Luận văn thạc sĩ Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng: Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật kỹ thuật của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt

- Khảo sát các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông SCC sử dụng cốt liệu xỉ sắt so sánh với mẫu bê tông SCC sử dụng cốt liệu thiên nhiên : thí nghiệm độ chảy xòe, thí nghiệm khả năng

TỔNG QUAN

Tổng quan về bê tông tự lèn (SCC)

Bê tông , bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công trình xây dựng Bê tông có rất nhiều ưu điểm , nổi trội nhất là khả năng chịu lực , tuổi thọ cao, dễ tạo hình và tận dụng được các nguồn vật liệu tại địa phương Trong lĩnh vực xây dựng nó là loại vật liệu đạt chiếm ưu thế nhất Trong khi sử dụng , các chuyên gia xây dựng đã phối hợp với các nhà khoa học về lĩnh vực vật liệu nhằm khai thác triệt để các ưu điểm , khắc phục những tồn tại của bê tông , bê tông cốt thép, vì thế đã có những công nghệ sản xuất và thi công mới ra đời , đó chính là công nghệ bê tông tự lèn Bê tông tự lèn là loại bê tông mà hỗn hợp của nó có khả năng tự lắp đầy góc cạnh ván khuôn hoặc cốp pha kể cả những kết cấu dầy đặc cốt thép, mà vẫn giữ được tính đồng nhất bằng chính trọng lượng bản thân và độ chảy xòe cao, không cần bất kỳ lực tác động cơ học nào từ bên ngoài

Nói cách khác,bê tông tự lèn chính là bê tông, mà hỗn hợp của nó khi đổ không cần đầm nhưng sau khi đóng rắn, kết cấu bê tông vẫn đảm bảo độ đặc chắc và các tính chất về cơ lý như bê tông truyền thống thông thường

Bê tông tự lèn thường được sử dụng trong các công trình phức tạp, có cốt thép dày đặc và đòi hỏi yêu cầu chất lượng rất cao

Sự ra đời của công nghệ bê tông tự lèn và sử dụng công nghệ này vào trong xây dựng các công trình có hình dáng kết cấu phức tạp, cốt thép dày đặc , yêu cầu chất lượng cao là một bước tiến quan trọng trong công nghệ thi công bê tông và bê tông cốt thép

Bê tông tự lèn (SCC) là một loại bê tông tươi có độ chảy cao nhưng vẫn ổn định, giúp loại bỏ hiện tượng phân tầng và có khả năng tự lèn Điều này có nghĩa là bê tông tự kết lại mà không cần đầm nén như bê tông truyền thống Ba đặc tính chính của bê tông tự lèn là khả năng chảy cao, ổn định và không phân tầng.

- Khả năng chảy: khả năng tự lắp đầy hoàn toàn tất cả khu vực và các góc của ván khuôn

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG - Khả năng xuyên qua : khả năng đi qua cốt thép dày đặc mà không bị phân tầng các thành phần hoặc bị tắt nghẽn

- Khả năng kháng phân tầng: khả năng giữ lại các thành phần thô của hỗn hợp ở trạng thái lơ lửng để duy trì một hỗn hợp đồng nhất [15]

1.1.3 Đặc điểm của bê tông tự lèn Để đạt được khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông không chỉ dựa vào tính chảy dẻo của vữa xi măng mà còn phải có tính chống sự phân tầng giữa cốt liệu lớn và vữa xi măng

Nguyên tắc để đạt được khả năng tự lèn là tăng lượng chất kết dính trong vữa xi măng và giảm lượng cốt liệu lớn trong thành phần của bê tông Mặc khác cần tạo tính dẻo cao cho hỗn hợp bê tông nhưng lượng nước yêu cầu thấp so với bê tông thường để bê tông tự lèn đạt được độ bền và cường độ cao

Việc gia công chấn động sẽ góp phần làm cho hỗn hợp bê tông trở nên dẻo và chảy Do khi tần số dao động đạt đến một giá trị năng lượng nào đó thì nội ma sát của các cốt liệu lớn giảm đến mức nhỏ nhất Chính sự giảm hàm lượng cốt liệu lớn, năng lượng đầm nén cần thiết để hỗn hợp bê tông trở thành chảy dẻo sẽ giảm đi Để tăng tính dẻo của vữa xi măng ta có thể sử dụng phụ gia siêu dẻo, tác nhân tạo nhớt và một lượng bột khoáng với tỷ lệ nước và xi măng hợp lý

Sự khác biệt chính của công nghệ thi công bê tông tự lèn là loại bỏ bước đầm chặt tạo độ rung cho bê tông Để tự chảy lấp đầy các góc cạnh của ván khuôn bằng trọng lực riêng của mình, bê tông tự lèn phải có độ sụt cao nhưng vẫn duy trì tính đồng nhất Do đó, đặc điểm cơ bản của loại bê tông này là cân bằng giữa độ chảy và tính chống phân tầng của hỗn hợp bê tông Để đạt được điều này, bê tông tự lèn phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt được tính chảy dẻo cao - Sử dụng hàm lượng lớn phụ gia mịn để tăng tính linh động của vữa xi măng;

- Hạn chế hàm lượng cốt liệu thô trong bê tông ít hơn so với bê tông thông thường

Ngoài các đặc tính cơ bản nói trên, đặc tính chế tạo và thi công của bê tông tự lèn cũng khác so với bê tông thường như sau:

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG - Bê tông tự lèn có thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết chậm hơn so với bê tông thường

- Khả năng bơm của bê tông tự lèn cao hơn so với bê tông truyền thống

- Sự dao động về chất lượng và sự cố trong khi trộn của vật liệu nên bê tông tự lèn có yêu cầu về kiểm tra chất lượng, kiểm tra sản xuất và kiểm tra thi công khắt khe hơn bê tông thường

- Cần thời gian duy trì độ dẻo cao hơn so với bê tông truyền thống

1.1.4 Phân loại bê tông tự lèn

Bê tông tự lèn có thể phân thành 3 loại sau : loại bột, loại phụ gia tạo nhớt và loại kết hợp:

- Bê tông tự lèn loại bột được đặc trưng bởi lượng lớn bột ( tất cả vật liệu < 0,15 mm ) mà thường trong khoảng 550-650 kg/m 3 Điều này tạo cho bê tông có độ nhớt dẻo và vì vậy chống phân tầng Điểm chảy được xác định bằng việc bổ sung các phụ gia siêu dẻo

- Bê tông tự lèn loại có phụ gia tạo nhớt thì có hàm lượng bột thấp hơn ( 350 -450 kg/m 3 ) Khả năng kháng phân tầng được kiểm soát bằng phụ gia tăng nhớt và điểm chảy bằng việc thêm vào phụ gia siêu dẻo

- Bê tông tự lèn loại kết hợp thì hàm lượng bột nằm trong khoảng 450-550 kg/m 3 nhưng tính lưu biến cũng được kiểm soát bởi phụ gia tăng nhớt cũng như là một liều lượng thích hợp của phụ gia siêu dẻo.[35]

1.1.5 Tình hình nghiên cứu SCC và ứng dụng SCC trong các công trình xây dựng

Tổng quan về xỉ sắt

1.2.1 Giới thiệu về xỉ sắt

Thép và xỉ sắt đã được sử dụng từ rất lâu đời Người đầu tiên là Aristotle – Nhà Triết Học , Khoa học Hy Lạp cổ đại đã sử dụng xỉ sắt cho các công trình trong xây dựng , y tế vào năm 350 trước công nguyên

Cách đây 2000 năm , Đế chế La Mã đã sử dụng xỉ sắt ( từ các lò rèn binh khí) để xây dựng các con đường của thành Rome, xây dựng đấu trường Colosseum danh tiếng sử dụng từ một phần vật liệu có nguồn gốc từ xỉ sắt

Theo thời gian , xỉ sắt đã được bắt đầu ứng dụng rộng rãi hơn : đúc đạn thần công ở Đức ( 1589) , làm bến cảng ở Anh (1652) , sản xuất sợi và bông từ xỉ ở xứ wales ( 1840) , sản xuất

Hình 1.7 Tòa nhà Keangnam Hình 1.6 Dự án Trung Hòa

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG xi măng xỉ ở Đức (1852) , làm bê tông xỉ cốt thép ở Đức và Châu Âu (1892), gạch không nung từ xỉ và đá vôi ở Nhật (1901)

Ngày nay, tại Châu Âu ,Mỹ và các nước tiên tiến trên thế giới , xỉ sắt không được xem là chất thải ,đồng thời đưa ra những quy định bắt buộc các công ty luyện thép phải tái chế xỉ sắt, hạn chế chôn lấp gây ô nhiễm môi trường

Ứng dụng của xỉ thải sau xử lý rất rộng rãi trong các lĩnh vực xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp; phát triển giao thông, cơ sở hạ tầng kỹ thuật; sản xuất nông nghiệp; và công nghiệp xử lý chất thải.

1.2.2 Quá trình hình thành xỉ sắt

Xỉ sắt là phế thải trong công nghiệp luyện kim, là phế phẩm trong quá trình sản xuất kim loại từ quặng sắt hay quá trình tinh chế kim loại không nguyên chất Trong quặng sắt thường có lẫn những tạp chất sét và cát nên khi sản xuất người ta thường cho vào cùng với quặng sắt một hàm lượng đá vôi thích hợp nhất định vào lò nung Trong quá trình nung, giữa quặng sắt và đá vôi có phản ứng tạo thành các hợp chất silicat canxi, silicat alumin và silicat aluminate canxi magie Ở nhiệt độ cao, các hợp chất nóng chảy hoàn toàn Khối lượng riêng của các hợp chất nóng chảy này nhỏ hơn so với gang nên nổi lên trên, được tháo ra ngoài, gọi là xỉ

Hình 1.8 Ảnh so sánh đá núi lửa (trái) và xỉ EAF (phải)

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Hiện nay, trên thế giới, thép được sản xuất bằng hai công nghệ chính: Công nghệ lò cao - đúc liên tục và Công nghệ lò điện hồ quang Ở Việt Nam, phần lớn thép được sản xuất bằng công nghệ lò điện hồ quang – đúc liên tục [39]

Công nghệ luyện thép bằng lò điện hồ quang sử dụng nguyên liệu đầu vào là sắt, thép phế liệu để luyện thép Để tách các tạp chất có trong thép phế liệu đầu vào,người ta đưa một hàm lượng vôi thích hợp kết hợp với một số chất trợ dung đưa vào lò luyện, quá trình nóng chảy ở nhiệt độ trên 1.600 o C xỉ sắt sẽ nổi lên trên, thép lỏng nằm ở lớp phía dưới Lớp xỉ được tháo ra khỏi lò, được làm nguội và chuyển sang trạng thái rắn Khi nguội, xỉ được đưa tới bãi chứa và chuyển đến nhà máy xử lý, tái chế thành các sản phẩm có ích

Các thành phần hóa học chính cấu thành nên xỉ EAF chủ yếu là oxit CaO, FexOy, MgO, MnO2, SiO2 và Al2O3 Trong số đó, CaO, SiO2 và FexOy là các hợp phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, lên tới 80% tổng trọng lượng của xỉ lò.

Hình 1.9 Quy trình sản xuất thép lò hồ điện quang

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Các phân tích của nhiều nghiên cứu khoa học cho thấy xỉ EAF có chứa nhiều khoáng chất, chiếm đa số là Wustite (FeO), DiCalcium và TriCalcium Silicates (2CaO.SiO2, C2S và 3CaO.SiO2, C3S), Brownmillerite (Ca2(Al,Fe)2O5, C4AF) và Mayenite (12CaO.7Al2O3, C12A7) và CaO, MgO tự do [37]

Thành phần khoáng chất của xỉ EAF bao gồm:

CS: Calcium Silicates (2CaO.SiO2, C2S và 3CaO.SiO2, C3S);

B: Brownmillerite (Ca2(Al,Fe)2O5, C4AF);

Tại Việt Nam, xỉ được sản xuất từ lò điện có thể xem như đá nhân tạo, giống đá tự nhiên, bao gồm FeO, CaO, SiO2 và các oxit khác như MgO, Al2O3, MnO Xỉ lò điện có thể ứng dụng làm cốt liệu cho đường, san lấp, hoặc ứng dụng trong sản xuất xi măng, Tuy nhiên, trước khi sử dụng, xỉ phải được chế biến như nghiền, sàng và phân loại kích thước

1.2.3 Tình hình nghiên cứu trước đó về cốt liệu xỉ sắt

Sự đưa vào sử dụng thành công xỉ sắt như là một cốt liệu trong bê tông được nghiên cứu từ trước Xỉ sắt là một sản phẩm phụ công nghiệp và thay vì xử lý nó trong bãi rác, việc sử dụng các sản phẩm xỉ sắt trong thị trường xây dựng sẽ tăng hiệu quả và có lợi về kinh tế Các đặc tính vật lý và hóa học của xỉ sắt đã được kiểm tra cẩn thận Do tính chất có khả năng giãn nỡ nên xỉ sắt cần được chú ý đặc biệt nếu được sử dụng trong xây dựng hoặc các ứng dụng khác

Khả năng sử dụng sản phẩm như một cốt liệu bê tông với lợi ích sinh thái đã được nghiên cứu toàn cầu của một số nhà nghiên cứu như Anastasiou và Papayianni

Họ tiến hành một số thí nghiệm với cốt liệu xỉ trong bê tông và phát hiện ra rằng cường độ 28 ngày đã tăng 21% với sự thay thế cốt liệu tự nhiên, trong khi không có sự tăng thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông Bề mặt xi măng-cốt liệu đặc chắc mà không có vết nứt hoặc gián đoạn khác Bê tông với cốt liệu xỉ sắt có trọng lượng riêng cao so với bê tông thông thường

Tuy nhiên, trọng lượng riêng có thể tăng hoặc giảm tương ứng với sự kết hợp của các loại cốt liệu (Anastasiou và Papayianni, 2006).[25]

Mục đích nghiên cứu

1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ năm 1945, gần 1 tỷ tấn xỉ sắt đã được sử dụng tại Đức trong nhiều ứng dụng khác nhau Khối lượng xỉ sắt này tương đương với một tháp đá khổng lồ có đường kính 600m và cao 2900m, bằng ngọn núi cao nhất nước Đức, Zugspitze (nguồn: FehS, Duisburg, Đức) Như vậy, các sản phẩm làm từ xỉ sắt đóng góp vào nỗ lực giảm thiểu tình trạng khai thác đá, hay nói cách khác sử dụng xỉ sắt chính là góp phần bảo vệ môi trường

Việt Nam hàng năm thải ra hàng triệu tấn xỉ sắt từ các nhà máy luyện thép, gây ra nguồn chất thải công nghiệp khổng lồ Xử lý xỉ sắt bằng cách chôn lấp tốn kém hơn 10 triệu đô la mỗi năm, không những gây tốn quỹ đất mà còn lãng phí tài nguyên.

