Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng tro bay làm mặt đường ô tô ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> _________________<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại:<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI<br /> Người hướng dẫn khoa học:<br /> GS.TS Phạm Duy Hữu<br /> <br /> TRẦN TRUNG HIẾU<br /> <br /> PGS.TS Lã Văn Chăm<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG XI MĂNG TRO BAY<br /> LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Ở VIỆT NAM<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> <br /> Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố<br /> <br /> Phản biện 2:<br /> <br /> Mã ngành:<br /> <br /> 62.58.02.05<br /> Phản biện 3:<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ kỹ<br /> thuật cấp Trường Đại học Giao thông vận tải.<br /> Vào hồi: giờ<br /> <br /> HÀ NỘI - 2017<br /> <br /> ngày<br /> <br /> tháng<br /> <br /> năm<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> • Thư viện Quốc gia<br /> • Thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của luận án<br /> Trên thế giới ở nhiều nước, mặt đường BTXM được xây dựng chiếm tỷ<br /> lệ lớn do có cường độ và độ bền cao. Ở Việt Nam, BTXM ngày càng được<br /> sử dụng nhiều để làm mặt đường ô tô với tổng chiều dài lên tới hàng nghìn<br /> kilomet. Để có 1 tấn xi măng thì ngành công nghiệp sản xuất thải ra môi<br /> trường 1 tấn khí CO2 [47], đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến<br /> hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Trong khi đó, hàng năm ở nước ta có<br /> hàng chục nhà máy nhiệt điện đã thải ra hàng triệu tấn tro bay và tiếp tục<br /> tăng, nếu không được tái sử dụng có hiệu quả thì sẽ lãng phí nguồn tài<br /> nguyên và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.<br /> Theo các tài liệu [10],[57],[63], sử dụng tro bay để thay thế một phần xi<br /> măng trong BTXM truyền thống có thể làm tăng độ bền của bê tông lên từ<br /> 1,15 đến 2 lần; tro bay có thể dùng tới 70 % khối lượng chất kết dính do đó<br /> góp phần quan trọng trong việc giảm khối lượng xi măng, vì vậy giảm đáng<br /> kể lượng khí thải CO2. BTXM tro bay có lượng nhiệt thủy hóa thấp, nhờ đó<br /> làm giảm khả năng xảy ra nứt trên mặt đường do tác dụng của nhiệt độ và co<br /> ngót ở giai đoạn tuổi sớm so với BTXM truyền thống.<br /> Trong BTXM, tro bay có ảnh hưởng nhất định đến cường độ và được<br /> biểu hiện bằng hệ số hiệu quả tro bay (hệ số k). Tiêu chuẩn Châu Âu EN206<br /> [62] đã đưa ra các quy định về hệ số k. Trong khi đó ở Việt Nam, hệ số k<br /> mới chỉ được đề cập tới trong tài liệu [9] mà chưa có công trình nghiên cứu<br /> lý thuyết và thực nghiệm phù hợp với nguồn vật liệu nước ta, vì vậy cũng<br /> chưa có phương pháp thiết kế thành phần BTXM tro bay theo hệ số k.