Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án là: Nghiên cứu chế tạo bê tông có khả năng tự lèn, cường độ nén cao (Rn>60MPa ở tuổi 28 ngày), sử dụng cát mịn, hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu và một số nguyên vật liệu có sẵn ở Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Trung NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG CÁT MỊN VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO - TRO TRẤU Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà nội - 2019
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học 1: TS. Bùi Danh Đại Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Vũ Đình Đấu Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Trường Đại học Xây dựng Vào hồi giờ ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại học Xây dựng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Trung NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG CÁT MỊN VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO - TRO TRẤU Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà nội - 2019
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học 1: TS. Bùi Danh Đại Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Vũ Đình Đấu Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Trường Đại học Xây dựng Vào hồi giờ ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại học Xây dựng
-1- MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu Khái niệm bê tông tự lèn xuất hiện đầu tiên tại Nhật Bản năm 1983, đánh dấu một hướng nghiên cứu cũng như khả năng ứng dụng mới của loại bê tông này. Do những tính năng và hiệu quả tuyệt vời mà loại bê tông này mang lại nên những năm sau đó việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự lèn cho các công trình xây dựng không ngừng phát triển và hoàn thiện. Sử dụng bê tông tự lèn giúp giảm thời gian thi công, tiết kiệm đáng kể nhân công, đảm bảo độ đặc chắc tại những vùng khó đầm chặt, giảm tiếng ồn và sự rung động do quá trình đầm bê tông tạo ra, kết cấu sau khi thi công có bề mặt phẳng nhẵn từ đó giảm chi phí nhân công cũng như chi phí vật tư để hoàn thiện bề mặt. Sử dụng bê tông tự lèn cường độ cao ngoài những hiệu quả của bê tông tự lèn mang lại nó còn giúp giảm đáng kể tiết diện của kết cấu cũng như tăng đáng kể khả năng chịu lực của công trình. Bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng đặc biệt hiệu quả với những công trình yêu cầu tải trọng lớn trong khi công tác thi công tạo hình gặp nhiều khó khăn như: công trình có hình dạng và kết cấu phức tạp, các công trình hầm ngầm, công trình có mật độ cốt thép dày, các kết cấu tấm mỏng... 2. Lý do lựa chọn đề tài Ở Việt Nam những năm trở lại đây, các công trình nhà cao tầng, siêu cao tầng, cầu có khẩu độ lớn, các công trình hầm ngầm kiên cố...được xây dựng trên khắp cả nước. Các công trình này thường có tải trọng lớn, yêu cầu về kỹ thuật và tính thẩm mỹ cao, đòi hỏi kết cấu chịu lực phức tạp, mật độ cốt thép dày đặc, khối lượng thi công lớn...Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao cho các công trình này ở Việt Nam mang tính cấp thiết. Phối hợp sử dụng tro trấu nghiền mịn (RHA) và xỉ lò cao hạt hoá nghiền mịn (GBFS) với hiệu ứng tương hỗ làm phụ gia khoáng trong bê tông tự lèn cường độ cao, có thể giúp thay thế xi măng với hàm lượng lớn mà không cần sử dụng silica fume (là phụ gia nhập khẩu có giá thành cao) sẽ giúp giảm đáng kể giá thành, đồng thời làm giảm nhiệt thuỷ hoá cũng như biến dạng co ngót trong bê tông, góp phần thiểu ô nhiễm môi trường từ việc giảm lượng dùng xi măng cũng như sử dụng nguồn phế thải tro trấu, xỉ lò cao có trữ lượng lớn ở Việt Nam. Theo ACI 363.R-92, cốt liệu nhỏ sử dụng trong bê tông cường độ cao phải có mô đun độ lớn cao (≥2,5). Ở Việt Nam cát thô có sẵn dưới dạng cát vàng tự nhiên, tuy nhiên đây là loại cát không được phân bố đều trên toàn lãnh thổ Việt Nam, giá thành cao, trữ lượng ít hơn nhiều so với các loại cát mịn. Đặc biệt tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Theo TCVN 7570:2006, cát mịn là loại cát có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 0,7 ÷ 2,0. Theo TCVN 10796:2015 cát mịn có mô đun độ lớn nằm trong khoảng 1,1÷1,2 chỉ nên sử dụng để chế tạo bê tông có cấp độ bền đến B25. Việc nghiên cứu các giải pháp để sử dụng cát mịn làm cốt liệu nhỏ cho bê tông có cấp độ bền cao hơn B25 nhằm tận dụng nguồn vật liệu địa phương, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên là một vấn đề cấp thiết.
-2- 3. Mục đích nghiên cứu Mục đích của luận án là: Nghiên cứu chế tạo bê tông có khả năng tự lèn, cường độ nén cao (Rn>60MPa ở tuổi 28 ngày), sử dụng cát mịn, hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu và một số nguyên vật liệu có sẵn ở Việt Nam. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Cát mịn, phụ gia khoáng xỉ lò cao hạt hoá và tro trấu đốt công nghiệp - Bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng cát mịn và hỗn hợp xỉ lò cao - tro trấu. 4.2 Phạm vi nghiên cứu - Sử dụng cát mịn có mô đun độ lớn 1,0÷1,2, hàm lượng bụi bùn sét
-3- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO 1.1. Bê tông tự lèn cường độ cao 1.1.1. Khái niệm về bê tông tự lèn Bê tông tự lèn (Self-Compacting Concrete hay Self - Consolidating Concrete - SCC) là loại bê tông khi chưa đóng rắn có khả năng chảy dưới tác dụng của trọng lực bản thân và có khả năng tự điền đầy vào mọi góc cạnh của ván khuôn ngay cả những nơi có mật độ cốt thép dày đặc mà không cần bất cứ tác động cơ học nào nhưng vẫn đảm bảo tính đồng nhất. 1.1.2. Quan điểm về bê tông cường độ cao Tại Mỹ, theo tiêu chuẩn ACI 363.2R-11, bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ nén ở tuổi 28 ngày lớn hơn hoặc bằng 55MPa (tương đương 8000 psi). Theo CEB.FIP (Uỷ ban soạn thảo các khuyến cáo cho bê tông dự ứng lực): bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ nén sau 28 ngày đạt ≥60MPa. Theo TCVN 10306:2014, bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ nén xác định trên mẫu trụ 150x300mm đạt 55MPa hoặc lớn hơn ở tuổi 28 ngày 1.2. Phân loại bê tông tự lèn 1.2.1. Phân loại theo đặc tính tự lèn của hỗn hợp bê tông Bảng 1.4: Phân loại bê tông tự lèn theo đặc tính tự lèn của hỗn hợp STT Phân loại theo Đơn vị Loại Giá trị giới hạn ĐCL1 550 đến 650 1 Độ chảy loang mm ĐCL1 660 đến 750 ĐCL1 760 đến 850 VS1 ≤2 2 Thời gian chảy T500 s VS2 >2 VF1 ≤8 3 Thời gian chảy qua Vbox s VF2 9÷25 4 Khả năng chảy qua J-ring mm PJ ≤10 Khả năng vượt qua Lbox PA1 2 thanh chắn 5 ≥ 0,8 trong trường hợp cửa xả có PA2 3 thanh chắn SR1 ≤ 20 6 Phân loại theo độ đồng nhất % SR2 ≤ 15 1.2.2. Phân loại theo thành phần của bê tông Theo cách phân loại này, bê tông tự lèn được chia làm ba loại như sau: - Bê tông tự lèn dựa trên hiệu ứng của bột mịn - Bê tông tự lèn sử dụng phụ gia biến tính độ nhớt (VMA) - Bê tông tự lèn sử dụng hỗn hợp cả hiệu ứng của bột mịn và VMA.
