Nghiên cứu bê tông cường độ cao có mác tới 65 (MPa) cho công trình thủy lợi ở việt nam dùng xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB 40

Error!. Bookmark not defined... Hai ph ng pháp có nhi u đi m khác nhau.

L I C M N Trong quá trình th c hi n lu n v n “ Nghiên c u BTC C có mác t i 65 (MPa) cho công trình th y l i Vi t Nam dùng xi m ng Pooc l ng h n

h p PCB 40” h c viên đã nh n đ c s giúp đ c a các th y, cô giáo tr ng

i H c Th y L i, đ c bi t là s h ng d n tr c ti p c a GS-TSKH Nguy n Thúc Tuyên n này h c viên đã hoàn thành lu n v n th c s theo đúng k

ho ch đã đ ra

Mong mu n c a h c viên là góp ph n nh bé vào vi c nghiên c u thi t k thành ph n bê tông cho các công trình bê tông t i Vi t Nam nói chung và các công trình th y l i nói riêng Tuy nhiên vì s hi u bi t c a b n thân và th i gian th c hi n lu n v n có h n cùng v i s thi u th n v trang thi t b nên n i dung c a lu n v n không tránh kh i nh ng thi u sót R t mong nh n đ c

nh ng ý ki n đóng góp, ch b o c a các th y, cô đ nâng cao s hi u bi t và có

đi u ki n phát tri n thêm n i dung nghiên c u c a lu n v n sau này

H c viên xin bày t lòng c m n sâu s c đ n GS-TSKH Nguy n Thúc Tuyên, ng i đã tr c ti p h ng d n, ch b o t n tình, cung c p các ki n th c khoa h c cho tôi trong su t th i gian qua Qua đây tôi g i l i c m n chân thành đ n các th y, cô giáo trong b môn V t li u xây d ng, Khoa công trình, Phòng đào t o i h c và Sau đ i h c tr ng i h c Th y L i đã giúp đ và

t o m i đi u ki n thu n l i đ tôi hoàn thành lu n v n th c s này

Hà n i, ngày…….tháng…… n m 2015

H c viên

T Biên C ng

M C L C

M U 1

1 Tính c p thi t c a đ tài 1

2 M c đích nghiên c u đ tài 1

3 C s khoa h c 1

4 i m m i c a đ tài 2

5 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u 2

6 N i dung c a LV 2

CH NG 1: T NG QUAN V NGHIÊN C U VÀ NG D NG BTC C VI T NAM VÀ TH GI I 4

1.1 nh ngh a BTC C 4

1.2 Khái ni m và phân lo i BTC C 4

1.3 Tình hình nghiên c u và ng d ng BTC C trên th gi i và Vi t Nam 5

1.3.1 Trên th gi i: 5

1.3.2 Vi t Nam: 6

1.4 V t li u dùng cho BTC C 7

1.4.1 Xi m ng: 7

1.4.2 C t li u: 7

1.4.3 Ph gia khoáng ho t tính có đ m n cao: 7

1.4.3.1 Tro bay: 8

1.4.3.2 Silica fume (mu i silic): 9

1.4.3.3 Tro tr u: 11

1.4.4 Ph gia hóa h c: 12

1.5 Hi u qu c a vi c s d ng BTC C 14

1.6 M t s tính ch t c b n c a BTC C 15

1.6.1 C ng đ : 15

1.6.2 C ng đ bám dính: 16

1.6.3 Mô đun đàn h i: 17

1.7 Thi t k thành ph n BTC C 17

1.7.1 Ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C c a M dùng tro bay: 18 1.7.2 Ph ng pháp th tích tuy t đ i dùng công th c Bolomey - Skramtaev 23