<br /> Các công trình nghiên cứu về tro bay trong bê tông ở Việt Nam chủ yếu<br /> cho bê tông đầm lăn; làm mặt đường giao thông nông thôn và đường cấp<br /> thấp hoặc làm lớp móng đường cấp cao, chưa có công trình nghiên cứu và<br /> thực nghiệm có hệ thống và đầy đủ về các tính chất và tính năng cơ học của<br /> BTXM tro bay để làm mặt đường quốc lộ và mặt đường cấp cao.<br /> Với các phân tích nêu trên, việc nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay đến<br /> tính toán, thiết kế thành phần BTXM; nghiên cứu tính chất cơ học, độ bền,<br /> tính công tác của BTXM tro bay để làm mặt đường ô tô trong đề tài “Nghiên<br /> cứu ứng dụng bê tông xi măng tro bay làm mặt đường ô tô ở Việt Nam” là<br /> cần thiết, có ý nghĩa về lý thuyết, thực tiễn, góp phần giảm thiểu tác động<br /> đến môi trường trong điều kiện nước ta có hàng triệu tấn tro bay thải ra mỗi<br /> năm từ các nhà máy nhiệt điện.<br /> 2. Mục đích nghiên cứu của luận án<br /> - Phân tích tổng quan ảnh hưởng của tro bay đến các tính chất của bê<br /> tông và cơ chế phản ứng trong hỗn hợp BTXM tro bay.<br /> - Xác định hệ số hiệu quả tro bay (k) để làm cơ sở thiết lập trình tự thiết<br /> kế thành phần vật liệu bê tông theo hệ số k.<br /> <br /> - Xác định một số tính chất của hỗn hợp, tính năng cơ học và độ bền của<br /> BTXM tro bay đáp ứng các yêu cầu làm mặt đường ô tô.<br /> - Thiết kế các dạng kết cấu mặt đường BTXM tro bay và phân tích ảnh<br /> hưởng tro bay đến khả năng kháng nứt của mặt đường ở giai đoạn tuổi sớm.<br /> 3. Nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu<br /> - Nội dung nghiên cứu: khái quát về BTXM tro bay, cơ chế phản ứng<br /> thủy hóa và phản ứng puzơlan, phân tích ảnh hưởng của tro bay đến các đặc<br /> tính của bê tông. Thiết lập công thức lý thuyết và tiến hành thí nghiệm xác<br /> định hệ số k. Chế tạo và thí nghiệm các tính năng của BTXM tro bay làm<br /> mặt đường ô tô. Phân tích khả năng ứng dụng và thiết kế các dạng kết cấu<br /> áo đường BTXM tro bay. Phân tích ảnh hưởng của tro bay đến cường độ,<br /> ứng suất và khả năng kháng nứt của mặt đường BTXM tro bay.<br /> - Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng vật liệu gồm tro bay nhiệt điện sau tuyển<br /> đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C618 và xi măng PC40. Thí nghiệm các tính<br /> năng cơ học của bê tông để làm lớp trên của mặt đường ô tô.<br /> - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm trong phòng.