung (2011), Determination of Coefficient ’ of Thermal Expansion Effects on Louisiana s PCC Pavement Design [50] J M SCANLON and J E MCDONALD, Thermal properties, in Concrete and Concrete-Making, Eds P Klieger and J F Lamond, ASTM Sp Tech Publ No 169C, pp 299–39 (Philadelphia, Pa, 1994) VI [51] K Kavitha, V R Sankar Cheela, Gopala Raju (2015), Utilization of Quartzite as Fine Aggregate in Concrete [52] Larrard F and T Sedran (1993), Optimization Of Ultra – High – Performance Concrete, By The Use a Packing Model, Laboratoire Central des Ponts et Chausees PARIS – France [53] Mark Adom-Asamoah, Yaw A Tuffour, Russell O Afrifa, Charles K Kankam (2014), Strength characteristics of hand-quarried partiallyweathered quartzite aggregates in concrete [54] Mindess, S and Young, T.F Concrete Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1981 [55] Muhammad Tufail, Khan Shahzada, Bora Gencturk, Jianqiang Wei, (2017), Effect of Elevated Temperature on Mechanical Properties of Limestone, Quartzite and Granite Concrete [56] NIST Technical Note (1963), Influence of Aggregate Characteristics on Concrete Performance [57] Ndon, U J., and K L Bergeson, Thermal Expansion of Concretes: Case Study in Iowa, Journal of Materials in Civil Engineering, Vol 7, No 4, November 1995 [58] [59] A.M.Neville (2011), Properties of Concrete R RHOADES and R C MIELENZ, Petro- graphy of concrete aggregates, J Amer Concr Inst., 42, pp 581–600 (June 1946) [60] Reynolds, William C., and Perkins, Henry C., Engineering Thermodynamics, McGraw- Hill, New York, 1977 [61] Shah S P (2005), Ultra Hight perfomance concrete, Properties and applications [62] Simma Ravi Kiran, P.Hanitha (2016), Influence of Quartzite as a Partial Replacement of Coarse Aggregate in Rigid Pavement (Both in Normal Water and Sea Water Conditions) [63] Trinhztfy, H W., Blaauwendraad J., and Jongendijk, J “Temperature Development in Concrete Structures Taking Account of State Dependent VII Properties,” Proceedings from RILEM International Conference on Concrete at Early Ages, Vol I Paris, 1982, pp 211-218 [64] Truman, K.Z., Petruska, D.T., and Norman, C.D., “Creep, Shrinkage, and Thermal Effects on Mass Concrete Structure,” Journal of Engineering Mechanics Vol 117, No 6, June 1991, pp 1274-1288 [65] Westergaard, H M., “Analysis of Stresses in Concrete Pavements Due to Variations ofTemperature,” Proceedings of the Sixth Annual Meeting, Highway Research Board,1927 [66] Yargicoglu, A and Johnson, C.P., “Temperature Induced Stresses in Highway Bridges by Finite Element Analysis and Field Tests,” Research Report 23-3F, Center for Transportation Research, The University of Texas at Austin, July 1978 ... mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite có nguy sảy nứt mặt cao mặt đƣờng bê tông sử dụng cốt liệu đá vôi, tỷ lệ chênh lệch gây nứt bê tông sử dụng cốt liệu đá quartzite cao bê tông sử. .. chất mỏ đá quartzite Thanh Sơn, Phú Thọ 20 1.7 Các nghiên cứu đá quartzite bê tông xi măng mặt đƣờng sử dụng đá quartzite 25 1.7.1 Các nghiên cứu đá quartzite bê tông xi măng mặt đƣờng... liệu chế tạo từ đá quartzite rắn Thanh Sơn, Phú Thọ để làm cốt liệu cho bê tông xi măng mặt đƣờng Định hƣớng luận án nghiên cứu sử dụng quartzite rắn thay hoàn toàn cốt liệu lớn bê tông, cốt liệu