1.8 K t lu n ch ng 1: 28

CH NG 2: C S LÝ THUY T C A TÀI 30

2.1 r ng và đ đ c c a bê tông 30

2.2 Thành ph n h t t i u c a c t li u 31

2.2.1 Ph ng pháp tra b ng l p s n: 32

2.2.2 D a trên công th c lý thuy t: 33

2.2.3 Ph ng pháp đ bi u 34

2.2.4 Ph ng pháp th c nghi m: 34

2.3 Vai trò c a ph gia khoáng ho t tính siêu m n (PGKHTSM) 35

2.3.1 Ph n ng puz lanic (Pozzolanic reaction) 35

2.3.2 Hiêu ng t ng đ đ c ch c vi c u trúc c a đá xi m ng (Increased packing density) 36

2.3.3 Hi u ng t ng vách (wall effect) 36

2.3.4 Hi u ng bi (ball bearing effect) 38

2.3.5 Hi u ng phân tán (Dispersion effect) 38

2.3.6 Kh n ng gi m đ co 38

2.4 Vai trò c a ph gia siêu d o (PGSD) 38

2.4.1 Tác d ng hóa d o do làm gi m s c c ng b m t 38

2.4.2 Tác d ng hóa d o do phân tán h t xi m ng, ch ng k t t 39

2.4.3 Tác d ng hóa d o do cu n khí: 39

2.5 K t lu n ch ng 2: 40

CH NG 3: V T LI U S D NG TRONG NGHIÊN C U VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U THÍ NGHI M 41

3.1 V t li u 41

3.1.1 Xi m ng PCB 40 Hoàng Th ch: 41

3.1.2 C t li u nh - Cát vàng sông Lô 43

3.1.2.1 Thí nghi m xác đ nh kh i l ng riêng c a cát ( c) 43

3.1.2.2 Thí nghi m xác đ nh kh i l ng th tích x p c a cát 43

3.1.2.3 Thí nghi m xác đ nh kh i l ng th tích tr ng thái đ m ch t theo tiêu chu n c a M ASTM C 29 [41] 44

3.1.2.4 Thí nghi m xác đ nh hàm l ng bùn, b i, sét 44

3.1.2.5 Thí nghi m xác đ nh t p chât h u c 44

3.1.2.6 Thí nghi m xác đ nh hàm l ng mi ca trong cát 44

3.1.2.7 Thí nghi m xác đ nh thành ph n h t c a cát vàng sông Lô 44

3.1.2.8 Mô đun đ l n 46

3.1.3 C t li u l n 47

3.1.3.1 Thí nghi m xác đ nh kh i l ng riêng c a đá d m 47

3.1.3.2 Thí nghi m xác đ nh kh i l ng th tích đ m ch t c a đá theo tiêu chu n c a M ASTM C 29 [41] 47

3.1.3.3 Thí nghi m xác đ nh kh i l ng th tích tr ng thái x p 47

3.1.3.4 Thí nghi m xác đ nh hàm l ng ch t b t 48

3.1.4 Ph i h p cát và đá đ đ t t l t i u 49

3.1.5 Silica fume 53

3.1.6 Ph gia siêu d o 54

3.2 Các ph ng pháp thí nghi m 54

3.3 K t lu n ch ng 3 55

CH NG 4: NGHIÊN C U TH C NGHI M VÀ XU T CÔNG NGH CH T O BTC C MÁC 65 MPa 57

4.1 Thi t k thành ph n BTC C 57

4.2 C ng đ nén và phát tri n c ng đ nén theo th i gian c a BTC C 61

4.3 Xác đ nh c ng đ kéo c a BTC C 62

4.4 ánh giá s b kh n ng ch ng th m c a BTC C 64

4.5 xu t công ngh ch t o BTC C 65

4.6 K t lu n ch ng 4 67

K T LU N VÀ KI N NGH 69

1 Các k t qu đ t đ c 69

2 Các v n d ng m i trong LV 69

3 Các h n ch c a đ tài nghiên c u 70

4 Ki n ngh 71

TÀI LI U THAM KH O 72

TI NG VI T 72

TI NG ANH 74

CÁC TI NG KHÁC 75

PH L C 1: PH NG PHÁP XÁC NH KH I L NG TH TÍCH X P C A C T LI U C M CH T 76

PH L C 2: PH GIA PA - 2003 79

PH L C 3: M T S HÌNH NH TRONG PHÒNG THÍ NGHI M 80

DANH M C CÁC HÌNH VÀ BI U

Hình 1.1:Hình d ng các h t tro bay 9

Hình 1.2: Hình d ng các h t silica fume 10

Hình 1.3: Hình d ng các h t tro tr u sau khi nghi n 11

Hình 1.4: C u t o phân t c a m t s lo i PGSD 14

Hình 1.5: Bi u đ xác đ nh l ng n c tr n 25

Hình 1.6: Bi u đ xác đ nh h s tr tα 26

Hình 2.1: Quan h gi a đ r ng và c ng đ nén c a bê tông 31

Hình 2.2: Các h t PGKHTSM nhét khe k gi a các h t xi m ng 36

Hình 2.3: C u trúc vùng chuy n ti p trong bê tông 37

Hình 2.4: Mô t vùng chuy n ti p gi a xi m ng và c t li u 37

Hình 3.1: Bi u đ thành ph n h t c a cát vàng sông Lô 45

Hình 3.2: Quan h gi a kh i l ng th tích c a h n h p đá và t l ph i h p 2 c đá 51

Hình 3.3: Quan h gi a đ h ng c a h n h p đá và t l c h t I trong h n h p 51

Hình 3.4: Bi u đ quan h gi a kh i l ng th tích c a h n h p cát đá và t l cát đá trong h n h p 52

Hình 3.5: Thành ph n h t c a silica fume 53

Hình 3.6: Thành ph n h t c a tro tuy n Ph L iError! Bookmark not defined. Hình 4.1: Quan h gi a c ng đ nén và hàm l ng CKD trong BTC C 61

Hình 4.2: S đ công ngh ch t o BT C trong nhà máy 65

Hình 4.3: S đ công ngh ch t o BTC C ngoài công tr ng 66

DANH M C CÁC B NG

B ng 1.1: Phân lo i bê tông theo c ng đ nén 5

B ng 1.2: Phân lo i BTC C 5

B ng 1.3: Thành ph n hóa h c (%) c a ph gia silica fume 10

B ng 1.4: Thành ph n hóa c a tro tr u 11

B ng 1.5 Phát tri n c ng đ c a BTC C theo th i gian 16

B ng 1.6: Dmax c a c t li u l n 19

B ng 1.7: T l N/CKD đ i v i BTC C có PGSD 19

B ng 1.8: Hàm l ng n c d ki n cho 1 m3h n h p BTC C 20

B ng 1.9: Th tích x p c a đá tr ng thái đ m ch t trong 1 m3 BTC C 21 B ng 1.10: So sánh đ i chi u hai ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C 27

