Dự tính áp lực bơm trực tiếp từ các thông số thành phần bê tông

MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với cơng trình xây dựng sử dụng vật liệu bê tơng cơng nghệ bơm bê tơng ngày sử dụng gần chủ đạo thay cho kiểu thi cơng truyền thống Việc kiểm sốt chất lượng thi cơng lâu chủ yếu theo trình tự: dựa mác bê tông (cấp độ bền) thiết kế xác định, khâu thiết kế cấp phối tư vấn nhà thầu thuê đơn vị chuyên môn độc lập thực dựa vật liệu sử dụng - phương pháp trộn , thi công trường kiểm tra độ sụt vữa bê tông (tương ứng với mác bê tông phương pháp trộn) kết hợp lấy mẫu để kiểm tra cường độ sau Trong thực tế, thi công công trình điều kiện thi cơng đặc biệt như: thời tiết khắc nghiệt (quá nóng hay lạnh, khí hậu q khơ hay q ẩm ), cơng trình q lớn (cơng trình cao tầng hay có mặt rộng), bê tơng có mác cao (thường độ sụt thấp) dẫn đến vữa bê tơng khơng có đủ độ linh động cần thiết để bơm Các biện pháp xử lý liên quan đến cấp phối vữa bê tông thường tốn ảnh hưởng đến chất lượng bê tông sau Các nghiên cứu rằng, bê tông chảy đường ống bơm (thường thép), chúng tạo bề mặt tiếp xúc bê tông thành ống bơm lớp vữa mỏng gọi lớp ma sát biên (như hình bên đây) Thành phần tính chất lớp biên định bê tơng khó hay dễ bơm Hình Mơ hình dòng chảy bê tơng ống bơm Các đặc tính lưu biến lớp biên gọi thông số ma sát (gồm số nhớt  ngƣỡng trƣợt 0t), khả bơm bê tơng phụ thuộc thơng số Thực tế có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm, có dựa vào kinh nghiệm kỹ thuật viên vận hành, đơn giản dựa theo bảng tra đồ thị để xác định áp lực bơm cần thiết, nhiên sử dụng mơ hình dự tính áp lực bơm [KAPLAN 2000] thuận lợi sử dụng phổ biến Từ mơ hình thấy để xác định áp lực bơm, cần xác định thông số lưu biến, thơng số ma sát hay hai nhóm thông số tùy loại bê tông chế độ dòng chảy bê tơng ống bơm Để xác định thơng số cần phải có thiết bị đo chuyên dùng, người vận hành đo thử nghiệm hàng loạt thực tế trường dự tính áp lực bơm cần thiết tốn Nếu thông số mô hình hóa giúp cho việc dự tính áp lực bơm cần thiết rút ngắn thời gian thi công Một mơ hình thơng số số nhớt đề xuất [NGO et al 2011] mơ hình thông số ngưỡng trượt đề xuất tác giả cộng nghiên cứu tiến sĩ Pháp [MAI et al 2014] Thông số ma sát ngưỡng trượt 0t đặc trưng cho tính ì ban đầu dòng bê tơng ống bơm, ngưỡng trượt lớn nghĩa cần phải có áp lực bơm ban đầu đủ lớn để đẩy bê tông dịch chuyển ống bơm Các cố q trình thi cơng bơm bê tơng liên quan đến thông số ngưỡng trượt phổ biến thời điểm bắt đầu bơm hay phải khởi động bơm lại Thơng số phụ thuộc đặc trưng, tính chất, cấp phối vật liệu sử dụng nên đề xuất lựa chọn để cải tiến lại xét đến vật liệu sử dụng Việt Nam (thơng qua chương trình thí nghiệm trình bày chương III) mục tiêu thứ đề tài Trên sở hai mơ hình tính thơng số bơm, mục tiêu thứ hai đề tài thiết lập công cụ tính tốn đơn giản tự động hóa phần việc dự tính áp lực bơm thực tế trạm trộn hay công trường trực tiếp từ thông số thành phần bê tông thông qua mô hình Kaplan Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG 1.1 CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG LÊN KHẢ NĂNG BƠM CỦA BÊ TƠNG 1.1.1 Cơng nghệ bơm bê tơng Hình 1.2 Cơng nghệ thi cơng bơm bê tơng Hình 1.2 mô tả sơ công nghệ bơm bê tông công trường xây dựng 1.1.2 Ƣu nhƣợc điểm kỹ thuật bơm bê tơng 1.2 CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN DỊNG CHẢY CỦA BÊ TƠNG TRONG ỐNG BƠM 1.2.1 Trạng thái