Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp có tro trấu để nâng cao tính bơm của bê tông siêu nặng y=2.800 3000 kg

Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp có tro trấu để nâng cao tính bơm của bê tông siêu nặng y=2.800 3000 kg, luận văn thạc sỹ ngành xây dựng cho các bạn nghiên cứu, tham khảo trong quá trình học và làm luận văn của mình.

mở đầu

Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng nhân tạo đợc dùng thờng xuyên

và sản xuất rộng rãi nhất trên thế giới Công nghệ bê tông gắn liền với nền văn minh nhân loại và sẽ luôn luôn đóng vai trò quan trọng cho sự phát triển kinh tế của mỗi nớc trên thế giới trong thế kỷ XX và cả trong thế kỷ XXI Trên thế giới hiện nay mỗi năm có trên 2 tỷ m3 sản phẩm bê tông các loại đợc sử dụng trong các ngành công nghiệp v xây dựng dân dụng Lĩnh vực xây dựng hiện nay đang sửàdụng trên 1.000 loại bê tông khác nhau trong khi nghiên cứu bê tông cho tơng lai vẫn tiếp tục triển khai mạnh mẽ [1]

Các nghiên cứu phát minh phụ gia cho bê tông và công nghệ tiên tiến đã tạo nên các đột phá trong sản xuất bê tông chất lợng cao, bê tông công nghệ cao và các loại

bê tông đặc biệt Các loại bê tông đặc biệt nh bê tông chịu lửa, bê tông dẫn điện, bê tông cách ly sóng vô tuyến cao tần, bê tông thuỷ hoá, bê tông chống phóng xạ, và…

bê tông đặc biệt nặng đang đợc nghiên cứu phát triển rất mạnh mẽ

Tạo ra một loại vật liệu mới với tính năng kỹ thuật tốt phải đồng thời đảm bảo các tính năng ứng dụng là nhiệm vụ của ngành công nghiệp vật liệu xây dựng Do vậy nghiên cứu bê tông ngoài vấn đề tận dụng vật liệu địa phơng, nghiên cứu vật liệu thay thế nâng cao chất lợng sản phẩm thì khả năng ứng dụng trong xây dựng 34=

09phải phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế Một trong các loại bê tông mà đề tài nghiên cứu theo hớng đó là bê tông đặc biệt nặng và đảm bảo yêu cầu thi công theo phơng pháp bơm Xác định mục tiêu đó là nội dung của học viên trong luận văn với tên đề tài “Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp có tro trấu để nâng cao

tính bơm của bê tông siêu nặng γ = 2.800 ữ 3.000 kg/m 3”

Bê tông siêu nặng hay bê tông đặc biệt nặng là bê tông phân loại theo khối lợng thể tích γ > 2.500 kg/m3 Bê tông đặc biệt nặng có những đặc tính tơng tự nh bê tông nặng nhng có khối lợng thể tích lớn nên có những u điểm và tính chất ứng dụng đặc biệt khác so với bê tông nặng khác Sản phẩm bê tông mà đề tài nghiên cứu ứng dụng có khối lợng thể tích γ = 2.800 ữ 3.000 kg/m3, cờng độ nén Rn =

40N/mm2 và thành phần bê tông sử dụng hỗn hợp phụ gia nghiên cứu để đạt yêu cầu hỗn hợp bê tông bơm.

Đề tài nghiên cứu hỗn hợp phụ gia trên cơ sở từ phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu, phụ gia dẻo hóa C-3 và phụ gia trơ là bột đá nghiền mịn Mục tiêu hỗn hợp phụ gia nghiên cứu sử dụng cho bê tông để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông

đặc biệt nặng và nâng cao tính chất tốt hơn cho bê tông

Sự phát triển phụ gia bê tông làm cho sản phẩm bê tông ngày càng đợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp Tại các nớc phát triển hơn 80% tổng sản lợng bê tông có sử dụng phụ gia.Việc sử dụng các loại phụ gia đã thực sự trở thành một cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất cho bê tông,

đáp ứng phù hợp cho các loại hình thi công và đặc điểm các sản phẩm bê tông.Trong lĩnh vực xây dựng công việc bơm hỗn hợp bê tông đợc sử dụng trong nhiều trờng hợp thi công khác nhau, trong đề tài này ta đánh giá tính bơm bê tông lên các tầng cao trong thi công nhà dân dụng và công nghiệp Để chế tạo hỗn hợp

bê tông bơm thì thực tế ta phải dùng phụ gia trợ bơm Phụ gia trợ bơm sẽ tăng tính năng làm hỗn hợp bê tông dẻo hơn, dễ dàng vận chuyển đợc cho cự ly xa và cao hơn mà vẫn đảm bảo các tính chất của hỗn hợp bê tông ban đầu Tác dụng của loại phụ gia này làm cho hồ xi măng dẻo hơn, dễ chui vào các khe hở của cốt liệu và làm cho bê tông dễ di chuyển hơn trong đờng ống bơm Nghiên cứu hỗn hợp phụ gia đề tài không chỉ nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông mà còn nâng cao tính chất cho bê tông đặc biệt nặng nh có cờng độ cao và phẩm chất tốt hơn

Việt nam là một trong các nớc sản xuất lúa gạo lớn trên thế giới, mỗi năm các cơ sở xay xát gạo thải ra tới 7,5 ữ 8 triệu tấn vỏ trấu Lợng trấu có thể thu gom đợc vào khoảng 4,5 triệu tấn đã đợc sử dụng vào các mục đích đun nấu, củi ép, ván ép, lợng d còn lại thừa thải ra kênh, rạch làm ảnh hởng tới môi trờng [3] Việc nghiên cứu đánh giá sử dụng tro trấu dùng làm phụ gia trong nghiên cứu là hớng giải quyết giảm thiểu gây ô nhiễm môi trờng và mang lại nhiều lợi ích thiết thực về kinh tế và môi trờng

Từ thực tế đã phân tích ở trên, đề tài “Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp có

tro trấu để nâng cao tính bơm của bê tông siêu nặng γ = 2.800 ữ 3.000 kg/m 3 ” mà học viên nghiên cứu thực sự có ý nghĩa thiết thực

1 Tính cấp thiết của đề tài.

- Để tăng năng suất trong thi công thì cần sử dụng hỗn hợp bê tông bơm đợc Bê tông đặc biệt nặng sử dụng trong lĩnh vực xây dựng các công trình đặc biệt rất rộng nên để đáp ứng trong thi công và tăng chất lợng bê tông đặc biệt nặng thì việc nghiên cứu phụ gia hỗn hợp cho bê tông là thiết thực và cần thiết

- Nghiên cứu chế tạo bê tông đặc biệt nặng từ phụ gia ở điều kiện trong nớc sẽ tạo điều kiện phát triển bê tông đặc biệt nặng bền vững ở nớc ta Sử dụng loại bê tông này để đáp ứng nh cầu trong xây dựng nhà máy điện nguyên tử trong tơng lai tại Việt nam cũng nh các công trình đặc biệt khác ở nớc ta

Với các yếu tố phù hợp trên, nội dung đề tài nghiên cứu là thiết thực và góp phần để sản phẩm bê tông đặc biệt nặng ứng dụng rộng rãi trong tơng lai

2 Đối tợng và phạm vi đề tài.

Xuất phát từ tính thực tiễn mà nghiên cứu của đề tài là sử dụng phụ gia hỗn hợp cho bê tông đặc biệt nặng để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng Thành phần bê tông nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia, xi măng Pooc lăng PC và cốt liệu từ quặng Barit Tuyên Quang Trong thời gian cho phép, đối tợng và phạm

vi nghiên cứu đề tài nh sau:

- Tìm hiểu tổng quan nguồn nguyên vật liệu trong nớc, đánh giá tính chất quặng Barit Tuyên Quang chế tạo cốt liệu cho bê tông đặc biệt nặng

- Tìm hiểu phụ gia tro trấu và các phụ gia khác dùng để nâng cao tính chất và tính bơm cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng

- Chế tạo bê tông đặc biệt nặng đạt khối lợng thể tích γ = 2.800 ữ 3.000 kg/m3, cờng độ nén Rn = 40 N/mm2 sử dụng hỗn hợp phụ gia nghiên cứu

3 Phơng pháp nghiên cứu.

Trong đề tài học viên sử dụng các phơng pháp nghiên cứu sau:

- Phơng pháp tổng hợp phân tích tài liệu, kết hợp và kế thừa kết quả đã nghiên cứu trớc đây ở trong và ngoài nớc

- Sử dụng các phơng pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và các phơng pháp thí nghiệm không theo tiêu chuẩn để đánh giá nghiên cứu Dùng phơng pháp nghiên cứu phân tích Rơnghen, phân tích vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử.

- Dùng phơng pháp nghiên cứu tính toán kết hợp thực nghiệm, phơng pháp tính toán thành phần hạt cốt liệu cho đặc biệt nặng

4 Mục tiêu nghiên cứu.

- Nghiên cứu phụ gia hỗn hợp cho bê tông đặc biệt nặng gồm có tro trấu và các phụ gia khác dùng chế tạo bê tông đặc biệt nặng để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp

bê tông, cụ thể đạt các yêu cầu sau:

5 Nội dung nghiên cứu.

- Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp gồm phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu, phụ gia dẻo hóa C-3 và bột đá nghiền mịn để nâng cao tính công tác, độ đồng nhất cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng

- Nghiên cứu lý luận và lựa chọn vật liệu sử dụng chế tạo bê tông đặc biệt nặng thi công theo phơng pháp bơm, đạt yêu cầu đặt ra cho sản phẩm:

+ Hỗn hợp bê tông đạt độ sụt SN = 20 ữ 22 cm và tổn thất độ sụt sau 120 phút còn SN = 13ữ 14 cm

+ Hỗn hợp bê tông đạt yêu cầu về giới hạn độ tách nớc, tách vữa và phân tầng.+ Khối lợng thể tích bê tông γ = 2.800 ữ 3.000 kg/m3,cờng độ nén 40 N/mm2

6 Cơ sở khoa học.

- Phụ gia hỗn hợp: là phụ gia đợc phối hợp từ các phụ gia khác nhau và có khả năng điều chỉnh một số tính chất của hỗn hợp bê tông Để bơm đợc hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng cần phải dùng phụ gia trợ bơm, đó là phụ gia tăng tính năng làm hỗn hợp bê tông dễ dàng di chuyển trong đờng ống bơm mà vẫn đảm bảo duy trì các tính chất của hỗn hợp bê tông Đề tài nghiên cứu hỗn hợp phụ gia tăng tính bơm cho hỗn hợp bê tông có tác dụng tơng tự phụ gia trợ bơm, làm cho hỗn hợp bê tông đạt độ lu động và duy trì độ tính công tác trong thời gian cho phép, không tách nớc, độ đồng nhất tăng và nâng cao tính chất tốt hơn cho bê tông

- Hỗn hợp bê tông bơm: là hỗn hợp bê tông vận chuyển trong đờng ống bằng tác

động của máy bơm bê tông Có rất nhiều quan điểm về vấn đề bơm hỗn hợp bê tông song có sự nhất trí cao về vấn đề này cho rằng cần nghiên cứu thiết kế cấp phối hỗn hợp bê tông bơm đạt các yêu cầu sau:

+ Hàm lợng hồ xi măng, vữa trong hỗn hợp bê tông không những cần cho sự lấp

đầy các lỗ rỗng trong cốt liệu và bao bọc một lớp bên ngoài các hạt cốt liệu mà còn

d để tạo nên một hệ số d vữa nhất định phủ bôi trơn thành trong ống bơm

+ Đảm bảo độ lu động độ sụt nón cho hỗn hợp bê tông SN ≥ 13 cm [19], [21].+ Hỗn hợp bê tông đạt yêu cầu về giới hạn độ tách nớc, tách vữa, phân tầng

- Bê tông siêu nặng: là bê tông đặc biệt nặng hay bê tông rất nặng có khối lợng thể tích trên 2.500 kg/m3 Trong thành phần bê tông thì cốt liệu chiếm tỷ lệ tới 80% về thể tích nên để đạt khối lợng thể tích bê tông phải lựa chọn cốt liệu và thiết kế thành phần bê tông để đảm bảo yêu cầu đặt ra cho sản phẩm:

+ Nghiên cứu chế tạo đợc cấp phối bê tông đặc biệt nặng từ cốt liệu quặng Barit Tuyên Quang, hỗn hợp phụ gia đáp ứng các yêu cho sản phẩm nghiên cứu.

