Nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông bơm sử dụng cát nghiền kết hợp phụ gia bentonite

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN VỚI ĐỘ SỤT CAO DÙNG CHO BÊ TÔNG BƠM .... Ngoài việc bù đắp vào phần cát thiên nhiên bị cạn kiệt thì cá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Vật liệu

Người hướng dẫn: Th.S Đặng Văn Thương

Th.S Đoàn Văn Cừ

TPHCM, Tháng 12 năm 2014

Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn là ThS Đặng Văn Thương, giảng viên môn Vật liệu xây dựng, Cơ sở 2 - Đại học Thủy Lợi trong suốt thời gian qua đã tận tình hướng dẫn, chu đáo giúp đỡ chúng em thực hiện tốt đề tài nghiên cứu này

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ địa điểm, tài liệu nghiên cứu

và thiết bị thí nghiệm cùng sự chỉ dẫn tận tình của ThS Đoàn Văn Cừ cùng các cán bộ nghiên cứu thuộc Phòng nghiên cứu vật liệu xây dựng và kết cấu công trình - Viện Khoa học Thủy Lợi Miền Nam Sự quan tâm của Ban Khoa học công nghệ, Đoàn Thanh niên,

Cơ sở 2 – Đại học Thủy Lợi trong việc quản lý, theo dõi, động viên để chúng em hoàn thành nghiên cứu

Trong thời gian thực hiện nghiên cứu, bản thân chúng em đã cố gắng hết sức, nỗ lực để đạt được kết quả tốt nhất Mọi sai sót khác trong quá trình thực hiện cũng như những sai sót mà nhóm có thể gặp phải rất mong được sự nhận xét, đánh giá của các quý thầy cô và các bạn

Trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Cách tiếp cận 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU DÙNG CHO BÊ TÔNG 5

1.1 Xi măng 5

1.2 Cát 10

1.2.1 Tiêu chuẩn cát sử dụng cho bê tông 11

1.2.2 Kết quả thí nghiệm cát 12

1.2.2.1 Cát nghiền 12

1.2.2.2 Cát tự nhiên 15

1.3 Đá dăm 17

1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật của đá dăm sử dụng cho bê tông 17

1.3.2 Kết quả thí nghiệm đá dăm 18

1.4 Nước 20

1.4.1 Yêu cầu chất lượng nước 20

1.4.2 Kết quả thí nghiệm mẫu nước 20

1.5 Phụ gia 21

1.5.1 Nguồn vật liệu 21

1.5.2 Tác dụng của phụ gia Sika: 21

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CHỌN TỶ LỆ PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN VỚI CÁT TỰ NHIÊN DÙNG CHO BÊ TÔNG 22

2.1 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của bê tông bơm 22

2.2.Yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu nhỏ cho bê tông 23

2.4 Tính chất của cát nghiền 24

3.5 Phối hợp cát nghiền với cát tự nhiên 24

2.6 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn hợp lý giữa Cát nghiền với Cát tự nhiên 28

CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG KHI SỬ DỤNG CÁT NGHIỀN VỚI ĐỘ SỤT CAO DÙNG CHO BÊ

TÔNG BƠM 29

3.1 Tính toán liều lượng, thiết kế thành phần cấp phối các loại mác bê tông không sử dụng phụ gia Bentonite 29

3.1.1 Các thông số tính toán 29

3.1.2 Các loại vật liệu dùng tính toán thiết kế thành phần cấp phối bê tông 29

3.1.3 Trình tự tính toán, thiết kế thành phần cấp phối bê tông 30

3.2 Tính toán liều lượng, thiết kế thành phần cấp phối các loại mác bê tông có sử dụng phụ gia Bentonite 39

3.2.1 Sự phân bố nguyên liệu Bentonite : 40

3.2.2 Một số tính chất của Bentonite : 40

3.2.3 Các thí nghiệm cho bentonite vào xi măng : 42

3.2.4 Tính toán thiết kế bê tông dùng cát nghiền có sử dụng phụ gia Bentonite 42

3.2.4.1 Các thông số tính toán 43

3.2.4.2 Các loại vật liệu dùng tính toán thiết cấp phối bê tông 43

3.2.4.3 Trình tự tính toán, thiết kế thành phần cấp phối bê tông 43

3.3 Thí nghiệm độ chống thấm của bê tông có phụ Bentonite và không phụ gia 47

3.3.1 Thí nghiệm chống thấm của bê tông: 47

3.3.2 Khả năng chống thấm của bê tông cát nghiền không và có sử dụng phụ gia Bentonite 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

1 Kết Luận 52

2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 55

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn 7

Hình 1.2 : Mẫu xi măng đối chứng xác định mác xi măng 9

Hình 1.3: Biểu đồ thành phần hạt cát nghiền 13

Hình 1.4: Biểu đồ thành phần hạt cát (hạt nhỏ) 15

Hình 1.5: biểu đồ thành phần hạt của đá dăm (5-20)mm 18

Hình 2.1 : Công tác bơm bê tông 22

Hình 2.2 : Biểu đồ thành phần hạt cát nghiền + cát tự nhiên 27

Hình 3.1: Thí nghiệm xác định cấp phối và độ sụt bê tông 30

Hình 3.2: Mẫu bê tông theo cấp phối thiết kế 37

Hình 3.3: Bentonite được dùng trong thí nghiệm 40

Hình 1: Sản xuất cát nghiền 54

Hình 2: Thí nghiệm xác định thành phần cấp phối của cát 54

Hình 3: Bộ sàng tiêu chuẩn 55

Hình 4:Phụ gia Sika Plastiment 257 55

Hình 5: Thí nghiệm chóp cụt xác định độ sụt của bê tông 56

Hình 6: Đúc mẫu bê tông 56

Hình 7: Máy sử dụng trong thí nghiệm độ thấm của bê tông 57

Hình 8: Mẫu thử dùng trong thí nghiệm thấm bê tông 57

Hình 9: Thí nghiệm nén mẫu bê tông 58

Hình 10: Thí nghiệm nén mẫu bê tông 58

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Chỉ tiêu chất lượng xi măng Holcim - PCB40 10

Bảng 1.2 : Thành phần hạt của cát chế tạo bê tông 11

Bảng 1.3: Kết quả thí nghiệm một số tính chất cát nghiền 12

Bảng 1.4: Thành phần hạt của cát nghiền 14

Bảng 1.5: Kết quả thí nghiệm cát tự nhiên (cát hạt nhỏ) 15

Bảng 1.6: Thành phần hạt của cát tự nhiên (hạt nhỏ) 16

Bảng 1.7: Thành phần hạt của đá dăm 17

Bảng 1.8: Kết quả thí nghiệm đá dăm cỡ (5 x 20) mm 18

Bảng 1.8: Thành phần hạt của đá dăm 19

Bảng 1.9: Kết quả thí nghiễm mẫu nước dùng cho bê tông 20

Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm phối hợp 25

Bảng 2.2 : Kết quả phối Cát nghiền (Mđl = 2,75) + Cát hạt nhỏ (Mđl = 1,56) 26

Bảng 2.3: Thành phần hạt hỗn hợp 50% Cát nghiền + 50% Cát tự nhiên 27

Bảng 3.1: Lượng dùng nước cho 1m3 bê tông vật liệu khô hoàn toàn 30

Bảng 3.2 : Tra Hệ số tra A và A’ 32

Bảng 3.3 : Tra hệ số dư vữa Kd 33

Bảng 3.4: Chi tiết tính toàn thành phần cấp phối BT (không Bentonite) 34

Bảng 3.5 : Thành phần cấp phối của các cấp phối thiết kế 35

Bảng 3.6: Cường độ nén bê tông tuổi 7 ngày của các cấp phối đã thiết kế 38

Bảng 3.7: Cường độ nén bê tông tuổi 28 ngày của các cấp phối đã thiết kế 39

Bảng 3.8 : Thành phần hạt của Bentonite 40

Bảng 3.9 : Thành phần hóa học của Bentonite 41

Bảng 3.10 : Kết quả thí nghiệm xi măng với Bentonite 42

Bảng 3.11:Chi tiết tính toàn thành phần cấp phối BT (có sử dụng Bentonite) 44

Bảng 3.12: Cấp phối của các cấp phối thiết kế có dùng Bentonite 45

Bảng 3.13: Cường độ nén bê tông tuổi 07 ngày của các cấp phối đã thiết kế (BT có sử dụng phụ gia Bentonite) 46

Bảng 3.14: Cường độ nén bê tông tuổi 28 ngày của các cấp phối đã thiết kế (BT có sử dụng phụ gia Bentonite) 46

Bảng 3.15: Thành phần cấp phối bê tông thiết kế 48

Bảng 3.16: Độ chống thấm của bê tông mác M25 không sử dụng phụ gia 49

Bảng 3.17: Độ chống thấm của bê tông mác M25 có sử dụng phụ gia 49

Bảng 3.18: Độ chống thấm của bê tông mác M30 không sử dụng phụ gia 50

Bảng 3.19 : Độ chống thấm của bê tông mác M30 có sử dụng phụ gia 50

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay đất nước ta đang trên đà phát triển, các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng ngày càng nhiều về số lượng và quy mô công trình ngày càng lớn Khối lượng bê tông công trình ngày càng tăng, cốt liệu dùng cho bê tông ngày một lớn dần, chất lượng càng được quan tâm hơn Cốt liệu lớn thường dùng là đá dăm được nghiền từ đá gốc, chất lượng ngày càng kiểm soát tốt hơn nhờ công nghệ ngày càng cao Cốt liệu nhỏ là cát tự nhiên một loại vật liệu rất quan trọng, được sử dụng rất nhiều trong các công trình xây dựng Theo những nghiên cứu gần đây về khả năng tiêu thụ cát trong các năm tới ở nước ta cho thấy chúng ta sẽ khai thác và tiêu thụ khoảng 131 đến 140 triệu m3 trong năm 2015 và đến năm 2020 là khoảng

200 triệu m3 Đây là con số rất lớn dẫn đến thực trạng hiện nay là nguồn tài nguyên cát bị khai thác ngày một cạn kiệt Tốc độ phát triển nhanh chóng của ngành xây dựng như hiện nay khiến cho việc giải bài toán về nguồn cung cấp cát xây dựng trở nên rất cần thiết Ngoài ra, việc khai thác tràn lan, trái phép và sử dụng không hợp lí cũng góp phần khiến cho nguồn cát xây dựng càng trở nên khan hiếm, nhất là cát hạt lớn có mô đun độ lớn Mđl từ 2,0 trở lên

