CHUYÊN ĐỀ MÔN VẬT LIỆU MỚI, LỚP CAO HỌC CẦU HẦM

Chuyên đề vật liệu Lớp Cao học cầu hầm K19 CHUYÊN ĐỀ MÔN VẬT LIỆU MỚI CHUYÊN ĐỀ 1:: Anh (Chị) trình bầy loại chất thải có khả tận dụng XD gồm vai trò, đặc tính, ý nghĩa cách sử dụng Em xin trình bày chất thải tro bay sử dụng cho bê tơng xây dụng: Vai trò tro bay: Tro bay loại “puzzolan nhân tạo” bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 (chiếm khoảng 84%)… tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 0,05 – 50 nanomet (1 nanomet = 1x10-9m) tỉ diện 300 – 600m2/kg Khói, bụi, tro… nhà máy nhiệt điện thải làm ô nhiễm khu vực rộng lớn, ảnh hưởng đến sức khỏe người Trước tro bay xem “rác độc hại” có giải pháp thu hồi đưa vào sử dụng, rõ ràng tiến kỹ thuật “biến rác thải thành vàng” Ngày tro bay sử dụng hiệu ngành vật liệu xây dựng + Được dùng làm phụ gia bê tông làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,5 – lần; làm tăng độ nhớt vữa giúp bê tông chui vào khe lổ dễ dàng; “khử vôi tự CaO” xi măng (khoảng 6%) thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng bê tông môi trường nước + Đặc biệt, việc đổ khối bê tơng cực lớn cơng trình thủy điện, có phụ gia tro bay, ta đổ bê tông gián đoạn mà đổ liên tục bê tông thường + Bê tông sử dụng tro bay khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ cơng trình, giá thành rẻ đến 30%, giảm 10% nước trộn bê tông + Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sulfat, phụ gia cho bê tông tự đầm cơng trình đòi hỏi chịu lực cao Với vữa trát tường thay 30 – 35% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm + Sản xuất gạch blok (gạch khơng nung) có sử dụng tro bay giảm lượng xi măng nhiều Đặc biệt công nghệ bê tông đầm lăn “không thể thiếu phụ gia tro bay” + Bê tông sử dụng phụ gia tro bay tạo nên “bê tông bền sulfat” chịu chua, mặn, tăng độ bn ca ct thộp nguyễn Trọng Thi Chuyên đề vËt liƯu míi Líp Cao häc cÇu hÇm K19 Đặc tính tro bay: a) Tính chất vật lý: - Hình thái: Tro bay phân tử khối cầu thủy tinh - Mật độ: 1.9 ~ 2.3 (Chiếm khoảng 65% trọng lượng riêng xi măng) - Kích thước phân tử: 1.0 ~ 120/μm (Bình qn kích thước đầu vào: 20 ~ 30/μm) - Độ mịn: 2400 ~ 4000 cm2/g (Độ mịn Blaine) - Thành phần vật lý: Phân loại Độ mịn (+325 cỡ sàng) lớn % Brain method (cm2/g) Tỷ trọng (g/cm3) Lượng nước yêu cầu, lớn nhất% ngày Chỉ số hoạt tính cường độ % 28 ngày 90 ngày Độ nở nhiệt lớn (%) b) Tính chất hố học: ASTM 618 C F 34 34 105 105 75 75 75 75 0.8 0.8 KSL 5405 I II 10 40 4500 3000 1.95 1.95 105 95 90 80 100 90 - Giá trị 3130 2.35 95 80 90 - - Thành phần chính: SiO2, Al2O3, Fe2O3 - Tính chất: Alkali - Các tính chất khác: Hoạt tính Pozzolan (Phản ứng Pozzolan: Là tượng xảy xi măng đông đặc thành bê tông, phần vơi tự khơng phản ứng sót lại kết hợp với nước thành phần tro bay Silica gây nên phản ứng chậm, có tác dụng làm tăng cường