<br /> 4. Những kết quả chính và mới của luận án<br /> - Đã xây dựng mô hình lý thuyết để xác định hệ số k theo tỷ lệ tro bay /<br /> (1 − 0,5ω )<br /> CKD (f), nước / CKD (ω):<br /> k=<br /> ( R − 1) + 1<br /> f<br /> <br /> S<br /> <br /> - Từ đó đề xuất hệ số thực nghiệm k với nguồn vật liệu tro bay ở nước ta:<br /> f = 15 ÷ 35% ⇔ k = 0,7 ÷ 0,4 ; f = 35 ÷ 70% ⇔ k = 0,4 ÷ 0,27<br /> - Đã thiết lập phương pháp thiết kế thành phần vật liệu BTXM tro bay<br /> gồm 8 bước. Trong đó hệ số k được dùng để điều chỉnh hàm lượng chất kết<br /> dính gồm xi măng và tro bay nhằm đạt được cường độ nén và kéo uốn thiết<br /> kế ở tuổi 28 ngày.<br /> - Đã thử nghiệm các tính năng cơ học, độ bền, tính công tác của BTXM<br /> tro bay cho thấy khả năng đáp ứng được các yêu cầu để làm mặt đường ô tô<br /> cấp III, IV trở xuống và đưa ra các dạng kết cấu áo đường phù hợp.<br /> - Đã phân tích ảnh hưởng tích cực của tro bay đến khả năng kháng nứt<br /> do ứng suất nhiệt gây ra trong mặt đường BTXM ở giai đoạn tuổi sớm.<br /> 5. Bố cục của luận án<br /> Luận án bao gồm 130 trang thuyết minh cùng với 70 bảng; 56 hình vẽ,<br /> đồ thị; ngoài ra còn có 103 tài liệu tham khảo và phần phụ lục gồm 97 trang.<br /> Chương 1: Tổng quan về BTXM tro bay.<br /> Chương 2: Xác định hệ số hiệu quả tro bay và thiết kế thành phần<br /> BTXM tro bay.<br /> Chương 3: Thí nghiệm một số tính năng của BTXM tro bay làm mặt<br /> đường ô tô.<br /> Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng BTXM tro bay trong kết cấu mặt<br /> đường ô tô. Phần kết luận và Phần phụ lục.<br /> <br /> 3<br /> <br /> 4<br /> <br /> Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BTXM TRO BAY<br /> <br /> - Ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Canada, Ấn độ, Hàn Quốc,... việc<br /> nghiên cứu tro bay trong bê tông rất phát triển và đã được ứng dụng đa dạng<br /> trong lĩnh vực xây dựng mặt đường ô tô và sân bay. Ở nước ta, các nghiên<br /> cứu chủ yếu là thực nghiệm để đưa ra một số loại thành phần bê tông. Các<br /> công trình mặt đường ô tô được ứng dụng thực tế chủ yếu là đường giao<br /> thông nông thôn và đường cấp thấp hoặc làm lớp móng mặt đường.<br /> <br /> Nội dung Chương 1 trình bày khái quát chung về các quy định đối với<br /> BTXM làm mặt đường ô tô; về BTXM tro bay từ đó đưa ra nhận xét sau:<br /> - Trên thế giới và ở Việt Nam xu hướng sử dụng BTXM làm mặt đường<br /> ngày càng tăng, đặc biệt đối với các đường cấp cao và đường trục chính.<br /> Các tính năng chính bê tông cần phải đáp ứng là cường độ chịu kéo uốn và<br /> độ bền nhiệt nhằm đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền khai thác. Ở Việt<br /> Nam hiện nay, tro bay sau khi tuyển đã đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật<br /> (ASTM C618) và có thể sử dụng cho bê tông làm mặt đường ô tô.