Hiện nay, các vùng khai thác cát chủ yếu như vùng Đồng bằng sông Cửu Long, cát có đặc điểm là mô đun độ lớn nhỏ (Mđl = 1,2 đến 1,9), dẫn đến giảm chất lượng khi tiến hành đúc bê tông, không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật trong xây dựng Tại các khu vực hạ lưu sông Đồng Nai, sông Tiền - An Giang, nơi có khả năng cung ứng cốt liệu nhỏ thành phần hạt đạt tiêu chuẩn (mô đun độ lớn Mđl = 2,0 đến 3,0) dùng cho bê tông M35 trở lên lại đang ngày càng suy giảm về sản lượng Với tốc độ xây dựng như hiện nay nguồn tài nguyên cát bị khai thác một cách cạn kiệt, đã đến mức báo động thiếu cát cho xây dựng một cách trầm trọng Hiện tượng khai thác tài nguyên cát quá mức dẫn đến sói mòn và sạt lở sông ngòi, làm thay đổi dòng chảy tự nhiên, mất cân bằng sinh thái

Trong dự án quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng (VLXD) đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2025, các nhà tư vấn cho rằng cát nghiền (cát được nghiều ra từ

đá) là nguồn vật liệu trong tương lai, do đó cần được quan tâm để có hướng phát triển phù hợp Bởi nguồn cát tự nhiên hiện có giới hạn, những mỏ cát đã thăm dò ở dưới sông và trên cạn hiện nay đều có trữ lượng thấp Trong khi đó, nhu cầu xây dựng ngày càng cao, nhất là công trình đòi hỏi phải sử dụng loại bê tông chất lượng cao nên khả năng thiếu nguồn cung ứng cát là khó tránh khỏi

Thực tế trên thế giới, cát nghiền đã được dùng thay thế cho cát tự nhiên từ khá lâu Ngoài việc bù đắp vào phần cát thiên nhiên bị cạn kiệt thì cát nghiền có những tính chất đặc biệt để làm ra các loại bê tông khác nhau như bê tông asphalt dùng cho những công trình chịu tải trọng thay đổi liên tục, như: đường, bến cảng, sân bay; bê tông nhựa macrosell; bê tông đầm lăn sử dụng làm chặt bằng thiết bị rung lèn cho các công trình giao thông, đập thủy điện hay bê tông mác cao Một số công trình như Thủy điện Sơn La, Bản Vẽ (Nghệ An), A Vương… đã sử dụng cát nghiền để dùng trong cấp phối bê tông dưới dạng trộn giữa cát tự nhiên và cát nghiền, đặc biệt

là thi công bê tông bơm có độ sụt cao Tuy nhiên đây cũng là lĩnh vực chưa được nghiên cứu sâu rộng ở nước ta, đặc biệt là việc sử dụng hoàn toàn cát nghiền hoàn toàn trong thành phần cấp phối bê tông Với việc tham gia của nguồn cát nghiền, khả năng trong tương lai sẽ giúp giảm dần áp lực khai thác cát thiên nhiên từ các dòng sông Như vậy sẽ bớt được tình trạng bị sạt lở bờ sông - mối đe dọa đối với môi trường khá lớn

Để đảo bảo chất lượng cho bê tông khi sử dụng cát nghiền cần có nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông hợp lý Bộ xây dựng cũng đã ban hành TCVN

9382 : 2012 "Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông sử dụng cát nghiền", trong tiêu chuẩn chỉ dẫn thiết kế cấp phối bê tông sử dụng cát nghiền có độ sụt từ 140 mm trở xuống, chưa chỉ dẫn rõ đối với bê tông dùng cốt liệu nhỏ là cát nghiền cho bê tông bơm với độ sụt lớn hơn 140 mm

Nhận thấy tầm quan trọng của vấn đề trên, em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông bơm sử dụng cát nghiền kết hợp phụ gia Bentonite” Trong đề tài này sẽ tiến hành nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông bơm dùng cốt liệu nhỏ là cát nghiền với tỷ lệ thích hợp, đồng thời có sử dụng phụ

gia nghiền mịn Bentonite có tính trơn trượt để tăng độ linh động của bê tông khi sử dụng cát nghiền và tăng khả năng chống thấm cho loại bê tông này

2 Mục đích nghiên cứu

- Từ lý thuyết kết hợp thực nghiệm đưa ra cơ sở để thiết kế thành phần cấp phối bê tông sử dụng cốt liệu nhỏ là cát nghiền cho bê tông bơm có độ sụt

140 – 160 mm

- Sử dụng phụ gia Bentonite để tăng tính trơn trượt, linh động của bê tông khi

sử dụng cát nghiền và cải thiện khả năng chống thấm cho bê tông

- Sơ bộ đánh giá việc tác dụng của việc sử dụng phụ gia Bentonite đối với cường độ, tính chất cơ lý của bê tông

3 Cách tiếp cận

- Tiếp cận từ vấn đề nảy sinh trong thực tế, từ những định hướng, mục tiêu, chiến lược phát triển của ngành Vật liệu xây dựng

