5. Tóm Tắt Latts Tiếng Việt (Ncs Lvh).Pdf

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	1,47 MB

Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Lê Việt Hùng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG HẠT VI CẦU RỖNG TỪ TRO BAY (CENOSPHERES) Chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Mã số 952[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Lê Việt Hùng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG HẠT VI CẦU RỖNG TỪ TRO BAY (CENOSPHERES) Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - Năm 2023 Hà Nội, năm 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn Trường Đại học Xây dựng Hà Nội PGS.TS Lê Trung Thành Viện Vật liệu xây dựng Phản biện 1: PGS.TS Lương Đức Long Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Duy Hiếu Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Thanh Sang Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường họp Trường Đại học Xây dựng Hà Nội vào hồi , ngày tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Việt Nam Thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội 1 MỞ ĐẦU SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu phát triển bê tông nhẹ cho kết cấu chịu lực cơng trình tiến hành nhiều nơi giới Loại bê tông vừa đảm bảo cường độ, độ bền bê tông thông thường, vừa mang lại nhiều lợi ích giảm tải trọng cơng trình, giảm kích thước kết cấu, tăng tính cách âm, cách nhiệt, chống động đất, chống cháy, dễ dàng vận chuyển, thi công, lắp đặt, v.v…Bê tông sử dụng cho kết cấu chịu lực cơng trình ngày yêu cầu cao cường độ độ bền lâu Bê tông sử dụng cho kết cấu dự ứng lực đòi hỏi chất lượng cao so với bê tông sử dụng cho kết cấu thông thường, cụ thể cường độ chịu nén thường yêu cầu lớn 40 MPa, phát triển cường độ nhanh, tiêu chống thấm, hút nước tiêu độ bền lâu khác yêu cầu cao so với bê tông thông thường Trong khoảng mười năm trở lại đây, sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly Ash CenosphereFAC) cho chế tạo loại bê tông nhẹ cho xây dựng nhiều nhà nghiên cứu quan tâm phát triển Sử dụng FAC làm vật liệu nhẹ cho chế tạo bê tông có nhiều ưu điểm cho cường độ có thể đạt 40 MPa, độ hút nước thấp, tương đương với bê tông thông thường Loại bê tông nhẹ có thể phân loại bê tông nhẹ cường độ cao với nhiều ưu điểm vượt trội so với loại bê tông cốt liệu nhẹ truyền thống Tuy nhiên, việc nghiên cứu phát triển bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng FAC hạn chế giới, đặc biệt Việt Nam FAC có thể thu hồi từ tro bay nhà máy nhiệt điện đốt than phun Việt Nam với tỷ lệ 80-85% tổng lượng tro xỉ phát sinh khoảng 17 triệu tấn/năm (năm 2021) Với hàm lượng FAC tro bay trung bình khoảng 0,3-1,5 % tổng lượng FAC lý thuyết có thể thu hồi (32.640-163.200) tấn/năm Trên sở yêu cầu từ thực tiễn vấn đề khoa học đặt đối với việc phát triển loại bê tông nhẹ cường độ cao, đề tài lựa chọn hướng nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay nhà máy nhiệt điện Việt Nam Với định hướng đó, đề tài luận án đề xuất “Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (cenospheres)” MỤC ĐÍCH NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay cho kết cấu bê tông chịu lực cơng trình xây dựng, đảm bảo cường độ chịu nén lớn 40 MPa, KLTT không lớn 2000 kg/m3 sở vật liệu sẵn có Việt Nam, đó tập trung với loại có KLTT khoảng 1300-1600 kg/m3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Loại bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay cenosphere (FAC-HSLWC) với cường độ chịu nén lớn 40 MPa, KLTT không lớn 2000 kg/m3 sở vật liệu sẵn có Việt Nam, đó tập trung nghiên cứu tính chất lý, ứng dụng với loại có KLTT khoảng 1300-1600 kg/m3 3.2 Phạm vi nghiên cứu ✓ Lựa chọn vật liệu thành phần cấp phối cho bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC-HSLWC) có cường độ chịu nén lớn 40 MPa, KLTT không lớn 2000 kg/m3 sở vật liệu nước Vật liệu chủ yếu gồm: xi măng poóc lăng (XM) phụ gia khoáng (PGK) gồm silica fume (SF) xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS); Cốt liệu: cát tự nhiên hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) vật liệu khác: phụ gia siêu dẻo, cốt sợi polypropylene (sợi PP) ✓ Xây dựng mơ hình dự đốn cường độ cho FAC-HSLWC ✓ Xây dựng phương pháp tính tốn thành phần cấp phới cho FAC-HSLWC ✓ Tính chất kỹ thuật FAC-HSLWC: tính chất hỗn hợp bê tơng, tính lý độ bền lâu ✓ Ứng xử cấu kiện sàn bê tông cốt thép sử dụng FAC-HSLWC 2 CƠ SỞ KHOA HỌC ✓ Việc nghiên cứu chế tạo FAC-HSLWC dựa sở lý thuyết nâng cao cường độ độ bền lâu bê tông đó gồm nguyên tắc: tối ưu thành phần hạt vật liệu thành phần để hỗn hợp vật liệu có độ đặc lớn nhất; tăng cường đồng cấu trúc bê tông lựa chọn cỡ hạt cốt liệu lớn phù hợp; nâng cao cường độ CKD vùng chuyển tiếp đá xi măng cốt liệu; nâng cao cường độ uốn/kéo, khả kháng nứt cốt sợi phân tán ✓ Mơ hình dự đốn cường độ nén xây dựng sở quy luật quan hệ cường độ nén bê tông với cường độ nén xi măng, tỷ lệ nước/xi măng (N/XM) yếu tớ cấp phới đến cường độ nén Mơ hình dự đốn cường độ cho FAC-HSLWC thiết lập qua hàm hồi quy khơng tuyến tính từ kết thực nghiệm ✓ Phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC xây dựng sở phương pháp tối ưu thành phần cỡ hạt vật liệu thành phần, tỷ lệ chất kết dính/cớt liệu (CKD/CL) tới ưu, cơng thức tính KLTT bê tơng dựa tỷ lệ FAC thay cát, mơ hình dự đốn cường độ nén theo thông số thành phần cấp phối bê tông thiết lập từ kết nghiên cứu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: ✓ Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập tài liệu kỹ thuật có liên quan để tổng hợp, phân tích làm sở cho việc thiết lập chương trình nghiên cứu ✓ Nghiên cứu thực nghiệm: thực nghiệm theo phương pháp tiêu chuẩn phương pháp phi tiêu chuẩn Phương pháp tiêu chuẩn chủ yếu thực theo TCVN số tiêu chuẩn phổ biến giới Các phương pháp phi tiêu chuẩn sử dụng phương pháp áp dụng phổ biến cho nghiên cứu lĩnh vực vật liệu, bê tông, kết cấu bê tơng phương pháp chụp kính hiển vi điện từ (SEM), phân tích nhiệt vi sai (DTA/TGA), phương pháp xác định độ lèn chặt hỗn hợp vật liệu, phương pháp xác định độ nhớt hỗn hợp vữa xi măng NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI ✓ Đã xây dựng mơ hình dự báo cường độ nén FAC-HSLWC có tính đến yếu tớ ảnh hưởng đến cường độ nén FAC-HSLWC bao gồm thành phần CKD (thông qua cường độ CKD), tỷ lệ CKD/cốt liệu, tỷ lệ FAC thay cát, Dmax cốt liệu, hàm lượng sợi PP ✓ Đã xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối FAC-HSLWC đảm bảo mục tiêu cường độ nén từ 40-80 MPa KLTT 1300-2000 kg/m3 ✓ Đã xác định sớ tính chất kỹ thuật chủ yếu FAC-HSLWC ứng dụng cho kết cấu chịu lực bao gồm: (1) tính cơng tác HHBT; (2) tính chất lý bê tông (cường độ nén, cường độ uốn, mô đun đàn hồi, hệ sớ poatxon; (3) tính chất độ bền lầu bê tông (độ co khô, độ hút nước, chống thấm ion clo, bền sun phát) ✓ Đã đánh giá khả làm việc sàn BTCT dự ứng lực sử dụng FAC-HSLWC với sàn BTCT sử dụng bê tông thông thường với cấp cường độ nén BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Kết cấu luận án gồm phần Mở đầu, chương, Kết luận chung kiến nghị, 36 bảng, 97 biểu đồ, trình bày 149 trang khơng kể phần phụ lục 1.1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU 1.1.1 Khái niệm phân loại bê tơng nhẹ 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tông nhẹ kết cấu Đối với bê tông cốt liệu nhẹ có khả sử dụng làm kết cấu chịu lực cơng trình, tiêu chuẩn qui định cường độ nén tối thiểu 17 MPa, thực tế bê tông nhẹ thường sử dụng với loại có cường độ 21-35 MPa Các cơng trình nhà cao tầng, cơng trình cầu đường thường sử dụng loại bê tông nhẹ cường độ cao (cường độ nén thường khoảng 35-41 MPa với KLTT khoảng 16801920 kg/m3 Các loại cốt liệu sử dụng cho