Theo qui hoạch phát triển ngành điện từ năm 2006 đến 2015 ban hành kèm theo quyết định số 1102007QĐTTg ngày 18 tháng 07 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ, 28, đến năm 2015 tổng công suất các nhà máy nhiệt điện đốt than khoảng 35.000 MW, lượng tro, xỉ thải ra khoảng 27 triệu tấn, trong đó trên 75 % là tro, 16. Nếu lượng tro này không được sử dụng sẽ tốn hàng nghìn hecta đất để làm bãi chứa đồng thời gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng loại phế thải này trong bê tông đầm lăn, bê tông thông thường với hàm lượng sử dụng thấp, việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao trong bê tông thông thường chưa được đề cập. Để tăng cường sử dụng tro bay nhiệt điện trong bê tông cần đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao đến các tính năng của bê tông, đặc biệt là nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường sử dụng cho các đập thủy lợi, thủy điện.Một trong những vấn đề của bê tông khối lớn thông thường dùng trong xây dựng các đập thủy lợi, thủy điện là nứt nhiệt do thủy hóa xi măng. Để khống chế hiện tượng này thường sử dụng các biện pháp truyền thống như: làm mát cốt liệu, trộn nước đá, sử dụng hệ thống ống làm mát, sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp và nhất là sử dụng tro bay, puzơlan thiên nhiên,v.v... Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho cho bê tông khối lớn đã có từ lâu song ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng tro bay cụ thể là tro tuyển Phả Lại (TT) cho bê tông khối lớn (BTKL) cũng mới chỉ bắt đầu từ những thập niên gần đây. Nhờ những ích lợi to lớn của việc sử dụng tro bay trong các công trình BTKL, đề tài đã chọn hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tàiMục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tàiĐối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất cơ lý của bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực, gồm những nội dung sau:1)Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của chất kết dính.2)Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao.3)Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao.4)Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm bằng sàng 37,5 mm.5)Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn Dmax 75,0 mm hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao.6)Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn dựa trên hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm.4. Phương pháp nghiên cứu của đề tàiTrong nghiên cứu của đề tài đã tiến hành sử dụng các phương pháp nghiên cứu theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước và trên thế giới đồng thời cũng sử dụng thêm các phương pháp phi tiêu chuẩn khác như: Phương pháp xác định độ chảy tỏa của vữa dưới tác dụng của trọng lượng bản thân khối vữa. Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối. Phương pháp toán qui hoạch thực nghiệm. Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa. Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Xác lập được tương quan giữa cường độ của vữa chất kết dính khi có mặt TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng. Xác lập được tương quan giữa cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng. Chứng minh tác dụng của TT hàm lượng cao đến khả năng giảm nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn, khi tăng tỷ lệ thay thế TT thì nhiệt thủy hóa chất kế dính giảm tỷ lệ thuận. Giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn bằng cách sử dụng hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt cho phép đưa vào tính toán cấp phối BTKL không qua khâu trộn và sàng ướt hỗn hợp bê tông với Dmax lớn hơn 37,5 mm. Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần BTKL sử dụng TT hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa trong cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồng thời có tính đến nhiệt độ tối đa cho phép của khối đổ. 6. Đánh giá những điểm mới của đề tài Lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu sử dụng TT với hàm lượng đến 50 % khối lượng chất kết dính (tương đương 70 % theo thể tích) dùng cho bê tông khối lớn thông thường trong xây dựng đập trọng lực. Chứng minh được khi tăng tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT nhiệt thủy hóa chất kết dính giảm tỷ lệ thuận. Xác lập được qui luật phát triển cường độ của vữa, bê tông tuân theo qui luật logarit thời gian khi sử dụng TT hàm lượng cao với sự hiệu chỉnh tương ứng. Xác lập được tương quan giữa nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn với các tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT khác nhau tuân theo qui luật đường thẳng. Đưa ra phương pháp xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt hỗn hợp BTKL qua sàng 37,5 mm giúp giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thành phần BTKL. Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt qua sàng 37,5 mm.7. Cấu trúc của luận ánLuận án gồm 4 chương, kết kuận, kiến nghị. 80 tài liệu tham khảo và tài liệu tác giả đã công bố. Nội dung chính của luận án được trình bày trong 130 trang với 52 bảng, 27 hình và 3 phụ lục.Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới1.1.1 Bê tông sử dụng tro bayViệc nghiên cứu bê tông sử dụng tro bay đã được tiến hành từ đầu thập kỷ 20 và đến những năm 80 của thế kỷ 20 mới nghiên cứu bê tông hàm lượng tro bay cao. Một số nghiên cứu gồm ACI 232.2R96 43, A.G. Zokin, 80, N. Bouzoubaâ, 56, N.Raiendran, 72, Hiroshi Uchikawa, 78, Rafat Siddique, 76, L.H. Jiang, V.M. Malhotra, 61, Rafat Siddique, 75, Rawat Bhatta, 59, V. K. Mathur, 66, Somnuk Tangtermsirikul, 77, BSEN 2061:2000, 57, V.M. Malhotra, 65, R.Rivera, R.Dávila, 74, Tarun R. Naik, 69, Arun Kumar Chakraborty, 58, S. Gopalakrishnan, 60, L. Lam, 62, C.S. Poon, 71, P.Kumar Mehta, 68,1.1.2. Bê tông khối lớn sử dụng tro bay1.1.2.1. Khái niệm về bê tông khối lớnCác công trình nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được ứng dụng trong thực tiễn, tuy nhiên theo tác giả cho đến nay các nghiên cứu về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao trên thế giới và ở Việt Nam còn ít xuất hiện, khái niệm về ‘’Bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ chưa thấy xuất hiện trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trên thế giới cũng như ở Việt Nam trừ bê tông đầm lăn.Theo ACI 116R00, 40, bê tông khối lớn có thể tích đủ lớn và yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với sự phát sinh nhiệt do thủy hóa xi măng diễn ra cùng biến đổi thể tích nhằm giảm nứt nhiệt.1.1.2.2. Khái niệm về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay caoBê tông hàm lượng tro bay cao đã được các tác giả V.M. Malhotra, P.Kumar Mehta đề cập. Xuất phát từ mục đích nghiên cứu của đề tài tác giả đề tài đề xuất ‘’bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ là bê tông khối lớn có hàm lượng tro bay loại F theo ASTM C618 lớn hơn 50% theo thể tích chất kết dính. 1.1.2.3. Tính chất của bê tông khối lớn cho đập trọng lựcTS. Đỗ Hồng Hải, 7, và ACI 207.1R96, 41, các tính chất của bê tông khối lớn là cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số Poisson, ứng suất kéo, từ biến, co khô, tăng nhiệt độ đoạn nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt, tính thấm và độ bền.1.1.2.4. Một số nghiên cứu về bê tông khối lớn sử dụng tro bayCác nghiên cứu về BTKL sử dụng tro bay là ACI 207.1R96, Cengiz Duran Atis, 52, André Bisaillon, Michel Rivest và V.M. Malhotra, 55.1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại bê tông có chứa tro bay ở Việt Nam1.2.1 Bê tông sử dụng tro bayMột số tác giả đã nghiên cứu về ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại (TT) đến tính chất của xi măng và bê tông như: TS. Nguyễn Như Quý 20, ThS. Vũ Hải Nam và cộng sự 14,17, ThS. Vũ Hải Nam và cộng sự, 15, TS. Lương Đức Long và cộng sự, 12. Trong nghiên cứu đã sử dụng tro bay, tro tuyển PL để chế tạo bê tông, các chỉ tiêu nghiên cứu gồm tính công tác, cường độ nén, phản ứng kiềm – silic, bền sunphat. TS. Thái Duy Sâm và cộng sự, 26,TS. Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự, 30, Ths. Trương Thị Thúy và cộng sự, 29, đã nghiên cứu sử dụng TT trong chế tạo bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm, các chỉ tiêu nghiên cứu là điểm bão hòa phụ gia, độ co khô, từ biến, tổn thất độ sụt, khả năng chống thấm, khả năng chống xâm nhập Ion Cl, khả năng chịu mài mòn, nghiên cứu vi cấu trúc vùng giao diện chuyển tiếp. 1.2.2. Bê tông khối lớn sử dụng tro bayTS. Đào Đạt và cộng sự, 5, TS. Hoàng Phó Uyên và cộng sự, 33, Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, 3, Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, 11, TS. Nguyễn Như Quý và cộng sự, 23, GS.TS Nguyễn Tiến Đích, 6, TS. Đỗ Hồng Hải, 7, TS. Lê Quang Hùng và TS. Nguyễn Quang Hiệp, 8,10. Trong nghiên cứu đã chế tạo các cấp phối bê tông sử dụng cho các đập, khả năng giảm nhiệt của bê tông khi sử dụng TT, nghiên cứu về nhiệt trong bê tông khối lớn.Sau khi nghiên cứu các công trình đã công bố về ảnh hưởng của tro bay đến các tính chất của vữa, bê tông, bê tông khối lớn trên thế giới và trong nước có thể rút ra một số nhận xét sau:•Việc ứng dụng tro bay – một loại phụ gia khoáng hoạt tính vào BTKL đã được nghiên cứu và ứng dụng vào các công trình thủy lợi, thủy điện từ lâu và cũng đã bước đầu ứng dụng vào các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam, việc ứng dụng này đem lại hiệu quả cao cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Như vậy, ý nghĩa thực tiễn của việc ứng dụng tro bay vào BTKL là rất cao, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững của ngành vật liệu xây dựng hiện nay. •Khi có mặt tro bay trong BTKL thì sự phát triển nhiệt thủy hóa chậm và thấp hơn nhiều so với mẫu bê tông không sử dụng tro bay, điều này phù hợp với công tác thi công BTKL vì sẽ hạn chế được các vết nứt do ứng suất nhiệt và có thể tính toán bố trí khối đổ lớn hơn, tạo điều kiện tăng tiến độ thi công. Nhiệt độ tỏa ra trong bê tông tỷ lệ nghịch với hàm lượng tro bay trong khối đổ, tuy nhiên qui luật phụ thuộc giữa chúng chưa rõ ràng.•BTKL khi sử dụng tro bay phát triển cường độ chậm ở tuổi sớm, cường độ bê tông giảm khi tăng hàm lượng tro bay, tuy nhiên ở tuổi muộn thì bê tông vẫn có cường độ tương đương bê tông không sử dụng tro bay. Do công trình thủy lợi, thủy điện thường không yêu cầu cường độ tuổi sớm mà thường yêu cầu cường độ tuổi dài ngày (90 ngày hoặc dài hơn), do đó việc ứng dụng tro bay vào BTKL sử dụng cho các công trình này là rất khả thi.•Khi sử dụng tro bay thì lượng nước nhào trộn của bê tông giảm, điều này tạo cơ sở cho thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông với tỷ lệ NCKD thấp hơn mà vẫn giữ được tính công tác hoặc với cùng tỷ lệ NCKD như bê tông không sử dụng tro bay nhưng khi đó hỗn hợp bê tông sẽ có tính công tác tốt hơn. Việc đưa ra chỉ dẫn thiết kế thành phần BTKL khi sử dụng tro bay khi xét đến hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm chưa được đề cập.•Các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam mới chỉ đề cập đến việc sử dụng tro bay với hàm lượng khá thấp, ứng dụng thực tế chưa nhiều (đập thủy điện Tuyên Quang sử dụng 24 %, đập thủy lợi Tân Giang sử dụng 25 % theo khối lượng chất kết dính). Định hướng nội dung nghiên cứu của đề tài:1)Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của chất kết dính.2)Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao.3)Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao.4)Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm bằng sàng 37,5 mm.5)Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao có Dmax = 75,0 mm.6)Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn thông thường.