- Tiếp cận từ cơ sở lý thuyết, tổng quan các nghiên cứu liên quan đến đề tài

- Tiếp cận từ thực tiễn, thực hiện các thí nghiệm kiểm tra và đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng, đúc mẫu bê tông thực nghiệm theo cấp phối thiết kế

để nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu xác định các tính chất cơ lý của vật liệu sử dụng thực nghiệm: cát nghiền, cát tự nhiên, đá dăm, Bentonite, xi măng

- Xác định tỷ lệ phối trộn cát nghiền với cát tự nhiên hạt nhỏ để tạo hỗn hợp cát có chất lượng dùng cho bê tông

- Từ những nghiên cứu về cát nghiền và Bentonite, nghiên cứu thiết kế hợp lý thành phần cho các mẫu bê tông thực nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm thực tế trên các mẫu bê tông sử dụng cát nghiền và phụ gia Bentonite dùng cho bê tông bơm để kiểm tra tính chất cơ lý của hỗn hợp

bê tông và cường độ của bê tông thiết kế

- Chế tạo đúc mẫu bê tông kết hợp với thu thập, tổng hợp số liệu từ các lần kiểm tra mẫu bê tông để rút ra kết luận

- Nghiên cứu, tham khảo các nguồn tài liệu, số liệu các kết quả nghiên cứu trước đó có liên quan đến đề tài

CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU

DÙNG CHO BÊ TÔNG

1.1 Xi măng

Xi măng Pooclang được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất bê tông Xi măng

là chất kết dính vô cơ đóng rắn thủy, tồn tại dưới dạng bột xám mịn, được chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi măng Pooclang với lượng thạch cao cần thiết Clanhke được sản xuất từ nung hỗn hợp nhiên liệu được định lượng gồm : 70 – 80% CaCO3, 22 – 25% (CaO + Al2O3 + Fe2O3) Khi nghiền có thể pha thêm vào clanhke

từ 10 – 20% xỉ lò cao hoặc phụ gia than hoạt tính.Sau khi nung, hàm lượng sơ bộ của các khoáng khác nhau trong xi măng Pooclang gồm: 37 – 60% 3CaO.SiO2 hay

C3S, 15 – 37% 2CaO.SiO2 hay C2S, 5 – 15% 3CaO.Al2O3 hay C3A, 10 – 18% 4CaO.Al2O3.Fe2O3 hay C4AF

Xi măng pooclăng có chất lượng tốt, yêu cầu thành phần hóa học như sau:

CaO: 60-67%; SiO2: 21-27%

Al2O3: 4-7%; Fe2O3: 2-5%

Các thành phần trên chiếm 95-97% thành phần của xi măng

Chất lượng và hàm lượng xi măng quyết định đến cường độ chịu lực của vữa xi măng, cường độ của xi măng khi nén dao động trong khoảng 30 – 60 MPa Tương ứng với mẫu thử uốn 4,5 – 6,5 MPa Xi măng có cường độ 30 – 40 MPa có mác 30, với cường độ 40 – 50 MPa có mác 40 Mác của xi măng trong xây dựng dân dụng thường từ 30-60, trong đó sản xuất chủ yếu là xi măng mác 40-50

Ngoài ra cường độ xi măng còn chịu ảnh hưởng của thời gian lưu kho, và điều kiện bảo quản Sau 3 tháng, dưới tác động của độ ẩm và khí CO2 trong không khí, cường độ xi măng có thể giảm từ 10 – 20% so với mác của chúng

Khối lượng riêng, khối lượng thể tích

Khối lượng riêng của xi măng là khối lương của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc, không tính đến khe hở của các hạt, được xác định bằng thí nghiệm thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ

Khối lượng riêng được xác định theo công thức: a

a

m V

- m: Khối lượng riêng của vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn (kg)

- Va: Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu (dm3)

Khối lượng của xi măng pooclang phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và nhiệt

độ nung xi măng Tùy theo từng loại mà khối lượng riêng của xi măng nằm trong khoảng 3 – 3.2 kg/dm3

Khối lượng thể tích của xi măng là khối lương của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn tự nhiên, kể cả lỗ rỗng

Khối lượng riêng được xác định theo công thức: o

o

m V

- m: Khối lượng riêng của vật liệu tự nhiên để thí nghiệm (kg)

- Vo: Thể tích tự nhiên của vật liệu (dm3)

Khối lượng của xi măng pooclang phụ thuộc vào độ mịn, xi măng hạt càng mịn,

độ rỗng càng lớn, o càng nhỏ và ngược lại Khối lượng thể tích xi măng ở trang thái xốp bình thường khoảng 1,3 kg/dm3, nếu được lèn chặt thì tăng lên đến 1,7 kg/dm3

xi măng lớn, lượng nước này sau khi bay hơi sẽ tạo lỗ rỗng, làm giảm độ đặc chắc của xi măng

Độ mịn được biểu thị bằng: Lượng sót trên sàng No9 hoặc Tỷ diện tích (tổng diện tích bề mặt tính toán của các hạt xi măng trên một đơn vị khối lượng, cm2