-4- 1.3. Đặc tính của bê tông tự lèn cường độ cao 1.3.1. Vật liệu sử dụng trong chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao - Xi măng: Các loại xi măng phù hợp EN197-1 đều có thể được sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn. Tuy nhiên hàm lượng C3A không nên lớn hơn 10%. - Cốt liệu lớn: Theo EFNARC, cốt liệu lớn sử dụng cho bê tông thông thường đều có thể được sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn, tuy nhiên đường kính cỡ hạt lớn nhất nên từ 16÷20mm. Cần chú ý đến đặc tính bề mặt hạt của cốt liệu - Cốt liệu nhỏ: Đặc tính bề mặt của hạt cốt liệu nhỏ ảnh hưởng lớn đến ma sát trượt giữa các hạt từ đó ảnh hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê tông. Bên cạnh đó, mô đun độ lớn của cốt liệu nhỏ cũng ảnh hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê tông do nó làm thay đổi đáng kể lượng nước sử dụng. - Phụ gia hoá dẻo: Sử dụng phụ gia hoá dẻo hoặc siêu dẻo trong bê tông tự lèn cường độ cao nhằm tăng tính linh động của hỗn hợp, giảm tỷ lệ N/CKD. - Phụ gia khoáng (PGK): Sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính với độ mịn cao làm tăng cường độ và độ bền của bê tông. Một số loại phụ gia khoáng khi sử dụng với hàm lượng hợp lý có thể cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông. 1.3.2. Hàm lượng vật liệu sử dụng trong hỗn hợp bê tông tự lèn cường độ cao - Bê tông tự lèn sử dụng hàm lượng bột lớn hơn so với bê tông thông thường. - Sử dụng phụ gia siêu dẻo với hàm lượng hợp lý. - Hàm lượng cốt liệu lớn nhỏ hơn so với các loại bê tông thông thường. - Tổng lượng vữa sử dụng lớn hơn so với bê tông thông thường - Có thể có hoặc không có phụ gia biến tính độ nhớt (VMA) 1.4. Ưu nhược điểm của bê tông tự lèn cường độ cao - Ưu điểm: sử dụng SCHSC rút ngắn thời gian xây dựng, tiết kiệm được nhân công, đảm bảo độ đặc chắc của kết cấu, giảm tiếng ồn, kết cấu có bề mặt phẳng nhẵn, giảm kích thước tiết diện của kết cấu, tăng độ bền công trình... - Nhược điểm: giá thành tương đối cao so với bê tông thông thường, rất nhạy cảm với sự thay đổi tính chất của vật liệu, công nghệ chế tạo nghiêm ngặt, tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế, thi công, đánh giả bê tông tự lèn. 1.5. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới 1.5.1. Tình hình nghiên cứu về bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới Mẫu bê tông tự lèn đầu tiên được chế tạo vào năm 1988 tại Nhật Bản. Liên tục những năm sau đó, việc nghiên cứu về bê tông tự lèn không ngừng được phát triển trên thế giới. Năm 2012, tác giả Le Thanh Ha đã sử dụng cốt liệu lớn có Dmax=16mm, cát tự nhiên có cỡ hạt đến 2mm, hỗn hợp phụ gia khoảng FA - RHA, để chế tạo bê tông tự lèn có cường độ nén đạt đến 123MPa ở tuổi 28 ngày 1.5.2. Tình hình ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới Công trình Fukuaka Dome là một trong những công trình đầu tiên được xây dựng vào năm 1993 tại Nhật Bản sử dụng bê tông tự lèn. Khoảng 10.000m3 bê tông tự lèn để thi công mái vòm có độ dốc 450 và khung chịu lực với mật độ cốt thép dầy đặc. Hiện nay bê tông tự lèn được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
-5- 1.6. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao ở Việt Nam 1.6.1. Tình hình nghiên cứu về bê tông tự lèn cường độ cao tại Việt Nam Trong những năm gần đây, bê tông tự lèn đã được nghiên cứu tại Trường Đại học Xây dựng, Đại học Giao thông Vận tải, Đại học Thủy lợi, Đại học Đà Nẵng, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh và tại các viện nghiên cứu như: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải, Viện Thuỷ công...Tuy nhiên số lượng đề tài chưa nhiều, việc nghiên cứu chủ yếu trong phòng thí nghiệm và chưa được công bố rộng rãi. 1.6.2. Tình hình ứng dụng bê tông tự lèn cường độ cao tại Việt Nam Năm 2007 công trình đập xà lan di động để ngăn nước mặn lấn vào vùng nước ngọt ở Cà Mau đã được ứng dụng thi công bằng bê tông tự lèn. Năm 2008 khoa Xây dựng cầu đường thuộc trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã nghiên cứu ứng dụng thành công bê tông tự lèn sử dụng cho công trình xây dựng cảng Cái Mép Thị Vải tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã nghiên cứu, sử dụng tro bay, cát thô để chế tạo bê tông tự lèn có cường độ nén đạt 50MPa, kết quả nghiên cứu này đã được ứng dụng thi công tại vị trí dầm chuyển của tại tòa nhà T34 - Trung Hòa. Có thể thấy số lượng công trình được ứng dụng bê tông tự lèn tại Việt Nam còn rất khiêm tốn, cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày thường nhỏ hơn 60MPa. 1.7. Một số khảo sát về cát mịn tại Việt Nam Cát mịn được phân bố rộng rãi trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Tại miền Bắc, cát mịn được phân bố chủ yếu tại vùng đồng bằng Bắc Bộ dọc theo các con sông lớn. Cát mịn tại Sông Hồng có chất lượng tương đối ổn định. Tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, chỉ tính riêng con sông Mê Kông đã cung cấp một lượng cát ước tính lên đến 850 triệu m3 (chưa kể lượng cát bồi đắp hàng năm), trong đó Bến Tre (29,89%), Đồng Tháp (24,60%), Vĩnh Long (15,20%), Tiền Giang (11,29%), Sóc Trăng (10,47%), An Giang (9,9%), Cần Thơ (2,94%), Trà Vinh (2,11%), Cà Mau (1,41%)...Tuy nhiên cát đạt yêu cầu dùng cho bê tông lại khan hiếm. Do đó việc nghiên cứu sử dụng cát mịn để chế tạo bê tông là rất cần thiết, đáp ứng được nhu cầu tại địa phương, giảm giá thành công trình. 1.8. Tình hình nghiên cứu sử dụng cát mịn trong bê tông và bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam Cát mịn Dơ - Nhiếp, Ba - zơ - khan đã được nghiên cứu sử dụng để chế tạo bê tông cho một số công trình thuỷ công và xây dựng tại Liên Xô. Cát mịn sa mạc (Mđl = 1,85) cũng được Zeghichi sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn. Cường độ nén của mẫu bê tông sử dụng cát mịn sa mạc đạt giá trị 45MPa ở 28 ngày tuổi. Tại Việt Nam, những nghiên cứu đầu tiên về việc sử dụng cát mịn làm cốt liệu cho bê tông đã được tiến hành từ năm 1967 bởi tác giả Nguyễn Văn Đốc và Hoàng Phủ Lan. Những năm sau đó, tác giả Dương Đức Tín (1972) và tác giả Nguyễn Mạnh Kiểm (1975) cũng đã nghiên cứu sử dụng cát mịn trong chế tạo bê tông có cường độ thấp hơn 30MPa. Năm 1993, tác giả Dong Van An đã sử
-6- dụng cát mịn có mô đun độ lớn 1,72 để chế tạo bê tông có cường độ đạt 50MPa ở tuổi 28 ngày. Theo tìm hiểu của tác giả hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, cát mịn chưa được sử dụng trong chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao. 1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao-tro trấu trong bê tông và bê tông tự lèn cường độ cao trên thế giới và ở Việt Nam Một số nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam đều khẳng định có thể sử dụng GBFS hay RHA làm phụ gia khoáng cho bê tông và bê tông tự lèn cường độ cao. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có một số tác giả nghiên cứu sử dụng hỗn hợp GBFS - RHA làm phụ gia khoáng cho bê tông. Theo nghiên cứu của tác giả Van Viet Thien An, RHA đã được sử dụng thay thế hoàn toàn SF, kết hợp với GBFS để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao. Mẫu bê tông chế tạo có cường độ nén ở tuổi 28 ngày đạt lớn hơn 160MPa. Tại Việt Nam, theo nghiên cứu của tác giả Ngọ Văn Toản, hỗn hợp GBFS - RHA đã được sử dụng để thay thế đến 50% khối lượng xi măng trong chế tạo bê tông cường độ cao. Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày đạt 92MPa. Tuy nhiên theo tìm hiểu của tác giả hiện tại trên thế giới cũng như ở Việt Nam, hỗn hợp GBFS - RHA chưa được nghiên cứu trong chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao. CHƯƠNG 2: CỞ SỞ KHOA HỌC TRONG VIỆC CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO 2.1. Cơ sở khoa học chế tạo bê tông tự lèn Để có thể tự lèn chặt dưới tác động của tải trọng bản thân thì hỗn hợp bê tông phải có khả năng tự chảy, với nội ma sát giữa các thành phần trong hỗn hợp thấp. Để đạt được điều đó, hỗn hợp bê tông phải có độ linh động cao nhưng không bị tách nước, phân tầng. Năm 2003, Nielsson và Wallervik đã nghiên cứu và khẳng định giả thuyết cho rằng: khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông chủ yếu là do vai trò của hồ chất kết dính. Ở trạng thái ban đầu, hồ chất kết dính có thể được coi như một dạng chất lỏng nên việc nghiên cứu về đặc trưng lưu biến, trong đó thông số độ nhớt của hồ chất kết dính mang tính quyết định. 2.2. Cơ sở khoa học chế tạo bê tông cường độ cao 2.2.1. Nâng cao cường độ đá xi măng Để nâng cao cường độ đá xi măng thì cần phải cải thiện các yếu tố ảnh hưởng: - Độ rỗng: Để giảm số lượng cũng như kích thước của các lỗ rỗng trong đá xi măng ta có giảm đến mức tối đa có thể lượng không khí cuốn vào và tỷ lệ N/X. - Giảm kích thước của hạt tinh thể: Giảm tỷ lệ N/X sẽ thúc đẩy sự hình thành sản phẩm thuỷ hoá trong, là những sản phẩm có cấu trúc hạt mịn, cường độ cao. - Tăng độ đồng nhất: Sử dụng phụ gia siêu dẻo một cách hợp lý ngoài việc giúp giảm tỷ lệ N/CKD nó còn đóng vai trò phân tán các hạt xi măng, tăng mức độ đồng nhất cho hỗn hợp bê tông. Sử dụng chế độ lèn chặt thích hợp cũng là một trong những biện pháp làm giảm thể tích bọt khí, tăng độ đồng nhất.
-7- 2.2.2. Nâng cao cường độ vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu Giảm tỷ lệ N/X và sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn là biện pháp hiệu quả giúp cải thiện cấu trúc của vùng chuyển tiếp, giảm chiều dày và làm tăng cường độ của vùng chuyển tiếp (ITZ) giữa đá xi măng và bề mặt cốt liệu. 2.2.3. Lựa chọn cốt liệu có cường độ cao Lựa chọn đá gốc có cấu trúc đặc chắc, cường độ cao để sản xuất cốt liệu như : đá đolomit, đá vôi có cường độ nén dập cao, đá granite, gabro, điabaz, bazan... 2.3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng phụ gia khoáng xỉ lò cao và tro trấu trong chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao 2.3.1. Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông tự lèn cường độ cao 2.3.1.1. Ảnh hưởng của phụ gia khoáng đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông Phụ gia khoáng được sử dụng trong thành phần bê tông tự lèn nhằm đảm bảo yêu cầu cần lượng hồ lớn mà không phải dùng quá nhiều xi măng. Với mỗi loại phụ gia khoáng khác nhau sẽ ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của hồ chất kết dính. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông. 2.3.1.2. Vai trò của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao - Hiệu ứng hoá học của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao: thể hiện thông qua phản ứng giữa oxit silic và silicat-aluminat có trong phụ gia khoáng với canxi hydroxit (CH) khi thuỷ hoá xi măng theo phương trình sau: SiO2 + CH + H → CSH; Al2O3.2SiO2 + CH + H → CSH + C4AH13 & C3AH6 + C2ASH8 - Hiệu ứng điền đầy của phụ gia khoáng trong bê tông cường độ cao: Do sử dụng tỉ lệ N/CKD thấp nên trong bê tông cường độ cao một phần xi măng sẽ không thuỷ hoá hết. Phần xi măng chưa thuỷ hoá có thể được coi như là một loại vi cốt liệu, vì vậy sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính có độ mịn cao hơn xi măng còn đem lại hiệu quả cao do chúng cải thiện trong chính cấu trúc của đá xi măng cũng như cấu trúc vùng chuyển tiếp (ITZ) giữa đá xi măng và cốt liệu. 2.3.2. Cơ sở khoa học của việc sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao và tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao 2.3.2.1. Vai trò của tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao RHA có cấu trúc rỗng xốp, có tỷ diện tích bề mặt sau khi nghiền mịn rất lớn, hàm lượng SiO2 vô định hình cao (87÷96%). Với vai trò làm PGK trong bê tông thì RHA thể hiện đồng thời cả hiệu ứng vật lý và hiệu ứng hoá học. Bên cạnh đó sử dụng RHA còn làm tăng đáng kể độ nhớt của hồ chất kết dính từ đó làm giảm hoặc thậm trí triệt tiêu hiện tượng tách nước trong hỗn hợp bê tông. 2.3.2.2. Vai trò của xỉ lò cao trong bê tông tự lèn cường độ cao GBFS chứa chủ yếu là pha thuỷ tinh (trên 95%) nên sau khi nghiền mịn chúng có hoạt tính thuỷ lực thấp. Hoạt tính của GBFS được cải thiện đáng kể khi có mặt của nhóm (OH-). Sử dụng GBFS làm tăng sự phân tán giữa các hạt, làm giảm độ nhớt của hồ chất kết dính, kể cả khi có hay không có PGSD. Tuy nhiên sử dụng GBFS với hàm lượng lớn, độ mịn thấp sẽ làm HHBT bị tách nước.
