TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DựNG -Oẵ ★ SO -Bài nghiên cứu khoa học « ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn » hoàn thành không nhờ hướng dẫn tận tình NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Ts Nguyễn Việt Hưng, Giảng viên môn Ket cấu Công trình - Khoa Xây dựng - Trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh Chúng xin gửi lời cảm hướng dẫn Chúng quên cảm ơn thầy cô phòng Nghiên cứu Khoa học Công nghệ - Trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy Sơn chị Lệ, thông cảm tạo điều kiện tốt cho hoàn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn thành viên gia đình, bạn bè, anh ỨNG xử LƯU BIẾN VÀ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM chị động viên khuyến khích mặt tinh thần, giúp đỡ sở Nhỏm tác giả : Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trường Đại học Kiến trúc 196 Pasteur, quận 3, thành Hồ Chỉ Minh ngày 10 tháng 08 năm 2009 Trong nghiên cứu « ứng xử lưu biến mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn », kết đạt việc hệ thống xếp lại kiến thức quan trọng ngành lưu biến học có liên quan đến bê tông, kiến thức ứng xử lưu biến bẽ tông thường bẽ tông tự đầm lèn, đạt kết quan trọng sau trình mô hình hóa chảy xòe bê tông thí nghiệm nón cụt Abrams Thứ nhất, nhận thấy đường kính chảy xòe chất lỏng phụ thuộc vào ngưỡng chảy mà không phụ thuộc vào tính chất lưu biến khác Thứ hai, thấy mối quan hệ đường kính chảy xòe ngưỡng lưu biến ; bê tông tự đầm lèn ; chất lỏng Herschel - Bulkley ; nón cụt Abrams GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG HỆ THỐNG KIẾN THỨC VÈ LƯU BIẾN HỌC 1.1 Giới thiệu 1.2 Một số loại mô hình ứng xử lưu biến .4 1.3 Một số loại lưu biến kế 1.3.1 Nhớt kế kiểu « bi rơi » .6 1.3.2 Lưu biến kế Poiseuille .7 1.3.3 Lưu biến kế Couette loại hình trụ đồng trục 10 CHƯƠNG 13 ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang ii 2.6 Đặc điểm thành phần cấu tạo bê tông tự đầm lèn 23 2.6.1 Thể tích vữa lớn .23 2.6.2 Sử dụng hàm lượng lớn hạt mịn 23 2.6.3 S dụng chất phụ gia siêu dẻo 23 2.6.4 S dụng chất phụ gia tăng nhớt .24 2.7 ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn 25 CHƯƠNG 26 ứng xử ỉưu biến mô hình thi nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Để đáp ứng yêu cầu xây dựng đại với công trình bê tông cốt thép quy mô ngày lớn, nhà khoa học vật liệu xây dựng không ngừng nghiên cứu nâng cao chất lượng bê tông, đặc biệt cường độ vật liệu Ban đầu, người ta chế tạo loại bê tông có cường độ lớn, nhiên lại khó thi công - đặc biệt công trình lớn có cốt thép dày đặc - bê tông không đảm bảo độ lỏng cần thiết Trong bối cảnh ấy, nhiều nghiên cứu thực nhằm dung hòa hai tiêu trái ngược kết quả, vào cuối năm 80 kỷ trước, nhà khoa học vật liệu xây dựng Nhật Bản phát minh loại bê tông có cường độ cao đồng thời có độ lỏng lớn, có khả tự chảy tác dụng trọng lượng thân mà không cần tác động co học - bê tông tự đầm lèn (self- compacting concrete) Tuy nhiên, thời điểm đó, chất phụ gia sử dụng bê tông tự đầm lèn chưa đạt hiệu mong muốn có giá thành cao nên bê tông tự đầm lèn chưa ứng dụng rộng rãi xây dựng Phải đến thập kỷ sau, với đời chất phụ gia hệ mới, bê tông tự đầm lèn thể nhiều ưu điểm trội so với bê tông thường từ ứng dụng ngày phổ biến ngành xây dựng, đặc biệt nước Nhật Bản, châu Âu, Mỹ, Canada Hiện nay, trình nghiên cứu bê tông tự đầm lèn thực nhiều nước giới nhằm cải thiện, nâng cao chất lượng vật liệu Ở nước ta, số lượng nghiên cứu bê tông tự đầm lèn - đặc ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang hệ thống lại số đặc điểm kết họp giải thích góc độ vi mô nguồn gốc ứng xử lưu biến bê tông thường Đặc điểm thành phần cấu tạo, yêu cầu tiêu đánh giá chất lượng, ảnh hưởng chất phụ gia ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn sau trình bày Chương mặt lưu biến học, bê tông tự đầm lèn khác với bê tông thường chỗ chúng có độ lỏng lớn, nhờ mà chúng tự chảy lấp đầy ván khuôn tác dụng trọng lượng thân mà không cần tác động học Để đánh giá độ lỏng bê tông tự đầm lèn, người ta thường dùng nón cụt Abrams để xác định đường kính chảy xòe vật liệu Đường kính chảy xòe có liên hệ chặt chẽ với tính chất lưu biến vật lý bê tông Nhiều nghiên cứu thực nhằm ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe cùa bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong CHƯƠNG HỆ THỐNG KIẾN THỨC VỀ LƯU BIẾN HỌC Những kiến thức chung lưu biến học mà trình bày chưong dịch từ [1] 1.1 Giới thiệu Lưu biến học (rheology) ngành khoa học nghiên cứu chảy vật liệu, hay nói cách cụ thể hơn, xác định mối quan hệ biến dạng ứng suất tương ứng tác dụng lên vật liệu có xét đến trình tác dụng ứng suất theo thời gian Mối quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu gọi quy luật ứng xử lưu biến hay gọi tắt phương trình lưu biến, thường biểu diễn - trường họp trượt túy - dạng mối quan hệ ứng suất tiếp X vận tốc biến dạng trượt Ỷ (đạo hàm biến dạng trượt y theo thời gian t) Đường cong mô tả phương trình lưu biến gọi đồ thị lưu biến, dựa vào người ta phân biệt loại ứng xử lưu biến khác mô tả H 1.1 : ứng xử vật liệu coi tuyệt đối nhớt chảy xảy sau vật liệu chịu tác dụng ứng suất tiếp X dù nhỏ, hay nói cách khác đồ thị lưu biến qua gốc tọa độ Ngược lại, trường họp chảy xảy ứng suất tiếp X vượt giá trị Xo gọi ngưỡng chảy, hay nói cách khác đồ lưu biến bắt nguồn từ điểm có tung độ x0 trục ứng suất tiếp X, người ta gọi ứng xử lưu biến nhớt - dẻo ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 1.2 Một số loại mô hình ửng xử lưu biến Để mô tả ứng xử lưu biến vật liệu, nhiều phương trình toán học thiết lập, nhiên không phương trình toán học mô tả cách xác tuyệt đối Dưới giới thiệu vài mô hình ứng xử lưu biến thường gặp ngành lưu biến học Mô hình ứng xử lưu biến đơn giản nhất, trường họp đặc biệt tất mô hình ứng xử lưu biến khác, mô hình ứng xử Newton (PT 1.1), đặc trưng độ nhớt p không đổi gọi độ nhớt tuyệt đối Mô hình ứng dụng cho số chất lỏng dung dịch hòa tan, dung dịch huyền phù loãng số trường họp vữa xi măng có thành phần cấu tạo đặc biệt [2] ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe cùa bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang mô tả loại ứng xử lưu biến này, người ta thường sử dụng mô hình lưu biến Ostwald (PT 1.2) đặc trưng hai thông số : độ đặc K số mũ n Tùy theo giá trị n, mô hình Ostwald mô tả ứng xử lưu biến chảy lỏng (n < 1), ứng xử lưu biến Newton (n = 1), hay ứng xử lưu biến chảy đặc (n > 1) X = Kỹn (1.2) Người ta thường gặp số lượng lớn vật liệu thực tế có ứng xử lưu biến nhớt - dẻo (có ngưỡng chảy) vữa xi măng, bê tông lỏng, bùn, kem đánh răng, bột mì, dầu mỡ bôi trơn, dung dịch huyền phù .Để mô tả ứng xử nhớt dẻo vật liệu này, mô hình lưu biến Bingham đặc trung hai thông số : ngưỡng chảy To độ nhớt dẻo r| thường sử dụng [3-6] Mô hình viết dạng sau : ÍỶ = < T < T n (1.3) [x = T0+r|Ỷ T > T0 Mô hình lưu biến Bingham không cho phép miêu tả ứng xử phi tuyến phần lớn vật liệu nhớt dẻo So với ngưỡng chảy thực tế vật liệu, mô hình Bingham cho ngưỡng chảy cao hon vật liệu chảy lỏng [7, 8] ngược lại, cho ngưỡng chảy thấp hon, chí phi thực tế (ngưỡng chảy âm), vật liệu chảy đặc [9] Để miêu tả xác hon ứng xử lưu biến phi tuyến vật liệu nhớt dẻo, người ta thường sử dụng mô hình Herschel - Bulkley đặc trung thông số : ngưỡng chảy To, độ đặc K số mũ n [8 - 11] Mô hình Herschel - Bulkley thực chất mô hình kết hợp mô hình Bingham mô hình Ostwald, biểu diễn dạng ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe cùa bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong FG = jítRỈpSg + lực đẩy Archimède FA : Trang FA =- ^ítR3pfg 1.3.1 kiểutiện « bi Nhờ đơnNhớt giản,kế thuận nhanh chóng sử dụng, nhớt kế kiểu « bi roi » rơi » sử dụng rộng rãi lưu biến học thực nghiệm cho phép đo độ nhớt chất lỏng Newton với kết