lƣu biến - phép đo thông số lƣu biến vữa bê tông a) Trạng thái lƣu biến vữa bê tông Đồ thị biểu diễn trạng thái lưu biến hai vữa bê tông minh họa Hình 1.14 Trạng thái lưu biến vữa bê tông mô tả thông qua hai thông số: ngưỡng cắt (τ0) độ nhớt (μ) Để vữa bê tơng trạng thái linh động để bắt đầu “chuyển động” được, cần phải có lực/áp lực tối thiểu tương đương với giá trị ngưỡng cắt, xê dịch hay chuyển động bắt đầu, lực cần thiết để làm biến dạng/ dịch chuyển bê tông tỷ lệ thuận với tốc độ cắt [HU 1995] Hình 1.14 Các trạng thái lưu biến vữa bê tông tươi b) Phép đo thông số lưu biến vữa bê tông 1.2.2 Thông số ma sát - phép đo thông số ma sát a) Thông số ma sát Các nghiên cứu trước ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm định chủ yếu hai thông số ma sát: ngưỡng trượt (0t) số nhớt () Mối quan hệ chúng biểu diễn phương trình Eq 1.2 đề xuất [KAPLAN 2000]    0t  v (Eq 1.2) Trong đó: – (Pa) ứng suất cắt bề mặt giao diện tiếp xúc; – 0t (Pa) ngưỡng trượt; - (Pa.s/m) số nhớt; – (m/s) vận tốc trượt tương đối b) Phép đo thông số ma sát 1.3 PHƢƠNG PHÁP DỰ TÍNH KHẢ NĂNG BƠM Có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm, đơn giản dựa theo bảng tra đồ thị dựa vào mơ hình tính tác [CHAPDELAINE 2007, CHOUINARD 1999] , nhiên sử dụng mơ hình [KAPLAN 2000] thuận lợi sử dụng phổ biến Mơ hình cho thấy tiến triển áp lực bơm - lưu lượng theo hai trang thái (1) (2) khác Hình 1.22 Ở phần (1) mơ hình, lúc dòng chảy bê tơng ống bơm dòng chảy trượt nhờ lớp ma sát tạo biên, áp lực bơm phụ thuộc chủ yếu vào thông số ma sát bề mặt (hằng số nhớt ngưỡng trượt) theo cơng thức Eq 1.4: Hình 1.22 Mơ hình dự tính áp lực bơm [KAPLAN 2000] (Eq 1.4) Khi lưu lượng bơm vượt qua giá trị Q1 xác định theo công thức Eq 1.5, ứng suất cắt bề mặt tiếp xúc vượt qua ứng suất cắt bê tơng, dòng chảy bê tơng ống bơm có tượng cắt vùng tiếp xúc, mô tả Hình 1.12 (2) (Eq 1.5) Lúc áp lực bơm vừa phụ thuộc thông số ma sát vừa phụ thuộc thông số lưu biến, xác định cơng thức Eq 1.6 (Eq 1.6) Trong đó:  P (Pa): áp lực bơm; L (m): chiều dài đường ống;  R (m): bán kính đường ống bơm; Q (m³/h): lưu lượng bơm trung bình; kr : hệ số lấp đầy (kr = 0,8 với bơm cố định, kr = 0,7 với bơm di động) [KAPLAN 2000];  0i(Pa)ngưỡng trượt (đo thiết bị đo ma sát);  (Pas/m)hằng số nhớt (đo thiết bị đo ma sát);  0 (Pa): ngưỡng cắt bê tông (đo thiết bị đo lưu biến);  (Pas)độ nhớt bê tông (đo thiết bị đo lưu biến) 1.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU GẦN ĐÂY - ĐẶT VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU - KẾT LUẬN CHƢƠNG 1.4.1 Kết nghiên cứu gần Ở Việt Nam lĩnh vực nghiên cứu lưu biến bê tông bơm bê tơng có phần hạn chế, bên cạnh vấn đề đầu tư hệ thống thiết bị phần khác vấn đề chuyên gia, kỹ thuật viên đào tạo 1.4.2 Đặt vấn đề nghiên cứu - Kết luận chƣơng Thực tế có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm, nhiên sử dụng mơ hình dự tính áp lực bơm [KAPLAN 2000] thuận lợi sử dụng phổ biến Mơ hình trình bày tổng hợp Mục I.3 chương Từ mơ hình thấy để xác định áp lực bơm, cần xác định thông số lưu biến, thông số ma sát hay hai nhóm thơng số tùy loại bê tơng chế độ dòng chảy bê tơng ống bơm Để xác định thơng số cần phải có thiết bị đo chuyên dùng, người vận hành đo thử nghiệm hàng loạt thực tế trường dự tính áp lực bơm cần thiết tốn Nếu thông số mơ hình hóa giúp cho việc dự tính áp lực bơm cần thiết rút ngắn thời gian thi công Với bê tông thường