Sự phát triển tính chất của một số bê tông cường độ cao nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén bê tông cường độ cao hpc trong khoảng giá trị từ 60 mpa đến 80 mpa thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN -    LÊ THANH CHÂU SỰ PHÁT TRIỂN TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO - NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO HPC TRONG KHOẢNG GIÁ TRỊ TỪ 60 MPA ĐẾN 80 MPA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐÀ NẴNG, 12/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN -    LÊ THANH CHÂU SỰ PHÁT TRIỂN TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO - NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO HPC TRONG KHOẢNG GIÁ TRỊ TỪ 60 MPA ĐẾN 80 MPA Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thế Dương ĐÀ NẴNG, 2021 MỤC LỤ MỞ ĐẦU 1 1 Đặt vấn đề 1 2 Phạm vi nghiên cứu của luận văn 5 3 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 5 4 Phương pháp nghiên cứu của luận văn 5 CHƯƠNG 1 BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ……………… 6 1.1 Khái niệm 6 1.2 Cấu trúc của bê tông và bê tông cường độ cao 7 1.2.1 Phân loại theo cường độ nén 8 1.2.2 Phân loại theo thành phần vật liệu chế tạo 8 1.3 Nguyên lý chế tạo bê tông cường độ cao 9 1.4 Thành phần bê tông cường độ cao 10 1.5 Thí nghiệm bê tông cường độ cao 11 1.5.1 Mô tả phương pháp thí nghiệm (xem tiêu chuẩn) 11 1.6 Sự phát triển cường độ theo thời gian 11 1.6.1 Cấu trúc chung của bê tông sử dụng các cốt liệu truyền thống và vữa xi măng chất lượng cao để tạo ra bê tông cường độ cao 11 1.6.2 Cấu trúc cốt liệu trong BT thường và BT cường độ cao .12 1.7 Các thành phần cơ bản tạo nên bê tông cường độ cao .13 1.7.1 Xi măng………… 13 1.7.2 Cát, Đá, Nước 14 1.7.3 Phụ gia khoáng 15 1.7.4 Phụ gia siêu hóa dẻo 16 1.7.5 Ví dụ một số cấp phối tiêu biểu 17 1.8 Sự phát triển của cường độ bê tông theo thời gian 20 1.9 Một số lưu ý về kiểm soát chất lượng và thi công bê tông cường độ cao 22 1.10 Một số ứng dụng điển hình 23 1.11 Kết luận chương 1 23 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ NGUỒN VẬT LIỆU TẠI ĐỊA BÀN MIỀN TRUNG SỬ DỤNG CHO CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO……………… 25 2.1 Vật liệu đá .25 2.2 Vật liệu cát .27 2.3 Xi măng 28 2.4 Phụ gia 30 2.5 Tro bay 30 2.6 Kết luận 31 CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG ĐÁ .32 3.1 Cấp phối cơ sở bê tông đề xuất 32 3.2 Sự phát triển của bê tông theo thời gian 34 3.3 Sự phát triển của bê tông theo thời gian 38 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu đá .38 3.5 Đánh giá tính khả thi của cấp phối bê tông 38 3.5.1 Đánh giá về kỹ thuật .38 3.5.2 Đánh giá về giá thành 38 3.6 Đánh giá sản phẩm bê tông chế tạo từ hỗn hợp vữa trộn sẵn 38 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 40 KẾT LUẬN CHUNG 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Y Hình 1.1 Quan hệ giữa lượng phụ gia siêu dẻo và phụ gia khoáng theo khối lượng chất kết dính, độ chảy từ 210 – 230mm 9 Hình 1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng FA đến sự phát triển của cường độ nén của bê tông theo thời gian, hàm lượng SF cố định 10%, N/CKD = 0.18 10 Hình 3.1 Cân, đo khối lượng vật liệu cát, đá cho cấp phối 32 Hình 3.2 Cân, đo khối lượng xi măng, nước, sika cho cấp phối 33 Hình 3.3 Đo độ sụt, đúc mẫu cho cấp phối 33 Hình 3.4 Nén mẫu 1 ngày tuổi 34 Hình 3.5 Nén mẫu 2 ngày tuổi 34 Hình 3.6 Nén mẫu 3 ngày tuổi 35 Hình 3.7 Nén mẫu 7 ngày tuổi 35 Hình 3.8 Nén mẫu 14 ngày tuổi 36 1 MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Trong xu thế phát triển, hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất nước, yêu cầu về các kết cấu mới, vật liệu mới đáp ứng các đòi hỏi ngày càng cao của thực tiễn sản xuất đã đặt ra cho công tác nghiên cứu nhiều vấn đề liên quan đến kết cấu và vật liệu xây dựng Hiện tại có nhiều ứng dụng các công nghệ vật liệu mới, trong đó có công nghệ bê tông cường độ cao (HPC) hoặc siêu cao (UHPC) Ví dụ điển hình như cọc bê tông ly tâm ứng lực trước sử dụng bê tông cấp bền đến B60 cho khả năng chịu tải cao và có giá thành rất cạnh tranh với cọc bê tông cốt thép thường; giúp đẩy nhanh tiến độ thi công, quản lý tốt về chất lượng sản xuất Bê tông HPC còn được sử dụng cho các vị trí như dải đổ sau trong thi công bê tông cốt thép (BTCT) Đối với ngành Hạ tầng, cột điện sử dụng bê tông kết cấu loại bê tông ly tâm ứng lực trước, cường độ cao được sản xuất và sử dụng rộng rãi Nhiều loại cấu kiện nhỏ sản xuất từ bê tông cường độ cao đang dần dần thay thế các cấu kiện bằng gang như: song chắn rác (Hình 1), nắp hố ga, ghi bảo vệ gốc cây,… Đối với ngành Giao thông, bê tông cường độ cao đã được sử dụng cho việc sửa chữa gia cường các công trình cầu yếu đã xuống cấp, các vị trí khe co giãn thường xuyên chịu va đập mạnh dưới tác dụng của tải trọng xe chạy, điển hình là sử dụng bê tông UHPC cho sửa chữa mặt cầu Thăng Long (Hà Nội) [1] (Hình 2) ,… Hiện nay, cũng đã có công trình cầu sử dụng hoàn toàn bê tông UHPC phối hợp với căng cáp ứng lực trước để vượt khẩu độ lớn và giảm chiều cao dầm (Hình 3) Bê tông UHPC còn được sử dụng thường xuyên cho các vị trí đế móng các trụ tháp, cột điện, các vị trí chịu ứng suất cục bộ lớn như buồng xoắn tua bin, buồng tua bin, buồng máy phát điện trong nhà máy thủy điện… cần phải chịu lực cao 2 Hình 1 Song chắn rác sản xuất từ bê tông HPC thay thế cho sản phẩm từ vật liệu gang (chụp tại UBND huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng) 3 Hình 2 Thi công bê tông UHPC trong sửa chữa mặt cầu Thăng Long Hình 3 Cầu dân sinh sử dụng bê tông cường độ siêu cao có khối lượng nhỏ bằng 1/3 so với kết cấu BTCT thông thường Ngày nay, với yêu cầu thẩm mỹ và công năng, nhiều công trình kiến trúc yêu cầu vượt nhịp lớn và yêu cầu kích thước hạn chế, đồng thời việc thi công cần phải đơn giản, nhanh chóng, kết cấu bền vững theo thời gian thì việc sử dụng bê tông HPC và bê tông UHPC lại càng là những giải pháp khả thi và được ưu tiên lựa 4 chọn Ví dụ mái vòm biểu tượng đạt giải nhất cuộc thi thiết kế công viên APEC mở rộng tại phường Bình Hiên, Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng năm 2019 có phương án mái vòm mỏng vượt nhịp lớn (Hình 4) chỉ có thể sử dụng phương án Bê tông cường độ cao HPC hoặc UHPC mới có thể đáp ứng được các điều kiện về hình dạng, thẩm