-8- 2.3.2.3. Cơ sở khoa học của việc sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao và tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao RHA hay GBFS hoàn toàn có thể được sử dụng làm PGK trong SCHSC, tuy nhiên khi sử dụng đơn lẻ, các PGK này đều có những hạn chế nhất định. Phối hợp sử dụng RHA và GBFS với tỷ lệ thích hợp sẽ giảm bớt nhược điểm của mỗi loại đồng thời còn tạo ra hiệu ứng tương hỗ làm tăng hiệu quả của chúng. 2.4. Cơ sở khoa học của việc phối hợp sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao 2.4.1. Ảnh hưởng của cát mịn đến tính chất của bê tông tự lèn cường độ cao Hàm lượng, đặc tính bề mặt, mô đun độ lớn (Mđl) của cốt liệu nhỏ ảnh hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê tông do nó làm thay đổi đáng kể lượng cần nước. Hàm lượng hạt nhỏ hơn 0,125mm trong cát ảnh hưởng đến tính chất lưu biến cũng như khả năng chống phân tầng của hỗn hợp bê tông. Do nhu cầu cần nước cao hơn so với cát thô nên để đảm bảo cường độ bê tông không đổi thì lượng dùng xi măng phải tăng thêm từ 5÷15% tùy thuộc vào Mđl của cát mịn. 2.4.2. Những tồn tại của việc sử dụng cát mịn trong SCHSC - Sử dụng cát mịn sẽ tạo ra cấp phối gián đoạn do mất các cấp hạt từ 1,25÷ 5mm, từ đó làm tăng nguy cơ hỗn hợp bê tông bị phân tầng, đặc biệt khi hỗn hợp bê tông có độ chảy cao, lượng dùng phụ gia siêu dẻo lớn như SCHSC. - Hỗn hợp bê tông sử dụng cát mịn có lượng cần nước lớn hơn so với hỗn hợp bê tông sử dụng cát thô. Do đó để đảm bảo cường độ bê tông là không đổi thì lượng dùng xi măng trong bê tông cát mịn phải tăng thêm từ 5÷15%. - Hàm lượng bụi bùn sét trong cát mịn thường lớn hơn so với cát thô. 2.4.3. Cơ sở khoa học của việc phối hợp sử dụng cát mịn và hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong bê tông tự lèn cường độ cao - RHA làm giảm hoặc triệt tiêu hiện tượng tách nước trong hỗn hợp bê tông, đồng thời làm tăng độ nhớt của hồ xi măng. Phối hợp sử dụng hỗn hợp GBFS-RHA với PGSD một cách hợp lý giúp tạo ra hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ là cát mịn có khả năng tự lèn mà không bị tách nước, phân tầng. - Sử dụng PGSD thế hệ mới nhằm khắc phục nhược điểm cần nước lớn của cát mịn, đồng thời cho phép chế tạo hỗn hợp bê tông có độ linh động cao nhưng vẫn đảm bảo tỷ lệ N/CKD thấp. Phối hợp sử dụng cát mịn với một lượng hồ lớn tạo thành từ hỗn hợp XM-RHA-GBFS, nước và PGSD làm tăng thể tích vữa, làm giảm nội ma sát, đó làm tăng khả năng tự lèn của HHBT - Sự có mặt của GBFS trong thành phần CKD sẽ cải thiênh đáng kể khả năng chảy của hỗn hợp bê tông do chúng làm giảm đáng kể độ nhớt của hồ CKD. - Bê tông tự lèn sử dụng hàm lượng bột lớn (từ 550÷650kg/m3), mức ngậm cát (C/CL) cao do đó theo nghiên cứu của tác giả Fu Jia Luo [77], điều này cho phép chế tạo ra loại bê tông cát mịn có cường độ nén, kéo khi uốn, mô đun đàn hồi, lực liên kết với cốt thép...tương đương với bê tông sử dụng cát thô.
-9- CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 3.1.1. Cốt liệu 3.1.1.1. Cốt liệu lớn Cốt liệu lớn là loại đá vôi có nguồn gốc tại Kiện Khê - Hà Nam với hai cỡ hạt: Dmax = 10mm và 20mm. Tính chất cơ lý của đá thoả mãn TCVN 7570:2006. 3.1.1.2. Cốt liệu nhỏ Cát mịn (CM) sử dụng trong luận án có nguồn gốc từ cảng Phà Đen - Sông Hồng (thuộc Hà Nội) với mô đun độ lớn là 1,1 và hàm lượng bụi bùn sét là 1,2%. Luận án còn sử dụng cát thô (CT) có nguồn gốc từ Sông Lô - Phú Thọ trong nghiên cứu đối chứng với mô đun độ lớn là 2,58 và hàm lượng bụi bùn sét là 0,6%. Các tính chất cơ lý này thoả mãn theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006. 3.1.2. Xi măng Trong nghiên cứu đã sử dụng xi măng PC40 của nhà máy Bút Sơn. Các tính chất cơ lý của xi măng thoả mãn TCVN 2682:2009. Kích thước hạt trung bình đạt 14,61µm và cường độ nén của mẫu xi măng sau 28 ngày đạt 47,5MPa. 3.1.3. Phụ gia khoáng (PGK) 3.1.3.1. Tro trấu Tro trấu đốt bằng lò công nghiệp Torbed (RHA-B) có cỡ hạt trung bình 6,95µm, đường kính lỗ rỗng 9,64µm, tỷ diện tích là 143500 cm2/g, chỉ số hoạt tính đạt 109%. Tro trấu đốt thủ công (RHA-B) có cỡ hạt trung bình 6,92µm, đường kính lỗ rỗng 14,06µm, tỷ diện tích là 286000 cm2/g, chỉ số hoạt tính đạt 111%. 3.1.3.2. Xỉ lò cao Xỉ lò cao hạt hoá sử dụng có nguồn gốc từ nhà máy gang thép Hoà Phát. Sau khi nghiền chúng có cỡ hạt là 9,39 µm, chỉ số hoạt tính sau 28 ngày đạt 102%. 3.1.3.3. Silica fume Silica fume sử dụng trong luận án được sản xuất bởi hãng ELKEM với kích thước hạt trung bình là 0,34 µm, chỉ số hoạt tính với xi măng đạt 116%. 3.1.3.4. Tro bay Tro bay sử dụng trong luận đã được tuyển nổi, có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại, cỡ hạt trung bình là 7,87 µm, chỉ số hoạt tính với xi măng đạt 83% 3.1.4. Phụ gia siêu dẻo Luận án sử dụng phụ gia siêu dẻo HV298 của hãng Bifi. Đây là loại phụ gia gốc polymer, có tác dụng giảm nước, đồng thời kéo dài thời gian đông kết. 3.1.5. Nước Nước sử dụng trong nghiên cứu thoả mãn theo tiêu chuẩn TCVN 4506:2012.