bê tông cường độ cao, dòng chảy bê tơng ống bơm chủ yếu dòng chảy trượt (chảy đùn), áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào thông số ma sát ngưỡng trượt số nhớt Một mơ hình thơng số số nhớt đề xuất [NGO et al 2011] mơ hình thông số ngưỡng trượt đề xuất tác giả cộng nghiên cứu tiến sĩ Pháp [MAI et al 2014] Thông số ma sát ngưỡng trượt 0t đặc trưng cho tính ì ban đầu dòng bê tơng ống bơm, ngưỡng trượt lớn nghĩa cần phải có áp lực bơm ban đầu đủ lớn để đẩy bê tông dịch chuyển ống bơm Các cố q trình thi cơng bơm bê tơng liên quan đến thông số ngưỡng trượt phổ biến thời điểm bắt đầu bơm hay phải khởi động bơm lại Thơng số phụ thuộc đặc trưng, tính chất, cấp phối vật liệu sử dụng nên đề xuất lựa chọn để cải tiến lại xét đến vật liệu sử dụng Việt Nam (thơng qua chương trình thí nghiệm trình bày chương III) mục tiêu thứ đề tài Trên sở hai mơ hình tính thơng số bơm, mục tiêu thứ hai đề tài thiết lập công cụ tính tốn đơn giản tự động hóa phần việc dự tính áp lực bơm thực tế trạm trộn hay công trường trực tiếp từ thơng số thành phần bê tơng thơng qua mơ hình Kaplan Chƣơng VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TƠNG 2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 2.2.1 Thiết bị đo ma sát (tribomètre) a) Mô tả thiết bị đo ma sát (tribomètre) Thiết bị đo ma sát phát triển [NGO et al 2010], gồm có phần chính: máy khuấy điều khiển tốc độ quay đọc momen xoắn điện tử; xy lanh hình trụ thép tròn trơn cao 10cm, đường kính 10,7cm; thùng chứa vữa bê tông cao 20cm đường kính 30cm Tồn hoạt động thiết bị điều khiển nhờ phần mềm cài máy tính để điều khiển máy khuấy Hình 2.2 Cấu tạo thiết bị đo ma sát quy trình vận hành: (a) cấu tạo thiết bị ; (b) bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai b) Phương pháp sử dụng thiết bị đo ma sát c) Khai thác kết đo 2.3 CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM Cấp phối bê tơng tham khảo lấy tương ứng với cấp phối sử dụng phổ biến thực tế thi công địa bàn Đà Nẵng Ở sau tham khảo vật liệu cấp phối công ty cung ứng vữa bê tông thương phẩm trường (Công ty Đăng Hải, cơng ty bê tơng Hòa Cầm ), cấp phối vữa bê tông lựa chọn tổng hợp Bảng 2.4 trình bày lại phần phân tích ảnh hưởng thơng số thành phần Phạm vi nghiên cứu đề tài nghiên cứu ảnh thưởng thông số thành phần/cấp phối bê tông lên ma sát bê tông thành ống bơm: khối lượng hồ xi măng dán, tỉ lệ Nước/Ximăng, tỉ lệ Đá(Sỏi)/Cát, kích cỡ Dmax cốt liệu thơ, thành phần phụ gia Các cấp phối thí nghiệm nghiên cứu liên quan đến yếu tố thời gian lưu vữa thực đo thông số lưu biến thông số liên quan thời điểm phút/ 30 phút/ 60 phút/ 90 phút 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 10 làm tăng độ linh động vữa bê tơng (làm giảm độ nhớt), qua gián tiếp giúp cho việc thành phần hạt mịn vữa bê tông dễ dàng di chuyển biên tạo lớp biên dày hơn, làm giảm ma sát tăng khả bơm 3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA TỈ LỆ NƢỚC/XIMĂNG LÊN THƠNG SỐ MA SÁT Kết thí nghiệm đo ma sát theo ảnh hưởng thông số khối lượng hồ xi măng trình bày Bảng 3.2 Hình 3.2 Bảng 3.2: Ảnh hưởng tỉ lệ Nước/Xi măng lên thơng số ma sát Hình 3.2: Quan hệ thông số ma sát - tỉ lệ Nước/Xi măng Sự suy giảm thông số ma sát bề mặt tăng tỉ lệ Nước/Xi măng giải thích sau: hình thức tăng tỉ lệ N/X giống việc pha loãng khối lượng hồ xi măng bê tơng, qua làm tăng độ linh động (giảm độ nhớt) vữa bê tông Việc phân tích với trường hợp