- ý nghĩa thực tiễn:

+ Nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng và đáp ứng yêu cầu thi công bằng phơng pháp bơm mang lại hiệu quả kinh tế do tăng năng suất thi công.+ Chế tạo bê tông đặc biệt nặng từ phụ gia hỗn hợp có sử dụng tro trấu nên giải quyết đợc vấn đề môi trờng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho sản phẩm.+ Chế tạo đợc bê tông đặc biệt nặng có thể sử dụng để đáp ứng nh cầu trong xây dựng nhà máy điện nguyên tử trong tơng lai gần ở Việt nam cũng nh các công trình

đặc biệt chống phóng xạ khác ở nớc ta

+ Việc nghiên cứu nguồn nguyên vật liệu trong nớc phù hợp công nghệ sản xuất

bê tông ở các nhà máy bê tông hiện nay của Việt Nam sẽ rất thuận lợi cho phát triển sản xuất bê tông đặc biệt nặng ở nớc ta

Tóm lại, để thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp vật liệu xây dựng, nghiên cứu phát triển bê tông đặc biệt nặng ở nớc ta là một đòi hỏi cần thiết;

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng phụ gia hỗn hợp có tro trấu để nâng cao tính bơm của

bê tông siêu nặng γ = 2.800 ữ 3.000 kg/m 3” đáp ứng yêu cầu trong thi công cơ giới hóa cho các công trình xây dựng có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật nhất định

Chơng 1

Bê tông siêu nặng 1.1 Tổng quan về lĩnh vực sử dụng bê tông siêu nặng.

Lịch sử nguồn gốc bê tông nặng nghiên cứu cho thấy nó đã đợc ứng dụng và sử dụng trong xây dựng từ các thời kỳ cổ xa ở các nền văn minh cổ đại khác nhau Một phân tích của kim tự tháp cổ Ai Cập đã chỉ ra rằng bê tông đợc sử dụng trong xây dựng các công trình này Cùng thời gian đó phụ gia bê tông cũng đợc sử dụng

kể từ thời La Mã và Ai Cập, nó đợc phát hiện ngẫu nhiên việc thêm tro núi lửa để trộn cho phép bê tông đông kết dới nớc.Tơng tự ngời La Mã biết thêm tóc ngựa làm giảm đi sự rạn nứt khi bê tông đông cứng, và thêm máu động vật để làm cho bê tông có thêm sức chống băng giá [18]

Nhìn chung ở các thời kỳ này về trớc công tác xây dựng cha phát triển, tốc độ xây dựng chậm vì cha có biện pháp xây dựng tiên tiến, chủ yếu thi công vận chuyển bằng tay và thủ công, mức độ cơ giới không có và quan trọng là công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng cha phát triển đồng bộ hiện đại nh ngày nay

Sự ra đời xi măng Portland và lần đầu tiên sử dụng trong bê tông đầu thập niên

1840 tới nay tạo ra một chuyển biến cơ bản, cách mạng trong xây dựng Tiếp đó năm 70 - 80 của thế kỷ XX bê tông cốt thép đợc nghiên cứu sử dụng vào các công trình xây dựng đã tạo điều kiện phát triển toàn diện vật liệu bê tông cốt thép

Đồng hành với việc ra đời và sử dụng bê tông cho xây dựng thì việc nghiên cứu

đa vào các phụ gia cho bê tông cũng có những bớc tiến và thay đổi ngày càng phát triển trong thế kỷ XXI hiện nay

Trong sự phát triển mạnh mẽ các chủng loại bê tông hiện nay, chủng loại bê tông đặc biệt nặng cũng đợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh mẽ Việc đa vào sử dụng bê tông đặc biệt nặng không chỉ phạm vi yêu cầu các kết cấu có khối lợng lớn với thể tích nhỏ gọn, mà với u điểm đặc biệt nổi bật là thực hiện vai trò chống tia phóng xạ Chỉ có bê tông đặc biệt nặng mới cho ứng dụng với khả năng cản phóng xạ hiệu quả trong xây dựng các nhà máy điện hạt nhân Năng lợng hạt nhân thì ngày càng phát triển, nhất ở trong thế kỷ XXI hiện nay nên sự phát triển toàn diện sản phẩm bê tông đặc biệt nặng là rất lớn

1.1.1 Tình hình nghiên cứu về bê tông siêu nặng trên thế giới.

Các nghiên cứu về bê tông siêu nặng trên thế giới [ 20]

Trên thế giới ở các nớc có nền công nghiệp phát triển, bê tông đặc biệt nặng đã

đợc nghiên cứu rất rộng rãi.Việc nghiên cứu theo hớng đạt đợc khối lợng thể tích lớn trên cơ sở nghiên cứu trên các nguồn cốt liệu quặng trong tự nhiên

Việc nghiên cứu bê tông đặc biệt nặng trên cơ sở sử dụng các nguồn cốt liệu khác nhau sẽ đạt đợc cho bê tông có khối lợng thể tích rất khác nhau Trên cơ sở các yêu cầu đặt ra cho mục tiêu nghiên cứu ta lựa chọn các nguồn cốt liệu hợp lý để

đạt đợc khối lợng thể tích bê tông theo yêu cầu (Bảng 1.1)

Bảng 1.1: ảnh hởng cốt liệu tới khối lợng thể tích bê tông

sử dụng các nguồn gốc cốt liệu cụ thể nh sau:

- Bê tông đặc biệt nặng nghiên cứu sử dụng cốt liệu quặng magnhetit Quặng magnhetit đợc cấu thành chủ yếu từ khoáng nhóm oxyt magnhetit (Fe3O4) với các tạp chất MgO, Cr2O3, Al2O3, Quặng magnhetit có độ cứng 5… ữ6 trong thang độ

cứng của Mohr Thành phần cấp phối sơ bộ của một nghiên cứu về bê tông magnhetit cho ta gồm (kg/m3 bê tông): xi măng pooclăng 300 ữ 400, cát magnhetit

600 ữ 1.300, sạn magnhetit 1.500 ữ 2.800, nớc 150 ữ 300; Kết quả sản phẩm cho

bê tông magnhetit có khối lợng thể tích đạt 2.800 ữ 4.000 kg/m3, cờng độ nén 20 ữ

45 N/mm2, cờng độ uốn 4 ữ 8 N/mm2, môđun đàn hồi 40.000 ữ 60.000 N/mm2

- Bê tông đặc biệt nặng nghiên cứu sử dụng cốt liệu quặng gecmatit Quặng gecmatit đợc cấu thành chủ yếu từ khoáng nhóm oxyt gecmatit (Fe2O3) và chứa các tạp chất MgO, Al2O3, SiO2, quặng có độ cứng 5 … ữ 6 Thành phần cấp phối sơ bộ của một nghiên cứu về bê tông bê tông gecmatit cho ta gồm (kg/m3 bê tông): xi măng pooclăng 300 ữ 500, cát gecmatit 900 ữ 1.100, đá dăm gecmatit 2.100 ữ 2.300, nớc 190 ữ 220; Kết quả nghiên cứu cho ta sản phẩm khối lợng thể tích của

bê tông gecmatit đạt 3.300 ữ 3.900 kg/m3, cờng độ nén 14 ữ 16 N/mm2 [20]

Những loại bê tông sử dụng cốt liệu chế tạo từ nguồn gốc quặng magnhetit, gecmatit và ilmanhit còn đợc gọi chung là bê tông quặng sắt vì những loại quặng này đều có thành phần chủ yếu là oxyt sắt Để gia công thành phần cấp khối hạt cốt liệu thì thờng qua các giai đoạn đập, nghiền và sàng phân loại quặng ta thu đợc đá

và cát dùng cho thiết kế cấp phối bê tông

- Bê tông đặc biệt nặng trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng cốt liệu từ gang, sắt, thép Thông dụng có hai loại cốt liệu từ gang, sắt và bi thép do các nhà máy chế tạo, hoặc phế liệu là các công cụ trong công nghiệp chế tạo máy Để gia công thành cốt liệu sử dụng thì các phế liệu công cụ khác nhau từ gang, sắt và thép đợc gia công và nghiền đến kích thớc yêu cầu Thành phần cấp phối sơ bộ của một nghiên cứu về bê tông dùng bi thép cho ta gồm (kg/m3 bê tông): bi sắt 2.640, mẩu sắt 2.640, xi măng 400, nớc 160; Kết quả nghiên cứu cho ta sản phẩm bê tông sử dụng

bi thép có thể đạt khối lợng thể tích lên đến 6.200 kg/m3 [20]

Các công trình ứng dụng về bê tông siêu nặng trên thế giới.

Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng bê tông đặc biệt nặng đã trải qua một quãng đờng với những thành tựu theo từng mốc lịch sử Đặc biệt khi nghiên cứu

ứng dụng các phụ gia điều chỉnh để khống chế tỷ lệ N/CKD thấp đảm bảo khối ợng thể tích bê tông tăng và chất lợng bê tông đặc biệt nặng càng đợc cải thiện cao hơn Qua kết quả nghiên cứu đến áp dụng thực tế cho thấy rằng việc ứng dụng bê tông đặc biệt nặng cho các ứng dụng hiện nay là rất cần thiết Bê tông đặc biệt nặng

l-đã đợc ứng dụng và thi công chế tạo rộng rãi các cấu kiện riêng biệt, cấu kiện đối trọng đặc biệt nặng; các hạng mục công trình trên sông, biển; các trụ hố móng cầu; các tờng, thành đập hồ chứa nớc, Đặc biệt bê tông đặc biệt nặng đóng góp thiết thực cho vai trò ngăn cản đợc tia phóng xạ γ và tia X trong xây dựng các công trình

có phóng xạ

Bê tông nặng sử dụng cho các kết cấu bảo vệ phóng xạ vì nó làm yếu đi sự truyền các tia X và tia γ Bê tông nặng đợc nghiên cứu sử dụng chế tạo bảo vệ các công trình chống sự rò rỉ chất phóng xạ và đợc phân biệt là bê tông dùng bảo vệ chống phóng xạ Chúng đợc đánh giá theo giá trị về khối lợng thể tích với đặc điểm khối lợng thể tích trên 2.500 kg/m3 Bê tông có với cấu trúc đặc chắc và khối lợng thể tích càng lớn thì tính chất bảo vệ chống phóng xạ càng tốt [2]

Trên cơ sở nghiên cứu kinh nghiệm sử dụng các loại vật liệu xây dựng đáp ứng cho nhu cầu xây dựng các công trình bảo vệ phóng xạ, các nhà máy điện hạt nhân, các công trình sản xuất các chất đồng vị phóng xạ ở một số nớc nh Liên Bang Nga, Anh, Pháp, Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, ấn Độ khẳng định đ… ợc loại bê tông nặng có hiệu quả sử dụng bảo vệ phóng xạ, tùy theo yêu cầu tính chất bảo vệ của kết cấu mà chọn loại bê tông phù hợp Với tính chất u thế nh vậy bê tông đặc biệt nặng trên thế giới theo thời gian đang trên đà đợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh

mẽ trong thế kỷ XXI này

Các nớc đi đầu trong nghiên cứu và ứng dụng bêtông đặc biệt nặng cho các kết cấu bảo vệ chống phóng xạ, các công trình bảo vệ chống phóng xạ, hạt nhân, và…

đặc biệt là các nhà máy điện hạt nhân kể đến là Liên Xô cũ ( Liên bang Nga), Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Anh Cụ thể bê tông đặc biệt nặng đã đ… ợc sử dụng ở các công trình nhà máy điện nguyên tử ở các nớc trên thế giới, đặc biệt là ở những nớc có nền công nghiệp vật liệu xây dựng phát triển Nhà máy điện hạt nhân đầu tiên xuất hiện vào năm 1954 và hiện nay đã có hơn 400 lò phản ứng lựa chọn kết cấu cản phóng xạ là bê tông đặc biệt nặng đang hoạt động trên toàn thế giới Để xây dựng

các màn bảo vệ chống phóng xạ hiệu quả và kinh tế nhất thờng sử dụng phơng án

sử dụng bê tông đặc biệt nặng Các màn bảo vệ chống phóng xạ có thể có nhiều

ph-ơng án kết cấu khi thi công sử dụng bêtông đặc biệt nặng nh: đổ liền khối, lắp ghép

và đổ liền khối, lắp ghép - đổ đầy và lắp ghép tháo rời Việc lựa chọn phơng án cho kết cấu màn bảo vệ chống phóng xạ dựa trên kết quả về tính kinh tế kĩ thuật áp dụng và phơng pháp thi công cho từng điều kiện cụ thể [8]

1.1.2 Các nghiên cứu về bê tông siêu nặng ở Việt Nam.

Các nghiên cứu về bê tông siêu nặng ở Việt Nam.

