Nghiên cứu ảnh hưởng của bột silica đến tính chất của vữa xi măng portland

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VỮA XI MĂNG PORTLAND S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2021 - 68 Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN NGỌC ĐĂNG KHOA S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VỮA XI MĂNG PORTLAND SV2021-68 Thuộc nhóm ngành khoa học: KIẾN TRÚC VÀ XÂY DỰNG SV thực hiện: NGUYỄN NGỌC ĐĂNG KHOA Lớp, khoa: 17149CL2C – KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Ngành học: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG Người hướng dẫn: THS.LÊ PHƯƠNG TP Hồ Chí Minh, Tháng 10/2021 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VÀ THỰC TRẠNG Vật liệu silica fume Error! Bookmark not defined 1.1 Định nghĩa 1.2 Đặc điểm Silica Fume 1.3 Các trạng thái Silica fume 1.4 Phân loại vật liệu bột silica fume 1.5 Cơ chế hoạt động Silica fume 1.6 Ứng dụng bột silica fume 10 1.7 Ảnh hưởng đến tính chất học vữa Xi – Măng 11 Chương : CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ TIẾN HÀNH 13 2.1 Cơ sở lý luận 13 2.1.1 Cường độ chịu uốn 13 2.1.2 Cường độ chịu nén 14 2.2 Dụng cụ thí nghiệm 16 2.2.1 Khuôn mẫu 16 2.2.2 Máy trộn vữa 17 2.2.3 Bàn dằn xi măng 18 2.2.4 Máy uốn nén vữa xi măng 18 i 2.3 Nguyên vật liệu 20 2.3.1 Xi măng 20 2.3.2 Silica 20 2.3.3 Cốt liệu 21 2.4 Cấp phối 22 2.4.1 Thiết kế cấp phối bê tông: 22 2.4.2 Cấp phối thực nghiệm 24 2.5 Phương thức tiến hành 25 2.5.1 Đổ đầm bê tông khuôn 25 2.5.2 Bảo dưỡng mẫu vữa 27 2.5.3 Tiến hành thí nghiệm 28 Chương : KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 30 Cường độ chịu uốn biến thiên cường độ chịu uốn 30 3.1 Kết từ thí nghiệm 30 3.2 Biến thiên cường độ chịu uốn 32 3.3 Cường độ chịu nén biến thiên cường độ chịu nén 33 3.3.1 Cường độ chịu nén 33 3.3.2 Biến thiên cường độ chịu nén 34 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 4.4 Kết luận chung Error! Bookmark not defined 4.5 Kiến nghị Error! Bookmark not defined 4.6 Ý nghĩa nghiên cứu Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 40 ii MINH CHỨNG SẢN PHẨM ĐỀ TÀI: BÀI BÁO KHOA HỌC 41 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng hàm lượng SIO2 Microsilica đậm đặc Bảng 1.2: Bảng hàm lượng SIO2 Microsilica không tăng cường Bảng 1.3: Bảng hàm lượng SIO2 Microsilica trắng Bảng 2.1: Bảng tiêu lí Ximang 20 Bảng 2.2: Thành phần hóa học silica 21 Bảng 2.3: Thành phần hạt cát 21 Bảng 2.4: Tính chất lí cốt liệu 21 Bảng 2.5: Bảng cấp phối theo hàm lượng phần trăm Silica 24 Bảng 3.1: Kết thí nghiệm lực uốn gãy vật liệu 30 Bảng 3.2 : Kết tính tốn cường độ chịu uốn 30 Bảng 3.3: Biến thiên cường độ chịu uống 32 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm lực nén vật liệu 33 Bảng 3.5: Kết tính tốn cường độ chịu nén 33 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm biến thiên cương độ chịu nén 35 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Silica Fume Hình 1.2: Bột silica fume Hình 1.3: Ứng dụng silica vào sản xuất chén 11 Hình 2.1: Sơ đồ thí nghiệm uốn mẫu 13 Hình 2.2: Chốt đồng thép khơng gỉ 14 Hình 2.3: Mẫu thí nghiệm độ co ngót 15 Hình 2.4: Minh họa khn đổ mẫu bê tông 16 Hình 2.5: Máy trộn vữa 17 Hình 2.6: Bàn dằn