tăng khối lượng hồ xi măng, thúc đẩy việc tạo thành lớp ma sát biên thuận lợi qua làm giảm ma sát - tăng khả bơm Để so sánh mức độ ảnh hưởng hai thông số thành phần: khối lượng hồ xi măng (Vhoxm) tỉ lệ Nước/Xi măng (N/X) lên thông số 11 ma sát bề mặt qua khả bơm bê tông, thông số ma sát biểu diễn theo thông số độ sụt bê tơng Hình 3.3 Hình 3.3: So sánh ảnh hưởng thông số thành phần lên thông số ma sát theo độ sụt 3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA TỈ LỆ ĐÁ/CÁT LÊN THÔNG SỐ MA SÁT Thay đổi tỷ lệ Đá/Cát (Đ/C) làm thay đổi kích thước khung cốt liệu mặt ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tông, mặt khác ảnh hưởng đến tính lưu biến bê tơng khả bơm Bảng 3.3: Ảnh hưởng tỉ lệ Đá/Cát lên thơng số ma sát Hình 3.4: Quan hệ thông số ma sát - tỉ lệ Đá/Cát 12 Khi tăng tỉ lệ Đ/C, thông số ma sát ngưỡng trượt số nhớt giảm Để giải thích điều này, biết rằng, số nhớt lớp ma sát tỷ số độ nhớt bề dày theo nghiên cứu [Kaplan] Khi tăng tỉ lệ Đ/C nghĩa giảm lượng cát thành phần cấp phối, thành phần khác không thay đổi (xem Bảng 3.3) qua giảm thành phần hạt mịn thể tích bột dán vữa bê tơng Việc có tác động: mặt làm giảm độ nhớt của lớp biên giảm thành phần hạt mịn, qua làm giảm phần bề dày lớp ma sát hay nói cách khác làm giảm thơng số ma sát Tuy nhiên mức độ giảm thông số ma sát nhỏ nhiều so với ảnh hưởng thơng số thể tích hồ xi măng đặc biệt tỉ lệ N/X 3.4 ẢNH HƢỞNG CỦA KÍCH CỠ CỐT LIỆU DMAX LÊN THƠNG SỐ MA SÁT Sự thay đổi đường kính cốt liệu sử dụng bê tông gây thay đổi diện tích bề mặt hỗn hợp cốt liệu thơ Kết nghiên cứu thể Hình 3.5, cho thấy rằng: - Với cấp phối có thành phần kích thước cốt liệu Dmax khác khau, tăng thể tích hồ xi măng thơng số ma sát giảm Kết phù hợp với kết trình bày mục 3.1 - Trong phạm vi khảo sát, với thay đổi lượng hồ xi măng khoảng xấp xỉ (khoảng từ Vhoxm = 0.3  0.5 m3), với mẫu bê tông cốt liệu đường kính Dmax nhỏ gây ma sát lớn Điều giải thích thơng qua tổng diện tích bề mặt cốt liệu mẫu bê tơng có Dmax nhỏ lớn gây ma sát lớn hơn, cản trở hình thành lớp ma sát biên làm tăng thông số ma sát bề mặt Kết luận phù hợp với kết luận [KAPLAN 2000] 13 Bảng 3.4: Ảnh hưởng Dmax lên thông số ma sát Hình 3.5: Quan hệ thơng số ma sát - V hồ xi măng theo Dmax 3.5 ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG VÀ THÀNH PHẦN CHẤT PHỤ GIA LÊN THÔNG SỐ MA SÁT Sự tiến triển thông số ma sát theo hàm lượng phụ gia siêu dẻo từ Bảng 3.5 thể lại đồ thị Hình 3.6 Bảng 3.5: Ảnh hưởng phụ gia lên thơng số ma sát 14 Hình 3.6: Quan hệ thông số ma sát - thành phần phụ gia Sự suy giảm thông số ma sát bề mặt tăng hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo giải thích thực tế tăng hàm lượng phụ gia làm “lỏng hóa” vữa xi măng dán bê tơng giữ nguyên thể tích vữa xi măng dán Điều thúc đẩy việc tạo lớp biên “lỏng dày” kết làm giảm thơng số ma sát bề mặt, hay nói cách khác làm tăng khả bơm bê tông 3.6 ẢNH HƢỞNG CỦA TỈ LỆ NƢỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN Ngưỡng trượt 0t đặc trưng cho tính ì ban đầu dòng bê tông ống bơm, ngưỡng trượt lớn nghĩa cần phải có áp lực bơm ban đầu đủ lớn để đẩy bê tơng dịch chuyển ống bơm Các số trình thi công bơm bê tông liên quan đến thông số ngưỡng trượt phổ biến thời điểm bắt đầu bơm hay phải khởi động bơm lại Từ đồ thị Hình 3.9 nhận thấy xu hướng chung thông số ma sát ngưỡng trượt tăng thời gian lưu vữa tăng, chút biến động nhỏ ứng với cấp phối B2 