Nghıên cứu khả năng chống thấm của bê tông có sử dụng silicafume và tro bay

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO XUÂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG SILICAFUME VÀ TRO BAY Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người cam đoan Đào Xuân Trường MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG, TÍNH CHỐNG THẤM CỦA BÊ TƠNG; KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SILICAFUME VÀ TRO BAY TRONG VIỆC THAY THẾ XI MĂNG TRONG BÊ TÔNG 1.1 Tổng quan bê tông 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cấu trúc bê tông 1.1.3 Phân loại bê tông: 1.1.4 Tính chất lý bê tông 1.1.5 Tính thấm nước bê tơng 1.2 Tổng quan silicafume 10 1.2.1 Khái niệm silicafume 10 1.2.2 Thành phần silicafume 11 1.2.3 Đặc tính silicafume 11 1.2.4 Ứng dụng silicafume xây dựng 13 1.3 Tổng quan tro bay 16 1.3.1 Khái niệm tro bay 16 1.3.2 Thành phần tro bay 17 1.3.3 Cấu trúc hình thái tro bay 19 1.3.4 Phân loại tro bay 21 1.3.5 Sản lượng tro bay nước 22 1.3.6 Tình hình sử dụng tro bay 24 1.3.7 Các cơng trình nghiên cứu ứng dụng tro bay lĩnh vực xây dựng 25 1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả chống thấm bê tông 27 1.5 Các phương pháp thí nghiệm xác định khả chống thấm bê tông: 27 1.5.1 Phương pháp xác định độ chống thấm tối đa: 27 1.5.2 Phương pháp xác định hệ số thấm nước: 27 1.5.3 Phương pháp xác định độ sâu thấm nước: 28 1.6 Một số cơng trình nghiên cứu khả chống thấm bê tông 28 1.7 Kết luận chương 29 CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN, VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 30 2.1 Các tiêu chuẩn sử dụng thí nghiệm 30 2.2 Vật liệu sử dụng thí nghiệm 30 2.2.1 Cốt liệu nhỏ (cát) 30 2.2.2 Cốt liệu lớn (đá 1x2) 32 2.2.3 Xi măng 35 2.2.4 Silicafume 36 2.2.5 Tro bay 37 2.2.6 Nước 39 2.3 Thiết bị sử dụng 40 2.3.1 Ván khuôn 40 2.3.2 Máy trộn 40 2.3.3 Thiết bị đầm bê tông 41 2.3.4 Bảo dưỡng mẫu bê tông 41 2.3.5 Thiết bị độ sụt bê tông 41 2.3.6 Máy nén mẫu kiểm tra cường độ bê tông 42 2.3.7 Thiết bị thí nghiệm thấm 42 2.4 Kết luận chương 43 CHƯƠNG TH NGHIỆM X C ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA SILICAFUME VÀ TRO BAY ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA BÊ TÔNG 44 3.1 Giới thiệu chung 44 3.2 Vật liệu sử dụng thí nghiệm 44 3.3 Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông 45 3.4 Đúc mẫu bảo dưỡng mẫu 46 3.4.1 Đúc mẫu 46 3.4.2 Bão dưỡng mẫu 48 3.5 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông 48 3.5.1 Quy trình nén mẫu 48 3.5.2 Công thức xác định cường độ chịu nén[51] 50 3.6 Thí nghiệm xác định cấp chống thấm bê tông 50 3.6.1 Quy trình thí nghiệm 50 3.6.2 Tính kết quả, xác định độ cấp chống thấm 52 3.7 Kết thảo luận 54 3.7.1 Độ sụt hỗn hợp bê tông 54 3.7.2 Ảnh hưởng tro bay đến cường độ chịu nén bê tông 55 3.7.3 Ảnh hưởng tro bay silicafume đến khả chống thấm bê tông 57 3.7.4 Mối quan hệ cường độ chịu nén cấp chống thấm 59 3.8 Kết luận chương 60 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KİẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG SILICAFUME VÀ TRO BAY Học viên: Đào Xuân Trường Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Khả chống thấm bê tông đặc tính vật lý quan trọng ảnh hưởng đến độ bền bê tông Đề tài nghiên cứu khả chống thấm bê tơng có sử dụng silicafume tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân Tỉ lệ thành phần cấp phối xi măng: cát: đá = 1:2:3 giữ không đổi suốt thí nghiệm Xi măng portland (OPC) thay silicafume tro bay loại F với tỉ lệ thay 20% tro bay, 15% tro bay 5% silicafume, 10% tro bay 10% silicafume, 5% tro bay 15% silicafume 20% silicafume tỉ lệ nước/tổng bột (tổng xi măng, silicafume tro bay) 0.55 Các