Nghiên cứu các đặc tính cơ học và vi cấu trúc của bê tông sử dụng hàm lƣợng cao tro xỉ thay thế cát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC LÊ VĂN SƠN NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC VÀ VI CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG HÀM LƢỢNG CAO TRO XỈ THAY THẾ CÁT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ THANH HÓA, NĂM 2020 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bê tông vật liệu phổ biến sử dụng cơng trình xây dựng Ước tính năm 2002 giới tiêu thụ khoảng 2,7 tỷ m3 bê tông [1], dự kiến đến năm 2050 số tăng lên 7,5 tỷ m3 [2] Trong đó, cát thành phần bê tơng, kết hợp với xi măng nước tạo thành vữa, chất kết dính hạt cốt liệu lớn (đá) thành khối đặc Tuy nhiên, nguồn tài nguyên cát ngày cạn kiệt, yêu cầu cấp thiết cần phải tìm loại vật liệu khác để thay [3] Một số nghiên cứu gần cho thấy, sử dụng xỉ than thay phần toàn cát thành phần cấp phối bê tông Chất lượng xỉ than nhà máy nhiệt điện thường khác phụ thuộc vào công nghệ đốt loại than sử dụng Đặc biệt, chất lượng xỉ than sử dụng nghiên cứu tương đối tốt với lượng nung thấp (0,89%) sử dụng công nghệ đốt đại [5] Theo quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Thủ tướng phủ, nhu cầu cát xây dựng Việt Nam năm 2015 92 triệu m3/năm đến năm 2020 tăng lên 130 triệu m3/năm Để đáp ứng nhu cầu lâu dài khó mà nguồn dự trữ khoảng tỷ m3, chưa kể đến nhiều nguồn khai thác ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường: gây sói mịn sạt lở bờ sơng, ảnh hưởng đến mơi trường sống lồi thủy sinh Do vậy, vài năm gần nguồn cát xây dựng bắt đầu khan giá cát thị trường tăng mạnh, dẫn đến tượng khai thác cát trái phép xảy nhiều nơi, buộc Chính phủ phải đưa giải pháp, có giải pháp sử dụng cát nhân tạo từ đá nghiền phế thải cơng nghiệp [6] Tại Thanh Hóa, nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn hoạt động với công suất 600 MW, hàng ngày thải hàng ngàn xỉ than, chưa kể nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn khởi công xây dựng Lượng tồn đọng xỉ than hai nhà máy tương lai lớn Vì vậy, việc tìm giải pháp hữu hiệu để xử lý khối lượng khổng lồ xỉ than cấp thiết, đặc biệt việc tái sử dụng chúng thành vật liệu thay cát sử dụng sản xuất bê tông Mục tiêu nghiên cứu Xác định ảnh hưởng hàm lượng xỉ than nhà máy nhiệt điện dùng thay cát lên đặc tính kỹ thuật vi cấu trúc bê tơng, từ đề xuất hàm lượng xỉ than sử dụng hợp lý Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Xỉ than bê tông (các mẫu bê tông với tỷ lệ N/CKD hàm lượng tro xỉ khác nhau) - Phạm vi nghiên cứu: + Xỉ than sử dụng nghiên cứu nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn 1; + Bê tông chế tạo với tỷ lệ N/CKD 0,42 0,45; hàm lượng xỉ than thay mẫu bê tông 30%, 50%, 70% 100% khối lượng cát + Các đặc tính kỹ thuật bê tơng thí nghiệm, đánh giá là: Độ sụt, Khối lượng riêng, Cường độ chịu nén, Độ hút nước, Vận tốc truyền xung siêu âm, Khả truyền nhiệt Nội dung nghiên cứu - Tính