nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác tới 70 mpa sử dụng trong xây dựng công trình thủy lợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60 – 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Hoàng Phó Uyên Hà Nội, 2013 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng công trình thuỷ “Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác tới 70MPa sử dụng trong xây dựng công trình thủy lợi” đã hoàn thành theo đề cương được duyệt. Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy, cô giáo Trường Đại học Thủy lợi, sự giúp đỡ nhiệt tình của Khoa Công trình, Bộ môn Vật liệu Xây dựng đã quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS. TS. Hoàng Phó Uyên đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn. Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến các cán bộ, nhân viên phòng thí nghiệm và nghiên cứu vật liệu xây dựng – Viện Thủy Công vì sự giúp đỡ nhiệt tình và hiệu quả trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tác giả xin cảm ơn Gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả hôm nay. Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các Thầy, cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2013 Tác giả Trịnh Bá Biển LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Trịnh Bá Biển, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Trịnh Bá Biển MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU …………………………… …………………………… 1 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ……………………………………. 1 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ……………… 3 III. CƠ SỞ KHOA HỌC………………………………………………… 3 IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………… 4 V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC………………………………… 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 5 1.1.Khái niệm về bê tông cường độ cao……………………………… 5 1.2.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cường độ cao trên thế giới……… 7 1.3.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông cường độ cao tại Việt Nam……… 13 1.4. Ưu, nhược điểm của bê tông cường độ cao………………………… 15 1.5.Thành phần và cấu trúc của bê tông cường độ cao ………………… 17 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………. 20 2.1.Phương pháp nghiên cứu……………………………………………. 20 2.1.1.Các phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu sử dụng ………… 20 2.1.2.Các phương pháp nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông cường độ cao………………………………………………………. 21 2.2.Lựa chọn nguyên vật liệu sử dụng trong nghiên cứu……………… 26 2.2.1. Xi măng…………………………………………………………. 26 2.2.2.Cốt liệu nhỏ…………………………… 27 2.2.3.Cốt liệu lớn……………………………… 29 2.2.4.Phụ gia khoáng hoạt tính ………………… 30 2.2.5.Phụ gia siêu dẻo…………………………………………………… 35 2.2.6.Nước ……………………… 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………………… 38 3.1.Yêu cầu về chất lượng của vật liệu………………………………… 38 3.1.1.Yêu cầu về chất lượng của xi măng……………………………… 38 3.1.2.Yêu cầu về chất lượng của cốt liệu……………………………… 39 3.1.3.Yêu cầu về chất lượng của phụ gia siêu dẻo 46 3.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia siêu dẻo đến tính công tác của hỗn hợp bê tông …………………………………… 47 3.3.Thiết kế thành phần bê tông cường độ cao D max =10 mm……… 51 3.3.1.Khảo sát thiết kế thành phần bê tông cường độ cao……………… 51 3.3.2.Thiết kế thành phần BTCĐC với D max = 10mm theo ACI 211.4R- 08………………………………………………………………………… 58 3.4.Các tính chất, chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông cường độ cao……………………………………………………………………. 77 3.4.1.Nghiên cứu tính công tác của hỗn hợp bê tông cường độ cao……. 77 3.4.2.Nghiên cứu các tính chất của bê tông cường độ cao đã rắn chắc…. 79 3.4.3.Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông cường độ cao……………. 81 3.5.Đề xuất các phương án sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng thủy lợi………………………………………………………… 84 KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………… 85 KIẾN NGHỊ…………………………………………………………… 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 87 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Một số công trình sử dụng bê tông cường độ cao……………. 9 Bảng 1.2: Một số công trình sử dụng bê tông cường độ cao……………. 10 Bảng 1.3: Một số cầu được thi công bằng bê tông cường độ cao ở Nhật Bản……………………………………………………………………… 11 Bảng 1.4: Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Mỹ………. 