-10- 3.2. Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu Luận án đã sử dụng các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn của Việt Nam, một số tiêu chuẩn của Mỹ, Châu Âu...Bên cạnh đó luận án còn sử dụng một số phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn nhưng được nghiên cứu khá phổ biến trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo mô hình thành phần - tính chất của Scheffe (kế hoạch bão hoà) cũng được sử dụng trong nghiên cứu để lựa chọn thành phần hợp lý của chất kết dính. 3.3. Phương pháp thiết kết thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn Luận án sử dung phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn được thiết lập bởi giáo sư Okamura Hajime. Nội dung của phương pháp này như sau: - Hàm lượng bọt khí: từ 4÷7% thể tích bê tông (khi sử dụng phụ gia cuốn khí) - Thiết lập tỉ lệ dùng cát: hàm lượng cát sử dụng chiếm 40% thể tích vữa. - Tỉ lệ nước trên xi măng (N/XM): theo thể tích từ 0,9÷1,0 tuỳ thuộc vào loại xi măng, tương ứng với tỉ lệ theo khối lượng từ 0,29÷0,32. - PGSD sử dụng trên cơ sở điều chỉnh hỗn hợp vữa nhằm đảm bảo yêu cầu về độ chảy loang đạt 245mm và thời gian chảy qua phễu V chữ đạt 10 giây. - Thiết lập quan hệ giữa thể tích cốt liệu nhỏ (CLN) và thể tích của cốt liệu lớn (CLL): theo phương pháp thiết kế này, tỷ lệ CLN/CLL từ 0,82÷1,08. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KẾT DÍNH SỬ DỤNG HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO-TRO TRẤU 4.1. Lựa chọn kích thước hạt hợp lý của phụ gia khoáng xỉ lò cao - tro trấu trong nghiên cứu thực nghiệm Kết quả nghiên cứu cho 25! 120! thấy: kích thước hạt của 100! GBFS đạt 9,39µm và của 20! Kích$thước$hạt$(mm)$ Chỉ$số$hoạt$tính$(%)$ Kích!thước!hạt!GBFS! RHA-B đạt 6,95µm được 15! Kích!thước!hạt!RHA:B! 80! đánh giá là kích thước hợp Chỉ!số!hoạt!tính!GBFS! Chỉ!số!hoạt!tính!RHA:B! 60! lý. Bởi để đạt được kích 10! 40! thước hạt nhỏ hơn thì cần 5! sử dụng thêm năng lượng 20! nghiền rất lớn trong khi 0! 0! mức độ giảm kích thước 1.25! 2.5! 5! 7.5! 10! 15! Năng$lượng$nghiền$(kWh/kg)$ hạt cũng như chỉ số hoạt ! tính của chúng đối với xi Hình 4.1: Mối quan hệ giữa năng lượng nghiền, măng tăng không đáng kể kích thước hạt và chỉ số hoạt tính của PGK 4.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao - tro trấu đến tính chất của chất kết dính 4.2.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao, tro trấu đến Ntc và thời gian đông kết 4.2.1.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao đến Ntc và thời gian đông kết
! -11- ! ! ! Kết quả nghiên cứu có thể ! 350! 30! đưa ra kết luận: khi tăng 350! Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)& 300! hàm lượng GBFS thì Ntc 28! 300! Thời&gian&(phút)& giảm, thời gian bắt đầu và 250! Độ#nhớt#(mPa.s)# 250! kết thúc đông kết tăng lên. 200! 26! 200! Với hàm lượng thay thế đến 150! 24! 30% thì GBFS không làm 100! Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! 150! biến đổi quá nhiều Ntc cũng 50! Kết!thúc!đông!kết!(phút)! 22! 100! như thời gian đông kết. Tuy Lượng!nước!tiêu!chuẩn!(%)! 50! 0! 20! nhiên khi hàm lượng thay 0! 10! 20! 30! 40! 50! 60! 70! 0! thế đến 70% thì Ntc giảm Hàm&lượng&GBFS&(%)& 0! !! ! 15%, thời gian bắt đầu đông ! kết tăng 80% và thời gian ! Hình 4.2: Ảnh hưởng của GBFS đến Ntc và ! Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! kết thúc đông kết tăng 55%. 350! thờiKết!thúc!đông!kết!(phút)! gian đông kết của hồ CKD48! ! Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)& ! 300! Lượng!nước!tiêu!chuẩn!(%)! 45! ! 4.2.1.2. Ảnh hưởng của tro trấu đến Ntc và thời gian đông kết ! 42! Thời&gian&(phút)& ! 350! 250! 30! Từ kết quả nghiên cứu có Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! 39! Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)& 350! 300! Kết!thúc!đông!kết!(phút)! 48! 200! 36! thể nhận định: khi tăng hàm 28! Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)& Lượng!nước!tiêu!chuẩn!(%)! 45! Thời&gian&(phút)& 300! 250! 33! lượng phụ gia khoáng RHA- 150! 42! Thời&gian&(phút)& 250! 200! 30! 26! B trong thành phần CKD thì 100! 39! 27! 200! Ntc tăng lên. Giá trị này tăng 150! 50! 36! 24! 24! 33! đột biến khi hàm lượng 150! 100! 0! Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! 21! 30! 22! RHA-B sử dụng lớn hơn 50! 0! 100! 10! Kết!thúc!đông!kết!(phút)! 15! 20! 25! 30! 35! Lượng!nước!tiêu!chuẩn!(%)! 27! Hàm&lượng&RHA&(%)& 25% tổng hàm lượng CKD. 50! 0! 20! 24! ! ! 0! 10! 20! 30! 40! 50! 60! 70! Đồng thời khi tăng hàm 0! 21! lượng RHA-B làm giảm thời 0! 10!Hàm&lượng&GBFS&(%)& 15! 20! 25! 30! 35! ! ! gian bắt đầu đông kết, tuy! Hàm lượng RHA-B Hàm&lượng&RHA&(%)& !! ! nhiên thời gian kết thúc Hình Bắt!đầu!đông!kết!(phút)! 350! 4.3: Ảnh hưởng của RHA-B đến N48! Kết!thúc!đông!kết!(phút)! tc và đông kết lại tăng lên đáng kể. thời gian đông kết của hồ CKD Lượng&nước&tiêu&chuẩn&(%)& 300! Lượng!nước!tiêu!chuẩn!(%)! 45! 42! 4.2.2. Ảnh hưởng của xỉ lò cao và tro trấu đến độ nhớt của CKD Thời&gian&(phút)& 250! 39! 4.2.2.1. Ảnh hưởng của xỉ lò cao 200! đến độ nhớt của hồ chất kết dính 36! ! 33! Tỷ lệ GBFS trong thành 300! 150! 100%XM! 30! phần CKD chiếm từ 0÷70% 100! 250! 90%XM+10%GBFS! 70%XM+30%GBFS! 27! theo khối lượng Tỷ lệ 50! 200! 50%XM+50%GBFS! 24! Độ&nhớt&(mPa.s)& 30%XM+70%GBFS! N/CKD = 0,3 theo khối 0! 150! 21! 0! 10! 15! 20! 25! 30! 35! lượng, hàm lượng PGSD sử 100! Hàm&lượng&RHA&(%)& ! ! dụng ! là 0,7% theo khối ! ! 50! lượng của CKD. Kết quả ! nghiên cứu cho thấy: GBFS ! 0! 0! 30! 60! 90! 120! 150! 180! 210! 240! ! ! ! làm giảm độ nhớt của hồ Thời&gian&(phút)& ! ! ! CKD ! so với hồ XM. Mức ! Hình 4.4: Ảnh hưởng của GBFS đến 300! 100%XM! độ giảm độ nhớt tăng lên 250! độ nhớt của hồ 90%XM+10%GBFS! 70%XM+30%GBFS! 200! 50%XM+50%GBFS! Độ#nhớt#(mPa.s)# 30%XM+70%GBFS! 150! 100!
