Nghiên cứu cấp phối bê tông cường độ cao và siêu cao

I THÀNH PHẦN BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO VÀ SIÊU CAO Xi măng (Cement) Đặc điểm vật lý hóa học xi măng đóng vai trò đặc biệt quan trọng phát triển cường độ kiểm sốt tính lưu biến bê tơng Độ mịn ảnh hưởng đến lượng nước yêu cầu tính quán Khi lựa chọn loại xi măng sử dụng cho Bê tông cường độ cao nên chọn loại xi măng có hàm lượng C3A thấp hàm lượng C3A thấp dễ kiểm sốt tính lưu biến giảm vấn đề độ dẻo bê tông Với nghiên cứu thường sử dụng xi măng Portland để phục vụ cho việc sản xuất bê tông cường độ cao Cốt liệu thô (Coarse aggregate) Đối với mục đích sản xuất loại bê tơng có cường độ lớn, kích thước lớn bê tơng lựa chọn nên đủ nhỏ để bê tơng đặc lỗ rỗng Đối với bê tơng có cường độ nén 70Mpa sản xuất với cốt liệu có đường kính hạt tối đa khoảng 20 đến 28 mm Đối với bê tơng có cường độ nén 100 Mpa cốt liệu có đường kính thích hợp từ 10 đến 20 mm Đến nay, bê tơng có cường độ nén lớn 125 Mpa chế tạo với đường kính hạt cốt liệu thô tối đa từ 10 đến 14 mm Cốt liệu mịn (Fine aggregate) Thông thường sử dụng cát tự nhiên (cát sông) kết hợp với cát nghiền Nước (water) Nước thành phần quan trọng bê tơng tham gia tích cực vào phản ứng hóa học xi măng Cường độ bê tông chủ yếu phụ thuộc vào chất kết dính hoạt động thủy hóa xi măng Lượng nước yêu cầu cần giảm đến mức thích hợp cho phản ứng hóa học xi măng khơng bị nước nước dư thừa tạo thành lỗ rỗng không mong muốn bê tông Từ việc xem xét thiết kế bê tông cường độ siêu cao, điều quan trọng phải phối hợp tỷ lệ xi măng phụ gia hóa học/phụ gia khống chất lượng nước dùng để trộn Phụ gia hóa học Phụ gia hóa học thành phần thiết yếu hỗn hợp bê tơng, chúng làm tăng hiệu xi măng cách cải thiện khả làm việc giảm lượng nước bê tông Một số loại phụ gia hóa học: • Phụ gia hóa dẻo siêu dẻo: Liều lượng phụ gia xác định thông qua khuyến cáo nhà sản xuất thí nghiệm Lượng phụ gia siêu dẻo thơng thường từ 0.5 – 3.0 lít/100kg xi măng tùy theo yêu cầu độ sụt yêu cầu kết cấu; • Phụ gia làm chậm ninh kết; • Các tác nhân hút khí; Phụ gia khống chất Điểm khác biệt bê tơng truyền thống bê tông cường độ cao chủ yếu việc sử dụng phụ gia khoáng chất Một vài loại phụ gia khoáng chất thường sử dụng như: • Tro bay: Hàm lượng tro bay dùng cho bê tông môi trường nước biển từ 10 – 15% khối lượng xi măng; • Muội Silic: Thành phần muội silic bê tông chiếm – 15% khối lượng xi măng Trong môi trường nước biển để tăng độ bền bê tông sử dụng – 7% muội silic ; • Bột Cacbon; • Các phụ gia khoáng thạch cao khan Phụ gia khoáng tro bay bụi silic hoạt động vật liệu Puzzolonic chất độn, cấu trúc vi mơ xi măng đông