Sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng tro trấu và xỉ lò cao kết hợp phụ gia siêu dẻo thế hệ mới để chế tạo bê tông tự lèn ứng dụng trong các công trình thủy lợi

Sử dụng tro trấu, xỉ lò cao hoạt tính và phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tông tự lèn có tính công tác tốt, cường độ nén cao, phù hợp cho thi công các công trình Thủy lợi. Khi thay thế chất kết dính bằng 15% tro trấu và 30% xỉ lò cao hoạt tính, kết hợp lượng dùng phụ gia siêu dẻo hợp lý sẽ chế tạo được bê tông tự lèn có cường độ nén đạt mức 30 đến 60MPa.

BÀI BÁO KHOA HỌC SỬ DỤNG TỔ HỢP PHỤ GIA KHỐNG TRO TRẤU VÀ XỈ LỊ CAO KẾT HỢP PHỤ GIA SIÊU DẺO THẾ HỆ MỚI ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TƠNG TỰ LÈN ỨNG DỤNG TRONG CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Nguyễn Quang Phú1 Tóm tắt: Sử dụng tro trấu, xỉ lị cao hoạt tính phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tơng tự lèn có tính cơng tác tốt, cường độ nén cao, phù hợp cho thi công cơng trình Thủy lợi Khi thay chất kết dính 15% tro trấu 30% xỉ lị cao hoạt tính, kết hợp lượng dùng phụ gia siêu dẻo hợp lý chế tạo bê tông tự lèn có cường độ nén đạt mác 30 đến 60MPa Bê tông tự lèn chế tạo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho thi cơng cơng trình Thủy lợi Từ khóa: Bê tơng tự lèn; Xỉ lị cao hoạt tính; Tro trấu; Phụ gia siêu dẻo ĐẶT VẤN ĐỀ Việc sử dụng bê tông tự lèn (BTTL) làm tăng độ bền kết cấu bê tông bê tông cốt thép dùng xây dựng, giúp giải giải pháp thi công bê tông thường ứng dụng Tuy nhiên, BTTL chưa chế tạo phổ biến sử dụng cách đa dạng loại vật liệu khác chế tạo, cần phải phát triển loại bê tông để đáp ứng yêu cầu cho công trình nói chung cơng trình thủy lợi có kết cấu phức tạp, mỏng, dày cốt thép điều cần thiết Với thực trạng hàng triệu trấu thải năm nước, cần diện tích lớn để chứa đựng chi phí để xử lý tốn kém; kèm theo hàng nghìn xỉ lị cao thải từ nhà máy luyện gang thép việc nghiên cứu đưa vào sử dụng sản phẩm sau xử lý thải phẩm để làm phụ gia khống cho bê tơng góp phần làm giảm chi phí xử lý, chơn lấp, giảm thiểu nhiễm mơi trường Từ đó, đưa đề xuất cho việc sử dụng loại phụ gia khống sản xuất bê tơng xây dựng cơng trình Việt Nam, đặc biệt ứng dụng cho cơng trình Thủy lợi cách hiệu VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 2.1 Xi măng Đề tài sử dụng xi măng PC40 Hà Tiên để thiết kế bê tông tự lèn; kết thí nghiệm số tiêu lý xi măng bảng đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009 Bảng Kết thí nghiệm số tiêu lý xi măng TT Khối lượng riêng Độ mịn (lượng sót sàng 0,09 mm) Lượng nước tiêu chuẩn Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị g/cm Kết 3.15 % % 3.5 29.4 Thời gian bắt đầu đông kết phút 118 Thời gian kết thúc đông kết phút 315 Độ ổn định thể tích mm Giới hạn bền nén tuổi ngày 1.6 23.8 49.6 N/mm Giới hạn bền nén tuổi 28 ngày N/mm Bộ mơn Vật liệu xây dựng, Khoa Cơng trình - ĐH Thủy lợi 16 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 2.2 Phụ gia khống hoạt tính 2.2.1 Tro trấu Tro trấu phân tích thí nghiệm Viện Vật liệu xây dựng, kết thí nghiệm số tính chất lý tro trấu trình bày bảng Bảng Tính