chế tạo loại bê tông nhẹ thường cốt liệu nhẹ nhân tạo chế tạo từ đất sét, đá phiến sét, phiến sét nung phồng nở Tùy thuộc vào chất lượng, KLTT cốt liệu nhẹ, cường độ nén bê tông cốt liệu nhẹ đạt khoảng 20-55 MPa với KLTT khoảng 1440-1920 kg/m3, tương ứng với cường độ riêng đạt khoảng 20-30 kPa/kg.m-3 Đặc điểm loại cốt liệu nhẹ nung nở có cấu trúc xốp lớn, nên chúng bị có khả hút nước lớn (độ hút nước thường 10-25%), điều làm khó khăn kiểm sốt tính cơng tác hỗn hợp bê tơng tính bê tơng thay đổi KLTT, thay đổi thể tích bê tông tiếp xúc môi trường ẩm 1.1.3 Bê tông nhẹ cường độ cao ứng dụng Theo ACI 213-14 bê tơng nhẹ cường độ cao (High-Strength Lightweight Concrete- HSLWC) loại bê tông nhẹ kết cấu có cường độ lớn 40 MPa 1.1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng bê tơng nhẹ Việt Nam Tại Việt Nam có nghiên cứu ứng dụng loại bê tông nhẹ phổ biến bê tông tổ ong, bê tông cốt liệu rỗng từ keramzit, tro bay, hạt polystyrene Tuy nhiên, nghiên cứu sử dụng FAC cho chế tạo bê tông nhẹ vấn đề Việt Nam, chưa có nghiên cứu thực FAC Việt Nam có khả thu hồi với sớ lượng lớn từ nhà máy nhiệt điện đốt than 1.2 1.2.1 BÊ TƠNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE Giới thiệu bê tơng nhẹ sử dụng cenosphere Bê tông nhẹ sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Fly Ash Cenosphere Lightweight Concrete- FAC LWC) hiểu loại bê tông nhẹ sử dụng hệ chất kết dính xi măng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) có KLTT nhẹ bê tơng thơng thường Hình 1.1 Hạt cenosphere cấu trúc bê tơng chứa cenosphere điển hình Nghiên cứu mở đầu việc sử dụng FAC hệ chất kết dính xi măng từ năm 1984, phải đến ći kỷ 20 nghiên cứu FAC vai trị cốt liệu nhẹ cho bê tông nhẹ có KLTT thấp, cường độ thấp, chủ yếu đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cách nhiệt Gần số nghiên cứu chế tạo thành công bê tông nhẹ gọi siêu bê tông nhẹ (ULWC) với KLTT 1154-1471 kg/m3, cường độ nén 28 ngày đạt 33,0-69,4 MPa, cường độ uốn MPa, hệ số dẫn nhiệt thông thường đạt khoảng 0,3 đến 0,8 W/m.K, thấp nhiều so với bê tông thông thường khoảng 1,9 W/m.K 1.2.2 Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Cenosphere) Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) hạt hình cầu với thành phần alumo silicat tương tự hạt tro bay KLTT hạt chúng thường khoảng 0,4-0,9 g/cm3, kích thước hạt khoảng 1-400 m, với hạt chủ yếu khoảng 20-300 m, chiều dày thành vách khoảng 1-18 m Các hạt FAC có khả chống nén dập khả chớng thấm khí nước cao Chính vậy, chúng thích hợp sử dụng cho chế tạo bê tơng nhẹ cường để nâng cao cường độ giảm KLTT Hàm lượng cenosphere tro bay khoảng 0,3-1,5 % với ước tính lượng tro xỉ phát sinh hàng năm khoảng 17 triệu tổng lượng cenosphere lý thuyết có thể thu hồi (32.640-163.200) tấn/năm Thành phần hóa học khống cenosphere tương tự hạt tro bay Các hạt FAC chứa khống silica vơ định hình có khả tạo phản ứng puzolanic tạo khống C-S-H hệ chất kết dính xi măng mức độ thấp nhiệt độ thường, mức độ hoạt tính tăng lên với nhiệt độ bảo dưỡng bê tơng 4 1.2.3 Một số tính chất bê tơng nhẹ cenosphere 1.2.3.1 Tính chất hỗn hợp bê tơng Có nghiên cứu xác định tính chất hỗn hợp bê tơng FAC Tính cơng tác hỗn hợp bê tông FAC LWC xác định qua độ chảy theo phương pháp thử độ chảy vữa Độ chảy hỗn hợp bê tông FAC LWC thông thường khống chế khoảng 150-220 mm Hàm lượng bọt khí hỗn hợp bê tơng FAC LWC cao so với bê tông thông thường 1.2.3.2 Tính chất bê tơng 1.2.3.2.1 Khới lượng thể tích cường độ nén Khới lượng thể tích bê tông FAC LWC phụ thuộc nhiều vào hàm lượng FAC, tỷ lệ N/CKD có mặt cốt liệu lớn cốt liệu nhỏ, có thể đạt từ 1075-2000 kg/m3 Với KLTT bê tông FAC LWC nhỏ 1600 kg/m3, hầu hết nghiên cứu bê tông FAC LWC khơng sử dụng cớt liệu khác ngồi FAC Các tính chất cường độ cường độ riêng bê tông FAC LWC đạt tốt phổ biến từ 30-68 MPa 40-47 kPa/kg.m-3 tương ứng 1.2.3.2.2 Cường độ uốn cường độ uốn/kéo Tương tự bê tông cốt liệu nhẹ khác, bê tông FAC LWC có cường độ chịu uốn kéo thấp so với cường độ nén (thể tính giịn bê tơng) Chính vậy, nghiên cứu FAC LWC thường sử dụng cốt sợi PVA, PE, PP để cải thiện khả kháng uốn bê tông Cường độ uốn bê tông FAC sử dụng kết hợp cốt sợi số nghiên cứu chủ yếu khoảng 5-8 MPa với KLTT 1200-1900 kg/m3 1.2.3.2.3 Mô đun đàn hồi Mô đun đàn hồi bê tông phụ thuộc chủ yếu vào cường độ KLTT chúng Do KLTT thấp, nên giống tự loại bê tông nhẹ khác, bê tông FAC có mô đun đàn hồi thấp so với cường độ nén nó giảm tỷ lệ với KLTT chúng Với cường độ nén khoảng 33-69,4 MPa, cho mô đun đàn hồi khoảng 10,4-17,0 GPa 1.2.3.2.4 Độ bền lâu Khả chống thấm bê tông FAC LWC chưa nghiên cứu rõ ràng Đã có nghiên cứu hạt FAC có độ hấp thụ nước lớn cát gấp 18 lần, độ hút nước chênh lệch không lớn tốc độ thấm nước lại lớn bê tông thông thường Khả thấm nước hay chất lỏng, khí yếu tớ quan trọng liên quan đến độ bền lâu bê tông mơi trường xâm thực Chính vây, cần phải có nghiên cứu chuyên sâu để làm rõ tính chất đới với bê tơng FAC LWC 1.2.3.2.5 Co ngót Cho đến nay, cịn nghiên cứu co ngót FAC LWC, FAC LWC hệ chất kết dính xi măng với hàm lượng xi măng lớn không sử dụng khung cốt liệu đặc bê tông thông thường, co ngót FAC LWC lớn bê tông thông thường CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG MƠ HÌNH CƯỜNG ĐỘ NÉN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC Không giống bê tông thông thường, kể bê tông cốt liệu nhẹ phổ biến keramzit, cốt liệu nhẹ tự nhiên, cốt liệu lớn thường không sử dụng cho bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng FAC (FAC-HSLWC) để đảm bảo KLTT thấp, giảm khả bị phân tầng Chính đặc điểm dẫn đến số vấn đề cần giải với thành phần cấp phới bê tơng FAC-HSLWC: 1) Diện tích bề mặt hệ lớn dẫn đến tăng lượng nước trộn tỷ lệ N/CKD: Đưa lượng lớn hạt vi cầu rỗng FAC vào hỗn hợp bê tông để đạt KLTT bê tông đặt kèm theo làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc pha hệ, điều làm giảm tính linh động hỗn hợp bê tông, dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm chế tạo Ngoài ra, độ hấp thụ nước FAC lớn cát nên điều góp phần làm tăng lượng nước nhào trộn 2) Vùng chuyển tiếp bám dính yếu đá xi măng hạt FAC Các hạt vi cầu với đặc tính bề mặt nhám thấp, dẫn đến độ bám dính bề mặt vi cầu đá xi măng thấp Điều làm giảm tính liên kết vi cấu trúc bê tơng dẫn đến ảnh hưởng cường độ độ bền bê tơng 5 3) Bê tơng có tính giịn độ co ngót lớn, dễ nứt Để đảm bảo cường độ độ bền lâu bê tơng cần thiết phải sử dụng hàm lượng xi măng lớn, kèm với tỷ lệ N/X thấp Với hàm lượng xi măng cao tỷ lệ N/X thấp nhiều khả gây nội ứng suất, vượt khả chịu kéo bê tơng Ngồi ra, FAC-HSLWC khơng có khung cốt liệu đặc bê tông thông thường hàm lượng đá xi măng cao Các đặc tính làm tăng tính giịn FAC- HSLWC 4) Chưa có phương pháp thiết kế cấp phối thống cho bê tông sử dụng FAC Do bê tông FAC-HSLWC không chứa cốt liệu lớn nên không thể áp dụng phương pháp thiết kế cấp phối bê tông sử dụng loại cốt liệu nhẹ phổ biến ACI 211.2 hay CEB/FIP Để xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối bê tông FAC-HSLWC cần thiết phải xác định yếu tớ ảnh hưởng đến tính bê tơng, đó hai tính cường độ KLTT FAC-HSLWC Các nội dung trình bày sở khoa học để giải vấn đề nêu 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO FAC-HSLWC 2.1.1 Cơ sở khoa học lựa chọn cốt liệu cho FAC-HSLWC Để hạn chế phân tầng hỗn hợp bê tông số nguyên tắc ra: (1) tăng độ lèn chặt cho hỗn hợp cốt liệu làm giảm phân tầng; (2) hệ cốt liệu có cấp phối liên tục bị phân tầng so với hệ cấp phới gián đoạn; (3) Giảm kích thước lớn cốt liệu giảm phân tầng so với hệ có phân bố cỡ hạt sử dụng cốt liệu có Dmax lớn hơn; (4) Tăng tỷ lệ hạt nhỏ hệ làm giảm mức độ phân tầng; (5) giảm chênh lệch KLTT loại cốt