nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng dụng trong các công trình thủy lợi

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực không ngừng của bản thân, luận văn thạc sỹ với đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng dụng trong các công trình thủy lợi” đã hoàn thành. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời c ảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Quang Phú đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Thủy lợi, Phòng đào tạo Đại học và Sau đại học, Khoa Công trình cùng toàn thể các thầy cô giáo đã giảng dạ y, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Lời cảm ơn chân thành xin được gửi tới các bạn bè đồng nghiệp, cơ quan đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cũng như hỗ trợ tác giả hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia đình đã ủng h ộ, động viên tác giả về mọi mặt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học viên Nguyễn Thái Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thái Huy. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Thái Huy MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2 4. Kết quả dự kiến đạt được 3 5. Nội dung của luận văn 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 4 1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao 4 1.1.1. Khái niệm về bê tông 4 1.1.2. Khái niệm về bê tông tính năng cao 6 1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới 8 1.2.1. Tình hình sử dụng bê tông 8 1.2.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao 10 1.3. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao tại Việt Nam 15 1.3.1. Tình hình sử dụng bê tông ở Việt Nam 15 1.3.2. Tình hình sử dụng bê tông tính năng cao ở Việt Nam 16 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO 22 2.1. Các yêu cầu kỹ thuật và các tiêu chuẩn 22 2.1.1. Các yêu cầu kỹ thuật 22 2.1.1.1. Xi măng 24 2.1.1.2. Phụ gia khoáng hoạt tính 25 2.1.1.3. Phụ gia hóa học 34 2.1.1.4. Cố t liệu thô 38 2.1.1.5. Cốt liệu mịn 39 2.1.1.6. Nước 40 2.1.2. Các tiêu chuẩn 40 2.2. Các bước thiết kế thành phần bê tông tính năng cao 43 2.2.1. Chọn độ sụt 43 2.2.2. Lựa chọn kích thước tối đa của cốt liệu 43 2.2.3. Xác định khối lượng nước và hàm lượng không khí 43 2.2.4. Lựa chọn tỷ lệ N/CKD 44 2.2.4.1. Công thức để xác định quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ N/CKD 46 2.2.4.2. Xác định tỷ lệ N/CKD bằng các bảng tra của các tiêu chuẩn 49 2.2.5. Tính toán hàm lượng vật liệu kết dính 50 2.2.5.1. Chất kết dính chỉ có xi măng 50 2.2.5.2. Chất kết dính bao gồm xi măng và muội silic 50 2.2.5.3. Chất kết dính bao gồm xi măng và tro bay 51 2.2.5.4. Chất kết dính là xi m ăng+MS+FA 52 2.2.6. Xác định thành phần cốt liệu thô (đá) 53 2.2.7. Cốt liệu mịn - Hàm lượng cát 54 2.2.8. Định tỷ lệ các phụ gia hóa học 55 2.2.8.1. Các chất giảm nước và chất làm chậm đông cứng 55 2.2.8.2. Các chất giảm nước mạnh (PGSD) 55 2.2.9. Các hỗn hợp thử nghiệm 56 2.2.10. Lựa chọn các tỷ lệ trộn hợp lý 58 CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO CHO M ỘT SỐ HẠNG MỤC CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 59 3.1. Một số ứng dụng bê tông tính năng cao trong các công trình thủy lợi 59 3.2. Vật liệu và thiết kế cấp phối HPC thí nghiệm 62 3.2.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 62 3.2.1.1. Xi măng 62 3.2.1.2. Phụ gia khoáng 62 3.2.1.3. Cốt liệu nhỏ 62 3.2.1.4. Cốt liệu lớn 63 3.2.1.5. Phụ gia hóa học 63 3.2.1.6. Nước trộn bê tông 64 3.2.2. Thiết kế thành phần cấ p phối HPC 64 3.3. Các kết quả thí nghiệm 65 3.3.1. Kết quả thí nghiệm độ sụt và khối lượng đơn vị của hỗn hợp bê tông 65 3.3.2. Kết quả thí nghiệm cường độ nén 66 3.3.3. