BO GIAO DUC VA DAO TAO DAI HOC HUE
TRUONG DAI HOC SU PHAM
28 Ak 2K 2k 2k 2k
LE MANH HA
NGHIEN CUU ANH HUONG CUA PHU GIA
SIEU DEO, SIEU MIN DEN CHAT LUONG BE TONG TU XI MANG HAI VAN
Chun Ngành : Hố Vơ Cơ
Mã Số : 1.04.01
LUAN VAN THAC SI HOA HOC
Người hướng dẫn khoa học : TS Lê Xuân Thành
Trang 2MUC LUC
Trang Trang phu bia
Loi cam đoan Loi cam ơn
Muc luc 1
MỞ ĐẦU 4
Chương 1 - TỔNG QUAN 6
1.1 Giới thiệu chung về xi măng 6
1.2 Giới thiệu chung về bê tông 11
1.3 Phụ gia cho bê tông 18
Chương 2: THỰC NGHIỆM 27
2.1 Nội dung nghiên cứu 27
2.2 Phương pháp nghiên cứu 27
2.3 Các phương pháp tối ưu hoá 36
2.4 Dụng cụ hoá chất 36
2.5.Phần mềm máy tính 37
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38
3.1 Nguyên liệu và chuẩn bị mẫu 38
3.2 Tiến hành qui hoạch hoá thực nghiệm trong thí nghiệm 40
_3.3 Tỷ lệ phụ gia tối ưu cho cường độ kháng nén 42
-3.4 Tỷ lệ phụ gia tối ưu cho cường độ kháng uốn 48
3.5 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia lên các đặc tính của xi măng 52
Chương 4: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
Trang 3BANG Ki HI£U VIET TAT
X: xi mang N: nước C: cát BT: bê tông
€;S: silicat tricanxit (3CaO.SiO;) €;S: silicat bicanxit (2CaO.SiO,) €;A: aluminat tricanxit (3CaO.Al;O;)
C,AF: canxi aluminoferit (4CaO.A1,0;.Fe,0;) C;F: canxi ferit (2CaO.Fe;O;)
CSF: phu gia siéu min hoat tinh silica fume NFS: naphtalen formaldehyt sunfonat
MFS: melamin formaldehyt sunfonat
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bề mặt tiếp giáp của hồ xi măng
Hình 1.2 Cấu tạo phân tử melamin fomandehyt sunfonat (MFS) Hình 1.3 Cấu tạo phan tt naphtalen formandehyt sunfonat (NFS) Hình 1.4 Hiệu ứng lấp đây của phụ gia puzơlan hoạt tính
Hình 2.1 Sơ đổ uốn mẫu
Hình 2.2 Sơ đổ nén mẫu hình rằm
Hình 3.1 Cấu tạo phân tử naphtalen formandehyt sunfonat
Hinh 3.2 Gian dé Pareto cho cudng d6 khang nén
Hình 3.3 Mặt mục tiêu và các đường mức của hàm kháng nén Hình 3.4 Giản đồ Pareto cho cường độ kháng uốn
Hình 3.5 Mặt mục tiêu và các đường mức của hàm kháng uốn
Trang 4DANH MUC BANG
Bang 1.1 Thanh phan hod hoc cla ximang pooclang théng thudéng Bảng 1.2 Thành phần pha của cinke
Bảng 1.3 Quan hệ giữa phụ gia và tính chất của bê tông
Bảng 2.1 Bằng ma trận thực nghiệm theo mô hình bậc hai tâm xoay Bảng 2.2 Giá trị cánh tay đòn trong qui hoạch bậc hai tâm xoay
Bảng 3.1 Thành phần hoá học của ximăng PC30 Hải vân
Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm cho cưởng độ kháng nén Bảng 3.3 Bằng phân tích các hệ số cường độ kháng nén
Bảng 3.4 Bảng phân tích ANOVA cường độ kháng nén
Bảng 3.5 Các hệ số hồi qui cho cường độ kháng nén Bảng 3.6 Ma trận thực nghiệm cho cường độ kháng uốn
'_ Bằng 3.7 Bằng phân tích các hệ số cường độ kháng uốn - Bảng 3.8 Bằng phân tích ANOVA cưởng độ kháng uốn
Bang 3.9 Các hệ số của phương trình hổi qui cho cưởng độ kháng uốn
Bảng 3.10 Bảng so sánh cường độ kháng nén theo ngày tuổi
- Bảng 3.11 Bảng so sánh cưởng độ kháng uốn theo ngày tuổi Bảng 4.1 Cường độ kháng nén theo ngày tuổi
Trang 5Hiện tại và trong nhiều năm tới, nhịp độ xây dựng ở Việt Nam đang phát triển
một cách nhanh chóng Một điều cần lưu ý là Việt Nam nằm trong vùng có khí hậu
khắc nghiệt: nắng nhiều, mưa lắm, độ ẩm cao do đó để nâng tuổi thọ của công trình
lên cần phải có loại bê tông chất lượng cao Bởi vậy bắt buộc phải sử dụng các loại
phụ gia khác nhau mới sản xuất được bê tông chất lượng cao đáp ứng cho các công trình xây dựng Đặc biệt nhu cầu về các loại bê tông đặc chủng để xây dựng các
công trình ở ven biển và hải đảo, xây dựng và sửa chữa cho một mạng lưới cầu
cống và các công trình thuỷ lợi ở khắp mọi miễn trong nước
Do chất lượng xi măng chưa cao, chưa sử dụng các loại phụ gia một cách hợp
lí và có thể cả nguyên nhân thiết kế và kỹ thuật thi công nên rất nhiều công trình có
tuổi thọ rất thấp Có những công trình chỉ mới sử dụng 15 - 20 năm đã hư hỏng nặng nên phải tiến hành sửa chữa lại tốn kém
Vì vậy việc nghiên cứu, sử dụng các loại phụ gia cho bê tông đang được thị
trưởng thế giới và trong nước quan tâm
Đến nay việc nghiên cứu, sử dụng phụ gia hoá học cho bê tông và vữa xi
măng đã trổ thành rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Chính nhỏ sử dụng phụ
gia đã tạo ra những tiến bộ quan trọng trong công nghệ bê tông, đồng thời còn hoàn thiện, nâng cao và tạo ra các tính năng mới cho bê tông và vữa.[9]
Phụ gia siêu dẻo và phụ gia siêu mịn đều có khả năng tăng cường độ kháng
uốn và kháng nén Nhưng nếu chỉ dùng một loại phụ gia thì không thể thu được bê
tông có cưởng độ kháng uốn và kháng nén như mong muốn Việc phối kết hợp đồng
Trang 6làm tăng độ chắc đặc cho bê tông ta sẽ có được bê tông đạt cường độ kháng uốn và
kháng nén cao nhất Vì vậy việc tìm ra tỷ lệ tối u của mỗi loại phụ gia để thu được bê tông có cưởng độ kháng uốn và kháng nén cao nhất là công việc rất cần thiết,
giúp cho các nhà thiết kế hay kỹ sư xây dựng có thể đưa ra phương án thiết kế và xây dựng phủ hợp
Xuất phát từ các điều kiện trên cùng với nhu cầu xây dựng các công trình chất
lượng từ sản phẩm của nhà máy Xi Măng Hải Vân - Đà Nẵng thì công việc nghiên
cứu nhằm tạo ra bê tông chất lượng cao hơn nữa là cẩn thiết Để đạt được điều đó
dau tiên cần khảo sát những ảnh hưởng của phụ gia đến chất lượng của bê tông đồng
thời tìm được tỈ lệ phụ gia siêu dẻo và siêu mịn phù hợp nhằm tạo ra bê tông có cưởng độ kháng uốn, kháng nén cao là rất có ý nghĩa Do vậy chúng tôi thực hiện dễ