thời gian lưu vữa t = 60 phút giải thích khác biệt định thành phần cốt liệu mẻ thí nghiệm dầu cấp phối 15 Bảng 3.6: Ảnh hưởng tỉ lệ N/X lên thông số ma sát theo thời gian Hình 3.9: Quan hệ thơng số ma sát theo thời gian lưu vữa N/X Hằng số nhớt  đặc trưng cho tính ì bê tông bê tông dịch chuyển ống bơm, thơng số nhỏ bê tơng dễ dịch chuyển hay nói cách khác dễ bơm Từ đồ thị Hình 3.9 nhận thấy xu hướng chung thông số ma sát tăng thời gian lưu vữa tăng gần khơng có biến động khác biệt nào, lý dòng chảy bê tơng ổn định ống bơm khác biệt có (tất nhiên nhỏ) thành phần cốt liệu mẻ trộn cấp phối gần không ảnh hưởng đến thông số 16 3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG Các kết nghiên cứu ảnh hưởng thông số thành phần bê tông lên ma sát với thành ống bơm trình bày rõ chương này, mà cụ thể ảnh hưởng lên thông số: thông số ma sát (ngưỡng trượt 0t số nhớt ) Chƣơng CẢI TIẾN MƠ HÌNH NGƢỠNG TRƢỢT VÀ DỰ TÍNH ÁP LỰC BƠM 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thơng số ma sát ngưỡng trượt 0t đặc trưng cho tính ì ban đầu dòng bê tơng ống bơm, ngưỡng trượt lớn nghĩa cần phải có áp lực bơm ban đầu đủ lớn để đẩy bê tông dịch chuyển ống bơm Các cố q trình thi cơng bơm bê tơng liên quan đến thông số ngưỡng trượt phổ biến thời điểm bắt đầu bơm hay phải khởi động bơm lại Thông số phụ thuộc đặc trưng, tính chất, cấp phối vật liệu sử dụng nên đề xuất lựa chọn để cải tiến lại xét đến vật liệu sử dụng Việt Nam (thông qua chương trình thí nghiệm trình bày chương III) mục tiêu thứ đề tài Trên sở hai mơ hình tính thơng số bơm, mục tiêu thứ hai đề tài thiết lập công cụ tính tốn đơn giản tự động hóa phàn việc dự tính áp lực bơm trực tiếp từ thông số thành phần bê tông thông qua mô hình Kaplan 4.2 CẢI TIẾN MƠ HÌNH NGƢỠNG TRƢỢT Kết chương trình thí nghiệm chương tổng hợp lại Bảng 4.1 kết hợp với số liệu tham khảo Phụ lục (Phần 2) sử dụng để cải tiến mơ hình ngưỡng trượt 17 Bảng 4.1 Bảng tổng hợp kết chương trình thí nghiệm a) Ảnh hưởng thông số thành phần cấp phối Ảnh hưởng Vhoxm N/X Đ/C Dmax (4 x 20) Phụ gia Bê tông B11 B12 B13 B21 B22 B23 B24 B31 B32 B33 B41 B42 B43 B51 B52 B53 B54 N/X Đ/C Vhoxm (m ) Xi măng (kg) 390 410 460 440 410 385 460 Nước Đá Cát (kg) (kg) (kg) 0.45 1.12 0.301 0.317 0.355 0.4 0.45 0.5 0.5 1.12 0.317 0.45 1.20 1.12 1.00 0.317 410 185 1.12 0.301 0.324 0.348 390 420 450 176 189 203 876 982 955 876 982 955 876 1.12 0.317 410 185 955 0.45 0.45 176 185 207 176 185 193 230 Sika 257 Sp/Sp* (l/m3 ) 982 955 876 845 855 836 4.1 995 706 4.1 795 818 855 876 877 853 782 853 4.1 4.1 3.9 4.0 4.1 4.2 1.07 1.09 1.12 1.14 Slump   (cm) (Pa) (Pa.s/m) 19 21 23.5 20 21.5 22.5 10.5 19.5 21 21.5 14 17 22 17.5 19 21.5 23 37.2 28.6 22.5 36.2 29.6 21.4 52.6 26.1 28.6 31.2 62.5 45.9 31.1 47.1 41.5 29.6 24.8 611 495 410 598 495 407.2 693 451 495 547 728 625 516 548 512 495 443  (Pa) 1004.5 860.4 680.3 932.5 824.4 752.3 1616.9 968.5 860.4 824.4 1364.7 1148.6 788.4 1112.6 1004.5 824.4 716.3  (Pa) 41.2 34.2 25.3 37.7 32.4 28.9 71.2 39.5 34.2 32.4 58.9 48.3 30.6 61.0 55.7 46.9 41.6 b) Ảnh hưởng thông số thời gian Bê Thời gian lưu vữa tông (phút) 30 B1 60 90 30 B2 60 90 30 B3 60 90 30 B4 60 90 Vhoxm N/X (m ) 0.31676 0.4 0.31676 0.45 0.31676 0.5 0.37839 0.5 Độ sụt (cm) 20 17.5 16 13 21.5 19 17 15 23 21.5 18 17.5 10.5 8.5 6.5  (Pa) 36.2 52.5 55.7 67.4 29.6 42.5 41.5 54.3 21.4 33.5 36.7 47.1 52.6 64.8 72.5 #  (Pa.s/m)  (Pa) 598 674 781 1027 