tốn thiết kế thành phần cấp phối bê tơng với tỷ lệ N/CKD 0,42 0,45; thay 30%, 50%, 70% 100% cát xỉ than; - Đúc mẫu bê tơng thí nghiệm hình trụ đường kính 10 cm, cao 20 cm; - Xác định thông số kỹ thuật bê tông với hàm lượng xỉ than khác nhau: Độ sụt, Khối lượng riêng, Cường độ chịu nén, Độ hút nước, Vận tốc truyền xung siêu âm, Khả truyền nhiệt - Phân tích đánh giá kết thu Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài thực dựa hai phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Có hai nội dung phần nghiên cứu lý thuyết Một là, tổng kết nghiên cứu thực với nội dung liên quan đến nghiên cứu Mục tiêu việc tổng kết nghiên cứu tiến hành vừa sở, vừa định hướng để tiến hành nghiên cứu Hai là, nghiên cứu tiêu chuẩn ACI-211.1-91 thiết kế cấp phối bê tông, để làm sở thiết kế cấp phối cho bê tông dùng thí nghiệm nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm: Đây phần nội dung nghiên cứu Sau cấp phối bê tông thiết kế phần nghiên cứu lý thuyết Các mẫu bê tông chế tạo với tỷ lệ N/CKD hàm lượng xỉ than khác Các thí nghiệm tiến hành để xác định thông số kỹ thuật bê tông Kết cấu luận văn Nội dung luận văn bao gồm phần, chi tiết sau: Phần Mở đầu cung cấp cho người đọc nhìn tổng qt luận văn Trong lý chọn đề tài, mục tiêu, phạm vi phương pháp nghiên cứu trình bày phần Chương tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục tiêu chương cung cấp tổng quan nghiên cứu liên quan tiến hành, tổng quan đặc tính kỹ thuật bê tơng thí nghiệm dùng để xác định đặc tính Chương trình bày tóm tắt q trình chế tạo mẫu thí nghiệm dùng để xác định đặc tính kỹ thuật bê tông Chương cung cấp kết thu sau thí nghiệm phân tích thảo luận kết thu Phần Kết luận Đề xuất tổng kết kết luận khoa học rút từ kết nghiên cứu này, đồng thời đề xuất nghiên cứu, cải tiến tiến hành nghiên cứu CHƢƠNG 1.1 TỔNG QUAN Các nghiên cứu sử dụng tro xỉ bê tông Ở Việt Nam, Nguyễn Công Thắng cộng sử dụng kết hợp tro bay muội silic (silica fume) để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao, tro bay sử dụng với hàm lượng 0%, 10%, 20%, 30% 40% tổng hàm lượng chất kết dính [7] Kết nghiên cứu rằng, việc sử dụng kết hợp tro bay muội silic cải thiện đáng kể tính cơng tác tăng cường độ nén bê tông Kết cho thấy, sử dụng 20% tro bay tổng hàm lượng chất kết dính cho bê tơng có cường độ nén cao Trần Văn Miền Nguyễn Lê Thi nghiên cứu sử dụng 0%, 20%, 30%, 40% 50% tro bay thay xi măng bê tông [8] Các kết thực nghiệm họ cho thấy, hàm lượng tro bay sử dụng tăng nhiệt độ bê tông cường độ chịu nén bê tông giảm Trong tro bay sử dụng thay phần xi măng bê tơng tro xỉ chưa có nhiều nghiên cứu để tái sử dụng Việt Nam Trên giới có loạt nghiên cứu sử dụng xỉ đáy lò lĩnh vực xây dựng Theo đó, xỉ đáy lị sử dụng số lĩnh vực xây dựng : làm đường, vật liệu làm móng, san lấp nền, cốt liệu cho bê tông vữa Về độ linh động hỗn hợp bê tông tươi thay cát xỉ than Một số nghiên cứu độ linh động bê tông tươi giảm thay cát xỉ than Cụ thể, P.Aggarwal cộng