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Vũ Hải Nam NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TUYỂN PHẢ LẠI HÀM LƯỢNG CAO TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG DÙNG CHO ĐẬP TRỌNG LỰC Chuyên ngành: Vật liệu Công nghệ vật liệu XD Mã số: 62 58 80 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2012 2 Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Như Quý Người hướng dẫn khoa học 2: TS Lương Đức Long Phản biện 1: GS.TS Dương Đức Tín Phản biện 2: TS Lê Quang Hùng Phản biện 3: PGS.TS Cao Duy Tiến Luận án đã bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Xây dựng Vào hồi 14 30 phút ngày 10 tháng 07 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận án tại: 3 - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Theo qui hoạch phát triển ngành điện từ năm 2006 đến 2015 ban hành kèm theo định số 110/2007/QĐ-TTg ngày 18 tháng 07 năm 2007 Thủ tướng Chính phủ, [28], đến năm 2015 tổng công suất nhà máy nhiệt điện đốt than khoảng 35.000 MW, lượng tro, xỉ thải khoảng 27 triệu tấn, 75 % tro, [16] Nếu lượng tro không sử dụng tốn hàng nghìn hecta đất để làm bãi chứa đồng thời gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trong năm gần đây, nước ta đã có số công trình nghiên cứu sử dụng loại phế thải bê tông đầm lăn, bê tông thông thường với hàm lượng sử dụng thấp, việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao bê tông thông thường chưa đề cập Để tăng cường sử dụng tro bay nhiệt điện bê tông cần đặt nhiệm vụ nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng việc thay xi măng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao đến tính bê tông, đặc biệt nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng cao bê tông khối lớn thông thường sử dụng cho đập thủy lợi, thủy điện Một vấn đề bê tông khối lớn thông thường dùng xây dựng đập thủy lợi, thủy điện nứt nhiệt thủy hóa xi măng Để khống chế tượng thường sử dụng biện pháp truyền thống như: làm mát cốt liệu, trộn nước đá, sử dụng hệ thống ống làm mát, sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp sử dụng tro bay, puzơlan thiên nhiên,v.v Trên giới việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho cho bê tông khối lớn đã có từ lâu song Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng tro bay cụ thể tro tuyển Phả Lại (TT) cho bê tông khối lớn (BTKL) thập niên gần Nhờ ích lợi to lớn việc sử dụng tro bay công trình BTKL, đề tài đã chọn hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’ Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích đề tài nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao 4 Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu ảnh hưởng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến số tính chất lý bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực, gồm nội dung sau: 1) Nghiên cứu ảnh hưởng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến số tính chất chất kết dính 2) Nghiên cứu phát triển cường độ vữa bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 3) Nghiên cứu phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm sàng 37,5 mm 5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn D max 75,0 mm hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn dựa hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn 37,5 mm Phương pháp nghiên cứu đề tài Trong nghiên cứu đề tài đã tiến hành sử dụng phương pháp nghiên cứu theo tiêu chuẩn hành nước giới đồng thời sử dụng thêm phương pháp phi tiêu chuẩn khác như: - Phương pháp xác định độ chảy tỏa vữa tác dụng trọng lượng thân khối vữa - Phương pháp thay xi măng TT theo thể tích tuyệt đối - Phương pháp toán qui hoạch thực nghiệm - Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa - Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Xác lập tương quan cường độ vữa chất kết dính có mặt TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có hiệu chỉnh tương ứng - Xác lập tương quan cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có hiệu chỉnh tương ứng - Chứng minh tác dụng TT hàm lượng cao đến khả giảm nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn, tăng tỷ lệ thay TT nhiệt thủy hóa chất kế dính giảm tỷ lệ thuận - Giảm nhẹ trình thí nghiệm xác định tính chất bê tông khối lớn cách sử dụng hệ số tổn thất vữa sàng ướt cho phép đưa vào tính toán cấp phối BTKL không qua khâu trộn sàng ướt hỗn hợp bê tông với Dmax lớn 37,5 mm 5 - Xây dựng phương pháp thiết kế thành phần BTKL sử dụng TT hàm lượng cao dựa hệ số tổn thất vữa cốt liệu lớn 37,5 mm đồng thời có tính đến nhiệt độ tối đa cho phép khối đổ Đánh giá điểm đề tài - Lần Việt Nam nghiên cứu sử dụng TT với hàm lượng đến 50 % khối lượng chất kết dính (tương đương 70 % theo thể tích) dùng cho bê tông khối lớn thông thường xây dựng đập trọng lực - Chứng minh tăng tỷ lệ thay xi măng TT nhiệt thủy hóa chất kết dính giảm tỷ lệ thuận - Xác lập qui luật phát triển cường độ vữa, bê tông tuân theo qui luật logarit thời gian sử dụng TT hàm lượng cao với hiệu chỉnh tương ứng - Xác lập tương quan nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn với tỷ lệ thay xi măng TT khác tuân theo qui luật đường thẳng - Đưa phương pháp xác định hệ số tổn thất vữa sàng ướt hỗn hợp BTKL qua sàng 37,5 mm giúp giảm nhẹ trình thí nghiệm xác định tính chất bê tông khối lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thành phần BTKL - Xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao dựa hệ số tổn thất vữa sàng ướt qua sàng 37,5 mm Cấu trúc luận án Luận án gồm chương, kết kuận, kiến nghị 80 tài liệu tham khảo tài liệu tác giả đã công bố Nội dung luận án trình bày 130 trang với 52 bảng, 27 hình phụ lục Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn sử dụng tro bay giới 1.1.1 Bê tông sử dụng tro bay Việc nghiên cứu bê tông sử dụng tro bay đã tiến hành từ đầu thập kỷ 20 đến năm 80 kỷ 20 nghiên cứu bê tông hàm lượng tro bay cao Một số nghiên cứu gồm ACI 232.2R-96 [43], A.G Zokin, [80], N Bouzoubaâ, [56], N.Raiendran, [72], Hiroshi Uchikawa, [78], Rafat Siddique, [76], L.H Jiang, V.M Malhotra, [61], Rafat Siddique, [75], 6 Rawat Bhatta, [59], V K Mathur, [66], Somnuk Tangtermsirikul, [77], BSEN 206-1:2000, [57], V.M Malhotra, [65], R.Rivera, R.Dávila, [74], Tarun R Naik, [69], Arun Kumar Chakraborty, [58], S Gopalakrishnan, [60], L Lam, [62], C.S Poon, [71], P.Kumar Mehta, [68], 1.1.