11 Bảng 1.5: Một số cầu thì công bằng bê tông cường độ cao ở Pháp…… 12 Bảng 1.6: Một số cầu thi công bằng bê tông cường độ cao ở Na Uy…… 12 Bảng 2.1: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu…………………………………………………………………… 20 Bảng 2.2: Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn nghiên cứu tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông………………………………………………… 21 Bảng 2.3: Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của Xi măng…………. 26 Bảng 2.4: Kết quả tính chất cơ bản của cát vàng Sông Lô……………… 28 Bảng 2.5: Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của đá dăm………… 29 Bảng 2.6: Tính chất và thành phần hạt của Silicafume…………………. 33 Bảng 2.7: Thành phần hạt của tro bay nhiệt điện……………………… 35 Bảng 2.8: Một số tính chất của Glenium ® ACE 388 SureTec sử dụng…. 37 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc độ xốp vào kiểu sắp xếp của hạt………………. 44 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc của độ rỗng vào sự phối hợp các cấp hạt…… 45 Bảng 3.3 : Kết quả khảo sát điểm bão hòa PGSD của vữa……………… 48 Bảng 3.4 :Cỡ hạt lớn nhất đề xuất của cốt liệu thô……………………. 51 Bảng 3.5: Thể tích đề nghị của cốt liệu thô trên một đơn vị thể tích bê tông……………………………………………………………………… 52 Bảng 3.6: Lượng dùng nước sơ bộ và hàm lượng khí của hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ có độ rỗng là 35% 52 Bảng 3.7: Tỷ lệ N/XM lớn nhất khuyến cáo cho bê tông cường độ cao 53 Bảng 3.8: Thể tích hồ trong hỗn hợp bê tông 58 Bảng 3.9: Cấp phối thăm dò thành phần bê tông D max =10………………. 60 Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm thăm dò bê tông Dmax=10 cm…………. 60 Bảng 3.11: Bảng mã hoá các giá trị thí nghiệm bậc một hai mức tối ưu 61 Bảng 3.12: Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu…………… 62 Bảng 3.13: Cấp phối thí nghiệm bậc một hai mức tối ưu……………… 62 Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm bậc một hai mức tối ưu…………………. 63 Bảng 3.15: Thí nghiệm tìm miền dừng………………………………… 66 Bảng 3.16: Kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay 66 Bảng 3.17 : Ma trận kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay…………… 67 Bảng 3.18: Cấp phối bê tông theo kế hoạch thí nghiệm bậc hai tâm xoay 68 Bảng 3.19: Kết quả thí nghiệm bậc hai tâm xoay……………………… 68 Bảng 3.20: Kết quả thí nghiệm thành phần cấp phối hợp lý của bê tông CĐC………………………………………………………………………. 76 Bảng 3.21: Thành phần cấp phối và độ sụt của hỗn hợp bê tông D max =10mm……………………………………………………………… 77 Bảng 3.22: Tính chất của bê tông cường độ cao D max =10 và mẫu đối chứng………………………………………………………………………. 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển của công nghệ bê tông trên thế giới [2, 7]……………………………………………………………………. 5 Hình 2.1: Dụng cụ để xác định độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông tự đầm 22 Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp xác định độ chảy của bê tông hạt mịn… 25 Hình 2.3: Hình dạng silicafume……………………………………… 31 Hình 2.4: Vùng chuyển tiếp trong bê tông có silicafume………………. 32 Hình 2.5: Vùng chuyển tiếp trong bê tông không có silicafume……… 32 Hình 3.1: Các kiểu sắp xếp của hạt cốt liệu 43 Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ giữa độ chảy của vữa với lượng dùng phụ gia siêu dẻo………………………………………………………………. 48 Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ giữa độ chảy của vữa với tỷ lệ C/CKD……. 49 Hình 3.4.: Côn thử độ chảy loang………………………………………. 50 Hình 3.5: Đo độ chảy loang của vữa……………………………………. 50 Hình 3.6: Máy trộn Ele…………………………………………………. 50 Hình 3.7: Giao diện chính của phần mềm Design-Expert® 7.1………… 70 Hình 3.8: Nội dung kế hoạch bậc 2 tâm xoay………………………… 71 Hình 3.9: Điền thông tin hàm mục tiêu…………………………………. 71 Hình 3.10: Điền giá trị hàm mục tiêu…………………………………… 72 Hình 3.11 : Phương trình hồi quy……………………………………… 72 Hình 3.12: Kiểm tra tính tương hợp của mô hình………………………. 73 Hình 3.13: Mặt biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/CL……. 74 Hình 3.14: Đường đồng mức biểu diễn quan hệ R28 và các tỷ lệ N/CKD, C/CL…………………………………………………………… 74 Hình 3.15: Ảnh hưởng của N/CKD đến cường độ R28 khi C/CL = 0.35 75 Hình 3.16: Ảnh hưởng của C/CL đến cường độ R28 khi N/CKD = 0.22 75 Hình 3.17: Thí nghiệm tính công tác HHBT……………………………. 78 Hình 3.18: Nén mẫu xác định cường độ………………………………… 80 Hình 3.19: Mẫu sau khi nén…………………………………………… 80 Hình 3.20: Thiết bị đo mài mòn………………………………………… 80 Hình 3.21: Thùng và cánh khuấy……………………………………… 80 Hình 3.22: Mẫu trước khi mài mòn…………………………………… 81 Hình 3.23: Mẫu sau khi mài mòn………………………………………. 81 Hình 3.24: Sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo bê tông Dmax = 10 82 Hình 3.25: Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp leo dốc………… 90 [...]