xác Chúng giới thiệu loại Nguyên lý hoạt động nhớt kế kiểu « bi rơi » đơn giản trình bày H 1.2 : cầu có khối lượng riêng ps bán kính R, rơi với vận tốc không đổi V tác dụng trọng lực chất lỏng Newton có khối lượng riêng p độ nhớt tuyệt đối p cần xác định Tại thời điểm, cầu chịu tác động lực có phương thẳng đứng biểu diễn hình H 1.2 : H 1.2 Nguyên lỷ hoạt động nhớt kế kiếu « bi rơi » (1.5) + trọng lực FG : (1.6) + lực nhớt Fs chất lỏng tác dụng lên bề mặt cầu, tính cách gần theo công thức Stokes sau : Fs=-67ĩRịiV Khi cầu đạt chuyển động với vận tốc V không đổi, tổng đại số lực tác dụng lên cầu phải không Từ ta xác định độ nhớt g 2gR: ■(p.-Pf) (1.8) 9V ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe cùa bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 20 Yêu cầu độ lỏng bê tông tự đầm lèn a) Đô lỏng môi trường vât cản 2.5.1 Độ lỏng của bê tông tự đầm lèn môi trường vật cản xác định thí nghiệm nón cụt Abrams (kích thước mô tả H 2.4.a) Thí nghiệm Abrams thí nghiệm tiêu chuẩn dùng rộng rãi toàn giới dùng để xác định cách nhanh chóng độ lỏng bê tông dựa việc đo độ sụt chúng (chiều cao sụt bê tông sau nhấc nón cụt Abrams, H 2.4.b) tác dụng trọng lượng thân Độ sụt lớn bê tông lỏng ngược lại Đối với bê tông tự đầm lèn, việc đo độ sụt ý nghĩa bê tông bị sụt hoàn toàn Trong trường hợp này, độ lỏng bê tông tự đầm lèn xác định thông H 2.4 Xác định độ lỏng bê tông thí nghiệm Abrams : (a) nón cụt Abrams (kích thước ghi theo cm), (b) đo độ sụt bê tông thường, (c) đo đưòng kỉnh chảy xòe đoi vói bê tông tự đầm lèn Cho đến nay, nhiều nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết mối quan hệ độ sụt H đường kính chảy xòe D với ngưỡng chảy To bê tông thực [4, 20 - 22] Trong phạm vi nghiên cứu này, giới thiệu mối quan hệ tưong đối đon giản ngưỡng chảy T0 đường kính chảy _ 255pgV2 (2.1) T° 4TT2D5 pg V trọng lượng riêng thể tích mẫu bê tông ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 21 b) Đô lỏns không gian có vât Độ cản lỏng bê tông môi trường có vật cản xác định thí nghiệm hộp chữ L (L - Box) Thí nghiệm cho phép đánh giá khả tự chảy bê tông tác dụng trọng lượng thân qua lưới cốt thép mô tả sau (xem H 2.5) : bê tông đổ vào phần đứng - sau nhấc chắn - chảy qua lưới cốt thép sang phần nằm ngang hộp chữ L Bê tông lỏng chiều cao h bê tông phần nằm ngang lớn Để đảm bảo khả tự chữ L) chảy bê tông qua lưới cốt thép, H 2.5 Thỉ nghiệm hộp chữ L (kích thước ghi theo mm) c) Môt số vhươntỉ pháp khác xác đinh đô lỏns bê tôns tư đầm lèn Thí nghiệm nón cụt Abrams thí nghiệm hộp chữ L ứng dụng phổ biến trong việc kiểm tra đánh giá độ lỏng bẽ tông tự đầm lèn Ngoài ra, người ta đánh giá độ lỏng bê tông tự đầm lèn thí nghiệm khác đo thời gian chảy bê tông phễu chữ V (H 2.6.a), đo chiều cao dâng lên ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 22 515 (a) (b) © © 65 H 2.6 Một số dụng cụ thí nghiệm khác dùng việc xác định độ lỏng bê tông tự đầm lèn (kích thước ghi theo mm) :(a) phễu chữ V, (b) hộp chữ u 2.5.2 Yêu cầu ổn định bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn yêu cầu độ lỏng lớn phải đảm bảo yêu cầu độ ổn định, không bị lắng đọng phân tầng trạng thái tĩnh duới tác dụng trọng lực không bị phân tách trình chuyển động : cốt liệu lớn vữa phải di chuyển với ván khuôn qua luới cốt thép Độ ổn định bê tông tự đầm lèn đuợc đánh giá nhanh cách trực quan thông qua khoảng cách mép vữa hạt cốt liệu gần xác định đuờng kính chảy xòe bê tông thí nghiệm nón cụt Abrams (H 2.4) Khoảng cách phải nhỏ cm nhiên, điều kiện chua đủ để xác định đuợc bê tông có đảm bảo độ ổn định hay không ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 23 2.6 Đặc điểm thành phần cấu tạo bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn phải đồng thời đảm bảo hai tính chất trái ngược : độ lỏng ổn định Để dung hòa hai tính chất này, bê tông tự đầm lèn phải có đặc điểm thành phần cấu tạo riêng biệt so với bê tông