-12- khi tăng hàm lượng GBFS. Theo thời gian, độ nhớt của hồ CKD và hồ XM đều tăng tuy nhiên mức độ tăng của hồ XM lớn hơn so với hồ CKD sử dụng GBFS 4.2.2.2. Ảnh hưởng của tro trấu đến độ nhớt của hồ chất kết dính Tỷ lệ RHA-B thay thế XM từ 0÷30% theo khối lượng. Tỷ lệ N/CKD sử dụng là 0,3 theo khối lượng, hàm lượng PGSD sử dụng là 1,2% theo khối lượng của ! CKD. Từ kết quả nghiên cứu có thể nhận định: RHA-B làm tăng đáng kể độ ! ! nhớt của hồ CKD so với hồ XM. Độ nhớt tăng lên khi tăng lượng dùng RHA-B, ! 350! điểm đột biến xảy ra khi 350! 100%XM! 100%XM! 300! 90%XM+10%RHA! lượng dùng RHA-B đến 300! 90%XM+10%RHA2B! 85%XM+15%RHA! 30%. Tốc độ tăng độ nhớt 85%XM+15%RHA2B! Độ#nhớt#(mPa.s)# 250! Độ#nhớt#(mPa.s)# 250! 80%XM+20%RHA! 80%XM+20%RHA2B! 75%XM+25%RHA! theo thời gian tăng lên khi 200! 75%XM+25%RHA2B! 200! 70%XM+30%RHA! tăng hàm lượng RHA-B. Để 70%XM+30%RHA2B! 150! 150! độ nhớt ban đầu như nhau thì CKD sử dụng RHA-B 100! 100! cần lượng PGSD lớn hơn 50! 50! nhiều so với CKD sử dụng 0! 0! GBFS. Đồng thời mức độ 0! 0! 30! 60! 30! 60! 90! 90! 120! 120! 150! 150! 180! 180! 210! 210! 240! 240! biến đổi độ nhớt theo thời Thời#gian#(phút)# Thời#gian#(phút)# !! gian ! của RHA-B cũng diễn Hình 4.5: Ảnh hưởng của RHA-B ! ! 350! 100%XM! ra nhanh hơn so với GBFS. đến độ nhớt của hồ 90%XM+10%RHA! 300! lò cao - tro85%XM+15%RHA! 4.2.2.3. Ảnh hưởng của hỗn hợp xỉ250! trấu đến độ nhớt của CKD 80%XM+20%RHA! Độ&nhớt&(mPa.s)& Tỷ lệ N/CKD sử dụng là 0,3 theo khối lượng,75%XM+25%RHA! PGSD sử dụng là 1,0% theo khối 200! 70%XM+30%RHA! lượng CKD. Tro trấu được sử dụng gồm hai loại RHA-A và RHA-B. 150! Bảng 4.2: Tỷ lệ XM-GBFS-RHA sử dụng trong nghiên cứu độ nhớt của hồ 100! 50! RHA (% theo khối lượng) STT XM (%) GBFS (%) 0! RHA-B RHA-A 1 100 0 0! 30! 60! 90!0 120! 150! 180! -210! 240! Thời&gian&(phút)& 2 30 40 30 - ! ! ! 3 40 35 25 - 4 50 30 20 - 5 40 35 - 25 6 50 30 - 20 Kết quả nghiên cứu cho thấy: Để tạo ra độ nhớt ban đầu của hồ CKD gần tương đương nhau thì CKD sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng GBFS-(RHA-B) cần lượng dùng PGSD thấp hơn so với CKD chỉ sử dụng RHA-B và cao hơn so với CKD chỉ sử dụng GBFS. Thông qua kết quả nghiên cứu này có thể nhận định được tác dụng tương hỗ giữa GBFS và RHA-B đã giúp giảm đáng kể độ nhớt của hồ CKD sử dụng hỗn hợp GBFS-(RHA-B) so với hồ CKD chỉ sử dụng RHA-B, đồng thời làm tăng độ nhớt so với hồ CKD chỉ sử dụng GBFS.
100! 50! 0! -13- 0! 30! 60! 90! 120! 150! 180! 210! 240! Thời#gian#(phút)# !! ! !Với hàm lượng RHA-B sử 300! 350! 100%XM! 100%XM! dụng từ 20÷25% kết hợp 30XM40GBFS30RHA5B! 90%XM+10%RHA! 300! 250! 40XM35GBFS25RHA5B! với GBFS từ 30÷35% đã 85%XM+15%RHA! ! 50XM30GBFS20RHA5B! giúp giảm độ nhớt của hồ 250! 80%XM+20%RHA! Độ&nhớt&(mPa.s)& Độ#nhớt#(mPa.s)# 800 40XM35GBFS25RHA5A! 200! 40%XM35%GBFS25%RHA-B 75%XM+25%RHA! 50XM30GBFS20RHA5A! CKD so với hồ XM. Đây là 700 100%XM 200! 70%XM+30%RHA! 40%XM60%GBFS 150! cơ sở quan trọng cho việc 600 40%XM60%RHA-B Tổng nhiệt thuỷ hoá (J) 150! 500 nghiên cứu sử dụng hỗn 100! 100! 400 hợp phụ gia khoáng GBFS- 300 50! 50! (RHA-B) trong chế tạo hỗn 200 hợp bê tông tự lèn cường 0! 0! 0! -82- 100 30! 60! 90! 120! 150! 180! 210! 240! độ cao mà không cần sử 0! 30! 060! 90! 120! 150! 180! 210! 240! Thời&gian&(phút)& dụng quá nhiều PGSD. Mặt ! 0 50 100 Thời#gian#(phút)# 150 200 ! Thời gian (giờ) ! !khác kết quả nghiên cứu Hình 300! 4.6: !Ảnh ! hưởng của hỗn hợp GBFS-RHA ! 100%XM! cũng cho thấy độ nhớt của đến độ nhớt của hồ CKD 0.007 30XM40GBFS30TTB! 250! 40XM35GBFS25TTB! hồ CKD sử dụng RHA-A lớn hơn đáng kể 50XM30GBFS20TTB! so với độ nhớt của hồ 0.006 CKD sử dụng 40%XM60%RHA-B (W/g) RHA-B với hàm lượng như nhau, đặc biệt khi hàm lượng RHA-A lớn hơn 30%. Độ&nhớt&(mPa.s)& 100%XM 200! 40XM35GBFS25TTA! 0.005 (mW/g) 40%XM60%GBFS 50XM30GBFS20TTA! nhiệtnhiệt 40%XM35%GBFS25%RHA-B 4.2.3. Ảnh hưởng của xỉ lò cao150! và tro trấu đến tốc độ tăng nhiệt thuỷ hoá 0.004 tăng và tổng nhiệt thuỷ hoá của xi măng 0.003 tăng Tốcđộđộ 100! 0.002 Kết quả nghiên cứu nhận định: Sử dụng 60% PGK (GBFS, RHA-B hay hỗn hợp Tốc 0.001 GBFS-RHA-B) trong thành phần50!CKD làm0.007 giảm mạnh lượng nhiệt thuỷ hoá ! cũng 800 như40%XM35%GBFS25%RHA-B tốc độ toả nhiệt so với hồ CKD sử0.006 dụng 0 0 100%XM. 24 48 . 96 Với120 lượng 72 40%XM60%RHA-B 144 dùng 168 192 0! XM 700 như 100%XM nhau thì hồ CKD sử dụng 0! 60%GBFS 30! -0.001 60! có tốc 90! độ 120!toả nhiệt 100%XM 150! Thời gian trước 180! (giờ) 210!30 giờ ! 