Ảnh hưởng của độ mịn của bột đá vôi đến một số tính chất của bê tông hạt mịn

KHOA H“C & C«NG NGHª<br /> <br /> <br /> Ảnh hưởng của độ mịn của bột đá vôi<br /> đến một số tính chất của bê tông hạt mịn<br /> Effect of fineness of limestone powder on some properties of fine concrete<br /> Lê Xuân Hậu<br /> <br /> Tóm tắt 1. Giới thiệu<br /> Trong những năm gần đây, bê tông (BT) hạt mịn ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn<br /> Bê tông hạt mịn đang ngày càng<br /> trong xây dựng, ví dụ: BT chống thấm, BT trang trí, BT cách điện, BT dẫn điện… Ngoài ra,<br /> được sử dụng rộng rãi trong xây<br /> chúng cũng đã được nghiên cứu để sử dụng trong các công trình nhà cao tầng, các công<br /> dựng với một số đặc tính tốt như là<br /> trình đường cao tốc, mặt đường sân bay [1] hay các công trình biển [2].<br /> cấu trúc hạt nhỏ đồng nhất, chất<br /> lượng cao, tính công nghệ cao… Trước kia, loại BT này bị hạn chế áp dụng do một số nhược điểm về cấu trúc và tính<br /> chất của nó. Chỉ sử dụng cát làm cốt liệu đã làm tăng đáng kể bề mặt riêng của cốt liệu và<br /> Tuy nhiên nhược điểm là sử dụng<br /> độ rỗng của chúng. Để thu được hỗn hợp bê tông (HHBT) có cùng độ lưu động cần tăng<br /> lượng xi măng lớn, lên đến khoảng<br /> đáng kể lượng nước và xi măng (XM) so với BT cốt liệu lớn. Việc sử dụng nhiều XM cũng<br /> 700 – 800 kg/m3 và thiếu hụt thành<br /> làm tăng độ co ngót của BT. Ngoài ra nó còn tác động lớn đến chi phí cho loại BT hạt mịn<br /> phần hạt mịn. Do đó việc cần thiết này cũng như là làm tăng chất thải ô nhiễm môi trường.<br /> là sử dụng cốt liệu mịn, vừa thay<br /> thế cho xi măng, lại vừa có thể giúp Tuy nhiên những thay đổi về kỹ thuật và kinh tế là tiền đề làm cho việc sử dụng loại BT<br /> hạt mịn này trong xây dựng. Cấu trúc và tính chất của BT được thay đổi đáng kể khi đưa<br /> cải thiện thành phần hạt cho bê<br /> vào một số thành phần như các chất kết dính composite, phụ gia siêu dẻo, các phụ gia<br /> tông. Bài báo trình bày ảnh hưởng<br /> khoáng mịn và siêu mịn… Việc đưa vào trong BT các loại phụ gia khác nhau đã giúp làm<br /> của độ mịn bột đá vôi đến độ chảy<br /> giảm được lượng dùng nước và XM khi chế tạo BT hạt mịn, do đó khắc phục được đáng<br /> của hỗn hợp bê tông hạt mịn và kể sự co ngót của nó [3].<br /> cường độ bê tông hạt mịn.<br /> Sử dụng bột đá vôi (BĐV) làm phụ gia mịn cho BT và XM đã được phổ biến ở nhiều<br /> Từ khóa: bê tông hạt mịn, bột đá vôi, cốt nước phát triển như Mỹ, Canada, Nhật, các nước châu Âu … Có nhiều lợi ích khi sử dụng<br /> liệu mịn, độ mịn BĐV trong XM và BT là: (1) lợi ích sinh thái, là kết quả việc giảm lượng khí thải CO2 vào<br /> khí quyển, (2) lợi ích kinh tế, do giảm lượng clinker, dẫn đến giảm giá XM và (3) lợi ích<br /> Abstract khoa học công nghệ, cải thiện chất lượng XM và BT.