ở Việt Nam nớc ta hiện nay việc sử dụng bê tông đặc biệt nặng còn có những hạn chế và mới chỉ bắt đầu Cốt liệu (cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ) cho bê tông này

là các sản phẩm đợc chế biến từ quặng Barit, magnhetit, cromit và các khoáng khác Các nghiên cứu đa vào sử dụng còn cha đợc đầy đủ và toàn diện về mọi mặt Hiện nay các tiêu chuẩn cho nguồn nguyên liệu, tiêu chuẩn yêu cầu cho bê tông

đặc biệt nặng trong thi công nghiệm thu, các yêu cầu tính chất, tính năng sử dụng

bê tông đặc biệt nặng dùng cho kết cấu cản xạ trong các công trình cha đợc nghiên cứu và ban hành đầy đủ Trong những năm gần đây, bớc đầu bê tông đặc biệt nặng

đã đợc nghiên cứu ở một số viện nghiên cứu và các trờng đại học và đã ứng dụng vào những công trình mà bê tông thông thờng không thể đáp ứng đợc, tuy nhiên những kết quả nghiên cứu cha đi vào đồng bộ và đầy đủ [2]

Việc nghiên cứu và chế tạo bê tông đặc biệt nặng cản xạ ở Việt Nam còn ở giai

đoạn đầu và cha đợc ứng dụng nhiều Các nhà nghiên cứu khoa học ở các Viện, các trờng đại học đã đặt những nền móng cho nghiên cứu loại bê tông đặc biệt này Các

đề tài nghiên cứu về bê tông nặng cản phóng xạ đã đợc thực hiện bởi Bộ xây dựng,

Bộ môn Công nghệ Vật liệu xây dựng - Trờng Đại Học Xây Dựng, Viện Khoa kỹ thuật hạt nhân, và một số đề tài do các học viên cao học và sinh viên khoa Vật liệu xây dựng - trờng Đại học Xây dựng thực hiện Các đề tài nghiên cứu sử dụng nguyên liệu có sẵn ở nớc ta, từ các nguồn quặng trong nớc nh quặng barit ở Tuyên Quang, quặng barit ở Nghệ An, quặng Imenhit Hà Tĩnh, quặng crômit Thanh Hóa Các nguồn quặng này là cơ sở chế tạo cốt liệu để đa vào ứng dụng và nghiên cứu hiện nay Qua đánh giá nguồn nguyên liệu này cho thấy các nguồn quặng thỏa mãn

yêu cầu làm cốt liệu chế tạo đặc biệt nặng Việc nghiên cứu chế tạo bê tông đặc biệt nặng cho ứng dụng cản phóng xạ từ nguồn vật liệu trong điều kiện thực tế nớc

ta sẽ mang lại hiệu quả lớn về kinh tế và kĩ thuật

Tại trờng Đại học Xây dựng, các công trình nghiên cứu của các thầy giáo trong khoa Vật liệu xây dựng đã đạt đợc những kết quả rất khả quan và đang đợc triển khai ứng dụng thành công Cốt liệu trong các đề tài bê tông đặc biệt nặng đợc nghiên cứu lấy từ các loại quặng có khối lợng thể tích cao và tính chất ổn định nh quặng sắt Hà Tĩnh, quặng Barit – Nghệ An, Barit – Tuyên Quang với cấp phối hạt thiết kế nhiều cấp hạt khác nhau từ 0 ữ 70 mm Một số đề tài đã đợc nghiên cứu

từ các nguồn cốt liệu trên nh:

- Bê tông siêu nặng dùng quặng Barit Lạng Sơn [4]

- Bê tông siêu nặng dùng quặng sắt imenhit Hà Tĩnh [9]

- Bê tông siêu nặng dùng quặng sắt Barit Tuyên Quang [8]

- ảnh hởng của phụ gia siêu dẻo đến cờng độ và cấu trúc bê tông cản xạ [14]

- Nghiên cứu bê tông siêu nặng sử dụng trong khai thác dầu khí [17]

Cụ thể nh đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông siêu nặng cản phóng xạ sử dụng

trong xây dựng nhà máy điện hạt nhân ở Việt Nam” thực hiện năm 2004 [ 8], đề tài

“Nghiên cứu chế tạo bê tông siêu nặng từ cốt liệu barit Lạng Sơn” thực hiện năm

2009 [4] do PGS.TSKH Bạch Đình Thiên hớng dẫn thực hiện; Đề tài “Nghiên cứu

chế tạo bê tông cản phóng xạ từ cốt liệu Barit, limonhit, imenhít có Dmax = 70mm

sử dụng phụ gia FK-48” [ 9 ] do TS Trần Ngọc Tính hớng dẫn thực hiện; và các

đề tài nghiên cứu khác

Các công trình ứng dụng về bê tông siêu nặng ở Việt Nam.

ở nớc ta trong những năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông đặc biệt nặng đang đợc quan tâm một cách thích đáng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành xây dựng Việt nam Tuy nhiên về số lợng còn ít và vẫn cha giải quyết một cách đầy đủ các tính chất u việt cơ bản của loại bê tông này Việc ứng dụng triển khai các kết quả nghiên cứu còn hạn chế do công nghệ thực tế thi công tại công trình cha đáp ứng đủ yêu cầu Tuy vậy trong thời gian qua bê tông đặc biệt nặng đã đợc từng bớc nghiên cứu đa vào sử dụng hiệu quả trong công trình

- Hiện nay ở Việt Nam bê tông đặc biệt nặng với chức năng cản phóng xạ đã

đ-ợc ứng dụng vào các công trình làm rào cản phóng xạ trong xây dựng các phòng chiếu xạ tia X ở các phòng khám và bệnh viện trong cả nớc

- Một số cấu kiện riêng lẻ chế tạo từ bê tông đặc biệt nặng nh cấu kiện đối trọng dùng cho nén tải tĩnh, đối trọng cho cẩu trục và cần trục tháp, Một ứng dụng thêm là sử dụng bê tông đặc biệt nặng dùng bọc bảo vệ đờng ống dẫn dầu và tăng tính năng ổn định cho kết cấu này Nhìn chung khối lợng sử dụng bê tông đặc biệt nặng hiện nay ở nớc ta đã mang lại hiệu quả thiết thực, khẳng định hớng đi đúng trong nghiên cứu và đạt đợc các hiệu quả kinh tế xã hội nhất định

Tại nớc ta, kết quả nghiên cứu nguồn nguyên liệu ở địa phơng nh Tuyên Quang, Thái Nguyên, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh cho thấy các mỏ quặng barit,…quặng sắt, crômit, Imenhit chất lợng cao và có thể khai thác sử dụng lâu dài cho nhu cầu các công trình xây dựng đặc biệt Nhất là đáp ứng khả năng cho xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Việt nam trong tơng lai Do đó vấn đề phát triển bê tông

đặc biệt nặng là một hớng đi thiết thực và mở ra trong tơng lai nghiên cứu chế tạo vữa và bê tông cản phóng xạ Việc làm chủ nguồn nguyên vật liệu địa phơng để sản xuất là một u thế phát triển lâu dài sản phẩm bê tông đặc biệt nặng trong tơng lai ở nớc ta

Với nhiều u điểm của loại bê tông đặc biệt nặng thì nhu cầu thị trờng để nghiên cứu và ứng dụng là rất lớn nhất là khi các luận điểm nghiên cứu trên cơ sở có hệ thống và các kiến thức thực nghiệm ngày càng hoàn thiện trong tơng lai

1.2 Phụ gia dùng cho bê tông siêu nặng.

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu và sử dụng phụ gia cho bê tông ở Việt nam [2].

Trên thế giới việc nghiên cứu và phát triển công nghệ cho ứng dụng phụ gia sử dụng cho bê tông phát triển rất mạnh mẽ Nớc ta do nhiều điều kiện bất cập trong việc tiếp xúc công nghệ và sự phát triển ngành xây dựng Việt nam còn cha đồng bộ nên còn chậm chạp trong lĩnh vực này

ở nớc ta việc nghiên cứu và sử dụng các loại phụ gia cho cho bê tông xây dựng mới đợc thực hiện từ những năm 60 của thế kỷ này, đánh dấu bằng việc nghiên cứu

sử dụng phụ gia phụ gia hóa học CCB cho công trình thủy điện Thác Bà với sự giúp

đỡ của Liên Xô cũ

Năm 1971, tại hội nghị bê tông toàn miền Bắc đã manh nha có báo cáo kết quả nghiên cứu sản xuất phụ gia hóa học cho bê tông từ nguyên liệu trong nớc, tiếp đó nhiều cơ quan khoa học đã tiến hành nghiên cứu xong kết quả dừng lại trong phạm

vi các phòng thí nghiệm mà cha đợc ứng dụng thực tế

Năm 1977 Viện khoa học kỹ thuật Xây dựng nghiên cứu chế tạo phụ gia hóa dẻo từ dịch kiềm đen của nhà máy giấy, sản phẩm ở dạng bột, dẻo, lỏng với tên th-

ơng phẩm là LHD Tiếp đó nghiên cứu phụ gia hóa dẻo LK-1 trên cơ sở biến tính dịch kiềm đen và phụ gia siêu dẻo COSU nhằm nâng cao cờng độ và khả năng chống thấm của bê tông Các loại phụ gia trên đã đợc sử dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng trong nớc

Từ đó tới nay nhiều đơn vị thuộc nhiều ngành khác nhau trong nớc đã tiến hành nghiên cứu và cho ra đời nhiều sản phẩm phụ gia sử dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng, cụ thể tiêu biểu nh:

- Sản phẩm phụ gia lignhin kiềm PBG-K01 và lignhin nitro hóa PBG-K02, phụ gia BENIT trên cơ sở bentonit của Viện khoa học thủy lợi có tác dụng giảm nớc nâng cao mác bê tông và chống thấm

- Sản phẩm phụ gia Zecagi của Viện KHKT Giao thông có tác dụng dẻo hóa cao, đông cứng nhanh chống thấm và chống ăn mòn cốt thép

- Sản phẩm hóa dẻo PA và phụ gia Puzzolith từ Puzzolan và rỉ mật cuả Công ty thí nghiệm Vật liệu giao thông I