mỹ và chất lượng (theo báo cáo thiết kế khả thi của đơn vị thiết kế) Hình 4 Trích phối cảnh phương án đạt giải nhất cuộc thi Thiết kế Công viên APEC mở rộng của Thành phố Đà nẵng (nguồn: Công ty TNHH MTV TVTK Phố Xanh) Bê tông HPC và UHPC ngoài việc được hiểu là bê tông có cường độ cao và rất cao thì còn có tính công tác rất tốt Nhiều công trình khai thác tài nguyên nước sử dụng dạng kết cấu có kích thước tiết diện khá thanh mảnh mà yêu cầu chịu lực lớn, do đó mật độ cốt thép dày, dẫn đến việc đổ, đầm bê tông khi thi công rất khó hay không thực hiện được Do đó sử dụng bê tông cường độ cao có tính chất linh động cao và giúp có thể thi công tại các vị trí có mật độ thép lớn, các vị trí mà việc tiếp cận đầm dùi khó khăn là biện pháp được ưu tiên lựa chọn Tính chất này cũng được ứng dụng cho việc chế tạo các sản phẩm vừa mang tính chịu lực vừa mang tính nghệ thuật trong xây dựng và trong kiến trúc Trong quá trình sử dụng vật liệu bê tông HPC và UHPC, một trong những tính chất rất quan trọng đó là thời gian đạt cường độ Việc bê tông đạt cường độ sớm giúp ích rất nhiều cho yếu tố kinh tế Ví dụ đối với việc sửa chữa công trình giao thông, việc bê tông đạt cường độ và có thể đưa vào sử dụng sau một thời gian ngắn có thể giảm thiểu được ùn ứ phương tiện giao thông, giảm thiểu được thiệt hại về 5 thời gian lưu thông và giảm ô nhiễm môi trường Đối với đơn vị sản xuất bê tông, việc đạt cường độ sớm sẽ giúp tối ưu số lần luân chuyển khuôn đúc, giải phóng kho bãi, giao hàng sớm,… do đó đem lại nhiều lợi ích kinh tế Vì vậy hiểu rõ cơ chế phát triển cường độ và đánh giá cường độ của bê tông HPC và UHPC là một trong những yêu cầu mang tính khoa học và thực tiễn rất lớn 2 Phạm vi nghiên cứu của luận văn Trong luận văn này, tác giả tập trung nội dung Sự phát triển tính chất của một số bê tông cường độ cao - Nghiên cứu sự phát triển cường độ chịu nén bê tông cường độ cao HPC trong khoảng giá trị từ 60 MPa đến 80 MPa Vật liệu được sử dụng là các vật liệu tự nhiên trên địa bàn thành phố Đà nẵng và tỉnh Quảng Nam Thời gian nghiên cứu theo các khung sau: - 24 giờ; 48 giờ; 72 giờ; 7 ngày; 14 ngày; 28 ngày 3 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn Luận văn có nhiệm vụ tìm hiểu cấu trúc của bê tông cường độ cao so với bê tông thường, nguyên lý chế tạo, thành phần cấp phối và các đặc điểm, tính chất liên quan đến cường độ cũng như sự phát triển của cường độ chịu nén của bê tông HPC, từ đó vận dụng chế tạo mẫu bê tông HPC sử dụng một số thành phần vật liệu địa phương và đánh giá sự phát triển cường độ của chúng theo thời gian Nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng đá trong thành phần cấp phối cũng được tiến hành trong nghiên cứu này 4 Phương pháp nghiên cứu của luận văn Luận văn này sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây: - Tìm hiểu, tổng hợp lý thuyết, tài liệu trong nước và quốc tế liên quan đến cường độ và sự phát triển cường độ của bê tông HPC Tìm hiểu tiêu chuẩn, quy trình thí nghiệm bê tông HPC Tìm hiểu thành tố cấu tạo và sự ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông HPC - Thí nghiệm mẫu thực tế - Phân tích, tổng hợp, đánh giá