Hồ Văn Quân Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà NẵngTóm tắt - Bài báo này trình bày kết quả thí nghiệm xác địnhcường độ nén, cường độ ép chẻ, vận tốc xun
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 VÀ TRO BAY ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC VÀ ĐỘ CHỐNG THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO THE IMPACT OF GROUND GRANULATED BLAST FURNACE SLAG AND FLY ASH ON THE MECHANICAL PROPERTIES AND WATER PERMEABILITY RESISTENCE OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE SVTH: Phạm Ngọc Sách, Nguyễn Thanh Phương Lớp 17XC1, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng GVHD: TS Hồ Văn Quân Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Bài báo trình bày kết thí nghiệm xác định Abstract - This paper presents the experimental results to cường độ nén, cường độ ép chẻ, vận tốc xung siêu âm độ determine the compressive strength, splitting strength, ultrasonic chống thấm nước loại bê tơng chất lượng cao có tỉ lệ pulse velocity and water permeability resistence of high nước-xi măng 0,28, tro bay thay 20 % xỉ lò cao performance concrete with a water-cement ratio of 0.28, in which fly nghiền mịn thay 15-45% xi măng theo khối lượng chất kết ash (FA) replaced 20% and ground granulated blast furnace slag dính Kết nghiên cứu cho thấy bổ sung TB XLC, chúng (GGBFS) replaced 15-45% by weight of binder Research results làm tăng tính cơng tác giảm cường độ loại bê tông, show that when adding FA and GGBFS, they increase the đặc biệt độ tuổi sớm ngày Ở độ tuổi muộn 28 56 workability and reduce the compressive strength of concrete types, ngày, cường độ nén ép chẻ loại bê tông chứa TB especially at the age of days early At the late ages of 28 and 56 XLC thấp không đáng kể so với bê tông đối chứng Cường days, the compressive and splitting strength of the concretes độ nén loại bê tông sử dụng TB XLC đạt 60 MPa containing FA and GGBFS are not significantly lower than that of 70 MPa 28 56 ngày tuổi Bê tông sử dụng sử dụng the control concrete The compressive strength of concretes using 20%TB 35%XLC có cường độ nén ép chẻ tương đương FA and GGBFS reached over 60 MPa and 70 MPa at 28 and 56 với bê tông đối chứng 56 ngày tuổi Vận tốc xung siêu âm days Concrete using 20% FA and 35% GGBFS has compressive loại bê tông tương tự phát triển cường độ Độ chống and splitting strength equivalent to control concrete at 56 days The thấm nước loại bê tông đạt cấp B16 ultrasonic pulse velocity of concretes are similar to their strength development The water permeability resistence of all concretes Từ khóa - bê tơng chất lượng cao, xỉ lò cao nghiền mịn, tro reached over grade of B16 bay, cường độ nén, cường độ ép chẻ, xung vận tốc siêu âm, độ chống thấm nước Key words - high performance concrete, ground granulated blast furnace slag, fly ash, compressive strength, splitting strength, ultrasonic pulse velocity, water permeability resistence ĐẶT VẤN ĐỀ độ tuổi sớm