liệu làm giảm mức độ phân tầng Theo nguyên tắc đó, cốt liệu cho bê tông FAC-HSLWC lựa chọn loại cỡ hạt để đảm bảo độ lèn chặt lớn, cốt liệu Dmax nhỏ, tăng tỷ lệ hạt mịn sử dụng loại vật liệu chênh lệch KLTT Các hạt FAC có kích thước chủ yếu khoảng 45-250 m, nghiên cứu cốt liệu cho FAC-HSLWC lựa chọn gồm FAC kết hợp cớt liệu dạng cát tự nhiên với kích thước hạt lớn đến 5,0 mm để đảm bảo dải hạt liên tục, hạn chế phân tầng 2.1.2 Cơ sở khoa học sử dụng PGK cho FAC-HSLWC PGK nghiên cứu sử dụng đề tăng bám dính cải thiện đặc cho vùng ITZ hạt FAC đá xi măng FAC-HSLWC Trong nghiên cứu này, PGK thành phần CKD cho hệ FAC-HSLWC định hướng SF GGBFS với kích cỡ hạt từ mịn đến siêu mịn Các hạt PGK với xi măng có khả điền vào lỗ rỗng tạo hạt có kích thước lớn cát hạt FAC với kích thước hạt trung bình khoảng 100-120 m để tạo cấu trúc đặc cho bê tông 2.1.3 Cơ sở khoa học dùng cốt sợi phân tán polypropylene Sợi polypropylene (PP) loại sợi dùng phổ biến cho bê tông Bê tông sử dụng sợi PP đánh giá cải thiện khả kháng nứt bê tông kiểm soát lan truyền vết nứt cấu trúc bê tông Các sợi PP bê tông có vai trị cầu nới vết nứt hình thành bê tông chịu tác động tải trọng, đó ngăn cản việc phát triển vết nứt Ngoài ra, sử dụng sợi PP biện pháp hữu hiệu để giảm co ngót bê tông 2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ NÉN CHO FACHSLWC 2.2.1 Một số mơ hình dự đốn cường độ bê tơng Nhiều mơ hình dự đốn cường độ nén bê tơng phát triển Đầu tiên có thể kể đến mơ hình Feret (1892) Mơ hình cường độ bê tơng sau đó nhiều nhà nghiên cứu phát triển Abrams (1919), Bolomey (1935), De Larrard (1993), Popovics (1965) Bolomey (1935) đơn giản công thức Feret dạng mô hình tuyến tính: c f′c = 24,6 [ − 0,5] w (2.1) Mơ hình De Larrard (1993) có tính đến nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông ảnh hưởng đá xi măng (thông qua cường độ nén đá xi măng fcp) cốt liệu bê tông (thông qua MPT): f′c = fcp × MPT −r (2.2) Có thể thấy mơ hình dự đốn cường độ de Larrard tồn diện tính đến ảnh hưởng tính chất của: đá xi măng (thông qua cường độ thành phần đái xăng dựa công thức Feret); thể tích Dmax cớt liệu (thơng qua thơng sớ MPT) Với hệ FAC-HSLWC, áp dụng mơ hình dự đốn cường độ de Larrard, đó cốt liệu hỗn hợp FAC cát, Dmax cốt liệu Dmax cát, CKD hệ đa cấu tử gồm xi măng OPC PGK Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số mô hình dự đốn cường độ bê tơng 2.2.2 Một số mơ hình dự đốn cường độ với bê tơng cốt liệu nhẹ Một sớ mơ hình dự đốn cường độ nén bê tông cốt liệu nhẹ (LWAC) đề xuất CEB/FIB (1983), mơ hình khác phát triển sở cải tiến công thức CEB/FIB dạng hàm logarit cường độ cớt liệu nhẹ vữa Nhìn chung, mơ hình dự đốn cường độ cho LWAC tính đến ảnh hưởng nhiều yếu tớ tỷ lệ N/X, cường độ nén xi măng vữa, KLTT LWA, cường độ nén dập LWA, thể tích LWA Tuy nhiên, việc áp dụng mơ hình dự đốn cường độ với hệ FAC-HSLWC khó khăn việc xác định cường độ nén dập xi lanh hạt kích thước nhỏ hạt FAC 2.2.3 Hướng đề xuất xây dựng mơ hình dự đốn cường độ nén cho hệ FAC-HSLWC đề xuất Mơ hình dự đoán cường độ cho FAC-HSLWC đề xuất dựa yếu tớ ảnh hưởng đến cường độ bê tông cường độ đá CKD, hàm lượng CKD, loại hàm lượng cốt liệu (cát FAC), loại hàm lượng cốt sợi phân tán Cường độ nén 28 ngày (R28) FAC-HSLWC hàm yếu tố vừa nêu Việc định lượng yếu tố ảnh hưởng đến R28 FAC-HSLWC thiết lập dựa theo sớ cơng thức dự đốn cường độ bê tơng nêu phần tổng quan Chi tiết xây dựng mơ hình dự đốn cường độ nén cho FAC-HSLWC trình bày Chương 2.3 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC 2.3.1 Các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông bê tông nhẹ Đối với hệ FAC-HSLWC đặc tính khác biệt hạt FAC so với hạt cát nhẹ cấp phối không sử dụng cốt liệu lớn nên không thể sử dụng phương pháp thiết kế cấp phối bê tông nhẹ thông thường phương pháp ACI 211.2-98 (2004) Các phương pháp thiết kế cấp phối đối với bê tông tính cao dựa sở lựa chọn sử dụng loại vật liệu phù hợp tối ưu hóa thành phần cỡ hạt Với hỗn hợp bê tông có tỷ lệ N/CKD, tăng độ lèn chặt hỗn hợp vật liệu làm tăng lượng nước tự hệ, cịn đới với hỗn hợp bê tông có hàm lượng hồ chất kết dính, độ lèn chặt cớt liệu lớn làm tăng lượng hồ dư thừa hệ Một số phương pháp thiết kế cấp phối cho LWAC thiết lập sở Với cách tiếp cận này, cấp phối bê tông thiết kế có tỷ lệ N/CKD độ lèn chặt tốt, giảm thiểu độ rỗng cấp hạt qua đó tăng đặc cấu trúc cho hệ LWAC 2.3.2 Hướng đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC đề xuất Hướng xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC đảm bảo hai yếu tố cường độ nén KLTT bê tông sở sau Nguyên tắc thiết kế cấp phối FAC-HSLWC dựa tối ưu thành phần CKD bao gồm xi măng, SF, GGBFS sở thực nghiệm theo phương pháp lèn chặt nén tính tốn từ mơ hình lèn chặt nén De Larrard; Xây dựng mối quan hệ tỷ lệ CKD/CL tính cơng tác, cường độ nén; Thiết lập mối quan hệ cường độ nén với yếu tớ ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD, tỷ lệ CKD/CL, tỷ lệ FAC/CL; Thiết lập mối quan hệ KLTT bê tông nhẹ, bê tông 100% cốt liệu cát để tính lượng cớt liệu nhẹ thay cốt liệu cát 3.1 CHƯƠNG VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 3.1.1 Xi măng Xi măng sử dụng nghiên cứu xi măng poóc lăng PC50 Nghi Sơn, với cỡ hạt trung bình 15 m 7 3.1.2 Silica fume Silica fume (SF) sử dụng nghiên cứu sản phẩm microsilica dạng rời không nén, với cỡ hạt trung bình 0,151 m 3.1.3 Xỉ hạt lị cao nghiền mịn Xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) sử dụng cho nghiên cứu loại S95, dải hạt chủ yếu khoảng 1-45 m, cỡ hạt trung bình 7,8 m 3.1.4 Cenosphere Đề tài sử dụng cenosphere (FAC) tuyển từ tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại FAC sử dụng có dải hạt khoảng 10-300 m, tập trung chủ yếu khoảng 45-250 m, kích thước hạt trung bình 117 m Hình 3.1 Mẫu cenosphere hình dạng nó qua chụp SEM 3.1.5 Cốt liệu cát Cốt liệu sử dụng cho nghiên cứu cát sông, loại cát dùng cho bê tông Cát phân thành loại theo cỡ hạt lớn (Dmax) 0,315, 0,63, 1,25, 2,5 5,0 mm sàng 3.1.6 Phụ gia siêu dẻo Phụ gia hóa học sử dụng cho mẫu thí nghiệm phụ gia siêu dẻo ViscoCrete 3000-20 hãng Sika Khả giảm nước 36,5% 3.1.7 Sợi Polypropylene (sợi PP) Sợi polypropylene (PP) loại sợi không thấm nước, bền kiềm muối clorua Loại sợi sử dụng nghiên cứu sợi chiều dài 12-18 mm, sợi đơn (monofilament) 3.1.8 Nước trộn Nước dùng để trộn bê tông đề tài nước máy sinh hoạt thành phố Hà Nội Nước trộn thỏa mãn yêu cầu theo tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 “Nước trộn bê tông vữa -Yêu cầu kỹ thuật” 3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3.2.1 Các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn Luận án sử dụng phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn Việt Nam giới để thí nghiệm, xác định tính chất lý nguyên vật liệu sử dụng, tính chất hồ xi măng, HHBT bê tơng 3.2.1.1 Thí nghiệm khả chịu tải cấu kiện BTCT FAC-HSLWC Cấu kiện BTCT đúc sẵn sử dụng FAC-HSLWC thí nghiệm khả chịu tải theo TCVN 9347:2012 sử dụng phương pháp gia tải liên tục kích thủy lực 3.2.2 Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn Sử dụng phương pháp phân tích hóa lý đại XRD, XRF, nhiễu xạ laze, chụp kính hiển vi điện tử (SEM); Độ nhớt HHBT xác định nhớt kế; phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA xác định hàm lượng CH; Độ lèn chặt hỗn hợp FAC-HSLWC xác định thơng qua theo mơ hình lèn chặt dạng nén (Compressive Packing Model - CPM) De Larrard (1999) kiểm chứng với xác định theo phương pháp thực nghiệm rung+ép với áp lực 10 kPa 3.2.2.1 Phương pháp trộn bê tông Máy trộn sử dụng nghiên cứu máy trộn hành tinh loại L, 20 L máy trộn trục ngang 60 L 3.2.2.2 Phương pháp bảo dưỡng bê tông Các chế độ bảo dưỡng mẫu FAC-HSLWC sử