Hình 1.19 Xử lý nền móng yếu, ngập nước hoặc thi công trong mùa mưa bằng xỉ sắt

Hình 1.20 Xỉ sắt được dùng làm gạch xây tường

Hình 1.21 Toà nhà The Cathedral of

Christ the Light, Oakland, California, USA làm từ cốt liệu tro bay, xỉ sắt và xi măng

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG vừa gây ô nhiễm môi trường Nhiều giải pháp đã được đưa ra như chôn lấp xỉ sắt, tái chế xỉ sắt thành phụ gia xi măng nhưng đều không khả thi vì hạn chế nguồn tài chính hoặc công nghệ xử lý không phù hợp

Trong thành phần của xỉ sắt có rất nhiều khoáng chất, trong đó khoáng chất chính lại là thành phần của xi măng nên có thể tái sử dụng để làm vật liệu phụ cho xây dựng đường giao thông, làm cốt liệu cho bê tông và là một nguồn tài nguyên quý giá, nhất là trong điều kiện nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt hiện nay Ứng dụng lớn nhất của xỉ sắt sau khi qua tái chế là làm đường giao thông và xây dựng các công trình công nghiệp Tất cả các công trình sử dụng xỉ sắt cho chất lượng tốt hơn sử dụng đá Bởi thành phần của đá không nhiều khoáng chất như xỉ sắt, thứ 2 giá thành xỉ sắt rẻ hơn nhiều, thứ 3 là việc cấp phối hạt của nó rất tốt

Qua nhiều nghiên cứu, ứng dụng cốt liệu xỉ trong bê tông tự lèn (BTXM) bằng cách thay thế một phần đá dăm tự nhiên bằng xỉ sắt đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả về kỹ thuật Các công trình ứng dụng thực tế cho thấy hầu hết tính chất kỹ thuật của bê tông được cải thiện hoặc tương đương Vì vậy, nghiên cứu này tập trung vào việc thay thế toàn bộ cốt liệu đá dăm và cát trong BTXM bằng xỉ sắt ứng dụng cho các công trình dân dụng và công nghiệp Đây là giải pháp đem lại hiệu quả kinh tế, khả thi về mặt kỹ thuật và góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường.

- Dựa vào tính chất vật lý của xỉ sắt ta có thề thấy rằng xỉ sắt có khối lượng riêng cao 3.2 – 3.6 g/cm 3 , do đó bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt sẽ nặng hơn bê tông tự lèn truyền thống

- Kết cấu của các công trình hiện nay đều cố gắng làm giảm tải trọng do bản thân công trình gây ra, các kỹ thuật xây dựng cũng nghiên cứu và phát triển để giảm tải trọng bản thân công trình, giảm tiết diện kết cấu dầm ,sàn , cột, tạo cho kết cấu có khả năng vượt nhịp hoặc mang tính thẩm mỹ cho công trình

- Có thể thấy rằng , việc sử dụng bê tông tự lèn xỉ sắt vào phần thân các công trình nhà cao tầng là không khả thi Do đó, bê tông tự lèn cốt liệu xỉ sắt có thể sử dụng cho móng công trình, móng bến cảng, bến tàu với mật độ cốt thép dày đặt và khối bê tông lớn không có khả năng đầm lèn, hoặc chi phí cho nhân công là quá lớn

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Vì vậy mục tiêu đưa ra cho đề tài này : Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông và bê tông SCC sử dụng cốt liệu xỉ sắt ứng dụng công trình nền móng dân dụng và bến cảng

 Tổng quan bê tông tự lèn, tình hình ứng dụng bê tông tự lèn

 Tổng quan tình hình nghiên cứu xỉ sắt làm cốt liệu, ứng dụng của xỉ sắt

 Đánh giá khả năng tự lèn của bê tông

 Cấu trúc hỗn hợp bê tông

 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự lèn

 Quá trình đóng rắn của xi măng

 Thẩm thấu ion clo vào trong bê tông

 Sự co ngót trong bê tông

- Khảo sát các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông SCC sử dụng cốt liệu xỉ sắt so sánh với mẫu bê tông SCC sử dụng cốt liệu thiên nhiên : thí nghiệm độ chảy xòe, thí nghiệm khả năng xuyên qua khuôn U , khả năng xuyên qua vòng J-ring, cường độ chịu nén, độ bền bê tông đặc trưng bằng thí nghiệm thấm clo, co ngót trong bê tông

- Kết luận và kiến nghị

Hình 1.24 Sử dụng SCC đổ cho bản móng của một trung tâm thương mại ở NewYork 1978

Hình 1.23 Cốt thép dày đặc của một bản móng

CƠ SỞ KHOA HỌC

Đánh giá khả năng tự lèn của bê tông

Bê tông tự lèn chất lượng cao ngày càng được sử dụng nhiều trên thế giới Các công trình dầm, cầu, hạng mục cốt thép dày đặc… đòi hỏi phải có một loại bê tông mà ở đó chúng ta chỉ cần dùng một năng lượng nhỏ cũng làm cho bê tông đặc chắc.Bê tông tự lèn có những đặc tính đó Chúng có tính biến dạng , chảy dẻo rất cao khi ở trạng thái tươi ( trạng thái hỗn hợp)

Mặc dù biến dạng và dẻo như vậy nhưng bê tông tự lèn không hề bị phân tầng Ở trạng thái hỗn hợp nó có khả năng lấp đầy tất cả các góc của ván khuôn dưới tác dụng của trọng lượng bản thân nó mà không cần đầm rung Ngoài ra khi đóng rắn nó còn có khả năng chống lại các tác nhân xâm thực của môi trường xung quanh như : sắt clorua , cacbonic (CO2 )…

Với những đặc tính nổi trội như vậy thì điều đặt ra là làm thế nào để có được một loại bê tông có những khả năng như trên Nhiều nhà nghiên cứu về bê tông trên thế giới đã đưa ra nhiều cấp phối nhiều phương pháp để đánh giá khả năng tự lèn của bê tông Những phương pháp phổ biến là sử dụng phương pháp thử nghiệm như : độ chảy xòe , Lbox , Ubox , Vbox … để đánh giá khả năng tự lèn của bê tông

Tóm lại với những đặc tính nổi trội như trên bê tông tự lèn đã và đang được quan tâm nhiều trên thế giới.

Cấu trúc hỗn hợp bê tông

Quá trình chế tạo và đóng rắn của bê tông chia làm hai giai đoạn đặc trưng:- Giai đoạn dẻo: hỗn hợp bê tông có thể chảy và tạo hình theo khuôn.- Giai đoạn rắn: hỗn hợp bê tông chuyển dần sang trạng thái rắn, cứng và đạt cường độ chịu lực.

- Giai đoạn hỗn hợp bê tông là giai đoạn trước khi đông cứng của xi măng và chuyển hóa bê tông sang trạng thái rắn

- Giai đoạn đóng rắn và khai thác sử dụng vật liệu là giai đoạn khi chúng có các tính chất của vật thể rắn bê tông

Do có nội lực tác dụng giữa các hạt pha rắn và nước hỗn hợp bê tông có tính dẻo và các tính chất nhất định , đặc trưng cho các chất lỏng dẻo đang hình thành cấu trúc Hỗn hợp bê tông với các tính chất của mình chiếm vị trí trung gian giữa chất lỏng dẻo và các vật thể rắn.So với

Chất lỏng dẻo thực khác chất lỏng thông thường ở chỗ chúng hình thành một ít độ nhớt hoặc độ nhớt cấu trúc do lực ma sát dẻo Không giống vật rắn, bê tông không có độ đàn hồi nhưng có khả năng biến dạng dẻo và chảy ngay lập tức ngay cả khi chịu tải trọng nhỏ.

Các tính chất của hỗn hợp bê tông và trạng thái của chúng trong quá trình chuẩn bị đổ và lèn chặt được xác định bằng đặc trưng và giá trị các lực tác dụng giữa pha rắn và chất lỏng

Sự tác dụng lẫn nhau giữa các hạt rắn trong hỗn hợp bê tông được quyết định bằng môi trường lỏng: chỉ khi pha nước vào hỗn hợp khô của xi măng và cốt liệu, hỗn hợp này mới có cấu trúc và tính chất đặc trưng của hỗn hợp bê tông Lực tác động lẫn nhau của các hạt rắn của hỗn hợp bê tông có bản chất vật lý rất khác nhau và phụ thuộc vào kích thước của hạt, cũng như phụ thuộc vào pha lỏng , bản chất của chúng, sự có mặt trong đó của các vật chất khác, giá trị sức căng bề mặt

Bảng 2.1 Lực tác dụng giữa các hạt rắn trong hỗn hợp bê tông

Dạng lực và đặc trưng tác dụng lẫn nhau

Hiệu quả tác dụng lẫn nhau

Các hạt cát và đá có độ rỗng lớn, bề mặt riêng nhỏ nên lực bề mặt tác động không đáng kể Do không có tính dính kết nên nước sẽ thoát khỏi các lỗ rỗng dưới tác động của trọng lực Khi có ngoại lực tác động, lực ma sát trong sẽ xuất hiện trong hỗn hợp.

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Với các hạt có kích thước nhỏ đến 1-0,1mm xuất hiện lực mao quản Hỗn hợp có tính dẻo

Lực mao quản xuất hiện khi lượng nước dư tại vị trí tiếp xúc của các hạt rắn , trong khi đó lỗ rỗng của các hạt lại chứa đầy không khí Sự tác động của sức căng bề mặt trong các mao quản nước tạo thành bảo đảm lực bám dính giữa các hạt Hỗn hợp có độ sệt cứng.Khi kích thước hạt từ 0,1-2.10 -4 mm bắt đầu xuất hiện bề mặt sự keo tụ Trên bề mặt của các hạt nhất là tại các góc cạnh xuất hiện các điện tích , thúc đẩy quá trình keo tụ do sự hút nhau của các điện tích âm và các điện tích dương Nước trong chất keo tụ là cố định và thể tích lỗ rỗng trong chất keo tụ là đáng kể

Thực chất trong hỗn hợp bê tông các vật thể rắn khi tác dụng với nước các lực phân tử không bù trừ được vì vậy các bề mặt này hút các phân tử nước, làm cho chúng bị phân cực đang kể trong trường lực tác dụng của vật thể rắn, lớp nước bị phân cực tạo thành một lớp vỏ bao quanh các hạt.Tại bề mặt phân chia giữa lớp nước bao quanh các hạt, chịu tác động của điện của hạt rắn bên trong và lớp nước tự do xuất hiện thế điện gọi là thế nhiệt động hoặc thế điện toàn phần Ở vùng biên của phần có có độ lưu động cao của lớp khuếch tán kép, xuất hiện thế điện động học chúng có ảnh hưởng lớn độ bền của hệ keo

Vật chất từ thể lỏng chuyển sang thể keo Nếu các hạt trong hỗn hợp có các điện tích ngược nhau, sẽ xảy ra sự keo tụ , dẫn đến giảm độ lưu động Sự keo tụ có thể giảm khi tăng bề dày của lớp vỏ sonvát hoặc trung hòa một phần điện tích bề mặt ( thí dụ tăng hàm lượng chất lỏng hoặc sử dụng các loại phụ gia đặc biệt) Các lớp vỏ bán rắn hình thành trên các bề mặt của hạt keo thực hiện chức năng kép Một mặt các vỏ tạo ra huyền phù xi măng có tính dẻo và có độ bền nhất định, nghĩa là khả năng ở mức độ nhất định chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực , không phá vỡ độ bền liền khối của mình và không làm mất hình dạng

Mặt khác các vỏ này có tính chất thấm ướt làm giảm nhẹ sự trượt của các hạt cứng lẫn nhau do tác dụng của lực đẩy và hình thành các bề mặt trượt ở những vị trí mà liên kết hydro yếu nhất

Hỗn hợp bê tông chứa các hạt kích thước khác nhau, vì vậy chúng thể hiện tất cả những lực nêu trên Tuy nhiên đặc trưng cấu trúc của hỗn hợp bê tông và sự tác động giữa các kích thước khác nhau có ảnh hưởng tới hiệu quả của chúng Các phần tử cực nhỏ , lắng và dính trên các hạt lớn hơn, mất độ lưu động và để tăng chúng cần thêm lượng nước bổ sung và các

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG hạt cực nhỏ.Tuy nhiên , sự tăng lượng nước giúp cải thiện độ lưu động nhưng làm giảm liên kết của hỗn hợp bê tông.