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay 1.1.2.1 Khái niệm bê tông khối lớn Các công trình nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã ứng dụng thực tiễn, nhiên theo tác giả nghiên cứu bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao giới Việt Nam xuất hiện, khái niệm ‘’Bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ chưa thấy xuất tạp chí khoa học chuyên ngành giới Việt Nam trừ bê tông đầm lăn Theo ACI 116R-00, [40], bê tông khối lớn tích đủ lớn yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với phát sinh nhiệt thủy hóa xi măng diễn biến đổi thể tích nhằm giảm nứt nhiệt 1.1.2.2 Khái niệm bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao Bê tông hàm lượng tro bay cao đã tác giả V.M Malhotra, P.Kumar Mehta đề cập Xuất phát từ mục đích nghiên cứu đề tài tác giả đề tài đề xuất ‘’bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ bê tông khối lớn có hàm lượng tro bay loại F theo ASTM C618 lớn 50% theo thể tích chất kết dính 1.1.2.3 Tính chất bê tông khối lớn cho đập trọng lực TS Đỗ Hồng Hải, [7], ACI 207.1R-96, [41], tính chất bê tông khối lớn cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số Poisson, ứng suất kéo, từ biến, co khô, tăng nhiệt độ đoạn nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt khuếch tán nhiệt, tính thấm độ bền 1.1.2.4 Một số nghiên cứu bê tông khối lớn sử dụng tro bay Các nghiên cứu BTKL sử dụng tro bay ACI 207.1R-96, Cengiz Duran Atis, [52], André Bisaillon, Michel Rivest V.M Malhotra, [55] 1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng loại bê tông có chứa tro bay Việt Nam 1.2.1 Bê tông sử dụng tro bay Một số tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng tro tuyển Phả Lại (TT) đến tính chất xi măng bê tông như: TS Nguyễn Như Quý [20], ThS Vũ Hải Nam cộng [14[,[17], ThS Vũ Hải Nam cộng sự, [15], TS Lương Đức Long cộng sự, [12] Trong nghiên cứu đã sử dụng tro bay, tro tuyển PL để chế tạo bê tông, tiêu nghiên cứu gồm tính công tác, cường độ nén, phản ứng kiềm – silic, bền sunphat 7 TS Thái Duy Sâm cộng sự, [26], TS Nguyễn Thanh Tùng cộng sự, [30], Ths Trương Thị Thúy cộng sự, [29], đã nghiên cứu sử dụng TT chế tạo bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm, tiêu nghiên cứu điểm bão hòa phụ gia, độ co khô, từ biến, tổn thất độ sụt, khả chống thấm, khả chống xâm nhập Ion Cl -, khả chịu mài mòn, nghiên cứu vi cấu trúc vùng giao diện chuyển tiếp 1.2.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay TS Đào Đạt cộng sự, [5], TS Hoàng Phó Uyên cộng sự, [33], Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [3], Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [11], TS Nguyễn Như Quý cộng sự, [23], GS.TS Nguyễn Tiến Đích, [6], TS Đỗ Hồng Hải, [7], TS Lê Quang Hùng TS Nguyễn Quang Hiệp, [8],[10] Trong nghiên cứu đã chế tạo cấp phối bê tông sử dụng cho đập, khả giảm nhiệt bê tông sử dụng TT, nghiên cứu nhiệt bê tông khối lớn Sau nghiên cứu công trình đã công bố ảnh hưởng tro bay đến tính chất vữa, bê tông, bê tông khối lớn giới nước rút số nhận xét sau: • Việc ứng dụng tro bay – loại phụ gia khoáng hoạt tính vào BTKL đã nghiên cứu ứng dụng vào công trình thủy lợi, thủy điện từ lâu đã bước đầu ứng dụng vào công trình thủy lợi, thủy điện Việt Nam, việc ứng dụng đem lại hiệu cao mặt kinh tế kỹ thuật Như vậy, ý nghĩa thực tiễn việc ứng dụng tro bay vào BTKL cao, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững ngành vật liệu xây dựng • Khi có mặt tro bay BTKL phát triển nhiệt thủy hóa chậm thấp nhiều so với mẫu bê tông không sử dụng tro bay, điều phù hợp với công tác thi công BTKL hạn chế vết nứt ứng suất nhiệt tính toán bố trí khối đổ lớn hơn, tạo điều kiện tăng tiến độ thi công Nhiệt độ tỏa bê tông tỷ lệ nghịch với hàm lượng tro bay khối đổ, nhiên qui luật phụ thuộc chúng chưa rõ ràng • BTKL sử dụng tro bay phát triển cường độ chậm tuổi sớm, cường độ bê tông giảm tăng hàm lượng tro bay, nhiên tuổi muộn bê tông có cường độ tương đương bê tông không sử dụng tro bay Do công trình thủy lợi, thủy điện thường không yêu cầu cường độ tuổi sớm mà thường yêu cầu cường độ tuổi dài ngày (90 ngày dài hơn), việc ứng dụng tro bay vào BTKL sử dụng cho công trình khả thi 8 • Khi sử dụng tro bay lượng nước nhào trộn bê tông giảm, điều tạo sở cho thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông với tỷ lệ N/CKD thấp mà giữ tính công tác với tỷ lệ N/CKD bê tông không sử dụng tro bay hỗn hợp bê tông có tính công tác tốt Việc đưa dẫn thiết kế thành phần BTKL sử dụng tro bay xét đến hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn 37,5 mm chưa đề cập • Các nghiên cứu trước Việt Nam đề cập đến việc sử dụng tro bay với hàm lượng thấp, ứng dụng thực tế chưa nhiều (đập thủy điện Tuyên Quang sử dụng 24 %, đập thủy lợi Tân Giang sử dụng 25 % theo khối lượng chất kết dính) Định hướng nội dung nghiên cứu đề tài: 1) Nghiên cứu ảnh hưởng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến số tính chất chất kết dính 2) Nghiên cứu phát triển cường độ vữa bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 3) Nghiên cứu phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm sàng 37,5 mm 5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao có Dmax = 75,0 mm 6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn thông thường Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu sử dụng nghiên cứu 2.1.1 Xi măng Đề tài sử dụng xi măng PC 40 Công ty xi măng Bút Sơn sản xuất Chất lượng xi măng thỏa mãn TCVN 2682:2009 2.1.2 Tro bay Tro bay sử dụng tro tuyển Phả Lại (TT) Chất lượng TT thỏa mãn ASTM C618:2003 TCVN 6882:2001, [36] 2.1.3 Cốt liệu lớn Trong nghiên cứu sử dụng hai loại cốt liệu: Với cốt liệu có D max = 37,5; sử dụng cỡ hạt: 4,75÷12,5 mm; 4,75÷19,0 mm; 19,0÷37,5 mm Với cốt liệu có Dmax 75,0 mm; sử dụng cỡ hạt: 4,75÷12,5 mm; 4,75÷19,0 mm; 9 19,0÷37,5 mm; 37,5÷75,0 mm Các tiêu chất lượng cốt liệu lớn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật ASTM C33 2.1.4 Cốt liệu nhỏ Cốt liệu nhỏ sử dụng cho nghiên cứu đề tài cát vàng Sông Lô Các tiêu chất lượng cát vàng Sông Lô thỏa mãn yêu cầu theo ASTM C33 2.1.5 Phụ gia dẻo hóa Lignosunphonat Trong nghiên cứu đề tài sử dụng phụ gia giảm nước kéo dài thời gian đông kết gốc Lignosunfonat (Plastiment 