dụng bao gồm: (1) chế độ bảo dưỡng tiêu chuẩn; (2) Chế độ bảo dưỡng nhiệt ẩm 70 oC, 90 oC autoclave 210 oC 8 4.1 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FACHSLWC NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CKD PHÙ HỢP CHO FAC-HSLWC 4.1.1 Lựa chọn thành phần CKD theo độ lèn chặt tối ưu Đầu tiên, thành phần CKD gồm XM, SF, GGBFS lựa chọn dựa theo độ lèn chặt tối ưu CKD Kết tính tốn độ lèn chặt (packing density - PD) CKD với loại tỷ lệ PGK khác thể Hình 4.1 cho thấy độ lèn chặt CKD chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ SF, đạt giá trị cao 0,767 với tỷ lệ SF 30% XM 70% theo thể tích, tương ứng với tỷ lệ SF XM theo khối lượng 23,3% 76,7% Khi tăng SF lên 30% độ lèn chặt CKD giảm Hình 4.1 Độ lèn chặt CKD bao gồm xi măng PGK với loại tỷ lệ khác Hình 4.2 Bề mặt biều diễn vav biều đồ đường đồng mức độ lèn chặt với hệ CKD cấu tử (XM-SF-GGBFS) 4.1.2 Lựa chọn thành phần CKD theo phương pháp tối ưu tính cơng tác cường độ nén Từ thành phần CKD tới ưu theo phương pháp tính tốn lý thuyết độ lèn chặt, thành phần hợp lý CKD lựa chọn sở đảm bảo tối ưu tính cơng tác cường độ nén CKD lớn theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm Bảng 4.1 Cấp phới kết thí nghiệm CKD theo mơ hình thiết kế tới ưu D Thành phần CKD (% wt) STT 10 11 12 13 14 15 16 OPC SF 0,90 0,90 0,85 0,75 0,70 0,70 0,64 0,60 0,51 0,51 0,46 0,45 0,30 0,30 0,30 0,30 0,00 0,00 0,15 0,10 0,30 0,30 0,00 0,15 0,00 0,00 0,30 0,16 0,30 0,30 0,10 0,10 Vữa CKD Tỷ lệ cát/CKD PGSD Độ chảy GGBFS (theo KL) (%wt CKD) (mm) 0,10 3,0 0,44 198 0,10 3,0 0,44 195 0,00 3,0 0,44 180 0,15 3,0 0,44 188 0,00 3,0 0,44 148 0,00 3,0 0,44 145 0,36 3,0 0,44 195 0,25 3,0 0,44 182 0,49 3,0 0,44 215 0,49 3,0 0,44 216 0,24 3,0 0,44 162 0,39 3,0 0,44 185 0,40 3,0 0,44 168 0,40 3,0 0,44 166 0,60 3,0 0,44 212 0,60 3,0 0,44 210 R3 (MPa) 37,5 37,4 42,2 36,8 44,5 44,6 34,7 35,7 27,2 26,8 39,0 35,3 35,8 35,5 26,5 26,4 R28 (MPa) 58,9 59,2 65,6 61,8 68,3 68,9 57,6 61,4 56,4 55,9 64,4 61,52 60,3 60,6 55,75 54,7 a) Tính cơng tác vữa CKD Từ kết thí nghiệm nêu Bảng 4.1, thông qua ứng dụng D-Optimal thu mơ hình thực nghiệm dạng bậc cho tính công tác CKD sau: Độ chảy = 194,6*A +19,4*B + 227,0*C + 112,1*AB -47,0*AC + 113*BC Design-Expert® Software Design-Expert® Software Component Coding: Actual Component Coding: Actual Độ chảy vữa (mm) Design points above predicted value Design points below predicted value 145 Rn28 (MPa) Design points above predicted value Design points below predicted value 216 54.25 65.9 220 66 X1 = A: OPC X1 = A: OPC X2 = B: SF 64 X2 = B: SF X3 = C: GGBFS X3 = C: GGBFS 62 60 180 Rn28 (MPa) Độ chảy vữa (mm) 200 160 58 56 54 140 52 A (1) A (1) B (0) B (0) C (0.7) C (0) C (0.7) C (0) A (0.3) B (0.7) A (0.3) B (0.7) Hình 4.3 Bề mặt biểu diễn đường đồng mức mơ hình tính cơng tác CKD Hình 4.4 Bề mặt biểu diễn đường đồng mức mơ hình quan hệ R28 thành phần CKD Từ bề mặt biểu diễn đường đồng mức Hình 4.3 từ mơ hình thực nghiệm cho thấy tăng hàm lượng SF từ đến 30% tính cơng tác vữa CKD giảm đáng kể từ khoảng 200 mm x́ng cịn 160 mm Khi CKD gồm OPC SF, tồn giá trị lớn hàm lượng SF để đảm bảo tính cơng tác hỗn hợp vữa 180 mm trở lên, giá trị tính từ mơ hình thực nghiệm khoảng 12,5% Khi kết hợp SF với GGBFS tính cơng tác CKD cải thiện b) Cường độ nén CKD Từ kết thí nghiệm nêu Bảng 4.1, thông qua ứng dụng D-Optimal thu mơ hình thực nghiệm cho cường độ nén ngày 28 ngày sau: R28 = 59*A + 56,8*B + 50,1*C + 32,4*AB + 12,5*AC + 30,8*BC Kết thể Hình 4.4 cho thấy cường độ nén CKD tăng hàm lượng SF tăng từ đến 30% Tuy nhiên mức độ tăng cường độ nén CKD có xu hướng không tăng tăng hàm lượng SF lên khoảng 20% Ngược lại với có mặt SF, tăng hàm lượng GGBFS từ đến 60% làm giảm cường độ tuổi sớm CKD, đến tuổi 28 ngày tồn tỷ lệ GGBFS tối ưu (khoảng 36%) để cường độ R28 CKD đạt giá trị lớn nhất, sau đó cường độ CKD giảm tăng hàm lượng GGBFS Kết tương đồng với kết thí nghiệm phụ thuộc độ lèn chặt hỗn hợp CKD theo thành phần vật liệu SF GGBFS nêu mục c) Tối ưu hóa thành phần CKD chứa OPC-SF-GGBFS Hai thành phần CKD lựa chọn thành phần sở để khảo sát tính chất FAC-HSLWC: 1) Hệ CKD gồm XM-SF: tỷ lệ XM/CKD = 90%; SF/CKD = 10% (các tỷ lệ tính theo khới lượng); 2) Hệ CKD gồm XM-SF-GGBFS: XM/CKD = 54%; SF/CKD = 10%; GGBFS/CKD = 36% (các tỷ lệ tính theo khới lượng) 4.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC 4.2.1 Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu cát cho FAC-HSLWC Ảnh hưởng Dmax cát đánh giá thơng qua tính cơng tác HHBT, tính phân tầng cường độ nén cấp phối FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD=0,5, 0,4, 0,3 tỷ lệ CKD/CL=0,667 tỷ lệ FAC/CL=0,5 theo thể tích Từ kết thí nghiệm cho thấy, hàm lượng PGSD cần thiết để đảm bảo tính cơng tác hỗn hợp bê tông 180-200 mm tăng dần Dmax cốt liệu giảm dần từ mm đến 0,315 mm Kết thí nghiệm xác định độ phân tầng HHBT thể Hình 4.5 cho thấy Dmax cớt tăng từ 0,315 mm đến mm độ phân tầng HHBT tăng rõ ràng, mức độ phân tầng khoảng (1,35-7,29)%, (3,26-10,67)%, (6,22-18,21)% tương ứng với nhóm cấp phối có tỷ lệ N/CKD=0,3, 0,4 0,5 Trên sở kết nghiên cứu ảnh hưởng Dmax cớt liệu cát đến tính cơng tác, độ phân tầng cường độ FAC-HSLWC, đề tài chọn cớt liệu cát có Dmax=0,63 mm để làm cớt liệu sở cho nghiên cứu tính chất FAC-HSLWC 10 Hình 4.6 Ảnh hưởng Dmax cớt liệu đến R28 FAC-HSLWC Hình 4.5 Ảnh hưởng Dmax cốt liệu đến độ phân tầng HHBT 4.2.2 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/CKD cho FAC-HSLWC Trên sở thành phần CKD hợp lý nghiên cứu lựa chọn phần 4.1 với CKD lựa chọn có thành phần 90% XM 10% SF, nghiên cứu tiếp tục thực để tối ưu tỷ lệ hỗn hợp vật liệu cho chế tạo FAC-HSLWC gồm ba thành phần cát, FAC CKD Để tối ưu thành phần hạt hỗn hợp này, đề tài sử dụng phương pháp thực nghiệm xác định độ lèn chặt hỗn hợp vật liệu theo phương pháp đề xuất De Larrard Đây phương pháp xác định độ lèn chặt hỗn hợp vật liệu hạt trạng thái khô có tính đến ảnh hưởng áp lực nén 4.2.2.1 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu CKD theo phương pháp độ lèn chặt tối ưu Từ kết thí nghiệm Bảng 4.2, mơ hình dạng hàm bậc hai độ lèn chặt hỗn hợp CKD-CL cho chế tạo FAC-HSLWC biểu diễn sau: PD = 0,63*Cát+ 0,66*FAC + 0,58*CKD + 0,65*Cát*CKD+ 0,54*FAC*CKD Bảng 4.2 Cấp phới kết thí nghiệm theo mơ hình thiết kế tối ưu D-Optimal Biến đầu vào: PD C (CKD) 10 11 12 13 14 15 16 0,75 0,5 0,1875 0,5 0,6875 0 0,4375 0,5 0,5 0,1875 0 0,5625 0,75 0,1875 0,5 0,1875 0,5 0,5 0,5 0,6875 0,25 0,5 0,25 0,5 0,25 0,125 0,5 0,375 0,5 0 0,125 0.8 Design points above predicted value Design points below predicted value 0.636 X1 = A: Cát X2 = B: FAC X3 = C: CKD 0.776 0.75 0.7 PD B (FAC) Bề mặt biểu diễn Component Coding: Actual STT A (Cát) Hàm mục tiêu: Độ lèn chặt (PD) 0,667 0,742 0,767 0,751 0,764 0,748 0,639 0,698 0,667 0,758 0,776 0,753 0,636 0,659 0,652 0,695 Design-Expert® Software 0.65 0.6 A (1) B (0) C (1) C (0) A (0) B (1) A: Cát Design-Expert® Software Component Coding: Actual 0.642 PD Design Points 0.636 0.776 X1 = A: Cát X2 = B: FAC 0.66 X3 = C: CKD 2 0.68 0.7 0.72 0.74 0.76 0.76 B: FAC PD C: CKD Sử dụng công cụ tối ưu hóa phần mềm Design-Expert để tìm tới ưu thành phần Cát, FAC CKD cho FAC-HSLWC sở độ lèn chặt lớn Với hệ cớt liệu gồm cát+FAC tỷ lệ Cát:FAC:CKD=0,20:0,39:0,41; với hệ cớt liệu gồm FAC tỷ lệ FAC:CKD=0,60:0,40 Hai thành phần vật liệu lựa chọn thành phần sở để khảo sát tính chất FAC-HSLWC, quy đổi thông số Cát/CL, FAC/CL CKD/CL sau: 1) Hệ FAC-HSLWC có cớt liệu gồm FAC: FAC/CL = 1, tỷ lệ CKD/CL = 0,667 (tính theo thể thể tích); 2) Hệ FAC-HSLWC có cớt liệu gồm Cát FAC: tỷ lệ Cát/CL = 0,333, tỷ lệ FAC/CL = 0,667; tỷ lệ CKD/CL= 0,667 (tính theo thể tích); 11 4.2.3 