TẠP CHÍ KINH TẾ CÔNG NGHIỆP Số 32 Tháng 6/2022 NGHIÊN CỨU TÍNH CHÁT cơ HỌC CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO Study on strength characteristic of high strength concrete Lê Thị Diễm Trinh và Đỗ Đại Thắng Trường[.]
TẠP CHÍ KINH TẾ - CƠNG NGHIỆP Số 32 - Tháng 6/2022 NGHIÊN CỨU TÍNH CHÁT HỌC CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO Study on strength characteristic of high strength concrete Lê Thị Diễm Trinh Đỗ Đại Thắng Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An, Long An, Việt Nam dtrinh2508@gmail.com Đại học Quốc gia TP.HCM, Việt Nam ddthang@vnuhcm.edu.vn Tóm tắt — Bê tơng cường độ cao nghiên cứu sử dụng xi măng với thành phần hạt mịn silica, nano silica tro bay Thành phần hạt mịn silica sử dụng từ đến 20% thay cho xi măng thành phần cấp phối Tro bay sử dụng với hàm lượng 10 đến 50% thay cho xi măng Thành phần hạt siêu mịn nano silica sử dụng từ đến 5% thay cho hạt mịn silica nhằm tăng khả đặc cho cấu trúc bê tông nhằm đạt yêu cầu cường độ Kết quà thực nghiệm cho thấy kết hợp hạt mịn silica, tro bay hạt siêu mịn nano silica với tỷ lệ thích hợp làm bê tông đạt cường độ đến 70 MPa Abstract — The mix proportion of high strength concrete is investigated by mixing of silica fume, fly ash and nano silica The amount of silicafume in range from to 20% by cement weight is used The replacement of cement by fly ash in range from 10 to 50% is considered On the other hand, the amount of nano silica in range from to 5% by silica fume weight is used the conetnt of nano silica can be improved the structure of concrete to high strength Then, the results are indicated that the mix proportion between suitable amount of silicafume, fly ash and nano silica can be obtained high strength of concrete to be up to 70 Mpa Từ khóa — Bê tông cường độ cao, hạt mịn silica, high strength concrete, silica fume Đặt vấn đề Bê tông xem vật liệu dùng nhiều cơng trình xây dựng kỉ 21 giai đoạn sau Ngày nay, tính chất cường độ bê tông nghiên cứu nâng cao nhằm tăng cường khả ứng dụng ứng dụng bê tơng cường độ cao cơng trình khơi, biển, giúp giảm tổng trọng lượng cho cơng trình, qua tăng độ bền cho kết cấu chung Bên cạnh đó, bê tơng cường độ cao xây dựng cầu sử dụng làm hệ thống dầm cầu bê tông dự ứng lực cho cơng trình cần độ lớn kích thước lớn Với tính chất cường độ có khả tăng cường, bê tơng giúp làm giảm tải trọng cho hệ thống dầm, tăng chiều dài kết cấu nhịp kết cấu cơng trình nhà cao tầng (Phạm Duy Hữu, 2005; Phạm Duy Hữu cộng sự, 2008; Nguyễn Quang Chiêu, 2008) Các nghiên cứu bê tông cường độ cao sử dụng loại phụ gia khống chứa thành phân hoạt tính tro bay, hạt mịn silica nhăm tăng cường khả đặc chăc câu trúc vi mơ Ngồi nghiên cứu cịn sử dụng phụ gia hóa học làm tăng cường phản ứng đóng rắn xi măng phụ gia khống Bên cạnh đó, nghiên cứu cịn sử dụng công nghệ nano với hạt siêu mịn nano silica nhằm tăng cường cấu trúc vi mô bê tơng, giúp bê tơng đạt cường độ có khả ổn định theo thời gian (Nguyễn Công Thắng cộng sự, 2013; Nguyễn Trọng Lâm cộng sự, 2021; Nguyễn Viết Trung cộng sự, 2004; Ramachandran, 1995) Nghiên cứu sử dụng kết hợp thành phần tro bay, hạt mịn silica hạt siêu mịn nano silica nhăm đánh giá khả làm việc hôn hợp bê tông tạo cường độ theo thời gian Việc sử dụng thành phần nguyên liệu nghiên cứu tỷ lệ khác nhằm xác định cấp phối phù hợp cho bê tông đạt yêu cầu cường độ cao 72 TẠP CHÍ KINH TÉ - CÔNG NGHIỆP Số 32 - Tháng 6/2022 Phương pháp thực nghiệm 2.1 Cát đá Cát có khối lượng riêng 2,58 g/cm3; khối lượng thể tích 1,40 g/cm3, mơ đun độ lớn 1,82 Đá sử dụng có Dmax 20 mm khối lượng riêng 2,72 g/cm3; khối lượng thê tích 1,52 g/cm3 2.2 Hạt mịn silica Hạt mịn silica (silica fume) phụ phẩm công nghiệp sản suất chế phẩm chứa silic với hàm lượng SiƠ2 92% Kích thước hạt trung bình silicafume 45 pm 2.3 Tro bay Tro bay loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618, khối lượng riêng 2,48 g/cm3, độ mịn 94% lượng lọt qua sàng có cỡ sàng 0,08 mm 2.4 Hạt nano silica Hạt nano silica (nano silica) sử dụng thực nghiệm có kích cỡ trung bình từ đến 16nm, độ nhớt 8.5 PaS, độ pH từ 9.0 đến 9.6 trọng lượng riêng 2.37g/cm3 2.5 Xi măng Xi măng sử dụng PC40 có khối lượng riêng 3,16 g/cm3, khối lượng thể tích 1,27 g/cm3 2.6 Phươngpháp thực nghiệm thành phần cấp phoi Nguyên vật liệu bê tông nhào trộn theo tỷ lệ thành phần xác định theo TCVN 10306:2014 Hỗn hợp bê tông xác định độ sụt theo TCVN 3106-1993 cường độ nén xác định theo TCVN 10303-2014 Thành phần tính chất học bê tơng trình bày bảng Bảng Thành phần cấp phối bê tông sử dụng tro bay, hạt mịn silica nano silica Na (kg) PG (lít) Cấp phối XM(kg) C(kg) Đ(kg) N (lít) Si(kg) 0 1075 150 725 500 B0 25 150 1075 725 BS5 475 50 150 725 1075 450 BS10 75 150 1075 725 BS15 425 100 150 725 1075 400 BS20 0 150 725 1075 450 BT10 0 150 1075 400 725 BT20 0 150 1075 725 350 BT30 150 1075 725 300 BT40 0 150 1075 250 725 BT50 99 150 1075 400 725 BN1 98 150 1075 725 400 BN2 97 150 1075 725 400 BN3 96 150 1075 400 725 BN4 95 150 1075 725 400 BN5 Ghi chú: XM: xi măng; C: cát; Đ: Đá; PG: phụ gia; N: nước Si: hạt mịn silica; Na: hạt nano silica; TB: tro bay TB (kg) 0 0 50 100 150 200 250 0 0 Kết nghiên cứu đánh giá 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng hạt mịn silica đến tính chất bê tơng Khả làm việc bê tông cường độ cao sử dụng phụ gia khống silicafume với hàm lượng khác trình bày hình la cho thấy độ sụt bê tơng thiêt kê đạt 12 cm có xu 73 TẠP CHÍ KINH TẾ - CƠNG NGHIỆP Số 32 - Tháng 6/2022 hướng giảm dần Độ sụt hồn hợp bê tông giàm đến 70% hàm lượng silicafume dùng đến 20% 10 15 20 25 Hàm lượng silicafume (%) , (b) Hĩnh Anh hưởng hạt mịn silica đến độ sụt cường độ Ket thực nghiệm hình Ib trình bày phát triển cường độ chịu nén bê tông sử dụng phụ gia khống silica fume theo thời gian Bê tơng BSO có cường độ nén sau ngày, ngày 28 ngày đạt khoảng 12,5; 42,5 55,7 N/mnr Các cấp