Tính chất hỗn hợp của bê tông tự lèn (SCC)

2.3.1 Khả năng biến dạng ( tính chảy dẻo và khả năng lấp đầy )

Khả năng biến dạng liên quan đến khả năng của hỗn hợp SCC biến dạng và trải qua những thay đổi về hình dạng với việc lấp đầy hoàn toàn tất cả các khu vực và các góc của ván khuôn theo chiều ngang và theo chiều dọc trong khi vẫn duy trì tính đồng nhất của nó Các biến dạng của SCC được đặc trưng bởi tính lưu động và sự gắn kết của bê tông, và chủ yếu là đánh giá bằng kiểm tra độ chảy xòe [43]

Kenedy (1940) đã đề xuất “Lý thuyết vữa vượt mức” như là một cách để giải thích cơ chế chi phối tính công tác của bê tông Kennedy nói rằng phải có đủ vữa để bao phủ diện tích bề mặt của các hạt cốt liệu , và lượng vữa thừa để giảm thiểu ma sát giữa các cốt liệu và tạo cho khả năng chảy tốt hơn Nếu không có lớp vữa , giữa các hạt cốt liệu sẽ có quá nhiều ma sát kết quả là tính công tác bị hạn chế

Hình 2.1 Lớp vữa bao xung quanh cốt liệu

Hình 2.1 cho thấy sự hình thành của lớp hồ xi măng quanh cốt liệu Độ dày của lớp vữa tốt nhất phụ thuộc vào đường kính của hạt cốt liệu

Khả năng xuyên qua lieu quan đến khả năng của hỗn hợp SCC xuyên qua cốt thép dày đặc mà không bị ngăn chặn, trong khi vẫn duy trì trạng thái lơ lửng của các hạt cốt liệu trong nền

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG chất kết dính , do đó tránh bị cản bởi các chướng ngại vật và tắc nghẽn trong quá trình chảy

Các thử nghiệm J-ring và L-box là những phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để đánh giá tính chất này

Khả năng chảy của hỗn hợp SCC bị ngăn cản tăng lên khi thể tích cốt liệu lơn tăng Kích thước của cốt liệu, hình dạng của chúng và thành phần thể tích của chúng ảnh hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp SCC Okamura và Ouchi (1999) báo cáo rằng khả năng va chạm và tiếp xúc giữa các hạt tăng lên khi khoảng cách giữa các hạt giảm; do đó dẫn đến sự gia tăng nội ứng suất khi bê tông bị biến dạng, đặc biệt là gần những chướng ngại vật gây tắc nghẽn

Nghiên cứu cho thấy rằng năng lượng cần thiết để chảy bị tiêu hao bởi sự gia tăng nội ứng suất Hạn chế hàm lượng cốt liệu thô có mức tiêu thụ năng lượng cao thì hiệu quả trong việc làm giảm nguy cơ tắc nghẽn Hình 2.2 cho thấy cách ứng suất pháp có thể được tạo ra do sự tiếp cận của các hạt cốt liệu thô gần chướng ngại vật

Hình 2.2 Ứng suất pháp được tạo ra trong vữa do tiếp xúc của các hạt cốt liệu thô

Vữa có độ nhớt cao cũng ngăn ngừa sự gia tăng ứng suất nội do sự tiếp xúc của các hạt cốt liệu thô (Okamura và Ouchi, 1999) và do đó làm tăng khả năng xuyên qua của hỗn hợp SCC

Roussel et al (2009) cho rằng SCC độ chảy cao thì các hạt thô nhất có thể dễ bị chặn ở khu vực có cốt thép dày đặc và điều này có liên quan đến sự mất ổn định của vật liệu, và sự gia tăng lượng cốt liệu thô bị kẹt lại gần chương ngại vật như trong hình 2.3; trong trường hợp này, vật liệu là quá lỏng để mang các hạt của chính nó trong quá trình chảy [13]

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG

Hình 2.3 Tăng lượng cốt liệu bị kẹt lại trước cốt thép do sự phân tầng Một hỗn hợp vữa xi măng có độ nhớt thấp sẽ làm tăng nguy cơ bị ngăn chặn làm phân tầng mạnh trong hỗn hợp

Khả năng cốt liệu bị chặn lại cũng có thể được gia tăng lên khi khoảng cách giữa các thanh thép giảm Khoảng cách giữa các thanh thép thường được khuyến cáo là 3 lần kích thước tối đa của cốt liệu (EFNRC, 2005)

2.3.3 Kháng chống phân tầng ( tính đồng nhất và tính kết dính)

Kháng chống phân tầng liên quan đến khả năng duy trì các thành phần thô của hỗn hợp ở trạng thái lơ lửng để duy trì một loại vật liệu đồng nhất Tính ổn định phần lớn phụ thuộc vào sự kết dính và độ nhớt của hỗn hợp bê tong và có thể được tăng lên bằng cách giảm hàm lượng nước tự do và tăng hàm lượng hạt mịn (Khayat et al., 1999)

Độ nhớt - đặc tính chảy của hỗn hợp bê tông - đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát tình trạng phân tầng Độ nhớt cao ngăn hỗn hợp phân tầng và tách nước Tách nước là dạng phân tầng điển hình, xảy ra khi nước di chuyển lên do lực mao dẫn Tuy đây là hiện tượng bình thường ở bê tông, nhưng nếu tách nước quá nhiều sẽ dẫn đến giảm cường độ, tăng độ xốp và giảm độ bền, đặc biệt là ở bề mặt.

Hai phương pháp cơ bản có thể đảm bảo sự ổn định phù hợp; các phương pháp đầu tiên là dựa vào phương pháp của Nhật Bản Sử dụng phụ gia siêu dẻo (SP), tỷ lệ nước / xi măng thấp , hàm lượng bột cao, phụ gia khoáng, và hàm lượng cốt liệu thấp Cách thứ hai là dựa

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG trên kết hợp một hỗn hợp có phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA), hàm lượng bột thấp hoặc trung bình và phụ gia siêu dẻo (Bửner, 2004).

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tự lèn

Để đạt được khả năng tự lèn, bên cạnh những yếu tố như tác nhân tăng dẻo và phụ gia tạo nhớt, cần hạn chế lượng cốt liệu lớn trong hỗn hợp bê tông tự lèn Điều này giúp hỗn hợp duy trì trạng thái lỏng, có thể tự chảy và lấp đầy khuôn mà không cần rung đầm.

Khi sự tiếp xúc và va chạm thường xuyên của những hạt cốt liệu tăng lên thì có nghĩa là khoảng cách giữa những hạt cốt liệu lúc này giảm xuống Do đó nó làm cho ứng suất nội bên trong bê tông tăng lên khi bê tông bị biến dạng , đặc biệt là ở gần những nơi va chạm.Điều này thể hiện một điều là năng lượng cần thiết cho sự chảy bên trong bê tông thì được tiêu thụ bởi ứng suất nội biên Vì vậy mà hay xảy ra tình trạng tắc nghẽn trong bê tông Trong một hỗn hợp bê tông, cốt liệu thô là thành phần tiêu thụ lớn nhất và do đó để cho bê tông có khả năng tự lèn được thì có nghĩa là tránh tình trạng tắc nghẽn xảy ra Do đó cần phải hạn chế hàm lượng cốt liệu thô thấp hơn so với loại bê tông thông thường Để tăng độ dẻo của hồ xi măng thì có nghĩa phải tăng tỉ lệ của nước trên bột hoặc là có thể cho thêm vào đó một chất phụ gia siêu dẻo Còn để tăng độ nhớt của hỗn hợp thì có nghĩa là làm giảm tỉ lệ của nước/bột hoặc là cho vào đó một tác nhân tạo nhớt Khi độ dẻo tăng lên thì có nghĩa là năng lượng tiêu thụ bên trong giảm xuống hoặc giảm lực ma sát của những hạt cốt liệu ở bên trong hỗn hợp bê tông Ngược lại, khi tăng độ nhớt thì cũng có nghĩa là làm tăng tính biến dạng Vì thế mà nó có một mối quan hệ mật thiết giữa độ nhớt và độ dẻo Nếu như ta tăng độ nhớt bằng cách giảm tỉ lệ nước / bột thì phương pháp này không khả thi

Nhưng với việc sử dụng phụ gia siêu dẻo thì có thể cho hỗn hợp bê tông có một độ dẻo tốt hơn

Trong phương pháp này, hàm lượng bột sử dụng cao hơn so với loại bê tông thông thường, điều này có nghĩa là lượng vữa cũng tăng lên Sự gia tăng hàm lượng xi măng có lẽ gây ra những nhược điểm trong cấu trúc bê tông như tiêu hao nhiều xi măng, nhiệt thủy hóa cao gây ra ứng suất cục bộ làm nứt công trình… Do đó để khắc phục nhược điểm này, một phần hàm lượng xi măng sẽ được thay thế bằng hỗn hợp bột , chẳng hạn như tro bay , bột đá vôi hoặc xỉ lò cao

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Việc tăng độ nhớt của vữa hồ xi măng là một vấn đề cần thiết bởi vì vữa xi măng với độ nhớt cao sẽ hạn chế được sự lắng xuống của những hạt cốt liệu thô bởi vì đây là thành phần có trọng lượng lớn nhất so với các thành phần nguyên vật liệu khác trong hỗn hợp Và do vậy nó duy trì được tính đồng nhất của hỗn hợp bê tông Khi bê tông bị biến dạng ,hồ xi măng với độ nhớt cao sẽ không chịu ứng suất cục bộ khi mà những hạt cốt liệu có đường kính lớn tiếp xúc với nhau Điều này thực sự quan trọng vì nó có sự tồn tại đồng thời giữa pha rắn và pha lỏng và bởi vì nó có sự kết hợp của nhiều thành phần hạt có những kích thước và trọng lượng khác nhau

Tóm lại , để đạt được sự tự lèn thì ngoài thêm phụ gia tăng tính dẻo, tạo nhớt chúng ta cũng phải khống chế hàm lượng cốt liệu lớn trong hỗn hợp bê tông có thể phát huy tối đa khả năng tự lèn của nó Đó cũng là phương pháp đạt được khả năng tự lèn cho bê tông

Xi măng là vật liệu dạng bột đóng vai trò là chất kết dính chính cho hỗn hợp bê tông.Hàm lượng xi măng có trong thành phần hỗn hợp có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của bê tông như ảnh hưởng đến cường độ của bê tông khi đóng rắn.Lượng sử dụng xi măng nhỏ thì cường độ bê tông giảm, ngược lại với lượng dùng xi măng lớn thì cường độ bê tông cao Tỉ lệ cốt liệu trên xi măng là một thông số quan trọng ảnh hưởng tính công tác của bê tông, thông thường tỉ lệ này càng cao có nghĩa là có ít xi măng hơn trong hỗn hợp, đồng nghĩa với việc bê tông khô cứng vì có ít xi măng trên một đơn vị diện tích hạt cốt liệu để làm tăng tính bôi trơn Một hỗn hợp bê tông nhiều xi măng cho tính công tác tốt hơn nhưng kinh phí cao hơn

Nếu trong hỗn hợp bê tông có lượng hồ vừa đủ để bao bọc hạt cốt liệu và lắp đầy phần rỗng cốt liệu làm cho các hạt cốt liệu ít có cơ hội tiếp xúc với nhau , lực ma sát khô sẽ giảm , tính lưu động của hỗn hợp tăng Nếu lượng hồ xi măng ít thì lực ma sát khô sẽ tăng, hỗn hợp sẽ kém lưu động Tính lưu động của hỗn hợp bê tông cũng thay đổi phụ thuộc vào loại xi măng và các loại phụ gia vô cơ nghiền mịn trong xi măng

Tro bay chủ yếu là thủy tinh silicat có chứa silic, nhôm, sắt, canxi Những thành phần thứ yếu như magie, lưu huỳnh, natri, kali và cacbon Ảnh hưởng của tro bay đến tính chất bê tông là

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG làm tăng thời gian đóng rắn của hỗn hợp bê tông, giảm khả năng phân tầng của hỗn hợp bê tông, tăng khả năng chống phản ứng hóa học của bê tông, làm giảm nhiệt thủy hóa của bê tông

Theo tiêu chuẩn ASTM C618, có ba loại tro bay C, F và N phổ biến làm phụ gia pozzolan trong bê tông Tro bay loại F hàm lượng canxi thấp (dưới 10% CaO) và hàm lượng carbon không quá 5% Trong khi đó, tro bay loại C có hàm lượng canxi cao (từ 10% đến 30% CaO) và hàm lượng carbon không quá 2% Hàm lượng tro bay trong bê tông nên ở mức 50% (PCA 2000) Đối với loại F, liều lượng thường dùng từ 15% đến 25% khối lượng xi măng, còn loại C từ 15% đến 40% tổng khối lượng xi măng Liều lượng có thể thay đổi tùy theo độ hoạt hóa của tro bay và đặc tính mong muốn của bê tông.