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CKD cốt liệu theo phương pháp đúc mẫu Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng CKD đến tính cơng tác cường độ nén FAC-HSLWC, đề tài nghiên cứu khảo sát hàm lượng CKD với chất kết dính có tỷ lệ N/CKD (cớ định thành phần CKD) Như vậy, với CKD có tỷ lệ N/CKD xác định, ảnh hưởng thành phần vật liệu đến tính chất bê tơng chủ yếu phụ thuộc vào biến tỷ lệ Cát/VLK, FAC/VLK CKD/VLK, đó VLK bao gồm CKD, cát FAC Mơ hình cường độ nén FAC-HSLWC thiết lập dạng hàm bậc xây dựng dựa kế hoạch thực nghiệm Từ bề mặt biểu diễn ảnh hưởng thành phần đồ thị thể ảnh hưởng hai thành phần đến cường độ nén R28 Hình 4.7a, b, c tương ứng với nhóm cấp phới có tỷ lệ N/CKD=0,5, 0,4 0,3 có thể thấy R28 chịu ảnh hưởng nhiều tỷ lệ CKD/VLK Khi tỷ lệ CKD/VLK tăng từ 0,25 đến 0,5 cường độ R28 có xu hướng tăng đến giá trị định sau đó giảm Căn kết thí nghiệm mơ hình thực nghiệm R28 với nhóm cấp phối với tỷ lệ N/CKD khác tồn giá trị hàm lượng hồ CKD để R28 bê tông đạt giá trị lớn nhất, lượng hồ bao bọc xung quanh hạt cớt liệu có chiều dày mỏng dày giá trị tối ưu làm giảm cường độ nén bê tơng Design-Expert® Software Design-Expert® Software Component Coding: Actual R28 (MPa) Component Coding: Actual Design points above predicted value 59.4 R28 (MPa) R28 (MPa) Design points below predicted value 44.6 Component Coding: Actual Design-Expert® Software (a) N/CKD=0,5 Design points below predicted value 57.1 Design points above predicted value (b) N/CKD=0,4 Design points above predicted value 69.4 (c) N/CKD=0,3 Design points below predicted value 69.3 78.6 X1 = A: Cát/VLK X2 = B: FAC/VLK X1 = A: Cát/VLK X3 = C: CKD/VLK X2 = B: FAC/VLK 70 X3 = C: CKD/VLK 60 X1 = A: Cát/VLK 55 X3 = C: CKD/VLK 76 A (0.75) 45 C (0.25) 62 60 58 B (0) R28 (MPa) 64 R28 (MPa) R28 (MPa) 78 66 50 40 80 X2 = B: FAC/VLK 68 B (0.000) A (0) B (0.700) C (1) A (0.65) B (0) 68 C (0.35) C (0.300) B (0.75) 72 70 A (0.700) 56 74 A (0.000) C (1.000) B (0.65) A (0) C (1) Hình 4.7 Bề mặt biểu diễn quan hệ R28 với tỷ lệ thành phần vật liệu FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD khác Sử dụng công cụ tối ưu hóa phần mềm Design-Expert để tìm thành phần hợp vật liệu hợp lý cho chế tạo FAC-HSLWC Căn vào tiêu chí đưa để xác định thành phần vật liệu tối ưu lựa chọn cường độ nén R28 lớn Căn vào tiêu chí phần mềm đưa thành phần vật liệu tối ưu sau: với tỷ lệ N/CKD=0,5 tỷ lệ Cát/VLK: FAC/VLK: CKD/VLK=0,60:0,00:0,40; với tỷ lệ N/CKD=0,4 tỷ lệ Cát/VLK: FAC/VLK: CKD/VLK=0,58:0,00:0,42; với tỷ lệ N/CKD=0,3 tỷ lệ Cát/VLK: FAC/VLK: CKD/VLK=0,55:0,00:0,45 Kết thí nghiệm cho thấy quan hệ tỷ lệ CKD/VLK R28 có thể biểu diễn dạng đường cong parabol Do vậy, tồn tỷ lệ phối hợp thành phần vật liệu cát, FAC, CKD/VLK để cường độ nén 28 ngày FAC-HSLWC lớn Với kết phân tích từ mơ hình thực nghiệm tỷ lệ CKD/VLK tối ưu (cho cường độ nén lớn nhất) dao động khoảng 0,40-0,45 tỷ lệ N/CKD từ 0,5 đến 0,3 Có thể thấy tỷ lệ CKD/VLK tối ưu có xu hướng tăng nhẹ tỷ lệ N/CKD giảm mức độ khơng lớn Hình 4.8 Quan hệ tỷ lệ CKD/VLK R28 FAC-HSLWC Hình 4.9 Quan hệ hàm lượng hồ CKD R28 FAC-HSLWC 12 4.2.4 Thí nghiệm kiểm chứng thành phần cấp phối sở FAC-HSLWC Từ mục tiêu phạm vi nghiên cứu đề tài: cường độ bê tông > 40 MPa; KLTT: 1300-1600 kg/m3 Cấp phối FAC-HSLWC lựa chọn theo kết nghiên cứu để tiến hành tính tốn cấp phới theo thơng sớ cấp phới tới ưu đề xuất thí nghiệm kiểm chứng Thành phần cấp phới định hướng thí nghiệm kiểm chứng sau: CKD có thành phần gồm 90% XM 10% SF; Cốt liệu gồm hai loại (1) gồm FAC; (2) gồm cát+FAC với tỷ lệ FAC/CL=0,667 Hàm lượng PGSD điều chỉnh để độ chảy HHBT 180-200 mm, hàm lượng bọt khí giả định 4,5% Căn vào phương pháp thể tích tuyệt đới, khới lượng vật liệu thành phần xác định Kết tính tốn thành phần cấp phới thể Bảng 4.3 Bảng 4.3 Thành phần cấp phối FAC-HSLWC sở theo phương pháp tối ưu thành phần hạt Cấp phối N/ CKD (%wt) 0,4 0,4 CP1 CP2 Thông số cấp phối Cát FAC CKD /CL /CL /CL (%vol) (%vol) (%vol) 1,0 0,667 0,333 0,667 0,667 Thành phần cấp phối bê tông (kg/m3) CKD (kg/m3) XM SF FAC Cát PGSD Nước 764 761 687 685 76 76 297 197 338 4,5 4,5 306 304 Kết thí nghiệm tính chất cấp phối sở thể Bảng 4.3 cho tính cơng tác HHBT đạt theo u cầu (trong khoảng 180-200 mm), cường độ nén 28 ngày cấp phối CP1 CP2 tương ứng 62,6 67,7 MPa (> 40 MPa), KLTT tương ứng đạt 1322 kg/m 1568 kg/m3 (phù hợp khoảng 1300-1600 kg/m3) Bảng 4.4 Kết thí nghiệm cấp phới FAC-HSLWC sở Ký hiệu cấp phối CP1 CP2 Thông số cấp phối N /CKD 0,4 0,4 Cát/ CL 0,333 FAC/ CL 1,0 0,667 CKD/ CL 0,667 0,667 Độ chảy xòe (mm) 182 191 KLTT tuổi (kg/m3) Cường độ nén (MPa) ngày 28 28 ngày 42,5 46,5 62,6 67,4 1348 1621 1312 1608 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ ĐỐN CƯỜNG ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC Đối với FAC-HSLWC, khác biệt thành phần tính chất vật liệu so với bê tơng thơng thường, nên không thể áp dụng công thức bê tông thông thường hay số loại bê tông nhẹ phổ biến cho loại bê tông Đây vấn đề khoa học cần phải giải nhằm hỗ trợ việc thiết kế thành phần cấp phối cho FAC-HSLWC 5.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA FAC-HSLWC Kết nghiên cứu lý thuyết kết nghiên cứu tổng quan cho thấy, cường độ nén bê tông chịu ảnh hưởng số yếu tớ chính, bao gồm: (1) Hàm lượng hồ CKD (2) Cường độ hồ CKD; (2) Cỡ hạt lớn cớt liệu (3) Độ lèn chặt đặc tính cốt liệu; (4) Ảnh hưởng cốt sợi phân tán (khi sử dụng); (5) điều kiện dưỡng hộ Trong nghiên cứu này, để đơn giản hóa, xem xét phát triển cường độ FAC-HSLWC điều kiện dưỡng hộ tiêu chuẩn, đó cường độ nén FAC-HSLWC làm hàm yếu tố: Rn = f(Rckd, Vckd, Dmax, Vfac/cl, Vs) đó: Rn, Rckd cường độ chịu nén FAC-HSLWC CKD; Vckd hàm lượng hồ CKD hay tỷ lệ Vckd/Vcl, Dmax kích thước lớn cớt liệu; Vfac/cl thể tích thay cát FAC để đảm bảo KLTT BTN yêu cầu; Vs hàm lượng sợi sử dụng Việc định lượng hóa ảnh hưởng yếu tố vừa nêu đến Rn FAC-HSLWC thực theo nguyên tắc: coi bê tông với cốt liệu có cát (FAC=0%) bê tơng nền, bê tơng FAC-HSLWC hình thành sở thay dần cát FAC (theo thể tích) Trên sở đó, thiết lập hệ số ảnh hưởng yếu tố đến cường độ chịu nén bê tông Cuối cùng, cường độ FAC-HSLWC cường độ chịu nén bê tông nhân với hệ số ảnh hưởng yếu tố Lưu ý, hệ số ảnh hưởng yếu tố hàm phụ thuộc vào yếu tố đó tỷ lệ N/CKD 13 5.1.1 Ảnh hưởng cường độ đá CKD Ảnh hưởng cường độ đá CKD đến cường FAC-HSLWC đánh giá thơng qua ảnh hưởng hoạt tính cường độ CKD tỷ lệ N/CKD Ba hệ CKD khảo sát gồm (1) hệ CKD gồm XM SF; (2) hệ CKD gồm XM+10%SF+GGBFS; (3) hệ CKD gồm XM GGBFS Từ kết khảo sát cường độ, phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến tính (non-linear regression analysis - NLRA) thu cơng thức dự đốn cường độ CKD theo cường độ xi măng tỷ lệ P/X (PGK/XM) sau: (1) Với hệ CKD = XM+SF thì: 𝑃 2,47𝑃 R 28𝑐𝑘𝑑 = R 28opc (−7,08( )2 + + 1) 𝑋 𝑋 (5.1) 𝑃 0,289𝑃 R 28𝑐𝑘𝑑 = R 28opc (−0,133( )2 + + 1) 𝑋 𝑋 (5.2) 𝑃 0,185𝑃 R 28𝑐𝑘𝑑 = R 28opc (−0,153( )2 + + 1) 𝑋 𝑋 (5.3) (2) Với hệ CKD=XM+10%SF+(20-60)% GGBFS thì: (3) Với hệ CKD=XM+(20-60)% GGBFS thì: Xét độ tuổi cường độ đá CKD ảnh hưởng chủ yếu hoạt tính cường độ CKD tỷ lệ N/CKD Do vậy, quan hệ cường độ bê tông cường độ CKD có thể biểu diễn dạng công thức Bolomey sau: R 28 = AR 28𝑐𝑘𝑑 ( 𝑁 𝐶𝐾𝐷 − 𝐵) (5.4) Ảnh hưởng thành phần CKD đến cường độ CKD xác định theo phương pháp mẫu vữa tiêu chuẩn với cát ISO Cường độ CKD xác định khoảng 44-70 MPa với tỷ lệ N/CKD từ 0,3 đến 0,5 Lưu ý rằng, cấp phối cốt liệu bao gồm loại cát giống có Dmax = 0,63 mm Bằng phương pháp phân tích hồi quy phi tuyến thu công thức cường độ nén FACHSLWC sau: R 28 = 0,26R 28𝑐𝑘𝑑 ( 𝑁 𝐶𝐾𝐷 + 1,56) (5.5) Hệ số tương quan R2 công thức (5.5) 0,80 5.