đưa kết luận hàm lượng xỉ đáy lớn độ dẻo hỗn hợp bê tông giảm [11] Về thông số khối lượng đơn vị thể tích (khối lượng riêng) hỗn hợp bê tông tươi Một loạt nghiên cứu khối lượng riêng bê tông tươi có sử dụng tro xỉ thay cho cát giảm so với sử dụng cát tự nhiên [11], [12], [14], [15], [16] Về tiêu cường độ kháng nén bê tông sử dụng xỉ than, đặc tính quan trọng bê tơng nên có nhiều nghiên cứu thực cho đặc tính kỹ thuật Ghafoori Bucholc [17], Andrade cộng [10] cường độ kháng nén giảm tăng hàm lượng xỉ đáy lị sử dụng bê tơng P.Aggarwal [11] khẳng định cường độ kháng nén bê tơng có sử dụng xỉ đáy lò nhỏ so với cường độ bê tông tiêu chuẩn, sau 28 ngày tuổi khác biệt khơng lớn F.Ahmad Maliki cộng [15] nghiên cứu cường độ nén cường độ kháng uốn bê tông sử dụng xỉ đáy lò thay cho 10%, 20%,30%,…,90%, 100% hàm lượng cát Kết cho thấy cường độ kháng nén cho giá trị lớn ngày 28 ngày 36,4Mpa 46,2Mpa thay 60% cát xỉ đáy lò Tuy nhiên, cường độ kháng uốn cho giá trị lớn thay 70% cát xỉ đáy lò với giá trị ngày 29 ngày tuổi 3,03Mpa 3,63Mpa Về độ hấp thụ nước bê tông, Remya Raju cộng [24] nghiên cứu khả hấp thụ nước bê tông Cụ thể 28 ngày tuổi, độ hút nước mẫu bê tông sử dụng xỉ đáy lò tăng lên hàm lượng sử dụng xỉ đáy lò thay cát tăng 1.2 Các đặc tính học vi cấu trúc bê tông 1.2.1 Độ sụt (Độ lưu động): Là tiêu quan trọng hỗn hợp bê tơng, đánh giá khả dễ chảy hỗn hợp bê tông tác dụng trọng lượng thân rung động Độ sụt bê tông chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố : hàm lượng nước, tính chất xi măng, thành phần cấp phối (thô mịn), phụ gia hóa dẻo Trong nghiên cứu này, thí nghiệm độ sụt nhằm đánh giá độ lưu động bê tông thay cát tự nhiên xỉ than 1.2.2 Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích đặc tính quan trọng hỗn hợp bê tông Do bê tông hỗn hợp tạo thành phần có khối riêng khác Do thay đổi tỷ lệ chủng loại thành phần hỗn hợp làm thay đổi khối lượng riêng hỗn hợp bê tông thu Khối lượng thể tích hỗn hợp bê tông phản ánh độ rỗng hỗn hợp bê tông thu sau phối trộn 1.2.3 Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén đặc trưng quan trọng bê tơng Nó phản ánh khả chịu lực nén bê tông làm việc Cường độ bê tơng nói chung (nén, uốn, kéo) cường độ chịu nén phụ thuộc vào số yếu tố như: Tỷ lệ N/CKD: ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông Sự phụ thuộc cường độ bê tông vào N/CKD thực chất phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo nước dư thừa sau phản ứng thủy phân xi măng Cốt liệu: Sự phân bố cốt liệu (cấp phối) tính chất (độ nhám, độ rỗng, tỷ điện tích) có ảnh hưởng đến cường độ bê tơng 1.2.4 Độ hút nước Độ hút nước bê tông phản ánh độ đặc bê tông độ đặc thành phần hạt cấu tạo nên bê tơng Tùy u cầu làm việc bê tơng mà độ hút nước phải đảm bảo yêu cầu cụ thể Mục đích đảm bảo độ hút nước bê tông không vượt trị số cho phép, từ đảm bảo tính chất cơng tác bê tơng chống thấm, chống ăn mòn…vv 1.2.5 Vận tốc truyền xung siêu âm Vận tốc truyền xung siêu âm