xi măng 18 Hình 2.7: Máy uốn nén vữa xi măng 19 Hình 2.8: Mẫu betong ninh kết tháo khn 26 Hình 9: Mẫu vữa chuẩn bị mang bảo dưỡng 27 Hình 2.10: Mẫu nén nứt đạt trạng thái giới hạn 28 Hình 2.11: Số liệu hệ thống máy xuất sau nén mẫu thành cơng 29 Hình 3.1: Biểu đồ thí nghiệm cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ 31 Hình 3.2: Biểu đồ thí nghiệm biến thiên cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ 32 Hình 3: Biểu đồ thí nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ 34 Hình 3.4: Biểu đồ biến thiên cường độ chịu nén mẫu theo thời gian dưỡng hộ 35 v DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT SiO2: Silic dioxit oxit axit H2SiO3 (axit khơng tan nước) Quartz (Thạch anh) khống chất tinh thể Cristobalit biến thể thạch anh nhiệt độ cao Ferro Silicon: gọi Ferrosilicium HPC: Bê tơng tính cao bê tơng hiệu cao SF: Silica fume, gọi microsilica G90 & DG92 & DG95D: Microsilica đậm đặc phân loại lớp G85U & G92U & G94U & G96UE & G96U: Microsilica không tăng cường ZSF & G94 & ZSF & G95 & ZSF & G96: Microsilica trắng phân loại lớp vi BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung Tên: Nghiên cứu ảnh hưởng bột Silica đến tính chất vữa xi măng Portland Người hướng dẫn: ThS Lê Phương Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Ngọc Đăng Khoa Lớp: 17149CL2C Mã số SV:17149090 Khoa: Đào Tạo Chất Lượng Cao Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Nguyễn Ngọc Đăng Khoa 17149090 17149CL2C Chất lượng cao Nguyễn Đình Khơi 17149094 17149CL1C Chất lượng cao Hồ Châu Phương 17149127 17149CL1C Chất lượng cao Nguyễn Thành Tài 17149139 17149CL1C Chất lượng cao vii Mục tiêu đề tài: Dùng Silica nhằm mục đích thay phần xi măng cho bê tông Nghiên cứu tính khả quan việc thay phần xi măng Portland bê tông Silica Khảo sát hàm lượng Silica tối ưu thay xi măng hỗn hợp bê tông xi măng Portland Thiết kế thành phần bê tơng theo TCVN, qua thay đổi lượng dùng Silica để thay xi măng thành phần bê tơng (phụ gia khống Silica thay 5%; 10%; 15%; 20%) thành phần vật liệu khác bê tơng Các thí nghiệm tiến hành bê tông đối chứng Qua thí nghiệm tìm tỷ lệ thay Silica hợp lý nhất, đảm bảo bê tơng có cường độ tính bền cao Tính sáng tạo: Việc sử dụng 3% đến 5% Silica fume giúp tăng cường khả bơm bê tông giảm khả phân tách, kết hợp silica fume tro bay hiệu ứng dụng tro bay làm giảm phần bên silica fume làm tăng độ nhớt hỗn hợp Kết nghiên cứu: Thí nghiệm đo cường độ nén uốn thực độ tuổi 3, 7, 28, 56 ngày Cường độ nén hỗn hợp vữa xi măng Portland – bột silica fume tính giá trị trung bình ba mẫu 4x4x16(cm) Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phụ gia bột silica fume đến độ lưu động vữa xi măng Portland (0%, 5%, 10%, 15%, 20%) Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Việc sử dụng 7% đến 8% silica fume yếu tố chịu tác động thời tiết nước ngầm móng mái tầng cuối làm tăng độ bền kết cấu nhà đáng kể Việc sử dụng 7% đến 8% silica fume với OPC vượt trội viii 2.5.3 Tiến hành thí nghiệm Các bước thực sử dụng máy uốn nén vữa: Uốn Mẫu: Ta lấy mẫu cần uốn đặt vào máy, đặt cho mẫu Ta chỉnh máy vào chế độ uốn mẫu, sau ta điều chỉnh thông số tiến hành uốn mẫu Sau máy uốn mẫu nứt dừng lại Máy xuất thông số lực thu sau uốn mẫu Ta ghi chép thông số uốn mẫu lại Nén Mẫu: Sau uốn mẫu, mẫu tách làm đôi sau uốn Ta lấy mẫu bị tách sử dụng để nén mẫu Ta đặt mẫu vào máy Ta điều chỉnh thông số chế độ nén mẫu tiến hành nén mẫu Sau nén mẫu gần bị nát hoàn toàn máy dừng lại, máy xuất thông số nén mẫu Ta ghi chép lại thông số nén mẫu để tính tốn lập biểu đồ Hình 2.10: Mẫu nén nứt đạt trạng thái giới hạn 28 Hình 2.11: Số liệu hệ thống máy xuất sau nén mẫu thành công 29 : KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Cường độ chịu uốn biến thiên cường độ chịu uốn 3.1.1 Kết từ thí nghiệm Bảng 3.1: Kết thí nghiệm lực uốn gãy vật liệu Lực uốn gãy kN theo tuổi (ngày) Tên mẫu 28 56 M1(0%) 2.293 2.031 8.866 10.692 M2(5%) 1.847 3.255 8.533 12.113 M3(10%) 2.501 6.963 8.055 12.071 M4(15%) 1.634 3.661 8.930 10.364 M5(20%) 1.804 4.787 8.029 9.997 Bảng 3.2 : Kết tính tốn cường độ chịu uốn Cường độ chịu uốn Mpa tuổi (ngày) Tên mẫu 28 56 M1(0%) 0.538 0.476 2.078 2.506 M2(5%) 0.433 0.763 2.839 M3(10%) 0.586 1.632 1.888 2.829 M4(15%) 0.383 0.858 2.093 2.429 M5(20%) 0.423 1.122 1.882 2.343 30 Hình 3.1: Biểu đồ thí nghiệm cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ Hình 3.1 thể phát triển cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ sau: Cường độ chịu uốn mẫu có hàm lượng Silica thay xi măng sau nhiều ngày có xu hướng tăng so với mẫu đối chứng (Riêng mẫu ngày có xu hướng giảm so với mẫu đối chứng) Sự gia tăng cường độ chịu uốn mẫu có Siica thay xi măng tăng đến 56 ngày cường độ chịu uốn có xu hướng giảm, có cường độ chịu uốn gần mẫu đối chứng Xét theo thời gian bảo dưỡng cường độ chịu uốn mẫu thay có xu hướng tăng thời gian bảo dưỡng tăng 31 3.1.2 Biến thiên cường độ chịu uốn Bảng 3.3: Biến thiên cường độ chịu uống Biến thiên cường độ chịu uốn Mpa tuổi (ngày) Tên mẫu 28 56 M1(0%) 0.00 0.00 0.00 0.00 M2(5%) -19.52 60.29 -3.75 13.29 M3(10%) 8.92 242.86 -9.14 12.89 M4(15%) -28.81 80.25 0.72 -3.07 M5(20%) -21.38 135.71 -9.43 -6.50 Hình 3.2: Biểu đồ thí nghiệm biến thiên cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ 32 Hình 3.2 thể biến thiên cường độ chịu uốn mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ sau: Từ ngày 7, mẫu thí nghiệm có xu hướng cao mẫu đối chứng, đến ngày 28 lại thấp Đến ngày thứ 56 có mẫu 5% 10% có cường độ cao mẫu đối chứng Sau 56 ngày cường độ chịu uốn tất mẫu thay có xu hướng giảm 3.2 Cường độ chịu nén biến thiên cường độ chịu nén 3.2.1 Cường độ chịu nén Bảng 3.4: Kết thí nghiệm lực nén vật liệu Lực nén kN theo tuổi (ngày) Tên mẫu 28 56 M1(0%) -83.285 257.237 -16 56.704 M2(5%) 38.058 1036.202 -38.997 54.997 M3(10%) -122.922 342.4 3.072 -13.098 M4(15%) -91.221 579.029 -40.234 -27.733 M5(20%) -83.285 257.237 -16 56.704 Bảng 3.5: Kết tính tốn cường độ chịu nén Cường độ chịu nén Mpa tuổi (ngày) Tên mẫu 28 56 M1(0%) 5.426 11.258 14.704 28.466 M2(5%) 5.844 13.838 15.91 28.79 33 M3(10%) 6.412 12.007 16.925 27.743 M4(15%) 4.427 7.745 15.713 22.494 M5(20%) 5.093 8.903 14.322 25.236 Hình 3: Biểu đồ thí nghiệm cường độ chịu nén theo thời gian dưỡng hộ Hình 3.3 thể phát triển cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ sau: Cường độ chịu nén mẫu có hàm lượng Silica fume thay xi măng sau nhiều ngày có xu hướng giảm so