thí nghiệm cường độ chịu nén thực mẫu lập phương kích thước 150x150x150mm thí nghiệm khả chống thấm thực mẫu hình trụ có đường kính 150mm chiều cao 150mm Tất thí nghiệm thực thời điểm 28 ngày, 56 ngày 90 ngày Kết thí nghiệm cho thấy 20% tro bay sử dụng để thay xi măng cường độ chịu nén thấp mẫu đối chứng sử dụng 100% xi măng, nhiên cấp chống thấm bê tông cải thiện sau 56, 90 ngày tuổi Khi thay 20% lượng xi măng silicafume tro bay với tỷ lệ phối trộn 5%, 10% 15% khả chống thấm bê tông cải thiện tốt 28, 56, 90 ngày tuổi cường độ chịu nén bê tông giảm từ 1.1% đến 15.5% Khi 20% silicafume sử dụng để thay xi măng cường độ chịu nén thời điểm 28, 56, 90 ngày thấp mẫu đối chứng sử dụng 100% xi măng 7.38% đến 16.38%, nhiên khả chống thấm bê tông cải thiện tốt Nằm giới hạn nghiên cứu đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 10% silicafume 10% tro bay thay 20% lượng xi măng hỗn hợp bê tơng góp phần tăng cao khả chống thấm bê tông đảm bảo cường độ chịu nén Từ khóa – silicafume; tro bay; cường độ chịu nén; cấp độ thấm, độ linh động FOR SAVING THE WATERPROOFING ABILITY OF CONCRETE USING SILICAFUME AND FLY ASH Abstract: Water resistance of concrete is one of the most important factors affecting the durability of concrete The project studied the effect of silicafume and class F fly ash from Vinh Tan power station on the water resistance of concrete The mix composition was cement: sand: coarse aggregate of 1:2:3 and kept constrantly during the project while orginal portland cement was replaced by silicafume and class F fly ash on the mass basic of total cementitious material at the replacement portion of 5%, 10%, 15% 20% when the water and cementitious material (CM) ratio was constant at 0.55 The compressive strength tests were conducted on the cubes dimensions of 150x150x150 mm The water resistance tests were conducted on the cylinders dimensions of 150mm diameter and 150mm height All the tests were conducted at 28 days, 56 days and 90 days The test results show that when 20% fly ash was used to replace OPC, the compressive strengths are lower than that of the control samples, however the water resistances are the improved at 56 days and 90 days At 20% OPC replaced by silicafume and fly ash with turn rate 5%, 10%, 15%, the water resistance of concrete are higher than that of the control samples at 28 days, 56 days and 90 days while the compressive strength decreased from 1.1% to 15.5% At 20% silicafume replacement, the compressive strengths at 28 days, 56 days, 90 days reduce by 7.38% to 16.38%, howerver the water resistance of concrete increases in compared with the control samples Within the range of investigation, the authors recommend to replace 20% of OPC by 10% silicafume and 10% fly ash as this replacement portion contributes to the imporvements of both compressive strength and water resistance Keywords: silicafume, concrete, fly ash, compressive strength, workability, water resistance DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Chỉ tiêu lý xi măng, tro bay, silicafume 11 Bảng 1.2 Thành phần hóa học tro bay theo vùng miền [9] 17 Bảng 1.3 Thành phần hóa học tro bay Ba Lan từ nguồn nguyên liệu khác nhau18 Bảng 1.4 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 [21] 21 Bảng 1.5 Sản lượng phần trăm sử dụng tro bay số nước [26] 23 Bảng 2.1 Thành phần hạt cát 30 Bảng 2.2 Hàm lượng tạp chất cát 31 Bảng 2.3 Hàm lượng ion Cl- cát 31 Bảng 2.4 Đặc tính lý cát (sông Diên Khánh) 32 Bảng 2.5 Thành phần cỡ hạt cát (sông Diên Khánh) 32 Bảng 2.6 Thành phần hạt cốt liệu lớn 33 Bảng 2.7 Hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn 33 Bảng 2.8 Mác đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 