495 537 637 792 407.2 472 579.3 715.8 693 827 1046 # 932.5 1112.6 1220.6 1436.8 824.4 1004.5 1148.6 1292.7 716.3 824.4 1076.6 1112.6 1616.9 1761.0 1905.1 2229.3  (Pa) 37.7 46.5 51.8 62.4 32.4 41.2 48.3 55.3 27.1 32.4 44.8 46.5 71.2 78.3 85.3 101.2 Các bước đề xuất cải tiến mơ hình ngưỡng trượt thực tương tự việc thiết lập mơ hình ngưỡng trượt theo Eq 4.1 tác giả đề xuất [MAI et al 2014], nội dung trình bày tóm tắt sau Như nghiên cứu tổng quan kết phân tích chương trình thí nghiệm trình bày, thơng số ma sát ngưỡng trượt số nhớt phụ thuộc vào thành phần cấp phối bê tông (khối lượng hồ xi măng, tỉ lệ N/X, tỉ lệ Đ/C, thành phần 18 khung cốt liệu, phụ gia sử dụng, thành phần chất trơ ) hay xác phụ thuộc vào tính chất lưu biến bê tơng (độ sụt, ngưỡng cắt, độ nhớt) Ở nhóm tác giả đề xuất mơ hình tính ngưỡng trượt thơng qua thơng số xác định tính chất lưu biến bê tông mặt để đảm bảo thể hết ảnh hưởng thơng số thành phần lên tính chất lưu biến bê tông, mặt khác đơn giản kết việc tính tốn Kết mơ hình ngưỡng trượt Eq.4.1 thể việc tính ngưỡng trượt theo ngưỡng cắt bê tơng (do biên độ ngưỡng cắt lớn nhiều so với độ sụt bê tông, việc sử dụng thông số lưu biến ngưỡng cắt giúp thuận lợi việc đánh giá kết ngưỡng trượt) Thực tế có nhiều mơ hình dự tính ngưỡng cắt bê tơng: [MURATA et al 1992]; [HU et al 1996]; [FERRARIS et al 1998]; [WALLEVIK et al 2006] Hình 4.1: Sự tiến triển ngưỡng trượt theo ngưỡng cắt tính theo mơ hình [FERRARIS et al 1998] Để xác định mơ hình ngưỡng trượt tính tốn theo mơ hình ngưỡng cắt nào, kết đo thông số ngưỡng trượt theo thực nghiệm biểu diễn theo kết tính ngưỡng cắt mơ hình theo tác giả khác nhau, kết mô tốt lựa chọn Kết bước thực thể Hình 4.1 Từ kết Hình 4.1, mơ hình ngưỡng trượt đề xuất có dạng phương trình Eq.4.3 (Eq 4.3) 19 Trong đó: - k1; k2 (Pa) k3 (Pa): thơng số thí nghiệm hiệu chỉnh - Sp Sp* (%): hàm lượng sử dụng, hàm lượng bão hòa phụ gia Để xác định thơng số k1, k2 sử dụng kết thí nghiệm nhóm mẫu thử khơng phụ gia, dùng cơng cụ Solver Excel (hoặc phần mềm phân tích liệu R+), kết thu k1 = 0.049; k2 = 6.5 Sau cố định thơng số k1, k2 sử dụng kết thí nghiệm nhóm mẫu thử có sử dụng phụ gia để xác định thông số k3, kết k3 = 14.5 Vậy mô hình ngưỡng trượt Eq 4.3 viết lại Eq.4.4 (Eq 4.4) Các kết tính tốn ngưỡng trượt theo Eq.4.4 thể cột cuối Bảng 4.1 số liệu đo thí nghiệm tương ứng thể lại để so sánh, kết cho thấy mơ hình tính toán ngưỡng trượt dự kiến tốt tiến triển kết đo thực nghiệm Nếu so sánh kết tính thơng số ngưỡng trượt theo mơ hình chương trình thí nghiệm Eq.4.4 (có xét đến yếu tố vật liệu sử dụng địa phương) với việc tính theo mơ hình ban đầu Eq.4.1, kết cho thấy có độ chênh cao khoảng 10% Toàn liệu khảo sát thực nghiệm tính tốn theo Eq.4.4 sau sử dụng để tính lại sai số mơ hình Kết thu được, sai số mơ hình Eq.4.4 vào khoảng 12% cao so với mơ hình trước Eq.4.1 thể Hình 4.3 Hình 4.3: Xác nhận kết theo mơ hình - kết thực nghiệm 20 4.3 DỰ TÍNH ÁP LỰC BƠM TRỰC TIẾP TỪ CÁC THƠNG SỐ THÀNH PHẦN BẰNG CÁC SỬ DỤNG CÁC CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM TÍNH THƠNG SỐ MA SÁT Có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm trình bày mục I.3 chương I, đơn giản dựa theo bảng tra đồ thị để xác định áp lực bơm cần thiết Hoặc dựa vào mơ hình tính tác [CHAPDELAINE 2007, CHOUINARD 1999] , nhiên sử dụng mơ hình [KAPLAN 2000] thuận lợi sử dụng phổ biến Như vậy, qua mơ hình [KAPLAN 2000] dự tính