thường mà trình bày 2.6.1 Thể tích vữa lớn Ma sát hạt cốt liệu lớn (sỏi, đá) làm giảm khả chảy lấp đầy ván khuôn bê tông Vì bê tông tự đầm lèn phải tích vữa lớn, dao động khoảng 330 -ỉ- 400 1/m3, nhằm tách hạt cốt liệu lớn xa 2.6.2 Sử dụng hàm lượng lớn hạt mịn Để đảm bảo tính dễ thi công đồng thời phải hạn chế nguy co phân tách (lắng đọng tách nước), bê tông tự đầm lèn chứa hàm lượng lớn hạt mịn (kích thước nhỏ hon 80|im), khoảng 500 kg/m3 Tuy nhiên, để tránh vấn đề nhiệt độ bê tông tăng cao mức trình thủy hóa xi măng đồng thời để giảm giá thành vật liệu, người ta thường giảm bớt xi măng thay thể chí nhiều loại phụ gia mịn khác tro bay, xỉ lò cao, bột đá vôi Loại liều lượng phụ gia chọn tùy thuộc vào yêu cầu cường độ độ bền bê tông 2.6.3 Sử dụng chất phụ gia siêu dẻo ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 24 + Hiệu ứng không gian xuất phát từ tương tác lóp phụ gia siêu dẻo bám xung quanh bề mặt hạt xi măng Khi hạt xi măng tiến lại gần nhau, phân tử phụ gia siêu dẻo quấn lại chằng chịt với làm tăng nồng độ polymer đẩy hạt phân tử nước khỏi vùng hạt xi măng Sự cân nồng độ gây áp suất thẩm thấu đẩy phân tử nước trở lại vùng có nồng độ polymer lớn chống lại tiến lại gần hạt xi măng [25] Tương quan hiệu ứng tĩnh điện hiệu ứng không gian việc ngăn cản kết hạt xi măng phụ thuộc vào loại khối lượng phân tử chất phụ gia siêu dẻo Đối với chất phụ gia siêu dẻo thuộc hệ cũ (các chất dẫn xuất sulfo), hiệu ứng tĩnh điện chủ yếu [25] Ngược lại, chất phụ gia siêu dẻo thuộc hệ (gốc polycarboxynate), hiệu ứng không gian chiếm ưu [25, 26] So với chất phụ gia siêu dẻo thuộc hệ cũ, chất phụ gia siêu dẻo cho phép cải thiện trì độ lỏng bê tông theo thời gian tốt [27] Ảnh hưởng chất phụ gia siêu dẻo ứng xử lưu biến bê tông thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu khoa học giới Coi bê tông chất lỏng nhớt dẻo Bingham, Banfill [28] nhận thấy ngưỡng chảy To độ nhớt dẻo ĩ] bê tông giảm dần với hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo Trong số nghiên cứu, người ta nhận thấy bê tông có ứng xử lưu biến chảy đặc (shear ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 25 đóng băng chuyển động phân tử nước tự làm tăng độ nhớt bê tông + Quyện vào : Ở trạng thái nghỉ (không chảy) vận tốc biến dạng trượt nhỏ, chuỗi phân tử phụ gia tăng nhớt quyện lại chằng chịt với nhau, làm tăng độ nhớt đảm bảo ổn định bê tông Khi vận tốc biến dạng trượt tăng lên, chuỗi phân tử có khả duỗi theo hướng chảy, làm giảm độ nhớt bê tông Hiện tượng giải thích kiểu ứng xử lưu biến chảy lỏng (shear - thinning) bê tông, cho phép đảm bảo ổn định bê tông trạng thái nghỉ đảm bảo độ lỏng cần thiết bê tông thi công Cho đến nay, nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng chất phụ gia tăng nhớt ứng xử lưu biến vữa xi măng bê tông thực công bố [30, 31] Những nghiên cứu việc thêm chất phụ gia không làm tăng độ nhớt mà làm tăng ngưỡng chảy, tăng mức độ chảy lỏng (degree of shear - thinning) tăng hiệu ứng xúc biến vữa xi măng bê tông 2.7 ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn Mặc dù có tỉ lệ « nước / xi măng” nhỏ hon đáng kể nhờ tác dụng chất phụ gia siêu dẻo ngăn cản kết hạt xi măng (xem §2.6.3), bê tông tự đầm lèn có ngưỡng chảy To thấp nhiều so với bê tông thường, dao động khoảng T0 = 100 Pa Điều đảm bảo cho bê tông tự đầm lèn có khả tự chảy lấp đầy ván khuôn tác dụng trọng lượng thân mà không cần đầm rung bê tông thường Cũng tác dụng chất phụ gia siêu dẻo chống lại kết vữa xi măng mà bê tông tự đầm lèn có ứng xử lưu biến gần tuyến tính (n ~ mô hình Herschel - Bulkley), có ứng xử ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong p K (Pa.s“) n (kg/m3 To (Pa) 5.0 0.5 1002500 1000 0.5 1.0 Số nút Số cạnh Số ô lưới lưới lưới 4658 2280 2379 Trang 27 3.2 Mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn Để nghiên cứu chảy xòe bê tông tự đầm lèn thí nghiệm nón cụt CHƯƠNG dùng phần mềm