<br /> - Quá trình phản ứng diễn ra trong hỗn hợp BTXM tro bay gồm các phản<br /> ứng thuỷ hoá và các phản ứng puzơlan (giữa các oxit SiO2, Al2O3, Fe2O3,<br /> CaO với Ca(OH)2). Kết quả của phản ứng puzơlan là sự chuyển hóa<br /> Ca(OH)2 kém bền vững thành các chất CSH mới có tính bền vững giúp cho<br /> bê tông tăng thêm cường độ, tăng khả năng chống thấm, chống ăn mòn.<br /> Mức độ phản ứng puzơlan phụ thuộc vào tỷ lệ tro bay (f) và tỷ lệ nước (ω).<br /> Hình 1.1 –<br /> Quá trình<br /> phản ứng<br /> trong BTXM<br /> thông thường<br /> không tro bay<br /> Hình 1.2 –<br /> Quá trình<br /> phản ứng<br /> trong BTXM<br /> tro bay<br /> - Lựa chọn tỷ lệ tro bay (f) hợp lý sẽ tạo ra được bê tông có cường độ<br /> chịu lực đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật làm mặt đường ô tô. Bên cạnh<br /> đó tro bay còn có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa; tăng độ bền chịu nước, ion<br /> clo và giảm lượng khí thải CO2 do quá trình sản xuất xi măng ra môi trường.<br /> - Ảnh hưởng của tro bay về mặt cường độ được thể hiện bằng hệ số hiệu<br /> quả (k). Ở tuổi thí nghiệm nhất định, hệ số k phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ tro<br /> (f) và tỷ lệ N/CKD (ω). Ở nước ta chưa có các nghiên cứu lý thuyết và thực<br /> nghiệm để xác định hệ số k.<br /> - Một số phương pháp lựa chọn thành phần BTXM tro bay hiện nay xem<br /> tro bay như một loại chất kết dính được sử dụng để thay thế một phần xi<br /> măng thuần túy về mặt khối lượng mà chưa xét đến hiệu quả tro bay trong<br /> bê tông bởi tro bay và xi măng có những ảnh hưởng khác nhau đến sự phát<br /> triển cường độ và các tính năng cơ học khác.<br /> <br /> Chương 2. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HIỆU QUẢ TRO BAY VÀ THIẾT KẾ<br /> THÀNH PHẦN BTXM TRO BAY<br /> 2.1. Phương pháp xác định hệ số hiệu quả tro bay (k)<br /> Cường độ nén BTXM tro bay ở 28 ngày (RFC) được xây dựng trên cơ sở<br /> công thức Bolomey cải tiến:<br /> X + kF<br /> (2.1)<br /> R = A R [ FC<br /> − 0,5]<br /> FC<br /> <br /> x<br /> <br /> N<br /> <br /> Trong đó: Rx là cường độ nén của xi măng ; XFC và F là khối lượng xi măng<br /> và tro bay trong BTXM tro bay (FC); N và A là lượng nước và hệ số chất<br /> lượng cốt liệu; k là hệ số hiệu quả tro bay.<br /> Gọi Rs là tỷ số giữa cường độ bê tông FC và cường độ BTXM thông<br /> thường không tro bay (PC). Từ đó thiết lập công thức xác định hệ số k:<br /> (1 − 0,5ω )<br /> (2.2)<br /> k=<br /> ( RS − 1) + 1<br /> f<br /> Trong đó: f là tỷ lệ tro bay / CKD; ω là tỷ lệ N/CKD.<br /> 2.2. Thí nghiệm xác định hệ số hiệu quả tro bay<br /> Theo Cho.HB [56] thì ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay (f) và tỷ lệ nước (ω)<br /> đến hệ số k trong bê tông và vữa xi măng tro bay có sự tương đồng.<br /> Vật liệu thí nghiệm gồm xi măng Nghi Sơn PC40; tro bay Phả Lại loại F<br /> với 9 loại tỷ lệ là 0; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50 và 70 % và 3 loại tỷ lệ nước<br /> (ω) là 0,35; 0,4 và 0,5. Tổng cộng có 162 mẫu thí nghiệm.