B ng 2.1: M c ng m cát thích h p, % 32

B ng 3.1: Thành ph n khoáng c a clanhke và PCB40 Hoàng Th ch 42

B ng 3.2: Các tính ch t c a PCB40 Hoàng Th ch 42

B ng 3.3: K t qu thí nghi m kh i l ng riêng c a cát 43

B ng 3.4: K t qu thí nghi m kh i l ng th tích x p c a cát 43

B ng 3.5: K t qu thí nghi m hàm l ng bùn-b i-sét c a cát 44

B ng 3.6: Thành ph n h t c a cát vàng sông Lô 45

B ng 3.7: Các ch tiêu tính ch t v t lý c a cát vàng sông Lô 46

B ng 3.8: K t qu thí nghi m kh i l ng riêng c a đá d m 47

B ng 3.9: K t qu thí nghi m kh i l ng th tích x p c a đá d m 48

B ng 3.10: Hàm l ng b i (b t m n) trong đá d m 48

B ng 3.11: Các ch tiêu tính ch t v t lý c a đá d m Hòa Th ch 49

B ng 3.12: Kh i l ng th tích và đ h ng c a các h n h p 2 c đá 50

B ng 3.13: Kh i l ng th tích c a các h n h p cát và đá 52

B ng 3.14: Thành ph n hóa c a silica fume Elkem 53

B ng 3.15: L ng l t qua sàng c a silica fume Elkem 53

B ng 3.16: Tính ch t v t lý c a SF Elkem 54

B ng 3.17: Ch tiêu tính ch t c - lý - hóa c a tro tuy n Ph L i Error! Bookmark not defined B ng 3.18: Thành ph n hóa h c c a tro tuy n Ph L i.Error! Bookmark not defined B ng 3.19: Thành ph n hóa h c c a x Ph L iError! Bookmark not defined B ng 3.20: M t s tính ch t v t lý c a x Ph L iError! Bookmark not defined. B ng 4.1: K t qu thí nghi m đ s t và c ng đ nén BTC C 60

B ng 4.2: Thành ph n BTC C nghiên c u 61

B ng 4.3: Phát tri n c ng đ nén c a BTC C theo th i gian 62

B ng 4.4: C ng đ kéo khi b a c a BTC C nghiên c u, MPa 64

B ng 4.5: T ng quan c ng đ nén và đ ch ng th m n c c a bê tông 64

B NG CÁC CH CÁI VI T T T

BTC C : Bê tông c ng đ cao

BTT : Bê tông th ng

BTCLC : Bê tông ch t l ng cao

BTTNC : Bê tông tính n ng cao

C C : C ng đ cao

PGSD : Ph gia siêu d o

PGKHT : Ph gia khoáng ho t tính

PGKHTSM : Ph gia khoáng ho t tính siêu m n

PGKHTNM : Ph gia khoáng ho t tính nghi n m n

ACI : American concrete institute (Vi n bê tông M )

ASTM : American society of testing materials (H i thí nghi m v t

li u c a M ) TCVN : Tiêu chu n Vi t Nam

1

1 Tính c p thi t c a đ tài

Trên th gi i BTC C (mác 60 MPa và cao h n) đã đ c dùng khá ph

bi n trong các công trình giao thông, công trình xây d ng và c các công trình

th y n c ta trong nh ng n m g n đây đã nghiên c u và s d ng BTC C cho m t s công trình nh c u và nhà cao t ng Trong xây d ng th y l i t

tr c đ n nay th ng dùng bê tông mác th ng (mác ≤ 50 MPa), do đó m t

s công trình không b n, nh t là trong môi tr ng có tính n mòn Công trình

th y l i th ng ti p xúc v i n c và c nh ng môi tr ng có tính ch t n mòn nh n c bi n, n c l , n c chua phèn,… có khi còn ch u tác đ ng mài mòn c a dòng n c Sau m t s n m khai thác, công trình th y l i b h

h ng, ph i b ra kinh phí l n đ duy tu s a ch a BTC C có đ đ c ch c cao; nên ngoài c ng đ l n, còn có các tính ch t khác c ng cao nh : tính ch ng

th m, ch ng n mòn, mài mòn và đ b n cao nâng cao ch t l ng và kéo dài tu i th công trình, c n dùng BTC C trong m t s tr ng h p đ c bi t khi công trình có ti p xúc v i môi tr ng n mòn và n c xói mòn Vì v y đ tài nghiên c u BTC C có ý ngh a c p thi t

2 M c đích nghiên c u đ tài

L a ch n nguyên v t li u thích h p có s n và đang đ c s n xu t

n c ta đ ch t o BTC C đ t mác 65 MPa, c th là xi m ng pooc l ng h n

h p PCB40 (có ch a s n ph gia khoáng), k t h p v i ph gia khoáng siêu

m n silica fume, ph gia siêu d o n i đ đ t đ c hi u qu v k thu t và c

v kinh t

3 C s khoa h c

- Các ph gia tro x trong PCB 40 và silica fume có tác d ng h tr (bù

tr ) cho nhau trong bê tông t ng đ đ c ch c c a bê tông đ c bi t c i thi n

2

vùng ti p giáp gi a ch t k t dính và c t li u; do đó làm t ng c ng đ và kh

n ng ch ng n mòn

- Ph gia siêu d o có tác d ng làm gi m l ng n c tr n, gi m t l N/X (N/CKD) t ng đ đ c ch c, do đó c ng làm t ng c ng đ c a bê tông

4 i m m i c a đ tài

Tiêu chu n ngành giao thông v n t i 22 TCN 276 - 01 [1] quy đ nh dùng PC 40 và tro bay, ho c silica fume đ ch t o BTC C mác 60 đ n 80 MPa M t s đ tài nghiên c u v BTC C n c ta c ng đã dùng xi m ng

PC 40 Trong LV này không dùng xi m ng PC 40, mà dùng xi m ng PCB 40

v i m t t l nh silica fume Trong xi m ng PCB 40 Hoàng Th ch đã có m t

ph n ph gia khoáng ho t tính là tro x Ph L i Nh v y th c ch t đ tài đã dùng xi m ng PC và h n h p ph gia tro x và silica fume trong bê tông