phối sử dụng silica fume cho thấy cường độ nén ngày 14 -16,7 N/mm2 với cấp phối BS5 - BS20 Cường độ nén ngày 44 - 47N/mm2 với cấp phối BS5 - BS20 Cường độ nén 28 ngày 58 - 67 N/mm2 với cấp phối BS5 - BS20 Ta nhận thấy, bê tông sử dụng silica fume có xu hướng phát triển cường độ - ngày cao horn khoảng 10 - 20% Cường độ chịu nén sau 28 ngày tăng khoảng 10 - 15% dùng đến 20% silica fume Các hạt phụ gia khống silica fume có tác dụng tăng nhanh q trình đóng rắn giai đoạn đâu tăng cường khả đóng răn sau 28 ngày 3.2 Anh hưởng hàm lượng hạt nano silica đến tính chất bê tông Hàm lượng nano silica (%) (a) (b) (a) Hình Anh hưởng hạt nano silica đến độ sụt cường độ 74 TẠP CHÍ KINH TÉ - CÔNG NGHIỆP Sổ 32 - Tháng 6/2022 Hàm lượng nano silica với hàm lượng khác tác động đến khả làm việc hỗn hợp bê tông dùng silica fume trình bày hình 2a cho thấy độ sụt bê tơng có xu hướng tăng dần Độ sụt hỗn hợp bê tông tăng đến 60% hàm lượng nano silica dùng đến 5% cấp phối BN1 đến BN5 Ket thực nghiệm hình 2b trình bày phát triển cường độ chịu nén bê tơng sử dụng phụ gia khống silica fume kết hợp với nano silica theo thời gian Các cấp phối sử dụng nano silica cho thấy cường độ nén ngày 17 - 19 N/mm2 với cấp phối BN1 - BN5 Cường độ nén ngày 47 - 56,6 N/mm2 Cường độ nén 28 ngày 69 - 76 N/mm2 với cấp phối dùng đến 5% nano silica thay silica fume Ta nhận thấy, bê tông sử dụng nano silica kết hợp với silica fume có xu hướng phát triển cường độ - ngày cao khoảng 10% so với cấp phối dùng silica fume Cường độ chịu nén sau 28 ngày đạt đến 76 N/mm2 Điều cho thấy hạt nano có kích thước siêu nhỏ có khả lèn chặt lỗ rồng tác dụng tăng nhanh q trình đóng rắn giai đoạn đầu tăng cường khả đóng rắn sau 28 ngày 3.3 Anh hưởng hàm lượng tro bay đến tính chất bê tơng Hàm lượng tro bay (%) Hàm lượng tro bay (%) (a) , , (V Hình Ảnh hưởng tro bay đến độ sụt cường độ bê tông Ket thực nghiệm hình 3a cho thấy độ sụt hỗn hợp bê tơng có xu hướng tăng dần theo hàm lượng tro bay sử dụng Độ sụt tăng khoảng 30% dùng đến 50% tro bay thay xi măng Từ hình 3b cho thấy giá trị cường độ lại có xu hướng giảm dần theo hàm lượng tro bay sử dụng Khi tro bay dùng thay đến 50% xi măng cường độ giảm khoảng 25% Điều cho thấy thành phần tro bay thay xi măng làm giảm cường độ bê tông Tuy nhiên việc sử dụng tro bay có tác dụng tăng cường khả cường độ thời gian dài, đồng thời có khả giảm thành phàn xi măng nên mang lại hiệu kinh tế môi trường 75 TẠP CHÍ KINH TÉ - CƠNG NGHIỆP Số 32 - Tháng 6/2022 3.4 Anh hưởng phối họp hạt mịn silica, nano silica tro bay đến tính chất bê tông 18 ■ Tro bay ■ Tro bay- Silicafume ■ Tro bay- Silicafume - Nano silica 10 30 20 Hàm lượng tro bay(%) Hình Anh hưởng hạt mịn silica, nano silica tro bay đến độ sụt Ket thực nghiệm hình cho thấy độ sụt hỗn hợp bê tơng có xu hướng tăng dần sử dụng 10% đến 30% tro bay kết hợp với 10% hạt mịn silica, cấp phối dùng 10 - 30% tro bay kết hợp hạt mịn silica hạt nano silica nano cho