96) Chất lượng phụ gia Plastiment 96 thỏa mãn loại D theo ASTM C494, [49] 2.2 Các Phương pháp sử dụng nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp xác định độ chảy vữa Phương pháp thí nghiệm độ chảy vữa tiến hành dụng cụ hình nón cụt theo tiêu chuẩn ASTM C230, [48], kích thước D 1=70 mm, D2=100 mm, h=60 mm 2.2.2 Phương pháp thay xi măng TT theo thể tích tuyệt đối Trong nghiên cứu đề tài sử dụng phương pháp thay xi măng TT theo thể tích 2.2.3 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm 2.2.4 Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa Trong phương pháp sàng ướt để xác định hệ số tổn thất vữa ta sàng ướt loại bỏ lượng cốt liệu lớn 37,5 mm đồng thời có lượng vữa bám dính vào, cần tiến hành thí nghiệm để xác định lượng vữa bám dính để làm sở cho việc tính toán thành phần BTKL 2.2.5 Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông Mục đích phương pháp đo nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông để xác định nhiệt độ thủy hóa lớn trình thủy hóa chất kết dính tạo ra, từ có biện pháp khống chế chênh lệch nhiệt độ tâm khối đổ nhiệt độ môi trường nằm phạm vi cho phép nhằm không gây nứt nhiệt cho bê tông Qua kết nghiên cứu đề tài nguyên vật liệu sử dụng nghiên cứu phương pháp đưa nghiên cứu tác giả rút số nhận xét sau: • Vật liệu sử dụng nghiên cứu đề tài đáp ứng yêu cầu mức chất lượng tiêu chuẩn hành nước • Phương pháp xác định độ chảy vữa cho phép xác định ảnh hưởng tỷ lệ C/CKD đến độ chảy vữa 10 • • • • 10 Phương pháp thay xi măng TT theo thể tích tuyệt đối bảo đảm giảm ảnh hưởng việc thay đổi hệ số dư hồ thay xi măng TT thay đổi thể tích tuyệt đối bột mịn Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn kết hợp phương pháp qui hoạch thực nghiệm cho phép giảm số lượng mẫu thí nghiệm nghiên cứu xác định qui luật phát triển cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao thay đổi tỷ lệ N/CKD; TT/CKD; hệ số dư vữa β Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm mm cho phép giảm nhẹ công tác chuẩn bị mẫu thử từ bê tông có Dmax lớn 37,5 mm Phương pháp xác định nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông cho biết khả giảm nhiệt thủy hóa bê tông thay phần xi măng TT, đồng thời cho biết lượng dùng chất kết dính đảm bảo giảm nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn cần thiết giảm cường độ bê tông mức cho phép Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TT HÀM LƯỢNG CAO ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VỮA TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG 3.1 Ảnh hưởng TT đến tính chất chất kết dính hỗn hợp xi măng – tro tuyển Kết thí nghiệm ảnh hưởng TT đến số tính chất chất kết dính thể bảng 3-1 Bảng 3-1 Ảnh hưởng TT đến số tính chất CKD Thời gian Cường độ nén (ngày), Nhiệt thuỷ hoá ST TT, đông kết, MPa tuổi (ngày), Cal/g phút T % BĐ KT 28 90 28 40, 52, 60, 70, 100, 122, 110 160 31,0 4 37, 47, 61, 62, 109, 10 115 180 27,5 88,2 32, 44, 58, 56, 20 130 205 24,7 80,3 97,6 0 28, 38, 53, 48, 30 145 220 20,5 71,7 86,2 7 22, 36, 49, 42, 40 155 235 15,3 60,3 73,8 15 15 R7 = 11,12 - 0,98X1 - 1,32X2 - 0,32X3 - 0,33X1X3 + 0,19X R14= 13,84 - 1,17X1 - 1,87X2 - 0,29X3 + 0,32X + 0,43X R28= 16,22 - 1,58X1 - 1,8X2 - 0,38X3 + 0,75X + 0,58X R56= 21,26 - 2,14X1 - 2,37X2 + 0,36X3 - 0,67X 2 0,79X1X2X3 R180= 26,58 - 2,22X1 - 2,37X2 - 1,05X 2 - 0,3X - 0,12X - 0,49X - 0,51X1X3 + 0,35X 0,66X2X3 - 0,79X1X2X3 R90= 24,66 - 2,16X1 - 2,18X2 - 1,11X 2 (3.23) 2 (3.24) (3.25) - 0,15X - 0,58X 2 - (3.26) - 0,46X2X3 - (3.27) - 0,39X1X3 - 0,54X1X2X3 (3.28) R365 = 29,78 – 1,75X1 – 1,4X2 – 0,53X2X3 – 0,56X12 – 0,69X32 (3.29) 3.3.3 Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ bê tông khối lớn TT hàm lượng cao Dùng kết qủa mẫu M9, M12 để đánh giá tác dụng TT tới phát triển cường độ bê tông theo thời gian đến tuổi 365 ngày, kết trình bày hình 3-9 Hình 3-9 Đồ thị biểu diễn phát triển cường độ bê tông theo thời gian Bảng 3-15 Phương trình quan hệ cường độ nén (R) với thời gian theo Lg(N) % TT Phương trình hồi quy R2 16 16 50 70 Mẫu 70% TT: R = 11,2.Lg(N) + 1,5 R = 9,7.Lg(N) + 0,1 Lg ( a ) = − Mẫu 50% TT: Lg (a ) = − 0,98 0,98 0,1 = −0,01 9,7 1,5 = −0,133 11,2 Sự chênh lệch không đáng kể bổ qua Từ cho phép kết luận phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao tỷ lệ thuận với lôgarit thập phân thời gian theo công thức sau: (3.31) n Rbt Lg ( n) = m Lg ( m) Rbt Từ công thức cho phép dự báo cường độ nén bê tông tuổi dài ngày biết cường độ nén tuổi ngắn ngày ngược lại Thực tiễn công thức 3.31 phù hợp cho nước ôn đới, [70] Trong điều kiên nhiệt độ ẩm Việt Nam áp dụng công thức cho kết có độ sai lệch đáng kể Đề tài đã làm rõ với có mặt TT hàm lượng cao BTKL việc sử dụng công thức 3.31 phù hợp không cần hiệu chỉnh 3.3.4 So sánh phát triển cường độ nén mẫu vữa mẫu bê tông Để xét ảnh hưởng TT đến phát triển cường độ vữa bê tông, tiến hành nghiên cứu tỷ lệ TT/CKD 30%, 50%, 70% tỷ lệ N/CKD thể đồ thị hình 3-10, hình 3-11, hình 3-12 ∆l30 Hình 3-10 Cường độ vữa, bê tông ∆l50 Hình 3-11 Cường độ vữa, bê tông 17 17 tỷ lệ TT/CKD=30% tỷ lệ TT/CKD=50% ∆l7 Hình 3-12 Cường độ vữa, bê tông tỷ lệ TT/CKD=70% Khi sử dụng TT khả chịu lực vùng giao diện chuyển tiếp đá xi măng cốt liệu cải thiện đáng kể xảy phản ứng puzơlanic sản phẩm thủy hóa xi măng với thành phần hoạt tính có tro tuyển làm tăng cường độ, tăng độ đặc (hiệu ứng tường chắn) Ngoài ra, tro tuyển sử dụng bê tông góp phần cải thiện thành phần phần hạt (hiệu ứng tăng độ đặc chắc) , cải thiện thành phần hạt có mẫu vữa, nhiên cải thiện thành phần hạt bê tông diễn rõ nét hiệu hơn, điều thể rõ chênh lệch độ cao ∆l đường cường độ vữa bê tông có xu hướng tăng tuổi bê tông vữa tăng 3.3.5 Kết thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa sàng ướt Xác định tổn thất vữa mẫu 0% tro tuyển Kết thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm mẫu không sử dụng tro tuyển nêu bảng 3-17 Bảng 3-17 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm Tên m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % tiêu Kết 13,97 14,65 13,95 13,90 4,47 Xác định tổn thất vữa mẫu 30% tro tuyển Kết thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm mẫu 30% tro tuyển nêu bảng 3-18 Bảng 3-18 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm Tên m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % tiêu Kết 13,57 14,09 13,54 13,48 3,60 18 18 Xác định tổn thất vữa mẫu 50% tro tuyển Kết thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm mẫu 50% tro tuyển nêu bảng 3-19 Bảng 3-19 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm Tên m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % tiêu Kết 13,26 13,76 13,26 13,22 3,16 Xác định tổn thất vữa mẫu 70% tro tuyển Kết thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm mẫu 70% tro tuyển nêu bảng 3-20 Bảng 3-20 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm Tên m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % tiêu Kết 13,65 14,15 13,63 13,58 3,27 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn 3.4.1 Tính toán nhiệt độ bê tông theo nhiệt thủy hóa chất kết dính Bảng 3-23 Nhiệt thủy hóa chất kết dính kể đến chênh lệch nhiệt độ chênh lệch thể tích STT Tỷ lệ Tỷ lệ Thời Nhiệt thủy Chệnh Nhiệt thủy thay thay gian hóa kể đến lệch thể hóa kể đến TT theo theo lý chênh tích, % chênh thể tích, theo thuyết, lệch nhiệt lệch thể % KL, % độ, kJ/kg tích, kJ/kg 0 182 425 425,0 30 20,8 186 345 8,7 375,0 50 34,7 185 290 15,5 335,0 70 48,5 173 220 22,0 268,4 Nhiệt độ mẫu bê tông sau đóng rắn tính theo công thức: (3.34) T = To + Q.B Cc Trong đó: To - nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tông, oC; Q - nhiệt thủy hóa CKD, kJ/kg; B - hàm lượng chất kết dính bê tông, kg/m3; Cc- nhiệt dung riêng (thể tích) bê tông, kJ/m3 oC Với mẫu không sử dụng TT 19 19 425x 220 = 61.7( o C ) 2589 Với mẫu sử dụng TT thay 30% theo thể tích xi măng T = 25,6 + T = 28 + 375x 200 = 57,2( o C ) 2572 Với mẫu sử dụng TT thay 50% theo thể tích xi măng T = 27,7 + 335x187 = 52,2( o C ) 2561 Với mẫu sử dụng TT thay 70% theo thể tích xi măng 268,4 x173 T = 25,7 + = 43,9( o C ) 2550 3.4.2 Kết nghiên cứu tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn sử dụng TT 3.4.2.1 Tính toán cấp phối bê tông cho nghiên cứu Bảng 3-24 Cấp phối bê tông có sử dụng tro tuyển Phả Lại 1m3 Tỷ lệ N TT C D TT, % 1: : : : CKD CKD CKD CKD 70 : 0,925 : 0,62 : 3,61 : 8,32 50 : 0,86 : 0,41 : 3,34 : 7,70 30 : 0,80 : 0,23 : 3,12 : 7,20 : 0,73 : : 2,84 : 6,55 3.4.2.2 Kết nghiên cứu tăng nhiệt độ đoạn nhiệt Cấp phối bê tông nghiên cứu nêu bảng 3-24 Kết thí nghiệm thể hình 3-17, hình 3-18, hình 3-19 Hình 3-17 Sự phát triển nhiệt độ Hình 3-18 Sự phát triển nhiệt độ 20 20 bê tông với hàm lượng tro tuyển Phả Lại khác đoạn nhiệt bê tông với hàm lượng tro tuyển Phả Lại khác Hình 3-19 Sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông với hàm lượng tro tuyển Phả Lại khác Từ biểu đồ hình 3-17 ta thấy phát triển nhiệt độ bê tông với mẫu không sử dụng TT sau 65 nhiệt độ đạt giá trị tối đa, với mẫu 70% xi măng sau 75 đạt nhiệt độ tối đa, với mẫu 50% xi măng sau 85 đạt giá trị tối đa, với mẫu 30% xi măng sau 90 đạt giá trị tối đa Qua kết cho thấy tăng tỷ lệ sử dụng TT làm tăng thời gian đạt nhiệt độ tối đa bê tông Từ biểu đồ hình 3-18 hình 3-19 nhận thấy nhiệt độ đoạn nhiệt mẫu không sử dụng tro tuyển Phả Lại so với mẫu sử dụng 30% TT giảm 6.40C (17.98%) Với mẫu sử dụng 50% TT nhiệt độ đoạn nhiệt giảm 10.80C (30.34%) mẫu sử dụng 70% TT nhiệt độ đoạn nhiệt giảm 15.9 0C (44.66%) Qua kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông giảm sử dụng tro tuyển Phả Lại Giả sử tính trung bình đóng góp kilôgam xi măng cho nhiệt độ đoạn nhiệt 0,16 C, giảm 30% xi măng theo thể tích tương đương 66 kg nhiệt độ cần giảm 10,5 0C thực tế đo giảm 6,4 0C đạt khoảng 60%, tương tự giảm 50% xi măng theo thể tích tương đương 110 kg nhiệt độ cần giảm 17,6 0C thực tế đo giảm 10,8 C đạt khoảng 60% giảm 70% xi măng theo thể tích tương đương 150 kg nhiệt độ cần giảm 24 0C, thực tế đo giảm 15,9 C đạt khoảng 66% Như phương pháp đo nhiệt độ đoạn nhiệt BTKL có hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao cho phép rút kết luận: Sự có mặt tro tuyển Phả Lại cho phép giảm tối đa nhiệt độ đoạn nhiệt BTKL đến khoảng 60% nhiệt độ phần xi măng bị thay Từ nhận xét: thay xi măng clanhke TT theo thể tích rắn nhiệt độ tối đa đo mẫu bê tông khối lớn thiết bị đo 21 21 nhiệt độ đoạn nhiệt giảm từ 53% đến 67% so với nhiệt độ phần xi măng bị thay Trong theo khuyến cáo Gajda, M Vangeem, [79], thay tro bay loại F từ 15÷25% theo khối lượng xi măng clanke chúng giảm nhiệt khoảng nửa lượng xi măng clanke thay Như qua kết nghiên cứu đề tài tỷ lệ thay TT 50% theo thể tích đặc khả giảm nhiệt khoảng 50% thay đến 70% TT theo thể tích đặc khả giảm nhiệt tốt Trong kết nghiên cứu không sử dụng tro tuyển nhiệt độ đoạn nhiệt 35,6 oC sử dụng 107 kg tro tuyển nhiệt độ đoạn nhiệt 19,7 oC, chênh lệch lượng dùng tro tuyển 107 kg, chênh lệch nhiệt độ 15,9 oC Như 10 kg tro tuyển m3 bê tông giảm ≈ 1,5oC, tác dụng giảm nhiệt TT tốt so với khuyến cáo tài liệu, [1.pp 25-38] 3.4.3 Kết qủa nghiên cứu nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn sử dụng TT kết hợp phụ gia giảm nước Lignosunphonat (LS) Bảng 3-26 Cấp phối bê tông có sử dụng tro tuyển Phả Lại kết hợp phụ gia giảm nước LS Tỷ lệ TT, % : N : TT : C : D : PGHH CKD CKD CKD CKD CKD 70 : 0,925 : 0,62 : 3,61 : 8,32 : 0,005 50 : 0,86 : 0,41 : 3,34 : 7,70 : 0,0047 30 : 0,80 : 0,23 : 3,12 : 7,20 : 0,0044 : 0,73 : : 2,84 : 6,55 : 0,004 Kết thí nghiệm tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông thể hình 3-20, hình 3-21, hình 3-22 Hình 3-20 Sự phát triển nhiệt độ bê tông với hàm lượng tro tuyển Phả Lại khác Hình 3-21 Sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông với hàm lượng tro tuyển Phả 22 kết hợp phụ gia giảm nước LS 22 Lại kết hợp phụ gia giảm nước LS Hình 3-22 Sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông với hàm lượng tro tuyển Phả Lại khác kết hợp phụ gia giảm nước LS Trên hình 3-20 nhận thấy với mẫu không sử dụng TT nhiệt độ tối đa đạt sau 95 giờ, với mẫu 70% xi măng đạt nhiệt độ tối đa sau 110 giờ, với mẫu 50% xi măng đạt nhiệt độ tối đa