thông số dùng đánh giá độ đặc bê tơng Từ thí nghiệm đo vận tốc truyền xung siêu âm, kết hợp với phương pháp xác định cường độ bê tông không phá hủy súng bật nẩy, xác định xác cường độ bê tông 1.2.6 Độ truyền nhiệt Độ truyền nhiệt bê tông đặc trưng hệ số truyền nhiệt (hệ số dẫn nhiệt) Nhìn chung bê tơng có độ truyền nhiệt nhỏ tốt 1.2.7 Hình ảnh vi cấu trúc Để xem xét liên kết vật liệu cấu thành, cấu tạo bề mặt, độ xốp, độ đặc chắc, lỗ rỗng vết nứt bên kết cấu, kính hiển vi điện tử quét sử dụng để chụp hình ảnh vi cấu trúc mẫu thí nghiệm 1.3 Các thí nghiệm đặc tính học vi cấu trúc bê tông Trong nghiên cứu này, tác giả lựa chọn tiêu chuẩn sau để áp dụng cho q trình thí nghiệm xác định đặc tính học mẫu bê tơng thí nghiệm  Thí nghiệm độ sụt: áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM C143(2015), Standard test method for slump of hydraulic-cement concrete (Tạm dịch: Thí nghiệm tiêu chuẩn cho độ sụt bê tông với xi măng thủy phân nước)  Thí nghiệm khối lượng thể tích : áp dung theo TCVN 3108:1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định khối lượng thể tích  Thí nghiệm cường độ nén bê tông: áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM C39 (2012), Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens (Tạm dịch: Thí nghiệm tiêu chuẩn cho cường độ nén với mẫu bê tơng hình trụ)  Thí nghiệm độ hút nước: áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 3113 : 1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định độ hút nước  Thí nghiệm vận tốc truyền xung siêu âm: áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM C597 (2009), Standard test method for pulse velocity through concrete (Tạm dich: Thí nghiệm tiêu chuẩn cho vận tốc truyền xung siêu âm bê tơng)  Thí nghiệm độ truyền nhiệt: sử dụng máy đo chuyên dụng cầm tay  Hình ảnh vi cấu trúc: chụp kính hiển vi điện tử quét CHƢƠNG 2.1 CHẾ TẠO MẪU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Vật liệu dùng chế tạo mẫu 2.1.1 Xi măng Xi măng đóng vai trị chất kết dính q trình thủy hóa để tạo nên cường độ bê tông Xi măng sử dụng nghiên cứu xi măng dân dụng Nghi Sơn PC40 2.1.2 Xỉ than Xỉ than sử dụng nghiên cứu xỉ than nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn Hình ảnh vi cấu trúc hạt xỉ than được thể Hình 2.1(a) biểu đồ cấp phối xỉ than thể Hình 2.1(b) 100 L-ợng lọt sàng (%) 80 60 40 Cát 20 XØ than 0 Cì sµng (mm) Hình 1: a) Hình ảnh vi cấu trúc xỉ than; b) Đường cong cấp phối hạt xỉ than cát 2.1.3 Cát Các tính chất vật lí khác cát xác định Bảng 2.1 Bảng 1: Một số tính chất vật lí cốt liệu Tính chất vật lý Dmax o t tn  Mô đun độ (mm) (T/m3) (T/m3) (%) (%) lớn hạt Đá 12,5 2,69 1,39 0,25 0,10 - Cát 5,0 2,62 1,50 4,35 1,08 2,83 Xỉ than 5,0 2,00 1,08 17,06 23,15 1,97 Cốt liệu 2.1.4 Cấp phối đá dăm Cấp phối đá dăm thành phần cốt liệu thô hỗn hợp bê tông Biểu đồ thành phần cấp phối hạt đá dăm dùng nghiên cứu thể Hình 2.2 Một số tính chất vật lí cấp phối đá dăm xác định Bảng 2.1 100 L-ỵng lät