tài: Nghiên cứu ảnh hưởng cửa phụ gia siêu dẻo, siêu mịn đến chất lượng bê
Trang 7Chuong 1
TONG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về xi măng 1.1.1 Xi măng
Xi măng là tên gọi chung của nhóm chất kết dính có đặc tính ngưng kết và đóng rắn khi phẩn ứng với nước Xi măng pooclăng hiện nay được sản xuất lần đầu
tiên ở Anh bằng phương pháp nung hỗn hợp đá vôi và đất sét Hiện nay nguyên liệu
để sản xuất xi măng không chỉ có đá vôi, đất sét mà có thể dùng nhiều vật liệu khác như đá macnơ, đá sét, xỈ lò cao,
Sản xuất xi măng pooclăng có thể tóm tắt theo sơ đổ sau eeescese > Clinke (Ca,SiO,, CaAl;O,„ Ca,SiO,, .) Hỗn hợp nguyên liệu (CaO, SiO,, Al;O;, Fe,03 )
Trong quá trình nghiền clinke người ta thường cho thêm vào khoảng 5% lượng
CaSO,.2H;O với mục đích điều chỉnh thời gian đông đặc của vữa
Bảng 1.1 Thành phần hoá học của xi măng pooclăng thông thưởng Oxit Hàm lượng (%) Oxit Hàm lượng (%) CaO 63 - 67 MgO <5 „— SỈO; 21-24 TiO; <0,3 Al,0O; 4-7 Mn,O; <1,5 Fe;O; 2,5-4 Na,O, K,0 <1,5
Các oxit trong clinke đều ảnh hưởng đến thanh phan pha clinke
Trang 8- CaO: vé co ban phan ứng hết với SiO;, AlzO;, FezO; dé tạo thành những pha
chính của clinke Hàm lượng CaO lón tạo thành clinke có nhiều C;S làm cho xi măng phát triển cường độ nhanh, mác cao, tuy nhiên xi măng có nhiều CaO kém bên trong môi trường nước và các môi trường xâm thực khác
- SiO;: tác dụng chủ yếu với CaO tạo thành khoáng silicat canxi (CS C;S) Nếu quá nhiều SiO;, pha C;S tăng dẫn đến thời gian đóng rắn dài, cường độ phát
triển chậm nhưng vẫn đảm bảo mác xi măng Xi măng có hàm lượng SiO; cao sẽ có
độ bền cao trong môi trưởng xâm thực
- Al;O;: chủ yếu phản ứng với CaO, Fe;O; tạo thành pha canxi aluminat và canxi alumoferit Xi măng chứa nhiều Al;O; ninh kết nhanh nhưng toả nhiệt lớn,
kém bền trong môi trường sunfật
- Fe;O;: chủ yếu tạo thành pha canxi alumoferit làm cho xi măng toả nhiệt
thấp, bên trong môi trường sunfat
- MgO: hau hét ở dạng tự do, phản ứng chậm với nước Xi măng có hàm lượng
MgO lớn sẽ không ổn định thể tích
+ K;O, Na;O: trong quá trình nung ở nhiệt độ cao, oxit kiểm một phần thăng
hoa bay theo bụi, một phân tan trong pha lỏng tạo thành thuỷ tỉnh hay tham gia
phản ứng tạo pha chứa kiểm của C;S và C;A Xi măng chứa nhiều kiểm sẽ làm giảm
cường độ, không ổn định thể tích
Thanh phan các oxit chính CaO, AlzO;, FezO;, SiO; và quá trình nung luyện
tạo nên bốn pha chính trong clinke
Trang 92CaO.SiO, CS 10 - 37 3CaO.AI;O; CA 5-15 4CaO.Al;O¿.Fe;O; C,AF 10 - 18
Công nghệ sản xuất xi măng ngày càng được cải tiến và tuỳ thuộc vào mục
dich sử dụng mà người ta có thể thay đổi, khống chế thành phần của xi măng bằng sự thay đổi thành phần của clinke hoặc cho thêm các phụ gia thích hợp Khi thay đổi thành phần sẽ làm thay đổi tính chất của xi măng
Có thể kể ra một số loại xi măng sau:
- Xi măng thường: có thành phần ở bảng 1.1
>< măng bển sunfat: loại xi măng này được khống chế thành phần khoáng
C;A (3CaO.Al,O;) thấp hơn xi măng thường ( < 8%) Bằng cách tăng tỈ lệ
Fe;O;:Al;O; trong phối liệu ban đầu
- Xi măng đông rắn nhanh: có thể thu được bằng cách tăng hàm lượng C;S so với C;S hoặc nghiền xi măng thật mịn
Ngoài ra còn một số loại xi măng khác dùng cho mục đích đặc biệt 1.1.2 Quá trình hydrat hoá cửa xi măng
1.1.2.1 Quá trình hydrat hoá của CS
+ Giai đoạn đầu (quá trình trộn vữa)
Ngay sau khi đổ nước để trộn vữa, bề mặt của hat C;S (alit) hoa tan tao ra các ion H;SiO,?, OH và Ca?" theo phản ứng:
2Ca,SiO, + 6H,0 = 6Ca* + 80H + 2H,SiO,2 (1.1)
Ngay sau đó, dung dịch trổ nên quá bão hoà với hydrat của canxi silicat và
Trang 103Ca** + 2H,SiO,? + 20H + 2H,0 = Ca,H,Si,0,(OH),.3H,0 (1.2)
Khi kết hợp hai phản ứng (1.1) và (1.2) ta được phản ứng tổng cộng
2Ca;SiO, + 8H,O = Ca;H;Si;O;(OH);.3H;O + 3Ca?' + 60H (133)
Sản phẩm hydrat như vậy được ký hiệu là C-S-H theo thuật ngữ chuyên ngành
mặc dù chỉ số hợp thức của nó là C; ;-S-H; ¿
Tại giai đoạn nảy dựa vào phản ứng (1.3) ta có thể nhận thấy sự tăng giá trị pH
của dung dịch do sự giải phóng OH Các ion Ca?' và OH được tích tụ trong dung dịch tạo nên sự quá bão hoà của Ca(OH); và Ca(OH); kết tủa là pha poclandit,
người ta do được giá trị pH trong giai doan nay 1a pH ~ 12,8
+ Giai đoạn nghỉ
Sau vài giỏ, các phản ứng trên xẩy ra một cách chậm rãi, việc tiêu thụ nước và lượng hydrat hình thành là nhỏ, vữa van con 6 trang thai dé thi công đồng thời dung
dich dan trở nên bão hoà Ca(OH), + Giai đoạn đông đặc
Sau giai doạn nghỉ, các phản ứng tiếp tục xảy ra đồng thởi với quá trình tiêu
tốn nước va tạo ra những sản phẩm hydrat hoá, vữa dẫn dần đông đặc lại Ở thời
điểm dầu của quá trình đông dặc, các tỉnh thể portlandit Ca(OH); và các sợi canxi silicat xen kẽ chằng chịt vào nhau và lap đầy các lỗ mao quản, vật liệu trở nên dày
đặc và cứng chắc
+ Giai đoạn đông cứng
Sau khoảng 12 giở, lóp hydrat bao quanh những hạt silicat khan trổ nên tương đối day, chúng làm giảm sự khuếch tán của các ion cũng như nước Mặc dủ quá
trình hydrat hoá giảm đi nhưng nó vẫn còn kéo dài có khi hàng năm chừng nào cỏn
Trang 11cải thiện dần nhưng với tốc độ chậm Quá trình tiêu thụ nước của các phan ting hydrat hoá gây nên sự khô dần của các lỗ mao quản, do vậy mà người ta vẫn có thé
tìm thấy những phần tử xi măng chưa hydrat hố trong các cơng trình bê tông có tuổi thọ hàng trăm năm
