32818 110105 1 pb 1866

TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH CỠ CỐT LIỆU VÀ HÀM LƯỢNG NƯỚC ĐẾN CƯỜNG ĐỘ NÉN VÀ ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG Lê Thị Thanh Tâm1, Mai Thị Ngọc Hằng2, Mai Thị Hồng3, Nguyễn Thị Mùi4 TÓM TẮT Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng kích cỡ cốt liệu hàm lượng nước đến cường độ nén độ lưu động bê tơng Thí nghiệm với hỗn hợp ba mẫu bê tông thiết kế với kích cỡ cốt liệu hàm lượng nước khác Kết thí nghiệm cho thấy, cường độ nén bê tông giảm độ lưu động bê tông tăng sử dụng cốt liệu có kích cỡ lớn Hàm lượng nước cao nguyên nhân gây cường độ nén ban đầu cao cường độ lâu dài thấp Từ khóa: Bê tơng, cường độ nén, độ lưu động, kích cỡ cốt liệu, hàm lượng nước ĐẶT VẤN ĐỀ Bê tông vật liệu phổ biến sử dụng cơng trình xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông, thủy lợi Các thành phần tạo nên bê tông bao gồm: xi măng, cát, đá, nước Ngoài ra, tùy thuộc vào yêu cầu cơng trình, điều kiện làm việc yêu cầu kết cấu mà thêm phụ gia để tăng cường số đặc tính bê tông Do vậy, với bê tông thường, đặc tính phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất lượng vật liệu chế tạo bê tông Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén độ lưu động bê tơng (độ sụt), ví dụ như: tỷ lệ thành phần cấu tạo, phương pháp trộn, điều kiện bảo dưỡng, loại cốt liệu, hình dạng cốt liệu chất lượng vật liệu chế tạo bê tông… Trong yếu tố trên, mối quan hệ kích cỡ cốt liệu thơ (đá, sỏi) với cường độ nén độ lưu động bê tông nhận quan tâm từ số nhà nghiên cứu giới [9,10,12-15] Đa phần nghiên cứu kết luận kích cỡ cốt liệu tăng, cường độ chịu nén bê tông giảm Tuy nhiên, theo kết nghiên cứu Kozul Darwin (1997) [6], thay đổi kích cỡ cốt liệu khơng ảnh hưởng nhiều đến cường độ chịu nén bê tơng Kết nghiên cứu cịn cho thấy, với bê tơng thường sử dụng cốt liệu có đường kính hạt lớn 19mm có cường độ chịu nén lớn 7,6% so với bê tông tương ứng sử dụng cốt liệu có đường kính hạt lớn 16mm Điều ngược lại với nghiên cứu [9,10,12-15] Theo nghiên cứu Woode cộng [13], kích cỡ cốt liệu giảm độ lưu động bê tơng giảm Điều ngược lại với nghiên cứu Rathish Krishna [10], kích cỡ cốt liệu giảm độ lưu động bê tông tăng Hàm lượng nước yếu tố ảnh hưởng đến cường độ nén độ lưu động bê tông Lượng nước phải cung cấp đủ để bê tông đạt độ lưu động thi cơng (tính dễ thi cơng), đồng thời đủ cho phản ứng thủy hóa xi măng [8] Nếu hàm lượng nước ít, bê 1,2,3,4 Giảng viên khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Hồng Đức 121 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 tơng có cường độ nén cao độ lưu động thấp, khó thi cơng Ngược lại, hàm lượng nước nhiều, tính dễ thi cơng cao, chất lượng bê tông giảm [3,8] Hàm lượng nước sử dụng bê tơng có mối liên hệ mật thiết với kích cỡ hạt độ sụt yêu cầu Chính vậy, theo tiêu chuẩn thiết kế thành phần bê tông Hoa Kỳ (ACI 211.1-91) [2], chọn lượng nước cho bê tông phải dựa vào yêu cầu thi cơng (độ sụt) kích cỡ cốt liệu (đường kính cốt liệu lớn nhất) Các nghiên cứu ảnh hưởng kích cỡ cốt liệu lên cường độ chịu nén độ lưu động bê tơng cịn ít, kết cịn chưa thống hàm lượng tính chất thành phần cấu tạo bê tông khác đề tài nghiên cứu Ở Việt Nam, ảnh hưởng chưa nhận nhiều quan tâm từ nhà nghiên