Phụ gia tro bay có tác dụng tốt khi cho vào bê tông như sau :

- Giảm nhiệt thủy hóa thích hợp với bê tông khối lượng lớn và bê tông tự lèn

- Giảm lượng nước nhào trộn hoặc tăng tính dễ đổ

- Giảm phân tầng tách nước

- Có khả năng chống được phản ứng kiềm – silic

- Giảm độ thấm nước , tăng tính bền trong môi trường nước và trong nước ăn mòn

Sử dụng bột đá vôi trong bê tông tự lèn sẽ có được nhiều ưu điểm tích cực giống như sử dụng tro bay.Cho đá vôi vào làm tăng tính linh động cũng như giữ nước cho bê tông

Bột đá vôi có tác dụng như một chất phụ gia trơ Khi cho bột đá vôi vào hỗn hợp bê tông thì sẽ cải thiện một số tính chất quan trọng của bê tông Trong những năm gần đây, việc sử dụng bột đá vôi trong bê tông tự lèn đã phát triển rộng rãi và trở thành tiêu điểm cho mọi sự chú ý của các nhà nghiên cứu bởi vì bột đá vôi ngăn cản sự gia tăng nhiệt độ của quá trình hydrat hóa của xi măng

Tóm lại, việc sử dụng vật liệu dạng bột trong bê tông phải hết sức lưu ý, phải nghiên cứu tỉ lệ dùng nó sao cho tối ưu nhất Để đánh giá việc sử dụng hàm lượng bột trong hỗn hợp bê tông,

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG ta có thể khảo sát mối quan hệ giữa tỉ lệ nước/ hàm lượng bột với độ chảy của hỗn hợp bê tông khi thử bằng côn

2.4.1.4 Những tác động của tro bay và bột đá vôi lên các tính chất của bê tông tự lèn

Những nghiên cứu trên vữa chỉ thêm vào một loại bột phụ gia khoáng đều cho thấy sự tăng cả về thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết so với sử dụng xi măng thông thường Trong đó tro bay khi thêm vào hỗn hợp có thể tăng thời gian ninh kết lên đến 90-140% và kết thúc ninh kết lên đến 50-80% so với thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết của vữa chỉ sử dụng xi măng, trong khi đó kết quả đối với bột đá vôi là thời gian bắt đầu ninh kết tăng 40-60% và thời gian kết thúc ninh kết tăng từ 15-30% Tro bay có thể kéo dài thời gian ninh kết là do hình dạng hạt của nó Với dạng hạt hình cầu , trơn nhẵn, tro bay có diện tích bề mặt nhỏ nhất trong các loại bột khoáng nghiền mịn khác, vì bột nghiền mịn thường có hình dạng góc cạnh, vì vậy nó giảm bề mặt hút nước tự do Làm nước tự do tồn tại trong hỗn hợp nhiều hơn , nhờ vậy giảm sự tập trung của chất bột trong hỗn hợp, kéo dài thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết Đá vôi có hình dạng hạt góc cạnh , vì vậy diện tích bề mặt của nó cũng lớn, vì vậy nó không làm tăng thời gian bắt đầu và kết thúc ninh kết lên nhiều được.Nếu ta sử dụng kết hợp cả hai loại bột khoáng là bột đá vôi và tro bay thì kết quả thu được,thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc ninh kết là trung gian giữa hai kết quả sử dụng riêng rẽ từng loại bột , trong đó thời gian bắt đầu ninh kết dài thêm khoảng 60-65% và thời gian kết thúc ninh kết dài thêm khoảng 30-41% Đây có thể là một ưu điểm nổi bật của hệ dùng nhiều bột phụ gia khoáng khác nhau vì nếu chỉ sử dụng tro bay thì thời gian ninh kết bị kéo dài quá nhiều còn chỉ sử dụng bột đá vôi thì thời gian kéo dài ninh kết không đủ nhiều để ổn định các tính chất của hỗn hợp bê tông tự lèn khi thi công Ngoài ra tính công tác của hỗn hợp cũng được tăng cường bởi lẽ tro bay có độ hút phụ gia lớn vì vậy nếu sử dụng tro bay nhiều thì cần một lượng phụ gia nhiều để hỗn hợp bê tông tươi có khả năng tự chảy Trong khi đó bột đá vôi có độ hút phụ gia ít hơn 1.5 lần tro bay vì vậy thay thế một phần tro bay bởi bột đá vôi là một sự lựa chọn tốt nhất Ngoài ra các tác động của hai loại phụ gia khoáng này là tương đối giống nhau bao gồm khả năng điền vào các lỗ trống, bổ sung thành phần hạt còn thiếu trong cốt liệu nhỏ Ngoài ra riêng tro bay theo một số nghiên cứu và nhận định nó tăng cường đến tính công tác của bê tông tự lèn nhờ hình dạng cầu của nó tác động và vữa theo nguyên tắc “ bi lăn” nhờ vậy làm giảm đáng kể ma sát bề mặt giữa vữa và hạt cốt liệu , giúp bê tông dễ

Quá trình đóng rắn của xi măng Poolăng

Về phương diện hóa học:

Phản ứng tác dụng khoáng xi măng với nước gọi chung là phản ứng hydrat , có thể phân phản ứng của khoáng xi măng với nước thành hai loại:

- Phản ứng thủy hóa : khoáng xi măng tác dụng với nước tạo nên vật chất có thành phần liện kết của nước ở bên trong mà không phân hủy hợp chất ban đầu

- Phản ứng thủy phân: khoáng xi măng tác dụng với nước bị phân hủy thành những chất mới , thành phần cơ bản không giữ nguyên gốc của khoáng

Quá trình hóa học được chia ra làm hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: gồm những phản ứng sơ cấp, chủ yếu là phản ứng thủy hóa và phản ứng thủy phân các khoáng clinker

Giai đoạn thứ 2 của phản ứng oxy hóa xúc tác gồm các phản ứng thứ cấp, sản phẩm của phản ứng sơ cấp và thứ cấp tác dụng lẫn nhau hoặc tác dụng với phần hoạt tính của phụ gia.

Quá trình xi măng tác dụng với nước diễn ra rất phức tạp Do trong clinker xi măng Pooclăng bao gồm nhiều khoáng , nhiều thành phần tạo nên Khi nghiền clinker lại thêm nhiều phụ gia khác như thạch cao, phụ gia khoáng hoạt tính , chúng sẽ đồng thời xảy ra các phản ứng khi trộn xi măng với nước

Về phương diện vật lý:

Xi măng sau khi nhào trộn với nước trải qua 3 giai đoạn Đầu tiên trong khoảng 1÷3 giờ sau khi nhào trộn nó dẻo và dễ tạo hình Sau đó bắt đầu ninh kết , hỗn hợp đặc sệt và mất dần tính dẻo nhưng cường độ không lớn Giai đoạn này kết thúc khoảng 5 ÷ 10 giờ sau khi nhào trộn Hỗn hợp chuyển từ trạng thái đặc sệt sang trạng thái cứng, có nghĩa là kết thúc ninh kết và bắt đầu rắn chắc.Giai đoạn rắn chắc đặc trưng bằng sự tăng nhanh cường độ

Sản phẩm ban đầu của quá trình hydrat hóa C3S là pha hydro silicat canxi dạng C3SHn Sau đó chuyển thành hydro silicat canxi thứ sinh có độ bazơ nhỏ, là tinh thể sợi dài mảnh

C2SH2.Nếu nồng độ vôi giảm thì các hydro silicat canxi thứ sinh có độ bazơ nhỏ lại tiếp tục phân hủy thành hydo silicat canxi có độ bazơ nhỏ hơn (CSH(B))

C3S 3Ca(OH)2 + 3CaO.SiO2.nH2O H2O Nồng độ CaO = 0,08 g/l

CSH(B): được phát hiện thấy rằng chúng có hình thái cấu trúc tinh thể dạng tấm lớp tương tự như các khoáng sét ( thường được gọi là tobermorit) nhưng thực chất chúng là pha vi tinh thể có cấu trúc gần như vô định hình Thông thường, các hydro silicat canxi ổn định tạo thành có tỷ lệ C/S = 1.5-3.0

Nhiều quan điểm cho rằng các hydro silicat canxi tồn tại ở nhiều hình thái , cấu trúc khác nhau như dạng sợi , dạng tấm , dạng mạng Tuy nhiên có một dạng điển hình là dạng sợi có chiều dài khoảng 0,5-2àm và đường kớnh cỡ 0,2 àm Để phõn biệt và xỏc định rừ ràng cỏc hình thái cấu trúc của pha CSH phải sử dụng các thiết bị phân tích hiện tại như kính hiển vi điện tử quét ( SEM), quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân

- Thông thường theo sơ đồ sau:

Sản phẩm hydrat trung gian của C3S có tỷ lệ C/S cao hơn so với của C2S

 Sự hydrat các khoáng nóng chảy:

- Khoáng C3A : C3A + H2O C4AHx (x-19) Sản phẩm cuối cùng C3AH6

CFH + 2Ca(OH)2 xH2O + C3FH6

C4AF + nH2O C3(AF)H6 + Ca(OH)2 + FHn

 Pha thủy tinh : pha thủy tinh chứa một lượng nhỏ CaOtd và MgOtd khi hydrat hóa sẽ chuyển thành Ca(OH)2 , Mg(OH)2 Còn Al2O3 , Fe2O3 , SiO2 cho sản phẩm hydro granat (C3(A,F)SxH6-2x)

 Khoáng chứa kiềm ( KC23S12 và NC8A3 ) khi hydrat , trước hết kiềm tan ra dung dịch sau đó quá trình diễn ra như các khoáng gốc C2S và C3A Trong suốt quá trình hydrat, lượng kiềm không ngừng tăng lên

 Thạch cao trong nước phân ly thành ion SO4 -2 hấp thụ trên bề mặt khoáng C3A- khoáng có ái lực mạnh với nước – tạo ra một màng ngăn chặn sự khuyếch tán phân tử nước đến bề mặt C3A và làm giảm tốc độ phản ứng , kéo dài thời gian linh động của hồ xi măng – đảm bảo thời gian có thể thi công được Hàm lượng thạch cao trong xi măng phải được xác định qua thực nghiệm , phụ thuộc vào cấu trúc thành phần khoáng và quy trình nghiền clinker

2.5.2 Giải thích quá trình đóng rắn của xi măng

Quá trình đóng rắn của xi măng pooclăng – một chất kết dính đa khoáng – là một quá trình hóa lý phức tạp kèm theo sự biến đổi liên tục , hình thành cấu trúc đá xi măng [4]

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Theo Baicốp, quá trình đóng rắn của xi măng chia làm 3 giai đoạn:

Khi nhào trộn xi măng với nước, giữa chúng sẽ xảy ra các tác dụng hóa học và vật lý Đầu tiên cùng với sự phân bố nước trên bề mặt xi măng, quá trình hòa tan các khoáng và sự thủy hóa bắt đầu , trước hết các khoáng hoạt tính cao nhất thủy hóa như C3A , C3S và do độ hòa tan của chúng bé, sự bão hòa pha lỏng bởi các sản phẩm thủy hóa bắt đầu

Giai đoạn đầu tiên tương đối ngắn của quá trình rắn chắc là giai đoạn hòa tan đã kết thúc

Trực tiếp tạo thành sản phẩm ở trạng thái không thông qua sự hòa tan trung gian của vật chất kết dính ban đầu Chúng nằm ở trạng thái rắn không tan trong pha lỏng, đã bảo hòa vì vậy trực tiếp tách ra thành sản phẩm dạng rắn có kích thước hạt vô cùng nhỏ - trạng thái phân tán mịn tạo hệ keo dưới dạng các gel.Các sản phẩm thủy hóa cơ bản là các hydro silicat canxi chiếm 75-80% khối lượng

Ngoài ra do kết quả thủy phân, trong đá xi măng rắn chắc còn tạo nên nhóm thứ hai Đó là các hydrat mới tạo thành có cấu trúc thô hơn : hydrat của oxit canxi Ca(OH)2 , hydro sunfo aluminat canxi 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O , hydro aluminat canxi 3CaO.Al2O3.6H2O hydro ferit canxi CaO.Fe2O3.mH2O

 Giai đoạn ninh kết , rắn chắc

Thẩm thấu clo vào trong bê tông

Ion clorua xâm nhập vào bê tông là trung bình của sự hấp thụ qua mao dẫn, áp lực thuỷ tĩnh và sự khuếch tán Cách thức thông thường nhất là sự khuếch tán, sự dịch chuyển của ion clorua dưới tác dụng của sự chênh lệch nồng độ Để điều này xảy ra, bê tông phải có một pha lỏng liên tục và phải có một gradient nồng độ ion clorua

Cơ chế thứ hai của quá trình xâm nhập clorua là sự thấm qua, gây ra bởi sự chênh lệch áp suất Nếu có tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh trên bề mặt bê tông và clorua xuất hiện, chúng có thể thấm xuyên qua bê tông Tuy nhiên, trạng thái áp lực thuỷ tĩnh được duy trì lại khá hiếm

Một cơ chế thẩm thấu phổ biến hơn là hấp thụ Khi một bề mặt bê tông tiếp xúc với môi trường, nó sẽ trải qua chu kỳ làm ướt và sấy khô Khi nước (có thể chứa clorua) gặp một bề mặt khô, nó sẽ được hút vào cấu trúc lỗ rỗng Hấp thụ được thúc đẩy bởi sự chênh lệch độ ẩm Thông thường, độ sâu của khô là nhỏ, tuy nhiên, và cơ chế này sẽ không xảy ra trừ khi bê tông có chất lượng rất kém và lớp bảo vệ cốt thép nông

Tóm lại cơ chế thẩm thấu của clorua vào trong bê tông chủ yếu khuyếch tán , sự dịch chuyển của ion clorua dưới tác dụng của chênh lệch nồng độ [45]

Hiện tượng khuếch tán ion clorua trong bê tông xảy ra khi nồng độ ion tại bề mặt bê tông cao hơn bên trong Sự chênh lệch này tạo ra một dòng khuếch tán theo chiều từ bề mặt vào trong, đặc trưng bởi hệ số khuếch tán Hệ số khuếch tán được mô tả bằng hai định luật Fick.