1.1.2.2 Phan ứng cửa canxi aluminat (C;A) với thạch cao
* Thạch cao (CaSO,.2H;O) sẽ đóng vai trò là chất hoạt động hoá học của xỉ măng, tác dụng với aluminat tricanxit (CạA) ngay từ đầu để hình thành sunfo aluminat canxi ngậm nước (ettringit)
3CaO.Al;O; + 3(CaSO,.2H;O) + 26H,O -> 3CaO.Al;O;.3CaSO,.32H,O
Trong dung dịch bão hoà Ca(OH);, ngay tử đầu ettringit sẽ tách ra ở dạng keo
phân tán mịn đọng lại trên bể mặt 3CaO.Al;O; làm chậm sự thuỷ hoá của nó và kéo
dài thời gian đông kết của xi măng [1]
1.1.2.3 Phản ứng hydrat hoá của C,AF
Trong clinke ngoài C„AF có thể có C;F và xảy ra sự thuỷ phân, thuỷ hoá tạo
nên canxi hydro aluminat, canxi hydro ferit:
4CaO.Al;O;.Fe;O; + 7H;O -> 3CaO.Al,O;.6H,O + CaO.Fe;O,.H,O CaO.Fe;O,.HạO + 2Ca(OH); + 3H;O -> 3CaO.Fe;O;.6H;O
2CaO.Fe;O; + 5H,O_ -> 2CaO.Fe;O,.SH,O
2CaO.Fe;O;.5H;O + Ca(OH); -> 3CaO.Fe;O;.6H,O
1.1.2.4 Tương tác giữa silicat và aluminat
Người ta nhận thấy rằng những dãy phản ứng hydrat hoá của C;A và C;S không xảy ra một cách độc lập với nhau mà chúng có tương tác qua lại lẫn nhau Ví dụ hiệu ứng nhiệt của phản ứng hydrat hoá C;A ảnh hưởng đến phản ứng hydrat hoá
Trang 12độ canxi (tử sự giải phóng của vôi trong phản ứng hydrat hoá của C;S) làm thay đổi tốc độ phản ứng của aluminat [7]
1.1.3 Sự thay đổi thể tích trong quá trình hydrat hoá xi măng
Các phản ứng hydrat hoá của xi măng kéo theo sự giảm thể tích phân tử gam, điều này dẫn đến sự co vữa Ngoài ra do sự tiêu thụ nước trong các lỗ mao quản làm
cho vữa bị khô dẫn, đó cũng là nguyên nhân gây ra sự co của bê tông
Đồng thời do sự phát triển dày đặc của các tỉnh thể hydrat như portlandit Ca(OH), tạo áp suất lên thành các lỗ mao quản, chính điều này tạo ra sự căng, bù trử một phần cho các quá trình co của bê tông Tất cả các sự co giãn của bê tông đều có
ảnh hưởng đến độ chịu lực cơ học của nó.[ 1] 1.2 Giới thiệu chung về bê tông
1.2.1 Khái niệm bê tông và bê tông cốt thép
Hỗn hợp bao gồm: xi măng + cát + nước gọi là vữa xi măng, sau một thời gian
hydrat (khoảng trên 28 ngày) tạo thành một khối rắn chắc gọi là đá xi măng
Trang 13Các lỗ mao quản (chiếm 30% thể tích)
Để tăng độ bền chắc và khả năng chịu lực người ta cần gia cố thêm cốt thép
giữa khối bê tông sẽ thu được vật liệu gọi là bê tông cốt thép (BTCT) Có thể xem
BTCT như là một loại vật liệu compozit đặc biệt, trong đó bê tông là chất nền, cốt thép là sợi tăng cường Bê tông đóng vai trò bảo vệ cho cốt thép không bị ăn mòn (giữ môi trưởng kiểm bao quanh cốt thép) còn cốt thép có tác dụng tăng cường khả
năng chịu ứng lực của kết cấu vat liéu.[8]
1.2.2 Phân loại và đánh giá chất lượng bê tông
a) Phân loại:
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, cũng như sử dụng thì người ta phân loại bê tông theo các cách sau:
Theo dạng chất kết dính: bê tông xi măng, bê tông silicat, bê tông polime Theo dạng cốt liệu: bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng
_ Theo khối lượng thể tích: bê tông đặc biệt nặng, bê tông nặng, bê tông nhẹ, bê
tông đặc biệt nhẹ
Theo công dụng của bê tông: bê tông thưởng, bê tông thuỷ công, bê tông dùng
cho kết cấu bao che (bê tông nhẹ) b) Đánh giá chất lượng bê tông:
Trang 141.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bê tông
Chất lượng bê tông chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố: chất lượng các cốt
liệu thành phần, tỷ lệ phối liệu mà quan trọng nhất là tỷ lệ Nước/Xi măng, kỹ thuật
thi công bê tông cũng đóng vai trò quan trọng đến chất lượng bê tông
a) Tỷ lệ phối liệu:
Để chế tạo bê tơng, việc tính tốn tỷ lệ các phối liệu là rất quan trọng, việc tìm ra các tỷ lệ tối ưu giúp các nhà xây dựng chế tạo được loại bê tông phủ hợp với yêu cau xây dựng, đồng thởi hạn chế được sự lãng phí chất kết dính, hạ giá thành sản phẩm
_ b) Tỷ lệ nước/xi măng:
Trong bê tông nước có hai chức năng:
- Chức năng hoá học: Dùng để hydrat các khoáng xi măng Trên thực tế quá
trình hydrat hoá các khống xi măng là khơng hoàn toàn, mức độ hydrat hoá còn
phụ thuộc vào cấp hạt xi măng, cấp hạt xi măng khoảng 10um thì phải hơn 30 ngày
mới hydrat hố hồn tồn, trong khi đó cấp hạt xi măng, một số có thể lên đến 70m, lúc này khả năng hydrat hoá thường là khơng hồn tồn
- Chức năng vật lý: Ngoài chức năng hoá học như trên, thì nước còn đóng vai
trỏ làm cho vữa lưu biến để thi công, đó là chức năng vật lý của nước Bé mat hat xi
măng cỏn dư lóp điện tích chưa bão hoà do đó các hạt xi măng kết bông lại với nhau khi tiếp xúc với chất lỏng phân cực như nước Sự kết bông làm giảm tính lưu biến
của vith Để có thể thi công được phải thêm nước vào Đối với các công trình dân
Trang 15nước dư sẽ thốt ra ngồi để lại các lỗ hổng, lỗ mao quản, vết nút làm cho bê tông
có độ thấm cao, chất lượng công trình như vậy sẽ giảm [18] c) Anh hưởng cửa các hình thức thấm bê tông
Có 3 hình thức thấm chính của bê tông
a) Sự thấm khí qua các lỗ mao quản và khe nút:
Các khí như O;, Cl;, CO;, H;S thấm vào trong bê tông sẽ gây ra các phản
ứng oxi hoá khử các sản phẩm hydrat của xi măng, mà đặc biệt là quá trình cacbonat
hố khi bê tơng tiếp xúc với CO; có nồng độ đủ lón
Ca(OH), + CO, = CaCO, + H,0
Sự cacbonat hoá làm hỏng bê tông, khí CO; phẩn ứng với pha portlandit làm
giảm pH của hồ xi măng dẫn đến sự ăn mòn cốt thép trong hô bê tông
b) Sự thấm muối:
Do các ion chất tan trong môi trường, đặc biệt là trong môi trưởng biển Cl, SO,Ÿ các ion nảy khi xâm nhập vào bên trong bê tông, phá huỷ bê tông bằng việc