240! Tốc độ tăng nhiệt (mW/g) 40%XM60%GBFS 0.005 40%XM60%GBFS và 600tổngHình nhiệt thuỷ 4.7: hoábịtrước Thiết 40%XM60%RHA-B TAM 50AIRgiờsử lớn !!!Hình hơn đáng 4.8: kể hưởng Ảnh so vớicủa Thời&gian&(phút)& hồGBFS CKDvàsửRHA-Bdụng! 40%XM35%GBFS25%RHA-B Tổng nhiệt thuỷ hoá (J) 0.004 60% 500 RHA-B dụng thívànghiệmhồ CKD sử ! dụng nhiệt thuỷ hoá hỗn! hợp đến gồm 35%GBFS25%RHA-B, tuy ! 0.003tốc độ tăng nhiệt thuỷ hoá của XM !nhiên 400 tốc độ toả nhiệt sau 30 giờ và tổng lượng nhiệt thuỷ hoá sau 50 giờ của chúng 300 Một lại số nhận thấp hơn.địnhSauđược đưa ra từ khoảng 20kết giờquảđầunghiên 0.002 cứutổng tiên, như nhiệt sau: Sửthuỷ dụnghoá60% PGK cũng 0.001 như tốc 200 độ toả (GBFS, nhiệthay RHA-B củahỗn hồhợp CKD chứa hỗn hợp GBFS-RHA-B) tronggồm thành40%XM60%RHA-B phần CKD làm giảm mạnh là -82- 100 0 thấp hơn so với hồ CKD chứa 40%XM35%GBFS25%RHA-B. tốc độ toả nhiệt cũng như tổng nhiệt thuỷ-0.001 hoá 0so với 24 hồ 48 CKD 72 Tuy nhiên sử dụng 100%XM. mức 96 120 144 168 192 0 độ chênh 0 lệch 50 này là 100không150 đáng kể. 200Đồng thời ở giai đoạn Thờisau gian 20 (giờ) giờ thì tổng ! lượng Điều nhiệtnàythuỷhoàn hoá Thời toàn gian (giờ)phù cũng hợp như vớiđộlýtoả tốc ! thuyết nhiệtvàcủa những nghiên chúng gầncứu tương trước đây [117]. đương. !! 0.007 Với lượng dùng XM như nhau thì hồ 800 40%XM35%GBFS25%RHA-B 0.006 700 CKD sử dụng 60%GBFS có tốc độ toả 40%XM60%RHA-B 100%XM (W/g) thuỷ hoá(J/g)! 100%XM 600 40%XM60%GBFS (J) 0.005 (mW/g) 40%XM60%GBFS 40%XM60%RHA-B nhiệt trước 30 giờ và tổng nhiệt thuỷ nhiệtnhiệt thuỷ!hoá 40%XM35%GBFS25%RHA-B 500 0.004 400 hoá trước 50 giờ lớn hơn đáng kể so tăng nhiệt 0.003 nhiệt tăng 300 Tốcđộđộ TổngTổng 0.002 với hồ CKD sử dụng 60%RHA-B và 200 Tốc 0.001 100 0.007 hồ CKD sử dụng 35%GBFS25%RHA- 0 0 72 40%XM60%RHA-B 0.006 0 -0.001 B, tuy 24 nhiên 48 tốc100%XM độ 96 toả nhiệt sau 30 giờ 120 144 168 192 0 24 48 72 96 120 144 168 192 Thời gian (giờ) Thời gian (giờ) ! ! Tốc độ tăng nhiệt (mW/g) 0.005 40%XM60%GBFS AIR sử !!Hình Hình cũng 4.8: 4.8: Ảnh Ảnh như tổngcủa hưởng hưởng lượng của GBFS nhiệt GBFS thuỷ và và RHA-B hoá ! Hình RHA- 40%XM35%GBFS25%RHA-B 4.9: Hình 4.9:Ảnh Ảnhhưởng hưởng của GBFSvà của GBFS và ! 0.004 huỷ hoá B! đến đến 0.003 tốc tốc độ sau độ50tăng giờ tăng nhiệt của nhiệt thuỷ chúng thuỷ hoá lại hoá thấp của của hơn. XM XM RHA-B RHA-Bđến nhiệt đến nhiệtthuỷ thuỷ hoá của của XM XM ưa ra từ kết quả 0.002 Saucứu nghiên khoảng 20 giờ như sau: Sử đầu dụngtiên, 60%tổng PGKnhiệt thuỷ hoá cũng như tốc độ toả nhiệt của hồ 0.001 CKD ợp GBFS-RHA-B) trong chứa thành hỗn phần hợplàm40%XM60%RHA-B CKD giảm mạnh là thấp hơn so với hồ CKD chứa 0 hoá 040%XM35%GBFS25%RHA-B. tổng nhiệt thuỷ-0.001 so với 24 hồ 48 CKD 72 Tuy nhiên mức độ chênh lệch này là không đáng sử dụng 100%XM. 96 120 144 168 192
-14- 4.2.4. Ảnh hưởng của GBFS và RHA đến hàm lượng Ca(OH)2 trong đá XM Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng CH trong mẫu chứa 100%XM là lớn nhất so với các mẫu đối chứng và hàm lượng này tăng dần theo thời gian. Với hàm lượng XM sử dụng như nhau (40%) thì hàm lượng CH có trong mẫu 4%XM60%GBFS so với các mẫu sử dụng RHA, hỗn hợp GBFS-RHA hay hỗn hợp FA-SF ở tuổi 3 ngày là thấp nhất và cao nhất ở tuổi 28 và 90 ngày. So với tuổi 3 ngày, hàm lượng CH trong mẫu 40%XM60%GBFS tiếp tục tăng lên ở tuổi 7 ngày và 28 ngày nhưng giảm ở tuổi 90 ngày. Trong khi đó hàm lượng CH trong các mẫu chứa 40%XM60%RHA-B, 40%XM35%GBFS25%RHA-B, 40%XM35%FA25%SF đều tăng đến tuổi 7 ngày và giảm ở những tuổi tiếp theo. Mẫu 40%XM35%FA25%SF có hàm lượng CH ở tất cả các tuổi đều thấp hơn mẫu 40%XM60%RHA-B và mẫu 40%XM35%GBFS25%RHA-B, đặc biệt ở tuổi 28 ngày và 90 ngày. Hàm lượng CH trong mẫu 40%XM60%RHA- B và mẫu 40%XM35%GBFS25%RHA-B gần tương đương ở tất cả các tuổi. 20.0! 100%XM! 40%XM60%GBFS! 18.0! 40%XM35%GBFS25%RHA7B! 40%XM60%RHA7B! 16.0! 40%XM35%FA25%SF! Hàm$lượng$Ca(OH)2$(%)$ 14.0! 12.0! 10.0! 8.0! 6.0! 4.0! 2.0! 0.0! 3! 7! 28! 90! Tuổi$(ngày)$ ! Hình 4.10: Ảnh hưởng của GBFS và RHA-B đến hàm lượng Ca(OH)2 4.2.5. Ảnh hưởng của hỗn hợp GBFS - RHA đến cấu trúc của đá xi măng Nghiên cứu được thực hiện với mẫu sử dụng 100%XM và mẫu sử dụng tỷ lệ XM:GBFS:RHA-B=40:35:25 theo khối lượng, trên cơ sở sử dụng cùng tỷ lệ N/CKD=0,3. Các mẫu được chụp cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình ảnh chụp cho thấy đối với mẫu sử dụng 100%XM, các tinh thể CH dạng phiến và khoáng ettrigite dạng hình kim xuất hiện nhiều hơn so với mẫu sử dụng GBFS-RHA-B. Điều này chứng tỏ hỗn hợp GBFS-RHA-B đã góp phần làm giảm đáng kể tinh thể CH và khoáng ettrigite trong cấu trúc của đá XM. 4.3. Lựa chọn hàm lượng GBFS và RHA hợp lý trong thành phần CKD Luận án đã sử dụng mô hình thực nghiệm thành phần - tính chất của Scheffe với sự hỗ trợ của phần mềm Design-Expert 7 để nghiên cứu mối quan hệ giữa thành phần CKD đến hàm mục tiêu là cường độ nén của vữa ở tuổi 28 ngày. 4.3.1. Thiết kế mô hình thực nghiệm Thành phần - Tính chất