áp lực bơm trực tiếp từ thông số thành phần thông qua thông số lưu biến, thông số ma sát theo lưu lượng bơm thông số kỹ thuật hệ đường ống bơm theo cơng trình Các thơng số lưu biến, thơng số ma sát đo trực tiếp thiết bị đo chuyên dùng tính trực tiếp từ mơ hình mà số chúng đề tài đề xuất cải tiến mơ hình ngưỡng trượt Mơ hình số nhớt sử dụng theo đề xuất [NGO et al 2011] Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, chủ yếu nghiên cứu cho bê tông thông thường bê tông cường độ cao (là dạng bê tông sử dụng phổ biến thực tế thi cơng Việt Nam), dòng chảy bê tơng ống bơm chủ yếu dòng chảy trượt (chảy đùn) Với dòng chảy trượt có phần cắt chủ yếu xuất trường hợp bơm bê tông tự đầm Như với cơng cụ trình bày trên, mơ hình dự tính áp lực bơm theo [KAPLAN 2000] kết hợp với hai mơ hình tính thơng số bơm ngưỡng trượt số nhớt, xây dựng cơng cụ/ phần mềm đơn giản Excel với bảng tính phù hợp để dự tính trực tiếp áp lực bơm từ thông số thành phần bê tông Trong trường hợp hệ đường ống bơm gồm đường ống ngang L(m) đứng H(m), áp lực bơm cần tính thêm lượng H (_là 21 trọng lượng riêng bê tông) phần tổn thất áp lực bơm qua hệ số kd thay đổi hướng dòng bơm (theo [KAPLAN 2000] lấy  % áp lực bơm dự tính) Do Eq.1.4 viết lại sau: ( )* ( ) ) ( + (Eq.1.4*) Trong trường hợp với dòng chảy có phần cắt, Eq.1.6 viết lại sau: { ( ) [  ]  }( ) (Eq.1.6*) Phần mềm dự tính áp lực bơm lập dựa công cụ bảng tính Excel hãng Microsoft Số liệu đầu vào thông số kỹ thuật công trường, thông số thành phần cấp phối bê tông khác nhau, lưu lượng bê tông yêu cầu dựa mơ hình tính thơng số bơm, phần mềm tính tốn áp lực bơm cần thiết Phần mềm vẽ đồ thị biểu diễn xu hướng áp lực bơm theo lưu lượng thông số thành phần khác giúp cho việc định cơng trường q trình thi cơng Kết chương trình xem từ đĩa CD đính kèm 4.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG Như chương này, hai mục tiêu đề tài trình rõ, kết tóm lượt sau  Một mơ hình thơng số ma sát ngưỡng trượt đề xuất cải tiến có xét đến vật liệu sử dụng thực tế địa phương Kết mơ hình ngưỡng trượt thể công thức Eq.4.4 So với mô hình ban đầu Eq.4.1, kết mơ hình cho thấy có độ chênh cao khoảng 10% Mơ hình Eq.4.4 có sai số vào khoảng 12% tóm tắt Hình 4.5 a) 22  Mơ hình dự tính áp lực bơm trực tiếp từ thông số thành phần bê tông cho phép dự đốn áp lực bơm thơng qua cơng cụ tính đơn giản trình bày Mơ hình cho phép dự tính trực tiếp áp lực bơm từ thơng số đầu vào thông số thành phần cấp phối bê tông, tùy theo điều kiện thi công cụ thể lưu lượng bơm u cầu, mơ hình dự tính áp lực bơm yêu cầu xu hướng diễn biến KẾT LUẬN CHUNG Nội dung đề tài nghiên cứu ảnh hưởng thông số thành phần cấp phối lên ma sát bê tông với thành ống bơm (qua thông số ma sát: số nhớt ngưỡng trượt), qua kết thực nghiệm tiến hành đề xuất cải tiến mơ hình thơng số ngưỡng trượt có sở kết hợp sử dụng vật liệu địa phương, từ thiết lập cơng cụ dự tính trực tiếp áp lực bơm từ thông số thành phần bê tơng, giảm thiểu chi phí rủi ro thi công bơm bê tông Các kết luận rút ra:  Ảnh hưởng thông số thành phần bê tơng lên thơng số ma sát  Thể tích hồ xi măng thông số quan trọng việc hình thành độ linh động vữa bê tơng Việc tăng thể tích hồ xi măng dẫn đến suy giảm thông số ma sát bề mặt, qua gia tăng khả bơm bê tơng  Tỉ lệ Nước/Xi măng thơng số có ảnh hưởng lớn đến tính lưu biến vữa bê tơng qua tác động mạnh đến khả bơm bê tông Kết nghiên cứu cho thấy việc tăng tỉ lệ Nước/Xi măng làm giảm thông số ma sát bề mặt tiếp xúc bê tông với thành ống bơm Mức độ suy giảm ma sát thay đổi 23 tỉ lệ Nước/Xi măng cao so với việc tăng thể tích hồ xi măng, nhiên việc tăng tỉ lệ Nước/Xi măng có giới hạn, tăng lớn dễ gây tượng phân tầng bê tông  Thay đổi tỷ lệ Đá/Cát làm thay đổi kích thước khung cốt liệu mặt ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tông, mặt khác ảnh hưởng đến tính lưu biến bê tơng khả bơm Kết thí nghiệm cho thấy tăng tỉ lệ Đá/Cát có giảm thông số ma sát bề mặt, nhiên mức độ ảnh hưởng thông số nhỏ Kết cho thấy phần hạn chế thiết bị đo lường dạng xy lanh quay bê tông “đứng yên” thực tế bê tông trượt ống thép  Sự thay đổi đường kính cốt liệu sử dụng bê tơng gây thay đổi diện tích bề mặt hỗn hợp cốt liệu thô Với cấp phối có thành phần kích thước cốt liệu Dmax khác khau, tăng thể tích hồ xi măng thơng số ma sát giảm Với thay đổi lượng hồ xi măng khoảng xấp xỉ nhau, với mẫu bê tơng cốt liệu đường kính D max nhỏ gây ma sát lớn  Ảnh hưởng tích cực chất phụ gia thi cơng bê tông rõ ràng Liên quan đến vấn đề bơm bê tông, kết nghiên cứu cho thấy suy giảm thông số ma sát bề mặt tăng hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo qua làm tăng khả bơm bê tơng  Xét đến ảnh hưởng thời gian thi công: thời gian lưu vữa tăng lên, độ sụt bê tông giảm thấy rõ, với bê tông không sử dụng phụ gia ảnh hưởng lớn đến tính linh động vữa bê tơng gây khó khăn cho q trình bơm bê tơng Các thơng số ma sát tăng thời gian lưu vữa tăng, 24 gây khó khăn cho q trình thi cơng bơm bê tơng Bê tơng có tỉ lệ Nước/Xi măng cao giữ tính linh động vữa bê tông theo thời gian lưu vữa tốt bê tơng có mức tỉ lệ Nước/Xi măng thấp  Cải tiến mơ hình ngưỡng trượt xây dựng cơng cụ dự tính áp lực bơm trực tiếp từ thơng số thành phần  Một mơ hình thơng số ma sát ngưỡng trượt đề xuất cải tiến có xét đến vật liệu sử dụng thực tế địa phương Kết mơ hình ngưỡng trượt thể công thức Eq.4.4 So với ban đầu, mơ hình có độ chênh cao khoảng 10% Mơ hình đề xuất có sai số vào khoảng 12% tóm tắt Hình 4.5 a)  Mơ hình dự tính áp lực bơm trực tiếp từ thông số thành phần bê tông cho phép dự đốn áp lực bơm thơng qua cơng cụ tính đơn giản trình bày Mơ hình cho phép dự tính trực tiếp áp lực bơm từ thông số đầu vào thông số thành phần cấp phối bê tông, tùy theo điều kiện thi công cụ thể lưu lượng bơm yêu cầu, mô hình dự tính áp lực bơm u cầu xu hướng diễn biến Một số đề xuất:  Nghiên cứu góp phần mở hướng nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực bơm bê tông tạo sở liệu giúp cho nghiên cứu mở rộng lĩnh vực  Để mở rộng phát triển, đề tài nghiên cứu tiếp tục cho việc cải tiến mơ hình thơng số ma sát thứ hai: số nhớt, nghiên cứu đề xuất mơ hình lưu biến khác  Đề tài tiếp tục mở rộng sang dạng bê tông tự đầm, bê tông đặc biệt khác  ... thực nghiệm 20 4.3 DỰ TÍNH ÁP LỰC BƠM TRỰC TIẾP TỪ CÁC THÔNG SỐ THÀNH PHẦN BẰNG CÁC SỬ DỤNG CÁC CƠNG THỨC THỰC NGHIỆM TÍNH THƠNG SỐ MA SÁT Có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm trình bày mục... [KAPLAN 2000] dự tính áp lực bơm trực tiếp từ thông số thành phần thông qua thông số lưu biến, thông số ma sát theo lưu lượng bơm thông số kỹ thuật hệ đường ống bơm theo cơng trình Các thơng số lưu... phương, từ thiết lập cơng cụ dự tính trực tiếp áp lực bơm từ thơng số thành phần bê tơng, giảm thiểu chi phí rủi ro thi công bơm bê tông Các kết luận rút ra:  Ảnh hưởng thông số thành phần bê tông