tạo ra ettringit muộn, gây ăn mòn cốt thép
e) Sự thấm nước:
Có hai hình thức thắm nước chính vào bê tông e Thi nhat là sự thấm toàn bộ qua khối bê tông
e Tht hai la tham bé mat
Có thể thấy rằng thấm bể mặt chỉ là trường hợp đặc biệt của quá trình thấm toàn bộ Vấn để đặt ra là phải chế tạo được loại bê tông có độ thấm thấp, tức là đồng nghĩa với loại bê tông có độ chắc đặc cao Vì khi đã có sự thấm nước tức là đã cho
Trang 161.2.4 Các tinh chat co li hoá cửa đá xi măng bê tông và những yếu tố ảnh hưởng đến nó:
1.2.4.1 Mức độ ổn định thể tích của đá xi măng
Trong suốt quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng luôn thay đổi, nếu thay đổi quá nhanh và quá lớn sẽ gây rạn, nứt công trình Hiện tượng đó gọi là hiện tượng mất ổn định thể tích của đá xi măng Tuy nhiên sự thay đổi thể tích một cách đồng đều không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bê tông
Nguyên nhân gây ra sự thay đổi lớn làm nứt võ bê tông là do quá trình thuỷ hoá chậm của CaO và MgO tự do trong xi mang MgO tự do không tham gia vào
phần ứng tạo khoáng clinke mả nằm ở dạng periclaz có tốc độ thuỷ hoá chậm Khi
quá trình ngưng kết đã kết thúc, cấu trúc đá xi măng bê tông đã ổn dịnh chúng mới bắt đầu thuỷ hoá tạo thành Mg(OH); Quá trình này làm tăng thể tích so với các chất ban đầu, gây hiệu ứng nội làm cho đá xi măng nút vỡ
Hoặc do cấp hạt của xi măng quá lón dẫn đến phản ứng thuỷ hoá xảy ra chậm,
sẵn phẩm gel C-H-S và các hydro aluminat, hydro alumoferit canxi hình thành khi công trình đã ổn định, cũng gây mất ổn dịnh thể tích Vì thế bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trưởng cũng phải có cấp hạt, hàm lượng CaO tự do, MgO tự
_ do „nằm trong một giới hạn cho phép 1242 Thời gian đông kết
Là mốc thời gian đánh giá mức chuyển dân trạng thái của hổ xi măng tử dẻo
sang rắn Có hai thời điểm cần quan tâm đó là thời gian bắt đầu dông kết và thời
Trang 17Thời gian bắt đầu đông kết: là thời gian tính từ khi trộn xi măng với nước đến
khi hồ bắt đầu đông kết Trước thời điểm này có thể tiến hành mọi gia công chế tạo
sản phẩm bê tông
Thời gian kết thúc đông kết: là thời gian đã chuyển sang trạng thái rắn Sau thời điểm này hỗ xi măng chuyển dẫn thành trạng thái đá và bắt đầu phát triển
cưởng độ Tiêu chuẩn Việt Nam và nhiều nước quy định thời gian bắt đầu đông kết của xi măng pooclăng không được sóm hon 45 phut, thdi gian kết thúc đông kết không được muộn hơn 10 giờ
1.2.4.3 Độ rỗng của đá xi măng
Trong đá xỉ măng luôn luôn có các lỗ rỗng có kích cð khác nhau Kích thước,
số lượng lỗ rỗng phụ thuộc tỉ lệ N/X, phương pháp và cách thức thi cơng Ngồi ra
thành phần clinke, tỷ lệ giữa các pha hydrat, cắp hạt xi măng cũng ảnh hưởng nhiều
dến độ rỗng của đá xi măng, bê tông
Nguyên nhân chính tạo nên độ rỗng của đá xi măng, bê tông là do trong quá trình đầm chưa loại bỏ được những bọt khí trong khối vữa bê tông Lượng nước cho vào trộn vừa nhiều hơn lượng nước cần cho sự hydrat hoá, nước còn dư trong quá trình hydrat hoá bay hơi để lại các lỗ rỗng có kích cỡ khác nhau
1.2.4.4 Cưởng độ xi măng
Cường độ xi măng (mác xi măng) là chỉ tiêu quan trọng nhất của xi măng Cường độ của vữa xi măng cát ở tuổi 28 ngày được dùng để biểu thị mác của xi
măng Cưởng độ đá xi măng trong môi trường nước sạch tăng theo thời gian Đường
cong biểu diễn sự phụ thuộc cường độ nén xi măng vào thời gian đóng rắn có dạng
logarit được xây dựng tử phương trình (1):
Trang 18_ Trong đó: ®, : Cưởng độ nén mẫu bê tông ở tuổi t ngày R„;: Cường độ nén mẫu bê tông ở tuổi 28 ngày
t : Tudi đóng rắn của bê tông Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng:
Thành phần khoáng, cấu trúc clinke, độ nghiền mịn, tỷ lệ nước, thời gian bảo quản
và điều kiện đóng rắn là các yếu tố ảnh hưởng đến cưởng độ xi măng Trong bốn
khoáng chính thì C;S có ảnh hưởng quyết định đến mác xi măng Khoáng C;A cùng
với G5 quyết định đến cường độ xi măng ở những ngày đầu đóng rắn Xi măng nghiền mịn sẽ cho cường độ ban đầu lớn và mác cao vì vậy nghiền mịn cũng là một
biện pháp tăng mác xi măng Xi măng bảo quản càng lâu càng làm giảm mác Tỷ lệ nudc/xi mang gay ảnh hưởng lớn đến cường độ và tốc độ phát triển cường độ của bê
tông, điều này được thể hiện qua công thức Bolomay Stramtaer:
R, = A.Ry (X/N —B) (2)
Trong đó: R, : mác bê tông Ry : mac xi mang
X/N : tỷ lệ xi măng/nước
4, B: hệ số phụ thuộc loại ximăng
Trang 19thực hiện bảo dưỡng bê tông, nhiệt độ và áp suất thích hợp là T° = 175C, P=§-
12atm, để tăng cường độ xi măng người ta dùng các chất phụ gia tăng mác.[ 1 ] 1.3 Phụ gia cho bê tông
1.3.1 Tầm quan trọng cửa việc sử dụng phụ gia cho bê tông:
Hiện tại và trong nhiều năm tới, nhịp độ xây dựng ở Việt Nam dang phát triển một cách nhanh chóng Một điều cần lưu ý là Việt Nam nằm trong vùng có khí hậu khắc nghiệt: nắng nhiều, mưa lắm, độ ẩm cao do đó để nâng tuổi thọ của công trình
lên cần phải có loại ximăng tốt trong khi đó chất lượng xi măng của chúng ta cỏn
thấp so với nhiều nước có nền công nghiệp hiện đại Bởi vậy bắt buộc phải sử dụng các loại phụ gia khác nhau mới sản xuất được bê tông chất lượng cao đáp ứng cho
các công trình xây dựng Đặc biệt nhu cầu về các loại bê tông đặc chủng để xây
dựng các công trình ở ven biển và hải đảo, xây dựng và sửa chữa cho một mạng
lưới cầu cống và các công trình thuỷ lợi ở khắp mọi miễn trong nước