chất lý tro trấu STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết thí nghiệm Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Lượng nung Kính thước hạt trung bình Chỉ số hoạt tính với xi măng g/cm g/cm3 % m % 2.2.2 Silica fume Phụ gia khoáng siêu mịn Silica fume hãng ELKEM thay phần xi măng thiết kế cấp phối bê tơng tự lèn để so sánh tính chất với bê tơng sử dụng Tro trấu Các tính chất 2.24 0.48 1.95 7.89 115 kỹ thuật Silica fume phân tích Viện Khoa học Cơng nghệ xây dựng (IBST), kết bảng Kết cho thấy Silica fume đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo ASTM C 1240-00 Bảng Tính chất kỹ thuật Silica fume STT Chỉ tiêu Khối lượng riêng Độ ẩm Hàm lượng nung Hàm lượng SiO2 Hàm lượng SO3 Hàm lượng CaO Hàm lượng Cl- Đơn vị Kết g/cm3 % % % % % % 2.38 1.76 2.82 90.15 0.05 0.66 0.01 2.2.3 Xỉ lị cao hạt hóa Xỉ lị cao lấy từ nhà máy gang thép Hòa Phát đưa phòng nghiên cứu vật liệu để Yêu cầu kỹ thuật ASTM C 1240-00 ≤ 6,0 SiO2 ≥ 85,0 < 2,0 < 1,0 < 0,3 thí nghiệm Tính chất lý xỉ lị cao trình bày bảng Bảng Tính chất lý xỉ lò cao STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Khối lượng riêng Chỉ số hoạt tính cường độ: + Sau ngày + Sau 28 ngày Hàm lượng nung 2.3 Cốt liệu 2.3.1 Cát Cát (cốt liệu mịn) phần quan 2.88 g/cm 0.82 % 86 109 1.52 g/cm Khối lượng thể tích xốp Kết thí nghiệm % trọng hỗn hợp bê tơng, ảnh hưởng đến độ chảy xòe khả điền đầy hỗn hợp BTTL q trình thi cơng Trong thí nghiệm sử KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 17 dụng cát tự nhiên, cát lấy từ cơng trình đưa phịng thí nghiệm; kết thí nghiệm tính chất lý cát trình bày bảng Cát sử dụng có thành phần hạt tiêu lý phù hợp TCVN 7570:2006 Bảng Tính chất lý cát STT Chỉ tiêu thí nghiệm Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Độ hổng Hàm lượng bụi, bùn, sét Mơ đun độ lớn Tạp chất hữu Thành phần hạt Đơn vị g/cm3 g/cm3 % % - 2.3.2 Đá dăm Đá dăm lấy cơng trình xây dựng đưa phịng để thí nghiệm, đá dăm cỡ Kết thí nghiệm 2.67 1.66 37.8 0.65 2.66 Đạt Đạt hạt (5-20) mm có thành phần hạt tính chất lý đạt tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 trình bày bảng Bảng Tính chất lý đá dăm STT Chỉ tiêu thí nghiệm Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Hàm lượng bụi, bùn, sét Hàm lượng thoi dẹt Độ hút nước Thành phần hạt Đơn vị g/cm3 g/cm3 % % % - 2.4 Nước Nước sử dụng để trộn bảo dưỡng bê tông nước sinh hoạt phù hợp tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 2.5 Phụ gia hoá học Để hỗn hợp bê tơng có tính cơng tác khả lèn chặt tốt hỗn hợp bê tông thiết kế không phép xảy tượng phân tầng tách nước Thông thường, chế tạo BTTL phải sử dụng phụ gia tăng tính lưu biến, nhiên đề tài nghiên cứu sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao AM-S50 gốc Polycarboxylate (PC) để thay thế, thơng qua thí nghiệm để xác định tỷ lệ pha trộn hợp lý, đảm bảo tính cơng tác u cầu Kết thí nghiệm 2.76 1.68 0.08 5.5 0.52 Đạt hỗn hợp bê tông mác bê tông thiết kế THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TƠNG TỰ LÈN VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn * Đánh giá hiệu PGK Tro trấu so với Silica fume: Để so sánh hiệu