thương mại Fluent 6.1 tính toán chảy Abrams, chúng chất lỏng dựa phương pháp phần tử hữu hạn Tuy nhiên, có nhầm lẫn, MÔ HÌNH Sự CHẢY XÒE CỦA BÊ TÔNG kích thước nón cụt Abrams mô hình có khác biệt nhỏ so với kích thước tiêu chuẩn 3.1 2.4) Giớivàthiệu (H được• mô tả H 3.1 Với mong muốn nghiên cứu cách tổng quát xác có thể, Như giới thiệu Chưong 2, bê tông tự đầm lèn loại vật liệu chúng có coi bê tông chất lỏng nhớt dẻo Herschel - Bulkley (PT 1.4) với thông ứng xử lưu biến nhớt dẻo mô tả cách thích hợp mô hình lưu số biến lưu biến To, K, n dao động phạm vi rộng, bao gồm bê tông thường (xo > Herschel - Bulkley (PT.1.4) đặc trưng ba thông số : T0, K, n Việc xác định 200 tính chất lưu biến có ý nghĩa lớn, cho phép nghiên cứu, kiểm tra đánh giá độ lỏng, B 3.1 khảGiá năngtrịbơm, thông khả sổ lưu tự biến chảycủa lấp chấtđầy lỏng ván Herschel khuôn - Bulkley nghiên ổn định cứu đồng bê tông tự đầm lèn Tuy nhiẽn, việc xác định cách xác tính chất lưu biến bê tông đòi hỏi lưu biến kế lớn không sản xuất hàng loạt có giá thành đắt mà trung tâm thí nghiệm có khả trang bị Ngoài công trường, người ta thường dùng dụng cụ đơn giản gọn nhẹ hộp chữ L, phễu chữ V, hộp chữ u, đặc biệt phổ biến nón cụt Abrams để xác định cách chóng độ lỏng bẽ tông tự đầm lèn Rất nhiều nghiên 3.1 nghiệm Mạng lưới cácnhư phần (grid),đãcác điềuthực kiệnhiện ban đầu điềumối kiệnquan biên hệ cứuH.thực lýtửthuyết nhằmvàtìm sử dụng trình mô hình hóa chảy xòe độ chất lỏng Herschel Bulkley thí nghiệm nón cụt Abrams lỏng tính chất lưu biến vật lý bê tông Việc xác định mối Nhằm đơn giản hóa trình tính toán, xét đến tính chất đối xứng nón cụt quan hệ có lợi íchmô hình lớn, cho phépxòe xáccủa định tính chất -lưu biến vật lý Abrams, chúng chảy chất lỏng Herschel Bulkley phẳng qua trục đối xứng nón cụt Sự chảy xòe chất lỏng tính bê mặt toán ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 28 hệ trục tọa độ trụ với mô hình VOF (Volume Of Fluid) áp dụng cho toán có mạng lưới (grid) cố định có hai nhiều chất không trộn lẫn với Trong trường họp nghiên cứu chúng tôi, chất lỏng Herschel - Bulkley chảy xòe môi trường khí hai chất (chất lỏng không khí) hoàn toàn phân tách với Đối với chất, thể tích chiếm chỗ tưong đối chất phần tử ô lưới (volume íraction) tính toán biến số cục vị trí thời điểm dựa vào phương trình liên tục (continuity equation) phương trình động học (dynamic equation) có xét đến điều kiện ban đầu điều kiện biên toán [32] Do biến số cục (thể tích chiếm chỗ tương đối chất lỏng chất khí ô lưới) thay đổi theo vị trí theo thời gian, mặt thoáng chất lỏng - mặt tích chiếm chỗ tương đối chất lỏng chất khí ô lưới 0.5 - di chuyển theo thời gian H 3.1 mô tả mạng lưới phần tử, điều kiện ban đầu điều kiện biên toán Các Ỷ < Ỷ = (3.1) Ỷ > Ỷo = Tại thời điểm ban đầu (khi chưa nhấc nón cụt Abrams), chất lỏng trạng thái tĩnh, điểm chất lỏng có vận tốc V = Sau nhấc nón cụt Abrams, tác dụng trọng lượng thân, chất lỏng chảy nhanh dần thời gian đầu, đạt vận tốc cực đại thời điểm chảy chậm dần ngừng chảy thời gian Tuy nhiên, giống trường họp trên, phần mềm xác định cách xác tuyệt đối thời điểm để chất lỏng ngừng chảy hoàn toàn ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 29 t = 0.6 + 1.0 s H 3.2 H 3.3 giới thiệu số hình ảnh đồ thị biến thiên theo thời gian đường kính chảy xòe vài chất lỏng thu từ phần mềm Fluent 6.1 t = 0.2 (s) t = 0.8 (s) H 3.2 Một vài hình ảnh hình dạng chất lỏng có thông số lưu biến (ĩo / K; n)=(500 Pa ; 0.5 Pa.s ;1.0) so thời điếm H 3.3 Một vài vỉ dụ biến thiên đường kỉnh chảy xòe chất lỏng theo thòi gian, tỉnh toán phần mềm Fluent 6.1 3.3 Kết bình luận H 3.4 mô tả đồ thị biến thiên đường kính chảy xòe D theo ngưỡng chảy To chất lỏng có (n; K) = (0.5 ; 5.0 Pa.sn) (n; K) = (1.0 ; 0.5 Pa.sn) thu từ phần mềm Fluent 6.1 (các điểm) Đồ thị biến thiên đường kính chảy xòe D theo ngưỡng chảy T0 tính toán theo PT 2.1 Coussot [22] (đường nét nứt) theo