độ xi măng kể từ sau 28 ngày) - Thành phần hóa học: ASTM 618 KSL 5405 C F I II SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, min% 50 70 SiO2, min% 45 45 SO3, max% 5.0 5.0 Độ ẩm, max % 3.0 3.0 1.0 1.0 Mất nung (LOI), max % 6.0 6.0 3.0 5.0 Tro bay ảnh hưởng hầu hết tính chất bê tơng Phân loại ngun Träng Thi Giỏ tr 49.1 0.9 4.4 Chuyên đề vật liƯu míi Líp Cao häc cÇu hÇm K19 Ảnh hưởng xấu hàm lượng than chưa cháy chủ yếu tăng lượng nước cần thiết, tạo hạt thô tro bay giảm lượng khí hỗn hợp bê tơng; Tro bay loại C nói chung tốt tro bay loại F, riêng chống Sunfat có hơn, nước ta dùng tro bay Phả Lại thuộc loại F Ý nghĩa việc sử dụng tro bay: Việc tận dụng chất thải tro bay có ý nghĩa to lớn: ngành xây dựng có phụ gia khống hoạt tính pha vào xi măng bê tông để cải thiện tính chất theo hướng mong muốn giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất, tăng khả cạnh tranh cho sản phẩm, hai nhà máy nhiệt điện có thêm lợi ích ba góp phần hạn chế nhiễm mơi trường phế thải nhà máy nhiệt điện Cách sử dụng tro bay: + Sử dụng tro bay sản xuất bê tông polyme: + Trong công nghiệp xi măng, tro thô dùng để thay đất sét, ngun liệu để chế tạo xi măng, tro có thành phần hóa học gần tương tự đất sét + Với vữa trát tường thay 30 – 35% xi măng tro bay tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm + Bê tông xi măng sử dụng phụ gia bột Grace BC100 kết hợp với tro bay để sản xuất cống hộp, cống tròn (là loại bê tơng khơ); giải pháp tiết kiệm xi măng 40%; kết cấu bê tông từ giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất, tăng khả cạnh tranh + Sử dụng kết hợp chất phế thải tro bay nhà máy nhiệt điện chất phụ gia để sản xuất xi măng sợi không amiăng Một số lưu ý sử dung tro bay: - Tro bay có hàm lượng MKN hàm lượng SO3 lớn Vì để sử dụng tro bay làm phụ gia cho xi măng bê tông cần phải xử lý để làm giảm hàm lượng MKN giảm tác dụng xấu hàm lượng SO3 Nếu sử dụng tro bay làm cốt liệu mịn chế tạo gạch bê tơng không cần xử lý giảm hàm lượng MKN - Tro đáy có hàm lượng CaOtd SO3 tương đối lớn hàm lượng MKN nhỏ Vì với tác dụng ủ ẩm giảm tác động bất lợi hai nhân tố đến tính chất xi măng bê tơng Tro đáy có hoạt tính cng cao, cú nguyễn Trọng Thi Chuyên đề vËt liƯu míi Líp Cao häc cÇu hÇm K19 hoạt tính puzolannic lớn, đặc biệt dễ nghiền tuỳ theo lượng SO3 tro đáy mà khơng cần sử dụng thạch cao sử dụng làm phụ gia cho xi măng Có thể xử lý sử dụng tro đáy làm phụ gia cho xi măng bê tông - Khi sử dụng tro bay qua xử lý làm phụ gia cho xi măng lượng nước yêu cầu, thời gian đông kết xi măng tăng Cường độ xi măng có sử dụng tro giảm đồng biến với việc tăng hàm lượng tro xi măng - Có thể sử dụng đến 20% tro bay đến 40% tro đáy xi măng mà hỗn hợp xi măng – tro có độ nở thử theo ASTM C1038 đạt yêu cầu Tuy nhiên, cường độ xi măng giảm tăng lượng dùng tro, nên cần ý lựa chọn