cứu Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng kích cỡ cốt liệu lên cường độ chịu nén độ lưu động bê tông, ảnh hưởng hàm lượng nước lên cường độ chịu nén bê tông NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Thực nghiệm 2.1.1 Vật liệu 2.1.1.1 Đá dăm Đá cốt liệu thô sử dụng để tạo khung chịu lực cho bê tông Đá sử dụng nghiên cứu đá dăm, có nguồn gốc tự nhiên lấy mỏ Vức - Thanh Hóa, độ ẩm 0,05%, độ hút nước 0,68%, khối lượng riêng 2,69 tấn/m3 khối lượng thể tích trạng thái khơ 1,408 tấn/m3 Sử dụng hai loại đá dăm có đường kính hạt lớn Dmax=25mm Dmax=15mm để nghiên cứu ảnh hưởng kích cỡ cốt liệu lên cường độ chịu nén độ lưu động bê tông 2.1.1.2 Cát Cát vật liệu dạng hạt nhỏ mịn, có nguồn gốc tự nhiên lấy từ sông Chu - Thọ Xuân - Thanh Hóa, giá thành rẻ, thành phần chủ yếu silic oxit (SiO2) Cát sử dụng để làm cốt liệu nhỏ với xi măng, nước tạo vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) bao bọc xung quanh hạt cốt liệu lớn tạo khối bê tông đặc Cát sử dụng nghiên cứu cát vàng, có độ ẩm 5,65%, độ hút nước 0,28%, mô đun độ lớn Mk = 2,67, khối lượng riêng 2,62 tấn/m3, khối lượng thể tích trạng thái khô 1,433 tấn/m3 2.1.1.3 Xi măng Xi măng chất kết dính thủy lực q trình thủy hóa bê tơng Xi măng sử dụng nghiên cứu xi măng Nghi Sơn dân dụng PCB40, có khối lượng riêng 3,12 tấn/m3 2.1.1.4 Phụ gia Phụ gia chất bổ sung vào bê tông bên cạnh nước, xi măng cốt liệu để cải thiện tính chất khả làm việc bê tơng, đẩy nhanh q trình đơng kết, khơ cứng 122 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 Mỗi loại phụ gia có tác dụng khác tùy vào yêu cầu sử dụng Trong nghiên cứu sử dụng phụ gia hóa dẻo sikament R7 để giảm lượng nước cho bê tông Phụ gia sử dụng có khối lượng riêng 1,15 tấn/m3 2.1.2 Thiết kế thành phần bê tông Nghiên cứu sử dụng phương pháp thiết kế thành phần cấp phối bê tông theo tiêu chuẩn ACI-211.1-91 [2] Ba hỗn hợp bê tơng có thành phần bảng 1, với tỷ lệ nước-xi măng 0,40 Hỗn hợp bê tông M1 sử dụng cốt liệu có đường kính hạt lớn 25mm Hỗn hợp bê tông M2 M3 sử dụng cốt liệu có đường kính hạt lớn 15mm Mục đích thiết kế hỗn hợp bê tơng M1 M2 để đánh giá ảnh hưởng đường kính cốt liệu lên cường độ chịu nén độ lưu động bê tông Hỗn hợp bê tông M2 M3 sử dụng cốt liệu có đường kính hạt lớn 15mm, có hàm lượng nước phụ gia khác Hỗn hợp M3 có hàm lượng nước nhiều hơn, sử dụng phụ gia hóa dẻo hỗn hợp M2 So sánh hỗn hợp M2 M3 để đánh giá ảnh hưởng hàm lượng nước lên cường độ nén bê tông, ảnh hưởng phụ gia hóa dẻo lên độ lưu động bê tông tươi Bảng Thành phần bê tông thiết kế Hỗn hợp bê tông Tỷ lệ N/X M1 (Dmax =25 mm) M2 (Dmax =15 mm) M3 (Dmax =15 mm) 0,40 Xi măng (kg) 457 457 550 Cát (kg) 841 841 659 Đá (kg) 962 962 962 Nước (kg) 175 175 218 Phụ gia (kg) 7,5 7,5 2.1.3 Phương pháp thí nghiệm Tất thí nghiệm báo thực xưởng thực hành khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Hồng Đức 2.1.3.1 Trộn bê tông Trong nghiên cứu sử dụng máy trộn bê tơng dung tích 450 lít hình 1(a) Sau trộn xong, hỗn hợp bê tông đổ khay hình 1(b) để kiểm tra độ sụt (a) (b) Hình a) Máy trộn; b) Hỗn hợp bê tơng sau trộn 123 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 2.1.3.2 Đo độ sụt Độ sụt hay độ lưu động vữa bê tông, dùng để đánh giá khả dễ chảy hỗn hợp bê tông tác dụng trọng lượng thân rung động Độ sụt