Do chất lượng xi măng chưa cao, chúng ta chưa sử dụng các loại phụ gia một
cách hợp lí và có thể cả nguyên nhân thiết kế và kỹ thuật thi công nên rất nhiều công trình có tuổi thọ rất thấp Có những công trình chỉ mới sử dụng 15 - 20 năm đã hư hỏng nặng nên phải tiến hành sửa chữa lại tốn kém
Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu về sử dụng các loại phụ gia đang được thị
trưởng thế giới và trong nước quan tâm hiện nay
Đến nay việc nghiên cứu, sử dụng phụ gia hoá học cho bê tông và vữa xi măng
đã trở thành rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Chính nhờ sử dụng phụ gia đã
tạo ra những tiến bộ quan trọng trong công nghệ bê tông, đồng thời cỏn hoàn thiện,
`
Trang 20Trong số các phụ gia cho bê tông thì phụ gia siêu dẻo và phụ gia siêu mịn ngày càng chiếm ưu thế để chế tạo bê tông chất lượng cao Nghĩa là giảm đáng kể lượng nước và tăng độ chắc đặc cho bê tông
_1.3.2 Phụ gia hoá học và các phụ gia khác
Phụ gia nói chung được phân thành: Phụ gia hoá học hay đơn thuần là phụ gia phụ thuộc vào lượng dùng Phụ gia hoá học hoạt động trên các bề mặt tiếp giáp có
tác dụng cải thiện phẩm chất của vữa xi măng và bê tông Loại phụ gia này được sử
dụng với một lượng nhỏ nếu so sánh với các loại vật liệu khác do vậy không nhất
thiết phải xem xét về sức chứa khi thiết kế thành phần hỗn hợp
Các phụ gia khác ngồi phụ gia hố học dược sử dụng nhiều về lượng do đó
không thể bỏ qua trong giai đoạn thiết kế thành phần hỗn hợp Phụ gia này có thể
tham gia phan ứng thuỷ hoá để tạo sản phẩm thuỷ hoá tử chính bản thân chúng hoặc cùng với các loại vật liệu khác
‘ Quan hệ giữa phụ gia với tính chất của bê tông dude néu trong bang 1.3 Phu
gia được sử dụng với mục đích cải thiện tính công tác, điều chỉnh đông kết hay tốc độ rắn chắc, cải thiện cường độ hoặc được dùng cho mục dich cai thiện tính bên
vững của bê tông bằng cách chống thấm, giảm nút nẻ, chống cacbonat hoá, _ Bang 1.3 Quan hệ giữa phụ gia va tinh chất của bê tông
Tính chất của bê Phụ gia
tông
Tính công tác Phụ gia dẻo hoá, siêu dẻo, cuốn khí, cuốn khí và giảm nước,
Trang 21
Cưởng độ Phụ gia dẻo hoá, phụ gia siêu dẻo, cuốn khí, cuốn khí giảm
nước,phụ gia siêu mịn, puzơlan (tro bay ) v.V
Tính bền vững Phụ gia cuốn khí, cuốn khí giảm nước, phụ gia giảm co ngót do bay hơi nước, giãn nở, v.v
Các loại bê tông và Polime phân tán, phụ gia tạo bọt, v.v vữa đặc biệt
1.3.3 Cơ chế tác động cửa phụ gia cuốn khí và siêu dẻo Cơ chế của phụ gia hoá học được nêu trong hình 1.1
Không khí (K)
R/L
Các hạt xi măng hay sản phẩm thuỷ hoá (R)
Hình 1.1 Bề mặt tiếp giáp của hỗ xi măng
Người ta cho rằng phụ gia hoá học tác dụng trên bể mặt tiếp giáp và cơ chế
hoạt động trên bể mặt tiếp giáp trong trường hợp vữa xi măng được giải thích như
sau: Kiểu bề mặt tiếp giáp như nêu trong hình 1.1 đặc trưng cho hé xi măng Phụ gia cuốn khí hay phụ gia tạo bọt tác động trên bể mặt tiếp giáp K/L (khí/lỏng) làm cho
sức căng bể mặt giảm Chúng làm cho các bọt khí ổn định, phụ gia giảm co ngót do
mất nước cũng tác động trên bể mặt tiếp giáp K/L, đặc biệt là trong các lỗ mao
quản, làm giảm ứng suất mao dẫn Phụ gia siêu dẻo tác động trên bé mặt tiếp giáp R/L Hấp phụ trên bể mặt của chất rắn (như xi măng) làm cho các hạt này tích điện
và do vậy cải thiện sự phân tán, chống sự kết bông giữa các hạt xi măng tạo sự lưu biến cho vữa.[ 13]
Trang 221.3.4 Phu gia siéu déo
Phụ gia siêu dẻo để giảm tỷ lệ Nudc/Xi mang (N/X)
Muốn có bê tông cường độ kháng nén (R,) cao thì phải dùng lượng nước ít
nhất để trộn vữa, điều đó đã được biết cách đây rất lâu Năm 1879 R.Feret đã biểu diễn R„ bằng biểu thức 2 R, = x( =] xXx+n+A Trong đó K là hệ số tỷ lệ, n và x là thể tích nước và thể tích xi măng, A là thể tích của không khí [19]
Dựa theo hệ thức đó thì khi giảm tỷ lệ N/X sé tang cưởng độ kháng nén của bê tông Nhưng trong sản xuất bê tông, nước có một vai trò rất quan trọng, như đã trình
bày trong phần (/.2.4) nước có hai chức năng: Chức năng hoá học là thực hiện hydrat hoá các pha trong clinke (CS, C;S, C:A, C,AF) và chức năng vật lý là tạo cho vữa có độ lưu biến thích hợp để dễ thi công Ví dụ với xi măng Bỉm Sơn nếu
thực hiện hydrat hoàn toàn tất cả các pha trong clinke thi ta chỉ cần đạt tỉ lệ N/X = 0,45 là đủ
Nhưng thực tế không bao giò xẩy ra sự hydrat hoàn toàn các pha trong clinke
mà ngay cả khi dùng nhiều nước thì sau 28§ ngày cũng chỉ khoảng 30% silicat, aluminat trong clinke tham gia phản ứng hydrat hoá Điều này có nghĩa là lượng nước cần cho quá trình hydrat ít hơn rất nhiều so với con số tính ở trên và tỷ lệ N/X
chỉ cần khoảng 0,2 Với lượng nước ít như vậy thì không thể nào trộn vữa được
Muốn cho vữa có độ lưu biến cao để dễ thi công và đặc biệt là cho phép bơm vữa đi
xa hàng trăm mét khi thi công nhà cao tầng hoặc trong phương pháp thi công cọc
nhdi để xây các trụ cầu, bơm vữa lấp lỏng ống chứa cáp dự ứng lực .nhất thiết phải
Trang 23dùng phụ gia hoá dẻo Phụ gia hoá dẻo là các chất hữu cơ có khả năng phân tán mạnh và phía cuối của mạch dài chất hữu cơ đó tích điện dễ bị điện tích dư của bẻ
mặt xi măng hút lấy Thế hệ dầu tiên của loại phụ gia giểm nước (hoặc gọi là phụ
gia dẻo hoá) là sunfonat lignhin Loại phụ gia này phân thì khả năng giảm nước
không lớn, phần thì có hai nhược điểm là làm chậm đông rắn bê tông và thường kéo theo các bọt khí khi trộn vữa [I] nên một thời gian sau đã xuất hiện thế hệ thứ hai