sau 120 giờ, với mẫu 30% xi măng đạt nhiệt độ tối đa sau 140 Để đạt nhiệt độ tối đa mẫu có sử dụng phụ gia LS có thời gian chậm so với mẫu không sử dụng phụ gia LS Cùng cấp phối bê tông, nhiệt độ tối đa mẫu không sử dụng phụ gia LS cao so với mẫu sử dụng phụ gia LS Nhiệt độ đoạn nhiệt mẫu không sử dụng tro tuyển Phả Lại so với mẫu sử dụng 30% TT giảm 7.1 0C (20.6%), với mẫu sử dụng 50% TT nhiệt độ đoạn nhiệt giảm 10.5 0C (30.5%), với mẫu sử dụng 70% TT nhiệt độ đoạn nhiệt giảm 15.6 0C (45.3%) Theo kết nghiên cứu đóng góp kilôgam xi măng cho nhiệt độ đoạn nhiệt 0,16 C, giảm 30% xi măng theo thể tích tương đương 66 kg nhiệt độ cần giảm 10,5 0C thực tế đo giảm 7,1 0C đạt khoảng 67,6%, tương tự giảm 50% xi măng theo thể tích tương đương 110 kg nhiệt độ cần giảm 17,6 0C thực tế đo giảm 10,5 0C đạt khoảng 59,7% giảm 70% xi măng theo thể tích tương đương 150 kg nhiệt độ cần giảm 24 0C thực tế đo giảm 15,6 0C đạt khoảng 65% Như phương pháp đo nhiệt độ đoạn nhiệt BTKL có hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao cho phép rút kết luận: Sự có mặt tro tuyển Phả Lại kết hợp phụ gia LS cho phép giảm tối đa nhiệt độ đoạn nhiệt BTKL đến khoảng 60% nhiệt độ phần xi măng bị thay Qua kết nghiên cứu cho thấy sử dụng phụ gia LS có tác dụng làm chậm thời gian đạt giá trị nhiệt độ tối đa đồng thời làm giảm nhiệt độ tối đa mẫu bê tông BTKL sử dụng TT kết hợp phụ gia LS có tác dụng giảm nhiệt độ đoạn nhiệt tốt sử dụng TT 23 23 Qua kết nghiên cứu ảnh hưởng TT hàm lượng cao đến tính chất chất kết dính hỗn hợp xi măng+TT, vữa bê tông khối lớn, bê tông khối lớn có số nhận xét sau: • Việc sử dụng TT hàm lượng cao chất kết dính có tác dụng tốt việc phát triển cường độ chất kết dính tuổi dài ngày, đồng thời làm giảm mạnh nhiệt thủy hóa chất kết dính Nhiệt thủy hóa giảm tỷ lệ thuận với tỷ lệ thay xi măng tro tuyển • Tỷ lệ N/CKD tỷ lệ C/CKD hai yếu tố ảnh hưởng đến độ dẻo vữa chất kết dính Khi tỷ lệ C/CKD tăng độ chảy vữa giảm theo qui luật tỷ lệ nghịch • Cường độ vữa bê tông có hàm lượng TT cao phát triển tuân theo qui luật logarit thập phân thời gian với hiệu chỉnh định • Kết xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn cho thấy với tỷ lệ thay tro tuyển Phả Lại khác lượng vữa bám dính sàng 37,5 mm sàng ướt thay đổi • Kết xác định nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông cho thấy khả giảm nhiệt bê tông xi măng thay phần TT theo thể tích • Nhiệt tỏa tối đa bê tông tính toán theo lý thuyết dựa nhiệt thủy hóa chất kết dính gần tương đương với nhiệt tỏa tối đa đo phương pháp đoạn nhiệt • Khi TT thay xi măng theo thể tích làm giảm nhiệt độ tối đa bê tông đồng thời làm chậm thời gian đạt giá trị nhiệt độ tối đa Với mẫu không sử dụng TT nhiệt độ tối đa T max= 61,2oC sau 65 giờ, mẫu sử dụng 70% TT thay xi măng theo thể tích đạt nhiệt độ tối đa T max = 45,4oC sau 90 • Khi sử dụng phụ gia LS với cấp phối bê tông làm giảm nhiệt độ tối đa đồng thời làm chậm thời gian đạt giá trị tối đa Với mẫu không sử dụng TT sử dụng phụ gia LS cho nhiệt độ tối đa T max = 59,5oC sau 95 Tương tự với mẫu 70% TT sử dụng phụ gia LS đạt nhiệt độ tối đa Tmax = 44,3oC sau 140 • Việc kết hợp sử dụng TT thay phần xi măng kết hợp phụ gia giảm nước lignosunphonat giúp giảm đáng kể nhiệt độ đoạn nhiệt BTKL Việc sử dụng phụ gia giảm nước lignosunphonat có tác dụng làm chậm qúa trình tỏa nhiệt BTKL 24 24 Chương 4: ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG SỬ DỤNG TT HÀM LƯỢNG CAO TRÊN CƠ SỞ CÔNG THỨC BÔLÔMÂY-SKRAMTAEP 4.1 Tính toán hiệu chỉnh hệ số A công thức Bôlômây-Skramtaep Từ công thức (khi tỷ lệ CKD/N ≤ 2,5): (4.1) Rbt = A.Rckd ( A= CKD − 0,5) N Rbt CKD Rckd ( − 0,5) N (4.2) Trong đó: Rbt - cường độ nén bê tông, MPa; Rckd - cường độ nén chất kết dính, MPa; A - hệ số; CKD/N - tỷ lệ chất kết dính nước Hệ số A công thức đề cập đến phẩm chất cốt liệu sử dụng Tại hình 3.21 trang 175 tài liệu, [70], quan hệ lượng dùng chất kết dính Dmax cốt liệu, với bê tông sử dụng hàm lượng chất kết dính lớn, D max lớn làm giảm cường độ bê tông Trái lại, với bê tông sử dụng hàm lượng chất kết dính thấp cường độ bê tông tăng Dmax tăng Bê tông sử dụng nghiên cứu BTKL, lượng sử dụng chất kết dính thấp có Dmax lớn có nhiều khác biệt so với bê tông thông thường, cần điều chỉnh hệ số A công thức (4.1) sau: B =k xA (4.3) Trong đó: A - hệ số công thức Bôlômây – Skramtaep; k - hệ số hiệu chỉnh sử dụng TT hàm lượng cao; B - hệ số tính toán từ kết bê tông đề tài Lúc công thức tính tỷ lệ CKD/N theo công thức: 28 Rbt CKD = + 0,5 28 N A × k × Rckd CKD - lượng dùng chất kết dính cho 1m3 bê tông, kg; N - lượng nước cho 1m3 bê tông, lít; A - hệ số lấy theo Bôlômây-Skramtaep; k - hệ số điều chỉnh ảnh hưởng cốt liệu đến cường độ BTKL 0,8 kết tính toán đề tài; Rbt28 - cường độ bê tông tuổi 28 ngày, MPa Rckd28 - cường độ chất kết dính tuổi 28 ngày thí nghiệm theo TCVN 6016:1995, MPa 4.2 Các bước thiết kế cấp phối bê tông Trong đó: 25 25 4.2.1 Xác định cấp phối bê tông Dmax 37,5 mm Các bước tính toán thành phần bê tông D max 37,5 tiến hành chương luận án Về giống bê tông thông thường, có lưu ý đến khả giảm nước nhào trộn sử dụng tro tuyển tỷ lệ tro tuyển sử dụng để đảm bảo vấn đề nhiệt, hệ số A công thức Bôlômây – Skramtaep 4.2.2 Xác định cấp phối bê tông có Dmax lớn 37,5 mm Bước 1: Xác định lượng vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm (V37,5) Bước 2: Thành phần cấp phối bê tông Dmax 37,5 mm tính toán mục 4.2.1 Bước 3: Xác định lượng dùng cốt liệu lớn có D max lớn 37,5 mm bảng 4.9, bảng 4.10 – dẫn Bước 4: Tính toán cấp phối bê tông có Dmax lớn 37,5 mm Cỡ hạt cốt liệu có Dmax lớn 37,5 mm chiếm ξ% Như để chế tạo bê tông Dmax lớn 37,5 mm cần bổ sung lượng cốt liệu sót sàng 37,5 mm sau: tương đương (4.10) 37 , > 37 , mcll m >37 , 37 , >37 , mcll = − mcll Vcll = cll (1 − ξ / 100) ρ cll Trong đó: mcll>37,5 - lượng cốt liệu lớn 37,5 mm, kg; mcll37,5 - lượng dùng cốt liệu lớn cấp phối Dmax 37,5 mm, kg; Vcll>37,5 - thể tích cốt liệu lớn 37,5 mm lít; ρcll - khối lượng riêng cốt liệu lớn, g/cm3 Thể tích bê tông Vbt = 1000 + Vcll>37,5, ta có hệ số Kv= Vbt/1000 Bước 5: Hiệu