34 Bảng 2.9 Đặc tính lý đá 1x2 (Hòn Ngang) 34 Bảng 2.10 Thành phần cỡ hạt đá 1x2 (Hòn Ngang) 35 Bảng 2.11 Các tiêu chất lượng xi măng poóc lăng hỗn hợp 35 Bảng 2.12 Thông số xi măng Nghi Sơn 36 Bảng 2.13 Yêu cầu kỹ thuật silicafume dạng bột rời 36 Bảng 2.14 Thông số kỹ thuật silicafume ViKhanh Co,Ltđ 37 Bảng 2.15 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông vữa xây 37 Bảng 2.16 Thông số kỹ thuật tro bay Vĩnh Tân (Bình Thuận) 38 Bảng 2.17 Hàm lượng tối đa cho phép muối hịa tan, ion sunfat, ion clorua cặn khơng tan nước trộn vữa 39 Bảng 2.18 Thông số côn thử độ sụt 42 Bảng 3.1 Thành phần tỉ lệ cấp phối 46 Bảng 3.2 Thành phần cốt liệu 01 mẻ trộn 47 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật máy nén mẫu TYE 2000 49 Bảng 3.4 Thơng số kỹ thuật máy thí nghiệm thấm 52 Bảng 3.5 Kết kiểm tra độ sụt bê tông mẽ trộn 54 Bảng 3.6 Cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông 55 Bảng 3.7 So sánh cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông mẫu S2, S3, S4, S5, S6 so với mẫu S1 56 Bảng 3.8 Kết kiểm tra khả chống thấm hỗn hợp bê tông 57 Bảng 3.9 Kết cường độ chịu nén khả chống thấm bê tông 59 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ sản xuất silicafume 10 Hình 1.2 Silica Fume có màu dao động từ màu trắng đến màu xám đậm 11 Hình 1.3 So sánh kích thước hạt xi măng (trái) hạt silicafume (phải) độ phóng đại Ký hiệu màu trắng dài phía silicafume ký hiệu kích thước µm 12 Hình 1.4 Khách sạn Burj Al-Arab (Dubai) – Cơng trình khách sạn cao 321m sử dụng bê tơng cường độ cao có thành phần silicafume (>80MPa) 14 Hình 1.5 Bê tơng phun có sử dụng silicafume sử dụng để sửa chữa mố cầu xuống cấp Tính cơng tác cao cho phép bê tơng phun có độ nảy cho phép nâng chiều cao phun so với bê tông phun không sử dụng silicafume 15 Hình 1.6 Offshore Troll Platform 16 Hình 1.7 Tro bay 16 Hình 1.8 Sự tương phản kích thước hạt tro bay hình cầu lớn hạt nhỏ 19 Hình 1.9 Cấu trúc hạt tro bay sau tiếp xúc ngắn với dung dịch HF 20 Hình 1.10 Cấu trúc tro bay tiếp xúc dung dịch HF thời gian dài 20 Hình 2.1 Máy trộn cưỡng 40 Hình 2.2 Máy trộn tự 40 Hình 2.3 Máy trộn tự hành 40 Hình 2.4 Thiết bị đo độ sụt bê tông 41 Hình 2.5 Máy nén 42 Hình 2.6 Máy nén điện tử 42 Hình 2.7 Máy thí nghiệm thấm 43 Hình 3.1 Bảo dưỡng mẫu 48 Hình 3.2 Máy nén mẫu TYE 2000 Las-XD 1396 (Nha Trang) 49 Hình 3.3 Máy thí nghiệm thấm HS-4 (Las-XD 1059) 51 Hình 3.4 Thí nghiệm kiểm tra khả chống thấm bê tơng 52 Hình 3.5 Thí nghiệm kiểm tra khả chống thấm bê tông 53 Hình 3.6 Thí nghiệm kiểm tra khả chống thấm bê tông 53 Hình 3.7 Biểu đồ độ sụt mẫu thí nghiệm 54 Hình 3.8 Biểu đồ cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông 56 Hình 3.9 Biểu đồ so sánh khả chống thấm hỗn hợp bê tông theo thời gian 58 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tính chống thấm nước tiêu vật lý quan trọng bê tông Nước thấm vào bê tơng, phá hoại bê tơng từ ngồi gây ăn mòn cốt thép nguy hiểm, tính chống thấm liên quan với tính bền vững bê tơng tính ổn định cơng trình bê tông cốt thép Hiện tượng thấm làm nước hồ chứa, kênh mương, bể nước, gây thấm dột mái nhà, khu vệ sinh trời mưa, nước đọng[1] Nhiều cơng trình xây dựng khơng quan tâm đến vấn đề chống thấm mà dựa vào cường độ bê tông yêu cầu để thiết kế thành phần bê tông Vì sau thời gian nhiều cơng trình bê tông cốt thép nước đất bắt đầu bị ăn mòn dẫn đến hư hỏng[1] Silicafume vật liệu mịn, chứa oxít silic vơ định hình, thu từ việc khử thạch anh độ cao than lò điện hay lò cao nhiệt độ 2000oC silicafume bốc lên chất oxy hố từ lị cao Nó nguội, lắng đọng thu hồi lọc Silicafume lắng đọng xử lý để khử tạp chất kiểm sốt kích thước hạt Kích thước hạt silicafume có đường kính trung bình