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng hồ CKD Ảnh hưởng hàm lượng hồ CKD đến tính chất FAC-HSLWC đề tài đánh giá thông qua thông số: (1) chiều dày lớp hồ bao bọc xung quanh hạt cốt liệu (ký hiệu CPT); (2) hệ số dư hồ CKD (ký hiệu Kd); (3) Chiều dày lớp hồ CKD lớn (ký hiệu MPT) 5.1.2.1 Đánh giá ảnh hưởng thông số hàm lượng hồ CKD đến cường độ nén FACHSLWC Các cấp phới bê tơng thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng thông số BPT, Kd MPT đến tính chất bê tơng FAC-HSLWC lấy theo cấp phới thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ CKD cốt liệu nêu mục 4.3.2 Tổng cộng có 48 cấp phới thí nghiệm tương ứng với tỷ lệ N/CKD 0,5, 0, 0,3 (16 thí nghiệm cho tỷ lệ N/CKD) Hình 5.1 Quan hệ Kd R28 FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD FAC/CL khác Hình 5.2 Quan hệ Kd R28 FAC-HSLWC với tỷ lệ FAC/CL=0 N/CKD khác Hình 5.3 Quan hệ Kd KKd với tỷ lệ FAC/CL=0 tỷ lệ N/CKD khác 14 Quan hệ Kd với R28 FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD 0,5, 0,4 0,3 với trường hợp cớt liệu gồm cát FAC thể Hình 5.1 trường hợp cốt liệu cát thể Hình 5.2 Từ đồ thị có thể thấy tương tự tỷ lệ CKD/VLK, mối quan hệ Kd R28 có thể biểu diễn dạng đường cong parabol, điều có nghĩa tồn giá trị Kd để cường độ R28 bê tông lớn Kd tối ưu phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD mức độ dao động không lớn Ảnh hưởng hàm lượng hồ CKD thông qua thông số hệ số dư hồ CKD (Kd) đến cường độ FACHSLWC thiết lập thông qua công thức sau: R 28 = 0,26R 28𝑐𝑘𝑑 ( 𝑁 𝐶𝐾𝐷 + 1,56) Κ 𝐾𝑑 (5.6) đó: 𝐾𝐾𝑑 hệ số ảnh hưởng hệ sớ dư hồ CKD Bằng phân tích hồi quy từ kết thực nghiệm, hệ số ảnh hưởng hệ số dư hồ CKD, 𝐾𝐾𝑑 , công thức có thể biểu diễn dạng sau: 𝑁 𝐾𝐾𝑑 = 0.913𝐶𝐾𝐷 (−0.69𝐾𝑑2 + 2.61𝐾𝑑 − 1.46) (5.7) Hệ số tương quan R = 0,94 5.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ FAC/CL Hệ sớ Kfac tính tỷ số cường độ nén R28 cấp phối với tỷ lệ FAC/CL từ đến với R28 cấp phối có tỷ lệ FAC/CL=0 Mối quan hệ Kfac với tỷ lệ FAC/CL thể Hình 5.5 Bằng phân tích hồi quy từ kết thí nghiệm, hệ sớ ảnh hưởng FAC/CL (theo thể tích) cơng thức có thể biểu diễn dạng sau: 𝑁 𝐾𝑓𝑎𝑐 = 0,994𝐶𝐾𝐷 (1 − 0,143 Hình 5.4 Quan hệ tỷ lệ FAC/CL R28 FAC-HSLWC 𝑉𝑓𝑎𝑐 ) 𝑉𝑐𝑙 (5.8) Hình 5.5 Quan hệ KFAC tỷ lệ FAC/CL FAC-HSLWC Vì FAC sử dụng thay phần toàn cát để giảm KLTT bê tông nên, mối quan hệ KLTT bê tông nhẹ với tỷ lệ cốt liệu nhẹ cốt liệu (Vfac/Vcl) cần phải thiết lập Cơng thức tính thể tích cớt liệu (Vcl) thể tích FAC (Vfac) bê tông nhẹ sau: 𝑉𝑐𝑙 = 𝑉𝑓𝑎𝑐 1000 − 𝑉𝑝𝑔𝑠𝑑 − 𝑉𝑠 − 𝑉𝑘 𝑁 + Γ𝑐𝑘𝑑 + 𝐶𝐾𝐷 ∙ 𝜌𝑐𝑘𝑑 ∙ Γ𝑐𝑘𝑑 𝛾𝑏𝑡𝑛 − 1,2 ∙ 𝑉𝑐𝑙 ∙ Γ𝑐𝑘𝑑 ∙ 𝜌𝑐𝑘𝑑 − 𝑉𝑐𝑙 ∙ 𝜌𝑐á𝑡 = 𝜌𝑓𝑎𝑐 − 𝜌𝑐á𝑡 (5.9) (5.10) Từ đó Kfac công thức (5.8) có thể tính biết tỷ lệ N/CKD tỷ lệ Vfac/Vcl, đó Vfac/Vcl tính biết KLTT mục tiêu FAC-HSLWC (btn), tỷ lệ Vckd/Vcl, cát, fac theo công thức (5.31) (5.32) 5.1.4 Ảnh hưởng Dmax cốt liệu Mối quan hệ KDmax với Dmax cớt liệu thể Hình 5.7 15 Hình 5.6 Quan hệ Dmax cốt liệu R28 FAC-HSLWC Hình 5.7 Quan hệ KDmax Dmax cớt liệu FAC-HSLWC Hệ số 𝐾𝐷𝑚𝑎𝑥 thiết lập thông qua ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD thông số tỷ lệ Dmax cốt liệu Dmin cốt liệu Bằng phân tích hồi quy từ kết thí nghiệm, hệ sớ ảnh hưởng kích thước cớt liệu đến R28 FAC-HSLWC, KDmax, cơng thức (5.11) có thể biểu diễn sau: 𝐾𝐷𝑚𝑎𝑥 = 0,999 𝑁 𝐶𝐾𝐷 𝐷𝑚𝑎𝑥 −1,14 [1,06 − 0,37 ( ) ] 𝐷𝑚𝑖𝑛 (5.11) Hệ số tương quan công thức (5.11) R2 = 0,88 5.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng cốt sợi PP Hệ sớ Ks tính tỷ sớ cường độ nén R28 cấp phối với hàm lượng cốt sợi Vs khác từ đến 1,5% vol với R28 cấp phối có Vs=0 Bằng phân tích hồi quy phi tuyến từ kết thí nghiệm, hệ sớ ảnh hưởng hàm lượng sợi PP (theo thể tích) cơng thức có thể biểu diễn dạng sau: 𝑁 𝐾𝑠 = 0,962𝐶𝐾𝐷 (1,02 − 0,07 ∙ 𝑉𝑠 ) (5.12) Tổng kết lại, cường độ nén R28 FAC-HSLWC có thể dự đoán theo công thức sau: R 28 = 0,27R 28𝑐𝑘𝑑 ( 𝑁 𝐶𝐾𝐷 + 1,56) Κ 𝐾𝑑 Κ 𝐹𝐴𝐶 Κ 𝐷𝑚𝑎𝑥 Κ 𝑠 (5.13) đó: 𝑅28𝑐𝑘𝑑 , Κ 𝐾𝑑 , 𝐾𝐹𝐴𝐶 , Κ 𝐷𝑚𝑎𝑥 , 𝐾𝑠 xác định theo công thức (5.5), (5.13), (5.15), (5.19) (5.21) tương ứng 5.1.6 Nghiên cứu tốc độ phát triển cường độ nén theo thời gian Ảnh hưởng thời gian đến cường độ nén FAC-HSLWC biểu diễn dạng: R (𝑡) = 𝑅28 Φ(𝑡) (5.14) đó: R28 cường độ nén 28 ngày FAC-HSLWC (MPa); (t) tỷ lệ cường độ nén theo thời gian so với cường độ nén nó tuổi 28 ngày (t) phụ thuộc chủ yếu vào thời gian hoạt tính cường độ xi măng hay CKD xi măng sử dụng kết hợp với PGK Chính vậy, theo fib 2010 [1], (t) có thể biểu diễn theo công thức: Φ(𝑡) 28 0,5 = 𝐸𝑋𝑃 [𝑠 ∙ (1 − ( ) )] 𝑡 (5.15) đó: 𝑠 hệ số dốc đường quan cong quan hệ thời gian cường độ bê tông (độ dốc đường cong phát triển cường độ); t tuổi bê tơng (ngày) Từ kết thí nghiệm, phân tích hồi quy phi tuyến tính (NLRA), Φ(𝑡) có thể biểu diễn theo công thức tương ứng với CKD có thành phần khác đây: a) Với CKD gồm (90% XM+10% SF) thì: Φ(𝑡) 𝑁 0,083 28 0,5 = 𝐸𝑋𝑃 [(( ) − 0,693) ∙ (1 − ( ) )] 𝐶𝐾𝐷 𝑡 (5.16) Hệ số tương quan R2 công thức (5.16) 0,98 b) Với CKD gồm (XM+10% SF+(2060)% GGBFS) thì: 0,885 Φ(𝑡) = 𝐸𝑋𝑃 [(1 + 𝑅𝑝 ) 𝑁 0,081 28 0,5 ) − 0,745) ∙ (1 − ( ) )] (( 𝐶𝐾𝐷 𝑡 (5.17) 16 đó 𝑅𝑝 tỷ lệ SF+GGBFS CKD tính theo khới lượng 𝑅𝑝 khoảng đến 0,7 Hệ số tương quan R2 công thức (5.17) 0,98 c) Với CKD gồm (XM+(2060)% GGBFS) thì: Φ(𝑡) = 𝐸𝑋𝑃 [(1 + 𝑅𝑔𝑠 ) 0,98 𝑁 0,059 28 0,5 ) − 0,736) ∙ (1 − ( ) )] (( 𝐶𝐾𝐷 𝑡 (5.18) đó 𝑅𝑔𝑠 tỷ lệ GGBFS CKD tính theo khới lượng 𝑅𝑔𝑠 khoảng đến 0,6 Hệ số tương quan R2 công thức (5.18) 0,98 5.1.7 Kiểm tra phù hợp mơ hình đề xuất Kiểm tra phù hợp mơ hình cường độ nén 28 ngày FAC-HSLWC với tỷ lệ N/CKD khác thể Hình 5.8a mơ hình dự đốn phát triển cường độ nén theo thời gian (từ đến 91 ngày) thể Hình 5.8b Kết cho thấy mơ hình dự đốn đề xuất cho phép dự đoán cường độ 28 ngày phát triển cường độ nén tuổi đến 91 ngày FAC-HSLWC mức lệch so với kết thí nghiệm khơng q 15% Kiểm tra phù hợp mơ hình cường độ nén từ đến 91 ngày FAC-HSLWC với CKD có thành phần khác thể Hình 5.9 90 80 +15% R2=0,98 -15% Cường độ dự đoán (MPa) 70 +15% 60 50 -15% R2=0,98 40 30 ngày 20 ngày 10 91 ngày 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 Cường độ thí nghiệm (MPa) Hình 5.8 Cường độ nén tuổi 28 ngày FAC-HSLWC tình theo mơ hình đề xuất thí nghiệm 90 90 CKD: OPC+SF+GGBFS CKD: OPC+GGBFS 80 80 +15% 70 60 50 -15% R2=0,98 40 30 20 28 ngày 91 ngày 10 0.0 20.0 40.0 60.0 Cường độ thí nghiệm (MPa) 80.0 Cường độ dự đoán (MPa) Cường độ dự đoán (MPa) 70 +15% 60 50 -15% R2=0,98 40 30 20 28 ngày 91 ngày 10 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 Cường độ thí nghiệm (MPa) Hình 5.9 Cường độ nén tuổi khác FAC-HSLWC theo mô hình thí nghiệm 5.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC 5.2.1 Nguyên tắc chung Phương pháp thiết kế cấp phối đề xuất đề tài dựa theo nguyên tắc sau: Tối ưu hóa thành phần CKD bao gồm cấu tử XM, SF GGBFS; Lựa chọn tỷ lệ CKD/CL tỷ lệ N/CKD; KLTT mục tiêu bê tông nhẹ đạt sở sử dụng cốt liệu nhẹ hạt cenosphere để thay phần toàn cốt liệu cát; Tỷ lệ N/CKD kiểm chứng theo cơng thức dự đốn cường độ nén FAC-HSLWC để đảm bảo cường độ nén bê tông theo yêu cầu; Cốt sợi phân tán PP sử dụng có yêu cầu cao giảm co ngót tăng cường độ uốn, kháng nứt bê tông; Phụ gia siêu dẻo sử dụng để điều chỉnh tính công tác hỗn hợp bê tông nhẹ theo yêu cầu (thường khoảng 180-200 mm) 17 5.2.2 Các bước thiết kế cấp phối FAC-HSLWC Các bước phương pháp thiết kế cấp phối FAC HSLWC đề xuất nghiên cứu trình bày Hình 5.10 Hình 5.10 Sơ đồ bước thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA FAC-HSLWC Chương trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ FAC thay cát, ảnh hưởng PGK thay xi măng, ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ (tiêu chuẩn nhiệt ẩm) đến tính chất FACHSLWC Tỷ lệ FAC thay cát từ 0, 50, 70 100 % tính theo thể tích, tương ứng với KLTT bê tông khoảng 1300-1600 kg/m3 mẫu đối chứng