chỉnh cấp phối bê tông D max lớn 37,5 mm kể đến lượng vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm Lượng cốt liệu lớn 37,5 mm chiếm ξ % tổng lượng cốt liệu lớn, ta có: Lượng cốt liệu lớn 37,5 mm = x ξ/100 = m37,5 (4.11) mcll Kv Lượng vữa bám dính = m37,5 x V37,5/100 = mv (4.12) Mặt khác ta có tỷ lệ thành phần vật liệu cấp phối bê tông D max 37,5 mm (4.13) m x mtt mc ln N : XM : TT : CLN = mn : m x : mtt : mc ln = : : : m n mn mn Lượng nước lượng vữa bám dính: 26 26 (4.14) mv mnv = m m m + x + tt + c ln mn m n mn Lượng xi măng lượng vữa bám dính: m m xv = mnv × x mn (4.15) Lượng tro bay lượng vữa bám dính là: (4.16) m mttv = m nv × tt mn Lượng cốt liệu nhỏ lượng vữa bám dính: (4.17) mc ln mc ln v = mnv × mn Hiệu chỉnh thành phần vật liệu kể đến lượng vữa bám dính Lượng nước nhào trộn lúc này: , lít (4.18) N = m nv + mn Kv Lượng xi măng lúc này: m XM = m xv + x Kv , kg (4.19) Lượng tro bay lúc : m TT =m ttv + tt Kv , kg (4.20) Lượng cốt liệu nhỏ lúc này: CLN = mc ln v m + c ln Kv , kg (4.21) Lượng cốt liệu lớn lúc này: m m m m CLL = cll − (m nv + xv + ttv + c ln v ) × ρ cll Kv ρx ρ tt ρ c ln , kg (4.22) 27 27 Từ kết nghiên cứu tăng nhiệt độ đoạn nhiệt hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm cho phép rút nhận xét sau: • Đây phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao nói riêng bê tông khối lớn nói chung • Phương pháp dựa cấp phối bê tông D max 37,5 mm, Dmax khác tiến hành xác định hệ số bám dính vữa, bước tính toán tiêp theo đơn giản dễ thực • Với phương pháp cho phép giảm nhẹ rút ngắn tình thí nghiệm tính chất bê tông khối lớn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua kết nghiên cứu đề tài ‘’Nghiên cứu sử dụng TT hàm lượng cao bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’ cho phép rút số kết luận, kiến nghị sau: Kết luận 1) Đề tài lần Việt Nam nghiên cứu sử dụng TT với hàm lượng đến 50 % khối lượng chất kết dính (tương đương 70 % theo thể tích) dùng cho bê tông khối lớn thông thường xây dựng đập trọng lực 2) Qua kết nghiên cứu nhiệt thủy hóa chất kết dính tính toán nhiệt độ lớn bê tông nhiệt thủy hóa chất kết dính cho thấy tăng tỷ lệ thay xi măng TT nhiệt thủy hóa chất kết dính giảm tỷ lệ thuận với lượng xi măng bị thay 3) Cường độ vữa, bê tông có hàm lượng TT cao phát triển tuân theo qui luật logarit thập phân thời gian với hiệu chỉnh định 4) Chênh lệch cường độ vữa bê tông tuổi dài ngày so với tuổi 28 ngày tính % tăng tỷ lệ thay xi măng TT tăng 5) Hệ số tổn thất vữa bám dính cốt liệu có D max lớn 37,5 mm (với Dmax = 75,0 mm) BTKL với tỷ lệ thay xi măng TT khác ≈ 3,5% 28 28 6) Khi thay xi măng TT nhiệt độ tối đa BTKL giảm đồng thời kéo dài thời gian đạt nhiệt độ tối đa BTKL Khi sử dụng kết hợp TT với phụ gia LS, tăng hiệu giảm nhiệt độ tối đa BTKL kéo dài thời gian đạt nhiệt độ tối đa BTKL 7) Nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn có mặt TT với hàm lượng cao với tỷ lệ thay khác tuân theo qui luật tỷ lệ thuận 8) Đề tài đã đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao dựa hệ số tổn thất vữa sàng ướt BTKL với cốt liệu Dmax lớn 37,5 mm Kiến nghị 1) Khi áp dụng điều kiện thực tế Việt Nam kết luận án giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường tro bay nhà máy nhiệt điện thải 2) Tiếp tục nghiên cứu số tính chất khác bê tông khối lớn bê tông khối lớn thông thường có hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao tính thấm nước, khả chịu kéo, mô đun đàn hồi, v.v 3) Tiếp tục nghiên cứu hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn 37,5 mm với Dmax lớn 75 mm CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Vũ Hải Nam cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài, Nghiên cứu sử dụng tro bay Suralaya Indonexia làm phụ gia khoáng cho chế tạo xi măng bê tông, Hà Nội, 2006 Vũ Hải Nam, Nghiên cứu so sánh ảnh hưởng tro bay xỉ hạt lò cao Việt Nam nước đến tính chất xi măng bê tông, Luận án thạc sỹ kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Vũ Hải Nam cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài RD 36-06, Nghiên cứu sử dụng hợp lý loại phụ gia khoáng cho chế tạo bê tông đầm lăn, Hà Nội, 2007 Vũ Hải Nam cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài, Nghiên cứu sử dụng puzơlan xưa - nghĩa đàn làm phụ gia khoáng cho chế tạo bê tông đầm lăn, Hà Nội, 2007 29 29 Vũ Hải Nam cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài, Nghiên cứu sử dụng puzơlan mỏ Núi thơm – xã Long Tân – Huyện Long Đất mỏ puzơlan Núi Đất – xã Long Phước – thị xã Bà Rịa – tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu làm phụ gia khoáng cho xi măng, bê tông bê tông đầm lăn, Hà Nội, 2009 Vũ Hải Nam, Nguyễn Như Quý, Ngiên cứu phát triển cường độ vữa có hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao, Tạp chí xây dựng số 01-2010, tr 98-102 Vũ Hải Nam, Nguyễn Như Quý, Nghiên cứu nghiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao, Tạp chí xây dựng số 02-2011, tr 67-69 Vũ Hải Nam, Nguyễn Như Quý, Nghiên cứu phát triển cường độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn sử dụng hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao, Tạp chí Nông nghiệp phát triển nông thôn số 04-2011, tr 39-42 Vu Hai Nam, Thai Hong Chuong, Influence of Limestone Powder and Quang Ngai Basalt on Strength of Blended Portland Cement, Proceedings of Abtrasts of the th ACF International Conference ACF/VCA – 2008 on Sustainable Concrete Technology and Structures in Local Climate and Environment Conditions, November 11-13, 2008, Ho Chi Minh City, Viet Nam ... nghiên cứu đề tài bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao 4 Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu ảnh hưởng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến... lợi to lớn việc sử dụng tro bay công trình BTKL, đề tài đã chọn hướng nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực ’ Mục... vữa bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 3) Nghiên cứu phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao 4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa sàng ướt bê tông