thấp, cải thiện vài tính chất bê tơng Với phát triển nhanh chóng việc xây dựng sở hạ tầng, trình xây dựng đại ngày địi hỏi Đối với bê tông chất lượng cao, TB sử dụng có khả chịu tải trọng lớn, vượt nhịp dài có tuổi hạn chế sử dụng mình, khơng thể đáp thọ cao Do u cầu cường độ độ bền bê ứng tính mong muốn loại bê tông tông ngày cao phải có cường độ độ bền cao, nghiên cứu ứng dụng bê tông chất lượng cao phần lớn người Phương pháp tốt để cải thiện cường độ ta sử dụng MS, XLC kết hợp nhiều loại phụ độ bền bê tơng sử dụng loại phụ gia khống hoạt gia khoáng với nhau, chẳng hạn kết hợp MS với TB tính muội silic (MS), xỉ lò cao (XLC), tro bay XLC với TB Ở nước ta MS phải nhập (TB), để thay lượng xi măng định Do vật liệu đắt tiền (đắt gấp nhiều lần so hiệu ứng hình thái, hiệu ứng vi cốt liệu tính hoạt tính với xi măng), XLC sản xuất thương mại phụ gia khống, việc sử dụng phụ gia khống khơng hóa, đồng thời giá thành thấp đáng kể so với xi măng tiết kiệm lượng lớn xi măng, làm (khoảng 50% so với xi măng) Vì việc sử dụng kết giảm gia tăng nhiệt độ q trình thủy hóa, mà hợp TB XLC bê tông chất lượng cao chúng cịn cải thiện tính cơng tác bê tơng tươi, tăng hướng có tính khả thi cao, tạo loại bê độ đặc bê tông cứng phát huy cường độ bê tơng có cường độ, độ bền cao giá thành thấp Việc kết tông độ tuổi muộn hợp XLC TB bê tơng có số tác giả nghiên cứu [1, 2, 3], kết nghiên cứu cho thấy sử dụng Trong số phụ gia khống kể TB XLC hàm lượng TB XLC hợp lý cải thiện tính cơng tác, ứng dụng rộng rãi việc sản xuất bê tính chất học đặc biệt tính chất liên quan đến tơng giới nước, chúng làm giảm độ bền lâu bê tông môi trường khắc nghiệt giá thành xây dựng góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm khai thác tài nguyên thiên nhiên Trong đó, Bài báo trình bày ảnh hưởng hàm lượng TB đặc biệt thích hợp cho bê tơng khối lớn loại bê 20%TB kết hợp với 15, 25, 35 45%XLC đến tính cơng tơng thơng thường có cường độ tương đối thấp, hiệu tác, tính chất học, vận tốc xung siêu âm độ chống suất TB tính chất học bê tông, đặc biệt thấm nước loại bê tông chất lượng cạo Kết Phạm Ngọc Sách, Nguyễn Thanh Phương ban đầu cho thấy kết hợp 20%TB 35%XLC bê Hàm lượng CaO (%) 3,78 - tông tối ưu Hàm lượng SO3 (%) Hàm lượng CaO tự (%) 0,17 ≤ VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ≤ THÍ NGHIỆM Chỉ số hoạt tính cường độ 28 ngày (%) 87,11 ≥ 75 2.1 Vật liệu 11586:2016 Lượng nước yêu cầu (%) 96,3 ≤ 100 Đá dăm: Sử dụng đá dăm Dmax = 20 mm, thành phần ≤ hạt tiêu cơ, lí đá dăm phù hợp với TCVN Hàm lượng MKN (%) 6,2 7570:2006 ≤ 1,5 Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hịa tan) (%) 0,54 ≤ Cát sơng: Sử dụng cát sơng (C) có mơ đun độ lớn Mđl Độ ẩm 0,6 ≤ 0,1 = 2,54, tiêu cơ, lý thành phần hạt cát phù hợp với TCVN 7570:2006 Hàm lượng ion clorua (%) 0,015 - - 10 Khối lượng riêng 2,12 Xi măng: Sử dụng xi măng (X) pooc lăng PC50, 11 Kích thước hạt trung bình (μm)m) 14 tiêu cơ, lý xi măng PC50 phù hợp với TCVN 2682:2009 ghi Bảng