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo 67 3.3.4. Kết quả thí nghiệm môđun đàn hồi 69 3.3.5. Kết quả về quá trình phát triển cường độ 71 3.4. Nhận xét các kết quả thí nghiệm 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Tòa nhà Scotra Plaza Toront - Thụy Sĩ 12 Hình 1.2. Cầu vượt biển bắc qua vịnh Giao Châu - Trung Quốc 12 Hình 1.3. Tòa nhà Keangnam 71 tầng cao 336m 18 Hình 1.4. Hầm Thủ Thiêm ở TP Hồ Chí Minh 18 Hình 1.5. Hầm thủy điện Hòa Bình 21 Hình 1.6. Cửa van cung tràn - Nhà máy thủy điện Ba Đạt 21 Hình 2.1. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ CKD/N 47 Hình 2.2. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ N/CKD 48 Hình 3.1. Dốc nước thủy điện Sơn La 60 Hình 3.2. Cánh tràn piano th ủy điện Văn Phong - Bình Định 60 Hình 3.3. Mặt tràn thủy điện Nậm Chiến - Sơn La 61 Hình 3.4. Đập Thảo Long - Thừa Thiên Huế 61 Hình 3.5. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông với N/CKD=0,4 67 Hình 3.6. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông với N/CKD=0,22 67 Hình 3.7. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông với N/CKD=0,4 68 Hình 3.8. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông với N/CKD=0,22 69 Hình 3.9. Kết quả kiểm tra mô đun đàn hồi của bê tông với N/CKD=0,4 70 Hình 3.10. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông với N/CKD=0,22 70 Hình 3.11. Quá trình phát triển cường độ nén theo thời gian với N/CKD=0,4 71 Hình 3.12. Quá trình phát triển cường độ nén theo thời gian với N/CKD=0,22 71 Hình 3.13. Quá trình phát triển cường độ kéo theo thời gian với N/CKD=0,4 72 Hình 3.14. Quá trình phát triển cường độ kéo theo thời gian với N/CKD=0,22 72 Hình 3.15: Biến thiên về độ sụt so với mẫu đối chứng 73 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số quy định về cấp độ chất lượng của bê tông tính năng cao 7 Bảng 1.2. Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng 10 Bảng 1.3. Một số cầu được thi công bằng bê tông cường độ cao ở Nhật 13 Bảng 1.4. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Mỹ 14 Bảng 1.5. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Pháp 14 Bảng 1.6. Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Na Uy 14 Bảng 2.1. Thành phần khoáng vật xi măng Việt Nam 25 Bảng 2.2. Phân loại phụ gia khoáng và các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của phụ gia bê tông theo ASTM C618 27 Bảng 2.3. Yêu cầu về thành phần hóa học của tro bay loại F và loại C 28 Bảng 2.4. Phân loại phụ gia hóa học theo ASTM C494 35 Bảng 2.5. Các tiêu chuẩn thí nghiệm các đặc tính của bê tông 40 Bả ng 2.6. Các tiêu chuẩn thí nghiệm các cấp độ đặc tính đối với HPC 41 Bảng 2.7. Dự tính lượng nước trộn cần thiết và hàm lượng không khí của bê tông tươi trên cơ sở sử dụng cát có độ rỗng 35% 44 Bảng 2.8. Quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ CKD/N 47 Bảng 2.9. Giá trị tối đa N/CKD khuyên dùng đối với bê tông được sản xuất có chất giảm nước cao (HRWR) 49 Bảng 2.10. Các giá trị khuyên dùng cho phần thay thế tro 51 Bả ng 2.11. Đường kính lớn nhất của cốt liệu thô (đá) 54 Bảng 2.12. Thể tích của đá được đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông, m3/1m3 bê tông (Vđ) 54 Bảng 3.1. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý của xi măng 62 Bảng 3.2. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý của các phụ gia khoáng 62 Bảng 3.3. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu nhỏ 63 Bảng 3.4. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớ n 63 Bảng 3.5. Các thuộc tính của phụ gia hóa học 63 Bảng 3.6. Thành phần cấp phối HPC dùng trong thí nghiệm 65 Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra bê tông tươi 65 Bảng 3.8. Kết quả kiểm tra cường độ nén của bê tông 66 Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra cường độ kéo của bê tông 68 Bảng 3.10. Kết quả kiểm tra môđun đàn hồi của bê tông 70 DANH MỤC VIẾT TẮT ASTM: CKD: CKD/N: DƯL: Đ/C: FA: HPC: HRWR: MC: MS: N/X: N/CKD: PGKHT: PGSD: Slag: SF: RA: XM: X/CKD: X/N: Hội hiệp vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ Chất kết dính Tỷ lệ chất kết dính trên nước Dự ứng lực Tỷ lệ đá