Dự đoán mô đun đàn hồi của bê tông tự lèn sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng tro trấu và xỉ lò cao

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 mác từ 30 đến 60MPa, bê tông tự lèn có tính công tác tốt, cường độ nén cao, phù hợp cho thi công các công trình Thủy lợi.

BÀI BÁO KHOA HỌC DỰ ĐỐN MƠ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG TỰ LÈN SỬ DỤNG TỔ HỢP PHỤ GIA KHỐNG TRO TRẤU VÀ XỈ LỊ CAO Nguyễn Quang Phú1 Tóm tắt: 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 tơng tự lèn có cường độ nén đạt mác từ 30 đến 60MPa, bê tông tự lèn có tính cơng tác tốt, cường độ nén cao, phù hợp cho thi cơng cơng trình Thủy lợi Từ kết thí nghiệm cường độ nén, dự đốn mơ đun đàn hồi bê tơng, cơng thức thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy cho dự đoán mô đun đàn hồi mác bê tông tự lèn thiết kế Từ khóa: Bê tơng tự lèn; Xỉ lị cao hoạt tính; Tro trấu; Phụ gia siêu dẻo; Cường độ nén; Mô đun đàn hồi ĐẶT VẤN ĐỀ* Bê tông tự lèn (BTTL) loại bê tông thi công không cần công đầm chặt, hỗn hợp bê tơng có độ linh động cao, khả lèn chặt tốt làm tăng độ đặc kết cấu bê tông bê tông cốt thép, giúp giải giải pháp thi công mà bê tông thường đáp ứng Tuy nhiên, BTTL sử dụng phụ gia khống hoạt tính kết hợp tro trấu xỉ lị cao hoạt tính chưa chế tạo phổ biến sử dụng cách đa dạng với loại vật liệu khác nhau, cần phải phát triển loại bê tơng để đáp ứng u cầu cho cơng trình nói chung cơng trình Thủy lợi có kết cấu phức tạp, thành mỏng, dày cốt thép điều cần thiết Bê tơng loại vật liệu giịn, cấu trúc đặc tính kỹ thuật bê tơng sử dụng cần nghiên cứu, phân tích dự đốn cách xác Từ kết thí nghiệm cường độ nén, dự đốn mơ đun đàn hồi bê tơng, qua sử dụng số liệu phân tích ứng suất biến dạng kết cấu kê tông bê tông cốt thép; thông qua giúp cho việc bố trí sử dụng vật liệu kết cấu cơng trình cách hiệu phù hợp với khả chịu lực, đảm bảo tính ổn định cho cơng trình xây dựng Bộ môn Vật liệu xây dựng, Khoa Cơng trình - ĐH Thủy lợi VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 2.1 Xi măng Đề tài sử dụng xi măng PC40 Hà Tiên để thiết kế bê tơng tự lèn; kết thí nghiệm số tiêu lý xi măng như: Khối lượng riêng 3.15 g/cm3, lượng nước tiêu chuẩn 29.4%, giới hạn bền nén tuổi 28 ngày đạt 49.6 N/mm2; xi măng đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009 2.2 Phụ gia khống hoạt tính + Tro trấu: phân tích thí nghiệm số tính chất lý sau: Khối lượng riêng 2.24 g/cm3, khối lượng thể tích xốp 0.48 g/cm3, lượng nung 1.95%, kính thước hạt trung bình 7.89 m, số hoạt tính với xi măng 115%; tro trấu đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 8827:2011 + Xỉ lị cao hoạt tính: Xỉ lấy từ nhà máy gang thép Hòa Phát đưa phịng nghiên cứu vật liệu để thí nghiệm Tính chất lý xỉ lị cao hoạt tính sau: Khối lượng riêng 2.88 g/cm3, khối lượng thể tích xốp 0.82 g/cm3, lượng nung 1.52%, số hoạt tính cường độ sau 28 ngày đạt 109%; xỉ lị cao hoạt tính đạt u cầu kỹ thuật theo TCVN 11586:2016 2.3 Cốt liệu + Cát (cốt liệu mịn) phần quan trọng hỗn hợp bê tơng, ảnh hưởng đến độ chảy xịe khả điền đầy hỗn hợp BTTL q trình thi cơng Trong thí nghiệm sử dụng cát tự nhiên, cát lấy từ cơng trình đưa phịng thí nghiệm; kết thí nghiệm số tính KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 87 chất lý cát: Khối lượng riêng 2.67 g/cm3, khối lượng thể tích xốp 1.66 g/cm3, mơ đun độ lớn 2.66; cát sử dụng có thành phần