với cốt liệu 100% cát (tỷ lệ FAC=0%) PGK sử dụng thay xi măng gồm loại 10% SF; 20%, 40 % GGBFS; 10% SF + 20%, 40%, 60% GGBFS (tính %wt CKD) Các cấp phới FAC-HSLWC tính tốn dựa theo thơng sớ cấp phới lựa chọn theo kết nghiên cứu trình bày Chương sau tỷ lệ CKD/CL = 0,667, tỷ lệ N/CKD lấy 0,4 tính theo khới lượng 18 6.1 TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TƠNG FAC-HSLWC 6.1.1 Tính cơng tác Kết thí nghiệm thể Hình 6.1a cho thấy hàm lượng FAC tăng độ chảy xịe HHBT có xu hướng giảm Với cấp phối sử dụng XM kết hợp với SF GGBFS, độ chảy xòe HHBT giảm sử dụng 10% SF, tính lưu động HHBT cải thiện sử dụng kết hợp SF với GGBFS tỷ lệ 20, 40 60% (Hình 6.1b) Độ chảy-nhóm PGK (a) Độ chảy-nhóm thay cát (b) 150 -10 100 -15 50 -20 -25 FAC0 % so ĐC 190 -4 180 -8 170 160 -12 150 -16 Sai số so ĐC (%) -5 Độ chảy xòe (mm) Độ chảy xòe (mm) 200 200 Sai số so ĐC (%) % so ĐC 250 FAC50 FAC70 FAC100 Cấp phới Cấp phới Hình 6.1 Tính cơng tác hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC 6.1.2 Độ nhớt Độ nhớt hỗn hợp bê tông FAC-HSLWC xác định cấp phối có cốt liệu bao gồm FAC Kết thí nghiệm cho thấy có mặt SF GGBFS thành phần CKD làm giảm độ nhớt hỗn hợp bê tông Tuy nhiên, tăng hàm lượng SF lên cao làm tăng đáng kể lượng nước hệ diện tích bề mặt hạt SF lớn so với xi măng Ngoài ra, có thể thấy hiệu giảm độ nhớt hồ CKD giảm rõ tăng hàm lượng GGBFS từ 0, 20, 40 60% 6.1.3 Độ tách nước Kết thí nghiệm xác định độ tách nước với cấp phối bê tơng cho thấy mẫu HHBT thí nghiệm khơng có tượng tách nước bề mặt Do có thể coi độ tách nước HHBT 6.1.4 Độ phân tầng (b) (a) Hình 6.2 Độ phân tầng HHBT FAC-HSLWC chịu tác động rung Kết thí nghiệm xác định độ phân tầng với cấp phới FAC-HSLWC Hình 6.2a cho thấy độ phân tầng có xu hướng giảm rõ ràng thay cốt liệu cát với FAC Về ảnh hưởng PGK đến độ phân tầng HHBT FAC-HSLWC, kết thí nghiệm thể Hình 6.2b cho thấy độ phân tầng tương đồng với độ chảy xòe HHBT Sử dụng 10% SF CKD làm giảm độ phân tầng độ phân tầng tăng lên tiếp tục thay xi măng với 20-60% GGBFS 6.1.5 Hàm lượng bọt khí Hàm lượng bọt khí có xu hướng tăng từ mức 3,2% mẫu 100% cát (FAC0) lên mức 4,3% thay 100% cát FAC (mẫu FAC100) Với CKD sử dụng PGK 10% SF (20-60)% GGBFS hàm lượng bọt khí tăng nhẹ từ mức 4,2% (mẫu OPC100) lên mức 4,5% thay xi măng 10% SF CKD (mẫu SF10GS0) Khi tiếp tục thay xi măng GGBFS 20, 40 60% CKD hàm lượng bọt khí có xu hướng giảm nhẹ từ 4,5% xuống 4,2% (mẫu 60% GGBFS) 6.1.6 Thời gian đông kết Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết HHBT với cốt liệu 100% cát tương ứng 5h-30 7h-20 tăng dần cát thay FAC Thời gian bắt đầu kết thúc đông kết tăng tỷ 19 lệ với mức độ thay cát FAC, so với mẫu 100% cát (FAC0) thời gian bắt đầu kết thúc đông kết tăng tương ứng 1h-20 1h-10 cát thay hoàn tồn FAC (cấp phới FAC100) Khi sử dụng 10% SF thay xi măng CKD thời gian bắt đầu kết thúc đông kết HHBT tăng không đáng kể Tuy nhiên, tiếp tục thay xi măng với tỷ lệ (20-60)% GGBFS CKD thời gian đơng kết hỗn hợp bê tơng FAC-HSLWC tăng dần 6.2 MỨC ĐỘ THỦY HÓA VÀ VI CẤU TRÚC Mức độ thủy hóa vi cấu trúc FAC-HSLWC nghiên cứu đánh giá qua hàm lượng canxi hydroxit Ca(OH)2 thơng qua phân tích nhiệt vi sai (TGA), thơng qua hình ảnh vi cấu trúc FAC-HSLWC kính hiển vi điện tử (SEM) 6.2.1 Hàm lượng CH Từ kết phân tích TG/DTG, hàm lượng CH tính tốn từ kết thí nghiệm cho thấy hàm lượng CH giảm rõ ràng tuổi 28 ngày cấp phối sử dụng PGK thay phần xi măng CKD Mức độ giảm cao mẫu sử dụng CKD chứa 10% SF +60% GGBFS, hàm lượng CH mẫu 1,03 1,05% tuổi 28 ngày Ngồi ra, hàm lượng CH tính theo g XM có xu hướng giảm sử dụng 10%SF tiếp tục giảm sử dụng (20-60)% GGBFS thay XM Kết thí nghiệm ảnh hưởng chế độ dưỡng hộ nhiệt ẩm 70 oC, 90 oC autoclave đến hàm lượng CH mẫu FAC-HSLWC với hàm lượng PGK khác cho thấy tăng nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt ẩm làm giảm hàm lượng CH mẫu phân tích giảm cách rõ ràng Hàm lượng CH mẫu giảm nhanh chóng tăng nhiệt độ dưỡng hộ Hàm lượng CH khơng cịn tất mẫu dưỡng hộ autoclave 6.2.2 Vi cấu trúc FAC-HSLWC Thơng qua quan sát hình ảnh chụp SEM cho thấy không có nhiều sản phẩm thủy hóa bề mặt hạt FAC với đá xi măng tuổi ngày đến tuổi 28 ngày, có thể quan sát thấy có liên kết tốt vùng ITZ hạt FAC hình thành khoáng thủy hóa bề mặt hạt FAC đá xi măng Ngoài ra, chiều dày đặc sản phẩm thủy hóa bề mặt hạt FAC tăng tương ứng với nhiệt độ dưỡng hộ nhiệt ẩm 70 oC, 90 oC chưng áp autoclave (a) Hạt FAC Hạt FAC Đá CKD (b) Đá CKD Vùng ITZ Đá CKD Hạt FAC SF10GS0-3d SF10GS0-28d Đá CKD SF10GS0-90 oC-28d Hạt FAC SF10GS0-AC-28d Hình 6.3 Hình ảnh chụp SEM vi cấu trúc mẫu FAC-HSLWC 6.3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ 6.3.1 Khối lượng thể tích cường độ nén KLTT FAC-HSLWC giảm tương ứng từ 2180 kg/m3 giảm x́ng cịn 1656, 1505 1322 kg/m3, tương ứng với mức giảm 24, 30,9 39,4%, đồng thời cường độ nén bê tông giảm tăng FAC thay cát tỷ lệ 50, 70 100% Lưu ý cường độ nén FAC-HSLWC xác định mẫu 4040160 mm Hệ số quy đổi cường độ nén từ mẫu 4040160 mm sang mẫu 150150150 mm 0,83 xác định thơng qua thí nghiệm Cường độ riêng (tỷ số cường độ KLTT vật liệu) mẫu bê tông nhẹ tăng tỷ lệ với thể tích FAC thay cát, cụ thể cường độ riêng tăng từ 34 kPa/kg.m-3 mẫu FAC0 tăng lên 41,8, 45,6 47,9 kPa/kg.m-3 tương ứng với mức tăng 12,3, 34,1, 40,9% tỷ lệ FAC thay cát 50, 70 100% Sử dụng SF tỷ lệ 10% cường độ bê tông tăng tuổi khảo sát 7, 28 91 ngày, mức độ tăng so với ĐC sử dụng xi măng (OPC100) tương ứng 6,6, 5,6 6,8% Khi thay phần OPC với PGK SF GGBFS tỷ lệ GGBFS 20, 40 60% cường độ 7, 28, 91 ngày giảm so với mẫu chứa 10SF (mẫu FAC40) 20 (b) (a) (c) Hình 6.4 KLTT, cường độ nén cường độ riêng FAC-HSLWC 6.3.2 Cường độ nén điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩm khác Dưỡng hộ nhiệt ẩm 70 oC, 90 oC autoclave 200 oC hiệu việc cải thiện cường độ FAC-HSLWC tuổi thí nghiệm 28 ngày Hiệu tăng cường độ nén phương pháp dưỡng hộ nhiệt ẩm theo thứ tự dưỡng hộ autoclave (200 oC, MPa) > nhiệt ẩm 90 oC > nhiệt ẩm 70 oC > tiêu chuẩn 27 oC RH ≥ 95% 6.3.3 Cường độ uốn Tương tự cường độ nén cường độ ́n giảm tăng hàm lượng thể tích FAC, cường độ uốn tuổi 28 ngày từ 8,57 MPa mẫu đới chứng (FAC0) giảm x́ng cịn 6,88, 6,12 5,87 MPa tương ứng với mức giảm 19,4, 28,3 31,3% so với mẫu đối chứng Khi thay OPC với PGK cường độ ́n bê tơng có xu hướng tăng tăng tỷ lệ GGBFS Cường độ uốn đạt cao với cấp phối sử dụng 40% GGBFS Mối quan hệ cường độ uốn cường độ nén 28 ngày FAC HSLWC có thể biểu diễn theo phương trình sau: 0,86 𝑅𝑢28 = 0,21 ∙ 𝑅28 ∙ (6.1) đó: 𝑅𝑢28 cường độ nén cường độ uốn điểm 28 ngày FAC-HSLWC (MPa) R28 cường độ nén mẫu lập phương 15x15x15 cm FAC-HSLWC (MPa) 6.3.4 Mô đun đàn hồi hệ số poatxon Khi tăng hàm lượng FAC/CL KLTT giảm mô đun đàn hồi giảm giảm, mô đun đàn hồi từ 32,7 GPa mẫu bê tông khơng chứa FAC (FAC0) giảm x́ng cịn 19,4 đến 13,73 GPa, tương ứng với 40,7 đến 58,0% tỷ lệ FAC/CL tăng từ 50 đến 100% Với nhóm cấp phối sử dụng SF GGBFS, mô đun đàn hồi giảm nhẹ tuổi ngày cao tương đương tỷ lệ GGBFS từ 20 đến 60% Mô đun đàn hồi bê tông chủ yếu phụ thuộc vào cường độ nén KLTT bê tông Hình 6.5 Quan hệ mơ đun đàn hồi KLTT FAC-HSLWC Hình 6.6 Mơ đun đàn hồi hệ số poatxon FAC-HSLWC Khi so sánh kết thí nghiệm cơng thức dự đốn mơ đun đàn hồi theo cường độ nén KLTT bê tông theo ACI 318-14 cho thấy có thể áp dụng công thức cho FAC-HSLWC với hệ số tương đồng R2=0,98 6.4 ĐỘ BỀN LÂU 6.4.1 Độ co khô Độ co khô FAC-HSLWC có xu hướng giảm thay cát FAC Độ co khô bê tông sau 182 ngày với cấp phối chứa cốt liệu 100% cát từ 1120  giảm tương ứng 3, 26% tỷ lệ FAC/cốt liệu 50, 70 100% Độ co khô FAC-HSLWC cải thiện sử dụng PGK SF GGBFS thay XM So với mẫu CKD 100% OPC độ co ngót khô sau 182 ngày bê tông giảm 