PT 3.2 mà tìm trình bày sau (đường nét liền) thể ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 30 chất lỏng Điều gợi ý cho có suy nghĩ ứng suất T điểm chất lỏng phụ thuộc theo hàm vào chiều cao chất lỏng mà không phụ thuộc vào thông số lưu biến K, n chất lỏng Khi hai chất lỏng có nguỡng chảy To, thời điểm tới hạn mà chất lỏng ngừng chảy, ứng suất lớn hai chất lỏng To, chiều cao chất lỏng đo đuờng kính chảy xòe chất lỏng H 3.4 Sự biến thiến đường kỉnh chảy xòe D theo ngưỡng chảy ĩ(), tỉnh toán phần mềm Fluent 6.1 (các điếm), theo PT 2.1 Coussot (đưòng nét đứt) theo PT 3.2 nhóm nghiên cứu (đường nét liền) Từ H 3.4, ta nhận thấy PT 2.1 rút từ nghiên cứu lý thuyết Coussot [22]chỉ nghiệm so với mô hình hóa phần mềm chất lỏng có ngưỡng chảy T0 lớn Ngưỡng chảy To nhỏ, PT 2.1 đánh giá thấp đường kính chảy xòe chất lỏng Điều giải thích việc tác giả bỏ qua đại ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 31 Trên sở nhận xét trên, tìm mối quan hệ đường kính chảy xòe D D = kD, ngưỡng chảy To có dạng sau : (3.2) với D0 đường kính chảy xòe chất lỏng có quán tính nhỏ, xác định từ PT 2.1 có dạng sau : 225pgV; (3.3) Do = 47T2! hệ số xét đến quán tính chất lỏng Khi ngưỡng chảy lớn, quán tính chất lỏng nhỏ, k = Ngược lại, ngưỡng chảy nhỏ, quán tính chất lỏng lớn, hệ số k có giá trị lớn Dựa suy luận vào í (3.4) k = 0.15 + 0.45T* +0.1) V T*là đại lượng không thứ nguyên xác định theo công thức sau : T* X = ' —— (H chiêu cao nón cut Abrams) (3.5) PgH Với hệ số k xác định theo PT 3.4, nhận thấy đường kính chảy xòe chất lỏng tính theo PT 3.2 sai khác 4% so với giá trị đường kính chảy xòe thu từ phần mềm Điều thể rõ H 3.4 với việc đường cong ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trong nghiên cứu « ứng xử lưu biến mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn », mục tiêu mà đặt phần giới thiệu chung đạt kết thu trình bày tóm tắt Trong Chương 1, kiến thức ứng xử lưu biến mô hình lưu biến, phương pháp thiết bị dùng để xác định thực nghiệm ứng xử lưu biến vật liệu hệ thống lại sở có liên hệ với bê tông Trong Chương 2, hệ thống lại đặc điểm, tính chất quan trọng giải thích góc độ vi mô ứng xử lưu biến bê tông Những đặc điểm thành phần cấu tạo, yêu cầu, tiêu phương pháp đánh giá chất lượng bê tông tự đầm lèn trình bày giải thích rõ ràng Trong Chương 3, ứng dụng phần mềm thương mại Fluent 6.1 để mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn thí nghiệm nón cụt Abrams thu kết sau : + Đường kính chảy xòe chất lỏng phụ thuộc vào ngưỡng chảy mà không phụ thuộc vào tính chất lưu biến khác + Mối quan hệ đường kính chảy xòe ngưỡng chảy To chất lỏng Coussot thiết lập sở giả thiết đơn giản hóa nghiệm với chất lỏng có ngưỡng chảy lớn có sai số lớn ngưỡng chảy nhỏ ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong [1] V H Nguyên, Comportement rhéologique et écoulement au cône de Marsh des coulis cimentaires, PhD Thesis, Univ Cergy - Pontoise, 2007 [2] Y E1 HaTiane et al., Effect of a carboxylic acid on the rheological behavior of an aluminous cement paste and consequences on the properties of the hardened material, J Europ Ceram Soc., 25 (2005) 1143- 1147 [3] M Lachemi et al., Períormance of new viscosity modiíying admixtures in enhancing the rheological properties of cement paste, Cem Concr Res., 34 (2004) 185- 193 [4] N Roussel et al., From mini-cone test to Abrams cone test: measurement of cement-based materials yield stress using slump tests, Cem Concr Res., 35 (2005) 817-822 [5] C.F Ferraris et al., The iníluence of mineral admixtures on the rheology of cement paste and concrete, Cem Concr Res., 31 (2001) 245 - 255 [6] K.H Khayat, Iníluence of thixotropy on stability characteristics of cement grout and concrete, Mater J., 99 (2002) 234 - 241 [7] A Yahia and K.H Khayat, Analytical models for estimating yield stress of high-performance pseudoplastic grout, Cem Concr Res., 31 (2001) 