xác định theo TCVN 3105-93 [1] ASTM C143 [4] Dụng cụ đo hình nón cụt Abrams, gọi Abrams, có kích thước 203×102×305mm, đáy miệng hở Que đầm hình trịn có đường kính 16mm, dài 600mm Cho hỗn hợp bê tơng vào hình nón cụt thành ba lần, lần 1/3 thể tích hình nón đầm chặt 25 lần Sau gạt bỏ phần bê tơng thừa đỉnh nón, từ từ nâng hình nón theo phương thẳng đứng để hỗn hợp bê tơng sụt xuống Độ sụt 305mm trừ chiều cao bê tơng tươi Hình thể độ sụt bê tơng sau tháo hình nón cụt Hình Độ sụt bê tơng sau tháo hình nón cụt 2.1.3.3 Đúc mẫu Khn đúc mẫu thí nghiệm có hình trụ trịn đường kính 10cm, cao 20cm Với hỗn hợp bê tông thiết kế trên, sau kiểm tra độ sụt, tiến hành đổ bê tông vào khuôn thành ba lớp, lớp đầm 25 lượt Sau đầm xong lớp cuối gạt đến miệng khuôn đúc làm phẳng bề mặt mẫu hình Hình Mẫu bê tơng vừa đúc xong 2.1.3.4 Bảo dưỡng mẫu Bảo dưỡng mẫu bê tông nhằm cung cấp nước đầy đủ suốt trình diễn phản ứng thủy hóa xi măng Sau đúc mẫu ngày, bê tông hóa cứng tháo khn, đem cân khối lượng mẫu ngâm vào bể nước để bảo dưỡng Hình thể mẫu bê tông sau tháo khn bảo dưỡng bể nước 124 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 a) b) Hình a) Mẫu bê tơng sau tháo khuôn; b) Bảo dưỡng mẫu bê tông 2.1.3.5 Nén mẫu Mẫu bê tông sau bảo dưỡng đem nén để kiểm tra cường độ Trong nghiên cứu sử dụng máy nén bê tông Controls 300 để xác định cường độ nén mẫu (Hình 5) Cường độ nén mẫu lực nén lớn chia cho diện tích bề mặt mẫu Các mẫu nén sau 3, 7, 14 28 ngày bảo dưỡng Mỗi lần thí nghiệm với mẫu thử, lấy giá trị trung bình Hình Thí nghiệm nén mẫu bê tông 2.2 Kết thảo luận 2.2.1 Đặc tính bê tơng tươi Đặc tính bê tơng tươi hỗn hợp thể bảng Khối lượng trung bình mẫu xấp xỉ nhau, sai khác lớn 3% Hỗn hợp M1 có độ sụt lớn mẫu M2, có nghĩa đường kính cốt liệu lớn độ lưu động bê tơng cao Điều giải thích Shetty (2000) [11] theo đó, tổng diện tích bề mặt hạt cốt liệu lớn nhỏ tổng diện tích bề mặt hạt cốt liệu nhỏ dẫn đến lượng nước bề mặt hạt cốt liệu lớn nhiều bề mặt hạt cốt liệu nhỏ (với hàm lượng nước nhau) Vì độ sụt hỗn hợp M1 sử dụng cốt liệu Dmax=25mm lớn độ sụt hỗn hợp M2 sử dụng cốt liệu Dmax=15mm Hỗn hợp M2 có độ sụt lớn nhiều so với hỗn hợp M3 Kết việc sử dụng hàm lượng phụ gia hóa dẻo hỗn hợp M2 nhiều so với hỗn hợp M3 Chú ý ba hỗn hợp thiết kế có tỷ lệ nước-xi măng 0,40 125 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 Bảng Đặc tính hỗn hợp bê tơng tươi Hỗn hợp M1 (Dmax =25 mm) M2 (Dmax =15 mm) M3 (Dmax =15 mm) Độ sụt (cm) 20 18 Khối lượng mẫu trung bình (g) 4063 3962 3934 2.2.2 Cường độ nén C­êng ®é nÐn (MPa) 50 40 30 20 M1 M2 10 M3 0 14 21 Ngµy ti (ngµy) 28 35 Hình Sự phát triển cường độ mẫu bê tơng Hình thể phát triển cường độ nén mẫu bê tơng theo thời gian Hình thể mẫu bê tơng sau thí nghiệm bị nén vỡ Cường độ nén hỗn hợp M2 lớn cường độ nén hỗn hợp M1 Kết đồng thuận với nghiên cứu trước [9,10,12-15]; kích cỡ cốt liệu cao cường độ chịu nén giảm Đường kính cốt liệu lớn dễ tạo nên lỗ rỗng bên nước bị giữ lại Lâu ngày nước bay tạo nên lỗ rỗng bê tông Mặt khác, lượng nước nhiều bề mặt hạt cốt liệu lớn làm giảm lực bám dính đá vữa xi măng Khi chịu lực, vùng liên kết yếu dễ bị phá hoại Ngược lại, với hỗn hợp bê tông sử dụng đường kính cốt liệu nhỏ hơn, diện tích bề mặt cao hơn, lượng nước bề mặt hơn, dẫn đến lực