- Sản phẩm KĐT-2 của Viện Vật liệu xây dựng nghiên cứu chuyển giao cho nhà máy giấy Hòa Bình năm 1984, xây dựng dây chuyền sản xuất với quy mô 300tấn/năm góp phần phục vụ hơn 1 triệu m3 ứng dụng trong xây dựng công trình thủy điện Hòa Bình Từ phụ gia KĐT-2 Viện còn tiếp tục nghiên cứu biến tính chế tạo phụ gia đa chức năng (chống thấm và phát triển cờng độ nhanh), cũng nh cho ra

đời sản phẩm phụ gia siêu dẻo SD-83 bằng cách sunfonat hóa naphthalen, sau đó thực hiện phản ứng đa ngng tụ với foocmalin Sản phẩm này phụ gia cho bê tông có

độ sụt cao OK đạt 20cm, sử dụng cho các cấu kiện bê tông có mật độ cốt thép dầy³

đặc, thi công bơm phun áp lực cao và giảm tổn thất độ sụt của bê tông tơi

Nhiều cơ sở trong nớc đã mạnh dạn đầu t nghiên cứu và đa ra thị trờng nhiều sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau nh: PLACC- 02A, Selfill (liên hiệp quang hoá

điện tử) ; BENIT- 1, BENIT- 2, BENIT- 3 (Viện khoa học kỹ thuật thuỷ lợi) từ khoáng sét tự nhiên; PUZÔLIT, PA (CIENCO 1); LK1, ICT Super (viện Khoa học công nghệ xây dựng) từ dịch kiềm đen v.v…

Bên cạnh đó các đơn vị chuyên ngành Vật liệu xây dựng có các nghiên cứu đa vào ứng dụng các phụ gia khoáng hoạt tính mở ra một hớng đi rất u thế cho nguồn phụ gia trong nớc ta Phụ gia khoáng hoạt tính đợc đánh giá nghiên cứu có nguồn gốc thiên nhiên nh trêpen, điatômít, đất sét nung tự nhiên, hay nhân tạo nh tro, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hoá, đất sét nung non, silica fume, tro trấu, meta cao lanh Các sản phẩm này đã góp phần làm phong phú thị trờng phụ gia bê tông, giải quyết vấn đề ô nhiễn môi trờng, đồng thời khẳng định khả năng nghiên cứu sản xuất và

đáp ứng thị trờng về nguồn phụ gia đáp ứng của các cơ sở ứng dụng và lĩnh vực xây dựng trong nớc

Tóm lại, có thể nhận thấy ở Việt Nam lĩnh vực phụ gia bê tông mới đợc nghiên cứu từ những năm 1965 - 1967 nhng đã có hớng phát triển với đủ chủng loại tơng

tự nh những nớc khác trong khu vực Các chủng loại phụ gia ở Việt Nam chủ yếu là: Phụ gia tăng dẻo, siêu dẻo giảm nớc, phụ gia chống thấm, phụ gia nở và không

co, phụ gia khoáng, phụ gia sửa chữa kết cấu Nói chung các sản phẩm phụ gia ở Việt Nam đã bớc đầu đợc chế tạo ở quy mô công nghiệp và có chất lợng tốt phù hợp theo tiêu chuẩn cơ sở, ngành và tiêu chuẩn quốc tế

1.2.2 Đánh giá phụ gia sử dụng để nâng cao tính bơm cho bê tông siêu nặng.

Để bơm đợc hỗn hợp bê tông ngoài yêu cầu về tính năng công tác thiết bị máy thì cần yêu cầu các tính chất hỗn hợp bê tông bơm Hỗn hợp bê tông bơm là hỗn hợp bê tông vận chuyển đợc trong đờng ống dẫn hớng bằng máy bơm bê tông Tính bơm của hỗn hợp bê tông là tính chất của hỗn hợp bê tông dễ vận chuyển đi trong

đờng ống tới vị trí tạo hình mà vẫn đảm bảo các tính chất của hỗn hợp bê tông không bị suy giảm Nh vậy bê tông tơi đợc vận chuyển tới vị trí tạo hình tới vị trí thi công bằng các thiết bị chuyên dụng theo cơ chế bơm đẩy dẫn bê tông đi trong các đờng ống Với yêu cầu đặc biệt đó cần dùng tới loại phụ gia đặc chủng dùng cho hỗn hợp bê tông đợc thiết kế riêng cho hỗn hợp bê tông bơm Để chế tạo hỗn

hợp bê tông bơm hiện nay trên thị trờng sử dụng phụ gia trợ bơm để nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông Tác dụng của phụ gia sẽ làm tăng tính dẻo và tăng độ

đồng nhất cho hỗn hợp bê tông, để nó dễ dàng đợc đẩy đi khi chịu áp lực nén với trở lực nhỏ nhất Tác dụng đó cũng đồng nghĩa với việc đảm bảo tăng tính năng của

hồ xi măng, làm cho hồ xi măng trở nên dẻo hơn, liên kết tốt với cốt liệu và tăng ờng tính đồng nhất thành phần trong hỗn hợp bê tông

c-Trên cơ sở phân tích đó đề tài tìm hiểu và đánh giá phụ gia sử dụng để đạt hiệu quả tăng tính bơm cho hỗn hợp bê tông nghiên cứu Nghiên cứu nâng cao tính bơm

đợc cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng là yếu tố khó cần đánh giá nghiên cứu cụ thể Bởi so sánh với bê tông có khối lợng thể tích dới 2.500 kg/m3 và dùng cốt liệu thờng thì bê tông đặc biệt nặng có khối lợng thể tích trên ngỡng 2.500 kg/m3 và dùng cốt liệu nặng nên yếu tố phân tầng tách lớp là rất cao

Với mỗi loại phụ gia sẽ có tác dụng ảnh hởng khác nhau tới chất kết dính và hỗn hợp bê tông nên việc định hớng lựa chọn nghiên cứu ứng dụng phụ gia cho sản phẩm nghiên cứu là rất cần thiết để nâng cao các tính chất cho sản phẩm và đảm bảo các tính năng yêu cầu ứng dụng

Mục tiêu học viên với mong muốn đánh giá các u thế các loại phụ gia và nghiên cứu chế tạo phụ gia hỗn hợp trên cơ sở các u thế đó Để đảm bảo các yếu tố kỹ thuật trên cho hỗn hợp bê tông thì nghiên cứu thành phần hỗn hợp phụ gia với tỷ lệ

sử dụng hợp lý là rất quan trọng Để đạt đợc yêu cầu đó việc đánh giá các loại phụ gia và khả năng đáp ứng các tính năng của chúng là cần nghiên cứu chính xác

Đánh giá lựa chọn tổng hợp các tính năng các loại phụ gia để đạt hiệu quả cao nhất Phụ gia cho bê tông hiện nay gồm hai nhóm là phụ gia khoáng và phụ gia hóa học Phụ gia khoáng dùng cho bê tông phân loại gồm phụ gia lấp đầy (phụ gia trơ) và phụ gia khoáng hoạt tính puzơlan (phụ gia khoáng hoạt tính); Nhóm phụ gia hóa học chia ra các nhóm loại là phụ gia cuốn khí, phụ gia giảm nớc và phụ gia điều chỉnh đông kết [13] Với đặc tính tác dụng tối u cho mỗi loại phụ gia ta nghiên cứu lựa chọn trên cơ sở các loại phụ gia đó

Hớng nghiên cứu sẽ sử dụng phụ gia hóa học nhóm giảm nớc để giảm lợng dùng nớc, nâng cao tính đặc chắc cho cấu trúc bê tông Dùng phụ gia lấp đầy là bột

đá nghiền mịn để tăng độ đặc vi cấu trúc, góp phần tăng khối lợng thể tích bê tông,

chống phân tầng tách lớp trong hỗn hợp bê tông Dùng phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu với mục đích tăng tính công tác, tăng độ đặc vi cấu trúc đá bê tông Với định hớng nghiên cứu sử dụng tổng hợp các loại phụ gia nh trên, việc đánh giá tỷ lệ phối trộn hợp lý là rất cần thiết để đạt hiệu quả tối u nhất cho phụ gia.

1.3 Đặc điểm hỗn hợp bê tông siêu nặng thi công theo phơng pháp bơm.

1.3.1 Vận chuyển hỗn hợp bê tông.

Việc vận chuyển hỗn hợp bê tông từ vị trí trộn tới vị trí tạo hình cấu kiện cần

đảm bảo yếu tố không gian và thời gian thấp nhất có thể Việc luân chuyển đó đảm bảo hạn chế số lần luân chuyển tối thiểu Để tránh sự bắt đầu ninh kết và đóng rắn của hỗn hợp bê tông thì thời gian vận nhỏ nhất di chuyển từ hai vị trí trên Do vậy việc phân tích đánh giá tính chất hỗn hợp bê tông và chọn lựa phơng pháp vận chuyển cần tính đến nhiều yếu tố đi kèm nh: cự ly vận chuyển, tốc độ di chuyển, độ

lu động hỗn hợp bê tông và chiều cao đổ hỗn hợp bê tông cũng nh tính kinh tế của phơng pháp di chuyển Hỗn hợp bê tông có thể vận chuyển tới vị trí tạo hình trong thi công bằng nhiều phơng pháp nh:

- Trong sản xuất các cấu kiện cố định có thể trộn hỗn hợp bê tông và chuyển qua bun ke của máy rải bê tông và di chuyển trên một cao độ nên đảm bảo độ đồng nhất và tính lu động của hỗn hợp bê tông

- Với hỗn hợp bê tông ít dẻo và bê tông cứng có thể vận chuyển bằng băng tải với vị trí đổ tạo hình Để tránh hiện tợng phân tầng khi băng tải nâng hớng lên thì góc nâng băng tải chỉ từ 10 ữ 15o với tốc độ hạn chế 1 ữ 2 m/s, nếu độ sụt SN ≤ 4

cm thì góc nâng có thể tăng lên 16 ữ 20o Băng tải đợc thiết kế lắp đặt từ vị trí trung chuyển từ máy trộn xuống và tới vị trí tạo hình nên tính cơ động phơng pháp này là rất kém và hiệu quả tính kinh tế không cao vì luôn có các hệ thông làm sạch băng tải và các bộ phận băng tải kịp thời tránh đông cứng [15]

- Với khoảng cách tạo hình xa vị trí trộn hỗn hợp bê tông và vị trí tạo hình khó khăn thì các phơng pháp trên là rất bất cập Hiện nay phổ biến và thông dụng hơn cả là phơng pháp cấp hỗn hợp bê tông bằng các đờng ống nhờ thiết bị khí nén tạo

áp lực bơm đẩy Các ống dẫn nhỏ gọn có thể luồn vào các vị trí thi công tạo hình khó, vị trí chật hẹp Ngoài ra việc vận chuyển bằng xe bê tông đến cấp cho các thiết

bị này cũng nâng cao u thế linh hoạt trong các vị trí thi công cách xa vị trí trạm trộn bê tông tơi.