hai loại phụ gia khoáng siêu mịn Silica fume Tro trấu, đề tài thiết kế thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông đối chứng mác M30 với cấp phối: CP1: 100% xi măng Poóc-lăng Sau đó, thay phần SF RHA CP2: 10% silica fume (SF) 90% xi măng Poóc-lăng CP3: 10% tro trấu (RHA) 90% xi măng Poóc-lăng Bảng Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông STT 18 Cấp phối CP1 CP2 CP3 Xi măng 380 342 342 SF 38 - RHA 38 Cát 795 779 779 Đá 956 950 950 Nước 175 175 175 Phụ gia siêu dẻo 4.8 4.8 4.8 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) Tiến hành thí nghiệm kiểm tra độ chảy xòe hỗn hợp bê tơng, sau đúc mẫu theo kích thước tiêu chuẩn, bảo dưỡng thí nghiệm kiểm tra cường độ nén bê tông 7, 28 90 ngày tuổi Kết số tính chất kỹ thuật bê tông sử dụng PGK Tro trấu Silica fume bảng Bảng Kết thí nghiệm tính chất kỹ thuật bê tơng STT Cấp phối Độ chảy xòe (cm) CP1 CP2 CP3 84.0 81.0 79.5 Hình Biểu đồ so sánh cường độ nén cấp phối bê tông Nhận xét: Hỗn hợp bê tơng tự lèn có sử dụng PGK Silica fume Tro trấu, kết hợp phụ gia siêu dẻo giảm nước hợp lý có độ chảy xòe thỏa mãn yêu cầu thiết kế (Dx = 65 ÷85 cm, theo TCVN 12209:2018) Cường độ ngày tuổi bê tơng mẫu đối chứng khơng có phụ gia khoáng cao hơn, cường độ 28 ngày 90 ngày thấp cường độ Cường độ nén, MPa ngày 28 ngày 90 ngày 28.6 36.5 38.6 26.8 38.8 43.5 25.5 38.1 42.9 bê tơng có PGK Tro trấu Silica fume Nguyên nhân giai đoạn đầu thủy hoá phản ứng puzơlan Tro trấu Silica fume chậm phản ứng thủy hóa xi măng, sau phản ứng puzơlan phát triển mạnh, làm tăng cường độ bê tơng Kết thí nghiệm cường độ nén bê tông sử dụng PGK Tro trấu Silica fume ngày tuổi có giá trị tương đương Do đó, hồn tồn thay PGK siêu mịn Silica fume phải nhập PGK siêu mịn Tro trấu sản xuất bê tông tự lèn * Sử dụng tổ hợp PGK Tro trấu xỉ lò cao để thiết kế cấp phối BTTL: Sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng gồm: Tro trấu + Xỉ lò cao, đề tài tiến hành thiết kế cho mác bê tông M30, M40, M50 M60 Trong thiết kế sử dụng thay xi măng Pooclăng 30% GBFS 15% RHA thành phần bê tông, thành phần loại vật liệu cho 1m3 bê tông thiết kế bảng Bảng Thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông thiết kế Mác bê tông Xi măng (kg) M30 M40 M50 M60 280.5 319.0 346.5 357.5 Phụ gia khoáng Tro trấu Xỉ lò cao (kg) (kg) 76.5 153 87.0 174 94.5 189 97.5 195 Sau thiết kế thành phần vật liệu cho 1m3 bê tông, tiến hành phối trộn vật liệu tiêu chuẩn thí nghiệm xác định số tính chất kỹ thuật hỗn hợp bê tơng tự lèn độ Nước (lít) Cát (kg) Đá dăm (kg) 183 180 177 163 780 800 814 885 956 874 819 765 Phụ gia hóa học (lít) 6.2 7.0 7.6 8.0 chảy xịe khả tự lèn hỗn hợp bê tơng Sau đó, đúc mẫu thí nghiệm cường độ nén tất mác bê tông thiết kế theo tiêu chuẩn hành KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 19 3.2 Kết thí nghiệm 3.2.1 Kết thí nghiệm độ chảy xịe HHBT Tiến hành trộn vật liệu cấp phối bê tông thiết kế bảng 9, thí nghiệm xác định độ chảy xịe hỗn hợp bê tơng theo tiêu chuẩn Kết thí nghiệm độ chảy xịe hỗn hợp bê tông thể bảng 10 Bảng 10 Kết thí nghiệm độ chảy xịe hỗn hợp bê tơng Mác bê tơng Độ chảy xịe (cm) M30 81 M40 79 Nhận