Phan Nhật Long Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà NẵngTóm tắt - Bài báo này trình bày ảnh hưởng của xỉ lò cao đếntính công tác, cường độ nén, cường độ é
1 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020 ẢNH HƯỞNG CỦA XỈ LỊ CAO ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO THE IMPACT OF GROUND GRANULATED BLAST FURNACE SLAG ON SOME PROPERTIES OF HIGH STRENGTH CONCRETE SVTH: Nguyễn Đức Cường, Nguyễn Văn Phước Lớp 17XC, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng GVHD: ThS Phan Nhật Long Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Bài báo trình bày ảnh hưởng xỉ lò cao đến Abstract - This paper presents the effect of ground tính cơng tác, cường độ nén, cường độ ép chẻ, xung vận tốc siêu granulated blast furnace slag (GGBFS) on workability, âm độ chống thấm nước bê tông cường độ cao có tỉ lệ compressive strength, tensile strength, ultrasonic velocity pulse, nước-chất kết dính 0,28 Trong nghiên cứu này, xỉ lò cao and water permeability resistence of high strength concrete with a sử dụng để thay xi măng theo tỉ lệ 20, 30, 40 50% theo water-binder ratio was 0.28 In this study, GGBFS was used to khối lượng chất kết dính Kết nghiên cứu cho thấy XLC làm replace cement at 20, 30, 40 and 50% by weight Research tăng tính công tác hỗn hợp bê tông xi măng, làm giảm results show that GGBFS increases the workability, reducing the cường độ loại bê tông độ tuổi sớm ngày Khi hàm strength of concrete types at an early age of days With the lượng XLC từ 20-30%, chúng cải thiện cường độ bê tông content of GGBFS from 20-30%, the strength of concrete at the độ tuổi 7, 28 56 ngày so với bê tông đối chứng, age of 7, 28 and 56 days were improved compared to the control bê tơng chứa 30%XLC có cường độ nén ép chẻ cao Khi concrete, in which concrete containing 30% GGBFS has the hàm lượng XLC tăng lên đến 50%, chúng làm giảm đáng kể highest strength When the content of GGBFS increases up to cường độ bê tông, đặc biệt độ tuổi sớm Vận tốc 50%, they significantly reduce the compressive strength of xung siêu âm loại bê tông chứa XLC phát triển tương tự concrete, especially at the early age The ultrasonic pulse velocity phát triển cường độ Độ chống thấm nước loại of the GGBFS-containing concrete grows similarly to the strength bê tông cường độ cao đạt cấp 16 development The water permeability resistence of high-strength concrete all exceeds grade of B16 Từ khóa - xỉ lị cao nghiền mịn, cường độ nén, cường độ ép chẻ, vận tốc xung siêu âm, độ chống thấm nước Key words - ground granulated blast furnace slag; compressive strength; split tensile strength; ultrasonic pulse velocity; waterproofing Đặt vấn đề thấy hàm lượng XLC thay xi măng bê tông tối ưu 30% Xỉ lị cao (XLC) phụ gia khống nghiền mịn từ sản phẩm phụ ngành công nghiệp sản xuất Vật liệu sử dụng chương trình thí nghiệm gang thép Phần lớn XLC ứng dụng bê tông vữa xây dựng Các nghiên cứu XLC trước 2.1 Vật liệu [1, 2, 3] sử dụng hàm lượng XLC hợp lý cải thiện độ sụt, tính chất học đặc biệt cải Đá dăm: Sử dụng đá dăm Dmax = 20 mm, thành phần thiện đáng kể tính chất liên quan đến độ thấm độ hạt tiêu