sàng (%) 80 60 40 Đá 20 0 Cì sµng (mm) 10 11 12 13 Hình 2: Đường cong cấp phối đường kính hạt đá dăm 2.2 Thiết kế cấp phối bê tông Tất hỗn hợp bê tông nghiên cứu thiết kế theo tiêu chuẩn ACI 211.1-91 [26], thành phần hỗn hợp trình bày Bảng 2.2 Có tất 10 hỗn hợp bê tơng chia thành nhóm (M42 M45) với tỷ lệ N/CKD (N/X) tương ứng 0,42 0,45 Trong nhóm, lượng xỉ than thay đá mạt 0%, 30%, 50%, 70% 100%, thể Bảng 2.2, số theo sau 0, 30, 50, 70 100 tương ứng phần trăm khối lượng xỉ than thay cát mẫu Bảng 2: Tỷ lệ cấp phối mẫu bê tông Đá Nƣớc M42-0 751 176 Phụ gia hóa dẻo 4,3 M42-30 751 176 751 M42-70 M42-100 Tên mẫu M42-50 Tỷ lệ N/X 0,42 Xi măng 428,57 Cát Xỉ than 991 4,3 694 297 176 4,3 496 496 751 176 4.3 297 694 751 176 4,3 991 M45-0 751 176 4,0 1015 M45-30 751 176 4,0 711 305 751 176 4,0 508 508 M45-70 751 176 4,0 305 711 M45-100 751 176 4,0 1015 M45-50 2.3 0,45 400,00 Chế tạo bảo dƣỡng mẫu bê tơng Tồn q trình chế tạo mẫu thực Xưởng thực hành, khoa Kỹ thuật công nghệ, trường Đại học Hồng Đức Các bước tiến hành sau : Bước 1: Cho cốt liệu mịn xi măng, cát, xỉ than theo tỷ lệ thiết kế vào máy Trộn khô không nước khoảng 1-2 phút Bước 2: Nước phụ gia hóa dẻo trộn theo tỷ lệ thiết kế thùng độc lập Bước 3: Cho 2/3 hỗn hợp nước-phụ gia vào hỗn hợp cốt liệu mịn trộn Trộn máy để có hỗn hợp vữa đồng Bước 4: Cho cốt liệu thô 1/3 hỗn hợp nước-phụ gia lại vào máy Trộn khoảng phút Sau hoàn thành phối trộn, hỗn hợp bê tông tông tươi sử dụng để tiến hành đo độ sụt, khối lượng đơn vị thể tích đúc mẫu Mẫu thí nghiệm đúc khn thép hình trụ có đườn kính 10cm, cao 20cm Việc tháo khuôn tiến hành sau đúc mẫu 24h Các mẫu bê tông bảo dưỡng cách ngâm ngập nước ngày tiến hành thí nghiệm 10 a) Hỗn hợp cốt liệu mịn sau trộn khô b) Mẫu bê tông sau tháo ván khn Hình 2.3: Một số hình ảnh q trình chế tạo mẫu bê tơng 2.4 Các thí nghiệm 2.4.1 Độ sụt Độ sụt hay độ linh động bê tông dùng để đánh giá khả dễ chảy, dễ thi công bê tông, xác định theo tiêu chuẩn ASTM C143 [27] với dụng cụ đo Abram có hình nón cụt, kích thước 203×102×305 mm Hình 2.4 minh họa thí nghiệm xác định độ sụt hỗn hợp bê tông tươi thực nghiên cứu Hình 2.4: Thí nghiệm xác định độ sụt 2.4.2 Khối lượng thể tích Để xác định khối lượng đơn vị thể tích bê tơng tươi, ban đầu cần xác định khối lượng khuôn hình trụ đường kính 10 cm, cao 20 cm: mk Sau 11 cho bê tơng vào khn thành lần, lần đầm 25 tương tự làm thí nghiệm xác định độ sụt Gạt để loại bỏ phần bê tông thừa miệng khuôn, đem cân để xác định khối lượng mẫu (bao gồm khuôn bê tông): mm Khối lượng đơn vị thể tích bê tông xác định theo công thức:  bt  mm  mk mm  mk  Vbt d2  h (2.1) Trong : d=10 cm đường kính khn; h=20 cm chiều cao khn 2.4.3 Cường độ chịu nén Các mẫu bê tông ngâm bảo dưỡng bể nước điều kiện thường mang thí nghiệm 3, 7, 14, 28 ngày tuổi Sử dụng máy nén bê tơng Controls 300 Hình 2.5 để xác định cường độ chịu nén bê tông Cường độ chịu nén bê tông xác định theo tiêu chuẩn ASTM C39 [28] Mỗi lần thí nghiệm