/g) Giá trị tỉ diện tích càng cao, độ mịn của xi măng càng lớn và ngược lại

Lượng nước tiêu chuẩn

Lượng nước tiêu chuẩn là lượng nước được cho vào hồ xi măng để nhận được vữa xi măng có độ dẻo thỏa mãn các yêu cầu TCVN 6017 – 1995 trong thí nghiệm dụng cụ Vika với đường kính kim Vika là 10 mm Nếu độ cắm sâu của kim Vica vào hồ xim măng, cách đáy từ 5-7 mm khi cho kim rơi từ độ cao 0 mm so với mặt

hồ xi măng thì đó chính là độ dẻo tiêu chuẩn và lượng nước tương ứng với độ dẻo

đó là lượng nước tiêu chuẩn

Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng Pooclang tùy theo từng loại mà dao động trong khoảng từ 24 - 30% so với khối lượng của xi măng Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ mịn và thành phần khoáng vật của xi măng Xi măng càng mịn thì lượng nước tiêu chuẩn càng cao và ngược lại Nếu xi măng chứa phụ gia khoáng vật hoạt tính thì lượng nước tiêu chuẩn có thể lên đến 32 – 37%

Hình 1.1: thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn

Thời gian đông kết của xi măng

Được xác định xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6017-1995 Thời gian đông kết

là thời gian để kim vika đạt độ lún phù hợp xuống khối vữa xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn Kim được sử dụng trong thí nghiệm là kim nhỏ có đường kính 1,13 mm, khối lượng toàn phần của chuyển động bao gồm cả kim nhỏ là (300 0,5)g

Thời gian đông kết của xi măng được chia làm 2 giai đoạn: thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết

Thời gian bắt đầu đông kết: Là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất tính dẻo, ứng với lúc kim vika nhỏ có đường kính 1,13 ± 0,05 mm lần đầu tiên cắm cách tấm kính 4 ± 1 mm

Thời gian kết thúc đông kết: Là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn xi măng với nước cho đến khi trong hồ xi măng hình thành các tinh thể, hồ cứng lại và bắt đầu có khả năng chịu lực, ứng với lúc kim vika có đường kính 1,13 ± 0,05 mm lần đầu tiên cắm sâu vào hồ xi măng 0,5 mm

Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ mịn, hàm lượng phụ gia, thời gian lưu giữ trong kho và điều kiện bảo quản xi măng Các loại xi măng có thời gian đông kết khác nhau Khi thi công bê tông và vữa cần phải biết thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết của xi măng để định ra kế hoạch thi công hợp lý

Khi xi măng bắt đầu đông kết nó mất tính dẻo nên tất cả các khâu vận chuyển,

đổ khuôn và đầm chặt bê tông phải tiến hành xong trước khi xi măng bắt đầu đông kết, do đó thời gian bắt đầu đông kết phải đủ dài để kịp thi công Khi xi măng kết thúc đông kết là lúc xi măng đạt được cường độ nhất định, do đó thời gian kết thúc đông kết không nên quá dài vì xi măng cứng chậm, ảnh hưởng đến tiến độ thi công

Tính ổn định thể tích

Trong quá trình nung xi măng, CaO tự do và MgO tự do bị quá lửa, dẫn đến hiện tượng CaO tự do và MgO tự do hút nước chậm và tôi sau khi xi măng đã ngưng kết, gây nở thể tích và nứt nẻ

CaO + H2O Ca(OH)2 MgO + H2O Mg(OH)2 Ngoài ra, thành phần khoáng vật C3A trong xi măng thủy hóa tạo thành

C3A.6H2O, có khả năng tác dụng với thạch cao sinh ra 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O làm thể tích tăng lên 2,5 lần

Vì vậy, để đảm bảo tính ổn định thể tích, xi măng phải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng:

- Thành phần CaO tự do không vượt quá 0,5% so với khối lượng xi măng

- Thành phần MgO tự do không vượt quá 4,5% so với khối lượng xi măng

- Hàm lượng SO3 có trong xi măng không vượt quá 4,5% so với khối lượng xi măng

Cường độ chịu lực và mác của xi măng

Xi măng được ứng dụng phổ biến trong chế tạo các kết cấu xi măng, bê tông, đá nhân tạo Các kết cấu đó có khả năng chịu kéo và chịu uốn, phụ thuộc vào cường

độ của xi măng Hay nói cách khác, cường độ là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng đánh giá chất lượng công trình

Cường độ xi măng chịu ảnh hưởng của các yếu tố như thành phần khoáng vật, độ mịn, thời gian đông kết, độ ẩm và nhiệt độ môi trường, điều kiện dưỡng hộ … Vì vậy mác xi măng được quy định là trị số cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm được chế tạo trong điều kiện tiêu chuẩn và dưỡng hộ sau 28 ngày trong môi trường

20 5oC và độ ẩm lớn hơn 90%

Có 2 phương pháp xác định mác xi măng: Phương pháp cứng và phương pháp mềm Trong đó phương pháp mềm được sử dụng rộng rãi: Lấy hỗn hợp xi măng và cát tiêu chuẩn theo tỉ lệ 1 xi măng : 3 cát nhào trộn với nước cho đến khi đạt độ dẻo tiêu chuẩn Đúc thành 3 mẫu có kích thước 40 x 40 x 160 mm, được đầm bằng bàn rung tiêu chuẩn, dưỡng hộ sau 28 ngày rồi đem thí nghiệm uốn và nén