với mẫu đối chứng Sự suy giảm cường độ chịu nén mẫu có Silica fume thay xi măng tăng giai đoạn trước 56 ngày, mẫu 5% có cường độ chịu nén cao so với mẫu lại gần với mẫu đối chứng 3.2.2 Biến thiên cường độ chịu nén 34 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm biến thiên cương độ chịu nén Biến thiên cường độ chịu nén (Mpa) tuổi (ngày) Tên mẫu 28 56 M1(0%) 0 0 M2(5%) 7.70 22.92 8.20 1.14 M3(10%) 18.17 6.65 15.10 -2.54 M4(15%) -18.41 -31.20 6.86 -20.98 M5(20%) -6.14 -20.92 -2.60 -11.35 Hình 3.4: Biểu đồ biến thiên cường độ chịu nén mẫu theo thời gian dưỡng hộ Hình 3.4 thể phát triển biến thiên cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm theo thời gian dưỡng hộ sau: Cường độ chịu nén mẫu có hàm lượng Silica fume thay xi măng sau nhiều ngày có xu hướng giảm so với mẫu đối chứng Riêng mẫu 5% 10% lại có xu hướng tăng cao mẫu đối chứng Sau 28 ngày có mẫu 5% có xu hướng tăng, mẫu lại giảm 35 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận chung Kết biểu diễn qua biểu đồ cho thấy ảnh hưởng phụ gia khoáng silica fume đến cường độ chịu nén, uốn bê tông với hàm lượng thay đổi từ đến 20% Cường độ chịu nén bê tơng có khuynh hướng tăng sử dụng phụ gia khoáng silica fume với hàm lượng từ đến 10% So với mẫu đối chứng, mức tăng cường độ tương ứng 5,4% thay xi măng silica fume với hàm lượng tương ứng 10% Tuy nhiên, hàm lượng silica fume tăng lên 15% cường độ chịu nén cấp phối bê tông lại giảm xuống 2,2% so với cấp phối sử dụng hàm lượng silica fume 10% Cấp phối sử dụng 10% silica fume thay xi măng cải thiện đáng kể khả chịu nén bê tơng có hàm lượng pozzolanic tự nhiên cao, giúp phản ứng với calcium hydroxide để hình thành thể gel calcium hydroxide hydrate tăng cường tính cho bê tông Nghiên cứu sử dụng loại phụ phẩm công nghiệp silica fume để chế tạo bê tơng có khả cải thiện tính bê tông Kết hợp với việc sử dụng sợi poly-propylene, Một vài kết luận rút từ kết thí nghiệm sau: Có thể sử dụng silica fume thay từ đến 10% hàm lượng xi măng, cường độ chịu nén đạt giá trị cao ứng với hàm lượng 10% Cường độ chịu nén bê tông có khuynh hướng giảm thêm sợi polypropylene vào cấp phối, giảm khoảng từ đến 12% so với cấp phối không gia cường sợi Tuy nhiên, kết hợp với hàm lượng định phụ gia khoáng silica fume thay xi măng đảm bảo gia tăng cường độ chịu nén Từ kết nghiên cứu thu cho thấy rằng: 36 Khi sử dụng lượng Silica fume thay xi măng độ lưu động vữa xi măng tăng Do đó, sử dụng lượng Silica fume thay xi măng cần giảm nước để đảm bảo ổn định độ lưu động vữa Tất mẫu dưỡng hộ môi trường nước phát triển cường độ tốt dưỡng hộ môi trường không khí Sau 56 ngày tuổi mẫu có tro bay tiếp tục phát triển mẫu đối chứng có phát triển Mẫu có hàm lượng silica fume thay 10% xi măng: thời điểm 28 56 ngày tuổi có cường độ chịu nén tương đương mẫu đối chứng Mẫu có hàm lượng silica fume thay 20% xi măng: Tại thời điểm 28 56 ngày tuổi có cường độ chịu nén nhỏ mẫu đối chứng Mẫu có hàm lượng silica fume thay 15% xi măng: Cường độ chịu nén nhỏ mẫu đối chứng mẫu có hàm lượng silica fume 10%, 20% Tại thời điểm 56 ngày cường độ chịu nén nhỏ mẫu đối chứng tiếp tục phát triển 4.2 Kiến nghị Nên sử dụng silica fume để thay phần xi măng trình tạo vữa xi măng Silica fume