cứng trở nên đặc Việc sử dụng bụi silic lấp đầy lỗ rỗng hạt xi măng cốt liệu Việc bổ sung bụi silic không làm tăng cường độ bê tông mà tăng đóng vai trò chất xúc tác nhanh để đạt cường độ sớm II CÁC CẤP PHỐI ĐÃ NGHIÊN CỨU Cấp phối sử dụng phụ gia hóa dẻo − Cốt liệu thơ: Đường kính hạt tối đa 12.5 mm tương đương 0.63 m3 − Cốt liệu mịn (Cát): Đường kính nhỏ 1mm Cát cát nghiền với tỷ lệ 33% 76% − Phụ gia hóa dẻo lấy 2% khối lượng xi măng Xi măng Phụ gia hóa dẻo Cốt liệu thơ Cốt liệu mịn Nướ Cường độ nén sau 28 ngày (kg) (kg) (kg) (kg) c (Mpa) (lít) 490 9.8 1053 643 157 70 Cấp phối sử dụng Bụi silic phụ gia hóa dẻo − Bụi silic lấy 10% khối lượng xi măng; − Phụ gia hóa dẻo: 12.3 kg; Xi măng (kg) Phụ gia hóa dẻo (kg) Bụi silic (kg) Cốt liệu thô (kg) Cốt liệu mịn (kg) 441 12.3 49 1053 630 Nước Cường độ nén sau 28 ngày (Mpa) (lít) 157 70 Cấp phối theo “International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology” − Cốt liệu thô (10mm 31% 20mm 69% khối lượng); − Cốt liệu mịn: Sử dụng cát sông W/b HPC1 0.29 HPC2 0.29 HPC3 0.29 HPC4 0.29 HPC5 0.29 HPC6 0.29 Cấp phối theo “Concrete Microstructure, properties and materials” Kg/m3 Cấp phối Cấp phối Cấp phối Cấp phối Cấp phối Xi măng Poocland loại 564 475 487 564 475 Bụi silic - 24 47 89 74 Tro bay - 59 - - 104 Cốt liệu thơ (đường kính tối 1068 1068 1068 1068 1068 đa 10 mm) Cốt liệu mịn (cát) 647 659 676 593 593 Nước 158 160 155 144 152 Tỷ số Nước/Xi măng 0.28 0.29 0.29 0.22 0.23 Cường độ nén sau ngày 58.3 57.6 55.3 74.8 55.6 Cường độ nén sau ngày 65.9 71.9 72.9 95.6 79.5 Cường độ nén sau 28 ngày 78.6 88.5 91.9 118.9 107 Cường độ nén sau 56 ngày 81.4 97.3 94.2 121.2 112 Cường độ nén sau 91 ngày 86.5 100.4 96 131.8 119.3 Cường độ nén sau 272 ngày 98.5 107.6 98.1 134.7 129.8 Cấp phối điển hình số dự án thực STT Nước (kg/m3) 151 145 135 145 130 130 Xi măng 311 398 500 335 513 315 Tro bay 31 45 - - - 40 Xỉ 47 - - 125 - - Bụi silic 16 32 30 40 43 23 Cốt liệu thô 1068 1030 1100 1130 1080 1140 Cốt liệu mịn 676 705 700 695 685 710 Water reducer 1.6 1.7 - 1.0 - 1.5 - 1.8 - - - Phụ gia đơng kết chậm Khơng khí ± 1.5 5–8 - - - 5.5 Phụ gia hóa dẻo 2.1 14 6.5 15.7 5.0 Tỷ số N/X 0.37 0.3 0.27 0.29 0.25 0.34 Cường độ nén sau 28 ngày 59 - 93 99 119 - Cường độ nén sau 91 ngày - 60 107 104 145 - Cấp phối theo nghiên cứu “Burg and Ost 1994) Đơn vị (m3) Cấp phối Xi măng (kg) 564 475 487 564 475 327 Bụi silic (kg) - 24 47 89 74 27 Tro bay (kg) - 59 - - 104 87 Cốt liệu thô (đá 12.5 mm) (kg) 1068 1068 1068 1068 1068 1121 Cốt liệu mịn (Cát) (kg) 647 659 676 593 593 742 Phụ gia hóa dẻo loại F (lít) 11.6 11.6 11.22 20.11 16.44 6.3 Phụ gia hóa dẻo loại G (lít) - - - - - 3.24 Phụ gia làm chậm đơng kết (lít) 1.12 1.05 0.97 1.46 1.5 - Tỷ số N/X 0.28 0.29 0.29 0.22 0.23 0.32 Cường độ nén sau ngày (Mpa) 57 54 55 72 53 43 Cường độ nén sau ngày (Mpa) 67 71 71 92 77 63 Cường độ nén sau 28 ngày(Mpa) 79 92 90 117 100 85 Cấp phối theo “Langley, W.s.R Gilmour, and E, Trompach, ACI SP – 154, 1995” dùng cho cầu The Great Belk Link Đan Mạch Tỷ lệ trộn (kg/m3) Bê tông cho trụ cầu Bê tông Tấm chống ăn mòn Xi măng Portland 416 285 478 Bụi silic 34 22 42 Tro bay - 133 60 Cốt liệu mịn (Cát) 737 744 650 Cốt liệu thô (đá) 20mm 1030 1054 980 Nước 153 159 142 Phụ gia siêu dẻo Tỷ lệ N/X 0.34 0.37 0.25 Cường độ nén sau ngày (Mpa) 35 9.7 - Cường độ nén sau ngày (Mpa) 52 27.4 - Cường độ nén sau 28 ngày (Mpa) 82 50 100 Cấp phối thí nghiệm theo “Tạp chí Khoa học kỹ thuật mơi trường – số 50) Kết thí nghiệm: Cấp phối trộn theo “The 3nd Virtual Multidisciplinary Conference” Cấp phố i Tỷ số N/X Nước (kg/m3 ) Bụi silic Xi măng (kg/m3 ) Cốt liệu thô (12.5>d>6.3 ) Cốt liệu thô (6.3>d>4.75 ) (mm) (mm) Cốt liệu mịn 4.75>d>0.42 (mm) Phụ gia hóa dẻo Cường độ nén sau ngày Cường độ nén sau 28 ngày C1 0.28 160 50 550 430 290 990 15 85 98 C2 0.25 137.4 50 550 430 290 990 18 91.7 106 C3 0.25 150 54.5 600 421 281 981 19.63 82.2 99 C4 0.25 175 63.6 700 411 271 981 22.9 79.4 97.4 C5 0.25 187.4 68.2 750 402 262 962 24.5 81.5 95.1 C6 0.25 137.4 50 550 - - 1710 18 97.8 110 C7 0.25 149 60 600 - - 1650 23.1 97.3 107.2 C8 0.25 173.6 70 700 - - 1540 27 93.3 102 C9 0.25 187.4 75 750 - - 1485 29 86.6 99.4 C10 0.2 97 50 550 - - 1710 33 101.1 120.2 C11 0.2 106.6 60 600 - - 1650 36.3 98 115 C12 0.2 124 70 700 - - 1540 42.35 93 110 C13 0.2 136 75 750 - - 1485 41.25 104.5 116.4 C14 0.2 96.9 50 550 430 290 990 33 96.4 111.7 C15 0.2 102 110 550 430 290 990 42.9 93.5 108.7 C16 0.2 103.8 137 550 430 290 990 48.13 92.8 104.7 10 Cấp phối theo “Mix Proportioning of High Performance Concrete for Indian Environment” 11 Cấp phối theo “The development of a new method for the proportioning of high- performance concrete mixtures” Cấp phối trộn (kg/m3) SF5 SF10 SF 15 SF 20 Xi măng 426 449 468 478 Bụi silic 22 50 83 120 Tổng hàm lượng xi măng bụi silic 448 499 550 598 Phụ gia hóa dẻo 2.2 8.3 12 Nước 153 142 132 121 Cốt liệu thô (đá) 1169 1155 1136 1119 Cốt liệu mịn (cát) 630 622 612 603 Cường độ nén bê tông sau ngày 16.8 24.1 34.4 45.1 Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) 28.6 42.2 63 84.9 Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) 50.1 67.2 84.8 102.5 Cường độ nén bê tông sau 28 ngày (Mpa) 60 80 100 120 12 Cấp phối trường Đại học Giao thông vận tải nghiên cứu năm 2007 Thành phần: − Cốt liệu: Cát đá Đồng Nai − Nước sạch: phù hợp với TCXDVN − Chất siêu dẻo: Sika Viscocrete 3000 – 10, tro nhẹ Sài Gòn − Xi măng: Nghi Sơn PCB – 40 Thành phần bê tông 60: Thành phần Khối lượng Tỷ số nước/chất kết dính Xi măng (kg/m3) Muội silic (kg/m3) Tro bay (kg/m3) Đá (kg/m3) Cát (kg/m3) Nước (lít) Chất siêu dẻo (lít) Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) Cường độ nén bê tông sau 28 ngày (Mpa) 0.3 450 24 71 1150 645 160 4.5 42 55 68 Thành phần bê tông 80B: Thành phần Khối lượng Tỷ số nước/chất kết dính Xi măng (kg/m3) Muội silic (kg/m3) Tro bay (kg/m3) Đá (kg/m3) Cát (kg/m3) Nước (lít) Chất siêu dẻo (lít) Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) Cường độ nén bê tông sau 28 ngày (Mpa) 0.26 500 35 75 1100 715 140 6.0 55 70 88 13 Cấp phối theo kết nghiên cứu Viện KHCN Xây dựng Kỹ hiệu cấp phối CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 Xi măng (kg) 266 339 308 321 309 Xỉ lò cao (kg) 193 128 172 140 141 Tro trấu (kg) 92 83 70 89 99 Nước (lít) 138 154 170 187 203 Phụ gia siêu dẻo (kg) 5.5 4.4 3.3 3.3 3.3 Cát mịn (kg) 488 478 467 453 440 10 – 20mm 853 836 817 792 769 – 10mm 401 393 384 373 362 Cường độ nén sau ngày 41.4 41.2 37.1 35.6 33 Cường độ nén sau ngày 68.1 67.6 61 58.6 54.3 Cường độ nén sau ngày 78.3 77.6 70.1 67.3 62.4 Cường độ nén sau 28 ngày 92 91.3 82.5 79.2 73.4 Đá dăm (kg) III CÁC BƯỚC TRỘN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ SIÊU CAO Theo nghiên cứu vận tốc trộn hiệu tất bước trộn từ đến m/s Bước 1: Trộn tất vật liệu khô (trừ cốt sợi) thời gian 1.5 phút Bước 2: Bổ sung nước làm ướt bề mặt vật liệu 1.5 phút Một nửa số phụ gia siêu dẻo thêm vào với nước để tránh vón cục muội silic Bước 3: Dừng trộn khoảng thời gian phút để nước thấm vào thành phần cốt liệu Bước 4: Bổ sung cốt sợi trộn thời gian 1.5 phút Bước 5: Thêm phụ gia hóa dẻo trộn tiếp thời gian phút Bước 6: Cuối cùng, hệ thống hút chân không với áp suất 50 mbar thời gian 1.5 phút để loại bỏ khơng khí bê tông  ... 612 603 Cường độ nén bê tông sau ngày 16.8 24.1 34.4 45.1 Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) 28.6 42.2 63 84.9 Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) 50.1 67.2 84.8 102.5 Cường độ nén bê tông sau... Chất siêu dẻo (lít) Cường độ nén bê tơng sau ngày (Mpa) Cường độ nén bê tông sau ngày (Mpa) Cường độ nén bê tông sau 28 ngày (Mpa) 0.26 500 35 75 1100 715 140 6.0 55 70 88 13 Cấp phối theo kết nghiên. .. 58.6 54.3 Cường độ nén sau ngày 78.3 77.6 70.1 67.3 62.4 Cường độ nén sau 28 ngày 92 91.3 82.5 79.2 73.4 Đá dăm (kg) III CÁC BƯỚC TRỘN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ SIÊU CAO Theo nghiên cứu vận tốc