thấy độ sụt hỗn hợp bê tông tăng dần ■ Tro bay ■ Tro bay - Silicafume ■ Tro bay- Silicafume - Nano silica Hàm lượng tro bay (%) Hình Ảnh hưởng hạt mịn silica, nano silica tro bay đến cường độ Hình cho thấy cấp phối dùng tro bay kết hợp với hạt mịn silica cho cường độ tốt với 10% tro bay 15% hạt mịn silica Trong đó, cấp phối dùng 10% tro bay kết hợp 10% hạt mịn silica 2% hạt siêu mịn silica cho cường độ tốt Việc phối hợp tro bay, hạt mịn silica hạt siêu mịn silica có khả giúp cường độ bê tơng đạt giá trị tốt Kết luận Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay, hạt mịn silica đến cường độ bê tông đạt kết sau: Hàm lượng tro bay sử dụng thay xi măng từ 10 - 50% có tác dụng tăng cường khả làm việc hỗn hợp bê tông giảm cường độ giai đoạn ban đầu đến 20 - 30% Hàm lượng hạt mịn silica sử dụng - 20% có tác dụng tăng cường độ bê tông đến 15% lại giảm khả làm việc hỗn hợp 76 TẠP CHÍ KINH TÉ - CƠNG NGHIỆP số 32 - Tháng 6/2022 Hạt siêu mịn nano silica có tác dụng tăng nhanh khả làm việc hỗn hợp bê tông với hàm lượng - 5% thay cho hạt mịn silica cải thiện đến 20% cường độ bê tông Cấp phối bê tông kết hợp tro bay với hàm lượng 10% hạt mịn silica 15% hàm lượng tro bay 10 - 20% kết hợp với 10% hạt mịn silica 2% hạt siêu mịn nano silica có khả đạt yêu cầu khả làm việc cường độ cao TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Duy Hữu (2005) Công nghệ bê tông bê tông đặc biệt Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [2] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông Phạm Duy Anh (2008) Bê tông cường độ cao bê tông chất lượng cao Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [3] Nguyễn Công Thắng, Nguyễn Văn Tuấn, Phạm Hữu Hanh Nguyễn Trọng Lâm (2013) Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khống Silica Fume Tro bay sẵn có Việt Nam Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, số 2, frang 24-31 [4] Nguyễn Trọng Lâm, Tống Tôn Kiên Bùi Danh Đại (2021) Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng hàm lượng lớn tro bay nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng, Trường Đại học Xây dựng, 15(6V), ưang 1-11 [5] Ramachandran, v.s (1995) Concrete admixtures handbook: Properties, Science, and Technology 2nd Edition, Noyes Publications Ngày nhận: 16/12/2021 Ngày duyệt đăng: 26/05/2022 77 ... tông cường độ cao bê tông chất lượng cao Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [3] Nguyễn Công Thắng, Nguyễn Văn Tuấn, Phạm Hữu Hanh Nguyễn Trọng Lâm (2013) Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao. .. bay TB (kg) 0 0 50 100 150 200 250 0 0 Kết nghiên cứu đánh giá 3.1 Ảnh hưởng hàm lượng hạt mịn silica đến tính chất bê tông Khả làm việc bê tông cường độ cao sử dụng phụ gia khoáng silicafume với... giúp cường độ bê tông đạt giá trị tốt Kết luận Nghiên cứu ảnh hưởng tro bay, hạt mịn silica đến cường độ bê tông đạt kết sau: Hàm lượng tro bay sử dụng thay xi măng từ 10 - 50% có tác dụng tăng cường