dùng chế tạo vữa xi măng giảm nhiều kinh phí để xử lý loại phế thải công nghiệp, hạn chế việc ô nhiễm môi trường bột silica gây ra; đồng thời, hạn chế việc sử dụng xi măng tức hạn chế việc khai thác tài nguyên, hạn chế việc ô nhiễm môi trường trình sản xuất xi măng Các mẫu vữa có hàm lượng silica fume thay 10% xi măng có cường độ tương đương cao mẫu khơng sử dụng silica fume Do đó, trình tạo vữa xi măng nên sử dụng silica fume thay 10% xi măng Ngồi ra, nhóm nhận thấy cần nghiên cứu mẫu có hàm lượng silica fume thay 5%, 15% xi măng tỷ lệ nước bột dùng tro bay thay xi măng để xác định xác 37 4.3 Ý nghĩa nghiên cứu Nghiên cứu phần giúp làm thay đổi suy nghĩ người vật liệu tưởng chừng bỏ sử dụng thay phần xi măng, bảo vệ môi trường tự nhiên Tuy nhiên nghiên cứu chưa thể giúp đánh giá việc sử dụng bột silica làm phụ gia có gây tác hại sử dụng lâu dài ngồi thực tế hay khơng Việc thực nghiên cứu góp phần mở thêm hướng phát triển khác tìm phụ liệu giúp đảm bảo cường độ xi măng bảo vệ môi trường như: tro trấu, xỉ lò cao, … 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quang Phú, “Thiết kế cấp phối bê tơng tính cao sử dụng Silica Fume phụ gia siêu dẻo”, số 50, Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, 09/2015 [2] Trần Hữu Bằng, Lê Văn Bách, Nghiên cứu cấu trúc chất lượng nano Silica từ tro trấu, Tạp chí GTVT, số tháng + tháng năm 2017 [3] P.Vinayagam (2012), Experimental survey on high performance concrete using Silica Fume and Superplasticizer, International Journal of Computer and Communication Engineering, Volume 1, No 2, pp 68-171 [4] Li, G and Zhao, X (2003), Properties of concrete containing fly ash and blast furnace slag, Cement and Concrete mix 25 (3): 293-299 [5] YE, Q, ZHANG, Z., KONG, D & CHEN, R (2007), Effect of nano-SiO2 addition on properties of hard cement paste compared with silica fume, Construction & amp, Materials construction materials, 21, 539-45 [6] Marupaka Sri Hari, M.H Sai Ram Goud, Durga Chaitanya Kumar Jagarapu, Dr.Arunakanthi Eluru, “Experimental Examination on Blended Concrete by Incorporating Fly ash and Silica Fume”, ISSN: 2278 – 3075, Volume – Issue – 2, on International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), December, 2019 Xác định độ co ngót bê tơng - Tiêu chuẩn ngành 22 tcn 60-84 quy trình thí nghiệm bê Tông Xi măng I- quy định chung (hocday.com) Tính Chất Cơ Bản Của Vữa | Cơng Ty Phương Đông (oct.vn) TCVN 3121-11-2003 Vữa xây dựng – phương pháp thử Phần 11: Xác định cường độ uốn nén vữa đóng rắn 39 PHỤ LỤC (bản vẽ, phiếu khảo sát, chương trình máy tính…) 40 MINH CHỨNG SẢN PHẨM ĐỀ TÀI: BÀI BÁO KHOA HỌC 41 S K L 0 ... 1.3: Ứng dụng silica vào sản xuất chén đĩa 1.7 Ảnh hưởng đến tính chất học vữa Xi – Măng Ảnh hưởng nano silica: Tính chất học: vữa xi măng khơng kết tụ vơ định hình [7] Các nghiên cứu thâm nhập... SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT SILICA ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA VỮA XI MĂNG PORTLAND SV2021-68 Thuộc nhóm ngành khoa học:... giá ảnh hưởng Silica đến tiêu Cơ lý xi măng, chưa nghiên cứu sâu tính chất bê tông chế tạo từ loại xi măng Tỷ lệ Silica nghiên cứu trước chưa cao (tối đa thử 7-8%) Đặc biệt, chưa có nghiên cứu