<br /> <br /> Hình 2.1– Quan hệ<br /> giữa hệ số RS với tỷ<br /> lệ f và tỷ lệ ω<br /> <br /> Từ các kết quả thí nghiệm cường độ nén của vữa xi măng tro bay FC và<br /> vữa xi măng PC, thiết lập biểu đồ quan hệ giữa Rs với tỷ lệ tro bay (f) và<br /> <br /> 5<br /> <br /> 6<br /> <br /> nước (ω) như Hình 2.1. Ở cả ba tỷ lệ nước (ω) thì Rs đạt giá trị lớn nhất ở f<br /> =15%. Sau đó Rs giảm dần khi tỷ lệ tro bay (f) tăng lên.<br /> Sử dụng phương pháp phân tích hồi quy tương quan thực nghiệm, phân<br /> tích phương sai nhằm đánh giá ảnh hưởng của các biến số f và ω tới Rs với<br /> mức ý nghĩa α = 0,05 có độ tin cậy 95% như trong Bảng 2.1.<br /> <br /> như là thành phần hạt nhỏ lấp đầy các lỗ rỗng. Kết quả phân tích này cũng<br /> hoàn toàn phù hợp với kết quả đã nghiên cứu lý thuyết về mức độ phản ứng<br /> hóa học của tro bay trong bê tông. Lúc này ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD đến<br /> hệ số k không nhiều, hệ số k phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ tro bay f. Từ đồ thị<br /> Hình 2.2 có thể chia thành 2 đoạn như trong Bảng 2.3.<br /> Bảng 2.3 – Giá trị hệ số hiệu quả tro bay (k)<br /> TT<br /> Tỷ lệ tro bay (f)<br /> Hệ số hiệu quả tro bay (k)<br /> 1<br /> 15 ÷ 35%<br /> 0,70 ÷ 0,40<br /> 2<br /> 35 ÷ 70%<br /> 0,40 ÷ 0,27<br /> Đối chiếu với một số các kết quả nghiên cứu và quy định trên thế giới<br /> như Babu kiến nghị với f = 15 ÷ 75%, k = 1,15 ÷ 0,33; Cho H.B kiến nghị<br /> với f = 15 ÷ 70%, k = 1,24 ÷ 0,2. Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 206:2013<br /> quy định khi không có các thí nghiệm để xác định k thì dùng đồng nhất một<br /> hệ số ở mức tối thiểu bằng 0,4 (f ≤ 33%). Tuy nhiên có một số quốc gia đưa<br /> ra các quy định riêng, Ailen (k = 0,2 ÷ 0,8 với f ≤ 25%); Đan Mạch (k = 0,5<br /> với f ≤ 33%); Pháp (0,4; 0,5 và thường là 0,6 với f ≤ 35%); Đức (0,4 và 0,7<br /> với f ≤ 33%). So sánh với các giá trị tham khảo trên thì kết quả thí nghiệm<br /> hệ số k với các thông số vật liệu ở nước ta thu được là có độ tin cậy.<br /> 2.3. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông theo hệ số hiệu quả tro bay<br /> Phương pháp thiết kế được xây dựng vận dụng theo tiêu chuẩn ACI<br /> 211.4R có xét đến ảnh hưởng của hệ số hiệu quả (k). Nội dung gồm 8 bước:<br /> + Xác định cường độ yêu cầu và độ sụt (Bước 1);<br /> + Lựa chọn cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu (Bước 2);<br /> + Lựa chọn thành phần cốt liệu thô tối ưu (Bước 3);<br /> + Xác định lượng nước và hàm lượng khí (Bước 4);<br /> + Xác định tỷ lệ nước / xi măng (Bước 5);<br /> + Xác định khối lượng xi măng ban đầu (Bước 6);<br /> + Xác định khối lượng xi măng và tro bay (Bước 7);<br /> + Thành phần hỗn hợp BTXM tro bay theo hệ số k (Bước 8).