<br /> Fine concrete is increasingly used Thêm BĐV tác động tích cực lên tính chất của HHBT do: tăng lượng hồ chất kết dính,<br /> in construction because of its good hiệu ứng tăng cường tiếp xúc “điểm”, giảm ma sát, tăng độ chảy [4]. BĐV cũng có thể<br /> tăng cường độ BT do tác dụng kéo dài cấp phối hạt, tăng độ đặc chắc của BT, cải thiện<br /> characteristics such as homogeneous<br /> vùng chuyển tiếp giữa đá XM và cốt liệu (do tăng độ đặc chắc [5] và có hiệu ứng hóa học<br /> fine particle structure, high quality,<br /> [6]). Một số ảnh hưởng khác của BĐV cũng làm tăng cường độ XM và BT như: tạo mầm<br /> high workability... However there are<br /> kết tinh [5, 7], thúc đẩy sự thủy hóa ở tuổi sớm của XM, hình thành nhiều hơn ettringit ở<br /> disadvantages that the cement content tuổi sớm [6, 8].<br /> is high (about 700 – 800 kg per m3 of<br /> Nội dung bài báo trình bày một số kết quả về ảnh hưởng của độ mịn bột đá vôi đến độ<br /> concrete) and it has no fine aggregate.<br /> chảy của HHBT và cường độ BT.<br /> Therefore, the use of fine aggregate is<br /> necessary because it replaces cement 2. Vật liệu - phương pháp nghiên cứu<br /> and improves particle size distribution 2.1. Vật liệu chế tạo<br /> of concrete. This paper presents the<br /> XM sử dụng trong đề tài được nghiền từ hỗn hợp gồm 96% clinker Bút Sơn và 4%<br /> effect of fineness of limestone powder<br /> thạch cao. Các tính chất của XM cho trong bảng 1, phù hợp với TCVN 2682:2009. Cát<br /> on the flow of fresh fine concrete and<br /> được sử dụng là cát thô, với thành phần hạt và một số tính chất được nêu ở bảng 2,<br /> compressive strength of fine concrete. bảng 3 (phù hợp với TCVN 7570:2006). Các tính chất của cát được xác định theo TCVN<br /> Keywords: fine concrete, limestone 7572:2006.<br /> powder, fine aggregate, fineness BĐV được công ty Nam Trung khai thác từ đồi con Trâu – Tân Xuân – Tân Kỳ – Nghệ<br /> An, có thành phần hóa và thành phần hạt như trong bảng 4, bảng 5. Khối lượng riêng của<br /> BĐV là 2.73 gam/cm3. Loại BĐV B44, B47 có thành phần hạt tương tự như XM nên có<br /> Ths. Lê Xuân Hậu thể sử dụng thay thế một phần XM. BĐV B13, B15, mịn hơn XM, giúp bổ sung thêm thành<br /> Khoa Xây dựng phần hạt mịn cho BT. Ngoài ra B13, B15 còn có lượng lớn hạt nhỏ hơn 10 µm, là những<br /> Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội hạt có hoạt tính hóa học lớn [9].<br /> Email: lexuanhau1989@gmail.com<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> Độ chảy của HHBT được xác định trên bàn dằn theo TCVN 3121-3:2003. Mẫu xác<br /> định cường độ của BT được chế tạo theo quy trình tạo mẫu xác định cường độ xi măng<br /> (TCVN 6016:1995) nhưng với các tỷ lệ cấp phối của BT.