Xác định tỉ lệ hợp lý phụ gia khoáng hoạt tính tro bay và tro trấu trong bê tông - ThS. Nguyễn Tiến Trung

Phụ gia tro bay và tro trấu đều là các phụ gia khoáng hoạt tính có ảnh hưởng đối với các tính chất của bê tông. Tuy nhiên chúng cũng có ưu và nhược điểm, đặc biệt là một số ưu điểm của phụ gia này lại là nhược điểm của phụ gia kia và ngược lại. Tham khảo nội dung bài viết Xác định tỉ lệ hợp lý phụ gia khoáng hoạt tính tro bay và tro trấu trong bê tông để hiểu hơn về vấn đề này.

XÁC ĐỊNH TỈ LỆ HỢP LÝ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH TRO BAY VÀ TRO TRẤU TRONG BÊ TƠNG ThS Nguyễn Tiến Trung Tóm tắt Phụ gia tro bay tro trấu phụ gia khống hoạt tính có ảnh hưởng tính chất bê tơng Tuy nhiên chúng có ưu nhược điểm, đặc biệt số ưu điểm phụ gia lại nhược điểm phụ gia ngược lại Nếu dùng tro bay tro trấu theo tỉ lệ thích hợp bê tơng phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm loại phụ gia, có tác dụng tốt bê tơng, có vấn đề chống thấm Để xác định tỉ lệ hợp lý hai loại phụ gia dùng phương pháp toán qui hoạch thực nghiệm nhằm mục đích giảm khối lượng thí nghiệm, mà đạt bê tơng có độ hút nước nhỏ Tỉ lệ cụ thể tro bay 16%, tro trấu 6% Hiệu phụ gia khống hoạt tính chủ yếu phụ thuộc vào thành phần SiO2ht, Al2O3ht, Fe2O3ht phụ gia, chúng có khả tương tác với vơi Ca(OH)2 chất dễ hòa tan, đông cứng yếu bê tông để tạo hợp chất hóa học khơng hòa tan cứng hóa tốt có cường độ làm đặc bê tơng I- MỞ ĐẦU Bê tơng cơng trình thủy lợi nhiều trường hợp yêu cầu chống thấm Có nhiều phương pháp để nâng cao đô chống thấm bê tơng, có biện pháp dùng phụ gia khống hoạt tính [1] Tác dụng phụ gia khống hoạt tính mịn với xi măng nhét đầy khe kẽ bê tông, đặc biệt hạt cực mịn nhét khe kẽ xi măng, làm cho bê tơng đặc Ngồi thành phần hoạt tính phụ gia SiO2, Al2O3, Fe2O3 tương tác với Ca(OH)2 xi măng chất dễ hòa tan, ổn định để tạo thành hydro canxi silicat hydro canxi aluminat khơng hòa tan, biến cứng ổn định, làm đặc bê tông Tro bay tro trấu có ưu nhược điểm riêng ứng xử tính chất bê tông Nếu dùng hỗn hợp chúng phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm loại phụ gia Tuy nhiên cần xác định tỉ lệ hợp lý hai loại phụ gia để cải thiện tính chất mong muốn bê tơng, mà tinh chống thấm Độ chống thấm có liên quan đến độ thấm nước [2], nên thí nghiệm độ hút nước thay cho độ thấm nước, thí nghiệm độ thấm nước phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian chi phí II- VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 1.1 Xi măng – Dùng xi măng poóc lăng PC40 Bút Sơn có thành phần khoáng bảng1 Bảng 1: Thành phần khoáng xi măng, % C3S C2S C3A C4AF 49,2 24,7 14,4 10,4 1.2 Tro bay – Tro bay phế thải đốt than cám nhà máy nhiệt điện Phả Lại thuộc loại F qua tuyển để loại bớt than chưa cháy đạt yêu cầu tiêu chuẩn [3,4] Tro bay có độ mịn tương tự xi măng Thành phần hóa tro bay Phả Lại bảng Bảng 2: Thành phần hóa học tro bay Phả Lại, % SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 MKN 59,14 23,53 6,06 0,84 0,60 3,30 0,27 0,30 5,74 1.3 Tro trấu – Tro trấu sản phẩm đốt trấu theo công nghệ đặc biệt (nhiệt độ thời gian đốt khống chế chặt chẽ), nghiền mịn gấp đơi xi măng đạt yêu cầu tiêu chuẩn [5] Thành phần hóa tro trấu nêu bảng Bảng 3: Thành phần hóa học tro trấu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 MKN 90,21 0,68 0,74 1,41 0,59 2,38 0,25 - 3,12 III- XÁC ĐỊNH TỈ LỆ THÍCH HỢP CỦA PHỤ GIA KHỐNG HOẠT TÍNH TRO BAY VÀ TRO TRẤU TRONG BÊ TÔNG CHỐNG THẤM 2.1 Dùng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để xác định tỉ lệ hợp lý tro bay tro trấu [6,7] Sử dụng mô hình qui hoạch thực nghiệm bậc tâm xoay với yếu tố ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro trấu tro bay hỗn hợp chất dính kết (xi măng + tro trấu + tro bay) lên độ hút nước bờ tụng Để xác định tỷ lệ dùng loại phụ gia tro trấu tro bay hợp lý, qua tham khảo nhiều tài liệu nghiên cứu nước, chọn khoảng biến thiên biến (tỉ lệ phụ gia tro trÊu, tØ lƯ phơ gia tro bay) lµ : - 10% 10 - 25% Mô hình qui hoạch lựa chọn mô hình thống kê phi tuyến bậc hai, hai mức tối ưu toàn phần cã d¹ng nh­ sau : Y = bo + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b1x12 + b2x22 Sè thÝ nghiÖm N = 2n + 2n + No = 22 + 2x2 + = Để làm tăng tính xác mô hình thu được, tiến hành thực nghiệm lần tâm kế hoạch nên tổng s thÝ nghiªm N = + = 13 thÝ nghiệm, bậc tự thí nghiệm lặp tâm f0 = m -1 = - = Ma trận thực nghiệm theo mô hình tâm xoay bậc hai với thí nghiệm tâm cho bảng Bảng : Ma trận kế hoạch hóa thùc nghiƯm t©m xoay bËc hai BiÕn m· BiÕn thùc x1x2 x12 x22 25 +1 +1 +1 10 10 -1 +1 +1 +1 25 -1 +1 +1 -1 10 + +1 +1 N Xo X1 X2 Z1 Z2 +1 +1 +1 10 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 + 1.414 11.4 17.5 +1 - 1.414 1.6 17.5 +1 + 1.414 6.5 28.1 0 +1 -1.414 6.5 6.9 0 +1 0 6.5 17.5 0 10 +1 0 6.5 17.5 0 11 +1 0 6.5 17.5 0 12 +1 0 6.5 17.5 0 13 +1 0 6.5 17.5 0 Ma trận qui hoạch cấp phối thí nghiệm cho bảng Bảng : Ma trận qui hoạch cấp phối bê tôngthí nghiệm N X1 X2 Z1 Z2 Xi măng Tro trấu Tro bay Đá Cát 1 10 25 260 40 100 1094 639 191 0.379 0.50 -1 10 10 320 40 40 1094 641 196 0.380 0.52 -1 25 288 12 100 1094 654 189 0.384 0.50 -1 -1 10 348 12 40 1094 656 194 0.385 0.51 1.414 11.4 17.5 284 46 70 1094 635 195 0.377 0.51 -1.414 1.6 17.5 324 70 1094 666 188 0.388 0.49 1.414 6.5 28.1 262 26 112 1094 641 191 0.379 0.50 -1.414 6.5 6.9 346 26 28 1094 654 194 0.384 0.51 Nước C/(C+Đ) N/X 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 10 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 11 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 12 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 13 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.49 2.2 Tính toán xử lý kết theo mô hình Phương trình qui hoạch thực nghiệm để xác định độ hút nước bê tông Đề tài sử dụng phần mềm Maple10 [8] để xác đinh hệ số håi qui bj KiĨm tra l¹i tÝnh cã nghÜa cđa hệ số bj theo chuẩn Studient, sau kiểm tra lại tính phù hợp mô hình kế hoạch thực nghiệm chuẩn Fisher Các điều kiện để đảm bảo tính có nghĩa tính phù hợp : - TÝnh cã nghÜa cđa c¸c hƯ sè bJ : t tÝnh > t b¶ng (P, fo = No -1) Theo mô hình qui hoạch : fo = lấy xác xuất P = 0.05 ; Vậy tbảng = 2.776 - TÝnh phï hỵp Ftinh s  phï hợp s Fb ả ng ( P, f fh , f ) s víi phï hỵp  (y   u N0   y u )   ( y u0  y) u 1 [ N   ( N  1)] ®ã : f0 = N0 -1 : bậc tự thí nghiệm lặp tâm ffh = [N - l - (N0 -1)] : bËc tự phương sai phù hợp l : hệ số có nghĩa lại phương trình hồi qui Kết thí nghiệm độ hút nước bê tông cho bảng Bảng : Kết thí nghiệm độ hút nước bê tông Biến mã BiÕn thùc §é hót n­íc, % N Xo X1 X2 Z1 Z2 H28 H90 +1 +1 +1 10 25 4.69 3.840 +1 +1 -1 10 10 4.34 3.720 +1 -1 +1 25 5.38 4.120 +1 -1 -1 10 4.21 4.270 +1 + 1.414 11.4 17.5 4.19 4.070 +1 - 1.414 1.6 17.5 5.03 3.880 +1 + 1.414 6.5 28.1 4.59 3.570 +1 -1.414 6.5 6.9 4.26 3.620 +1 0 6.5 17.5 4.66 3.490 10 +1 0 6.5 17.5 4.37 3.470 11 +1 0 6.5 17.5 4.40 3.540 12 +1 0 6.5 17.5 4.50 3.330 13 +1 0 6.5 17.5 4.52 3.510 Kết tính toán kiểm tra hệ số phương tình hồi qui tính tương hợp mô hình xác định phương trình hi qui ®é hót n­íc tuổi 28 90 ngàynh­ sau: H28 = 4.490-0.218x1+0.248x2-0.205x1x2 H90 = 3.474 - 0.0802X1 + 0.3011X12+ 0.3011X22 2.3 Phân tích kết thí nghiệm a) ảnh hưởng phụ gia tro trấu tro bay lên độ hút nước bê tông Bề mặt biểu đường đồng mức độ hút nước bờ tụng H28 biểu thị hình 1, Hình : Bề mặt biểu hàm mục tiêu hút nước Hình 2: Đường đồng mức bề mặt biểu hàm mục bê tông H28 theo biÕn m· (X1 lµ tØ lƯ phơ gia tro tiêu độ hút nước bê tông tuổi 28 ngµy, theo biÕn trÊu, X2 lµ tØ lƯ phơ gia tro bay, %) m· (X1 lµ tØ lƯ tro trÊu, X2 tỉ lệ tro bay, %) Sư dụng phần mềm Maple10 [8], tính cực tiểu hàm mục tiêu Hmin giá trị X1= - 0.36 X2 = - 1.40 Chuyển biến mã thành biến thực Z1 Z2 Z1 = 5.2 % tỉ lƯ tro trÊu vµ Z2 = 7.0% tØ lƯ phơ gia tro bay b) ¶nh h­ëng cđa phơ gia tro trấu tro bay lên độ hút nước vữa tuổi 90 ngày Bề mặt biểu đường ®ång møc cđa ®é hót n­íc cđa v÷a ë ti 90 ngày biểu thị hình Hình : Bề mặt biểu hàm mục tiêu độ hút nước bê tôngH90 theo biến mã (X1 lµ tØ lƯ phơ gia tro trÊu, X2 lµ tØ lệ phụ gia tro bay, %) Hình 4: Đường đồng mức bề mặt biểu hàm mục tiêu độ hút nước bê tôngH90, theo biến mã (X1 tỉ lƯ tro trÊu, X2 lµ tØ lƯ tro bay, %) Hàm mục tiêu có cực tiểu Hmin X1 = 0.10 X2 = Chuyển biến mã hãa sang biÕn thùc Z1 vµ Z2 Z1 = 6.8 % tØ lƯ tro trÊu vµ Z2 = 17.2 % tØ lƯ tro bay Tû lƯ hỵp lý cđa tro trấu tro bay để đạt độ hút nước nhỏ bờ tụng tuổi 28 ngày tổng hợp bảng Bảng : Các tỉ lệ phối hợp hp lý phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu tro bay để hàm mục tiêu đạt cực trị độ hút nước Tuổi 28 ngµy TØ lƯ phơ gia tro trÊu, % (CKD) TØ lƯ phơ gia tro bay, % (CKD) Ti 90 ngµy TØ lƯ phơ gia tro trÊu, % (CKD) TØ lƯ phơ gia tro bay, % (CKD) H28 5.20 7.00 H90 6.80 17.20 Kết phân tích phương trình hồi qui cho thấy: ë ti 28 ngµy 90 ngày tỉ lệ tro bay tro trấu tìm khác Tuy nhiên phụ gia khoáng phát huy tuổi dài ngày tốt tuổi ngày phản ứng puzơlan (tương tác với vơi) xảy chậm, chọn tỉ lệ hợp lý phụ gia tro bay tro trấu tuổi 90 ngày Ngoài độ thấm nước kết hợp xác định phương trình hồi qui cường