Khoa học máy thiết bị xây dựng ngày càng phát triển và u thế sử dụng phơng pháp vận chuyển bằng bơm bê tông càng mang lại nhiều u thế và hiệu quả kinh tế cao Những loại bơm hiện nay với nhiều chủng loại phù hợp với mọi phơng án thi công, một số loại điển hình chính mà thế giới đang sử dụng gồm có nh xe bơm bê tông, máy bơm bê tông cố định, xe bơm tự hành và các loại bơm chuyên dùng công suất lớn lắp đặt thiết kế tại công trình

Việc bơm bê tông với một máy bơm có thể đạt công suất đẩy cao và đẩy xa hỗn hợp bê tông rất tốt với độ cao đạt tới 130m Khi bơm lên cao có 2 yếu tố cần quan tâm là thiết bị bơm và chất lợng hỗn hợp bê tông (độ sụt tốt nhất cho hỗn hợp bê tông bơm thờng là SN ≥ 13 cm và duy trì độ sụt trong thời gian vận chuyển, hỗn hợp bê tông không bị phân tầng tách lớp) Với đặc tính hỗn hợp bê tông bơm đợc, thiết bị với áp suất bơm cũng nh công nghệ bơm phù hợp thì đạt hiệu quả bơm đợc cho hỗn hợp bê tông là tối u nhất Ví nh máy bơm bê tông HBT90CH của SANY đã

đa hỗn hợp bê tông lên chiều cao 492 m khi xây dựng trung tâm thơng mại Thợng Hải (SWFC) [16] Một hỗn hợp bê tông (bê tông mác 300) để đạt độ cao 130 m cần dùng bơm công suất đạt 90m3/h nhng công suất thực tế khi bơm độ cao đó chỉ đạt

là 60m3/h do có tổn thất và trở lực bơm

Trong đề tài này học viên không đánh giá về yếu tố thiết bị cho bơm hỗn hợp

bê tông nhng hớng đi nghiên cứu hỗn hợp bê tông bơm đảm bảo các tính năng yêu cầu cho sử dụng đợc máy bơm bê tông theo điều kiện nhà cung cấp

1.3.2 Đặc trng tính chất của hỗn hợp bê tông bơm.

Ta đã biết rằng trong lĩnh vực xây dựng công việc bơm hỗn hợp bê tông đợc sử dụng trong nhiều trờng hợp khác nhau nh: bơm bê tông dới nớc theo phơng pháp vữa dâng, bơm bê tông vào các khuôn casset, bơm bê tông lên các tầng cao trong thi công nhà công nghiệp và dân dụng

Để giải quyết đợc vấn đề bơm hỗn hợp bê tông cần làm rõ bản chất lý thuyết chuyển động của hỗn hợp bê tông cũng nh phơng pháp thiết kế thành phần cấp phối cho bê tông Có rất nhiều quan điểm về vấn đề bơm hỗn hợp bê tông song có sự nhất trí cao về vấn đề này cho rằng trong chuyển động của vữa và hỗn hợp bê tông

trong đờng ống ở gần thành ống chúng hình thành nên vùng chuyển tiếp ranh giới của hồ xi măng từ môi trờng phân tán, theo đó có sự phân bố lớp hồ xi măng cận thành với các hạt cốt liệu nhỏ là cát Bề dày của lớp hồ xi măng cận thành này nằm trong khoảng 1,5 ữ 8mm, phần còn lại của tiết diện đờng ống thì hỗn hợp bê tông không có sự thay đổi tính chất đáng kể ta coi đó là lõi không biến dạng Do vậy để

đảm bảo quy luật đã nêu cần nghiên cứu thiết kế cấp phối hỗn hợp bê tông bơm Trong trờng hợp không dùng phụ gia các yêu cầu đối với hỗn hợp bê tông bơm là [21]:

- Hàm lợng cát trong hỗn hợp cốt liệu lớn là sỏi cần từ 32 ữ 45 % theo khối ợng tổng cốt liệu, trong hỗn hợp cốt liệu là đá dăm thì hàm lợng cát là từ 32 ữ 45 % theo khối lợng tổng cốt liệu

- Cốt liệu cần đặc chắc, dạng cốt liệu sỏi tốt hơn cốt liệu đá dăm do nhu cầu l-ợng hồ xi măng thấp hơn và trở lực khi bơm cũng thấp hơn

l Chi phí xi măng không dới hàm lợng 250 Kg/m3 cho 1m3 hỗn hợp bê tông.Những yêu cầu trên rõ ràng không phản ánh đầy đủ các đặc trng của nguyên liệu sử dụng để chế tạo hỗn hợp bê tông bơm Khi nghiên cứu khả năng vận chuyển hỗn hợp bê tông trong đờng ống đã đa ra phơng pháp đánh giá tính bơm của hỗn hợp bê tông theo các đặc tính của hỗn hợp bê tông nh độ dẻo hồ xi măng, độ sụt hình nón SN và các hệ số d hồ xi măng α và hệ số d vữa β

Bê tông đặc biệt nặng cũng có thành phần cấp phối chế tạo giống nh bê tông thông thờng nh chất kết dính là xi măng, cốt liệu, phụ gia và nớc nhào trộn Sự khác nhau cơ bản ảnh hởng tới trong công nghệ thi công bơm là đặc điểm bê tông đặc biệt nặng có khối lợng thể tích lớn hơn so bê tông thông thờng Điều khác biệt đó

tạo nên các yêu cầu riêng cho hỗn hợp bê tông tránh không bị phân tầng tách lớp trong quá trình vận chuyển trên đờng bơm dẫn.

Một điểm nữa trong việc nghiên cứu bê tông đặc biệt nặng là cốt liệu sử dụng là cát nghiền và đá dăm nên có nhiều góc cạnh làm cho tính bơm kém hơn Nội ma sát giữa các thành phần trong hỗn hợp bê tông cũng lớn hơn nên tính bơm cũng bị hạn chế và làm mòn thành ống bơm cao hơn Tính tách nớc và tách vữa của bê tông

sẽ làm khó bơm do hình thành các khối bê tông nghèo vữa gây tắc ống bơm Hình dáng, thành phần cỡ hạt của cốt liệu mịn sẽ ảnh hởng lớn hơn so với cốt liệu lớn về tăng tính dễ bơm cho bê tông [10]

Đạt đợc các tính chất, các yêu cho hỗn hợp bê tông bơm với bê tông đặc biệt nặng cần đánh giá các vấn đề khi thiết kế cấp phối cho hỗn hợp bê tông nh sau:

- Sử dụng hỗn hợp phụ gia để đạt tính công tác của hỗn hợp bê tông, tăng độ linh động của vữa hồ xi măng, duy trì độ sụt của hỗn hợp bê tông

- Sử dụng cốt liệu phù hợp, ngoài yêu cầu đạt khối lợng thể tích bê tông cần quan tâm hàm lợng sử dụng hợp lý để tăng tính đồng nhất trong hỗn hợp

Ngoài việc đảm bảo các đặc tính cơ bản nói trên thì bê tông đặc biệt nặng trong chế tạo và thi công thực tế cần đánh giá và nghiên cứu cụ thể về các điểm sau:

- Các vấn đề khi phối trộn các nguyên vật liệu và thời gian trộn

- Trở lực bơm bê tông đặc biệt nặng lớn hơn so với bê tông thờng

- Do cốt liệu đặc nặng nên việc rung động lèn chặt hỗn hợp bê tông yêu cầu quan tâm đến thời gian duy trì rung động vì dễ gây phân tầng tách lớp

Chơng 2 Cơ sở lý luận nghiên cứu bê tông siêu nặng

2.1 Cơ sở lý luận cho chế tạo bê tông siêu nặng.

Để định hớng nghiên cứu lựa chọn thành phần chế tạo bê tông đặc biệt nặng ta cần tìm hiểu đánh giá mối quan hệ thành phần vật chất, tính chất yêu cầu với mối quan hệ hình thành cấu trúc sản phẩm Mối quan hệ đó là lôgic quan trọng trong nghiên cứu khoa học vật liệu Ta rất khó để thiết lập chính xác mô hình lựa chọn thành phần vật chất để từ đó có thể dự tính một cách tin tởng về tính chất của nó Nghiên cứu cấu trúc, tính chất bê tông và mối quan hệ của chúng với nhau cho ta thực tế định hớng lựa chọn nguồn vật liệu chế tạo [1]

2.1.1 Lý luận nghiên cứu cấu trúc bê tông.

Cấu trúc của bê tông hình thành do kết quả đông kết của hỗn hợp bê tông và

đóng rắn thành đá bê tông Cấu trúc bê tông rất phức tạp đợc tạo thành từ các thành phần cốt liệu, đá xi măng và hệ thống mao quản lớn bé, các lỗ rỗng trong đó chứa không khí, hơn nớc hoặc nớc Các thành phần kích thớc lớn vi mô có thể dễ dàng quan sát bằng mắt thờng, các thành phần kích thớc kích thớc nhỏ vi mô chỉ quan sát đợc nhờ hỗ trợ của dụng cụ kính hiển vi điện tử

Xem xét tiết diện của bê tông có thể thấy cấu tạo toàn khối liên tục, trong đó các hạt cốt liệu với các kích thớc và hình dạng khác nhau liên kết trung gian với đá

xi măng nh Hình 2.1 [11]

Hinh 2.1: Tiết diện mặt cắt bê tông.

ở mức độ vi mô cấu trúc bê tông thể hiện sự phức tạp hơn và thấy là thành phần

bê tông không đồng nhất về cấu tạo và chứa nhiều lỗ rỗng nh Hình 2.2

Hình 2.2: Miền liên kết giữa đá xi măng và cốt liệu trong bê tông

(AG = Cốt liệu; CH = Tinh thể Ca(OH) 2 ; Mũi tên chỉ vết nứt)

Phân tích cho thấy cấu trúc đá xi măng ở vùng xung quanh các hạt cốt liệu lớn thờng rất khác với cấu trúc của bản thân đá xi măng trong hệ Những tính chất cơ lý

và những tính năng kỹ thuật của bê tông đợc quyết định bởi tính chất của các thành phần cấu tạo và tính chất của bề mặt tiếp xúc giữa hạt cốt liệu và đá xi măng Do vậy định hớng nghiên cứu cấu trúc bê tông theo các vấn đề sau [11]:

+ Thứ nhất, ngoài thành phần cốt liệu và đá xi măng thì một thành phần nữa là miền liên kết, vùng tiếp xúc giữa các hạt của cốt liệu lớn và đá xi măng Miền này

nh một dạng vỏ mỏng có độ dày khoảng 10-50àm bọc xung quanh cốt liệu lớn Miền liên kết này yếu hơn rất nhiều so với 2 thành phần cốt liệu và đá xi măng.+ Thứ hai, bản thân mỗi thành phần cấu tạo trên là đa pha Chẳng hạn, mỗi hạt cốt liệu có thể chứa một vài khoáng, vi vết nứt và các lỗ rỗng Tơng tự, cả đá xi măng và miền liên kết thờng không đồng nhất với nhau và bao gồm sự phân bố các pha đặc, rỗng, vết nứt vi mô

+ Thứ ba, không giống các vật liệu xây dựng khác, cấu trúc của bê tông không

ổn định Điều này là do hai thành phần của cấu trúc là đá xi măng và miền liên kết

có sự thay đổi theo thời gian do môi trờng bên ngoài tác động

Thành phần cốt liệu: Cốt liệu phần lớn ảnh hởng đến khối lợng thể tích bê tông,

môđun đàn hồi, sự ổn định kích thớc của bê tông Các tính chất này phụ thuộc vào khối lợng thể tích và cờng độ của cốt liệu Chúng thờng đợc xác định bằng vật lý hơn là bằng hoá học Nói cách khác, thành phần khoáng hoặc hoá học của cốt liệu

thờng ít quan trọng hơn các đặc tính vật lý nh là khối lợng thể tích, hình dạng và bề mặt của cốt liệu Ví dụ nh nếu kích thớc cốt liệu lớn hơn và hàm lợng hạt thoi dẹt lớn hơn trong bê tông thì xu hớng các màng nớc cũng sẽ tích luỹ lớn hơn gần bề mặt của cốt liệu (Hình 2.3) Hiện tợng này sẽ gây ra sự tách nớc bên trong và cũng làm yếu đi cho miền liên kết [11]

Hình 2.3 Sự tách nớc từ bề mặt hạt cốt liệu.