chất lượng clinker để cường độ hỗn hợp xi măng – tro đạt yêu cầu đặt - Khi sử dụng tro làm phụ gia, khơng cần dùng thạch cao điều chỉnh thời gian đông kết xi măng (cần thí nghiệm cho trường hợp cụ thể) ngun Träng Thi Chuyên đề vật liệu Lớp Cao học cÇu hÇm K19 CHUN ĐỀ 2: Anh (Chị) trình bày loại bê tông (Không truyền thống) sử dụng XD gồm khái niệm, thành phần, đặc tính, phạm vi áp dụng, tác động đến mơi trường phương pháp thi cơng Em xin trình bày Bê tông tự đầm: Khái niệm: Bê tông tự đầm bê tơng có độ linh động tuyệt cao, tự chảy tác dụng trọng lượng thân để lấp đầy hồn tồn ván khn có mật độ bố trí cốt thép dày đặc mà không cần đầm rung Đồng thời thành phần bê tơng giữ ngun tính đồng suốt q trình vận chuyển thi cơng Thành phần: Nguyên vật liệu để chế tạo bê tông tự đầm gồm xi măng, phụ gia mịn làm đầy, cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn phụ gia siêu dẻo Chất lượng bê tông tự đầm phụ thuộc vào chất lượng nguyên vật liệu thành phần Hiện nay, nguồn nguyên liệu để chế tạo bê tông nước ta phong phú Ðể sử dụng chúng cách hiệu quả, vật liệu trước sử dụng cần lựa chọn kiểm tra chất lượng Ngoài yêu cầu chất lượng vật liệu sử dụng cho bê tông thường, chế tạo bê tông tự đầm số tiêu vật liệu yêu cầu mức cao + Một số tiêu kỹ thuật vật liệu chế tạo bê tông tự đầm TT Tên vật liệu Xi măng Phụ gia mịn Cốt liệu nhỏ Cốt liệu lớn Phụ gia siêu dẻo Nước trộn nguyÔn Träng Thi Chỉ tiêu kỹ thuật khống chế Lô sản phẩm Lô sản phẩm Nguồn gốc Mô đun độ lớn Độ ẩm bề mặt Nguồn gốc Thành phần hạt Dmax Độ ẩm bề mặt Cùng loại lô Nguồn gốc Yêu cầu Cùng lơ Cùng lơ Cùng nguồn 2.6÷3.3 ±0.5% Cùng nguồn 90% Meta cao lanh sản phẩm trung gian trình hình thành mulít từ kaolinít tác dụng nhiệt độ cao (700-900oC) Sau gia công nghiền mịn, sử dụng làm phụ gia khống hoạt tính cho bê tơng nhằm cải thiện tính cơng tác hỗn hợp bê tông làm tăng độ đặc cho bê tơng đóng rắn • Tro trấu: sản phẩm thu từ trình đốt cháy trấu Tro trấu có hàm lượng SiO2 > 85% Sau nghiền mịn, mêta cao lanh, tro trấu sử dụng làm phụ gia cho bê tơng Tro trấu cải thiện tính chất bê tơng theo cách: phản ứng với hydroxyt can xi bê tông làm tăng số lượng thành phần gel hydrosilicat canxi lấp đầy khoảng trống hạt xi măng Ðộ đặc bê tơng nâng cao • Silicafume vật liệu mịn, chứa oxit silic vô định hình (85-98%), thu trình sản xuất xilic hợp kim silic hồ quang Do có bề mặt hấp phụ lớn nên silicafume có khả giữ nước tốt hỗn hợp bê tông, cải thiện tính cơng tác hỗn hợp bê tơng Ngồi ra, silicafume tham gia phản ứng với sản phẩm thuỷ hoá xi măng với thành phần hạt siêu mịn lấp đầy lỗ rỗng thành phần xi măng làm tăng cường độ, tăng độ đặc cho đá xi măng c) Phụ gia siêu dẻo Trong chế tạo bê tông tự đầm, người ta thường sử dụng hai loại phụ gia siêu dẻo: Phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao (30-40% nước