3

Ch ng 3: V t li u s d ng và các ph ng pháp nghiên c u, thí nghi m;

Ch ng 4: Nghiên c u th c nghi m và đ xu t công ngh ch t o BTC C mác 65 MPa;

K t lu n và ki n ngh

Tài li u tham kh o

Ph l c

l ng n c tr n (gi m t l N/X) và ch t o đ c bê tông c ng (khô) Khi đó

ph i áp d ng công ngh đ m đ c bi t m i đ m b o bê tông đ c ch c V sau

nh s ra đ i c a các lo i ph gia siêu d o: Naptalen focmaldehit sunfonat và Melamin focmaldehit sunfonat ( Nh t và c vào th p k 70 c a th k 20) và ph gia khoáng siêu m n silica fume ( Na uy vào th p k 80 c a th

k 20), ng i ta đã ch t o đ c BTC C v i đ d o yêu c u và v i t l N/CKD th p Theo th i gian mác bê tông s d ng ngày càng cao h n Theo ACI 363 [39] bê tông đ c phân theo c ng đ ch u nén nh trong b ng 1.1

5

B ng 1.1: Phân lo i bê tông theo c ng đ nén

Các y u t

Bê tông thông

C ng đ nén, MPa < 41 41 – 100 100 – 150 > 150

T l N/X (ho c

N/CKD) > 0,4 0,3 – 0,4 0,25 – 0,3 < 0,25

Ph gia hóa Không nh t

thi t Siêu d o Siêu d o Siêu d o

Ph gia khoáng Không nh t

thi t

Tro bay, x lò cao

ho c Silica fume Silica fume

Siliaca fume

Thông báo c a h i th o khoa h c qu c t Ryan Megeredy phân ra 5

lo i BTC C theo c ng đ nén nh trong b ng 1.2

B ng 1.2: Phân lo i BTC C

C ng đ nén, MPa 50 75 100 125 150 BTC C th ng có các tính ch t khác c ng cao nh tính ch ng th m,

ch ng n mòn, xói mòn,… Khi đó đ c g i là bê tông ch t l ng cao (BTCLC) ho c bê tông tính n ng cao (BTTNC - High performance concrete)

1.3 Tình hình nghiên c u và ng d ng BTC C trên th gi i và Vi t Nam

6

các n c M , Na Uy, Canada, c, Nh t B n, Úc, Hàn Qu c, Trung Qu c,

ài Loan,… Nhi u h i ngh qu c t v BTC C đã đ c t ch c và các thông tin khoa h c v BTC C đ c qu ng bá r ng rãi Theo tài li u ACI 363 [39], ban đ u BTC C s d ng ch y u cho các công trình nhà cao t ng và c u nh p

l n Càng v sau BTC C càng đ c s d ng r ng rãi h n và c ng đ đ t

đ c càng cao h n Nh ng n m g n đây đã đ t đ c bê tông c ng đ r t cao

và bê tông c ng đ siêu cao N m 1994 M đã dùng bê tông đ t c ng đ

131 MPa, Nh t B n xây d ng c u b ng bê tông có c ng đ 100 MPa, B dùng bê tông có c ng đ 110 MPa Còn Th y i n đã ch t o d m bê tông

c t thép ng su t tr c v i bê tông đ t c ng đ 143 MPa N m 2001 Canada xây d ng si lô ch a xi m ng dùng bê tông đ t c ng đ t i 220 MPa

1.3.2 Vi t Nam:

Vi t Nam cho đ n n m 1990 các k t c u công trình b ng bê tông c t thép v n ch y u dùng mác bê tông 30 MPa M t vài công trình đ c bi t nh khu di tích L ng Ch tich H Chí Minh, khách s n Th ng Long 11 t ng, c u

Th ng Long, c u Ch ng D ng dùng bê tông mác t i 40 MPa V sau các

c u l n có kh u đ t 30 đ n 50m nh : c u Phú L ng (H i D ng), c u Tân (Thái Bình), c u Sông Gianh (Qu ng Bình), c u Tu n (Hu ), c u Tuyên

S n ( à N ng), c u M Thu n (Ti n Giang), c u R ch Mi u (B n Tre), c u

C n Th (C n Th ),… cùng v i các nút giao thông quan tr ng và c u v t

đô th đã dùng bê tông c ng đ t i 50 – 60 MPa Nhi u nhà máy xi m ng

n c ta đã s n xu t đ c xi m ng mác 40, 50 và có kh n ng s n xu t mác

60, đã t o đi u ki n thu n l i cho s n xu t BTC C Trên đ ng Láng – Hòa

L c có tr m tr n BTC C c a T p đoàn Nam C ng đã cung c p bê tông t i

c ng đ cao cho m t s công trình có nhu c u

Các công trình th y l i cho đ n nay v n ch y u dùng bê tông mác

th ng Tuy nhiên tr c xu h ng ngày càng s d ng nhi u BTC C các

7

ngành giao thông, xây d ng n c ta, ch c ch n r ng trong t ng lai ngành

th y l i s s d ng BTC C cho các k t câu, b ph n công trình có yêu c u và

đ c bi t cho các công trình ven bi n ch u tác đ ng n mòn c a n c bi n và

Dùng xi m ng mác cao t mác 40 tr lên, có đ m n cao n c ta đã

s n xu t xi m ng mác 50 (MPa), trong t ng lai s s n xu t xi m ng mác 60 (theo ph ng h ng phát tri n khoa h c công ngh c a B Xây d ng), còn