731 738 [8] A Yahia and K.H Khayat, Applicability of rheological models to highperíbrmance grouts containing supplementary cementitious materials and viscosity enhancing admixture, Mater Struct., 36 (2003) 402 - 412 [9] F de Larrard et al., Fresh concrete: a Herschel-Bulkley material, Mater Struct.,31 (1998) 494-498 [10] c Atzeni et al., Comparison between rheological models for Portland cement pastes, Cem Concr Res., 15 (1985) 511 -519 [11] M Cyr et al., Study of the shear thickening effect of superplasticizers on the ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 34 [13] J.p Bombled, Rhéologie des mortiers et des bétons frais Intluence du íacteur ciment, Proceeding of R.I.L.E.M Leeds Seminar, (1973) Sujet [14] c Legrand, in J Baron and R Sauterey, Le béton hydraulique, Presses ENPC, Paris, 1982, Chap [15] G.H Tattersall and P.F.G Banííll, The rheology of fresh concrete, Pitman, Boston, 1983 [16] H Uchikawa, in M.M Reogurd, Importance of recent microstructure development in cement and concrete, Sherbrooke, 1994 [17] c Legrand, in J Baron and R Sauterey, Le béton hydraulique, Presses ENPC, Paris, 1982, Chap [18] c Legrand, Contribution 1’étude de la rhéologie du béton frais, Mater Constr., (1972) 275-295 [19] M Ouchi et al., Applications of self-compacting concrete in Japan, Europe and the United States, ISHPC (2003) - 20 [20] A.w Saak et al., A generalized approach for the determination of yield stress by slump and slump flow, Cem Concr Res., 34 (2004) 363 - 371 [21] s Clayton et al., Analysis of the slump test for on-site yield stress measurement of mineral suspensions, Inter J Min Process., 70 (2003) 21 [22] p Coussot et al., Rheological interpretation of deposits of yield stress íluids, J Non-Newt Fluid Mech., 66 (1996) 55 - 70 [23] H.J Kong et al., Effects of a strong polyelectrolyte on the rheological properties of concentrated cementitious suspensions, Cem Concr Res., 36 (2006) 851 -857 [24] K Yoshioka et al., Adsorption characteristics of superplasticizers on cement component minerals, Cem Concr Res., 32 (2002) 1507 - 1513 [25] H Uchikawa et al., The role of steric repulsive íòrce in the dispersion of cement particles in fresh paste prepared with organic admixture, Cem Concr ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 35 [28] P.F.G Baníĩll, A viscometric study of cement pastes containing superplasticizers with a note on experimental techniques, Magaz Concr Res., 33 (1981)37-47 [29] F Curcio and B.A DeAngelis, Dilatant behavior of superplasticized cement pastes containing metakaolin, Cem Concr Res., 28 (1998) 629 - 634 [30] K.H Khayat, Viscosity-enhancing admixtures for cement-based materials An overview, Cem Concr Compos., 20 (1998) 171 - 188 [31] K.H Khayat, Effects of antiwashout admixtures on fresh concrete properties, Mater J., 92(1995) 164- 171 [32] Fluent Inc., Fluent 6.1 User’s guide, Lebanon, NH, USA, 2003 ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong [...]... nhiều mô hình lưu biến xét đến sự tồn tại ngưỡng chảy của vật liệu, mô hình lưu biến Herschel Bulkley (PT 1.4) đặc trưng bởi ba thông số Xo, K, n đã được đánh giá là mô hình lưu biến thích họp nhất trong việc mô tả ứng xử lưu biến của vữa xi măng và ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê Cao tông Xuân tự đầm lèn và Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 18 2.3 Khái quát về bê tông tự đầm lèn Bê tông. .. của bê tôns tư đầm lèn Thí nghiệm nón cụt Abrams và thí nghiệm hộp chữ L được ứng dụng rất phổ biến trong trong việc kiểm tra đánh giá độ lỏng của bẽ tông tự đầm lèn Ngoài ra, người ta còn có thể đánh giá độ lỏng của bê tông tự đầm lèn bằng các thí nghiệm khác như đo thời gian chảy của bê tông trong phễu chữ V (H 2.6.a), đo chiều cao dâng lên của ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê. .. cong ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê Cao tông