Sự co ngót

Khi rắn chắc trong không khí , với một hỗn hợp bê tông mới nhào trộn bão hòa nước, trước tiên nước ở thể tự do từ các lỗ hổng lớn và mao quản thoát ra không gây nên sự co ngót Sau đó là sự thoát nước từ các mao quản và lỗ rỗng bé và sự bốc hơi nước ở các mao quản có đường kính nhỏ hơn 0,1 micro kèm theo biến dạng co ngót dưới tác dụng của áp lực mao dẫn Sự thoát nước này vẫn còn xảy ra khi nào áp lực của hơi nước bão hòa trong các mao quản còn lớn hơn áp lực tương đối của hơi nước bão hòa trong môi trường xung quanh

Sự co ngót vẫn tiếp tục do nước của các màng liên kết hấp phụ trong các thành gen thoát ra làm các hạt rắn của gen xích lại gần nhau [22]

Do sự chống lại biến dạng co ngót của các thành phần kết tinh thô trong đá xi măng và hạt xi măng trơ ( không phản ứng thủy hóa) cũng như cốt liệu trong bê tông, trong đá xi măng và trong bê tông xuất hiện nội ứng suất : nén trong cốt liệu, kéo trong đá xi măng Ứng suất nén cốt liệu xuất hiện khi co ngót làm tăng lực dính kết giữa chúng với đá xi măng Ngược lại, ứng suất kéo có ảnh hưởng bất lợi đối với các tính chất cơ học và sự bền vững của bê tông Ứng suất kéo này gây nên sự biến dạng và khi vượt quá giới hạn chịu kéo của bê tông sẽ sinh ra những vết nứt lớn nhỏ khác nhau làm giảm tính chống thấm và độ bền vững trong các môi trường xâm thực

Sự co ngót còn làm giảm kích thước cấu kiện, làm giảm sự dính kết giữa hai lớp bê tông đổ trước và đổ sau trong công trình và cũng giảm hiệu quả nén trước bê tông trong bê tông ứng suất trước

Sự co ngót có đặc tính tắt dần theo thời gian Vì bê tông trong quá trình rắn chắc sẽ khô lại , gradient độ ẩm giảm và cùng với sự giảm chiều dày màng nước, cường độ liên kết giữa chúng với các tinh thể cũng tăng lên đưa tới sự tắt dần và cuối cùng đình chỉ hẳn về co ngót

Biến dạng co ngót phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm hàm lượng xi măng, lượng nước ban đầu và mức ngậm cát trong cốt liệu Tỷ lệ các thành phần này càng cao thì độ co ngót càng lớn Thành phần hóa học, khoáng vật và kích thước hạt của cát cũng ảnh hưởng đến lượng nước cần thiết cho hỗn hợp bê tông Yếu tố nào làm tăng nhu cầu về nước sẽ dẫn đến độ co ngót tăng cao Điều kiện độ ẩm trong quá trình rắn chắc cũng có tác động đáng kể đến hiện tượng co ngót.

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Cốt liệu trong bê tông thường làm giảm đáng kể sự co ngót Ví dụ: đá xi măng từ xi măng pooc lăng khi rắn chắc lâu dài trong không khí , độ co ngót trung bình là 3÷4 mm/m Độ co ngót của vữa xi măng cát trung bình là 0,6 ÷ 0,8 mm/m Bê tông cốt liệu lớn chế tạo với xi măng đó và rắn chắc trong điều kiện tương tự 0,2 ÷ 0,35 mm/m ( phụ thuộc vào lượng dùng xi măng và nước nhào trộn) Độ co ngót của bê tông khi sấy khô hoàn toàn đến trọng lượng không đổi lớn gấp 1,5÷ 2 giá trị trên.

HỆ NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Hệ nguyên liệu

Xi măng sử dụng nghiên cứu là xi măng PCB40 của nhà máy xi măng Nghi Sơn PCB40 là xi măng Portland hỗn hợp có cường độ chịu nén tối thiểu của mẫu đá xi măng trong điều kiện tiêu chuẩn là 40 N/mm 2

Xi măng PCB là chất kết dính được dùng nhiều trong xây dựng vì có nhiều ưu điểm: cường độ cao, bền trong môi trường nước và không khí, rắn chắc tương đối nhanh, chịu lửa khá tốt, nguyên liệu sản xuất (gồm clinker, puzoland, đá thạch cao) dễ tìm và giá thành hợp lý

Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật của xi măng PCB40

Stt Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Phương pháp thử Kết quả

1 Khối lượng riêng g/cm 3 TCVN 4030:2003 3,1

3 Lượng nước tiêu chuẩn % TCVN 6017:1995 30

57,2 5 Thời gian bắt đầu ninh kết phút TCVN 6017:1995 110 6 Thời gian kết thúc ninh kết phút TCVN 6017:1995 170

Trong bê tông thường cốt liệu lớn chiếm tỷ lệ 0,37-0,47% thể tích và vai trò như bộ khung chịu lực trong bê tông Tuy nhiên trong bê tông tự lèn, để đảm bảo tính chất tự lèn của hỗn

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG hợp , hàm lượng cốt liệu lớn được dùng ít hơn so với bê tông thường, khoảng 0,28 – 0,35 m 3 /m 3

Khả năng tự chảy, tự lèn của bê tông tự lèn phụ thuộc vào kích thước và hàm lượng cốt liệu lớn trong thành phần bê tông

Kích thước hạt lớn nhất có thể chọn là 10-20 mm, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Nên sử dụng đá có kích thước hạt lớn nhất là 16 mm hoặc đá 1x1 chuẩn để tránh bê tông bị tắc nghẽn Hình dạng và góc cạnh của cốt liệu ảnh hưởng đến tính dễ thi công của bê tông Cốt liệu tròn được ưa chuộng hơn, nhưng các hình dạng và góc cạnh khác cũng có thể được sử dụng trong SCC bằng cách tăng khối lượng vữa Cấu trúc bề mặt của cốt liệu cũng ảnh hưởng ít đến tính công tác.

Vai trò của cốt liệu là làm bộ khung chịu lực, các hạt cốt liệu sắp xếp xen kẽ với nhau, lấp đầy lỗ rỗng làm tăng độ đặc chắc cho bê tông

Cốt liệu lớn có ảnh hưởng đến hồ xi măng trong bê tông và sự hình thành cấu trúc của nó

Cốt liệu lớn sử dụng trong nghiên cứu gồm có đá dăm của Công ty cổ phần vật liệu Sư Tử Biển và đá xỉ sắt của công ty TNHH Vật Liệu Xanh.

3.1.2.1 Đá dăm Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật cốt liệu đá tự nhiên

Stt Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Phương pháp Kết quả

1 Khối lượng riêng g/cm 3 TCVN 7572:2006 2,86 2 Khối lượng thể tích g/cm 3 ASTM C29-97 1,52

Bảng 3.3 Thành phần cỡ hạt cốt liệu đá tự nhiên ( ASTM C33-03 , Size Number : 8)

Cỡ sàng % Lượng sót sàng riêng biệt

3.1.2.2 Xỉ sắt Bảng 3.4 Đặc tính kỹ thuật cốt liệu đá xỉ sắt

Stt Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Phương pháp Kết quả

1 Khối lượng riêng g/cm 3 TCVN 7572:2006 3,46 2 Khối lượng thể tích g/cm 3 ASTM C29-97 2,49

Bảng 3.5 Thành phần hóa của xỉ sắt

Thành phần hóa Hàm lượng

Bảng 3.6 Thành phần cỡ hạt cốt liệu đá xỉ sắt ( ASTM C33-03 , Size Number : 8)

Cỡ sàng % Lượng sót sàng riêng biệt % Lượng sót tích lũy

Hình 3.1 Đường biểu diễn thành phần hạt cốt liệu lớn ( Đá và xỉ)

3.1.2.3 Thí nghiệm nén dập xi lanh (7572-11 : 2006)

+ Xác định mác của đá dăm và xỉ

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 Tớ ch l uừy tre õn sa ứng (% ) Perc ent Pas si ng (% )

Cỡ sàng/sieve size (mm)2,36 4,75 9,5 12,5

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Sàng cốt liệu qua các kích thước 5-10mm, 10-20 mm , 20-40 mm

Xác định độ nén dập xi lanh được tiến hành cả cho mẫu ở trạng thái khô hoặc trạng thái bão hòa nước

Mẫu thử ở trạng thái khô thì mẫu được sấy đến khối lượng không đổi Mẫu thử ở trạng thái bão hòa nước thì ngâm mẫu trong nước 2h, sau đó lấy mẫu ra và lau khô bề mặt hạt cốt liệu

Cân 3200 g mẫu đã chuẩn bị Dùng xi lanh có đường kính 150 mm cho đá và xỉ có cỡ hạt 5- 10, 10-20 mm

Mẫu được đổ vào xi lanh ở độ cao 50mm Sau đó dàn phẳng , đặt pittong vào và đưa xi lanh lên máy nén

Thiết lập tốc độ gia tải là 2kN/s và đừng ở tải trọng 200 kN với xi lanh đường kính 150 mm

Nén xong đem sàng bỏ hạt tương ứng bảng sau

Bảng 3.7 Kích thước mắt sang trong thí nghiệm nén dập xi lanh

Kích thước hạt (mm) Kích thước mắt sàng (mm)

Hình 3.2 Ngâm bão hòa nước Hình 3.3 Lau khô bề mặt cốt liệu

Tính toán kết quả Độ nén dập (Nd ) tính bằng phần trăm khối lượng , theo công thức sau:

2 × 100 (3-1) Trong đó: m1 là khối lượng mẫu bỏ vào xi lanh (g) m2 là khối lượng mẫu còn lại trên sang sau khi sàng (g)

Bảng 3.8 Kết quả nén dập xi lanh của đá dăm

Khối lượng lọt sàng % lọt sàng Mác của đá dăm

Hình 3.5 Nén cốt liệu Hình 3.4 Đổ cốt liệu vào xi lanh

Bảng 3.9 Kết quả nén dập xi lanh của xỉ

Khối lượng lọt sàng % lọt sàng Mác của xỉ sắt

Dựa vào 2 bảng kết quả độ nén dập bằng xi lanh của xỉ và đá, có thể thấy rằng đá có cường độ cao hơn so với xỉ sắt

Cốt liệu nhỏ là cát có kích thước từ 0,14 – 5 mm

Cát cùng với ximăng, nước tạo ra vữa ximăng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc Cát cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông Bất kỳ một sự thay đổi lượng nước nào dù nhỏ cũng ảnh hưởng đến khả năng phân tầng hay tách nước Vì vậy lượng nước trong cát hay độ ẩm của cát trong quá trình sản xuất phải được kiểm soát chặt chẽ

3.1.3.1 Cát tự nhiên Bảng 3.10 Đặc tính kỹ thuật cát tự nhiên

1 Khối lượng riêng g/cm 3 TCVN 7572:2006 2,6 2 Khối lượng thể tích g/cm 3 TCVN 7572:2006 1,4

Bảng 3.11 Thành phần cỡ hạt cát tự nhiên

3.1.3.2 Cát xỉ sắt Bảng 3.12 Đặc tính kỹ thuật cát xỉ

1 Khối lượng riêng g/cm 3 TCVN 7572:2006 3,46 2 Khối lượng thể tích g/cm 3 TCVN 7572:2006 1,86

Bảng 3.13 Thành phần cỡ hạt cát xỉ

Hình 3.6 Đường biểu diễn thành phần hạt cốt liệu nhỏ (Cát và Xỉ)

Trong nghiên cứu sử dụng nước máy của trường đại học Bách Khoa TP.HCM được cấp bởi công ty cấp nước Sài Gòn Sawaco

Phụ gia khoáng sử dụng gồm tro bay và bột đá vôi

Tro bay là một loại bụi được thu tại bộ phận khí thải của ngành năng lượng từ quá trình đốt cháy than Khi than được đốt cháy thì có khoảng 80% xỉ than còn lại từ lò nằm dưới dạng tro

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 P hần tr ăm tích lũ y tr ên s àn g (%) P er ce n t P ass in g ( %)

Cỡ sàng/ Sieve size (mm)0.14 0.31 5 0.63 1.25 2.5 0,14 0,31 0,63 1,25 2,5 5

Tro bay là sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy than trong nhà máy nhiệt điện Trong quá trình đốt cháy, các tạp chất trong than như đất đá sẽ bị nóng chảy tạo thành xỉ, còn các thành phần hữu cơ sẽ bị đốt cháy hết, chỉ còn lại tro bay Phần tro bay này được tách ra khỏi khí thải bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện, một phần được dùng để xử lý nước thải của nhà máy, phần còn lại được đưa qua ống khói Hiện nay, tro bay là một trong những thành phần quan trọng trong sản xuất bê tông do có tính kết dính cao.