Thành phần đá xi măng: Đá xi măng là cấu trúc tạo thành gồm 3 thành phần

chủ yếu là các sản phẩm hydrat tạo thành dạng gen và tinh thể, vi cốt liệu, hệ thống

lỗ rỗng vi mô và mao quản Cấu trúc của đá xi măng phát triển là kết quả của phản ứng hoá học giữa các khoáng xi măng với nớc Thành phần hoá học của các khoáng clanhke chủ yếu tơng ứng là C3S, C2S, C3A và C4AF Khi xi măng pooclăng phân tán vào trong nớc pha lỏng nhanh chóng bão hoà với các loại ion khác nhau Sự kết hợp giữa canxit, sunphát, nhôm và ion hydroxyl trong vài phút thuỷ hoá đầu tiên tạo nên các tinh thể hình kim của Canxi Sunphô Alumin Hydrat đợc gọi là ettringite (Hình 2.4) Vài giờ sau đó, các tinh thể hình lăng trụ lớn của Ca(OH)2 và rất nhiều tinh thể dạng sợi rất nhỏ của C-S-H bắt đầu điền vào các khoảng trống mà nớc chiếm giữ và hoà tan các hạt xi măng [11]

Hình 2.4: Quan sát bằng kính hiển vi sự tạo khoáng Ettringite.

Vài ngày sau đó, phụ thuộc vào tỷ lệ Alumin/ Sunphát của xi măng, ettringite

có thể bị mất ổn định và phân ly tạo thành mono sunphát hydrát, có hình dạng phiến sáu cạnh Hình dạng này cũng là đặc điểm của các canxi aluminat hydrát, mà

đợc tạo ra trong đá xi măng Các ảnh hiển vi điện tử quét minh hoạ các hình thái học điển hình của các thành phần này, một mô hình của vi cấu trúc đá xi măng thấy

ở Hình 2.5a Mô hình cấu trúc đá xi măng ở Hình 2.5b thấy rằng sự phân bố không

đồng nhất về kích thớc và hình thái học các thành phần

(a) Vi cấu trúc xi măng (b) Các pha măng thủy hóa

Hình 2.5: Cấu trúc đá xi măng.

Trong cấu trúc đá xi măng còn tồn tại các thành phần sau:

+ Pha khí trong đá xi măng: Bên cạnh các pha rắn miêu tả phần trên, đá xi măng chứa nhiều loại lỗ rỗng vi mô Các loại lỗ rỗng có tầm quan trọng và kích th-

ớc của chúng đợc nghiên cứu đánh giá xem xét nh Hình 2.6 [11]

Hình 2.6: Kích thớc điển hình các pha trong đã xi măng.

Ví dụ nh khoảng trống giữa các lớp trong C-S-H là 18Ao và chiếm khoảng 28% rỗng trong C-S-H đặc Kích thớc rỗng này quá nhỏ không gây hại đến cờng độ và tính thấm của đá xi măng Tuy nhiên, nớc trong các lỗ rỗng nhỏ này có thể tạo ra các liên kết hydro, và sự chuyển dịch của nó dới các điều kiện cụ thể sẽ gây lên co

và từ biến Các lỗ rỗng mao quản là các khoảng rỗng không đợc điền đầy bởi các pha đặc của đá xi măng

+ Nớc trong đá xi măng: Bằng sự quan sát dới kính hiển vi điện tử cho thấy các

lỗ rỗng trong đá xi măng thờng là trống Thực tế, phụ thuộc vào độ ẩm môi trờng

và độ rỗng trong đá xi măng, thì đá xi măng có khả năng giữ một lợng nớc lớn Nớc tồn tại trong đá xi măng ở nhiều dạng khác nhau Sự phân loại này dựa trên khả năng của nó tách khỏi đá xi măng Khi có sự mất nớc liên tục từ đá xi măng bão hoà do độ ẩm tơng đối giảm thì ranh giới phân chia các loại nớc này là rất khó Mặc dù vậy, vẫn cần thiết có sự phân loại để hiểu biết về tính chất của đá xi măng Nớc tồn tại trong đá xi măng ở các dạng sau:

Nớc mao quản có thể phân loại thành hai loại: nớc trong các lỗ rỗng lớn hơn 50nm, có thể coi là nớc tự do bởi vì sự chuyển dịch của nó không gây ra bất kỳ sự thay đổi về thể tích Loại nớc trong các lỗ rỗng mao quản nhỏ từ 5-50nm, sự dịch chuyển của nó gây ra co hệ thống

Nớc hấp phụ, đó là loại nớc gần với bề mặt rắn Ngời ta cho rằng có tới 6 lớp phân tử nớc (15Ao ) bị ảnh hởng bởi lực liên kết hydro Sự mất nớc hấp phụ chủ yếu gây ra sự co của bê tông trong quá trình làm khô

Nớc liên kết với cấu trúc C-S-H Ngời ta cho rằng lớp nớc phân tử giữa các lớp C-S-H bị ảnh hởng bởi mối liên kết hydro Nớc giữa các lớp chỉ bị mất đi khi quá

trình làm khô mạnh (chẳng hạn dới 11% độ ẩm tơng đối) Cấu trúc C-S-H bị co

đáng kể khi nớc này mất đi Dựa trên mô hình Feldman-Sereda, một vài loại nớc khác nhau liên kết với C-S-H minh hoạ ở Hình 2-7 [11]

Nớc liên kết hoá học là loại nớc đóng vai trò nh một phần cấu thành của cấu trúc các sản phẩm thuỷ hoá khác nhau Loại nớc này không bị mất đi do quá trình làm khô, và bị bay hơi khi các sản phẩm hydrat phân huỷ bởi nhiệt

Hình 2.7: Một số dạng nớc khác nhau liên kết với C-S-H

Vùng tiếp xúc giữa cốt liệu và đá xi măng: Nghiên cứu vùng tiếp xúc này rất

khó khăn về thực nghiệm, các thông tin về vùng tiếp xúc là rất hạn chế Tuy vậy, theo mô tả của Maso, chúng ta cũng có thể có một vài hiểu biết về đặc điểm cấu tạo của sự phát triển vùng tiếp xúc này nh thấy ở Hình 2.8 [11]:

Hình 2.8: Vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu trong bê tông.

Nhân tố tạo lên sự dính kết giữa các sản phẩm thuỷ hoá và hạt cốt liệu là lực hấp dẫn Van derWaals Do đó cờng độ vùng tiếp xúc tại thời điểm nào sẽ phụ thuộc

vào thể tích và kích thớc của các lỗ rỗng tại thời điểm đó Tại tuổi sớm ngày độ rỗng vùng này sẽ lớn hơn trong bê tông nên cờng độ sẽ yếu hơn (Hình 2-9).

Hình 2.9 ảnh hởng cờng độ bê tông do vùng tiếp xúc.

Vùng tiếp xúc này ảnh hởng tới các tính chất của bê tông rất đặc biệt do đây là liên kết yếu nhất, đợc coi là giới hạn cờng độ trong bê tông Điều này do vùng tiếp xúc có ứng suất thấp hơn đáng kể so với hai thành phần còn lại trong bê tông Khi

nó không chịu đợc các mức ứng suất phá hủy tác động truyền tới sẽ phá hủy đầu tiên, từ đây sẽ phát triển các vi vết nứt trong vùng chuyển tiếp trớc và làm bê tông phá hủy dần từ vùng tiếp xúc này ra cả khối bê tông

2.1.2 Mối quan hệ cấu trúc - tính chất bê tông.

Các tính chất mong muốn của bê tông thờng là cờng độ, sự ổn định kích thớc và

độ bền lâu Những tính chất này phụ thuộc các đặc điểm của các thành phần đá xi măng, cấu trúc cốt liệu và vùng tiếp xúc giữa đá xi măng với cốt liệu

+ Cờng độ bê tông, các nhân tố quan trong ảnh hởng tới cờng độ bê tông là ờng độ đá xi măng, độ đặc chắc và cấu trúc của bê tông và cờng độ vùng tiếp xúc

c-Đối với bê tông thì cờng độ đợc sinh ra do các lực hấp dẫn ValderWaals Sự liên kết giữa hai bề mặt rắn có thể do sự đóng góp bằng các lực vật lý, mức độ liên kết này phụ thuộc vào diện tích và bản chất của bề mặt tiếp xúc Nh chúng ta đã biết mối quan hệ giữa độ rỗng và cờng độ là tỷ lệ nghịch Cờng độ bê tông thờng thì phụ thuộc vào pha đặc của thành phần cấu tạo Đối với bê tông theo Powers cho rằng có quan hệ luỹ thừa dạng S = kx3 giữa cờng độ nén (Rn) và tỷ lệ đặc/ tổng thể tích, trong đó hệ số k = 238 N/mm2 nh thấy ở Hình 2.10 [11]:

Hình 2.10: Quan hệ cờng độ bê tông và tỷ lệ đặc/ tổng thể tích.

+ Sự ổn định kích thớc, trong bê tông thì thành phần đá xi măng không ổn định kích thớc Khi bảo dỡng ở độ ẩm 100% thì thực tế cho thấy không có sự thay đổi về kích thớc xảy ra Tuy nhiên khi tiếp xúc với độ ẩm môi trờng, thờng là nhỏ hơn 100%, bê tông sẽ bị mất nớc và xảy ra co Bê tông nằm trong môi trờng có độ ẩm t-

ơng đối nhỏ hơn 100% nớc tự do trong các khoảng trống lớn (>50nm) bắt đầu dịch chuyển vào môi trờng có thể làm mất đáng kể lợng nớc gây ra co, điều này minh họa ở đờng cong 'A-B' Hình vẽ 2.11

Hình 2.11: Quan hệ độ ẩm tơng đối với độ co khô.

Khi hầu hết nớc tự do mất đi mà quá trình làm khô vẫn tiếp tục, nớc vẫn mất đi thì bắt đầu xảy ra co đáng kể mô tả thấy nh ở đờng cong 'B-C' Hiện tợng này do mất nớc hấp phụ và nớc trong các lỗ rỗng mao quản Sự chuyển dịch nớc hấp phụ làm giảm áp suất và gây ra hiện tợng co cho bê tông

+ Độ bền của bê tông, giá trị độ bền liên quan đến thời gian làm việc dới điều kiện tác động của môi trờng Ví nh đá xi măng trong bê tông có tính kiềm nếu tiếp xúc với nớc có tính axit thì sẽ gây phá hủy bê tông Trong điều kiện này, không thấm nớc trở thành nguyên nhân chính để xác định độ bền cho bê tông Tính không thấm của đá xi măng là một đặc điểm mong muốn giúp cho bê tông không có khả năng không thấm (cốt liệu thờng giả sử là không thấm) Hiển nhiên rằng kích thớc

và tính liên tục của rỗng trong cấu trúc đá xi măng sẽ xác định tính thấm của nó Quan hệ luỹ thừa giữa tính thấm và độ rỗng thể hiện trên hình 2-10 có thể đợc hiểu

từ sự ảnh hởng của các loại rỗng khác nhau đên tính thấm Tính thấm là một yếu tố quan trọng ảnh hởng tới độ bền của bê tông theo thời gian

Các đặc tính của vùng chuyển tiếp cũng ảnh hởng lớn đến độ bền của bê tông Vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu đợc coi là pha giới hạn độ bền trong bê tông do đây là yếu tố yếu nhất trong các thành phần cấu tạo bê tông Vùng tiếp xúc

có ảnh hởng lớn đến độ cứng và môđun đàn hồi của bê tông Sự tồn tại của các vết nứt vi mô trong vùng chuyển tiếp tại bề mặt cốt liệu lớn là lý do chủ yếu bê tông bị thấm Chú ý rằng sự thấm khí và thấm nớc là nguyên nhân quan trọng nhất của ăn mòn bê tông và giảm độ bền của bê tông

2.1.3 Nghiên cứu vật liệu chế tạo bê tông siêu nặng.

Nghiên cứu tìm hiểu các lý luận về bê tông, trên cơ sở đó sẽ lựa chọn các yếu tố cho vật liệu chế tạo sản phẩm bê tông Phạm vi nghiên cứu trong luận văn học viên chọn vật liệu sử dụng để đạt đợc tính chất sản phẩm theo yêu cầu nghiên cứu