v i c t li u trong BTT và th ng không quá 25 mm Nên dùng cát h t thô, có

mô đun đ l n trong kho ng 2,6 – 3,5

1.4.3 Ph gia khoáng ho t tính có đ m n cao:

Do hàm l ng xi m ng trong BTC C khá l n có th t 400 – 595 kg/m3, nên bê tông co ngót nhi u và t n xi m ng kh c ph c đi u đó, c n ph i thay th

m t ph n xi m ng b ng ph gia khoáng ho t tính có đ m n nh xi m ng ho c m n

8

h n nh : tro bay, tro tr u, meta cao lanh ho c silica fume Có th dùng k t h p hai trong s các lo i ph gia đó Silica fume và tro bay là hai lo i ph gia khoáng ho t tính đ c dùng ph bi n nh t

1.4.3.1 Tro bay:

Tro bay là ph gia khoáng thu đ c khi đ t than cám nhà máy nhi t

đi n Tro bay bay lên, đ c l ng đ ng b ng ph ng pháp t nh đi n ho c c

h c ng khói ây là m t lo i ph gia khoáng ho t tính ph bi n nh t và kinh t nh t, vì là ph li u d ng h t m n, nên không c n ph i nghi n Tro bay

đ c s d ng t r t s m trong ngành s n xu t xi m ng và bê tông H t tro bay

có d ng hình c u, kích th c t ng t h t xi m ng Thành ph n hóa h c c a tro bay ch y u là các oxit SiO2, Al2O3 và m t s oxit khác; ngoài ra, còn có

m t hàm l ng than ch a cháy l n trong tro bay Hàm l ng than ch a cháy

có nh h ng x u đ n ch t l ng c a tro bay, nên trong tiêu chu n M ASTM C 618 [42] quy đ nh hàm l ng than ch a cháy nh h n 6% (nh ng

c ng ghi chú là hàm l ng than ch a cháy có th cao h n, n u qua thí nghi m th c t trong bê tông th y r ng v n dùng đ c) n c ta m i ban hành TCVN 10302 : 2014 v tro bay [17] Hàm l ng tro bay trong BTT kho ng 15 - 30% c a kh i l ng ch t k t dính

Khi tro bay l n x nghi n m n thì g i là tro x Tro x c ng đ c s n

xu t làm ph gia cho bê tông và đ c s d ng ph gia khoáng cho xi m ng nhà máy xi m ng Hoàng Th ch…

Tro bay có h t tròn d tr n tr t, nên làm t ng đ l u đ ng c a h n

h p bê tông ho c gi m l ng n c tr n, n u không yêu c u t ng đ s t Tro bay có ho t tính trung bình do có m t hàm l ng SiO2 ho t tính ch kho ng 70% Hình nh các h t tro bay đ c bi u th trong hình 1.1

9

Hình 1.1:Hình d ng các h t tro bay

Theo thành ph n hóa h c tro bay nhi t đi n chính là m t lo i puz lan nhân t o Trong tro bay ch a m t hàm l ng l n oxit silic và nhôm silic ho t tính có kh n ng t ng tác v i Ca(OH)2 sinh ra sau khi các thành ph n khoáng

c a xi m ng th y phân th y hóa Kh i l ng riêng c a tro bay b ng kho ng 2,3 kg/dm3, nh h n kh i l ng riêng c a xi m ng pooc l ng (kho ng 3,1 kg/dm3

);

vì v y khi dùng tro bay thay th m t ph n xi m ng theo th tích tuy t đ i trong

bê tông, thì kh i l ng th tích c a bê tông có tro bay s nh h n m t chút so

v i kh i l ng th tích c a bê tông ch có xi m ng hút m c a bê tông có tro bay cao h n và đ s t c a h n h p bê tông c ng l n h n Bê tông pha tro bay t a nhi t ít h n và có tính b n sunfat cao h n bê tông dùng toàn xi m ng

1.4.3.2 Silica fume (mu i silic):

Silica fume là m t lo i ph gia khoáng ho t tính cao đ c dùng làm

ph gia cho bê tông ch t l ng cao ây là m t lo i ph gia khoáng đ c nghiên c u và s d ng nhi u n c ta [2, 3, 5, 7, 9, 43] V ngu n g c, mu i silic là ph li u c a s n su t silic và ferosilic t th ch anh có đ tinh khi t cao

và than đá trong lò cung l a đi n ng p Khí SiObay ra đ c oxi hóa và ng ng

t thành các h t SiO2 hình c u c c nh d ng vô đ nh hình, nên có ho t tính

r t cao và tác d ng v i vôi r t m nh Nh v y đ m n c a mu i silic đ c

10

hình thành t nhiên, ch không ph i do nghi n Các h t c c nh xâm nh p vào kho ng tr ng gi a các h t xi m ng làm cho c u trúc c a bê tông đ c ch c

h n, ch ng th m và ch ng n mòn t t h n Hàm l ng SiO2 trong mu i silic

r t cao đ t trên 90%, nh ng l i r t x p nh , kh i l ng th tích b ng kho ng

200 - 300 kg/m3 và kh i l ng riêng đ t kho ng 2,2 kg/dm3 l n c a h t

n m trong kho ng 0,03 - 0,3 µm, c trung bình c ng nh h n t 12 - 20 l n

c h t puz lan nói chung và nh h n 100 l n h t xi m ng nói chung

Silica fume đ c s n xu t d ng b t m n và có th d ng k t nén v i

nh ng h t có kích th c l n h n Hình nh các h t silica fume đ c th hi n hình 1.2

Tro tr u là s n ph m thu đ c do đ t tr u ch đ nhi t đ và th i gian phù

h p, sau đó đ c nghi n càng m n càng t t Tro tr u đ c đánh giá là ph gia có

ho t tính cao [8, 18, 34] có hàm l ng SiO2 ho t tính t 80% đ n 95% Hình nh các h t tro tr u đ c th hi n trong hình 1.3