của phụ gia loại này là sunfonat naphtalen (sản phẩm của Nhật) và sunfonat melamin (sản phẩm của Đức) Từ đó xuất hiện nhiễu tên gọi khác nhau như phụ gia
siêu dẻo, phụ gia giảm nước diệu kỳ, chất lưu hoạt
Phụ gia siêu dẻo là các polime hữu cơ tan, khi sử dụng với một liều lượng nhất
định nó có tác dụng làm tăng độ lưu biến của vữa, khả năng thi công được cải thiện nhiễu và việc giảm tỷ lệ nước/xi măng làm tăng độ chắc đặc của bê tông Hiện nay,
trong việc chế tạo bê tông chất lượng cao người ta thường sử dụng phụ gia siêu dẻo
hoạt tinh cao là các polime trên cơ sở melamin formandehit sunfonat (MFS) Công thức của nó được trình bảy trén hinh 1.1 ‘iain lu là Ừ Cc C oN oy CS Cà Cc \
oui” Se Say —CH, —O— cu, nn’ Nw’ NH —CH, —O—
Trang 24Hoac phu gia siéu déo naphtalen formaldehyt sunfonat (NFS) hinh 1.3
Cc H,—
—C Cc |
[ Í ] C I ot ` x
“NS ` số Na “NS cà : |
Hình 1.3 Cấu tạo phân tử naphtalen formaldehyt sunfonat (NFS).[15]
Nguyên nhân giảm dược lượng nước là: nếu không sử dụng phụ gia siêu dẻo
thì khi quá trình hydrat hoá xỉ măng xảy ra, do các hạt khoáng xi măng và nước là
các hạt tích điện nên chúng có hiện tượng kết bông lại với nhau gây cẩn trở quá trình hydrat hoá và làm giảm độ lưu biến của vữa Nếu dùng phụ gia siêu dẻo thì các
polime sẽ bị hấp thụ lên bể mặt hạt xi măng làm cho nó phân tán dễ dàng trong mơi
trường nước Ngồi ra còn xảy ra tương tác giữa phân tử polime và ion Ca?" làm -giảm lượng vôi tự do trong bê tông
Tác dụng chủ yếu của các loại phụ gia siêu dẻo là không cho các hạt xi măng
két von lại với nhau khi gặp chất phân cực mạnh như nước Do đó khi có mặt phụ
gia siêu dẻo thì các hạt xi măng phân tán một cách dễ dàng trong nước vửa tạo điều
kiện cho quá trình hydrat, vửa giảm được lượng lỗ rỗng và bọt khí trong vữa.[ 15] 1.3.5 Phụ gia oxit silic hoạt tinh siéu min: (silica fume)
a Tác dụng:
Trong đá xi măng thường có mặt khoáng dễ tan là portlandit Ca(OH); đây là
Trang 25điều kiện cho nước và đặc biệt là ion CI thấm vào, khuếch tán dễ dàng qua lóp bê
tông để phá huỷ cốt thép Mặt khác, portlandit còn tương tác dễ dàng với ion Mg”'
trong nước theo các phản ứng:
MgSO, + Ca(OH); = CaSO, + Mg(OH);
MgCl, + Ca(OH), = CaCl, + Mg(OH),
Mg(OH), it tan, nên các phản ứng trên đây dễ xẩy ra hoàn toàn Việc loại hết
Ca(OH); ra khỏi cấu trúc của đá xi măng sẽ thúc đẩy quá trình thuỷ phân tiếp tục
các hydrosilicat (C-S-H) ở lớp sâu hơn, để tạo lượng Ca(OH); mới Trong khi đó Mg(OH); sinh ra ở dạng bột vô định hình không có tính kết dính [16] Quá trình này
tiếp diễn đến tận lớp sâu trong đá bê tông làm cho bê tông bị phá huỷ Cũng chính
sự có mặt của Ca(OH); trong bê tông tạo điều kiện hình thành ettringit trong môi
trưởng giàu ion SO¿? Phan ứng hình thành ettringit (3CaO.Al;O;.3CaSO,.32H;O)
làm tăng thể tích pha rắn lên gần 5 lần gây nên nội ứng lực nên khối bê tông bị rạn nứt tạo điểu kiện cho ion CI xâm nhập vào phá huỷ cốt thép
SiO, hoat tinh siéu mịn có hai chức năng là:
- Phản ứng với pha portlandit để tạo thành sản phẩm có tính kết dính (C-S-H)
làm tăng cường độ của bê tông
Ca(OH), + SiO, + nH,O = CaO.SiO;nH,O (CSH)
Đây là hiệu ứng puzơlannic, phản ứng puzơlannic góp phần tăng độ chắc đặc của bê tông và tăng độ bền của đá xi măng trong các môi trường xâm thực.[ 10]
Silica fime ngoài việc góp phan làm tăng độ đặc chắc của bê tông nó cỏn
‘dong vai tro lam giảm nhiệt thuỷ hoá của xi măng Trong quá trình thuỷ hoá xi măng, Ca(OH); sinh ra luôn có xu hướng khuếch tán ra bề mặt phân chia pha Như
Trang 26nồng độ Ca(OH); cao hơn so với nông độ Ca(OH); bên trong hồ xi măng Điều này
làm yếu đi lực bám dính giữa xi măng và cốt liệu Khi nhiệt thuỷ hoá giảm, quá
trình khuếch tán của Ca(OH); giảm, nó làm tăng cường độ của bê tông
- Các hạt SiO; siêu mịn bịt kín các lỗ trong bê tông làm cho bê tông trở nên chắc đặc hơn | _ Hạt xi măng ®——— Hạt puzơlan
Hình 1.3 Hiệu ứng lấp đây của phụ gia puzơlan hoạt tính.[ 14]
b Một số nguồn phụ gia siêu mịn [9]
Trên thị trường hiện nay có nhiều dạng SiO; hoạt tính siêu mịn tất cả đi tử nguồn phế thải hoặc sản phẩm phụ của các ngành công nghiệp khác nhau Đó là:
- Tro bay (Fly ash) là sản phẩm thu được khi nung than dá Nếu đi tử than antraxit ta thu được tro loại F chứa canxi thấp, nếu đi tử than nâu ta thu được tro loại C giàu canxi là tro bay có tính kết dính Các loại tro bay đều có cấp hạt nằm trong
khoảng 1 đến 100 im nên có tác dụng tăng độ dẻo của vữa xi măng
- Muội silic SF(Silica-Fume) 14 sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất hợp
kim ferosilic và silicát nguyên tố bằng cách khử SiO; trong lỏ hồ quang.Trong SF
có chứa có chứa 85-98% SiO;, kích thước hạt khoảng 0,1,um, bể mặt riêng khoảng 20m?/g Do thành phản silic hoạt tính cao và cấp hạt rất bé nên vai trò của SF trong
Trang 27- Tro tréu thu được khi dét trau khodng 500-700°C Tro trau có chứa khoảng
90-95% SiO, v6 dinh hinh, sau khi nghién cấp hạt đạt khoảng 1-20 wm Day la mét
loại SiO, hoat tinh dé làm phụ gia cho bê tông
- Meta cao lanh hoạt tính cao là một hỗn hợp SiO; và Al;O;vô định hình có
khả năng phản ứng tốt với Ca(OH); để tạo thành pha kết dính Đây là sản phẩm thu
được khi nung cao lanh lên khoảng 700°%C
Trang 28Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1 Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tới các tính chất cơ lí của bê tông thông