với mẫu thử lấy giá trị trung bình Hình 5: Thí nghiệm nén bê tơng 2.4.4 Độ hút nước Độ hút nước xác định theo TCVN 3113-1993 [29] Độ hút nước mẫu thử ( X ) tính % theo công thức : 12 (2.2) Khối lượng mẫu sau sấy khô mo Khối lượng mẫu bảo hòa nước khối lượng 2.4.5 m1 Vận tốc truyền xung siêu âm Vận tốc truyền xung siêu âm bê tông xác định theo tiêu chuẩn ASTM C597 [30] với thiết bị đo máy siêu âm bê tơng có đầu dị Matest C369N Hình 6: Thí nghiệm xác định vận tốc truyền sóng bê tơng 2.4.6 Độ truyền nhiệt Hệ số dẫn nhiệt đại lượng đặc trưng cho khả dẫn nhiệt vật liệu, đo thiết bị chuyên dụng ISOMET 2114 Hệ số dẫn nhiệt nhỏ khả cách nhiệt tốt Hệ số dẫn nhiệt mẫu bê tông đo 28 ngày tuổi Hình 7: Thí nghiệm xác định khả truyền nhiệt bê tông 13 CHƢƠNG 3.1 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN Độ sụt Đồ thị biểu diễn thay đổi độ sụt nhóm mẫu M42 M45 thay hàm lượng cát xỉ than với tỷ lệ 0, 30%, 50%,70% 100% Hình vẽ 3.1 Độ sụt bê tông (mm) 100 M 42 80 60 40 20 0 20 40 60 80 Hàm lƣợng xỉ than thay cát (%) 100 Hình 1: Sự thay đổi độ sụt bê tông thay cát xỉ than Trước tiên, ta nhận thấy độ sụt tất nhóm tổ mẫu M42 thấp độ sụt nhóm tổ mâu M45, với tất tỷ lệ hàm lượng cát thay Điều chứng tỏ hàm lượng nước đóng vai trị định việc hình thành độ sụt bê tông tươi, thay cát xỉ than 3.2 Khối lƣợng thể tích Khối lượng hỗn hợp bê tông đo 10 lần cho tổ mẫu Giá trị phép đo cho khối lượng mẫu (bao gồm bê tông khuôn)-mk.Thể tích khn đúc mẫu (phần bê tơng chiếm chỗ) : Vbt = 1602,21 (cm3) Số liệu khối thể tích hỗn hợp bê tơng tươi sau tính toán xử lý thể đồ thị hình vẽ 3.2 Từ đồ thị hình 3.2, khối lượng thể tích nhóm mẫu M42 M45 giảm thay cát xỉ than thành phần cấp phối, tỷ lệ thay nhiều khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng tươi giảm Điều giải thích khối lượng riêng xỉ than dùng thí nghiệm 1,99(T/m3) nhỏ khối lượng riêng cát 2,69 (T/m3) 14 Khối lƣợng riêng (t/m3) 2,500 2,000 M42 M45 1,500 50 100 Hàm lƣợng xỉ than thay cát (%) Hình 2: Khối lượng riêng hỗn hợp bê tông tươi 3.3 Cƣờng độ chịu nén Cường độ chịu nén (Mpa) Cường độ chịu nén mẫu bê tông xác định tương ứng 3, 7, 14 28 ngày tuổi Cường độ chịu nén mẫu cường độ lớn thu trước mẫu bị phá hủy Đồ thị phát triển cường độ mẫu bê thơng theo thời gian đồ thị hình 3.3 3.4 30 M42-0 20 M42-30 10 M42-50 0 10 20 30 M42-70 M42-100 Ngày tuổi (Ngày) Cường độ chịu nén (Mpa) Hình 3: Sự phát triển cường độ mẫu M42 25 20 15 10 M45-0 M45-30 0 10 20 Ngày tuổi (Ngày) 30 M45-50 M45-70 M45-100 Hình 4: Sự phát triển cường độ mẫu M45 15 Những nhận xét rút từ thí nghiệm cường độ chịu nén tổ mẫu M42 M45 là:  Sự phát triển cường độ bê tông thay phần tồn cát xỉ than có phát triển cường độ tương tự bê tông sử dụng cát tự nhiên Đó cường độ phát triển nhanh ngày đầu tiên, đến ngày hầu hết đạt 70% cường độ tối đa (cường độ 28 ngày) bê tơng Điều cho phép áp dụng quy định hành thời gian gián đoạn kỹ thuật (chờ đợi) thi công bê tông để đảm bảo cường độ chịu nén bê