Thành phần bê tông xi măng thiết kế tham khảo theo tiêu chuẩn ACI 211.4R Trong gồm bê tông đối Bảng 1: Các tiêu cơ, lí xi măng PC50 chứng không sử dụng XLC TB (0TB0XL), loại bê tông sử dụng 20%TB kết hợp với 15, 25, 35 45% TT Tên tiêu Đơn Kết TCVN XLC thay xi măng Bê tông sử dụng 20%TB vị 6260:2009 15%XLC kí hiệu 20TB15XL, loại bê tơng khác kí Cường độ nén: - ngày MPa hiệu tương tự Thành phần loại bê tông chất lượng 29,4 Min 25 cao ghi Bảng - 28 ngày Phút 53,8 Min 50 Thời gian đông kết mm Bảng 4: Thành phần loại bê tông xi măng % - Bắt đầu cm2/g 130 Min 45 N SD % 190 Max 375 CKD (%X) - Kết thúc g/cm3 Kí hiệu X N TB XLC CKD C Đ % 1,45 Max 10 bê tông (kg) (lit) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 0,28 1,4 Độ ổn định thể tích 0,28 1,4 0TB0XL 500 140 0 500 723 1120 0,28 1,4 Độ nghiền mịn sàng 0,09 2,75 Max 10 20TB15XL 400 140 100 75 500 682 1120 0,28 1,4 20TB25XL 350 140 100 125 500 679 1120 0,28 1,4 mm 20TB35XL 300 140 100 175 500 675 1120 20TB45XL 250 140 100 225 500 671 1120 Bề mặt riêng 3480 Min 2800 Hàm lượng SO3 2,12 Max 3,5 Khối lượng riêng 3,12 Lượng nước tiêu chuẩn 31,0 2.2 Phương pháp thí nghiệm Bảng 2: Các tiêu cơ, lí, hóa XLC nghiền mịn Việc đúc dưỡng hộ mẫu bê tông thực theo TCVN 3105:1993 [4], mẫu sau tháo khuôn Chỉ tiêu Kết TCVN bảo dưỡng ngâm nước nhiệt độ 25±20C 11586:2016 ngày thí nghiệm Trong nghiên cứu này, sử dụng mẫu Khối lượng riêng (g/cm3) bê tơng hình trụ kích thước 150x300 mm Chỉ số hoạt tính cường độ (%) 2,89 ≥ 2,8 ngày - ≥ 75 Thí nghiệm xác định thời gian đơng kết hỗn 28 ngày 98 ≥ 95 hợp hồ xi măng XLC thực theo TCVN 111 ≥ 90 6017:2015 [5] Tỷ lệ độ lưu động (%) 0,2 ≤ 1,0 Độ ẩm (%) 38,86 Thí nghiệm xác định độ sụt hỗn hợp bê tông xi Hàm lượng CaO (%) 7,5 - măng tiến hành theo TCVN 3106:1993 [6] Hàm lượng MgO (%) 1,18 ≤ 10,0 Hàm lượng SO3 (%) 0,017 ≤ 4,0 Thí nghiệm cường độ nén mẫu bê tông Hàm lượng ion clorua (%) 0,88 ≤ 0,02 thực theo TCVN 3118:1993 [7] Hàm lượng nung (%) 12 ≤ 3,0 10 Kích thước hạt trung bình (μm)m) Thí nghiệm cường độ ép chẻ mẫu bê tông - thực theo TCVN 3120:1993 [8] Xỉ lò cao: Sử dụng XLC nghiền mịn cấp 95, Thí nghiệm vận tốc xung siêu âm mẫu bê tông tiêu cơ, lý, hóa XLC phù hợp với TCVN 11586:2016 thực theo TCVN 9357:2012 [9] thể Bảng Tro bay: Sử dụng TB loại F, tiêu cơ, lý, hóa Thí nghiệm độ chống thấm nước mẫu bê tông TB phù hợp với TCVN 10302:2014 thể thực theo TCVN 3116:1993 [10] Bảng KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN Phụ gia siêu dẻo: Sử dụng phụ gia siêu dẻo 8713 hãng Basf phù hợp với phù hợp với tiêu chuẩn ASTM 3.1 Thời gian đông kết C494 loại G Các hỗn hợp hồ xi măng, TB XLC chuẩn bị, Bảng 3: Các tiêu cơ, lí, hóa TB TB XLC thay 0, 20% 40% khối lượng xi măng, hỗn hợp trộn với lượng nước TT Chỉ tiêu Kết TCVN tiêu chuẩn, sau thí nghiệm xác định thời gian đơng kết 10302:2014 Kết thí nghiệm thời gian đơng kết thể Tổng hàm lượng ôxit Al2O3 + Fe2O3 (%) SiO2 + Hình Hình 83,5 ≥ 70 HỘI NGHỊ TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ NHÓM SRT NĂM HỌC 2019-2020 Hình 1: Ảnh hưởng XLC đến thời gian đơng kết Hình 3: Ảnh hưởng XLC đến độ sụt hỗn hợp bê hỗn hợp hồ xi măng tơng xi măng Hình 2: Ảnh hưởng TB đến thời gian đơng kết Trên Hình cho thấy TB XLC làm tăng đáng kể độ hỗn hợp hồ xi măng sụt hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông 20TB35XLC đạt giá trị lớn 14,5 cm, nhiên Kết Hình Hình cho thấy TB XLC tăng tỉ lệ XLC lên 45%, độ sụt hỗn hợp bê tơng có xu kéo dài thời gian đơng kết hỗn hợp hồ xi măng, tỉ lệ hướng không tăng Độ sụt hỗn hợp bê tông xi TB XLC lớn, thời gian đông kết lâu Thời măng tăng 15 mm (16,7%), 42 mm (46,7%), 55 mm gian bắt đầu kết thúc đông kết hỗn hợp hồ xi (61,1%) 53 mm (58,9%) tương ứng với hỗn hợp măng chứa XLC tăng 10 phút (7,7%), 30 phút 20TB15XL, 20TB25XL, 20TB35XL 20TB45XL Việc (23%) 30 phút (15,8%), 50 phút (26,3%) tương ứng TB XLC cải thiện độ sụt hỗn hợp bê tông với XLC thay 20% 40%X Thời gian bắt đầu kết chúng phản ứng thủy hóa chậm dẫn đến giảm nhu cầu thúc đông kết hỗn hợp hồ xi măng chứa TB lần nước, đồng thời hạt XLC có kết cấu bề mặt thủy tinh lượt tăng 30 phút (23%), 50 phút (38,5%) 50 phút nhẵn, hạt TB có dạng hình cầu nên chúng dễ chuyển (38,5%), 90 phút (47,4%) tương ứng với TB thay 20% động trượt lên 40%X 3.3 Cường độ nén cường độ ép chẻ Việc TB XLC kéo dài thời gian đông kết Cường độ nén ép chẻ loại bê tông chất hỗn hợp hồ xi măng chúng có hàm lượng CaO thấp, lượng cao thí nghiệm 3, 7, 28 56 ngày tuổi dẫn đến phản ứng thủy hóa chậm so với xi măng (mỗi tổ gồm mẫu) Cường độ nén ép chẻ trung bình Hỗn hợp hồ xi măng chứa XLC có thời gian đơng kết loại bê tơng Rntb, Rntb giá trị trung bình ngắn so với hồ xi măng chứa TB XLC có hàm mẫu thí nghiệm Kết thí nghiệm cường độ nén ép lượng CaO cao cỡ hạt mịn nên phản ứng thủy chẻ loại bê tơng chất lượng cao theo thời gian hóa nhanh so với TB thể Hình 3.2 Độ sụt Hình 4: Ảnh hưởng TB XLC đến cường độ ép chẻ Kết thí nghiệm độ sụt hỗn hợp bê tông (là loại bê tơng giá trị trung bình lần thí nghiệm) thể Hình Phạm Ngọc Sách, Nguyễn Thanh Phương Hình 5: Ảnh hưởng TB XLC đến cường độ nén 3.5 Độ chống thấm nước loại bê tông Thí nghiệm độ chống thấm nước loại bê tông Kết trên Hình cho thấy độ chất lượng cao thí nghiệm 28 ngày tuổi (mỗi tổ tuổi sớm (3 ngày), TB XLC làm giảm cường độ gồm mẫu trụ 150x150 mm) Thí nghiệm thực ép chẻ cường độ nén bê tông, bê tông 20TB45XL với áp lực nước mức tối đa 1,8 MPa Kết có cường độ ép chẻ cường độ nén thấp nhất, đạt thí nghiệm cho thấy tất loại bê tông chất lượng khoảng 67, 71% 67, 69% so với bê tông đối chứng cao có cấp chống thấm nước đạt cấp B16 Như ngày tuổi Tuy nhiên độ tuổi muộn 28 56 với bê tông chất lượng cao, độ chống thấm nước ngày, cường độ loại bê tơng chứa TB XLC khơng cịn tiêu quan trọng thấp không đáng kể so với bê tơng đối chứng, bê tơng 20TB45XL có cường độ ép chẻ cường độ nén đạt xấp KẾT LUẬN xỉ 85, 92% 82, 90% so với bê tông đối chứng 28 56 ngày tuổi Cường độ nén loại