-15- Luận án tiến hành thiết kế cấp phối vữa theo phương pháp của Okamura. Các cấp phối vữa sử dụng cát mịn với tỷ lệ Vcát/Vvữa = 0,4 (theo thể tích), tỷ lệ N/CKD = 0,3. Lượng XM sử dụng từ 30÷50% (A), GBFS từ 20÷50% (B) và RHA-B từ 10÷30% (C). Hàm lượng PGSD được điều chỉnh sao cho hỗn hợp vữa đạt độ chảy loang 245±5mm, thời gian chảy qua phễu V là 10±1s. Kế hoạch thực nghiệm thành phần - tính chất được chương trình Design - Expert 7 đưa ra với 16 cấp phối trong đó có 5 cấp phối được thí nghiệm lặp lại. Bảng 4.3: Kết quả cường độ nén các cấp phối theo mô hình thành phần-tính chất XM GBFS RHA-B Cường độ nén (MPa) STT (%) (%) (%) Thực nghiệm Dự đoán 1 50 30 20 86,9 87,7 2 40 50 10 75,7 76,4 3 35 50 15 76,1 76,8 4 45 30 25 86,3 85,4 5 50 40 10 83,2 81,2 6 30 40 30 78,1 78,7 7 30 50 20 75,8 76,9 8 40 30 30 83,2 84,6 9 30 45 25 79,5 78,4 10 50 40 10 83,5 83,2 11 30 50 20 75,9 76,5 12 30 40 30 78,5 77,9 13 50 20 30 81,9 82,6 14 40 40 20 85,3 84,5 15 40 50 10 76,3 75,9 16 50 20 30 83,6 82,5 4.3.2. Ảnh hưởng của thành phần chất kết dính đến cường độ nén của vữa Mô hình hoàn chỉnh biểu diễn mối quan hệ giữa các biến A, B, C với hàm mục tiêu là cường độ nén của mẫu vữa ở tuổi 28 ngày (R) được đưa ra như sau: R=42,71*A - 41,42*B - 137,91*C + 272,86*A*B + 362,34*A*C + 486,85*B*C 4.3.3. Lựa chọn hàm lượng GBFS và RHA hợp lý trong thành phần CKD Chương trình Design-Expert 7 sẽ đưa ra một số phương án cấp phối có cường độ nén cao nhất. Từ các cấp phối được đề xuất này, luận án lựa chọn cấp phối hợp lý dựa trên nguyên tắc cường độ nén của mẫu vữa ở tuổi 28 ngày đạt cao nhưng lượng dùng xi măng là thấp nhất có thể nhằm giảm giá thành của vữa và bê tông, đồng thời tăng tính thân thiện với môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính. Tỷ lệ sử dụng hợp lý theo khối lượng giữa các thành phần chất kết dính được lựa chọn (sau khi làm tròn) như sau: XM:GBFS:RHA-B = 40:36:24.
-16- CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG TỰ LÈN CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG CÁT MỊN VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG XỈ LÒ CAO - TRO TRẤU 5.1. Nghiên cứu với vữa tự lèn cường độ cao 5.1.1. Thiết kế thành phần hỗn hợp vữa tự lèn cường độ cao Theo Okamura, việc thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn cần thực hiện trước tiên với vữa nền (mục 3.3). Các cấp phối vữa được thể hiện tại bảng 5.1. Bảng 5.1: Thành phần cấp phối vữa tự lèn cường độ cao CM XM GBFS RHA-B N PGSD Ký hiệu Vcát/Vvữa N/CKD (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (%) CPV1 0,28 984 369 338 219 259 1,15 CPV2 0,38 0,30 984 358 328 212 270 1,05 CPV3 0,32 984 348 319 206 279 1,00 CPV4 0,28 1036 357 327 211 251 1,45 CPV5 0,40 0,30 1036 346 317 205 261 1,20 CPV6 0,32 1036 336 308 199 270 1,10 CPV7 0,28 1088 345 316 204 242 1,70 CPV8 0,42 0,30 1088 335 306 198 252 1,45 CPV9 0,32 1088 325 298 192 261 1,30 5.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD và Vcát/Vvữa đến tính chất của vữa Các cấp phối vữa có ĐCL và TV-V thí nghiệm đạt yêu cầu thiết kế. Khi tỷ lệ N/CKD và tỷ lệ Vcát/Vvữa tăng đều làm giảm lượng dùng PGSD. Lượng dùng PGSD tăng đột biến khi sử dụng tỷ lệ N/CKD là 0,28 và Vcát/Vvữa là 0,42. Kết quả nghiên cứu về cường độ nén của mẫu vữa cho thấy: Các cấp phối vữa có cường độ nén ở tuổi 28 ngày đều đạt lớn hơn 60MPa. Khi tăng tỷ lệ N/CKD và tỷ lệ Vcát/Vvữa đều làm giảm cường độ nén của mẫu vữa ở tuổi 7 ngày, 28 ngày và 90 ngày. Mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD đến cường độ nén của mẫu vữa là lớn hơn so với mức độ ảnh hưởng của tỷ lệ Vcát/Vvữa. 120! Tuổi!7!ngày! Tuổi!28!ngày! Tuổi!90!ngày! 100! Cường$độ$nén$(MPa)$ 80! 60! 40! 20! 0! CPV1! CPV2! CPV3! CPV4! CPV5! CPV6! CPV7! CPV9! CPV9! Cấp$phối$vữa$ ! ! Hình 5.3: Ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD và Vcát/Vvữa đến cường độ nén của vữa 120! Tuổi!7!ngày! Tuổi!28!ngày! Tuổi!90!ngày! 100! $nén$(MPa)$ 80!