tông trước tháo dỡ ván khuôn thi công phần cơng trình phía cấu kiện bê tơng đổ  Đối với tổ mẫu M42 M45, cường độ chịu nén bê tông 3, 7, 14 28 ngày tuổi mẫu có hàm lượng xỉ than thay cát cao thấp Điều thể xu hướng ổn định việc giảm cường độ chịu nén bê tông thay cát tự nhiên xỉ than (a) (b) Hình 5: Sự phá hủy mẫu nén (a)-14 ngày (b)-28 ngày 16 Độ hút nƣớc Độ hút nƣớc (%) 3.4 10 M42 M45 50 100 Hàm lƣợng xỉ than thay cát (%) Hình 6: Độ hút nước Độ hút nước mẫu bê tơng thí nghiệm thể đồ thị hình 3.6 Những kết luận rút từ đồ thị là:  Một là, từ đồ thị hình 3.6 ta thấy độ hút nước mẫu bê tông với tỷ lệ N/CKD=0,45 lớn mẫu bê tông chế tạo với tỷ lệ N/CKD=0,42 Điều giải thích hàm lượng N/CKD ban đầu nhỏ tỷ lệ lỗ rỗng nước bay trình ninh kết bê tông nhỏ Dẫn đến tỷ lệ hút nước sau thấp  Hai là, độ hút nước bê tơng chế tạo hồn tồn cát có độ hút nước nhỏ (khoảng 3% với mẫu M42 3,5% với mẫu M45) Độ hút nước mẫu bê tông tăng dần theo hàm lượng thay cát xỉ than 3.5 Vận tốc truyền xung siêu âm Vận tốc truyền xung siêu âm mẫu bê tông đo thời điểm 3, 7, 14 28 ngày tuổi Kết đo thể đồ thị hình 3.7, hình 3.8 hình 3.9 17 Vận tốc tuyền xung siêu âm (m/s) 5000 M42-0 4000 M42-30 3000 M42-50 M42-70 2000 10 20 M42-100 30 Ngày tuổi (ngày) Vận tốc truyền xung siêu âm (m/s) Hình 7: Vận tốc truyền xung siêu âm nhóm mẫu M42 theo ngày tuổi 5000 M45-0 4000 M45-30 3000 M45-50 2000 10 20 M45-70 30 M45-100 Ngày tuổi (ngày) Vận tốc truyền xung siêu âm (m/s) Hình 8: Vận tốc truyền xung siêu âm nhóm mẫu M45 theo ngày tuổi 6000 4000 M42 2000 M45 0 50 100 Hàm lượng xỉ than thay cát (%) Hình 9: Vận tốc truyền xung siêu âm tổ mẫu M42 M45 28 ngày tuổi Các nhận xét rút từ vận tốc truyền xung âm mẫu bê tông:  Đồ thị phát triển vận tốc truyền xung âm theo thời gian (hình 3.7 3.8) gần có hình dạng tương ứng với hình dạng đồ thị phát triển cường độ chịu nén Điều thể mối liên quan chặt chẽ cường độ chịu nén vận tốc truyền xung âm Điều giải thích thơng qua việc đăc tính phụ thuộc độ đặc bê tông 18 3.6 Độ truyền nhiệt Độ truyền nhiệt bê tông đánh giá thông qua hệ số truyền nhiệt Kết đo hệ số truyền nhiệt mẫu bê tông 3,7,14 28 ngày tuổi Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) cho đồ thị hình 3.10 3.11 2,0 1,5 M42-0 1,0 M42-30 0,5 M42-50 M42-70 0,0 10 20 30 M42-100 Ngày tuổi (ngày) Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) Hình 10: Hệ số dẫn nhiệt mẫu bê tông M42 theo thời gian 2,0 1,5 M45-0 1,0 M45-30 0,5 M45-50 M45-70 0,0 10 20 30 M45-100 Ngày tuổi (ngày) Hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) Hình 11: Hệ số dẫn nhiệt mẫu bê tông M45 theo thời gian 1,8 1,6 1,4 M42 1,2 M45 1,0 50 100 Hàm lƣợng xỉ than thay cát (%) Hình 12: Hệ số dẫn nhiệt mẫu bê tông 28 ngày tuổi 19 Từ đồ thị hình 3.10, 3.11 3.12 đưa nhận xét sau:  Hệ số dẫn nhiệt tăng tương ứng với ngày tuổi mẫu bê tông  Hệ số truyền nhiệt mẫu bê tơng M42 nhìn chung tốt so với mẫu M45 Hệ số truyền nhiệt bê tông 28 ngày tuổi hai tổ mẫu M42 M45 giảm