hạt tiêu lý phù hợp TCVN 7570:2006 + Đá dăm (cốt liệu thô) lấy cơng trình xây dựng đưa phịng để thí nghiệm, đá dăm cỡ hạt (5-20) mm có thành phần hạt tính chất lý đạt tiêu chuẩn TCVN 7570:2006; Kết thí nghiệm số tính chất lý đá: Khối lượng riêng 2.76 g/cm3, khối lượng thể tích xốp 1.68 g/cm3, độ hút nước 0.52% 2.4 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 tơng thiết kế khơng 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 hỗn hợp bê tông mác bê tông thiết kế KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn Sử dụng tổ hợp phụ gia khống gồm: Tro trấu + Xỉ lị 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 khống Tro trấu Xỉ lị cao (kg) (kg) 76.5 153 87.0 174 94.5 189 97.5 195 Sau thiết kế thành phần vật liệu cho 1m bê tông, tiến hành phối trộn vật liệu tiêu chuẩn thí nghiệm xác định số tính chất kỹ thuật hỗn hợp bê tông tự lèn như: độ chảy xòe khả tự lèn hỗn hợp bê tơng Sau đó, đúc mẫu thí nghiệm cường độ nén mô đun đàn hồi tất mác bê tông thiết kế theo tiêu chuẩn hành 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 3.2 Kết thí nghiệm độ chảy xịe khả tự lèn HHBT Tiến hành trộn vật liệu cấp phối bê tông thiết kế bảng 1, thí nghiệm xác định độ chảy xịe hỗn hợp bê tơng theo tiêu chuẩn 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 thí nghiệm thể bảng Bảng Kết thí nghiệm độ chảy xòe khả tự lèn hỗn hợp bê tơng Mác bê tơng Độ chảy xịe (cm) M30 81 M40 79 M50 73 M60 70 H2/H1 0.98 0.96 0.91 0.88 Nhận xét: Từ kết thí nghiệm độ chảy xòe bảng hỗn hợp bê tông thiết kế nhận thấy, cấp phối bê tơng thiết kế thỏa mãn u cầu tính cơng tác bê tông tự lèn theo TCVN 88 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, khơng phân tầng, khơng tách nước mép rìa hỗn hợp KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) Theo TCVN 12209:2018 tất cấp phối bê tơng tự lèn thiết kế đạt yêu cầu khả tự lèn chặt (H2/H1 ≥ 0.8), bê tông thỏa mãn khả chảy qua cốt thép Qua kết bảng nhận thấy, với mác bê tông thấp M30 M40 việc sử dụng phụ gia khống siêu mịn Tro trấu kết hợp Xỉ lị cao hoạt tính cho độ lèn chặt tốt, H2/H1 gần 1, khả chảy hỗn hợp bê tơng tốt 3.3 Kết thí nghiệm cường độ nén mơ đun đàn hồi Để thí nghiệm cường độ nén, đúc tổ mẫu thí nghiệm hình lập phương có kích thước (15x15x15) cm, mẫu đúc thí nghiệm chế tạo bảo dưỡng theo TCVN 3105:1993 Thí nghiệm cường độ nén 3, 7, 28 90 ngày tuổi mác bê tông thiết kế Thí nghiệm mơ đun đàn hồi, tiến hành đúc tổ mẫu thí nghiệm có kích thước (10x10x30) cm, mẫu chế tạo bảo dưỡng theo TCVN 3105:1993 Bảo dưỡng mẫu điều kiện môi trường tiêu chuẩn sau 28 ngày tuổi kiểm tra mô đun đàn hồi Bảng Kết thí nghiệm cường độ nén mô đun đàn hồi mác bê tông thiết kế STT Mác bê tông M30 M40 M50 M60 ngày 14.8 19.5 26.7 28.5 Cường độ nén, MPa ngày 28 ngày 24.8 34.7 32.5 46.6 37.8 58.5 41.2 68.6 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 tơng pha phụ gia khống Tro trấu Xỉ lị cao hoạt tính 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 Pooclăng 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 Như kết thí nghiệm bảng mơ đun đàn hồi bê tơng tăng cường độ nén bê tông tăng ngày tuổi mẫu thí nghiệm tăng Để xác định xác mô đun đàn mác bê tông khác nhau, cần thiết phải thí nghiệm kiểm tra song song cường độ nén mô đun đàn hồi tương ứng nhiều tổ mẫu khác nhiều 90 ngày 38.8 51.2 63.6 74.6 Mô đun đàn hồi, Ec (GPa) ngày 28 ngày 23.45 31.88 30.86 37.85 35.50 41.62 