21 tới 36,3% sử dụng 10% SF CKD tiếp tục thay OPC với 20, 40 60% GGBFS độ co khơ giảm tương ứng 40,7, 41,4 47,1% Ngồi ra, độ co khơ FAC-HSLWC giảm giảm tỷ lệ N/CKD sử dụng sợi PP Độ co khô tuổi 182 ngày giảm từ 940  mẫu không chứa sợi PP (FAC40W0.4) giảm x́ng cịn 900  với mẫu chứa 0,3% sợi PP (FAC40PP0.3) 872  với mẫu chứa 0,5% sợi PP (FAC4PP0.5), tương ứng với mức giảm 4,3 7,3% 6.4.2 Độ hút nước Độ hút nước FAC-HSLWC tăng tăng hàm lượng FAC thay cát Độ hút nước tuổi 28 ngày từ 3,61% mẫu đối chứng (FAC0) tăng lên 4,62, 5,05 6,21% tương ứng mức tăng 28,0, 39,9 71,7% tỷ lệ FAC thay cát 50, 70 100% Khi sử dụng SF GGBFS thay OPC, độ hút nước tuổi 28 ngày giảm Mức độ giảm độ hút nước đạt tốt tỷ lệ GGBFS 60%, độ hút nước giảm từ 7,15% mẫu đới chứng (OPC100) x́ng cịn 5,35% tương ứng với mức giảm 25,2% 6.4.3 Độ bền chống thấm ion clo Tăng tỷ lệ FAC làm khả thâm nhập ion clo giảm đáng kể thông qua số điện lượng giảm điện trở bê tông tăng rõ rệt Điện lượng (RCPT) từ 1590 cu lông mẫu 100% cát (FAC0) giảm 61,9, 68,9 77,8%, điện trở suất (BERT) mẫu đối chứng từ 24,6 K.cm tăng thêm 89, 108,9 153,7% tương ứng với tỷ lệ FAC/CL 50, 70 100% Sử dụng kết hợp SF10% GGBFS CKD tỷ lệ 20-60% tiếp tục làm giảm điện lượng truyền qua mẫu Từ kết thí nghiệm, mới tương quan RCPT BERT FAC-HSLWC với hệ số tương quan R2=0,92 6.4.4 Khả bền sun phát Độ nở sun phát FAC- HLSWC giảm tăng tỷ lệ thay FAC/CL từ đến 100% Độ nở vữa tuổi 12 tháng mẫu 100% cát (FAC0) từ 0,0820% giảm 45,6, 53,4 59% tương ứng với tỷ lệ FAC/cốt liệu 50, 70 100% Khi sử dụng 10% SF độ nở sun phát mẫu FACHSLWC giảm t́i thí nghiệm, tuổi 12 tháng mức độ giảm 50,1% so mẫu CKD 100% OPC (OPC100) Khi tiếp tục thay xi măng GGBFS hàm lượng 20-60% độ nở sun phát t́i thí nghiệm có xu hướng tăng so với mẫu 10% SF thấp so với mẫu 100% OPC Như sử dụng 10%SF 10%SF +60%GGBFS có hiệu nhiều giảm độ nở sun phát FAC-HSLWC 6.5 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FAC-HSLWC Nghiên cứu thực sàn BTCT dự ứng lực với kích thước 3280x1060x140 mm, sử dụng bê tơng nhẹ FAC-HSLWC bê tông thường FAC-HSLWC sử dùng loại có KLTT 1400 kg/m3 (D 1.4) 1600 kg/m3 (D 1.6) bê tông thường (D2.4), với cấp cường độ nén hai loại bê tông B35 (cường độ nén thực tế loại bê tông D1.4, D1.6 D2.4 tương ứng 45, 48 52 MPa) Tấm sàn BTCT thí nghiệm để đánh giá ứng xử tải uốn phân bố (4 lực tập trung, gới tựa) thể Hình 6.7 P/4 P/4 P/4 P/4 Hình 6.7 Sơ đồ thí nghiệm hình ảnh thực tế bớ trí hệ gia tải thiết bị thí nghiệm sàn Kết nghiên cứu cho thấy với bê tông có cấp cường độ nén, tải trọng độ võng cho phép, tải trọng độ mở vết nứt 0,3 mm tải trọng cực hạn sàn sử dụng FAC-HSLWC tương đương với sàn BTT Sự ứng xử khác biệt sàn FAC-HSLWC so với sàn BTT đó là: xuất vết nứt sớm nhiều độ mở vết nứt phát triển vết nứt (theo chiều dài rộng) lại nhỏ nhiều; độ võng thời điểm sàn bị phá hủy sàn FACHSLWC nhỏ nhiều so với sàn BTT 22 KẾT LUẬN I KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu đề tài luận án cho phép đưa sớ kết luận sau: Hồn tồn có thể chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng cốt liệu nhẹ hạt vi cầu rỗng từ tro bay nhà máy nhiệt điện (FAC) vật liệu sẵn có Việt Nam (FAC-HSLWC) với tính chất lý cường độ nén 40-70 MPa, KLTT 1300-1600 kg/m3, độ hút nước 6,5% đảm bảo yêu cầu kỹ thuật sử dụng cho kết cấu chịu lực cơng trình xây dựng CKD sử dụng cho chế tạo FAC-HSLWC gồm xi măng kết hợp với SF và/hoặc GGBFS CKD gồm xi măng kết hợp 10% SF (theo khối lượng) hiệu việc nâng cao phát triển cường độ, độ hút nước sớ tính chất lý khác FAC-HSLWC CKD có tỷ lệ 10% SF kết hợp (20-60)% GGBFS hiệu nâng cao độ bền khả chống thấm FAC-HSLWC Quan hệ tỷ lệ CKD/VLK (theo thể tích) cường độ nén FAC-HSLWC có thể biểu diễn dạng đường cong parabol, đó tồn giá trị tối ưu tỷ lệ CKD/VLK hay CKD/CL để cường độ nén FAC-HSLWC lớn Tùy thuộc vào tỷ lệ N/CKD, tỷ lệ CKD/VLK tối ưu tăng tỷ lệ N/CKD giảm Với tỷ lệ N/CKD từ 0,5 đến 0,3 tỷ lệ CKD/VLK tới ưu khoảng 0,4 đến 0,45 Mối quan hệ yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ nén FAC-HSLWC bao gồm cường độ CKD, hàm lượng hồ CKD, tỷ lệ FAC thay cát, Dmax cốt liệu hàm lượng cốt sợi phân tán sử dụng xác lập dạng hàm phi tuyến tính Thơng qua yếu tớ ảnh hưởng này, mơ hình dự đoán cường độ nén 28 ngày FAC-HSLWC xác lập với hệ số tương đồng cao R2=0,98 Ngoài ra, phát triển cường độ nén từ đến 91 ngày tuổi FACHSLWC có thể dự báo thông qua hàm thiết lập Đã xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho hệ FAC-HSLWC có khả đưa thành phần cấp phối sơ FAC-HSLWC đảm bảo cường độ 40-80 MPa KLTT 1200-2000 kg/m3 Thay cát FAC làm giảm đáng kể KLTT, làm giảm cường độ nén, uốn, mô đun đàn hồi, co khô cường độ riêng hệ số poatxon tăng FAC-HSLWC tăng Mức độ giảm cường độ uốn mô đun đàn hồi lớn mức giảm cường độ nén Các đặc tính mơ đun đàn hồi thấp co ngót cao so với bê tông thường FAC-HSLWC nên cần lưu ý tính tốn thiết kế kết cấu sử dụng FAC-HSLWC Sử dụng PGK gồm SF 10%, SF kết hợp với GGBFS tỷ lệ 20-60% cải thiện cường độ nén, uốn, ép chẻ, mô đun đàn hồi bám dính cớt thép FAC-HSLWC, đó hiệu đạt tốt với với PGK gồm 10%SF+40% GGBFS Hiệu cải thiện cường độ uốn mô đun đàn hồi FAC-HSLWC sử dụng PGK SF GGBFS tốt so với hiệu cường độ nén tuổi 28 ngày Độ bền lâu FAC-HSLWC thông qua tính chất độ hút nước, tớc độ thấm nước, chống thấm ion clo, độ bền sun phát FAC-HSLWC cải thiện sử dụng OPC kết hợp với loại PGK SF GGBFS, đó hiệu cải thiện tính chất độ bền lâu tốt đạt với PGK gồm SF10% + 60% GGBFS Với bê tông có cấp cường độ nén, tải trọng độ võng cho phép, tải trọng độ mở vết nứt 0,3 mm tải trọng cực hạn sàn sử dụng FAC-HSLWC tương đương với sàn BTT Sự ứng xử khác biệt sàn FAC-HSLWC so với sàn BTT đó là: xuất vết nứt sớm nhiều độ mở vết nứt phát triển vết nứt (theo chiều dài rộng) lại nhỏ nhiều; độ võng thời điểm sàn bị phá hủy sàn FAC-HSLWC nhỏ nhiều so với sàn BTT II KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm tính chất học, độ bền lâu thực tế cấu kiện BTCT (kích thước lớn) sử dụng FAC-HSLWC điều kiện môi trường khác môi trường nắng nóng, khô-ẩm, môi trường xâm thực (môi trường biển, hóa chất) Nghiên cứu sử dụng FAC-HSLWC cho kết cấu có yêu cầu đặc biệt như: kết cấu chống cháy cho nhà cao tầng (tường chống cháy); kết cấu cơng trình biển, kết cấu độ lớn; cấu kiện BTCT nhẹ liên hợp cho kết cấu thành mỏng 23 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Bài báo khoa học Le Viet Hung, Le Trung Thanh and Nguyen Van Tuan (2021), Experimental Study on Drying Shrinkage of Structural Lightweight Concrete using Fly Ash Cenosphere, International Journal of GEOMATE, 21(87) 95–101; ISSN 2186-2982 (P), 2186-2990 (O), Japan, Geotechnique, Construction Materials and Environment DOI: https://doi.org/10.21660/2021.87.j2337 (SCOPUS) Lê Việt Hùng, Lê Trung Thành, Nguyễn Văn Tuấn (2021), Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 15 (6V) 146–157; ISSN 2615-9058, DOI: https://doi.org/10.31814/stce.huce (nuce)2021-15(6V)13 Lê Việt Hùng, Lê Trung Thành, Nguyễn Văn Tuấn (2021), Nghiên cứu sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay thay phần cốt liệu nhỏ cho chế tạo bê tơng nhẹ chịu lực, Tạp chí Vật liệu Xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng, 11(6) 21–27; ISSN: 1859-381X DOI: https://doi.org/10.54772/jomc.6.2021.205 Hội thảo khoa học L V Hung, N V Tuan, and L T Thanh (2021), Experimental Investigation of High-Strength Lightweight Concrete Using Fly Ash Cenosphere, Conference paper CIGOS 2021, Emerging Technologies and Applications for Green Infrastructure, pp 637–645; ISSN 2366-2557 (P), 23662565 (O) DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-16-7160-9_64 (Indexed by SCOPUS)

Ngày đăng: 14/07/2023, 16:13