Cú thể xem tro bay là một loại pozzolan nhõn tạo, cú hỡnh dạng khối cầu, kớch thước từ 1àm đến hơn 100àm với kớch thước dưới 20àm chiếm đa số, chỉ 10% – 30% cỏc hạt theo khối lượng lớn hơn 45àm (Hỡnh 3.3) Diện tớch bề mặt thường từ 300 – 500 m 2 /kg Chớnh nhờ hạt tro bay có kích thước nhỏ như vậy (nhỏ hơn kích thước hạt xi măng) nên tro bay có khả năng lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông

Bảng 3.14 Các chỉ tiêu cơ lý của tro bay

Tên chỉ tiêu Phương pháp thử nghiệm

Mức chỉ tiêu chất lượng theo ASTM C618-12 loại

Kết quả thử nghiệm Chỉ số hoạt tính (%)

97,6 96,6 Hàm lượng mất khi nung

Tổng hàm lượng kiềm (Na2O + 0,658 K2O)

Thành phần chủ yếu là CaCO3, có cỡ hạt < 0,125 mm (>70% lọt sàng 0,063 mm), tỷ diện tích từ 2500 – 8000 cm 2 /g Bột đá vôi có rất ít hoạt tính trong vai trò chất kết dính Vì vậy nó cũng có thể được xem là phụ gia trơ hay là thành phần mịn trong bê tông

Sử dụng phụ gia Master Glenium SKY 8613

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Gốc : Polycarboxylate ether (PCE)

Liều lượng : 1-1,8 lit /100 kg xi măng

Phương pháp thực nghiệm

3.2.1 Độ chảy (Slump – Flow) SF Ý nghĩa: Giá trị của độ chảy diễn tả khả năng chảy của bê tông trong điều kiện tự do Đây là thí nghiệm cơ bản nhất của SCC Quan sát thí nghiệm đo độ chảy và đo giá trị T500 có thể cung cấp thêm thông tin về khả năng chống phân tầng và đồng bộ của mẻ đổ [1]

Phân loại: Có 3 loại độ chảy cho từng cấu kiện cụ thể:

 SF1 (550-650mm): sử dụng cho các cấu kiện không có cốt thép hoặc ít cốt thép, các cấu kiện có mặt cắt nhỏ đủ để ngăn cản dòng chảy ngang của bê tông như cọc, móng sâu

 SF2 (660-750mm) phù hợp cho các cấu kiện thông thường (tường, cột…)

 SF3 (760-850mm) sử dụng cho các cấu kiện có yêu cầu kích thước cốt liệu nhỏ (nhỏ hơn 16mm) hoặc các cấu kiện đứng có cốt thép dày đặc, cấu kiện có hình dáng phức tạp khó điền đầy cốp pha…SF3 cho khả năng hoàn thiện bề mặt tốt hơn SF2 nhưng khó kiểm soát khả năng chống phân tầng

Giá trị SF > 850mm được sử dụng cho những yêu cầu đặc biệt và cốt liệu sử dụng thường <

Bàn đo độ chảy có kích thước tối thiểu là 900x900mm, độ dày tối thiểu 2mm Bề mặt bàn phải bằng phẳng, không thấm nước, không phản ứng với vữa xi măng hoặc bị gỉ Trên bàn được kẻ hai đường thẳng song song với cạnh biên, cắt nhau tại tâm Đồng thời, kẻ hai đường tròn đồng tâm với tấm có đường kính lần lượt là 200mm và 500mm.

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Đồng hồ bấm giây: sai số 0,1s

 Chuẩn bị côn và bàn đo độ chảy

 Đặt phễu lên đầu côn sao cho vừa khít (nếu có phễu)

 Đặt côn trùng khớp với vòng tròn đường kính 200mm và cố định côn bằng cách đứng lên chổ đặt chân để đảm bảo rằng bê tông không rò rỉ ra ngoài ở phía dưới côn

Đổ đầy cốp pha, không khuấy trộn và đầm dùi, san phẳng bề mặt cốp pha Thời gian đổ đầy cốp pha không quá 30 giây Trong quá trình đổ, cho phép làm sạch bê tông tràn, làm ẩm bàn nhưng không để dư nước.

 Nâng côn theo phương thẳng đứng, không được làm điều gì ngăn cản sự chảy của bê tông Nếu được yêu cầu đo T500 thì bấm giây khi côn ngừng tiếp xúc với bàn cho tới khi bê tông đạt được đường kính 500mm, ghi lai giá trị thời gian trên

Không gây ảnh hưởng đến bàn và bê tông cho đến khi bê tông ngừng chảy, đo 2 đường kính vuông góc và ghi nhận giá trị

Kiểm tra khả năng chống phân tầng: khi bê tông bị phân tầng sẽ cho vòng tròn của vữa vơi ra vài mm so với cốt liệu Cốt liệu lớn đọng lại tại tâm Ghi nhận hiện tượng trên nếu có, khi đó kết quả thử nghiệm sẽ không thỏa

 Độ chảy là giá trị đường kính chảy xòe (trung bình 2 đường kính vuông góc)

 T500 là thời gian từ khi côn rời khỏi bàn đến khi đạt được đường kính 500mm

Hình 3.7 Bàn đo độ chảy

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Gọi SF : giá trị độ chảy xòe

Với d1 , d2 là 2 đường kính vuông góc nhau

3.2.2 Phương pháp xác định khả năng tự lèn của hỗn hợp SCC bằng khuôn hình U

Phương pháp này sử dụng khuôn hình chữ U (U - Channel box) dựa trên thiết kế của người Nhật Khuôn gồm 2 hộp chữ nhật nối vào nhau thành hình U, được phân cách bởi cửa chắn có thể rút ra được để cho hỗn hợp bê tông tự lèn chảy từ hộp này sang hộp kia qua cửa có các thanh cốt thép đặt ngay trước cửa, có hai loại : loại gồm 5 thanh cốt thép 10 khoảng cách các thanh là 35cm, loại thứ hai gồm 3 thanh cốt thép 13 khoảng cách các thanh là 35cm [1]

Hình 3.8 Bàn đo độ chảy Hình 3.9 Đo độ chảy xòe

Hình 3.10 Phương pháp tính đường kính xòe

 Quá trình thí nghiệm được tiến hành như sau:

 Trộn hỗn hợp bê tông tự lèn khoảng chừng 20 lít

 Đổ đầy hỗn hợp bê tông tự lèn vào một bên hộp của khuôn, để khoảng 1 phút cho hỗn hợp ổn định

 Kéo cửa chắn theo phương thẳng đứng để hỗn hợp bê tông chảy qua khe các thanh cốt thép (có nhiều loại cốt thép kích thước các thanh theo yêu cầu thiết kế của hỗn hợp SCC) vào phần khuôn hộp bên cạnh

 Khi hỗn hợp bê tông ngừng chảy, đo chiều cao của hỗn hợp bê tông chảy sang

 Đánh giá khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông tự lèn Hỗn hợp SCC đạt yêu cầu về khả năng tự lèn khi: Chiều cao điền đầy lớn hơn 320mm

Hình 3.13 Công cụ xác định khả năng tự lèn của hỗn hợp SCC bằng khuôn U

Hình 3.11 Khuôn U-box Hình 3.12 Sau khi rút cửa chắn của U-box

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG 3.2.3 Phương pháp xác định khả năng xuyên qua của bê tông bằng J-ring

Phương pháp này sử dụng vòng J-ring để thử nghiệm khả năng xuyên qua của bê tông Thiết bị bao gồm một vòng J-ring có tiết diện hình chữ nhật (30 mm x 25 mm ), khoan lỗ để bắt ren các thanh thép.Đường kinh vòng J-ring là 300 mm với chiều cao 100 mm.Phương pháp thử nghiệm với côn sụt

 Quá trình thí nghiệm được tiến hành như sau :[1]

 Trộn hỗn hợp bê tông với khoảng chừng 6 lít

 Làm ẩm tấm đế và bên trong của côn sụt

 Đặt vòng J-ring trên tấm đế ngay trung tâm, đặt côn vào trong vòng J-ring và giữ

 Đổ đầy côn với muỗng xúc

 Loại bỏ những phần rơi của bê tông quanh tấm đế

 Kéo côn theo phương thẳng đứng và cho bê tông chảy một cách tự do

 Đo đường kính theo hai phương vuông góc

 Tính trung bình của hai đường kính đo được

 Đo sự khác biệt về chiều cao giữa bê tông trong vòng thép với bê tông ngoài vòng thép

 Tính trung bình chiều cao khác nhau tại bốn vị trí

 Ghi chú những chỗ vữa hoặc hồ xi măng mà không có cốt liệu thô tại phần rìa của hỗn hợp bê tông

Hình 3.15 Hỗn hợp bê tông sau khi rút côn Hình 3.14 Vòng J-ring r ú t c ô

PJ : là độ chênh cao của bê tông giữa trong và ngoài vòng J-ring

∆ℎ 0 : được đo tại trung tâm vòng J-ring

∆ℎ 𝑥1 ; ∆ℎ 𝑥2 ; ∆ℎ 𝑥3 ; ∆ℎ 𝑥4 : được đo tại 4 vị trí khác nhau bên ngoài vòng J-ring

Hình 3.17 Đo chênh cao Hình 3.16 Chuẩn bị đo độ chênh cao

Hình 3.18 Phương pháp đo thí nghiệm bằng vòng J-ring

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG 3.2.4 Phương pháp xác định cường độ nén theo TCVN 3118:1993

Cường độ nén từng viên mẫu bê tông (R) được tính bằng daN/cm2 (KG/cm2) theo công thức: [47]

P : tải trọng phá hoại , tính bằng daN

F: Diện tích chịu lực nén của viên mẫu , tính bằng cm 2

: Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông kích thước khác viên chuẩn về cường độ của viên mẫu chuẩn kích thước 150 x 150 x 150mm

Và giá trị  được lấy theo bảng dưới đây:

Hình 3.19 Thiết bị thử cường độ chịu nén của bê tông

Bảng 3.15 Bảng quy đổi kích thước bê tông khác viên chuẩn về cường độ

Hình dáng và kích thước của mẫu (mm) Hệ số tính đổi

Hình 3.20 Mẫu đưa vào máy nén Hình 3.21 Mẫu bị nứt khi nén

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG 3.2.5 Xác định độ thấm ion clo bằng phương pháp đo điện lượng theo TCVN 360:2005

Phương pháp đo điện lượng được tiến hành theo nguyên tắc áp dòng điện một chiều điện thế 60V vào hai mặt của mẫu thử, một mặt tiếp xúc với dung dịch natri clorua 3% nối với cực âm, mặt kia tiếp xúc với dung dịch natri hydroxit nối với cực dương.Khả năng thấm ion clo qua bê tông được xác định thông qua giá trị tổng điện lượng truyền qua mẫu thử trong thời gian 6h, được chia thành các mức: cao, trung bình, thấp, rất thấp, không thấm [46]

 Quá trình thí nghiệm được tiến hành như sau :

 Mẫu thử hình trụ có đường kính (100 ± 2 ) mm , chiều dày (50 ± 3) mm được cắt ra từ mẫu bê tông có đường kính (100 ± 2) mm

Trải một lớp phủ sơn epoxy lên toàn bộ bề mặt xung quanh của mẫu thử Tiến hành bảo dưỡng sơn và để lớp sơn khô hoàn toàn theo hướng dẫn của nhà sản xuất sơn.

 Sau khi sơn khô, ngâm các mẫu thử trong nước 3 ngày để cho mẫu bảo hòa nước trước khi thử thấm clo

 Sau 3 ngày , vớt mẫu lên , lau sạch các giọt nước đọng

 Lắp mẫu vào khoang chứa mẫu.Đổ đầy hóa chất thử vào hai đầu khoang chứa mẫu thử , một đầu khoang đổ dung dịch NaOH 0,3N và đầu khoang kia đổ dung dịch

 Lắp mạch điện gồm nguồn điện ,vôn kế ,ampe kế với khoang chứa mẫu thử theo sơ đồ 4.17 bên dưới

 Nối cực âm của nguồn điện với đầu khoang chứa dung dịch NaCl , cực dương của nguồn điện với đầu khoanh chứa dung dịch NaOH

 Đóng mạch điện và duy trì tại điện thế 60V

 Theo dõi và ghi lại kết quả thử nghiệm thấm clo

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Tổng điện lượng truyền qua mẫu theo công thức sau đây:

Q là tổng điện lượng truyền qua mẫu thử trong thời gian 6 giờ, đơn vị là culông

Các phương pháp thiết kế bê tông tự lèn

Có nhiều phương pháp thiết kế cấp phối bê tông tự lèn như: phương pháp của Okamura, Ouchi, các phương pháp thiết kế của Châu Âu, với các nền tảng lý thuyết khác nhau (VD: phương pháp của Okamura dựa trên các tính chất chảy dẻo và độ nhớt của vữa xi măng …)

Tuy nhiên, các phương pháp trên đều phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cơ bản sau:

- Tỉ lệ N/X thấp - Hàm lượng bột nhiều (có thể có phụ gia khoáng hoạt tính) - Tỉ lệ cát/ cốt liệu cao

- Đá có Dmax nhỏ - Giới hạn lượng vữa, lượng cốt liệu và lượng cát phù hợp - Sử dụng phụ gia giảm nước cao (có thể có phụ gia tạo nhớt hoặc duy trì tính công tác cho hỗn hợp bê tông) nhằm tạo khả năng chảy dẻo, độ nhớt phù hợp

Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật về khả năng tự lèn, độ chảy dẻo, cường độ và khả năng bền vững Phương pháp thiết kế cấp phối cho bê tông tự lèn gồm thiết kế cấp phối dựa trên lý thuyết và hoàn thiện cấp phối sau khi kết hợp thực nghiệm

Hình 3.31 Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn [7]

Lựa chọn phương pháp thiết kế theo các hướng dẫn của Châu Âu, với 3 thông số chủ yếu sau: [1]

Bảng 3.17 Phương pháp thiết kế bê tông tự lèn theo tiêu chuẩn Châu Âu

Tên thông số Công thức thành phần Giá trị cho phép

Thể tích vữa (Vp) Vp = Vx + Vphụ gia khoáng + V nước + Vphụ gia 300-380

Thể tích cốt liệu Vb=Vđá + Vcát 270-360

Tỉ lệ N/hồ xi măng ho N

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Dựa vào cách thiết kế cấp phối của Châu Âu và thông qua thực nghiệm, ta có các cấp phối tương ứng với mác 50 , 60 , 70 (Mpa).Trong quá trình thực nghiệm cũng cho thấy rằng việc sử dụng 100% cát xỉ là không sử dụng được cho bê tông tự lèn, có nhiều nguyên nhân khác nhau :

 Thời gian để nghiên cứu là quá ngắn để có thể tìm ra loại phụ gia siêu dẻo thích hợp để có thể sử dụng cho bê tông tự lèn sử dụng 100% là cốt liệu xỉ sắt,hơn nữa việc sử dụng 100% cát xỉ thì cần phải có thời gian và tốn nhiều chi phí để nghiền từ Mđl = 3,8 thành Mđl = 2,5-2,7 đồng thời kết hợp với phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA) thì mới có thể có khả năng trờ thành bê tông tự lèn