<br /> 2.3. Quy trình thí nghiệm<br /> Ban đầu chế tạo các mẫu BT chưa có BĐV, bao gồm XM, cát và nước. Sau đó kiểm<br /> tra và lựa chọn mẫu BT gốc có độ chảy cao, không bị phân tầng, tách lớp. Dựa vào kết<br /> <br /> <br /> <br /> 14 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG<br /> Bảng 1. Các tính chất của XM<br /> Tính chất Đơn vị Giá trị Quy phạm Phương pháp thí nghiệm<br /> Cường độ MPa TCVN 6016:1995<br /> o 3 ngày 25.87 ≥ 21<br /> o 28 ngày 45.52 ≥ 40<br /> Độ dẻo tiêu chuẩn % 29<br /> Thời gian bắt đầu đông kết phút 149 ≥ 45 TCVN 6016:1995<br /> Thời gian kết thúc đông kết 229 ≤ 375<br /> Bề mặt riêng, phương pháp Blaine cm2/g 3400 ≥ 2800 TCVN 4030:2003<br /> 3<br /> Khối lượng riêng gam/cm 3.10<br /> Bảng 2. Thành phần hạt của cát<br /> Đường kính sàng, mm 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 < 0.14<br /> Lượng sót sàng tích lũy, % 17.5 38.0 49.0 65.5 94.0 6.0<br /> Bảng 3. Một số tính chất của cát<br /> Modul độ lớn Khối lượng riêng, gam/cm3 Khối lượng thể tích trạng Khối lượng thể tích trạng thái<br /> thái khô, gam/cm3 bão hòa nước, gam/cm3<br /> 2.64 2.67 2.61 2.63<br /> Bảng 4. Thành phần hóa của BĐV<br /> Thành phần CaCO3 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 SiO2 MKN<br /> % khối lượng 99.21 55.58 0.05 0.12 0.03 0.07 43.57<br /> Bảng 5. Thành phần hạt của BĐV và XM<br /> Đường kính hạt, µm, ứng với tỉ lệ % lọt sàng<br /> Vật liệu<br /> D10 D25 D50 D75 D97<br /> BĐV B13 2.36 3.83 5.32 7.41 13.31<br /> BĐV B15 2.80 4.03 5.88 8.77 14.93<br /> BĐV B44 3.67 5.92 12.74 21.97 44.38<br /> BĐV B47 3.68 6.07 13.13 22.78 47.33<br /> XM 4.19 7.82 15.19 24.25 45.02<br /> <br /> <br /> quả thu được lựa chọn mẫu BT gốc có tỷ lệ N/X = 0.44, C/X<br /> = 1.6. Sau đó đưa lần lượt đưa thêm BĐV B15 và B47 vào<br /> mẫu BT gốc với tỷ lệ ĐV/C từ 0% đến 10%. Cấp phối BT cho<br /> trong bảng 6.<br /> <br /> 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận<br /> 3.1. Ảnh hưởng của bột đá vôi đến độ chảy của hỗn hợp bê<br /> tông<br /> Theo hình 1, các mẫu đá vôi ở các độ mịn khác nhau có<br /> ảnh hưởng khác nhau tới độ chảy của HHBT. Khi thêm 5%<br /> BĐV (M5) chỉ có loại B13 là giữ được độ chảy tương đương<br /> với mẫu gốc (M0), còn các loại BĐV khác đều làm giảm độ<br /> chảy giảm đáng kể so với mẫu gốc. Khi thêm 10% BĐV Hình 1. Độ chảy của hỗn hợp bê tông<br /> (M10) độ chảy đều giảm đáng kể so với mẫu gốc. Cũng có<br /> thể thấy rằng loại BĐV càng thô hơn thì độ chảy của HHBT xúc mặt bằng tiếp xúc “điểm” tăng làm ma sát giảm, độ chảy<br /> càng giảm nhiều. tăng. Khi giảm kích thước hạt, tiết diện tiếp xúc giảm, làm ma<br /> Trong hệ BT, các hạt cốt liệu thô tiếp xúc với nhau theo sát cũng giảm, độ chảy tăng. Tuy nhiên, nước cũng đóng vai<br /> các mặt, chính sự ma sát giữa các hạt cốt liệu thô là nguyên trò rất lớn trong việc giảm ma sát, việc tăng hàm lượng hạt<br /> nhân chính làm giảm độ chảy của nó. Khi đưa cốt liệu mịn mịn đồng nghĩa