cơ, lí đá dăm phù hợp với TCVN bền lâu bê tơng mơi trường xâm thực, nói 7570:2006 XLC có nhiều ưu điểm so với tro bay so sánh ngang với muội silic, XLC muội silic Cát sông: Sử dụng cát sông (C) có mơ đun độ lớn Mđl thường sử dụng loại bê tông cường độ cao = 2,54, tiêu cơ, lý thành phần hạt cát phù bê tông chất lượng cao Tuy nhiên, nước ta hợp với TCVN 7570:2006 muội silic phải nhập vật liệu đắt tiền (đắt gấp nhiều lần so với xi măng), Xi măng: Sử dụng xi măng (X) Sông Gianh PC50 phù XLC sản xuất nước trữ lượng ngày hợp TCVN 6260:2009 Các tiêu cơ, lý xi măng nhiều, đồng thời giá thành XLC lại thấp đáng kể so Sông Gianh PC50 phù hợp với TCVN 2682:2009 ghi với xi măng (khoảng 50% so với xi măng) Ngoài việc cải Bảng thiện tính chất độ bền bê tông, việc sử dụng XLC bê tông giảm giá thành xây dựng, Xỉ lò cao: Sử dụng XLC Hòa phát, tiêu cơ, lý, giảm thiểu ô nhiễm môi trường khai thác nguồn tài hóa XLC Hòa phát phù hợp với TCVN 11586:2016 nguyên thiên nhiên thể Bảng Bài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởng Phụ gia siêu dẻo: Sử dụng phụ gia 8713 hãng Basf hàm lượng 20-50%XLC đến tính cơng tác, tính chất phù hợp với phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C494 loại G học, vận tốc xung siêu âm độ chống thấm nước loại bê tông cường độ cao 70 MPa Kết ban đầu cho Thành phần bê tông xi măng thiết kế tham khảo theo tiêu chuẩn ACI 211.4R Trong gồm bê tơng đối chứng không sử dụng XLC (0XLC), loại bê tông sử dụng 20, 30, 40 50% XLC thay xi măng Bê tơng sử dụng 20% XLC kí hiệu 20XLC, loại bê Tên sinh viên cách dấu phẩy tơng khác kí hiệu tương tự Thành phần loại bê Thí nghiệm xác định thời gian đông kết hỗn tông xi măng ghi Bảng hợp hồ xi măng XLC thực theo TCVN 6017:2015 [5] Bảng 1: Các tiêu cơ, lí xi măng Sông Gianh PC50 Thí nghiệm xác định độ sụt hỗn hợp bê tông xi TT Tên tiêu Đơn Kết TCVN măng tiến hành theo TCVN 3106:1993 [6] vị 6260:2009 Thí nghiệm cường độ nén mẫu bê tông thực theo TCVN 3118:1993 [7]; Thí nghiệm cường Cường độ nén: MPa 29,4 Min 25 độ ép chẻ mẫu bê tông thực theo - ngày 53,8 Min 50 TCVN 3120:1993 [8] - 28 ngày Thí nghiệm vận tốc xung siêu âm mẫu bê tông thực theo TCVN 9357:2012 [9] Thời gian đông kết Thí nghiệm độ chống thấm nước mẫu bê tông - Bắt đầu Phút 130 Min 45 thực theo TCVN 3116:1993 [10] Kết thí nghıệm thảo luận - Kết thúc 190 Max 375 3.1 Thời gian đông kết hồ xi măng Độ ổn định thể tích mm 1,45 Max 10 Ba hỗn hợp hồ xi măng XLC chuẩn bị, XLC thay 0, 20% 40% khối lượng xi Độ nghiền mịn sàng 0,09 mm % 2,75 Max 10 măng, hỗn hợp trộn với lượng nước tiêu chuẩn, sau thí nghiệm xác định thời gian đơng kết Kết thí Bề mặt riêng cm2/g 3480 Min 2800 nghiệm thời gian đông kết thể Hình Hàm lượng SO3 % 2,12 Max 3,5 Hình 1: Ảnh hưởng XLC đến thời gian đông kết hỗn hợp hồ xi măng Khối lượng riêng g/cm3 3,12 Kết Hình cho thấy XLC kéo dài thời gian Lượng nước tiêu % 31,0 chuẩn đông kết hỗn hợp hồ xi măng, tỉ lệ XLC lớn, thời gian đông kết lâu Thời gian bắt đầu đông kết Bảng 2: Các tiêu cơ, lí, hóa XLC Hịa Phát hỗn hợp hồ xi măng tăng 20 phút (16,67%) 40 phút (33,33%) tương ứng với XLC thay 20% Chỉ tiêu Kết TCVN 11586:2016 40%X; thời gian kết