trên cát Tro bay Bê tông tính năng cao Chất giảm nước bậc cao Mêta caolanh Muội silic Tỷ lệ nước trên xi măng Tỷ lệ nước trên chất kết dính Phụ gia khoáng hoạt tính Chất giảm nước mạnh Xỉ lò cao dạng hạt Silica fume Tro trấu Xi măng Tỷ lệ xi măng trên chất kết dính Tỷ lệ xi măng trên nước 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bê tông là loại vật liệu xây dựng có nhiều ưu điểm và thuộc loại vật liệu bền vững. Trong số các loại vật liệu xây dựng công trình, nó chiếm vị trí đặc biệt. Vị trí đặc biệt của bê tông không chỉ vì nó được dùng phổ biến mà điều quan trọng hơn là do tính năng kỹ thuật và phẩm chất của nó. Phẩm chấ t ấy không bị dừng lại mà ngày càng được cải thiện nâng cao không ngừng. Trước những yêu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất thì cường độ cơ học thuần túy của bê tông không còn là chuẩn mực duy nhất đối với vật liệu bê tông ngoài cường độ cao, bê tông còn cần phải có một số đặc tính khác, kể cả tính thẩm mĩ mà trước đây xem là phụ có thể trở thành quan trọng. Bê tông tính năng cao là loạ i bê tông đồng thời phải có cường độ cao và một tổ hợp các tính chất khác nhằm đảm bảo cho bê tông đạt chất lượng cao và có độ bền lâu như: Tính dễ đầm, dễ đổ Độ bền Cường độ ở tuổi ít ngày Tính ổn định thể tích Các tính chất ổn định theo thời gian Độ bền trong môi trường khắc nghiệt Trong công nghệ chế tạo bê tông người ta có thể giảm tỷ lệ N/X để nâng cao cường độ nén. Nếu việc giảm tỷ lệ này không vượt quá giới hạn của bê tông dẻo, phù hợp với công nghệ chế tạo thì chúng đồng thời cho kết quả cường độ cao và các tính năng yêu cầu khác cũng cao. Riêng trong lĩnh vực xây dựng các công trình thủy lợi, hiện nay rất nhiều hạng mục công trình cần sử dụng bê tông có tính năng cao mà việc sử 2 dụng bê tông thông thường không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, chính vì vậy việc sử dụng bê tông tính năng cao là rất cần thiết. Lựa chọn vật liệu phù hợp để sản xuất bê tông tính năng cao không những mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn đảm bảo được chất lượng công trình. Các loại vật liệu dùng để chế tạo bê tông tính năng cao cần được lựa chọn và phân tích. Trong việc sử dụng vật liệu để chế tạo, ngoài các thành phần cơ bản như xi măng, cát, đá, nước thì phụ gia hóa học đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế và thi công. Yêu cầu đặt ra là dùng vật liệu như thế nào để chế tạo bê tông tính năng cao đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật nhất định, qua đó đề xuất các phương án thiết kế cấp phối m ột cách hợp lý. Do vậy, đề tài “Nghiên cứu chế tạo bê tông tính năng cao ứng dụng trong các công trình thủy lợi” là một nhiệm vụ hết sức cần thiết. 2. Mục đích của đề tài - Nắm được tình hình sử dụng bê tông tính năng cao trong xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng. - Kiến nghị lựa chọn loại vật liệu, thành phần vật liệu chế tạo bê tông tính năng cao dùng cho một số hạng mục quan trọng của các công trình thủy lợi. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp và thu thập tài liệu về các kết quả nghiên cứu của bê tông tính năng cao. - Phân tích các kết quả đã nghiên cứu. - Thí nghiệm trong phòng và phân tích các kết quả. [...]... pháp thiết kế thành phần bê tông tính năng cao 2.1 Các yêu cầu kỹ thuật 2.2 Các bước thiết kế thành phần HPC Chương III: Ứng dụng thiết kế thành phần bê tông tính năng cao cho một số hạng mục của các công trình thủy lợi 3.1 Một số ứng dụng bê tông tính năng cao trong các công trình thủy lợi 3.2 Vật liệu và thiết kế cấp phối HPC thí nghiệm 3.3 Các kết quả thí nghiệm 3.4 Nhận xét các kết quả thí nghiệm... các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn) Bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ) Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ 1.1.2 Khái niệm về bê tông tính năng cao Bê tông tính năng cao được gọi... độ cao nên bê tông cường độ cao sẽ giúp