trộn) phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao khí Yêu cầu phụ gia siêu dẻo dùng cho bê tơng tự đầm ngồi việc tăng độ chảy hỗn hợp bê tơng phải có khả trì tính cơng tác theo thời gian Phụ gia cho bê tông tự đầm phải loại phụ gia đảm bảo có đồng thời hai tính chất, giảm lượng nước trộn xuống tới mức tối thiểu giữ cho hỗn hợp bê tơng tự đầm có độ linh động cao ( đường kính chẩy xòe hỗn hợp bê tơng từ 68 ÷ 70 cm ) không gây phân tầng tách nước Các phụ gia cho BTTL thường sản xuất từ gốc : Napthalene sulfonat, Melamin sulfonat, polycarboxylate Amino sulfonat… Hiện nay, phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate cho khả trì tính cơng tác hỗn hợp bê tông tự đầm cao so với loại phụ gia khác Hay phụ gia SikaViscocrete loại đặc biệt dùng cho bê tông tự đầm d) Cốt liu nh: nguyễn Trọng Thi Chuyên đề vật liệu míi Líp Cao häc cÇu hÇm K19 Cốt liệu nhỏ dùng bê tông tự đầm loại cát thạch anh dùng cho bê tông thông thường với mô đun độ lớn 2,6 - 3,3 Bất kỳ thay đổi lượng nước ảnh hưởng đến khả phân tầng hay tách nước Vì lượng nước cát hay độ ẩm cát trình sản xuất phải giữ ổn định Ðộ ẩm cát sử dụng tương tự thí nghiệm e) Cốt liệu lớn: Trong bê tông thường cốt liệu lớn chiếm tỷ lệ 0,37-0,47% thể tích đóng vai trò quan trọng chất lượng bê tơng Tuy nhiên bê tông tự đầm, để đảm bảo tính chất tự đầm, hàm lượng cốt liệu lớn dùng so với bê tơng thường Khả tự chảy, tự đầm bê tông tự đầm phụ thuộc vào kích thước hàm lượng cốt liệu lớn thành phần bê tơng Hình minh họa ảnh hưởng kích thước lớn cốt liệu tới khả chảy qua cốt thép hỗn hợp bê tông Khả chảy không đạt kích thước hạt lớn tăng lên mức cho phép Cũng giống cát dùng cho bê tông tự đầm, đá dăm sử dụng chế tạo bê tông tự đầm giữ trạng thái bão hồ khơ bề mặt nhằm tránh thay đổi lượng nước trộn cho bê tông f) Hàm lượng nước: Hàm lượng nước bê tông tự đầm ảnh hưởng lớn đến đặc trưng chất lượng bê tơng hố cứng như: cường độ cuối cùng, độ rỗng xốp,v.v Lượng nước trộn bê tông tự đầm ( N/CKD ) nằm khoảng từ 0,3÷ 0,4 tùy theo mác bê tơng tự đầm u cầu thiết kế; Nói chung lượng nước loại bê tơng có chất lượng thấp trung bình vào khoảng 200 lít/m3 bê tơng, loại bê tơng có chất lượn trung bình vào khoảng 180-200 lít/m3 bê tơng Bê tơng chất lượng cao phải có lượng nước 180 lít/m3 bê tông Đặc điểm bê tông tự đầm: Bê tông tự đầm giống bê tông thông thường chế tạo từ vật liệu cấu thành chất kết dính xi măng, cốt liệu, nước phụ gia Sự khác công nghệ thi cơng bê tơng tự đầm khơng có cơng đoạn tạo chấn động lèn chặt bê tông Ðể làm đầy cốp pha trọng lượng thân nó, bê tơng tự đầm cần đạt khả chảy cao đồng thời khơng bị phân tầng Vì đặc trưng loại bê tông cân độ chảy không phân tầng hỗn hợp bê tông Ðạt điều này, bê tông tự đầm cần có u cầu sau: ngun Träng Thi Chuyên đề vật liệu Lớp Cao học cầu hầm K19 - Sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt khả chảy dẻo cao hỗn hợp bê tông; - Sử dụng hàm lượng lớn phụ gia mịn để tăng độ linh động vữa xi măng; - Hàm lượng cốt liệu lớn bê tơng so với bê tơng thơng thường Ngồi đặc tính nói trên, đặc tính chế tạo thi cơng bê tông tự đầm khác so với bê tông thường sau: - Sự bắt đầu kết thúc ninh kết bê tơng tự đầm có khuynh hướng chậm so với bê tông thường - Khả bơm bê tông tự đầm cao so với bê tông thường - Do nhạy cảm lớn dẫn đến dao động chất lượng cố trộn vật liệu nên bê tông tự đầm có yêu cầu kiểm tra chất lượng, kiểm tra sản xuất kiểm tra thi công khắt khe bê tông thường - Do không thực việc rung động làm chặt, yêu cầu quan tâm đến thời gian trì chất lượng độ chảy lớn bê tơng thường - Thi cơng nhanh, giảm chi phí hồn thiện bề mặt, giảm chi phí nhân cơng, thiết bị - Dễ dàng lấp đầy ván khuôn hẹp, cho phép chế tạo cấu kiện mỏng giảm lượng bê tông - Bề mặt đồng phẳng - Không cần đầm rung giảm khả bị thấm nước, tăng sức kháng thâm nhập Clo, giảm mức độ cacbonát hóa ảnh hưởng khắc nghiệt khác - Tăng tuổi thọ cơng trình Bê tơng tự đầm có loại chính: + Bê tơng tự đầm dựa hiệu ứng bột mịn, độ linh động tính khơng phân tầng hỗn hợp bê tơng đạt cách điều chỉnh phù hợp tỷ lệ N/B [nước/bột ( xi măng phụ gia khoáng mịn )]; + Bê tông tự đầm sử dụng phụ gia để điều chỉnh độ linh động , loại bê tông sử dụng phụ giaVMA ( Viscosity Modifying Admixture ) hỗn hợp bê tơng có độ linh động tốt không bị phân tầng tách nước; + Bê tông tự đầm sử dụng hỗn hợp hai hiệu ứng bột mịn phụ gia điều chỉnh linh ng nguyễn Trọng Thi Chuyên đề vật liƯu míi Líp Cao häc cÇu hÇm K19 Phạm vi áp dụng: Lĩnh vực sử dụng bê tông tự đầm bao gồm: kết cấu đổ chỗ; phận đường hầm; trụ cầu; cấu kiện đúc sẵn; cột; tường; bê tông bên ngồi; thi cơng bê tơng khối lượng lớn; vị trí cốt thép dày đặc, vị trí góc cạnh cơng trình Hiện nay, tốc độ xây dựng Việt nam phát triển mạnh mẽ Các ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp, thuỷ lợi, cầu đường mở rộng với thiết kế đa dạng, phong phú có nhiều dạng kết cấu mà việc đầm bê tơng khó thực Có thể kể tới cọc khoan nhồi, cấu kiện có chiều cao lớn, cấu kiện có mật độ cốt thép dày, cấu kiện có hình dạng phức tạp nhiều góc cạnh Việc sử dụng loại bê tơng với đặc tính tự đầm chặt trường hợp cho hiệu đặc biệt cao Ngồi ra, bê tơng tự đầm sử dụng thi cơng cơng trình khu đô thị nơi sản xuất cấu kiện đúc sẵn cho hiệu kinh tế - xã hội cao Một số lưu ý thi công bê tông tự đầm: + Trước đổ bê tơng tự đầm, cần đảm bảo vị trí cốt thép ván khuôn Việc lắp đặt ván khuôn đảm bảo ngăn chặn vữa thi cơng + Có thể sử dụng công nghệ bơm tiên tiến từ đáy lên + Giới hạn chiều cao đến 5m, Giới hạn chiều ngang dòng chảy từ nơi bắt đầu đổ 10m + Do bê tơng tự đầm có hàm lượng hạt mịn cao nên để hạn chế co ngót nứt, việc bảo dưỡng ban đầu cho bê tông thực sớm tốt