bê tông sử dụng Từ kết nghiên cứu, rút số kết TB XLC đạt 60 MPa 70 MPa tương ứng luận sau: với 28 56 ngày tuổi Bê tơng 20TB35XL có cường độ nén cường độ ép chẻ tương đương với bê tông đối TB XLC kéo dài thời gian đông kết hồ xi chứng 0TB0XL 56 ngày tuổi măng, thời gian đông kết hồ xi măng tỉ lệ thuận với hàm lượng TB XLC sử dụng Ảnh hưởng TB đến 3.4 Vận tốc xung siêu âm thời gian đông kết lớn so với XLC Vận tốc xung siêu âm loại bê tơng giá trị trung bình mẫu thí nghiệm Vsatb Kết thí nghiệm TB XLC cải thiện độ sụt của hỗn hợp bê tông, vận tốc xung siêu âm loại bê tông theo thời gian độ sụt hỗn hợp bê tông tăng tỉ lệ thuận với hàm lượng thể Hình XLC thay xi măng Tuy nhiên, hàm lượng XLC lên đến 45% độ sụt hỗn hợp bê tơng có dấu hiệu Hình 6: Ảnh hưởng XLC đến vận tốc xung siêu âm không tăng thêm bê tông xi măng TB XLC làm giảm cường độ bê tông độ Vận tốc xung siêu âm dùng để đánh giá độ đặc tuổi sớm, đặc biệt trước ngày; độ tuổi muộn 28 bê tông, vận tốc xung siêu âm lớn bê tơng có 56 ngày, cường độ loại bê tông chất lượng cao độ đặc cao Kết Hình cho thấy chứa TB XLC thấp không đáng kể so với bê tông độ tuổi sớm ngày bê tông đối chứng 0TBXL chiếm đối chứng đạt 60 70 MPa tương ứng 28 ưu thế, độ tuổi muộn 28 56 ngày loại bê tông 56 ngày Riêng bê tông 20TB35XL đạt 70 MPa 28 chất lượng cao chứa TB XLC có vận tốc xung siêu âm ngày Trong nghiên cứu này, bê tông sử dụng kết hợp vượt trội so với bê tơng đối chứng Trong đó, bê tơng 20%TB 35%XLC (20TB35XL) tối ưu 20TB35XL có vận tốc xung siêu âm đạt giá trị cao nhất, kết vận tốc xung siêu âm loại bê tông có xu Tài liệu tham khảo hướng tương tự với phát triển cường độ chúng [1] Ji-Liang Wang, kai-Min Niu, Zhi-Feng Yang Ming-Kai Zhou, Li- Qun Sun, Guo-Ju Ke, “Effects of Fly ash and Ground Granulated Blast- Furnaces Slag on Properties of High-Strength Concrete”, Key Engineering Materials, Vols 405-406 (2009), pp 219-225 [2] Gengying Li, Xiaohua Zhao, “Properties of concrete incorporating fly ash and ground granulated blast-furnace slag”, Cement & Concrete Composites Vol 25 (2003), pp 293–299 [3] Nguyễn Tấn Khoa, Nguyễn Thanh Sang, “Ảnh hưởng xỉ lò cao 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 nghệ cơng trình xanh, 2019, trang 1-12 [4] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3105-1993, Hỗn hợp bê tông bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử [5] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 6017-2015, Xi măng - Phương pháp xác định thời gian đơng kết độ ổn định thể tích [6] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3106-1993, Hỗn hợp bê tông nặng - phương pháp thử độ sụt [7] Bộ Khoa học Công nghệ TCVN 3118-1993, Bê tông nặng – phương pháp xác định cường độ nén [8] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 3120-1993, Bê tông nặng - phương pháp thử cường độ kéo bửa [9] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 9357-2012, Bê tông nặng - 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