xét: Từ kết thí nghiệm độ chảy xịe bảng 10 hỗn hợp bê tông thiết kế nhận thấy, cấp phối bê tông thiết kế thỏa mãn yêu cầu tính cơng tác bê tơng tự lèn theo TCVN 12209:2018, độ chảy xịe hỗn hợp bê tơng nằm phạm vi cho phép từ 65 đến 85 cm Độ đồng hỗn hợp bê tông tốt, không M50 73 M60 70 phân tầng, tách nước mép rìa ngồi hỗn hợp 3.2.2 Kết thí nghiệm khả tự lèn HHBT Sử dụng khn hình L-box để thí nghiệm khả tự lèn (khả chảy qua cốt thép) hỗn hợp bê tông tự lèn thiết kế; kết thể bảng 11 Bảng 11 Kết thí nghiệm khả tự lèn hỗn hợp bê tông Mác bê tông M30 H2/H1 0.98 M40 0.96 Nhận xét: Theo TCVN 12209:2018 tất cấp phối bê tông tự lèn thiết kế đạt yêu cầu khả tự lèn chặt (H2/H1 ≥ 0.8), bê tơng thỏa mãn tính cơng tác Qua kết bảng 11 nhận thấy, với mác bê tông thấp M30 M40 việc sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn Tro trấu kết hợp xỉ lò cao cho độ lèn chặt tốt, H2/H1 gần 1, khả chảy hỗn hợp bê tơng tốt 3.3.3 Kết thí nghiệm cường độ nén Để thí nghiệm cường độ nén, đúc tổ mẫu thí nghiệm hình lập phương có kích thước (15 x 15 x 15) cm, mẫu đúc thí nghiệm chế tạo bảo dưỡng theo TCVN 3105:1993 Kết thí nghiệm cường độ nén 3, 7, 28 90 ngày tuổi mác bê tông thiết kế đồ thị hình Nhận xét: Từ kết thí nghiệm cường độ nén cấp phối bê tông tự lèn thiết kế nhận thấy: tất cấp phối bê tơng có cường độ nén vượt mác thiết kế tuổi 28 ngày Tuy nhiên, bê 20 M50 M60 0.91 0.88 tông pha phụ gia khống Tro trấu xỉ lị cao làm giảm thành phần khống vật xi măng Poolăng cường độ nén 28 ngày tuổi tất cấp phối tăng chậm so với mác thiết kế từ 14.3% đến 17.0%; cịn tuổi 90 ngày cường độ tăng cao hơn, tăng từ 24.3% đến 29.3% tất mác thiết kế Điều lý giải sau 28 ngày tuổi phản ứng thủy phân thủy hóa thành phần khống vật xi măng Poolăng triệt để, thành phần Ca(OH)2 tạo nhiều hơn, làm cho phản ứng puzolanic PGK tốt hơn, tạo tinh thể rắn tăng độ đặc cấu trúc bê tông, làm tăng cường độ bê tơng Từ kết thí nghiệm cường độ nén theo thời gian cấp phối bê tông, ta lập công thức thực nghiệm biểu thị phát triển cường độ nén bê tông theo thời gian bảng 12, từ dự đốn cường độ nén mác bê tông ngày tuổi khác với hệ số độ tin cậy lớn 0.95 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) Hình Biểu đồ phát triển cường độ nén mác bê tông theo thời gian Bảng 12 Các cơng thức thực nghiệm dự đốn cường độ nén bê tông STT Mác bê tông Công thức dự đoán Hệ số độ tin cậy M30 Rn = 6.9719 ln(t) + 9.3175 R2 = 0.9520 M40 Rn = 9.3063 ln(t) + 12.145 R2 = 0.9466 M50 Rn = 11.316 ln(t) + 15.879 R2 = 0.9591 M60 Rn = 14.305 ln(t) + 14.328 R2 = 0.9560 KẾT LUẬN Bê tông sử dụng hỗn hợp phụ gia khống Tro trấu xỉ lị cao cho cường độ nén tính cơng tác tốt Bê tông tự lèn thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật để thi cơng hạng mục cơng trình có hình dạng phức tạp hay kết cấu có cốt thép dày đặc Đặc biệt, bê tông sử dụng phụ gia kháng tro trấu xỉ lò cao giúp tăng cường độ bê tơng, bê tơng có mác chống thấm cao, qua tăng khả chống mài mịn chống xâm thực cho bê tông, hiệu với cơng trình Thủy lợi Đốt trấu sản xuất phụ gia khoáng tro trấu tận dụng phụ phẩm nơng nghiệp, tận dụng xử lý xỉ lị cao làm phụ gia khống sản