hàm lượng xỉ than thay cát tăng lên 3.7 Hình ảnh vi cấu trúc Nhìn chung, hàm lượng tro xỉ thay cát thấp, hạt tro xỉ bắt được quan sát thấy với số lượng cịn (Hình 3.13b 3.14b) Khi hàm lượng tro xỉ tăng dần, hạt tro xỉ (màu đen hình cầu) quan sát thấy ngày nhiều M42-00 M42-30 M42-50 M42-70 20 M42-100 Hình 3.13: Hình ảnh vi cấu trúc mẫu bê tông M42 M45-00 M45-30 M45-50 M45-70 M45-100 Hình 3.14: Hình ảnh vi cấu trúc mẫu bê tông M45 21 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Kết luận Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xỉ than nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn dùng thay cát lên đặc tính kỹ thuật bê tơng Một số kết luận rút dựa kết thí nghiệm trình bày sau:  Độ sụt bê tông giảm thay cát xỉ than Hàm lượng xỉ than thay cát lớn độ sụt (độ linh động) hỗn hợp bê tông thu giảm Điều cần có biện pháp thích hợp để tăng độ linh động cho bê tông sử dụng xỉ than để đảm bảo đặc tính thi cơng nó, khơng phải đơn giản tăng tỉ lệ N/CKD làm giảm cường độ bê tông  Khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng giảm dần tăng hàm lượng xỉ than thay cát hỗn hợp bê tông  Cường độ chịu nén bê tơng sử dụng xỉ than có phát triển theo thời gian tương tự với bê tông sử dụng cốt liệu mịn hoàn toàn cát Cường độ phát triển nhanh ngày đầu đạt khoảng 70% cường độ tính tốn sau ngày Với hàm lượng xỉ than thay cát 50%, cường độ chịu nén 28 ngày bê tông xử dụng xỉ than tương đương với bê tông sử dụng cát  Độ hút nước mẫu bê tông tăng dần theo tăng hàm lượng xỉ than thay cát Tuy nhiên, với mẫu sử dụng hoàn tồn xỉ than thay cát độ hút nước phạm vi cho phép Như vậy, việc xử dụng xỉ than xem khơng làm ảnh hưởng đến độ hút nước bê tông  Vận tốc truyền xung siêu âm tất mẫu bê tông xử dụng xỉ than tốt, lớn 3660 m/s, mức khuyến cáo tài liệu [31] 22  Độ truyền nhiệt bê tông, xác định thông qua hệ số dẫn nhiệt, thể xu hướng giảm dần tăng hàm lượng xỉ than thay cát Điều thể bê tông chế tạo với xỉ than có khả cách nhiệt tốt bê tơng sử dụng hồn tồn cát tự nhiên  Hình ảnh vi cấu trúc mẫu bê tơng cho thấy có nhiều lỗ rỗng vết nứt quan sát thấy bề mặt mẫu có hàm lượng tro xỉ cao, điều ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng mẫu bê tông Đề xuất  Việc nghiên cứu thực nghiệm mẫu bê tông sử dụng xỉ than nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn nghiên cứu cung cấp luận chứng cho việc sử dụng xỉ than thay cát mà đảm bảo đặc tính bê tơng Cụ thể hơn, xem xét sử dụng hàm lượng xỉ than thay cát mức tối đa 50% để chế tạo bê tơng có cường độ nén từ 15-20Mpa độ hút nước nhỏ 13%  Do giới hạn thời gian kinh phí, số lượng mẫu vật liệu đầu mẫu bê tông thử nghiệm tiến hành với số lượng hạn chế Tỷ lệ N/CKD nghiên cứu giới hạn tỷ lệ N/CKD = 0,42 0,45 Do cần tiến hành thêm thí nghiệm với độ đa dạng vật liệu đầu vào, đặc biệt xỉ than, số lượng mẫu đúc để tiến hành thí nghiệm lớn, sử dụng nhiều tỷ lệ N/CKD để đưa kết có tính tin cậy lựa chọn hàm lượng xỉ than thay cát tối ưu 23