Hình 1.3: Hình d ng các h t tro tr u sau khi nghi n

Thành ph n hóa đi n hình c a tro tr u đ c th hi n trong b ng 1.4

B ng 1.4: Thành ph n hóa c a tro tr u

Thành ph n hóa SiO2 K2O MgO Al2O3 CaO Fe2O3 Na2O

T l theo kh i l ng

(%) 93,1 2,3 0,5 0,4 0,4 0,2 0,1

12

Tr u Vi t Nam có r t nhi u, vì n c ta là m t n c nông nghi p ã

có m t s công trình nghiên c u s n xu t tro tr u và s d ng tro tr u trong bê tông, nh ng cho đ n nay tro tr u v n ch a đ c s n xu t quy mô công nghi p

đ s d ng r ng rãi trong bê tông Trong khi đó silica fume ch a đ c s n

xu t n c ta, nh ng silica fume c a m t s n c ngoài đã có m t trên th

tr ng Vi t Nam và ph bi n nh t là silica fume c a Na Uy, n c s n xu t silica fume đ u tiên trên th gi i

1.4.4 Ph gia hóa h c:

Tài li u [16] đ c p đ n các lo i ph gia hóa h c khác nhau nh sau:

- Ph gia hóa d o (gi m n c), ký hi u A;

- Ph gia ch m đông k t, ký hi u B;

- Ph gia đông r n nhanh, ký hi u C;

- Ph gia hóa d o - ch m đông k t, ký hi u D;

- Ph gia hóa d o - đóng r n nhanh, ký hi u E;

- Ph gia siêu d o (gi m n c m c cao), ký hi u F;

- Ph gia siêu d o - ch m đông k t, ký hi u G

Ngoài ra còn có các ph gia hóa h c khác nh : ph gia đông c ng nhanh, ph gia đông c ng ch m, ph gia cu n khí, ph gia k n c, ph gia

tr ng n , ph gia b n sunfat, ph gia tr b m,v.v…

i v i BTC C, s d ng ch y u ph gia siêu d o lo i F ho c G PGSD có m t trên th tr ng Vi t Nam nh : Naptalen focmaldehit Sunfonat (NFS), Melamin Focmaldehit Sunfonat (MFS), Ligno sunfonat bi n tính, Amino sunfonat và Polycarboxilat Ether; trong đó ph gia polycarboxilat ether là ph gia siêu d o cao c p

C u t o phân t c a m t s lo i PGSD đ c minh h a trong hình 1.4

13

(1) Naptalen Focmaldehit Sunfonat – NFS

(2) Melamin Focmaldehit Sunfonat – MFS

(3) Polycarboxilat (Arcrylat 1)

(4) Polycarboxilat Ether (Arcrylat 2)

(5) Amino sunfonat polyme

15

còn đòi h i công ngh ch t o h p lý, nên so sánh v giá thành, đ ng nhiên là giá thành BTC C cao h n BTT Tuy nhiên do có nh ng u đi m nêu trên, nên khi s d ng BTC C có th gi m đ c l ng bê tông và c c t thép trong k t

c u công trình, k t c u tr nên thanh m nh h n, đ b n cao h n, yêu c u v

n n móng c ng th p h n; nên t ng h p l i, thì vi c s d ng BTC C đ t hi u

qu kinh t cao h n Ví d nh C u Joigny Pháp đ c xây d ng b ng BTC C, l ng bê tông có th gi m t 1395 m3 khi s d ng BTT mác 35 MPa

xu ng còn 950 m3 khi dùng BTC C mác 60 MPa Th tích bê tông s d ng

gi m kho ng 30%, nên t i tr ng tác đ ng lên móng c ng gi m đ c 24%

Trong BTC C có ph gia khoáng ho t tính siêu m n Theo Feret c ng

đ nén c a bê tông này có th đ c tính b ng công th c sau:

;1

x b

V O x

kR R

16

C ng đ nén c a BTC C phát tri n m nh tu i ban đ u, v sau (sau

28 ngày) phát tri n ch m h n so v i BTT Nguyên nhân vì hàm l ng xi

m ng trong BTC C l n, nhi t th y hóa phát ra nhi u trong nh ng ngày đ u, làm t ng nhanh quá trình đóng r n c a bê tông

C ng đ nén c a BTC C phát tri n theo th i gian nh trong b ng 1.5

B ng 1.5 Phát tri n c ng đ c a BTC C theo th i gian

, thì BTC C mác 70 - 80 có mô đun đàn h i đ t kho ng 39 kN/mm2

1.7 Thi t k thành ph n BTC C

Vi c thi t k thành ph n BTC C c ng nh bê tông c ng đ thông

th ng th ng dùng ph ng pháp tính toán (lý thuy t) k t h p v i th c nghi m u tiên tính toán thành ph n bê tông theo các công th c ho c b ng

bi u đã cho, đ c thành ph n tính toán Sau đó tr n các m th đ xác đ nh các ch tiêu tính ch t yêu c u c a bê tông (đ s t, c ng đ ,…), qua đó đi u

ch nh l i thành ph n bê tông đ đ t các yêu c u đã đ ra Thành ph n BTC C

Hi n nay có nhi u nghiên c u và ng d ng bê tông dùng ph gia h n h p tro bay và silica fume ho c tro x và silica fume đ t hi u qu t t c v k thu t và

v kinh t Trong tr ng h p nh v y có th v n d ng linh ho t ph ng pháp

c a M , nh có th ch n ph ng pháp ng v i lo i ph gia có t l tr i h n trong ph gia h n h p Ví d nh trong tr ng h p dùng ph gia khoáng h n

h p tro bay và silica fume, hàm l ng tro bay th ng cao h n silica fume,

18

nên có th ch n ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C dùng tro bay đ c

gi i thi u d i đây

1.7.1 Ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C c a M dùng tro bay:

Ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C c a M dùng tro bay đã

đ c gi i thi u trong các tài li u [10, 44] bao g m các b c và đ c trình bày tóm t t nh d i đây:

PGKHT có th là tro bay (TB) v i hàm l ng thông th ng b ng 15 - 25%

đ i v i tro bay lo i F và b ng 20 - 35% đ i v i tro bay lo i C

- n đ nh hàm l ng c a ph gia siêu d o theo kh i l ng c a CKD

C ng đ thi t k Rtk (do ng i thi t k quy đ nh) c n ph i chuy n sang c ng đ yêu c u Ryc (c ng đ trung bình đ t đ c khi thi t k thành

ph n BTC C) Có th dùng m t trong các công th c sau đây:

1, 34

R = R + × ; S R yc =0, 9R tk +2, 33× S

19

Trong đó: S - h s ph ng sai đ c tính trên c s thí nghi m c ng đ

c a 30 nhóm m u bê tông c a lo i bê tông t ng đ ng v i lo i

bê tông yêu c u thi t k thành ph n

Dmax đ c l a ch n theo c ng đ yêu c u nh trong b ng 1.6

T l N/CKD ph thu c vào c ng đ yêu c u, Dmax và tu i thi t k thành ph n BTC C nh trong b ng 1.7

20

Ghi chú: C ng đ c a BTC C nêu trong b ng là c ng đ c a m u

bê tông hình tr có đ ng kính b ng 15cm và chi u cao b ng 30 cm đ c thí nghi m theo ASTM C 29 [41]

ph gia siêu d o D a vào tài li u h ng d n c a nhà s n xu t ph gia này

bi t đ c t l pha PGSD và kh n ng gi m n c là bao nhiêu ph n tr m, t

đó s xác đ nh hàm l ng n c tr n khi có PGSD

B c 4: Xác đ nh hàm l ng ch t k t dính (CKD) theo hàm l ng

n c (N) và t l N/CKD đã xác đ nh đ c trên

′+

p

p p

p p

ρρ

ρ

; Sau khi bi t p, l i tính toán nh trên đ xác đ nh đ c hàm l ng PGK

và X trong 1 m3 h n h p bê tông theo kh i l ng

B c 5: Xác đ nh hàm l ng đá theo th tích x p khi đ m ch t trong

h n h p BTC C ph thu c vào Dmax c a c t li u nh trong b ng 1.9

xác đ nh theo tiêu chu n M ASTM C 29 [41]

B c 6: Xác đ nh hàm l ng cát nh sau

22

Th tích tuy t đ i c a cát:

Vac= 1000 - Vađ - Vn - Vax - Vap - Vsd - Vk Trong đó: Vađ, Vax , Vap là th tích tuy t đ i c a đá, xi m ng và ph gia

X V

ρ

p ap

P V

ρ

=Trong đó: ρđ, ρx, ρp là kh i l ng riêng c a đá, xi m ng và ph gia khoáng;

Vn là hàm l ng n c;

n n

N V

ρ

= v i ρn ≈1;

Vsd là th tích c a ph gia siêu d o đ c tính b ng cách chia

kh i l ng ph gia siêu d o cho kh i l ng riêng (ρsd);

Vk là hàm l ng khí xác đ nh theo b ng 1.8

Sau khi tính đ c Vac s tính đ c hàm l ng cát theo theo kh i l ng trong 1 m3h n h p BTC C:

C = Vac × ρc ; Trong đó: ρc là kh i l ng riêng c a cát

n đây đã xác đ nh đ c thành ph n tính toán cho 1 m3 h n h p BTC C g m: X, N, P, C, , SD

Ph n II: i u ch nh thành ph n

Tr n m th v i thành ph n bê tông đã tính toán, th đ s t N u không đúng yêu c u, thì đi u ch nh l ng n c tr n đ h n h p bê tông đ t yêu c u

v đ s t (c n chú ý là khi đ s t nh h n yêu c u, thì thêm n c và thêm c

xi m ng cùng ph gia khoáng đ gi nguyên t l N/CKD s t l n h n yêu

c u, ph i b t n c)

Tr n m th khác v i thành ph n bê tông đã đi u ch nh trên, r i đúc

m u đ th c ng đ N u không đúng yêu c u, ph i đi u ch nh hàm l ng

ch t k t dính (t ng ch t k t dính khi Rb nh h n yêu c u và ng c l i)

23

Tr n m th ti p theo đ th các ch tiêu tính ch t yêu c u khác, n u có yêu c u và đi u ch nh l i thành ph n bê tông n u c n thi t

Cu i cùng thi t k đ c thành ph n bê tông th a mãn các đi u ki n đã

đ ra Trong tiêu chu n M không đ c p chi ti t vi c đi u ch nh, nh ng v nguyên t c ph i làm nh v y