tăng nhu cầu nước thấm ướt bề mặt để giảm<br /> vào hệ, cốt liệu mịn sẽ nằm xen giữa các hạt cốt liệu thô, làm ma sát. Trong thí nghiệm này nước không tăng tương ứng,<br /> giảm tiếp xúc mặt, thay thế/tăng cường bằng tiếp xúc “điểm”, do vậy khi tăng hàm lượng hạt mịn đồng nghĩa giảm tương<br /> từ đó làm giảm nội ma sát của hệ. Các hạt càng nhỏ, tiếp đối tỷ lệ nước, dẫn tới tăng ma sát. Khi mức giảm nước đủ<br /> xúc càng gần đến “điểm”, ma sát của hệ sẽ càng giảm. Khi lớn, việc tăng hàm lượng hạt mịn sẽ làm giảm độ chảy của<br /> số lượng các hạt tăng (tăng hàm lượng), mức thay thế tiếp hệ [10].<br /> <br /> <br /> S¬ 28 - 2017 15<br />  KHOA H“C & C«NG NGHª<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Biến đổi cường độ BT ở các ngày tuổi khác nhau<br /> <br /> 3.2. Ảnh hưởng của bột đá vôi đến cường độ bê tông Với cùng hàm lượng BĐV mịn B13 và B15 cải thiện tốt<br /> Ảnh hưởng của hàm lượng và loại BĐV đến cường độ cường độ sớm (1, 3, 7 ngày) tốt hơn BĐV thô B44, B47, còn<br /> BT ở các tuổi 1, 3, 7, 28 ngày được thể hiện trong bảng 7 B44 và B47 cho cải thiện cường độ muộn (28 ngày) tốt hơn<br /> và hình 2. so với B13, B15.<br /> Các kết quả trong bảng 7 và 8 (tương ứng hình 3 và 4) Ảnh hưởng của BĐV tới cường độ bê tông có thể do khả<br /> cho thấy khi thêm BĐV thì cường độ BT đều được cải thiện năng giảm nội ma sát bê tông tươi, nâng cao độ đặc chắc<br /> (ngoại trừ cường độ tuổi 1 và 3 ngày khi thêm B44 hoặc cho cấu trúc BT. Loại BĐV có kích thước mịn có thể thúc đẩy<br /> B47). Tuy vậy mức độ cải thiện tùy thuộc vào độ mịn của quá trình thủy hóa của XM tốt hơn so với hạt thô [5, 6], gây ra<br /> BĐV và độ tuổi của BT. ảnh hưởng tích cực lên cường độ tuổi sớm.<br /> <br /> Bảng 6. Cấp phối của các mẫu BT sử dụng BĐV<br /> Lượng dùng vật liệu cho 1 m3 bê tông<br /> Tỷ lệ N/X Tỷ lệ C/X Tỷ lệ ĐV/C<br /> Xi măng, kg Nước, kg Cát, kg Đá vôi, kg<br /> 0% 734.3 323.1 1174.9 0.0<br /> 0.44 1.6 5% 718.8 316.3 1150.1 57.5<br /> 10% 704.0 309.8 1126.4 112.6<br /> Bảng 7. Ảnh hưởng của hàm lượng BĐV B15 đến cường độ BT<br /> Biến đổi Biến đổi Biến đổi Biến đổi<br /> Tỷ lệ ĐV/C Loại đá vôi R1, MPa R3, MPa R7, MPa R28, MPa<br /> R1, % R3, % R7, % R28, %<br /> 0% 10.47 32.87 45.89 52.50 0.00 0.00 0.00 0.00<br /> B47 9.34 37.38 47.36 59.99 -10.83 13.72 3.20 14.27<br /> B44 9.78 33.21 46.88 60.66 -6.59 1.03 2.16 15.55<br /> 5%<br /> B15 11.28 38.24 49.70 53.29 7.69 16.35 8.30 1.51<br /> B13 12.20 35.47 51.35 52.57 16.56 7.91 11.90 0.13<br /> B47 10.00 35.26 47.79 56.34 -4.46 7.28 4.14 7.32<br /> B44 9.22 36.73 48.07 60.73 -11.98 11.73 4.75 15.67<br /> 10%<br /> B15 11.28 41.14 50.35 55.14 7.69 25.16 9.73 5.04<br /> B13 13.20 37.94 51.75 54.90 26.11 15.42 12.77 4.58<br /> (xem tiếp trang 20)<br /> <br /> <br /> 16 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG<br />