<br /> Trong đó hàm lượng xi măng (XFC) và tro bay (F) được xác định dựa vào<br /> tỷ lệ tro bay (f), hệ số k và khối lượng xi măng ban đầu (X0) như sau:<br /> 1− f<br /> f<br /> (2.7)<br /> X =<br /> X ; F=<br /> X<br /> <br /> Bảng 2.1 – Kết quả phân tích tương quan giữa hệ số Rs với tỷ lệ (f) và (ω)<br /> Tỷ lệ tro bay<br /> Phương trình hồi quy<br /> Hệ số R2<br /> -1<br /> 0,899<br /> (2.3)<br /> 0 ÷ 15%<br /> Rs = 0,67. f – 0,063. ω + 1,018<br /> 15 ÷ 70%<br /> Rs = – 1,093. f + 1,149<br /> 0,884<br /> (2.4)<br /> Thay các công thức (2.3),(2.4) vào (2.2) thu được phương trình hệ số k sau:<br /> Bảng 2.2 – Phương trình thực nghiệm hệ số hiệu quả tro bay (k)<br /> Tỷ lệ tro bay (f)<br /> Hiệu quả tro bay (k)<br /> 1<br /> 1<br /> ω<br /> k = −0,063<br /> − 0,335ω + 0,05 − 0,009 + 1,67<br /> (2.5)<br /> 0 ÷ 15%<br /> fω<br /> f<br /> f<br /> 1<br /> ω<br /> k = 0,546ω + 0,149 − 0,0074 − 0,093<br /> 15 ÷ 70%<br /> (2.6)<br /> f<br /> <br /> f<br /> <br /> Để thuận tiện cho tra cứu, thay các giá trị f = 0,1 ÷ 0,7 và ω = 0,35 ÷ 0,5<br /> vào các công thức (2.5),(2.6) để xác định hệ số k. Mặt khác theo Cho.HB<br /> [55],[56], hệ số k của bê tông được lấy bằng 0,9 lần của vữa từ đó thiết lập<br /> biểu đồ quan hệ giữa hệ số k với tỷ lệ tro bay (f) và nước / CKD như sau:<br /> <br /> Hình 2.2 – Quan hệ giữa hệ số k với f và ω<br /> Theo Hình 2.2, khi tỷ lệ tro bay từ 10 ÷ 15% đồ thị có xu hướng đi lên (k<br /> tăng) do lượng Ca(OH)2 được tạo ra từ phản ứng thuỷ hoá đã tham gia phản<br /> ứng pozzolan với các thành phần hoạt tính trong tro bay (SiO2, Al2O3) tạo ra<br /> khoáng CHS mới bền vững. Hệ số k có giá trị cực đại khi tỷ lệ f = 15%.<br /> Khi tỷ lệ tro bay lớn hơn 15%, lượng xi măng trong hỗn hợp giảm đi<br /> đáng kể, đồng thời lượng tro bay tăng lên nhiều hơn nhưng chỉ một phần tro<br /> bay tham gia phản ứng pozzolan và cũng không đủ bù đắp cường độ của<br /> lượng xi măng giảm đi. Trong khi đó một lượng lớn tro bay chỉ đóng vai trò<br /> <br /> FC<br /> <br /> 1 + ( k − 1) f<br /> <br /> 0<br /> <br /> 1 + ( k − 1) f<br /> <br /> 0<br /> <br /> 2.4. Thí nghiệm và thiết lập công thức thành phần vật liệu BTXM tro<br /> bay làm mặt đường ô tô<br /> Mục tiêu thiết lập công thức thành phần vật liệu BTXM tro bay làm mặt<br /> đường ô tô với cường độ thiết kế Rtkku = 4,5 MPa, Rtkn = 41,3 MPa.<br /> Nội dung thí nghiệm BTXM tro bay FCk.NC với hệ số kNC (Bảng 2.3) và<br /> thí nghiệm đối chứng với loại bê tông FCk.EN có hệ số kEN = 0,4 theo EN206.<br /> Mỗi loại bê tông với 5 loại tỷ lệ tro bay 15%; 20%; 25%, 30% và 33% (theo<br /> <br /> 7<br /> <br /> 8<br /> <br /> EN206). Một tổ thí nghiệm gồm 6 mẫu hình trụ. Vật liệu xi măng và tro bay<br /> đã được nêu ở mục 2.2; cát có mô đun độ lớn 2,9; đá dăm có Dmax=12,5 mm.