Hình 1.2 : Mẫu xi măng đối chứng xác định mác xi măng

Kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của xi măng

Loại xi măng thường dùng nhất hiện nay là các loại xi măng pooclang PCB40, chọn loại xi măng Holcim PCB 40 để nghiên cứu

Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của xi măng: bảng 1.1

Bảng 1.1: Chỉ tiêu chất lượng xi măng Holcim - PCB40

TT

Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Phương pháp

TN

YCCL: TCVN 6260:1997

Kết quả

1 Khối lượng riêng g/cm3 TCVN 4030 : 03 Không QĐ 3,1

là thành phần cùng với xi măng tạo ra bộ khung chịu lực cho vữa xi măng

Cát dùng để chế tạo bê tông là cát thiên nhiên hay còn gọi là cốt liệu mịn (do đá

bị phong hoá tạo ra) Hỗn hợp các loại cốt liệu kích thước nhỏ hơn 5 mm thu được

do nghiền từ đá gọi là cát nghiền

Chất lượng của cát để chế tạo vữa phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn

và hàm lượng tạp chất Cát dùng trong nghiên cứu này là cát thuộc lưu vực sông Đồng Nai, đáp ứng khá toàn diện các yêu cầu trên và phù hợp để chế tạo bê tông

1.2.1 Tiêu chuẩn cát sử dụng cho bê tông

Theo TCVN 7570 : 2006 – Cốt liệu cho bê tông và vữa:

Giá trị mô đun độ lớn, cát dùng cho bê tông và vữa được phân làm hai nhóm chính:

- Cát thô khi mô đun độ lớn trong khoảng từ lớn hơn 2,0 đến 3,3

- Cát mịn khi mô đun độ lớn trong khoảng từ 0,7 – 2,0

- Cát thô có thành phần hạt như quy định trong bảng 2.2 được sử dụng và chế tạo bê tông và vữa cho tất cả các cấp bê tông và mác vữa

Bảng 1.2 : Thành phần hạt của cát chế tạo bê tông

Kích thước lỗ sàng Lượng sót tích luỹ trên sàng , % khối lượng

Cát được sử dụng khi khả năng phản ứng kiềm – silic của cát kiểm tra theo phương pháp hoá học (TCVN 7572 - 14 : 2006) phải nằm trong vùng cốt liệu vô hại Khi khả năng phả ứng kiềm – silic của cột liệu kiểm tra nằm trong vùng có khả năng gây hại thì cần thí nghiệm kiểm tra bổ sung theo phương pháp thanh vữa (TCVN 7572 – 14 : 2006) để đảm bảo chắc chắn vô hại Cát được coi là không có khả năng xảy ra phản ứng kiềm – silic nếu biến dạng ( ) ở tuổi sáu tháng, xác định theo phương pháp thanh vữa nhỏ hơn 0,1%

1.2.2 Kết quả thí nghiệm cát

1.2.2.1 Cát nghiền

Hiện nay nguồn cát nghiền Đồng Nai được sử dụng rộng rãi, vậy ta chọn vật liệu này để nghiên cứu, thí nghiệm

Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của cát nghiền

Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của cát nghiền : bảng 1.3

Bảng 1.3: Kết quả thí nghiệm một số tính chất cát nghiền

Thí nghiệm

Đơn vị tính

Yêu cầu

kỹ thuật

Kết quả thí nghiệm

Bảng 1.4: Thành phần hạt của cát nghiền Kích thước

mắt sàng

(mm)

Khối lượng sót trên từng sàng (g)

Phần trăm lượng sót trên từng sàng

(%)

Phần trăm lượng sót tích lũy trên các sàng

Nhận xét: Cát nghiền thuộc loại cát hạt to, các chỉ tiêu thí nghiệm đạt tiêu

chuẩn làm cốt liệu nhỏ cho bê tông

1.2.2.2 Cát tự nhiên

Nguồn vật liệu

- Nguồn vật liệu cát thiên nhiên chọn nghiên cứu:

- Loại cát hạt nhỏ (có mô đun độ lớn Mđl = 1,5 ÷ 1,6), loại cát này dùng phối trộn với cát nghiền

Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của cát tự nhiên

Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của cát: bảng 1.5

Bảng 1.5: Kết quả thí nghiệm cát tự nhiên (cát hạt nhỏ)

TT Các chỉ tiêu thí nghiệm Tiêu chuẩn

thí nghiệm

Đơn vị tính

Yêu cầu

kỹ thuật

Kết quả thí nghiệm

1 Khối lượng riêng TCVN 7572-4:06 (g/cm3) 2,66

Sáng hơn

5 Biểu đồ thành phần hạt TCVN 7572-2:06

bảng 1.6, hình 1.4

Bảng 1.6: Thành phần hạt của cát tự nhiên (hạt nhỏ) Kích thước

mắt sàng

(mm)

Khối lượng sót trên từng sàng (g)

Phần trăm lượng sót trên từng sàng

(%)