37.66 43.85 ngày tuổi khác nhau, thông qua kết thí nghiệm dự đốn cơng thức tính mơ đun đàn hồi từ cường độ nén bê tông; sau đó, kiểm tra độ xác cơng thức với số cơng thức thực nghiệm có số nhà khoa học giới cơng bố Gần đây, việc dự đốn đặc tính học bê tơng dựa vào số tính chất quan tâm Trong vài nghiên cứu gần đây, cố gắng đưa cơng thức thực nghiệm dự đốn mơ đun đàn hồi bê tông tự lèn dựa số đặc điểm hỗn hợp bê tông biết như: hàm lượng phụ gia khoáng, loại phụ gia, cốt liệu, tỷ lệ nước/chất kết dính… Để dự đốn mơ đun đàn hồi bê tông tự lèn dựa vào cường độ nén bê tông nghiên cứu ảnh hưởng loại phụ gia khoáng (Tro trấu Xỉ lị cao hoạt tính) đến mơ đun đàn hồi mẫu thí nghiệm đúc, bảo dưỡng, tiến hành kiểm tra xác định mô đun đàn hồi cường độ nén sau 28 ngày tuổi kết bảng Độ tin cậy công thức dự đoán kiểm tra với số liệu thí nghiệm độc lập so sánh với cơng thức dự đốn có số nhà khoa học giới công bố KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 89 Một số công thức thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi (Ec) đặc trưng Viện bê tông Mỹ (ACI), Hiệp hội bê tông Canada (CSA), tiêu chuẩn châu Âu (CEB), hiệp hội bê tông Nauy (NSA) số công thức nhà nghiên cứu sau: + Công thức Viện bê tông Mỹ (ACI) ACI 318M-95: Ec = 4700 f ' c (1)  w  f ' c + 6900)  c   2346  + Công thức Hiệp hội bê tông Canada (CSA) ACI 363 & Martinez: 1.5 Ec = (3320 (2) 1.5  w  CSA A23.3: Ec = (3300 f ' c + 6900)  c   2300  + Công thức Tiêu chuẩn châu Âu (CEB): CEB-FIP-90: Ec = 10000(f’c + 8)0.33 + Công thức Hiệp hội bê tông Nauy (NSA) tác giả Smeplas: (3) (4) 1.5  w  Ec = 9500fc’0.3  c   2400  Trong đó: f’c: Cường độ nén bê tông (MPa) Ec: Mô đun đàn hồi (GPa) wc: Khối lượng đơn vị bê tông (kg/m3) Dựa vào cường độ nén bê tơng bảng để dự đốn mơ đun đàn hồi, kết mối quan hệ mô đun đàn hồi cường độ nén (5) mẫu thí nghiệm thể cơng thức Đường cong biểu diễn quan hệ thể hình đây: Ec = 4.051 f'c 0.5784 , R2 = 0.9042 (6) Trong đó: Ec: Mơ đun đàn hồi (GPa) f’c: Cường độ nén (MPa) R2: Hệ số độ tin cậy Ghi chú: Theo TCVN cường độ nén bê tông ký hiệu Rn, nhiên theo tiêu chuẩn nước ngồi cường độ nén bê tơng ký hiệu f’c Do đó, công thức đến giữ nguyên ký hiệu nước ngồi để biểu thị cơng thức thực nghiệm Hình Quan hệ mơ đun đàn hồi cường độ nén bê tông tự lèn 90 * Đánh giá độ tin cậy công thức thực nghiệm dự đoán: Để đánh giá độ tin cậy cơng thức thực nghiệm tính mơ đun đàn hồi theo cường độ nén BTTL nghiên cứu dự đoán, đề tài sử dụng số kết nghiên cứu độc lập nhà nghiên cứu để kiểm tra sai số giá trị thí nghiệm kết tính theo cơng thức thực nghiệm Qua thấy cơng thức dự đốn (cơng thức 6) có sai số chấp nhận nằm phạm vi sai số cho phép công thức thực nghiệm có, đảm bảo độ tin cậy cho dự đốn mơ đun đàn hồi KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) mác BTTL thiết kế Kết đánh giá sai số số công thức thực nghiệm công thức thiết lập từ kết nghiên cứu (công thức 6) thể bảng Bảng Đánh giá độ tin cậy công thức dự đốn cơng thức thực nghiệm có Dữ liệu Iravani 1996 Khayat et al 1995 Giaacio et al.1992 Giaacio et al.1992 Giaacio et al.1992 Ec (GPa)/sai số (%) f’c (MPa) 66.00 Ec (GPa) 42.00 85.00 45.50 77.50 48.50 87.00 46.50 58.20 39.00 CT dự đoán 45.71 (+8.80) 52.91 (+16.30) 50.16 (+3.40) 53.63 (+15.30) 42.50 (+9.00) CT (1) 38.18 (-9.09) 43.33 (-4.77) 41.38 (-14.69) 43.84 (-5.72) 35.86 (-8.06) CT (2) 34.22 (-18.53) 36.29 (-20.23) 33.11 (-31.73) 40.68 (-12.53) 34.62 (-11.24) CT (5) 32.97 (-21.50) 34.07 (-25.12) 31.39 (-35.29) 38.09 (-18.09) 33.76 (-13.44) CT (4) 41.39 (-1.46) 44.63 (-1.92) 43.41 (-10.50) 44.94 (-3.35) 39.89 (+2.29) CT (3) 34.74 (-17.30) 36.84 (-19.04) 33.61 (-30.71) 41.28 (-11.22) 35.14 (-9.89) * CT: Công thức KẾT LUẬN Khi thiết kế thành phần bê tơng tự lèn sử dụng PGK hoạt tính, thiết phải sử dụng loại phụ gia siêu dẻo cách hợp lý Bê tông sử dụng hỗn hợp phụ gia khống Tro trấu Xỉ lị cao hoạt tính cho cường độ nén mô đun đàn hồi cao, tính cơng tác tốt Bê tơng tự lèn thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật để thi công 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 lị cao giúp tăng cường độ bê tơng, bê tơng có mác chống thấm cao, qua tăng khả chống mài mòn chống xâm thực cho bê tơng, hiệu với cơng trình Thủy lợi Để dự đốn mơ đun đàn hồi BTTL sử dụng PGK hoạt tính, cần phải thí nghiệm xác định cường độ nén mô đun đàn hồi mác bê tông ngày tuổi khác nhau, đặc biệt ngày tuổi dài ngày (sau 28 ngày tuổi) để đánh giá xác phát triển cường độ bê tơng theo thời gian; sau đánh giá độ xác cơng thức thực nghiệm dự đốn Bên cạnh đó, cần thay đổi nhiều tỷ lệ pha trộn phụ gia khoáng khác nhau, nhằm đa dạng loại BTTL thiết kế để ứng dụng cho hạng mục cơng trình khác xây dựng nói chung Thủy lợi nói riêng TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) 91 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 ASTM C494-86 Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete Giaacio, G., Rocco, C., Violini, D., Zappitelli, J & Zerbino, R (1992) “High strength concrete incorporating different coarse aggregate” ACI Materials Journal, 89(3), P242-246 Iravani, S (1996) “Mechanical properties of concrete” ACI Materials Journal, 93(5), P416-426 Khayat, K H., Bickley, J A & Hooton, R D (1995) “High strength concrete properties derived from compressive strength values” Cement, Concrete, and Aggregate CCAGDP, 17(2), P126-133 Abstract: PREDICTION OF ELASTIC MODULUS OF THE SELF COMPACTED CONCRETE USING THE MINERAL ADDITIVES OF GRANULATED BLAST FURNACE SLAG AND RICE HUSK ASH 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 self compacted concrete component with good workability, high compressive strength, suitable for the irrigation constructions From the results of compressive strength, to predict the elastic modulus of concrete; the experimental formula ensures the reliability for predicting the elastic modulus of self compacted concrete Keywords: Self Compacted Concrete - SCC; Granulated Blast Furnace Slag - GBFS; Rice Husk Ash RHA; Superplasticizer; Compressive strength; Elastic modulus Ngày nhận bài: 11/12/2019 Ngày chấp nhận đăng: 02/01/2020 92 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 67 (12/2019) ... bê tông tự lèn sử dụng PGK hoạt tính, thiết phải sử dụng loại phụ gia siêu dẻo cách hợp lý Bê tơng sử dụng hỗn hợp phụ gia khống Tro trấu Xỉ lị cao hoạt tính cho cường độ nén mơ đun đàn hồi cao, ... trộn hợp lý, đảm bảo tính cơng tác u cầu hỗn hợp bê tông mác bê tông thiết kế KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn Sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng gồm: Tro trấu + Xỉ lò cao, ... lượng phụ gia khoáng, loại phụ gia, cốt liệu, tỷ lệ nước/chất kết dính… Để dự đốn mơ đun đàn hồi bê tông tự lèn dựa vào cường độ nén bê tông nghiên cứu ảnh hưởng loại phụ gia khống (Tro trấu Xỉ