<br /> Kết quả thí nghiệm được phân tích bằng phần mềm Minitab 17 như sau:<br /> <br /> Khối lượng xi măng cao có thể dẫn tới hiện tượng co ngót nhiệt trong<br /> quá trình thủy hóa. Nhiệt thủy hóa tỏa ra dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ bề<br /> mặt và trong lòng khối bê tông là nguyên nhân chính phát sinh ứng suất kéo<br /> gây ra các vết nứt trong mặt đường BTXM. Bên cạnh đó việc tiêu chuẩn<br /> EN206 đưa ra hệ số k chung cho các tỷ lệ tro bay khác nhau không đánh giá<br /> được ảnh hưởng của tro bay đến cường độ của bê tông.<br /> Với kết quả thí nghiệm dùng hệ số kNC thì hàm lượng xi măng được giảm<br /> đi đáng kể nhưng khi tỷ lệ tro bay lớn hơn 30 %, bê tông khó đạt được<br /> cường độ thiết kế mong muốn. Vì vậy, kiến nghị tỷ lệ tro bay sử dụng từ 15<br /> ÷ 30 % và hệ số k được lấy là giá trị trung bình của kEN và kNC như sau:<br /> Bảng 2.5 – Giá trị hệ số hiệu quả tro bay trong bê tông mặt đường ô tô<br /> Tỷ lệ tro bay, f<br /> 15 ÷ 20%<br /> 20 ÷ 25%<br /> 25 ÷ 30%<br /> Hệ số hiệu quả tro bay, k<br /> 0,55 ÷ 0,52<br /> 0,52 ÷ 0,48<br /> 0,48 ÷ 0,44<br /> Khi đó thành phần vật liệu BTXM tro bay làm mặt đường ô tô được tính<br /> toán theo tỷ lệ tro bay f và hệ số k như sau:<br /> Bảng 2.6 – Thành phần vật liệu BTXM tro bay làm mặt đường ô tô<br /> Loại BTXM tro bay<br /> TT<br /> Tên chỉ tiêu<br /> PC<br /> FC15 FC20 FC25 FC30<br /> A Thành phần vật liệu<br /> 1 Khối lượng xi măng (XFC), kg<br /> 400<br /> 390<br /> 380<br /> 370<br /> 440<br /> 2 Khối lượng tro bay (F), kg<br /> 73<br /> 96<br /> 125<br /> 160<br /> 0<br /> 3 Khối lượng cốt liệu thô, kg<br /> 1106 1106 1106 1106 1106<br /> 4 Khối lượng nước (N), kg<br /> 172<br /> 172<br /> 172<br /> 172<br /> 172<br /> 5 Khối lượng cốt liệu nhỏ, kg<br /> 700<br /> 685<br /> 665<br /> 640<br /> 740<br /> 6 Phụ gia hóa dẻo, lít<br /> 4,00<br /> 3,90<br /> 3,80<br /> 3,70<br /> 4,40<br /> B Các thông số tính toán<br /> 7 Hệ số hiệu quả tro bay (k)<br /> 0,55<br /> 0,52<br /> 0,48<br /> 0,44<br /> 0<br /> 8 Khối lượng chất kết dính, kg<br /> 473<br /> 486<br /> 505<br /> 530<br /> 440<br /> 40<br /> 50<br /> 60<br /> 70<br /> 0<br /> 9 Khối lượng xi măng quy đổi<br /> Tổng khối lượng xi măng sau<br /> 440<br /> 440<br /> 440<br /> 440<br /> 440<br /> 10<br /> quy đổi (Σ Xqđ=XFC + k.F), kg<br /> 11 Tỷ lệ tro bay / CKD, %<br /> 15<br /> 20<br /> 25<br /> 30<br /> 0<br /> 85<br /> 80<br /> 75<br /> 70<br /> 12 Tỷ lệ xi măng / CKD, %<br /> 100<br /> 18<br /> 25<br /> 33<br /> 43<br /> 0<br /> 13 Tỷ lệ tro bay / xi măng, %<br /> 0,36<br /> 0,35<br /> 0,34<br /> 0,32<br /> 14 Tỷ lệ N / CKD<br /> 0,39<br /> 15 Tỷ lệ nước / xi măng quy đổi<br /> 0,39<br /> 0,39<br /> 0,39<br /> 0,39<br /> 0,39<br /> Từ số liệu Bảng 2.6, phân tích theo Hình 2.5: khi đưa hệ số k vào trong<br /> công thức tính toán thành phần vật liệu theo nguyên tắc với các tỷ lệ tro bay<br /> khác nhau, nhưng tổng khối lượng xi măng quy đổi (ΣXqđ=XFC + k.F) là<br /> không đổi để các loại bê tông đều đạt được cường độ thiết kế yêu cầu.