 Nếu sử dụng 100% cát xỉ thì cần phải tăng hàm lượng bột mịn lên cao hơn nữa, lúc đó trong bê tông sẽ xuất hiện co ngót rất lớn, đồng thời hàm lượng cốt liệu lớn sẽ giảm, mà trong bê tông ,cốt liệu lớn đóng vai trò bộ khung chịu lực ,do đó bê tông sẽ giảm cường độ

Do đó, cấp phối đưa ra cho bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt chí sử dụng 100 % cốt liệu lớn là xỉ sắt và 50% là cát xỉ kết hợp với 50% cát tự nhiên để tạo thành cốt liệu cho bê tông tự lèn

Bảng 3.18 Cấp phối bê tông tự lèn mác 50,60,70(Mpa)

TT Vật liệu Đơn vị S1 S01 S2 S02 S3 S03

Xỉ Đá Xỉ Đá Xỉ Đá

S1, S2, S3 : là bê tông tự lèn chỉ sử dụng 100 % cốt liệu lớn là xỉ sắt và 50% là cát xỉ kết hợp với 50 % cát tự nhiên

S01, S02,S03 : là bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên

HLB: Tro bay + đá vôi CKD : Tro bay + Đá vôi + Xi măng.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Khảo sát ảnh hưởng của xỉ sắt đến tính chất của hỗn hợp bê tông tự lèn (SCC)

Hỗn hợp bê tông sau khi trộn xong sẽ được thử nghiệm độ lưu động của hỗn hợp qua các dụng cụ thí nghiệm, thí nghiệm độ chảy xòe qua thí nghiệm độ chảy xòe ,thí nghiệm xuyên qua bằng U-box , J-ring

4.1.1 Thí nghiệm độ chảy xòe

Bảng 4.1 Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt

Tên mẫu thí nghiệm Đường kính d1

(mm) Độ chảy xòe SF (mm)

Bảng 4.2 Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên

Tên mẫu thí nghiệm Đường kính d1

(mm) Độ chảy xòe SF (mm)

Hình 4.1 So sánh độ xòe của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt và bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên Với CLXS : Bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt

CLTN : bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên

Hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt khi chưa ngâm bão hòa nước , hỗn hợp sau khi trộn không có khả năng chảy xòe, lượng nước cần cho hỗn hợp thiếu do xỉ sắt có độ hút nước cao dẫn đến hỗn hợp bị khô Đó là lý do vì sao phải ngâm bão hòa nước cốt liệu xỉ sắt trước khi nhào trộn.Tuy nhiên vẫn có thể sử dụng xỉ sắt chưa ngâm bão hòa cho bê tông, nhưng cần phải có thời gian trộn lâu hơn Ở đây , tác giả sử dụng xỉ sắt ngâm bão hòa trước khi trộn bê tông Dựa vào bảng 4.1,hỗn hợp sau khi trộn được thí nghiệm độ chảy xòe Hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt được thí nghiệm theo 3 mác 50 , 60 , 70(Mpa) để khảo sát sự ảnh hưởng của xỉ sắt đến độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông Ở cấp phối S1 ta thấy độ chảy xòe đạt 756 mm , ở cấp phối S2 có độ chảy xòe là 725mm và S3 là 722,5 mm Với cùng tổng chất kết dính (Xi măng + Tro bay + Bột đá vôi = 640 Kg) trong đó hàm lượng tro bay và bột đá vôi thay đổi nhưng lượng nước giữ nguyên,thay đổi hàm lượng của các thành phần bột cũng ảnh hưởng lớn đến độ chảy xòe của hỗn hợp, điều này có thể giải thích thông qua hàm lượng của cốt liệu xỉ cũng thay đổi theo, với S1 có khối lượng cốt liệu (Đá xỉ + Cát xỉ + Cát tự nhiên )

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Đường kính chảy xòe (mm)

Hàm lượng cốt liệu và bột trong hỗn hợp bê tông ảnh hưởng đáng kể đến độ chảy xòe của hỗn hợp Khi hàm lượng cốt liệu tăng (S1 < S2 < S3), thể tích vữa giảm dần (S1 > S2 > S3), dẫn đến độ chảy xòe tăng Bên cạnh đó, hàm lượng bột cũng giữ vai trò lưu giữ nước, vì vậy khi hàm lượng bột tăng, lượng nước bị giữ lại nhiều hơn, lượng nước tham gia trộn giảm đi Kết hợp với bề mặt xỉ sắt rỗ và nhám, khối lượng riêng của xỉ sắt cũng góp phần ảnh hưởng đến độ chảy xòe tổng thể của hỗn hợp bê tông.

Dựa vào bảng 4.2 hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên với các cấp phối khác nhau cũng cho thấy độ xòe giảm dần với S01 >S02 > S03 cũng phụ thuộc vào các yếu tố về sự thay đổi hàm lượng bột mịn , cũng như là khối lượng cốt liệu, lượng nước tham gia quá trình trộn

Dựa vào hình 4.1 có thể thấy độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên thì có xu hướng cao hơn so với bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt Điều này là hoàn toàn hợp lý so với các nghiên cứu trước đó về ảnh hưởng của xỉ sắt đến tính chất của hỗn hợp bê tông sử dụng xỉ sắt.Sở dĩ bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên cao hơn hẳn so với bê tông tự lèn sử dụng xỉ sắt phụ thuộc vào các yếu tố của cốt liệu.Cốt liệu xỉ với khối lượng riêng cao hơn so với khối lượng riêng cốt liệu tự nhiên vì vậy cần một năng lượng lớn để kéo theo cốt liệu xỉ sắt , và duy trì trạng thái lơ lửng của cốt liệu nên cốt liệu xỉ sắt làm hao tốn năng lượng chảy xòe nhiều hơn hẳn so với cốt liệu tự nhiên , do đó độ chảy xòe bị giảm đi nhiều khi sử dụng cốt liệu xỉ sắt Yếu tố thứ 2 là bề mặt cốt liệu , đá xỉ sắt nhìn chung thì tròn, ít hạt dẹt tuy nhiên bề mặt xỉ sắt thô, nhám ráp, nhiều lỗ rỗng nên giữa các hạt cốt liệu có độ ma sát cao hơn so với cốt liệu tự nhiên, điều này cũng làm giảm đi độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông, cũng do bề mặt nhám ráp , nhiều lỗ rỗng của xỉ nên hàm lượng chất kết dính trong đề tài này cũng được sử dụng với hàm lượng lớn mới có thể cho bê tông có khả năng tự lèn Vì vậy có thể thấy rằng , cốt liệu xỉ sắt ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông, cụ thể là bê tông tự lèn trong đề tài này

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG 4.1.2 Thí nghiệm khả năng chảy qua khuôn U

Với việc thí nghiệm khả năng xuyên qua bằng khuôn U để xem xét khả năng bơm bê tông tự lèn theo chiều từ dưới lên, khả năng này giúp cho bê tông tự lèn có thể bơm từ bên dưới khi không thể bơm bê tông từ phía trên Bê tông sau khi trộn với thể tích 20l được đổ vào khuôn

U, tiếp theo rút vách ngăn và đo chiều cao điền đầy của khuôn U Ở thí nghiệm này,kích thước cốt liệu cũng là yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả năng lèn qua khuôn chữ U , cốt liệu càng lớn khả năng tắc nghẽn ngay tại đáy chữ U càng cao

Bảng 4.3 Khả năng điền đầy khuôn chữ U của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt

Tên mẫu thí nghiệm Khả năng điền đầy khuôn chữ U(mm)

Bảng 4.4 Khả năng điền đầy khuôn chữ U của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên

Tên mẫu thí nghiệm Khả năng điền đầy khuôn chữ U(mm)

Hình 4.2 So sánh chiều cao điền đầy qua khuôn U của các hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt so với cốt liệu tự nhiên Với CLXS : Bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt

Dựa vào bảng 4.3 cho thấy bê tông tự lèn với các cấp phối khác nhau thì khả năng điền đầy cũng khác nhau Khả năng điền đầy khuôn U này cũng phụ thuộc vào thí nghiệm độ chảy xòe, có nghĩa là độ chảy xòe càng cao thì khả năng qua khuôn U càng cao, chiều cao điền đầy của cấp phối S1 là 338 mm, S2 là 335 mm và S3 là 333mm Với sự thay đổi hàm lượng bột mịn tro bay và bột đá vôi, hỗn hợp cũng có sự thay đổi, hàm lượng tro bay và đá vôi càng tăng thì lượng nước tham gia vào quá trình trộn hỗn hợp cũng giảm dần do thành phần tro bay và đá vôi giữ nước , do đó tính công tác cũng giảm theo, điều này giải thích tai sao chiều cao điền đầy S1 > S2 > S3 Khối lượng riêng của xỉ sắt cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng điền đầy , vì cốt liệu xỉ sắt có khả năng chìm xuống dưới đáy của khuôn chữ U,còn lại lớp vữa ở trên, làm cho hỗn hợp bị phân tầng,tách lớp và bị tắc nghẽn ngay tại đáy khuôn chữ U

Vì vậy cần phải sử dụng hàm lượng bột lớn , kết hợp với phụ gia có thành phần điều chỉnh độ nhớt cao từ đó hỗn hợp bê tông tự lèn mới có khả năng duy trì cốt liệu luôn ở trạng thái lơ lửng trong hỗn hợp, hơn nữa sử dụng hàm lượng mịn cao làm giảm đi khả năng ma sát giữa các hạt cốt liệu xỉ sắt, tránh tắc nghẽn khi đi qua khuôn U

Chiều cao điền đầy (mm)

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG Đối với bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên , dựa vào độ xòe bằng thí nghiệm chảy xòe có thể thấy được với cấp phối S01 có khả năng điền đầy khuôn U là cao hơn hẳn 2 cấp phối còn lại.Chiều cao điền đầy của S01 là 340 mm , S02 là 338 mm và S03 là 335 mm Cũng giống như cốt liệu xỉ, bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên cũng bị các yếu tố về Dmax cốt liệu, hàm lượng bột mịn trong cấp phối chi phối, cũng như là phụ gia làm tăng độ nhớt cho hỗn hợp không bị phân tầng khi chảy qua khuôn U

Dựa vào hình 4.2 cho thấy bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên thì chiều cao điền đầy khuôn chữ U cao hơn so với bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt Vì khối lượng riêng của cốt liệu xỉ sắt lớn hơn cốt liệu tự nhiên nên năng lượng hao phí để cho cốt liệu xỉ sắt không bị chìm lắng xuống dưới, giữ cho cốt liệu xỉ sắt luôn ở trong trạng thái lơ lửng trong hỗn hợp là lớn hơn so với năng lượng hao phí sử dụng cho cốt liệu tự nhiên.Hơn nữa ,vì bề mặt xỉ nhám ráp, nhiều lỗ rỗng nên cần lượng nước làm ẩm bề mặt cốt liệu trước khi nó tham gia nhào trộn hỗn hợp bê tông cao hơn khi sử dụng cốt liệu tự nhiên, vì vậy mà với cùng một lượng nước thêm vào thì cấp phối cốt liệu xỉ sẽ cho hỗn hợp bê tông có tính công tác giảm so với sử dụng cốt liệu tự nhiên

4.1.3 Thí nghiệm khả năng chảy qua vòng J-ring

Thí nghiệm vòng J-ring để xem xét bê tông tự lèn có khả năng tự lèn với mật độ cốt thép dày đặc không.Thí nghiệm được đánh giá dựa vào độ chênh lệch về chiều cao giữa trong và ngoài vòng J-ring và độ chênh cao này không vượt quá 10 mm , vì nếu vượt quá 10 mm thì khả năng bị tắc nghẽn tại khu vực có thép dày đặt là cao

Bảng 4.5 Độ chênh cao của bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt với vòng J-ring

Bảng 4.6 Độ chênh cao của bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên với vòng J-ring

4 : trung bình cộng của 4 lần đo ở 4 vị trí khác nhau bên ngoài vòng J-ring

Đường cong trong hình 4.3 cho thấy độ chênh cao giữa bê tông sử dụng cốt liệu xỉ và bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên tại các vị trí trong và ngoài vòng J-ring Cụ thể, độ chênh cao tại vị trí trong vòng J-ring lớn hơn nhiều so với vị trí ngoài vòng J-ring, thể hiện sự phân tách cốt liệu rõ ràng hơn ở vị trí trong vòng J-ring.