bám dính vữa xi măng cốt liệu tốt hơn, cường độ chịu nén tốt a) b) c) Hình Các mẫu vỡ sau thí nghiệm: a) Mẫu M1; b) Mẫu M2; c) Mẫu M3 126 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 35.2017 Hỗn hợp M3 sử dụng cốt liệu hỗn hợp M2 (Dmax=15mm), nhiên cường độ nén 28 ngày thấp ba hỗn hợp Nguyên nhân hỗn hợp M3 có hàm lượng nước tương đối cao (218kg) so với hai hỗn hợp lại (175kg), tỷ lệ nước-xi măng (N/X=0,40) Điều giải thích nghiên cứu [3,5,7,8], hàm lượng nước cao, với tỷ lệ nước-xi măng, dẫn tới hàm lượng xi măng cao Lượng nước cao nguyên nhân để lại lỗ rỗng bên bê tông nước bốc Lượng xi măng cao nguyên nhân gây biến dạng co ngót bê tơng thủy hóa Hàm lượng nước xi măng cao nguyên nhân làm giảm chất lượng bê tông Ở ngày tuổi, hỗn hợp M3 có cường độ nén cao nhất, hàm lượng nước xi măng hỗn hợp cao nên tốc độ thủy hóa ban đầu nhanh, làm tăng nhanh cường độ chịu nén bê tông giai đoạn đầu Tuy nhiên, lâu dài, ngày tuổi cao lượng nước xi măng cao lại nguyên nhân làm giảm chất lượng bê tơng phân tích Do cường độ nén hỗn hợp M3 ba hỗn hợp 28 ngày tuổi KẾT LUẬN Ảnh hưởng kích cỡ cốt liệu hàm lượng nước đến cường độ nén độ lưu động bê tông nghiên cứu, kết cho thấy : Độ lưu động hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu có kích cỡ lớn cao độ lưu động hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu có kích cỡ nhỏ Sử dụng phụ gia hóa dẻo làm tăng đáng kể độ lưu động bê tông Cường độ chịu nén bê tông sử dụng cốt liệu có kích cỡ lớn thấp cường độ chịu nén bê tơng sử dụng cốt liệu có kích cỡ nhỏ Hàm lượng nước xi măng ảnh hưởng lớn đến cường độ sớm cường độ lâu dài bê tơng Đó ngun nhân gây cường độ sớm cao cường độ lâu dài thấp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] TCVN 3105 (1993), Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu chế tạo bảo dưỡng mẫu thử ACI 211.1 (1991), Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete, American Concrete Institute, 38 pp Aitcin, P., Neville, A M., and Acker, P (1997), Integrated View of Shrinkage Deformation, Concrete International, 19 (9), pp 35-47 ASTM C143, Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete Hwang, C L., and Hung, M F (2002), Comparison of ACI Mixture Design Algorithm to HPC Densified Mixture Design Algorithm in the Anti-Corrosion and Durability Design, Journal of Chinese Corrosion Engineering, 16 (4), pp 281-296 Kozul, R., and Darwin, D (1997), Effects of Aggregate Type, Size, and Content on Concrete Strength and Fracture Energy, Report No 43, University of Kansas Center for Research, 98 pp Mather, B (2000), Use Less Cement, Concrete International, 22 (11), pp 55-56 127 ... tông Tỷ lệ N/X M1 (Dmax =25 mm) M2 (Dmax =15 mm) M3 (Dmax =15 mm) 0,40 Xi măng (kg) 457 457 550 Cát (kg) 8 41 8 41 659 Đá (kg) 962 962 962 Nước (kg) 17 5 17 5 218 Phụ gia (kg) 7,5 7,5 2 .1. 3 Phương pháp... riêng 1, 15 tấn/m3 2 .1. 2 Thiết kế thành phần bê tông Nghiên cứu sử dụng phương pháp thiết kế thành phần cấp phối bê tông theo tiêu chuẩn ACI- 211 .1- 91 [2] Ba hỗn hợp bê tơng có thành phần bảng 1, ... lâu dài thấp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] TCVN 310 5 (19 93), Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu chế tạo bảo dưỡng mẫu thử ACI 211 .1 (19 91) , Standard Practice for Selecting