- Nghiên cứu cốt liệu cho bê tông đặc biệt nặng

Khối lợng thể tích của bê tông đợc quyết định chủ yếu bởi khối lợng thể tích của cốt liệu vì cốt liệu sử dụng trong bê tông chiếm đến 80% thể tích Đánh giá sử dụng đúng loại cốt liệu sẽ đảm đạt khối lợng thể tích cho bê tông đặc biệt nặng.Trong bê tông nói chung và trong bê tông đặc biệt nặng nặng nói riêng, cốt liệu không những ảnh hởng tới khối lợng thể tích mà còn ảnh hởng rất lớn đến các tính chất của hỗn hợp bê tông về tính công tác, độ tách nớc; ảnh hởng đến các tính chất cơ lý của bê tông nh cờng độ chịu kéo, nén, cờng độ bào mòn, chịu va đập; Ngoài

ra cốt liệu đóng vai trò quan trọng tạo nên bộ khung vững chắc, chịu lực và nâng cao các tính chất cho bê tông

Bảng 2.1: Cốt liệu cho bê tông đặc biệt nặng

Cốt liệu

Khối lợng thể tích bê tông (kg/m 3 )

Cốt liệu Khối lợng thể tích

bê tông (kg/m 3 ) Barit ( BaSO 4 ≥ 94%) 3.300 ữ 4.200 Ferosilic (0,12mm) 6.300

Magnhetit (Fe 3 O 4 ) 4.650 ữ 4.800 Hạt sắt chuyên dụng 6.800 ữ 7.500 Gematit (Fe 2 O 3 ) 4.900 ữ 5.100 Cát sắt 7.500

Ilmenhit (FeTiO 3 ) 4.600 Limonhit 2.500 ữ 3.000 Hạt gang (5 ữ 14mm) 7.200 Vụn kim loại 3.600 ữ 5.000

Xỉ phốt phát nhiệt điện 5.800 ữ 6.200 Gang (0,3 ữ 8mm) 3.700 ữ 7.600Dăm magnhetit 2.900 ữ 3.600 Hạt chì (0,1 ữ 8mm) 11.300

+ Cốt liệu lớn: Vì độ lớn cốt liệu ảnh hởng đến tổng diện bề mặt hỗn hợp cốt liệu, nó ảnh hởng tới khả năng hấp thụ nớc của hỗn hợp cốt liệu và lợng hồ xi măng cũng nh bề dầy lớp hồ phủ trên mặt cốt liệu Ta cần lựa chọn cỡ hạt, giá trị Dmax cốt liệu phù hợp cho định hớng nghiên cứu Giá trị Dmax lựa chọn có những ảnh hởng nhất định tới các tính chất hỗn hợp bê tông bơm và bê tông nghiên cứu Khi cỡ hạt thay đổi thì tổng diện tích bề mặt hỗn hợp cốt liệu thay đổi ảnh hởng tính công tác hỗn hợp bê tông Ví nh tăng khi Dmax giảm, tăng hàm lợng cốt liệu nhỏ và mịn thì

sẽ làm tăng tổng tỷ diện tích bề mặt của hỗn hợp cốt liệu làm tăng lợng nớc thấm ớt

bề mặt cốt liệu; nghiên cứu cho thấy cờng độ bê tông đạt đợc cao nhất sẽ ứng với một giá trị cỡ hạt lớn nhất (Dmax) tối u (Hình 2.12) [11]

Với hỗn hợp bê tông bơm do yếu tố của thiết bị và đờng ống bơm đề tài không chọn Dmax lớn và nếu Dmax lớn cũng sẽ tăng tính phân tầng cho hỗn hợp bê tông Đề tài chọn Dmax =20 để đảm bảo độ đồng nhất hỗn hợp bê tông và phù hợp cho sản phẩm bê tông thông dụng cho thi công các kết cấu xây dựng phổ biến

Cốt liệu dùng cho đề tài sẽ đợc nghiền từ quặng Barit Tuyên Quang và sàng rồi phối hợp với nhau để đợc hỗn hợp cốt liệu dùng cho bê tông siêu nặng nghiên cứu

Hình 2.12: ảnh hởng cốt liệu lớn đến sự phát triển cờng độ bê tông.

+ Cốt liệu nhỏ (Cát): Kích thớc, tính chất bề mặt hạt và lợng dùng cốt liệu nhỏ cho bê tông là nhân tố quan trọng ảnh hởng trực tiếp tới tính chất sản phẩm

Cát có nhiệm vụ kết hợp với phần chất kết dính tạo thành hỗn hợp vữa lấp đầy phần rỗng do cốt liệu lớn để lại, làm chặt và đồng nhất hỗn hợp bê tông Việc lựa chọn sử dụng loại và lợng dùng cát ảnh hởng đến khả năng nâng cao cờng độ bê tông (Hình 2.13) [11]

Đề tài nghiên cứu sử dụng cát nghiền từ quặng Barit Tuyên Quang tạo thành các

cỡ hạt hợp lý và phối hợp lại trên cơ sở tính toán để đạt cấp phối sử dụng Với hàm lợng cốt liệu lớn đã chọn thì hàm lợng cát cũng tơng ứng để phù hợp cho tính chất sản phẩm nghiên cứu Vì cát sử dụng cho đề tài là dạng cát nghiền nên độ hút nớc của đá gốc sẽ ảnh hởng lợng dùng nớc và thời gian giảm tính dẻo trong hỗn hợp bê tông Thờng thì bề mặt cát nghiền nhiều góc cạnh nên cần một lợng nớc và lợng xi măng lớn hơn để thấm ớt và bao phủ bề mặt nhằm giảm đi ma sát trong hỗn hợp vữa Bê tông cát nghiền có lợng nớc sử dụng cao, độ tách nớc cao làm khó khăn trong việc thi công bằng phơng pháp bơm Để khống chế nhợc điểm này ta sẽ dùng hỗn hợp phụ gia nghiên cứu đa vào để cải thiện các nhợc điểm trên

Hình 2.13: ảnh hởng loại cát và thành phần cát đến cờng độ bê tông.

+ Cốt liệu mịn (vi cốt liệu): Đối với bê tông đặc biệt nặng nghiên cứu trong đề tài việc sử dụng vi cốt liệu trong hỗn hợp là cần thiết vì cốt liệu nặng ảnh hởng rất lớn đến tính phân tầng cho hỗn hợp bê tông bơm Với việc bổ sung một lợng chất

độn mịn sẽ tăng tính đồng nhất, tăng cờng hiệu quả liên kết miền tiếp xúc giữa đá

xi măng và cốt liệu, tăng độ đặc chắc cũng nh cờng độ cho bê tông

Trong đề tài học viên sử dụng vi cốt liệu là bột đá nghiền mịn từ quặng Barit Tuyên Quang Vi cốt liệu và cốt liệu cùng nguồn gốc quặng sẽ tăng tính đồng nhất trong hỗn hợp vữa, giảm độ tách vữa, tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông

- Lựa chọn chất kết dính:

Chất kết dính dùng cho nghiên cứu rất đa dạng, sử dụng nguồn xi măng pooc hoặc nguồn xi măng pooc lăng hỗn hợp Để đánh giá đợc vai trò tác động của hỗn hợp phụ gia, đề tài nghiên cứu chọn xi măng pooc lăng để khống chế tối đa hàm l-ợng phụ gia khi đa vào nghiền cùng xi măng

Đề tài lựa chọn chất kết dính là xi măng pooc lăng PC Bút sơn và sử hỗn hợp phụ gia nghiên cứu để chế tạo bê tông siêu nặng

- Nớc sử dụng :

Nớc dùng cho nghiên cứu bê tông đặc biệt nặng trong đề tài cũng yêu cầu nhquy định cho bê tông thờng theo TCVN Nớc sử dụng không đợc lẫn tạp chất và đạt các yêu cầu chất lợng theo TCVN.

- Phụ gia cho bê tông:

Các nguồn phụ gia hiện nay dạng dung dịch có thể hòa tan nhanh vào nớc nhng không đồng nghĩa với yếu tố tơng tác phản ứng nhanh với các hạt xi măng Nhợc

điểm nữa là phụ gia dạng lỏng thờng có hàm lợng nhỏ 1 ữ 2% nên tỷ lệ nớc đi kèm

là lớn nên khó kiểm soát chính xác hàm lợng nớc đi kèm trong phụ gia khi đa vào

sử dụng

Để giải quyết vấn đề này, đề tài nghiên cứu hỗn hợp phụ gia dạng bột khô, sử dụng phơng pháp nghiền phối trộn làm đồng nhất hỗn hợp phụ gia Các thành phần hạt vi cốt liệu mang phụ gia trên bề mặt có độ mịn cao hơn xi măng dễ dàng chui vào khoảng không giữa các hạt xi măng tăng hiệu quả tơng tác của phụ gia lên rất nhiều u điểm thêm nữa là ta có thể khống chế đa phụ gia vào thành phần bê tông với hàm lợng lớn hơn và điều chỉnh lợng dùng nớc dễ dàng hơn [4]

2.2 Vai trò chất kết dính và phụ gia hỗn hợp trong hỗn hợp bê tông.

Chất kết dính dùng cho chế tạo bê tông thì mác xi măng lựa chọn ảnh hởng một phần tới mác thiết kế bê tông Nghiên cứu trong đề tài bê tông đạt cờng độ nén Rn = 40N/mm2 nên lựa chọn chất kết dính cũng quan trọng nhng không là yếu tố quan trọng Một vấn đề quan trọng là việc đa vào hỗn hợp phụ gia sẽ cải thiện tính chất tính chất của hỗn hợp bê tông và cũng làm tăng đáng kể cờng độ cho bê tông Chất kết dính và phụ gia sử dụng sẽ quyết định các tính chất quan trọng của hồ xi măng, vữa để đạt đợc yêu cầu tính công tác cho hỗn hợp bê tông Điều đó đảm bảo cho hỗn hợp bê tông đáp ứng yêu cầu nh vận chuyển bằng bơm hỗn hợp bê tông, khống chế lợng dùng nớc và tỷ lệ N/CKD tối u

Hồ xi măng là thành phần quan trọng quyết định các tính chất cơ bản của hỗn hợp bê tông Thành phần hồ xi măng là nớc, các phụ gia khoáng nghiền mịn và hạt

xi măng Hồ xi măng có chức năng lấp đầy lỗ rỗng cấp hạt cốt liệu và làm đồng nhất trong hỗn hợp bê tông bằng tiếp xúc với các hạt rắn trong hỗn hợp bê tông Các hạt xi măng và phụ gia khoáng nghiền mịn có kích thớc nhỏ và tổng diện tích

bề mặt lớn, do vậy hồ xi măng có bề mặt phân chia pha rắn-lỏng lớn Tính chất của

hồ xi măng phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các pha rắn –lỏng, nh nếu tăng hàm lợng nớc

sẽ tăng độ lu động của hồ xi măng nhng lại làm giảm độ dẻo của nó Cấu trúc hồ xi măng từ thời điểm nhào trộn với nớc nằm trong sụ biến đổi không ngừng do tác dụng ngoại lực bên ngoài hay quá trình hóa lý bên trong nh thủy hóa xi măng Các ngoại lực hay vai trò của phụgia siêu dẻo sẽ làm tăng độ phân tán các hạt xi măng, phân bố nớc tốt hơn trên bề mặt xi măng làm tăng độ lu động hỗn hợp bê tông Khi thủy hóa xi măng sẽ hình thành các sản phẩm mới có bề mặt riêng cao Kết quả là tăng lợng nớc liên kết và thay đổi tỷ lệ các trạng thái nớc trong bê tông làm giảm dần độ lu động hỗn hợp bê tông Nớc trong bê tông lúc này tồn tại ở các trạng thái khác nhau nh Bảng 2.2 [1]

bê tông mới trộn

Trong thời kỳ ninh kết xi măngLiên kết hóa

ợng nớc trộn, tới thời điểm ninh kết giảm tới 65 ữ 70% Lợng nớc tự do này ảnh ởng tới độ lu động của hồ xi măng.