<br /> <br /> 60<br /> <br /> Cư ờ ng đ ộ nén (M Pa )<br /> <br /> 50<br /> <br /> 60<br /> 51.17<br /> <br /> 50.44<br /> <br /> 45.31<br /> <br /> 49.84<br /> <br /> 43.39<br /> <br /> 42.01<br /> <br /> 41,3 R_tk<br /> 40<br /> <br /> 46.52<br /> <br /> 46.45<br /> <br /> 50<br /> <br /> 50.83<br /> <br /> 50.70<br /> <br /> 46.31<br /> <br /> 30<br /> <br /> 45.57<br /> <br /> 42.36<br /> 40.53<br /> <br /> 20<br /> <br /> 10<br /> <br /> 47.39<br /> <br /> 44.66<br /> <br /> 30<br /> <br /> 20<br /> <br /> 49.69<br /> <br /> 45.84<br /> <br /> R_tk<br /> 41.3<br /> 39.98 40<br /> <br /> 41.30<br /> <br /> 10<br /> <br /> 0<br /> <br /> FC15<br /> <br /> FC20<br /> <br /> FC25<br /> Loại bê tông tro bay FC(k.NC)<br /> <br /> FC30<br /> <br /> FC33<br /> <br /> 0<br /> <br /> FC15<br /> <br /> FC20<br /> <br /> FC25<br /> <br /> FC30<br /> <br /> FC33<br /> <br /> Loại bê tông tro bay FC(k.EN)<br /> <br /> Hình 2.3. Kết quả thí nghiệm cường độ nén BTXM tro bay<br /> Nhận xét: Khi tỷ lệ f = 33 %, bê tông FC33k.NC và FC33k.EN đều có cường<br /> độ nén (đặc trưng) nhỏ hơn cường độ thiết kế. Vì vậy chỉ nên sử dụng tỷ lệ f<br /> ≤ 30 % khi thiết kế cho bê tông có cường độ kéo uốn Rtkku = 4,5 MPa.<br /> Từ các kết quả thí nghiệm xác định cường độ nén đặc trưng (f ’c) đem so<br /> sánh với cường độ nén thiết kế Rtkn (41,3 MPa) và lập thành bảng như sau:<br /> Bảng 2.4 – So sánh cường độ nén đặc trưng (f’c) và cường độ thiết kế (Rtkn)<br /> BTXM tro bay FCk-NC<br /> BTXM tro bay FCk-EN<br /> Tỷ lệ<br /> tro bay<br /> Cường độ đặc<br /> Tỷ số<br /> Cường độ đặc<br /> Tỷ số<br /> %<br /> trưng f’c, MPa<br /> f’c / Rtkn<br /> trưng f’c, MPa<br /> f’c / Rtkn<br /> 15<br /> 45,31<br /> 1,10<br /> 46,31<br /> 1,12<br /> 20<br /> 43,39<br /> 1,05<br /> 45,84<br /> 1,11<br /> 25<br /> 42,01<br /> 1,02<br /> 44,66<br /> 1,08<br /> 30<br /> 41,30<br /> 1,00<br /> 42,36<br /> 1,02<br /> <br /> Hình 2.4 – Biểu đồ<br /> quan hệ giữa tỷ số<br /> f’c / Rtkn và tỷ lệ tro<br /> bay (f)<br /> <br /> Nhận xét: Ở cùng một tỷ lệ tro bay (f) nhất định, cường độ đặc trưng bê<br /> tông FCk-EN lớn hơn so với bê tông FCk-NC do khối lượng xi măng được sử<br /> dụng nhiều hơn. Tuy nhiên bê tông FCk-EN với các tỷ lệ f bằng 15 % và 20 %<br /> có khối lượng xi măng tương ứng là 412 kg/m3 và 401 kg/m3 lớn hơn theo<br /> quy định đối làm mặt đường ô tô là 400 kg/m3.<br /> <br />