Tác động đến mơi trường: - Giảm tiếng ồn, gây ảnh hưởng sức khoẻ an toàn - Hạn chế đáng kể độ ồn thi công xây dựng sử dụng thiết bị đầm chặt cho bê tơng, nhờ giảm nhiễm mơi trường; ngun Trọng Thi 10 Chuyên đề vật liệu Lớp Cao häc cÇu hÇm K19 CHUYÊN ĐỀ 3:: Tự lấy ví dụ thiết kế thành phần bê tơng Cường độ cao/Chất lượng cao theo phương pháp mà Anh (Chị) thông thạo Thiết kế thành phần bê tông cường độ cao với cường độ nén tối thiểu 80Mpa, xi măng PC40, cát đá có c = d = 2.66g/cm3, đc = 1.62g/cm3, D=9.5mm, độ sụt yêu cầu 12.5cm Bê tông cường độ cao dùng muội Silic chất phụ gia siêu dẻo Thiết kế thành phần: Chọn độ sụt, cường độ yêu cầu: - Chọn độ sụt gốc từ 2.5 đến 5cm; - Cường độ thiết kế: fcr’ = (fc’+9.7)/0.9 = 99.7 MPa fycc’ = 80+9.7 = 89.7 MPa Xác định khối lượng nước: - Dựa vào:  Đường kính cốt liệu: Dmax = 9.5;  Lựa chọn độ sụt gốc 2.5-5cm; Tra bảng 4.7 Giáo trình bê tơng cường độ cao chất lượng cao xác định lượng nước nhào trộn N = 183 lít - Do sử dụng chất phụ gia siêu dẻo nên lượng nước sử dụng giảm 15% : N = (1-0.15)*183 = 155.6 lít Lựa chọn tỷ lệ N/CKD: - fycc’=89.7MPa Dựa vào bảng 4.8 Giáo trình bê tông cường độ cao chất lượng cao => Chọn tỷ lệ N/CKD = 0.25 Tính tốn hàm lượng vật liệu kết dính: (Tính tốn cho trường hợp chất kết dính bao gồm xi măng muội Silic) - Tổng lượng chất kết dính: CKD = 155.6/0.25 = 622.4 kg - Muội Silic dùng chiếm 7% lượng xi măng: MS = 0.07*622.4 = 43.6 kg - Lượng xi măng: X = CKD – MS = 622.4 – 43.6 = 578.8 kg nguyễn Trọng Thi 11 Chuyên đề vật liƯu míi Líp Cao häc cÇu hÇm K19 Xác định lượng đá: - Lượng đá xác định sau: Đ = Vđ.đc Vđ: Thể tích lèn chặt đá – Tra bảng 4.11 Giáo trình bê tơng cường độ cao chất lượng cao ứng với D = 9.5 mm V đ = 0.65; đc = 1.62g/cm3 = 1620kg/m3 Đ = 0.65*1620 = 1053kg Xác định lượng cát: - Hàm lượng cát bê tông xác định sau: (Tính tốn theo ngun lý thể tích tuyệt đối) Vac = 1000 – Vađ – Van – Vax – Vak – Vkk = 1000 – Đ/đ – N/n – X/x – MS/ms – Vkk = 1000 – (1053/2.66) – (155.6/1) – (578.8/3.1)– (43.6/2.2)– 3% = 239 m3 - Lượng cát xác định sau: C = Vac.c C = 239*2.66 = 635.7 kg - Khối lượng bê tông tươi 2466.7 kg/m3 Khối lượng phụ gia siêu dẻo: SD = 635.7*1.5/100 = 9.54 lít/m3 bê tơng ngun Träng Thi 12 ... Vkk = 1000 – (10 53/ 2. 66) – (155.6/1) – (578.8 /3. 1)– ( 43. 6 /2. 2)– 3% = 23 9 m3 - Lượng cát xác định sau: C = Vac.c C = 23 9 *2. 66 = 635 .7 kg - Khối lượng bê tông tươi 24 66.7 kg/m3 Khối lượng phụ... hạt thơ tro bay giảm lượng khí hỗn hợp bê tơng; Tro bay loại C nói chung tốt tro bay loại F, riêng chống Sunfat có hơn, nước ta dùng tro bay Phả Lại thuộc loại F Ý nghĩa việc sử dụng tro bay: Việc... chất phế thải tro bay nhà máy nhiệt điện chất phụ gia để sản xuất xi măng sợi không amiăng Một số lưu ý sử dung tro bay: - Tro bay có hàm lượng MKN hàm lượng SO3 lớn Vì để sử dụng tro bay làm phụ