h-Việc đa cốt liệu vào hồ xi măng làm thay đổi tính chất của hồ xi măng vì bề mặt cốt liệu gây ảnh hởng tác động tới lớp hồ xi măng gần nó nhất Do các lực hút phân tử, lực hấp phụ và lực mao dẫn nên các lớp đó bị mất tính lu động ban đầu Chiều dầy vùng tác động trung bình 1 ữ 15àm, tùy thuộc vào tính chất cốt liệu và của hồ xi măng ảnh hởng của cốt liệu sẽ tăng lên khi hàm lợng hay bề mặt riêng của nó tăng Theo tỷ lệ hồ xi măng và cốt liệu có thể chia ra 3 loại cấu trúc cơ bản của hỗn hợp bê tông [12]:

- Kiểu 1 với cấu trúc gồm các hạt cốt liệu cánh nhau một khoảng lớn và không

có tác dụng tơng hỗ nhau mà chỉ ảnh hởng tới vùng tiếp giáp của hồ xi măng Với cấu trúc này tính chất của hồ xi măng có tính chất quyết định, những tính chất lu biến đợc biểu thị bằng các quan hệ đặc trng cho các chất lỏng nhớt

- Kiểu 2 với cấu trúc hồ xi măng ít hơn kiểu 1 và chỉ đủ lấp đầy phần rỗng giữa các hạt cốt liệu với một màng giãn cách không lớn, khoảng tiếp xúc nhau là 1 ữ 3 lần đờng kính trung bình hạt xi măng Khi đó các vùng tác động cốt liệu có sự xen phủ lên nhau

- Kiểu 3 với lợng hồ xi măng rất ít và chỉ đủ bao bọc các hạt cốt liệu bằng một màng mỏng và một phần không gian lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu Kiểu này có ma sát khô cốt liệu ảnh hởng đến tính chất cấu trúc

Nh vậy tính chất của hồ xi măng là hàm lợng hồ xi măng sẽ quyết định các tính chất của hỗn hợp bê tông Nâng cao tính bơm cho hỗn hợp bê tông thì tính công tác của hỗn hợp bê tông cần đợc nghiên cứu Tính công tác là tính chất quan trọng và cũng bao hàm các tính chất khác của hỗn hợp bê tông

Việc dùng hỗn hợp phụ gia với thành phần bột quặng nghiền mịn sẽ tăng khối ợng thể tích hồ xi măng, giảm hiện tợng phân tầng trong hỗn hợp bê tông và tăng tính đồng nhất hỗn hợp bê tông

l-Nh vậy việc nghiên cứu sử dụng hỗn hợp phụ gia là tăng tính công tác và độ

đồng nhất hỗn hợp bê tông đồng nghĩa với tăng tính bơm cho hỗn hợp bê tông

2.3 Nghiên cứu ảnh hởng phụ gia tới chất kết dính xi măng.

2.3.1 Phụ gia hóa học.

Phụ gia hoá học là vật liệu bắt buộc sử dụng trong chế tạo bê tông hiện đại nói chung và bê tông đặc biệt nặng nói riêng để nâng cao chất lợng sản phẩm Ví dụ sử dụng phụ gia giảm nớc ngoài mục đích giảm tỷ lệ N/CKD nó còn thúc đẩy sự phát triển cờng độ, làm chậm quá trình tổn thất độ sụt, tăng tính năng tối u khác

Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C494 "Tiêu chuẩn về phụ gia hoá học cho bê tông" phụ gia hoá học chia thành 7 loại [13] Theo mức độ tăng dẻo có: Phụ gia tăng dẻo; Phụ gia dẻo cao; Phụ gia siêu dẻo Theo cơ chế tạo dẻo có: Loại a nớc; Loại kỵ nớc; Loại tạo bọt Theo thành phần phụ gia siêu dẻo có các loại sau:

+ Naphtalene Formandehyde Sunfonated - NFS

+ Melamine Formandehyde Sunfonated – MFS

+ PolyCarboxylate (Arcrylate 1)

+ Polyme liên kết chéo (Arcrylate 2)

+ PolyCarboxylate Ether (Arcrylate 3)

+ Amino-sunfonate polyme

+ Vinyl copolyme:

+ Polyacrilates biÕn tÝnh:

Cơ chế hoạt động của phụ gia tăng dẻo là do đợc phân ly trong nớc thành các nhóm phân cực mạnh (−OH), (−COOH), (−CHO) và gốc cacbon còn lại ở dạng cao phân tử phân cực yếu (Hình 2.6) Các nhóm phân cực mạnh có tác dụng làm dung dịch huyền phù tăng tính linh động còn nhóm cao phân tử có sức căng bề mặt kém hơn nên hấp phụ bề mặt phụ gia làm tăng tính nhớt Ngoài ra trong chúng tồn tại dạng axit lignnosulfuric có tác dụng cuốn khí tạo ra bọt bám xung quanh các hạt xi măng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt do đó làm giảm lực ma sát giữa các hạt dẫn đến tăng tính linh động giữa các hạt của xi măng và khi hấp thụ lên bề mặt xi măng nó có tác dụng kìm chế tốc độ thuỷ hoá Theo cơ chế chúng đ -

ợc chia ra 3 loại chính là hóa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt, hóa dẻo do hòa tan hạt xi măng (Hình 2.5), chống kết tụ và hóa dẻo do cuốn khí

Cơ chế hòa tan hạt xi măng của phụ gia siêu dẻo chia thành hai nhóm: Dựa trên lực đẩy tĩnh điện; và dựa trên lực đẩy không gian Lực đẩy tĩnh điện và lực đẩy không gian cao sẽ làm cho hạt xi măng không dính bết vào mà phân tán và thấm

đều nớc, các hạt tách khỏi nhau dễ dàng và phân tích đều trong hỗn hợp bê tông

Hình 2.14: Cơ chế hoá dẻo của phụ gia hoá học

Hóa dẻo do cuốn khí do các bọt khí cuốn vào sẽ phân bố đều trong hỗn hợp bê tông có tác dụng nh các lớp đệm làm pha rắn sẽ trợt dễ dàng hơn

Hình 2.15: Cơ chế hóa dẻo phụ gia bọt khí.

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài học viên lựa chọn phụ gia hóa học giảm nớc C-3 Tác dụng giảm nớc khi đa C-3 vào nớc nhào trộn thông dụng với liều lợng 0,5% ữ 2,5% đối với bê tông Hiệu quả giảm nớc của phụ gia C-3 là hấp phụ lên bề mặt hạt xi măng dới dạng chuỗi hình que nhiều lớp Các hạt xi măng bị phân tán nhờ lực đẩy giữa các hạt ion âm của nhóm sunphuric (SO3-) gây ra Nghiên cứu đa C-3 vào dới dạng “chất mang theo” thì hiệu quả giảm nớc tăng Nghiên cứu chỉ ra khi hàm lợng C-3 bằng 1% đợc nghiền trộn đều với “chất mang theo” trong máy nghiền cho tác dụng giảm nớc tới 30% khi dùng hàm lợng 2,5% nhng phối trộn thô các thành phần tơng tự với nhau[4]

2.3.2 Phụ gia khoáng.

Phụ gia khoáng dùng trong bê tông có 2 loại sau :

+ Phụ gia lấp đầy (phụ gia trơ) : có tác dụng chủ yếu là cải thiện thành phần hạt của bê tông, giảm lợng dùng xi măng và tăng độ đặc chắcvi cấu trúc

+ Phụ gia hoạt tính puzơlan (phụ gia khoáng hoạt tính): có tính năng cải thiện tính công tác hỗn hợp bê tông, tăng dẻo, cải thiện cấu trúc bê tông nh tăng độ đặc chắcvi cấu trúc và tăng độ bền trong môi trờng xâm thực

Phụ gia lấp đầy (phụ gia trơ): Trên thế giới phụ gia trơ đã đợc sử dụng rộng rãi

và chất lợng bê tông nghiên cứu cho thấy đợc cải thiện đáng kể Vai trò của phụ gia trơ trong hỗn hợp bê tông đã đợc nhiều tác giả nghiên cứu ở Việt Nam Theo lý luận lấp kín, cấp phối bê tông đảm bảo sao cho chất kết dính hoặc vữa lấp kín các khe rỗng của cốt liệu Hệ số lấp kín các khe rỗng của cốt liệu nhỏ bằng hồ ximăng

và hệ số lấp kín cốt liệu lớn bằng vữa xi măng cát đợc biểu thị bởi hệ số:

α = Thể tích hồ và β = Thể tích vữa

Thể tích khe rỗng của cát Thể tích khe rỗng của đá

Với α , β lần lợt là hệ số d hồ và hệ số d vữa Theo lý thuyết bê tông thì 2 trị

số α và β đều lớn hơn 1

Với mục đích đạt bê tông chất lợng tốt nhất ta thờng nghiên cứu khống chế tỷ lệ N/CKD thấp, khi đó lợng dùng xi măng d và không phản ứng hết nên chỉ đóng vai trò làm chất lấp đầy Phần xi măng d thừa đó nên đợc thay bằng phụ gia trơ Dĩ nhiên là mức hàm lợng phụ gia trơ dạng chất độn mịn thay thế xi măng dùng cho

bê tông không lớn và hàm lợng tối u của chúng không vợt quá 10ữ20%[4]

Với các chất độn mịn có dạng hình cầu thì còn có tác dụng tăng tính linh động cho hỗn hợp bê tông nhờ làm giảm ma sát khô giữa các hạt cốt liệu, qua đó làm tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông

Trong đề tài học viên dùng phụ gia trơ là bột đá nghiền mịn từ cốt liệu lớn đã lựa chọn Lựa chọn đó cho hỗn hợp bê tông đặc biệt nặng là chống độ phân tầng, cải thiện tính công tác và nâng cao hơn nữa khối lợng thể tích bê tông

Phụ gia hoạt tính puzơlan (phụ gia khoáng hoạt tính): Đây là các phụ gia có

nguồn gốc thiên nhiên hay nhân tạo, mà bản thân chúng không có hoặc có rất ít hoạt tính thuỷ lực, nhng khi đợc nghiền mịn và ở trong môi trờng ẩm thì chúng có khả năng phản ứng hoá học với hyđrôxit canxi Ca(OH)2 và với nớc ở nhiệt độ th-ờng, tạo thành các sản phẩm có tính chất kết dính[4] Phụ gia khoáng hoạt tính có khả năng tăng cờng độ và độ bền trong môi trờng nớc của các sản phẩm chế tạo nên từ xi măng poóc lăng Phụ gia khoáng hoạt tính về nguồn gốc có hai loại:

Loại nguồn gốc tự nhiên: trêpen, điatômít, tro núi lửa, đất sét nung tự nhiên, v.v.Loại nguồn gốc nhân tạo: tro, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hoá, đất sét nung non, silica fume, tro trấu, meta cao lanh v.v

Phụ gia khoáng hoạt tính có hàm lợng hạt mịn lớn, có cấu trúc hạt dạng hình cầu, dễ dàng bao bọc các hạt xi măng làm giảm tơng tác giữa các hạt Phụ gia khoáng hoạt tính tham gia cấu trúc bê tông 2 chức năng [12] là tác dụng chèn lấp các khoảng trống giữa các hạt xi măng, dẫn đến làm tăng độ đặc của đá xi măng

và do đó có tác dụng làm tăng cờng độ đá xi măng; và do có hàm lợng SiO2 có hoạt tính nên chúng có thể phản ứng với Ca(OH)2 tạo các gel CSH và CH :