Phần trăm lượng sót tích lũy trên các sàng

Nhận xét: Cát có mô đun độ lớn Mđl = 1,53 thuộc loại cát hạt mịn Theo tiêu chuẩn TCVN 7570 : 2006 loại cát hạt nhỏ này chỉ đạt tiêu chuẩn sử dụng cho bê tông M20 đến M35; không dùng cho bê tông mác > M35 Muốn sử dụng cho tất cả các loại mác bê tông, cần tính toán trên cơ sở hiệu quả kinh tế, kỹ thuật Tốt nhất nên sử dụng phối hợp với cát nghiền hay cát tự nhiên hạt lớn

1.3 Đá dăm

Đá dăm đóng vai trò là bộ khung chịu lực của bê tông,

Chất lượng cố liệu lớn (đá dăm) được đặc trưng bởi các chỉ tiêu: cường độ, thành phần hạt, độ lớn, hình dạng và trạng thái bề mặt hạt, lượng tạp chất

Cường độ đá được xác định thông qua thí nghiệm nén mẫu đá gốc hay thí nghiệm nén đá dăm trong xi lanh bằng thép và được gói là độ nén dập

1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật của đá dăm sử dụng cho bê tông

Đá dăm có thể cung cấp dưới dạng nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của đá dăm, biểu thị bằng lượng sót tích lũy trên các sàng, được quy định trong bảng 1.7

Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15% đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35% đối với cấp B30 và thấp hơn

Hàm luợng ion Cl-(tan trong a xít) trong cốt liệu lớn, không vượt quá 0,01%

Phản ứng kiềm – silic đối với cốt liệu lớn được quy định như đối với cốt liệu nhỏ

1.3.2 Kết quả thí nghiệm đá dăm

Loại vật liệu

Loại vật liệu đá dăm dùng cho bê tông là đá dăm cỡ (5 20) mm

Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của đá dăm

Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của đá dăm: bảng 1.8

Bảng 1.8: Kết quả thí nghiệm đá dăm cỡ (5 x 20) mm

TT Các chỉ tiêu thí nghiệm

Tiêu chuẩn thí nghiệm

Đơn vị tính

Yêu cầu

kỹ thuật

Kết quả thí nghiệm

Phần trăm lượng sót trên từng sàng (%)

Phần trăm lượng sót tích lũy trên các sàng (%)

Hình 1.5: biểu đồ thành phần hạt của đá dăm (5-20)mm

Nhận xét : Đá dăm đạt tiêu chuẩn dùng chế tạo các loại bê tông

1.4 Nước

1.4.1 Yêu cầu chất lượng nước

Trong quá trình trộn vữa xi măng, nước được sử dụng đáp ứng các tiêu chuẩn về

“Nước sử dụng trong trộn vữa/ bê tông” TCXDVN 4506:2012

- Nước có chất lượng tốt, không chứa dầu mỡ, muối hay axit để không ảnh hưởng đến các tính chất cơ lí của xi măng

- Lượng tạp chất hữu cơ gần như không có vì là nước dùng sinh hoạt đã được qua xử lí tại nhà máy nước

1.4.2 Kết quả thí nghiệm mẫu nước

Bảng 1.9: Kết quả thí nghiễm mẫu nước dùng cho bê tông

TT Chỉ tiêu thí

Tiêu chuẩn TCVN 4506 :

2012

Quan sát bằng mắt thường

Không màu Không màu

2 Váng dầu mỡ -

Quan sát bằng mắt thường

Không phát hiện

Không phát hiện

Nhận xét: Mẫu nước đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông

1.5 Phụ gia

1.5.1 Nguồn vật liệu

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại phụ gia trong và ngoài nước Công ty Sika đã cung cấp nhiều sản phẩm và sử dụng rộng rãi khắp cả nước Để thuận tiện cho công tác thiết kế và tạo cơ sở để ứng dụng thi công sau này, chúng tôi chọn một

số loại phụ gia của Sika tham gia vào thành phần bê tông trong quá trình nghiên cứu thí nghiệm: Phụ gia hóa dẻo: Sika Plastiment 257M

1.5.2 Tác dụng của phụ gia Sika:

Bằng cách hấp phụ nước trên bề mặt các hạt mịn và giữ chúng tách rời trong quá trình thủy hóa diễn ra, Sika Plastiment 257M tác động lên các đặc tính sau đây của

bê tông:

- Duy trì độ sụt lâu và độ giảm nước cao

- Độ chảy lỏng cao ( giảm đáng kể công tác đổ, đầm)

- Thúc đẩy sự phát triển cường độ sớm và nhanh hơn

- Cải thiện khả năng từ biến và co ngót

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CHỌN TỶ LỆ PHỐI TRỘN CÁT NGHIỀN VỚI CÁT TỰ NHIÊN DÙNG CHO BÊ TÔNG

2.1 Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của bê tông bơm

Phương pháp bơm bê tông sử dụng thiết bị chuyên dụng bơm bê tông từ nơi tập kết đến vị trí đổ bê tông Bê tông được vận chuyển trong đường ống nhờ áp lực đẩy rất lớn của hệ thống động cơ và hệ thống thủy lực tạo ra

Việc thiết kế bê tông bơm phải đảm bảo sao cho bê tông qua được vị trí thu nhỏ của đường ống và các đường cong khi bơm Thành phần hỗn hợp bê tông bơm phải phù hợp với tính năng kỹ thuật của thiết bị bơm và phải đảm bảo độ lưu động ổn định và đồng nhất trong quá trình bơm bê tông