độ, khơng trình bày để báo khơng q di IV- KT LUN T kết nghiên cứu cã thĨ ®­a mét sè kÕt ln nh­ sau : - Việc sử dụng kết hợp tro bay tro trấu phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm loại phụ gia đơn l - Vic áp dụng mô hình toán học bậc hai tâm xoay để xác định tỉ lệ phối hợp hợp lý phụ gia tro bay tro trấu bê tông rỳt ngn c thi gian v s lượng thí nghiệm để xác định tỉ lệ tro trấu tro bay hợp lý trong bê tông - Kết hợp kết nghiên cứu độ thấm nước cường độ tuổi dài ngày (90 ngày), tỉ lệ hợp lý tro bay tro trấu bê tông đề nghị 6% 16% khối lượng chất kết dính - Nếu sử dụng phụ gia khống hoạt tính tro trấu tro bay kết hợp thêm phụ gia giảm nước, đem lại thêm hiệu tích cực đến độ chống thấm nước bê tơng, giảm lượng nước trộn làm cho bê tông đặc TÀI LIỆU THAM KHẢO Bryant Mather (2002), Concrete primer, International ACI Bộ xây dựng (1998), Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông loại, NXB xây dựng ASTM C618 -05 Specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in Portland cement concrete 14TCN 65-1999 Phụ gia khống cho bê tơng vữa – Yêu cầu kỹ thuật TCXDVN 311:2004 Phụ gia khống hoạt tính cao cho bê tơng vữa : Silicafume Tro trấu nghiền mịn Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thiêm (1997), Kỹ thuật hệ thống công nghệ hóa học, tập 1, NXB KHKT Lê Đức Ngọc (2001) Xử lý số liệu kế hoạch hóa thực nghiệm, Trường đại học KHTN 8 Maple 10 software Summary DETERMINING RATIONAL DOSAGE OF FLY ASH AND RICE HUSK ASH IN CONCRETE Fly ash and Rice husk ash are active mineral admixtures for concrete However they have advantages and also inconvenients, especially some advantages of one admixture are inconvenient of the other and vice versa If both admixtures are used together with rational proportions in concrete, these advantages will be developed and inconvenients will be overcome and concrete will have better properties, especially watertightness In order to determine their rational proportion, using experimental planning mathematic method with the aim to reduce the quantity of laboratory test and obtain concrete with minimum water absorption The efficiency of active mineral admixtures is based on their proportion of oxides SiO2ht, Al2O3ht, Fe2O3ht , because these factors can react with lime Ca(OH)2, which is soluble matter, weakly hardened in concrete to give new chemical compounds, stable in concrete  ... lượng thí nghiệm để xác định tỉ lệ tro trấu tro bay hợp lý trong bê tông - Kết hợp kết nghiên cứu độ thấm nước cường độ tuổi dài ngày (90 ngày), tỉ lệ hợp lý tro bay tro trấu bê tông đề nghị 6% 16%... lƯ tro trÊu vµ Z2 = 17.2 % tØ lƯ tro bay Tỷ lệ hợp lý tro trấu tro bay để đạt độ hút nước nhỏ bờ tụng tuổi 28 ngày tổng hợp bảng Bảng : Các tỉ lệ phối hợp hp lý phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu. .. học tro trấu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 MKN 90,21 0,68 0,74 1,41 0,59 2,38 0,25 - 3,12 III- XÁC ĐỊNH TỈ LỆ THÍCH HỢP CỦA PHỤ GIA KHỐNG HOẠT TÍNH TRO BAY VÀ TRO TRẤU TRONG BÊ TÔNG CHỐNG