qua các chỉ tiêu kháng uốn và kháng nén Sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để xây dựng phương trình hôi qui cho các chỉ tiêu kháng uốn và kháng nén
Tử phương trình hồi qui áp dụng các cơng cụ tốn học tìm ra tỷ lệ tối ưu cho
mỗi loại phụ gia để bê tông thu được có cường độ kháng uốn và kháng nén cao nhất
Từ đây các nhà thiết kế hay kỹ sư xây dựng có thể đưa ra phương án thiết kế và xây
dựng phù hợp
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp xác định độ chảy yêu cầu cửa vữa(TCVN 6016-95)
Vữa có tỷ lệ X/C = 1:3 theo khối lượng, tỷ lệ N/X trong vữa được xác định
theo độ chảy yêu cầu của vữa
Cách xác định tỷ lệ N/X để vữa có độ chảy tiêu chuẩn như sau:
Cân 200 gam xi măng và 600 gam cát tiêu chuẩn, đổ vào chão bằng đồng trộn
khô trong 1 phút, sau đó dùng bay moi một cái hốc ở giữa và đổ vào 100 gam nước
Khi nước đã ngắm hết, thì trộn thêm một phút nữa, rồi đổ vào máy trộn trong 2,5
phút (máy quay 20 vỏng) Khi trộn xong, đổ vữa vào khâu hình côn đặt giữa bàn
dẫn làm hai lớp và dùng chày tròn đầm lớp dưới 15 cái, lớp trên 10 cái Khi đổ mẫu vào khâu và khi đầm mẫu phải lấy tay ép sát vào tấm kính trên mặt ban dan Trước
khi đổ vữa vào khâu phải lau mặt trong của khâu và tấm kính bằng giẻ ẩm Sau khi
Trang 29khau lén theo phudng thang diing Quay ban dan 30 cdi trong 30 giây, rồi dùng
thước lá do đường kính dưới của bánh vữa trên mặt bàn dẫn theo hai phương thẳng
góc với nhau Tính trị số bình quân của hai kết quả đo được Nếu trị số đó nằm trong
khoảng 115-125mm thì coi như vữa có độ chảy đạt yêu câu Nếu trị số đó mhỏ hơn hay lón hơn phạm vi qui định thì phải thêm hoặc giảm lượng nước trộn và làm lại thí nghiệm cho đến khi đạt độ chảy yêu cầu
2.2.2 Xác định cường độ kháng uốn (TCVN 6016-95)
Giới hạn bền khi uốn của vữa được xác định bằng cách uốn gãy mẫu vữa có
kích thước là 40 x 40 x 160 mm
Tiến hành đúc thử: đúc mẫu 40 x 40 x 160 mm bằng vữa tỷ lệ X/C = 1:3 với
tỷ lệ N/X được xác định như trên Bảo dưỡng 1 ngày rồi tháo khuôn Sau đó ngâm mẫu trong nước 28 ngày, cứ 14 ngày thay nước một lần Khi đủ 28 ngày lấy mẫu ra,
lau ráo mặt, và đo cường độ
Các viên mẫu dưỡng hộ trong không khí phải quét sạch bụi Các mẫu ngâm trong nước lấy ra trước khi thử ít nhất 10 phút, sau đó dùng khăn ẩm lau hết nước rồi lắp mẫu lên máy uốn thuỷ lực 5 tấn
Sơ đô lắp mẫu được chỉ ra trên hình 2.1 Các con lăn gối tựa và con lăn truyền lực phải thật song song, đường kính con lăn 10 mm
Trang 30Vl 40mm 100mm
Hình 2.1 Sơ đồ uốn mẫu
Giới hạn bên chịu uốn của từng viên mẫu khi dùng máy thuỷ lực 5 tấn được
tính bằng daN/cm” theo công thúc: _ 3P( U 2bJ?
Trong đó:
Rự, : Giới hạn bên chịu uốn của từng viên mẫu, tính bằng daN/cm” P: Tải trọng phá hoại tính bằng daN/cm
£: khoảng cách giữa hai gối đỡ (cm) h: Chiều cao mẫu thử (cm)
b: Chiều rộng mẫu thư (cm)
Giới hạn cường độ chịu uốn của xi mang là trị số trung bình kết quả thử hai
mẫu có trị số lớn nhất
2.2.3 Xác định cường độ kháng nén (TCVN 6016-95)
Trang 31Tấm ép trên Mau chắn Tấm ép dưới
Hình 2.2 Sơ đô nén nửa mẫu hình rằm
Cưởng độ chịu nén của mỗi tam ép tính bằng cách chia tải trọng phá hoại P(G) cho diện tích mặt ép # (cm?) là 25cm7
Rr, = =? =00áp F 25
Giới hạn cường độ chịu nén của vữa xi măng là trị số trung bình của 4 kết qua lớn nhất trong 6 kết quả ép được [6]
2.2.3 Phương pháp qui hoặch thực nghiệm xác định tỷ lệ tối ưu cửa phụ gia siêu dẻo và silica fume
Mô hình hoá thực nghiệm đa nhân tố:
Về nguyên tắc mọi sự kiện đều có thể qui về một qui luật, qui luật đó phải
được mô tả bằng những công cụ khác nhau, chính xác nhất là sử dụng công cụ toán
học Toán học là khoa học mô tả các qui luật, khi đó gọi là mơ hình tốn học và
- được biểu diễn bằng các phương trình hay các biểu thức toán học
Phương trình toán học tổng quát nhất là đa thức, vì với mọi loại hàm số cuối
cùng đều có thể qui về dưới dạng da thức Một đa thức tổng quát (phương trình hỏi qui) có thể mô tả cho bất kì hàm số nào Tương ứng với bậc của đa thức là độ chính xác của mô hình Bậc càng cao thì mô hình mô tả càng chính xác qui luật và ngược
Trang 32n n n
i y= › b,x, + > b,x,y, + > by X,X,X, + + › b,x; + 2
t i<j icjek 1
Trong do:
- y: hàm mục tiêu, mô hình nghiên cứu mô tả qui luật tìm được
- x¡: nhân tố hoặc sự kiện hay yếu tố ảnh hưởng lên hàm mục tiêu
- b¿ là hệ số hồi qui bậc 1, mô tả định tính và định lượng ảnh hưởng của nhân
tố x; lên hàm mục tiêu
- bụ: hệ số hổi qui bậc 1, mô tả ảnh hưởng đồng thời của hai nhân tố x; và Xị - bạ: hệ số hổi qui bậc 2, mô tả ảnh hưởng bậc 2 của nhân tố x; lên kết quả thực
nghiệm
Hệ số hồi qui của phương trình hồi qui cho ta biết:
- Về giá trị tuyệt đối b, mô tả mức độ ảnh hưởng của nó: giá trị lớn thì ảnh
hưởng mạnh, giá trị nhỏ thì ảnh hưởng yếu hay không ảnh hưởng - Về dấu của hệ số b:
- b> 0: ảnh hưởng tích cực lên hàm mục tiêu và nó làm hàm mục tiêu tăng
- b<0: ảnh hưởng tiêu cực lên hàm mục tiêu vì nó làm hàm mục tiêu giảm di
Ý nghĩa của hàm mục tiêu: Phương trình hàm mục tiêu hoặc phương trình hồi
qui nhằm mô tả ảnh hưởng của tất cả các yếu tố lên qúa trình bằng một phương
trình Khi tìm được hàm mục tiêu mô tả đúng thực nghiệm, chúng ta sẽ tính trước
được giá trị cửa hàm mục tiêu, tức là tính được kết quả nghiên cứu mà không cần làm nghiên cứu
Trang 33Nguyên tắc tìm các hệ số hồi qui: có bao nhiêu ẩn số (hệ số hổi qui b) thi it
nhất phải có bấy nhiêu phương trình (nếu không thì phương trình sẽ vô định hoặc vô nghiệm)