Khi thiết kế và tổ chức bê tông bơm cần đặc biệt quan tâm đế công tác kiểm tra chất lượng bê tông bơm từ khâu vật liệu, thành phần cấp phối, công nghệ chế tạo, vận chuyển, thiết bị sử dụng, tay nghề người vận hành máy bơm Cần chọn độ sụt hợp lý cho bê tông bơm theo kỹ năng kỹ thuật của loại máy bơn sử dụng và giữ độ sụt trong suốt quá trình bơm và yếu tố quan trọng Chọn độ sụt cần tính đến sự tổn

thất trong quá trình lưu giữ vận chuyển độ sụt bê tông thường là 12 – 17 cm

Trong nhưng năm trở lại đây, công nghệ bơm bê tông được áp dụng phổ biến rộng rãi ở hầu hết các các công trinhg xây dựng, từ những công trình dân dụng nhà

ở đến các công trình có quy mô lớn, tính đặc thù cao như nhà cao tầng, đường hầm, đập thủy điện, hồ chứa… Với đặc tính cơ giới hóa cao, công nghệ bơm bê tông giúp tiết kiệm nhân công, rút ngắn thời gian đổ bê tông, đảm bảo tiến bộ thi công, từ

đó giảm chi phí đầu tư dự án Đặc biệt, với đặc tính dễ dàng thay đổi vị trí bơm và điều khiển đến các vị trí cần đổ, phù hợp với đa dạng loại công trình Hơn thế nữa,

có thể đáp ứng được yêu cầu đổ bê tông tại những vị trí phức tạp và nguy hiểm mà vẫn đảm bảo chất lượng công trình và an toàn lao động của người trực tiếp tham gia thi công

Hình 2.1 : Công tác bơm bê tông

2.2.Yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu nhỏ cho bê tông

Điều kiện kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng Cát nghiền hoặc Cát tự nhiên để xây dựng công trình thủy công theo Tiêu chuẩn TCVN 9205-2012 như sau:

- Hàm lượng hạt > 5 mm: ≤ 5%

- Hàm lượng hạt < 0,14 mm: 5 - 20%

Đối với BT chịu va đập, mài mòn: hàm lượng hạt < 0,14 mm: ≤ 15%

- Hàm lượng hạt < 0,075 mm: đối với cát thô ≤ 16%

đối với cát mịn ≤ 25%

- Đối với BT chịu va đập, mài mòn: hàm lượng hạt < 0,075 mm: ≤ 9%

- Cốt liệu nhỏ có mô đun độ lớn Mđl trong khoảng từ 2,0 3,3

Tiêu chuẩn 14 TCN 68 – 2002

- Hàm lượng hạt nhỏ hơn 0,14 mm : ≤ 10%

- Hàm lượng bùn bụi sét:

Bê tông vùng mực nước biến đổi: ≤ 1%

2.3 Tính chất của cát tự nhiên chọn nghiên cứu

- Cát thuộc loại cát hạt nhỏ có mô đun Mđl khoảng 1,5 2,0

- Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570 : 2006, cho phép sử dụng cho bê tông ≤ M350 Tuy nhiên nếu sử dụng cát nhỏ, lượng xi măng sẽ tăng khoảng

7 20% so với việc sử dụng cát vừa hoặc cát to Khi lượng dùng xi măng nhiều, bê tông khối lớn sẽ dễ bị nứt do ứng suất nhiệt thủy hóa của xi măng

2.4 Tính chất của cát nghiền

- Cát nghiền có cỡ hạt tương đương với loại cát to, hàm lượng hạt > 5 mm chiếm gần 5% Hàm lượng hạt < 0,075 mm chiếm khoảng 10 12%;

3.5 Phối hợp cát nghiền với cát tự nhiên

- Kết quả : xem bảng 2.1 (chi tiết ở bảng 2.2)

Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm phối hợp Cát nghiền (Mđl = 2,75) + Cát tự nhiên (Mđl = 1,56)

TT

Tỷ lệ phối trộn

độ lớn Mđl

KL thể tích xốp ( T/m3)

Lượng hạt (%)

Cát nghiền

Bảng 2.2 : Kết quả phối Cát nghiền (Mđl = 2,75) + Cát hạt nhỏ (Mđl = 1,56)

Đun

Mđl

K.lượng thể tích (T/m3)

2,5 (mm)

1,25 (mm)

0,63 (mm)

0,315 (mm)

0,14 (mm)

<0,14 (mm)

<0,075 (mm)

Nhận xét : Có thể sử dụng phối hợp Cát nghiền với Cát tự nhiên theo tỷ lệ 50

50%, để tạo ra Cát hỗn hợp đạt yêu cầu sử dụng cho bê tông thủy công:

- Hàm lượng hạt > 5 mm : không lớn hơn 5% (đạt yêu cầu)

- Hàm lượng hạt < 0,14 mm: không lớn hơn 20% (đạt yêu cầu)

- Hàm lượng hạt < 0,075 mm: không lớn hơn 16% (đạt yêu cầu)

- Mô đun Mđl khoảng: 2,15 2,8 (đạt yêu cầu)