Xuân tự đầm lèn và Hoàng Thanh Liêm Phong Trong bài nghiên cứu « ứng xử lưu biến và mô hình sự chảy xòe của bê tông tự đầm lèn », những mục tiêu mà chúng tôi đặt ra trong phần giới thiệu chung đã đạt được và các kết quả thu được sẽ được trình bày tóm tắt dưới đây Trong Chương 1, những kiến thức cơ bản về ứng xử lưu biến như các mô hình. .. kỷ trước, người ta đã chế tạo ra một loại bê tông mới có cường độ cao đồng thời có độ ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê Cao tông Xuân tự đầm lèn và Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 14 thường trước khi trình bày về những đặc điểm, tính chất và ứng xử lưu biến của bê tông tự đầm lèn 2.2 ứng xử lưu biến của bê tông thường 2.2.1 Cấu trúc kết bông của vữa xi măng Xi măng được chế tạo bằng... bê tông tự đầm lèn có khả năng tự chảy và lấp đầy ván khuôn chỉ dưới tác dụng duy nhất của trọng lượng bản thân mà không cần đầm rung như bê tông thường Cũng chính do tác dụng của chất phụ gia siêu dẻo chống lại sự kết bông của vữa xi măng mà bê tông tự đầm lèn có ứng xử lưu biến gần như tuyến tính (n ~ 1 trong mô hình Herschel - Bulkley), hoặc có ứng xử ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe. .. đó pg và V lần lượt là trọng lượng riêng và thể tích của mẫu bê tông ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê Cao tông Xuân tự đầm lèn và Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 21 b) Đô lỏns trong không gian có vât Độ cản lỏng của bê tông trong môi trường có vật cản được xác định bởi thí nghiệm hộp chữ L (L - Box) Thí nghiệm này cho phép đánh giá khả năng tự chảy của bê tông dưới tác dụng của trọng... chua đủ để xác định đuợc bê tông có đảm bảo độ ổn định hay không ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê Cao tông Xuân tự đầm lèn và Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 23 2.6 Đặc điểm thành phần cấu tạo của bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn phải đồng thời đảm bảo hai tính chất trái ngược nhau : độ lỏng và sự ổn định Để dung hòa hai tính chất này, bê tông tự đầm lèn vì vậy phải có những... tâm của rất nhiều những nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới Coi bê tông là chất lỏng nhớt dẻo Bingham, Banfill [28] nhận thấy rằng ngưỡng chảy To và độ nhớt dẻo ĩ] của bê tông giảm dần với hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo Trong một số nghiên cứu, người ta còn nhận thấy rằng bê tông có ứng xử lưu biến chảy đặc (shear ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê Cao tông Xuân tự đầm lèn và Hoàng... số lượng và kích thước các chùm hạt càng nhở và do đó độ nhớt p của vữa xi măng và bê tông càng nhỏ [17, 18] 2.2.5 Mô hình ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông Như chúng tôi đã giới thiệu ở trên, vữa xi măng và bê tông là những vật liệu nhớt - dẻo tồn tại ngưỡng chảy To và chúng có thể có ứng xử lưu biến phi tuyến kiểu chảy lỏng hoặc kiểu chảy đặc tùy thuộc vào thành phần hỗn họp bê tông Trong... măng và do đó làm tăng ngưỡng chảy của vữa xi măng và bê tông Khi vữa xi măng và bê tông chịu các chấn động rung trong quá trình đầm lèn, các hạt xi măng dao động xung quanh vị trí ban đầu của chúng một cách lộn xộn dẫn đến liên kết giữa các hạt xi măng bị phá vỡ Điều này làm giảm thậm chí làm triệt tiêu ngưỡng chảy của vữa xi măng và bê tông [17] ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê ... biến vữa xi măng ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 18 2.3 Khái quát bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn loại bê tông lỏng, đồng... triệu ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Trang 19 2.4 ưu nhược điếm bê tông tự đầm lèn Như giới thiệu trên, bê tông tự đầm lèn có khả tự. .. .24 2.7 ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn 25 CHƯƠNG 26 ứng xử ỉưu biến mô hình thi nghiệm chảy xòe bê Cao tông Xuân tự đầm lèn Hoàng Thanh Liêm Phong Để đáp ứng yêu cầu