thúc đông kết hỗn hợp hồ xi măng tăng 40 phút (22,22%) 60 phút (33,33%) tương Khối lượng riêng (g/cm3) 2,87 ≥ 2,8 ứng với XLC thay 20% 40%X Bề mặt riêng (cm2/g) 2750 ≥ 5000 Việc XLC kéo dài thời gian đông kết hồ xi măng hạt XLC có kết cấu bề mặt thủy tinh nhẵn làm Chỉ số hoạt tính cường độ (%) chậm phản ứng hóa học so với xi măng [11] Vì vậy, hàm lượng XLC nhiều thời gian đông kết hồ xi ngày - 75 măng kéo dài, dẫn đến làm giảm cường độ độ tuổi sớm 28 ngày 98 95 3.2 Độ sụt Tỷ lệ độ lưu động (%) 111 ≥ 90 Kết thí nghiệm độ sụt hỗn hợp bê tông (là giá trị trung bình lần thí nghiệm) thể Độ ẩm (%) 0,2 ≤ 1,0 Hình Hàm lượng MgO (%) 7,5 ≤ 10,0 Hàm lượng SO3 (%) 1,18 ≤ 4,0 Hàm lượng ion clorua (%) 0,017 ≤ 0,02 Hàm lượng nung (%) 0,88 ≤ 3,0 Bảng 3: Thành phần loại bê tông xi măng Kí hiệu X N XLC CKD C Đ N SD bê tông (kg) (lit) (kg) (kg) (kg) (kg) CKD (%X) 0XLC 500 140 500 723 1120 0,28 1,35 20XLC 400 140 100 500 716 1120 0,28 1,35 30XLC 350 140 150 500 712 1120 0,28 1,35 40XLC 300 140 200 500 709 1120 0,28 1,35 50XLC 250 140 250 500 705 1120 0,28 1,35 2.2 Phương pháp thí nghiệm Các mẫu trụ bê tơng kích thước 150x300 mm đúc dưỡng hộ theo TCVN 3105:1993 [4], mẫu sau tháo khuôn bảo dưỡng ngâm nước nhiệt độ 25±20C ngày thí nghiệm HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020 Cường độ nén ép chẻ loại bê tông xi măng thí nghiệm 3, 7, 28 56 ngày tuổi (mỗi tổ gồm mẫu) Cường độ nén ép chẻ trung bình loại bê tông Rntb, Rntb giá trị trung bình mẫu thí nghiệm Kết thí nghiệm cường độ nén ép chẻ loại bê tông theo thời gian thể Hình Hình 2: Ảnh hưởng XLC đến độ sụt hỗn hợp bê Kết trên Hình cho thấy độ tông xi măng tuổi sớm (3 ngày), XLC làm giảm cường độ nén ép chẻ bê tơng XLC làm chậm q trình đơng kết (phản Trên Hình cho thấy XLC làm tăng độ sụt ứng thủy hóa chậm) so với xi măng Tuy nhiên độ hỗn hợp bê tông xi măng Khi thay xi măng tuổi từ ngày trở đi, sử dụng XLC với hàm lượng 20- 40%XLC, độ sụt hỗn hợp bê tông đạt giá trị lớn 30%, cường độ bê tông tăng nhẹ so với bê tông đối 124 mm, Độ sụt hỗn hợp bê tông xi măng tăng chứng đạt cường độ cao sử dụng 30%XLC 13 mm (14,44%), 22 mm (24,44%), 34 mm (37,78%) Khi hàm lượng XLC lên đến 40-50%, cường độ 28 mm (31,11%) tương ứng với XLC thay loại bê tơng lại có xu làm giảm, cường độ bê tông 20, 30, 40 50%X Tuy nhiên, hàm lượng XLC lên 50XLC độ tuổi sớm ngày đạt khoảng 76 đến 50% độ sụt hỗn hợp bê tơng lại có xu hướng 80%, độ tuổi muộn 28 56 ngày đạt khoảng 86 giảm xống, điều XLC mịn so với xi 92% so vơi bê tông đối chứng 0XLC Kết nghiên măng nên tỉ diện tích thấm ướt xỉ lớn xi măng có xu hướng tương tự với nghiên cứu trước [2, 3] dẫn đến làm giảm nhu cầu nước Kết cho thấy sử dụng XLC hàm lượng cao cần phải có thời gian bảo dưỡng lâu so với 3.3 Cường độ nén ép chẻ bê tơng đối chứng khơng có XLC 3.4 Vận tốc xung siêu âm Thí nghiệm vận tốc xung siêu âm loại bê tông xi măng thí nghiệm đến 56 ngày tuổi (mỗi tổ gồm mẫu) Vận tốc xung siêu âm trung bình loại bê tông Vsatb giá trị trung bình mẫu thí nghiệm Kết thí nghiệm vận tốc xung siêu âm loại bê tông theo thời gian thể Hình Hình 3: Ảnh hưởng XLC đến cường độ ép chẻ Hình 5: Ảnh hưởng XLC đến vận