Trong để tài này chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố là
phụ gia siêu mịn hoạt tính silica fume va siéu déo (NFS) lén chất lượng bê tông, do đó mô hình chúng tôi nghiên cứu là mô hình bậc 2 Có hai loại mô hình bậc hai thưởng được sử dụng là mô hình bậc hai trực giao và mô hình bậc hai tâm xoay Chúng tôi chọn mô hình bậc hai tâm xoay để xây dựng mô hình
Phương pháp xây dựng mô hình được tiến hành theo 5 bước sau:
Bước 1: Mã hoá các yếu tố thí nghiệm Giá trị mã hoá quan hệ với giá trị Xin
theo công thức sau:
Bước 2: Lập ma trận qui hoạch hoá thực nghiệm, tiến hành thí nghiệm theo ma trận, xác định hàm mục tiêu và các giá trị tương ứng Trong ma trận thực nghiệm
bước nhảy 4, dược chọn sao cho đủ lón đối với khoảng biến đổi của mô hình, thưởng được chọn lớn hơn 2 lần độ lệch bình phương trung bình của nhân tố i|4]
Một ma trận thí nghiệm phải thoả mãn ba điều kiện:
Trang 34+ Tính đối xứng: số mức cao và số mức thấp trong một cột bằng nhau N > X= 0; i=1,2 ,m i#0 =l Ở dây x„ là yếu tố ảnh hưởng ở hàng thứ # và cột thứ 7; N là tổng số thí nghiệm ; 1 là một thí nghiệm bất kỳ (= 1,2, , M ) Theo mô hình bậc hai tâm xoay, số thí nghiệm được tính theo công thức sau: N=2"7+2n+N, Trong dd: 2”: sé thí nghiệm ở ma trận gốc n: là số nhân tố œ là mức rút gọn
2n: số thí nghiệm điểm sao N,: số thí nghiệm điểm tâm
Trang 357 + 0 -1,41 0 0 2 8 + 0 +1,41 0 0 2 9 + 0 0 0 0 0 10 + 0 0 0 0 0 11 + 0 0 0 0 0 12 + 0 0 0 0 0 13 + 0 0 0 0 0 Bảng 2.2 Giá trị cánh tay don trong qui hoạch bậc 2 tâm xoay Số yếu tố a 2 1,414 3 1,682 4 2,000 5 2,378
Trang 36trong do:
n:nhan t6 khao sat
N: số thực nghiệm của ma tran bac hai tam xoay (N = Nụ, + N+MN,)
4 „ : số thực nghiệm ở ma trận gốc
N”: số thực nghiệm điểm sao
XN,: số thực nghiệm ở tâm, số thực nghiệm ở tâm X,>l
N°: s6 thu nghiệm trên mặt muc tiéu (N° = Nie tN’)
Trang 37Bước 5: Đánh giá tính phù hợp của mô hình tìm được: 2 Soy _— ` phuhợp đặn =— 2T So < Feing (Ps Sons So) N No YOu - Fu? -VOw, - Fo)? u=l 2 uel vol s phuhợp = [N -1-(N, -)]
fy = N,.-1: bac tu do cia thực nghiệm lặp ổ tâm
Jon = [N -£—(N, — L] : bậc tự do của phương sai phù hợp
£ : hệ số có nghĩa còn lại trong phương trình hồi qui
Bước 6: Tử phương trình hồi qui tìm được xác định điểm cựu trị của hàm số,
đó chính là điểm tối ưu thực nghiệm.[4] 2.3 Các phương pháp tối ứu hoá
Để tìm giá trị tối ưu của hàm mục tiêu có nhiều phương pháp khác nhau như: - Phương pháp mỏ điều kiện tối ưu bằng cách lần lượt khảo sát từng nhân tố
ảnh hưởng lên kết quả thí nghiệm trong khi cố định các yếu tố khác
- Phương pháp thực nghiệm theo đường dốc nhất, đường của vector grad Y(x)
- Phương pháp khảo sát theo hàm mục tiêu - Phương pháp thực nghiệm theo đơn hình
Ở đề tài này chúng tôi đã viết một chương trình xác định giá trị tối wu cia ham
mục tiêu bằng cách sử dụng phương pháp Gradien (phương pháp dường dốc nhất) với ngôn ngữ Pascal [3]
2.4.Dụng cụ hoá chất
Trang 38- Các khuôn đúc mẫu bằng nhựa, bàn rung, chão, bay trộn xi măng - Dụng cụ xác định độ chảy yêu cầu của vữa
-_ Cân phân tích, cân kỹ thuật, nhiệt kế, bình định mức, chậu thuỷ tỉnh Các chỉ tiêu kháng uốn và kháng nén được tiến hành tại Trung tâm thí nghiệm Nền móng - Công Trình thuộc Công ty Tư vấn Thiết kế Công trình Giao Thơng V
2.4.2 Hố chất
* Phụ gia siêu dẻo Sikament) NN (phụ gia giảm nước cao cấp cho bê tông) của hãng SIKA
- Gốc Naphtalen Formaldehyt sunfonat [1 1]
* Phụ gia siêu mịn: Sikacrete) PPI (phụ gia siêu mịn hoạt tính) của hãng SIKA
- Géc Silica fume pozolanic (dạng bột /xám) [12]
* Xi măng PC30 của nhà Máy xi măng Hoàng Thạch đóng bao tại Nhà Máy
Xi măng Hải Vân - Đà Nẵng 2.5 Phần mềm máy tính
- Phan mém StatgraphicPlus 4.1
Trang 39Chuong 3
KET QUA VA THAO LUAN
Như chúng ta đã biết phụ gia siêu dẻo và phụ gia siêu mịn có rất nhiều ảnh
hưởng đến chất lượng của bê tông với mục đích giảm tỷ lệ nước và tăng độ chắc đặc cho bê tông Vì vậy việc biết được ảnh hưởng của phụ gia đến cường độ kháng uốn,
kháng nén là rất có ý nghĩa cho người nghiên cứu cũng như sử dụng xi măng Với mục đích trên chúng tôi sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để tìm những phương trình hổi qui với hàm mục tiêu là cường độ kháng uốn và cưởng độ kháng
gén theo các biến số là % siêu dẻo và % siêu mịn
3.1 Nguyên liệu và chuẩn bị mẫu thí nhiệm
a Xi măng:
Trong để tài này chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia lên xi măng PC30 Hải vân có thành phần hoá học như sau:
Bảng 3.1 Thành phần hoá học xi măng PC30 Hoàng Thạch đóng bao tại Nhà
Trang 40C;S: 60,2 ;C,8:17,2 ; C,A:8,5 ; C,AF: 11,1 b Cat
Chúng tôi sử dụng loại cát vàng có cỡ hạt tiêu chuẩn lọt lỗ sàng 5mm
c Phụ gia
c.1 Phụ gia siêu dẻo: Sikament® NN (sau đây viết tắt là NFS)
* Mô tả: là một dung dịch có hai tính năng vửa là chất siêu hoá dẻo được dùng để sản xuất bê tông chảy lỏng và là tác nhân giảm nước dáng kể để đạt cường độ ban
đầu và cuối cùng cao * Thông số kĩ thuật: - Géc Naphtalen Formaldehyt sunfonat (NFS) ` C c CH DP f/NZ-? 6 À⁄ ý ì ì | CÁC H VỐN, ⁄3y ` x B
ANS SFist an C f SO,Na
Hình 3.1 Cấu tạo polime Naphtalen Formaldehyt sunfonat (NFS)
- Khối lượng thể tích 1.19-1.22 kg/lit ~ 1.205g/ml
* Các ứng dụng: Sikament NN dược dùng như một chất siêu hoá dẻo để sản
xuất bê tông chảy cho:
- Tấm sàn và nền móng - Tưởng cột và trụ cầu
- Cấu kiện mỏng có mật độ cốt thép dày - Cấu kiện bê tông đúc sẵn và dự ứng lực