Với CLXS : Bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt CLTN : bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên

Khảo sát ảnh hưởng của xỉ sắt đến cường độ chịu nén của bê tông tự lèn

Việc xác định cường độ nén của bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993.Mẫu thí nghiệm là mẫu hình lập phương có kích thước (10 x 10 x 10) cm được bảo dưỡng theo điều kiện tiêu

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG chuẩn : nhiệt độ 27 ± 2 0 C và độ ẩm 95-100 0 C Sau đó mẫu được xác định cường độ nén ở tuổi 3, 7 và 28 ngày

Bảng 4.7 Bảng kết quả nén mẫu cốt liệu xỉ sắt ở 3,7,28 ngày tuổi

Mẫu R3 (Mpa) 𝑅̅̅̅ 3 (Mpa) R7 (Mpa) 𝑅̅̅̅ 7 (Mpa) R28 (Mpa) 𝑅̅̅̅̅̅ 28 (Mpa)

𝑅̅̅̅ 3 , 𝑅̅̅̅ 7 , 𝑅̅̅̅̅̅ 28 : cườngđộ nén trung bình ở 3 , 7 , 28 ngày

Hình 4.4 Biểu đồ cường độ nén của bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt

Nhận xét : Dựa vào biểu đồ có thể thấy cường độ nén của mẫu S2 là cao hơn so với các cấp phối còn lại, S2 ở 3,7,28 ngày với cường độ nén là 53,13 Mpa , 61,92 Mpa , 70,63 Mpa ,trong khi đó S1 có cường độ nén 3,7,28 ngày lần lượt là 47,37 Mpa , 57,78 Mpa ,65,48 Mpa, S3 có cường độ nén 3,7,28 ngày là 44,32 Mpa , 51,45 Mpa, 59,18 Mpa.Cấp phối S2 với hàm lượng xi măng (450 kg/m 3) nhiều hơn so với hai cấp phối còn lại nên cường độ có xu hướng cao hơn, cấp phối S1,S3 hàm lượng tro bay và đá vôi tăng lên,cường độ bị suy giảm điều này có thể giải thích việc sử dụng hàm lượng tro bay và bột đá vôi quá cao, thì hàm lượng xi măng sẽ giảm xuống nhiều do đó lượng xi măng hydrat hóa để tạo thành khoáng C-S-H giảm, cường độ cũng giảm theo , hơn nữa tro bay và bột đá vôi giữ nước nên lượng nước tham gia nhào trộn bị giảm,lượng nước tham gia hydrat hóa thấp hơn, quá trình hydrat hóa chậm hơn , vì vậy mà bê tông không tăng cường độ nhiều

Bảng 4.8 Bảng kết quả nén mẫu cốt liệu tự nhiên ở 3,7,28 ngày tuổi

Mẫu R3 (Mpa) 𝑅̅̅̅ 3 (Mpa) R7 (Mpa) 𝑅̅̅̅ 7 (Mpa) R28(Mpa) 𝑅̅̅̅̅̅ 28 (Mpa)

𝑅̅̅̅ 3 , 𝑅̅̅̅ 7 , 𝑅̅̅̅̅̅ 28 : cườngđộ nén trung bình ở 3 , 7 , 28 ngày

Hình 4.5 Biểu đồ cường độ nén của bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên

Nhận xét : Tương tự như bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt , bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên cũng cho kết quả tương tự với cấp phối có hàm lượng xi măng cao thì cường độ nén cao hơn, trong khi đó ,việc tăng hàm lượng tro bay và đá vôi đã làm suy giảm cường độ nén của bê tông Hình 4.5 đã thể hiện cường độ nén của cấp phối S01 , S02 ,S03 ở 3, 7 ,28 ngày tuổi với S01 có cường độ nén trung bình lần lượt là 50,14 Mpa , 58,58 Mpa , 67,52 Mpa

; S02 là 53,30 Mpa , 63,68 Mpa , 71,82 Mpa ; S03 là 47,03Mpa , 53,42 Mpa , 61,62 Mpa Quy luật về phát triển cường độ của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên cũng diễn ra như bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt Điều này chứng tỏ, việc sử dụng cốt liệu xỉ sắt hay cốt liệu tự nhiên thì các thành phần trong bê tông tự lèn đều có ảnh hưởng như nhau

Hình 4.6 Biểu đồ cường độ nén của bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt và bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên

Từ biểu đồ hình 4.6 ta có thể thấy rằng qua các ngày tuổi 3, 7 ,28 ngày , bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt có cường độ thấp hơn so với bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên , tuy nhiên kết quả nén so sánh là không chênh lệch nhiều, có thể thấy là gần bằng nhau Điều này là hợp lý so với các nghiên cứu trước,đặc biệt là các luận văn trước đây.Trong đề tài luận văn tốt nghiệp đại học của Hoàng Minh Tiến và Nguyễn Thanh Nhàn thuộc Khoa Kỹ thuật xây

Sử dụng cốt liệu xỉ sắt trong chế tạo bê tông xi măng cải thiện đáng kể cường độ nén của bê tông Nghiên cứu của TS Nguyễn Ninh Thụy và HVTH Ngô Duy Long tại Đại học Bách Khoa và luận văn thạc sĩ của Tôn Nữ Phương Nhi đều chỉ ra rằng cường độ nén của bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt vượt trội hơn so với bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên, với cùng mác đá dăm là 80 Mpa và xỉ sắt là 60 Mpa.

Cốt liệu xỉ sắt có mác 80 Mpa sử dụng làm cốt liệu cho bê tông tự lèn có cường độ nén gần như tương đương với bê tông sử dụng cốt liệu thiên nhiên có mác 120 Mpa ,điều này có thể giải thích là do cốt liệu xỉ sắt có nhiều lỗ rỗng , nhám , xù xì làm tăng sự liên kết giữa xỉ và đá xi măng.Các lỗ rỗng này giúp bê tông có thể thâm nhập sâu vào bên trong xỉ, hydrat hóa bên trong cốt liệu, làm tăng khả năng liên kết giữa đá xi măng và xỉ,hơn nữa khi nén vỡ thì có thể quan sát thấy bề mặt mẫu xỉ sắt bị nén vỡ thì thấy đường phá hoại đi qua hạt cốt liệu xỉ - nghĩa là có sự làm việc đồng thời giữa cốt liệu xỉ và lớp vữa xi măng trong khi đó bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên chỉ thấy đường phá hoại tách ra giữa vữa và cốt liệu.

Khảo sát ảnh hưởng xỉ sắt đến khả năng chống thấm ion clo của bê tông

Mẫu được sử dụng để đo độ thấm clo là mẫu trụ (100 x 200) mm được dưỡng hộ ở 28 ngày tuổi , sau đó được gia công thành mẫu có đường kính 100 mm và chiều dày mẫu là 50 mm

Mẫu được thí nghiệm bằng phương pháp đo điện lượng theo TCVN 360:2005 Mục đích của việc đo độ thấm ion clo của bê tông để xác định chất lượng của bê tông có đủ điều kiện để sử dụng cho các công trình ở biển không.Các kết quả thí nghiệm được trinh bày trong bảng sau:

Bảng 4.9 Kết quả thí nghiệm thấm clo của mẫu cốt liệu xỉ sắt

Tổng điện lượng truyền qua mẫu

Trung bình Đánh giá mức độ thấm

Bảng 4.10 Kết quả thí nghiệm thấm clo của mẫu cốt liệu tự nhiên

Tổng điện lượng truyền qua mẫu

Trung bình Đánh giá mức độ thấm

Hình 4.7 Biểu đồ tổng điện lượng truyền qua các mẫu bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt so với mẫu bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên Với CLXT : Bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt

Dựa vào bảng 4.9 về tổng điện lượng truyền qua mẫu bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt với các cấp phối S1 , S2 ,S3 trong đó cấp phối S3 với tổng điện lượng trung bình là 2258 (culong), S1 : 2430 (culong) , S2 : 3014 (culong), như vậy S3 có tổng điện lượng truyền qua là thấp nhất , S2 là cao nhất Điều này có thể thấy rằng , hàm lượng bột cao thì tổng điện lượng truyền qua mẫu sẽ thấp hơn so với hàm lượng bột ít hơn , mà cụ thể trong đề tài này với S2 có hàm lượng bột thấp nhất do đó tổng điện lượng truyền qua nó là cao hơn hẳn so với các cấp phối có hàm lượng bột mịn cao hơn,có nghĩa là mức độ thấm clo sẽ giảm khi hàm lượng bột mịn cao,tuy nhiên việc sử dụng hàm lượng bột mịn cao, sẽ làm cho cường độ bê tông bị suy giảm

Dựa trên bảng 4.10, có thể nhận thấy quy luật chung trong khả năng chống thấm clo của bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên và cốt liệu xỉ sắt Nói chung, hàm lượng bột mịn càng cao thì cấu trúc bê tông càng đặc chắc, khả năng chống thấm càng lớn Điều này là do hàm lượng bột mịn cao giúp giảm lượng lỗ rỗng do nước bay hơi, tăng cường độ liên kết giữa các thành phần trong bê tông.

Từ biểu đồ hình 4.7 ta dễ dàng nhận thấy rằng , tổng điện lượng truyền qua các mẫu bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên là thấp hơn nhiều so với mẫu bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt,và đánh giá mức độ thấm của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên cũng ở mức thấp và rất thấp, trong khi đó bê tông xỉ sắt là mức trung bình Để sử dụng cho các hạng mục công trình cảng biển thì mức độ thấm clo phải ở mức thấp và rất thấp, do đó việc sử dụng cốt liệu xỉ sắt là không khả thi.Sở dĩ mẫu xỉ sắt có tổng điện lượng cao hơn hẳn là do thành phần xỉ sắt có hàm lượng oxit sắt cao, do đó điện lượng truyền qua mẫu là cao hơn hẳn Ở mẫu S3 với hàm lượng tro bay lớn đã làm giảm đi tổng điện lượng truyền qua mẫu bê tông, tuy nhiên khi sử dụng nhiều tro bay sẽ làm giảm cường độ,do đó có thể thấy việc sử dụng cốt liệu xỉ sắt cho bê tông tự lèn cho các công trình cảng biển là không khả thi, và có nguy cơ bị xâm nhập của clorua gây ảnh hưởng đến bê tông cũng như là cốt thép chứa trong nó.

Khảo sát ảnh hưởng xỉ sắt đến sự co ngót của bê tông tự lèn

Khối lượng riêng của xỉ sắt là khá lớn 3,46g/cm 3 lớn hơn khôi lượng riêng của cốt liệu tự nhiên,hơn nữa bề mặt xỉ sắt thô , nhiều lỗ rỗng , ma sát giữa các hạt cốt liệu lớn và cần một năng lượng để tạo cho cốt liệu xỉ luôn lơ lửng trong hỗn hợp bê tông.Qua quá trình thực nghiệm, để bê tông tự lèn đạt được khả năng tự lèn thì phải cần một hàm lượng bột mịn cao kết hợp với phụ gia siêu dẻo có khả năng tạo độ nhớt cao Vì sử dụng hàm lượng bột mịn cao nên khả năng bê tông xuất hiện sư co ngót là không thể tránh khỏi.Do đó cần phải tiến hành thí nghiệm đo co ngót cho bê tông, đồng thời so sánh việc sử dụng cốt liệu xỉ có co ngót khác gì so với bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên Kết quả thí nghiệm được thể hiện thông qua các bảng sau:

Bảng 4.11 Kết quả thí nghiệm đo co ngót của mẫu bê tông cốt liệu xỉ

1 ngày 3 ngày 7 ngày 2 tuần 4 tuần 6 tuần 8 tuần S1

Bảng 4.12 Độ co ngót trung bình của bê tông cốt liệu xỉ

1 ngày 3 ngày 7 ngày 2 tuần 4 tuần 6 tuần 8 tuần S1 -0,0023 -0,0065 -0,0153 -0,0265 -0,0324 -0,0372 -0,0394 S2 -0,0031 -0,0098 -0,0214 -0,0283 -0,0368 -0,0408 -0,0432 S3 -0,0016 -0,0047 -0,0102 -0,0214 -0,0303 -0,0304 -0,0312

Hình 4.8 Biểu đồ thể hiện sự co ngót của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt

Nhận xét: Dựa vào hình 4.8 thể hiện sự co ngót của bê tông sử dụng cốt liệu xỉ sắt, cấp phối

S2 có độ co ngót cao hơn so với các cấp phối khác, vì S2 với hàm lượng xi măng cao nên sự

GVHD: TS NGUYỄN NINH THỤY HVTH: NGÔ DUY LONG co ngót tăng do sự phản ứng hóa học tạo thành khoáng C-S-H diễn ra mạnh mẽ gây ra quá trình mất nước, ngoài ra còn có sự mất nước do tác động môi trường trong khi đó , S1 và S2 với hàm lượng bột tro bay và bột đá vôi tăng lên thì độ co ngót giảm dần, vì hàm lượng bột này có khả năng giữ nước,nên quá trình mất nước thấp hơn bao gồm cả sự mất nước do môi trường và do phản ứng tạo khoáng C-S-H

Bảng 4.13 Kết quả thí nghiệm đo co ngót của mẫu bê tông cốt liệu tự nhiên

1 ngày 3 ngày 7 ngày 2 tuần 4 tuần 6 tuần 8 tuần S01

Bảng 4.14 Độ co ngót trung bình của bê tông cốt liệu tự nhiên

1 ngày 3 ngày 7 ngày 2 tuần 4 tuần 6 tuần 8 tuần S01 -0,0023 -0,0075 -0,0143 -0,0212 -0,0296 -0,0329 -0,0352 S02 -0,0029 -0,0098 -0,0214 -0,0259 -0,0346 -0,0440 -0,0472 S03 -0,0019 -0,0058 -0,0128 -0,0207 -0,0284 -0,0286 -0,0293

Hình 4.9 Biểu đồ thể hiện sự co ngót của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu tự nhiên

Cấu kiện sử dụng cấp phối bê tông tự lèn làm cốt liệu tự nhiên, cụ thể là cấp phối S01 và S03, cho thấy độ co ngót nhỏ hơn so với cấp phối S01, như thể hiện trong biểu đồ hình 4.9 Tuy nhiên, việc sử dụng các cấp phối có hàm lượng chất kết dính cao lại làm tăng độ co ngót của hỗn hợp, nghĩa là thể tích vữa càng lớn thì độ co ngót càng cao.

Hình 4.10 Biểu đồ thể hiện sự co ngót của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt và cốt liệu tự nhiên

Nhận xét: Dựa vào biểu đồ hình 4.10 ta có thể thấy sự co ngót của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt và bê tông sử dụng cốt liệu tự nhiên có sự tương đương nhau, không có sự thay đổi nhiều về co ngót của bê tông khi sử dụng cốt liệu xỉ sắt Như vậy cốt liệu xỉ sắt không làm tăng co ngót trong bê tông khi sử dụng chúng làm cốt liệu thay thế cho cốt liệu tự nhiên.

Tiêu đề	Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu xỉ sắt
Tác giả	Ngô Duy Long
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Ninh Thụy
Trường học	Đại học Quốc gia TP. HCM Trường Đại học Bách Khoa
Chuyên ngành	Vật liệu và Công nghệ vật liệu xây dựng
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2015
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	3,26 MB