tốc xung siêu âm bê tông xi măng bê tông xi măng Hình 4: Ảnh hưởng XLC đến cường độ nén bê Kết Hình cho thấy độ tuổi đến 56 tông xi măng ngày, vận tốc xung siêu âm bê tông đạt giá trị cao với hàm lượng 30%XLC, điều đồng nghĩa với bê tơng 30XLC có độ đặc lớn nhất, kết phù hợp với phát triển cường độ Vận tốc xung siêu âm bê tông chứa XLC độ tuổi muộn 56 ngày phát triển nhanh sơ với bê tông thường 3.5 Độ chống thấm nước Thí nghiệm độ chống thấm nước loại bê tông xi măng thí nghiệm 28 ngày tuổi (mỗi tổ gồm mẫu trụ 150x150 mm) Trong thí nghiệm này, áp lực nước tăng đến mức tối đa 1,8 MPa Kết thí nghiệm cho thấy loại bê tơng cường độ cao có cấp chống thấm nước đạt cấp B16 Như với bê tông cường độ cao độ chống thấm nước khơng cịn vấn Tên sinh viên cách dấu phẩy đề quan trọng 2, 2017, trang 81-92 Kết luận [2] Nguyễn Công Thắng, Nguyễn Thị Thắng, Phạm Hữu Hanh, Nguyễn Văn Tuấn, Lê Trung Thành, Nguyễn Trọng Lâm, “Nghiên cứu chế tạo Qua kết nghiên cứu, đề tài rút số kết luận bê tông chất lượng cao sử dụng silica fume xỉ lị cao hoạt hóa nghiền sau: mịn Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, Số 15, 2013, trang 76-83 XLC kéo dài thời gian đông kết hồ xi măng, thời gian đông kết hồ xi măng tỉ lệ thuận với hàm lượng [3] Nguyễn Tấn Khoa, Nguyễn Thanh Sang, “Ảnh hưởng xỉ lò cao XLC sử dụng đến độ thấm ion clo bê tông cát ứng dụng cho kết cấu bê tông cốt thép ven biển”, Kỷ yếu Hội thảo khoa học Quốc gia Ứng dụng công XLC cải thiện độ sụt của hỗn hợp bê tông, độ sụt nghệ cơng trình xanh, 2019, trang 1-12 hỗn hợp bê tông tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng XLC thay xi măng Tuy nhiên, hàm lượng XLC lên đến [4] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3105-1993, Hỗn hợp bê tơng 50% độ sụt hỗn hợp bê tơng lại có dấu hiệu giảm bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử xuống [5] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 6017-2015, Xi măng - Phương XLC làm giảm cường độ bê tông độ tuổi pháp xác định thời gian đông kết độ ổn định thể tích sớm trước ngày Ở độ tuổi muộn (từ sau 28 ngày), phát triển cường độ bê tông chứa XLC cao so [6] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3106-1993, Hỗn hợp bê tông với bê tông đối chứng nặng - phương pháp thử độ sụt Trong nghiên cứu này, hàm lượng XLC sử dụng tối ưu [7] Bộ Khoa học Công nghệ TCVN 3118-1993, Bê tông nặng – bê tông cường độ cao 30% phương pháp xác định cường độ nén Tài liệu tham khảo [8] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3120-1993, Bê tông nặng - phương pháp thử cường độ kéo bửa [1] Nguyễn Văn Cơng, Nguyễn Văn Ngơn, “Nghiên cứu thành phần, tính cơng tác độ bền sunphat bê tơng có cấp độ bền B40 sử dụng [9] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 9357-2012, Bê tông nặng - xỉ hạt lị cao nghiền mịn”, Tạp chí Khoa học Đại học Huế, Tập 126, Số Phương pháp thử không phá hủy - Đánh giá chất lượng bê tông vận tốc xung siêu âm [10] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3116-1993, Bê tông nặng - Phương pháp xác định độ chống thấm nước [11] J B Newman, Advanced Concrete Technology: Constituent Materials, Butterworth-Heinemann, 2003