xuất bê tơng mang lại hiệu mặt kinh tế bảo vệ môi trường Khi thiết kế thành phần bê tông tự lèn sử dụng PGK hoạt tính, thiết phải sử dụng loại phụ gia siêu dẻo cách hợp lý để tăng tính cơng tác hỗn hợp bê tơng, qua giảm lượng nước trộn, tăng độ đặc bê tơng, tăng cường độ tính bền cho bê tông KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Phó Un, Nguyễn Quang Bình (2007) “Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tơng tự lèn vào cơng trình Thủy lợi”, Hà Nội năm 2007 TCVN 11586:2016 Xỉ hạt lò cao nghiền mịn dùng cho bê tông vữa TCVN 12209:2018 Bê tông tự lèn - Yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử TCVN 2682:2009 Xi măng Poóc lăng - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 3105:1993 Hỗn hợp bê tông nặng bêt ông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử TCVN 3118:2012 Bê tông nặng - Phương pháp xác định định cường độ nén TCVN 4506:2012 Nước cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 6016:2015 Xi măng - phương pháp thử xác định độ bền TCVN 6017:2015 Xi măng - phương pháp thử - xác định thời gian đông kết độ ổn định TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7572:2006 Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử TCVN 8826:2011 Phụ gia hóa học cho bê tơng TCVN 8827:2011 Phụ gia khống hoạt tính cao dùng cho bê tông vữa - Silic fume Tro trấu nghiền mịn Trường ĐHTL (1980), Giáo trình VLXD, Nhà xuất Nông Nghiệp ASTM C494-86 Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete Abstract: USING OF MINERAL ADDITIVES OF GRANULATED BLAST FURNACE SLAG AND RICE HUSK ASH COMBINED WITH SUPERPLASTICIZER TO DESIGN THE SELF COMPACTED CONCRETE APPLICATIONS IN IRRIGATION WORKS Using the Rice Husk Ash, Granulated Blast Furnace Slag, and Superplasticizer to design the self compacted concrete component with good workability, high compressive strength, suitable for the irrigation constructions When replacing the binder with 15% Rice Husk Ash and 30% Granulated Blast Furnace Slag, combined using of reasonable superplasticizer, the self compacted concrete will be manufactured with compressive strength from 30 to 60MPa The designed self compacted concrete to meet the technical requirements for irrigation constructions Keywords: Self Compacted Concrete - SCC; Granulated Blast Furnace Slag - GBFS; Rice Husk Ash RHA; Superplasticizer Ngày nhận bài: 04/10/2019 Ngày chấp nhận đăng: 19/11/2019 22 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) ... sản xuất bê tông tự lèn * Sử dụng tổ hợp PGK Tro trấu xỉ lò cao để thiết kế cấp phối BTTL: Sử dụng tổ hợp phụ gia khống gồm: Tro trấu + Xỉ lị cao, đề tài tiến hành thiết kế cho mác bê tông M30,... = 0.9560 KẾT LUẬN Bê tông sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng Tro trấu xỉ lị cao cho cường độ nén tính cơng tác tốt Bê tông tự lèn thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật để thi công hạng mục cơng trình có... khả tự lèn chặt (H2/H1 ≥ 0.8), bê tơng thỏa mãn tính cơng tác Qua kết bảng 11 nhận thấy, với mác bê tơng thấp M30 M40 việc sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn Tro trấu kết hợp xỉ lò cao cho độ lèn