1.7.2 Ph ng pháp th tích tuy t đ i dùng công th c Bolomey - Skramtaev

ây là ph ng pháp c a Liên Xô c và Nga hi n nay do Giáo s - Ti n

s khoa h c Skramtaev và c ng s đ xu t vào đ u th p k 70 c a th k 20 [46] Ph ng pháp này đã đ c đ a vào Tiêu chu n Vi t Nam TCVN 4453 -

87 [34] c ng đ c đ a vào giáo trình [6] và ch d n k thu t c a B Xây

d ng [2] v i m t s c i bi n Tuy nhiên các tài li u đó ch đ c p đ n thi t k thành ph n bê tông mác th ng và dùng công th c:

Rb = A × Rx × (X/N - 0,5)

N u thi t k thành ph n BTC C, thì ph i dùng công th c khác nh sau:

Rb = A′ × Rckd × (CKD/N + 0,5) Các b c thi t k thành ph n BTC C c ng t ng t nh đ i v i BTT

Ph ng pháp này d a trên gi đ nh là sau khi đ c đ m ch t, h n h p

bê tông đ c đ c ch c hoàn toàn Khi đó t ng th tích tuy t đ i c a các v t

li u thành ph n trong 1 m3 h n h p bê tông b ng 1 m3

y là gi đ nh đ thu n ti n cho vi c tính toán thành ph n s b (ban đ u) c a bê tông, nên

ph ng pháp này mang tên là ph ng pháp th tích tuy t đ i Trong th c t thì trong h n h p bê tông sau khi đ m v n có m t hàm l ng khí kho ng 1 - 2% th tích h n h p bê tông

N i dung c a ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C theo nguyên lý

th tích tuy t đ i bao g m các b c sau đây:

B c 1: Xác đ nh các thông s ban đ u

- C ng đ thi t k (Rtk) và c ng đ yêu c u (Ryc); Ryc= 1,1 - 1,15Rtk;

R CKD

N = A R −

×Trong đó: Rb - Mác bê tông yêu c u;

RCKD - C ng đ nén c a ch t k t dính;

A1, A2 - H s ph thu c ch t l ng c t li u; (v i A=0,43 đ i

v i c t li u t t và A=0,40 đ i v i c t li u trung bình)

B c 3: Xác đ nh l ng dùng n c N theo bi u đ hình 1.5 ph thu c vào Dmax và đ s t c a h n h p bê tông

ρ + ρ + ρ + ρ + ρ + ρ = =

L ng h n h p v a CKD cát l p đ y các l r ng c a c t li u thô, v a bao b c m t l p m ng và kín trên b m t c a nó đ đ m b o đ l u đ ng c a

h n h p bê tông:

d ckd n c p sd d

ρ + ρ + ρ + ρ + ρ = ρ × ×

T hai ph ng trình này tính đ c l ng dùng c t li u l n:

27

Trong quá trình ki m tra có th ph i hi u ch nh l ng dùng các v t li u thành ph n đ bê tông đ t các yêu c u đ ra Vi c ki m tra và đi u ch nh thành ph n tính toán c a bê tông đ c th c hi n gi ng nh đã trình bày

ph n II trong ph ng pháp c a M Nh v y là hai ph ng pháp nêu trên có

đi m gi ng, nh ng có nhi u đi m khác nhau nh so sánh trong b ng 1.10

B ng 1.10: So sánh đ i chi u hai ph ng pháp thi t k thành ph n BTC C

STT

Ph ng pháp c a M (ACI 211.4R - 08)

Ph ng pháp c a Nga (theo giáo trình V t li u xây d ng

c ng đ nén c a bê tông, ch t

h n h p bê tông theo b ng l p s n,

ph thu c vào đ s t và Dmax c a

Dmax sau đó nhân v i kh i l ng

th tích c a đá đ đ c hàm l ng

đá theo kh i l ng

Xác đ nh hàm l ng đá theo kh i

l ng theo công th c l p s n, ph thu c và đ h ng, kh i l ng riêng, kh i l ng th tích x p t nhiên và h s tr t

đ ki m tra thành ph n bê tông tính

toán và có s đi u ch nh c n thi t

29

này Trên th gi i BTC C đã đ c s d ng t lâu và qua th i gian c ng đ

bê tông đ c quy đ nh cao h n n c ta BTC C (mác 60 - 80) đã đ c dùng ch y u cho xây d ng c u và nhà cao t ng Trong xây d ng th y l i

ch a quan tâm nhi u đ n lo i bê tông này Vi c s d ng BTC C đ t hi u qu cao và đây là xu h ng c a ti n b k thu t Ch c r ng trong t ng lai g n ngành th y l i s có nh ng ng d ng BTC C trong xây d ng công trình Có

th dùng m t trong hai ph ng pháp thi t k TPBTC C: ph ng pháp c a

M do ACI đ xu t và ph ng pháp th tích tuy t đ i c a Nga Ph ng pháp

th tích tuy t đ i đ c gi i thi u trong giáo trình VLXD n c ta ch ng

d ng cho BTT, còn đ i v i BTC C thì ph i có c i bi n Ph i dùng công th c khác đ xác đ nh quan h gi a c ng đ bê tông và m t s y u t c b n,

ph i thay Rx b ng Rckd do trong BTC C luôn luôn có PGKHT th m chí PGKHTSM Ngoài ra ph i chú ý gi m n c theo kh n ng gi m n c c a PGSD dùng trong BTC C Hai ph ng pháp có nhi u đi m khác nhau

Ph ng pháp c a Nga đ n gi n h n, nên HVCH đã dùng trong nghiên c u đ tài LV