giảm tiết diện cột chịu lực, tăng không gian sử dụng trong công trình nhà cao tầng Tuy nhiên cùng với quá trình phát triển và nhu cầu của các ngành công nghiệp, bê tông cường độ cao đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thi công các công trình trọng điểm 13 Bê tông cường độ cao được sử dụng nhiều trong các dầm có khẩu độ lớn, các dầm bê tông dư ứng lực, các. .. vật liệu sử dụng trong thiết kế cấp phối bê tông tính năng cao và thiết kế một số cấp phối HPC có sử dụng phụ gia giảm co ngót để đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật đề ra 5 Nội dung của luận văn Mở đầu Chương I: Tổng quan 1.1 Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao 1.2 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới 1.3 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao ở Việt Nam... lĩnh vực thủy lợi, hiện nay bê tông tính năng cao được ứng dụng trong các công trình như: - Các công trình hầm (tuynen thủy lợi) : Để tăng độ bền trong môi trường làm việc phức tạp và tăng tuổi thọ của các công trình 21 - Các cấu kiện dầm trong nhà máy thủy điện - Tường ngực của bộ phận nâng đỡ cửa van cung - Mặt tràn trên dốc nước - Bộ phận buồng xoắn bê tông trong nhà máy thủy điện Hình 1.5 Hầm thủy. .. nay cường độ bê tông trung bình được sử dụng phổ biến trong các công trình đã được nâng cao đáng kể Trong đó, các công trình vốn nước 17 ngoài hoặc do nước ngoài đầu tư và các công trình giao thông đi đầu trong việc sử dụng các loại bê tông có cường độ cao đến 60MPa Các nhà máy Xi măng Tam Điệp, Hải Phòng mới được thiết kế theo công nghệ Đan Mạch đề dùng bê tông cấp A, B, C tương đương bê tông mác M60,... phải tiến hành nghiên cứu, chế tạo và áp dụng loại bê tông cường độ cao Hiện nay trình độ chung của nước ta sử dụng có hiệu quả bê tông mác đến M50 Với kết quả nghiên cứu đã có trong phòng thí nghiệm, chúng ta có thể sản xuất bê tông cường độ cao M60 - M80 và khả năng sử dụng chúng là khả thi Tuy nhiên với bê tông mác cao hơn, hiện tại kết quả nghiên cứu còn rất ít, chưa có cơ sở nghiên cứu hay sản xuất... sử dụng bê tông với cường độ nén khoảng từ 60MPa đến 100MPa Các cấu kiện bê tông và bê tông lắp ghép trong kết cấu hạ tầng đô thị cũng đều sử dụng bê tông có cường độ nén không nhỏ hơn 20MPa [2] Theo [1] đưa ra một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình sử dụng trong công trình xây dựng được liệt kê trong bảng 1.2 Bảng 1.2 Một số hỗn hợp bê tông cường độ cao điển hình được sử dụng trong công trình. .. về nghiên cứu lý luận cũng như về các phương pháp tính toán bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới ngày càng thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn phát triển Đặc biệt là thành công của việc nghiên cứu bê tông cốt thép ứng suất trước và ứng dụng nó vào sản xuất cấu kiện bê tông là một thành tựu hết sức to lớn Nó cho phép tận dụng tốt các ưu điểm của bê tông mác cao. .. khả năng sử dụng nguồn vật liệu trong nước để chế tạo loại bê tông này Tuy nhiên nguyên vật liệu để chế tạo bê tông cường độ cao như xi măng, phụ gia khoáng hoạt tính, phụ gia siêu dẻo, cốt liệu phải đáp ứng yêu cầu chất lượng cao hơn so với bê tông thông thường Ở Việt Nam mác bê tông thường được sử dụng nhiều trong thực tế xây dựng là M25 - M40 và một số ít công trình xây dựng có sử dụng bê tông mác . CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO CHO M ỘT SỐ HẠNG MỤC CỦA CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 59 3.1. Một số ứng dụng bê tông tính năng cao trong các công trình thủy lợi 59 3.2 1.1. Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao 1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới 1.3. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao ở Việt Nam . Khái niệm về bê tông và bê tông tính năng cao 4 1.1.1. Khái niệm về bê tông 4 1.1.2. Khái niệm về bê tông tính năng cao 6 1.2. Tình hình sử dụng bê tông và bê tông tính năng cao trên thế giới