... của bê tông Cường độ chịu nén là một trong những tính chất cơ lý quan trọng của bê tông và là cơ sở thiết kế các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Tính toán lý thuyết cũng như thực tế sử dụng cho thấy nâng cao cường độ bê tông sử dụng trong các kết cấu bê tông cốt thép giúp nâng cao hiệu quả sử dụng của bê tông và mở ra hướng sử dụng bê tông trong các kết cấu đặc biệt Hướng nghiên cứu ứng dụng bê tông. .. mới của bê tông cường độ cao Trong những năm trước đó, cường độ bê tông sử dụng cho công trình chủ yếu đạt mức 40 – 60 MPa Trong những năm sau này bê tông cường độ cao đã đạt được bước phát triển mới trong nghiên cứu và ứng dụng 10 Bê tông với cường độ trên 60 MPa đã được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều công trình (bảng 1.2.) Bảng 1.2: Một số công trình sử dụng bê tông cường độ cao TT Tên công trình. .. nghiệm: để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thành phần đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông V DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Tìm được các vật liệu phù hợp để chế tạo bê tông mác tới 7 0MPa - Thí nghiệm các tính chất và chỉ tiêu cơ lý của vật liệu trên - Lựa chọn được phương pháp thiết kế bê tông cường độ cao - Thiết kế được thành phần cấp phối bê tông và bê tông có cường độ tới 7 0MPa 5 CHƯƠNG... Troll bằng bê tông cốt thép cao 370m đã sử dụng bê tông cấp C80 (10 5MPa) với khối lượng khoảng 245.000m3 [28] Ở Thượng Hải cũng sử dụng bê tông cường độ 60 MPa để xây dựng tháp truyền hình Từ những phân tích trên cho thấy bê tông cường độ cao được sử dụng hầu hết trong các kết cấu xây dựng như: Kết cấu chịu lực của nhà cao tầng, dầm cầu có khẩu độ lớn, các công trình thủy lợi ngoài biển và trong các... là: các kết cấu trên vì yêu cầu của lớp bảo vệ cốt thép như vậy sẽ không đảm bảo được chiều dày thiết kế ví dụ cửa van cống bằng bê tông cốt thép, thành của đập xà lan di động chỉ có chiều dầy từ 10 đến 15 cm Do vậy, nhằm làm giảm chiều dày của kết cấu thì việc nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ cao (mác tới 7 0MPa) sử dụng trong các kết cấu đặc biệt cho công trình thủy lợi giữ... nghiên cứu Vì vậy luận văn đã đi nghiên cứu và ứng dụng hỗn hợp phụ gia khoáng 2 thành phần tro tuyển 3 Phả Lại và Silicafume trong bê tông cường độ cao để tạo ra loại bê tông cường độ cao đáp ứng nhu cầu ngày cao của ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông và thủy lợi của Vịêt Nam II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Dùng vật liệu sẵn có tại Việt Nam để nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối. .. HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 1.1 Khái niệm về bê tông cường độ cao Cho đến nay bê tông đã trở thành một loại vật liệu không thể thiếu trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, các công trình giao thông và thuỷ lợi cũng như nhiều công trình xây dựng khác Các yêu cầu về chủng loại cũng như chất lượng đối với bê tông cũng ngày được nâng cao Một trong. .. năm 80, bê tông cường độ cao được sử dụng chủ yếu trong xây dựng nhà cao tầng thì sau những năm 80 trở lại đây, bê tông cường độ cao được coi như một loại vật liệu không thể thiếu trong ngành xây dựng cầu đường Cùng với việc sử dụng bê tông cường độ cao, các kết cấu với nhịp dài vài trăm mét đã được ứng dụng trong các công trình cầu điển hình ở Mỹ có sử dụng bê tông cường độ cao Ở pháp, bê tông có... và kết cấu đặc biệt như cảng nổi, tháp truyền hình Trong xây dựng bê tông cường độ cao được dùng cho các kết cấu cột của nhà cao tầng Từ năm 1965 ở Chicago đã khởi công nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ 51,7 MPa cho cột nhà cao 50 tầng trở lên Đến năm 1972 rất nhiều công trình nhà cao tầng đã được xây dựng với các cột sử dụng bê tông với cường độ chịu nén thiết kế là 62 MPa Năm 1976 trong công trình. .. đương bê tông mác M60 (60 MPa) , M50 (5 0MPa) và M40 (4 0MPa) của Việt Nam Một số công trình nhà cao tầng do nước ngoài đầu tư đã sử dụng bê tông cường độ cao mác M50 cho kết cấu chịu lực như khách sạn Lê Lai 14 tầng ở Thành Phố Hồ Chí Minh do Hồng Kông đầu tư xây dựng Công ty Quen Hing Hồng Kông cung cấp hỗn hợp bê tông trong đó sử dụng xi măng Yu Feng Brand Trung Quốc Công trình Hà Nội Tower Center do công . HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy . liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng công trình thuỷ Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác tới 7 0MPa sử dụng trong xây dựng công trình thủy. PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI TRỊNH BÁ BIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG MÁC TỚI 70 MPA SỬ DỤNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI LUẬN VĂN