ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN.LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN VINH ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN VINH ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS Mai Chánh Trung Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Với kiến thức tích lũy suốt thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, với quan tâm, giúp đỡ tận tình Ban Giám Hiệu nhà trường, Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp quý thầy cô với tâm thân, đến nay, tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Với lịng biết ơn trân trọng, chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, lãnh đạo Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu, thực hoàn thành luận văn Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS MAI Chánh Trung quan tâm, giúp đỡ tận tình hướng dẫn, giúp cho tơi hồn thành tốt luận văn thạc sĩ Do thời gian có hạn điều kiện nghiên cứu hạn chế, nên luận văn tơi khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong q thầy đóng góp ý kiến để luận văn tơi hồn chỉnh khả đưa vào sử dụng thực tế hiệu Một lần nữa, tơi xin chân thành cảm ơn kính chúc q thầy ln mạnh khỏe, hạnh phúc Kính chúc Nhà trường, Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đạt nhiều thành công thời gian đến Đà Nẵng, ngày 14 tháng 02 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Vinh LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết thí nghiệm, tính tốn nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Đà Nẵng, ngày 14 tháng 02 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Vinh ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ NƯỚC/XI MĂNG LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM THEO THỜI GIAN Học viên: Nguyễn Văn Vinh Mã số: 8580201 Khóa: 34 Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD & CN Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Ma sát bề mặt tiếp xúc bê tông thành ống bơm định "khả bơm" bê tông M ột thiết bị đo ma sát chuyên dùng sử dụng để đo ma sát Luận văn trình bày nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát bê tông với thành ống bơm theo thời gian Các phép đo thực để định lượng ảnh hưởng yếu tố thời gian tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát bê tông với thành ống bơm khả bơm Các kết thu nghiên cứu phù hợp với số liệu từ nhóm nghiên cứu khác lĩnh vực Từ khóa – áp lực bơm; thiết bị đo ma sát; hằn g số nhớt; ngưỡng trượt; thời gian lưu vữa THE INFLUENCE OF WATER/CEMENT RATIO TO FRICTION BETWEEN CONCRETE BULK AND PIPE WALL BY THE TIME Abstract – "Pumpability" of freshly-mixed concrete is mostly governed by friction at the interface between concrete bulk and pipe wall This friction can be measured by motorized tribometers This research thesis aims at studying of water/cement ratio to friction between concrete bulk and pipe wall by the time A series of frictional measurements has been conducted to investigate the influence of time and water/cement ratio to interface friction and pumpability All obtained results in this study are also matched with selected data from other researching groups in the world Key words – pumping pressure, tribometer, viscous constant, interface yield stress, time MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG 1.1 Công nghệ bơm bê tông yếu tố ảnh hưởng lên khả bơm bê tông 1.1.1 Công nghệ bơm bê tông 1.1.2 Ưu nhược điểm kỹ thuật bơm bê tông 11 1.2 Các thông số ảnh hưởng đến dịng chảy bê tơng ống bơm .13 1.2.1 Trạng thái lưu biến - phép đo thông số lưu biến vữa bê tông 14 1.2.2 Thông số ma sát - phép đo thông số ma sát 18 1.3 Phương pháp dự tính khả bơm .23 1.4 Kết nghiên cứu gần - đặt vấn đề cần nghiên cứu - kết luận chương 24 1.4.1 Kết nghiên cứu gần .24 1.4.2 Đặt vấn đề nghiên cứu - Kết luận chương 25 CHƯƠNG VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 27 2.1 Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông .27 2.1.1 Xi măng .27 2.1.2 Cát .28 2.1.3 Đá 29 2.1.4 Nước 29 2.1.5 Phụ gia 29 2.2 Thiết bị thí nghiệm 30 2.2.1 Thiết bị đo ma sát (tribomètre) 30 2.2.2 Máy trộn bê tông 35 2.2.3 Phép đo độ sụt côn Abrams .36 2.2.4 Máy nén mẫu bê tông 37 2.3 Chương trình thí nghiệm 37 2.4 Kết luận chương 38 CHƯƠNG PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 39 3.1 Kết chương trình thí nghiệm .39 3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ nước/xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thời gian 40 3.2.1 Tổng hợp kết nghiên cứu liên quan .40 3.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ Nước/Xi măng lên ma sát với thành ống bơm theo thời gian 41 3.3 Kết luận chương .47 KẾT LUẬN 49 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 2.1 Đặc trưng xi măng poóc lăng hỗn hợp PCB40 27 2.2 Đặc trưng cát thô - phương pháp thử 28 2.3 Đặc trưng đá - phương pháp thử 29 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 Cấp phối bê tông nghiên cứu theo thông số tỉ lệ nước/xi măng Ảnh hưởng tỉ lệ Nước/Xi măng lên thông số ma sát theo thời gian Cường độ chịu nén R 28 bê tông B2 theo thời gian lưu vữa Ảnh hưởng tỉ lệ Nước/Xi măng lên thông số ma sát theo Bảng so sánh kết cường độ chịu nén R 28 theo thời gian lưu vữa mẫu B2-0.45 với kết 38 39 40 40 46 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình hình Trang Mơ hình dịng chảy bê tông ống bơm Cấu tạo thiết bị đo ma sát quy trình vận hành: 1.1 Một số cơng trình cao tầng thị lớn 1.2 Công nghệ thi công bơm bê tông 1.3 Công nghệ bơm bê tông dạng di động 1.4 Công nghệ bơm bê tông dạng cố định 1.5 Nguyên tắc hoạt động máy bơm với hai piston (Putzmeister) 1.6 Nguyên tắc hoạt động máy bơm kiểu rotor (Putzmeister) 1.7 Kẹp nối 1.8 Hộp số khuỷu tay 10 1.9 Vịi bơm bê tơng 10 1.10 Trái: trạng thái bê tông bị nghẽn, phải: trạng thái bê tông trượt ống bơm 12 1.11 Bê tơng linh động (hình trái) linh động (hình phải) 13 1.12 Các trạng thái dịng chảy bê tơng ống bơm 14 1.13 Đóng góp pha vào ứng suất cắt hỗn hợp vữa bê tông 15 1.14 Các trạng thái lưu biến vữa bê tông tươi 16 1.15 Một số thiết bị đo thông số lưu biến vữa bê tông 18 Thiết bị đo ma sát Kaplan: (a) Các phận cấu thành; (b) 1.16 tribomètre trạng thái rỗng; (c) tribomètre lấp đầy vữa bê 19 tông 1.17 Sơ đồ nguyên lý thiết bị [CHAPDELAINE 2007] 20 1.18 Hình tổng quan thiết bị đo trước quay xy lanh 20 Số hiệu Tên hình hình Trang bê tơng [CHAPDELAINE 2007] 1.19 Thiết bị đo ma sát phát triển [NGO 2009] 21 1.20 Thiết bị đo áp lực bơm phát triển [B EST et al 1960] 22 1.21 Thiết bị đo áp lực bơm phát triển [MORINAGA 1973] 22 1.22 Mơ hình dự tính áp lực bơm [KAPLAN 2000] 23 2.1 Thiết bị đo ma sát - Tribomètre 30 Cấu tạo thiết bị đo ma sát quy trình vận hành: (a) cấu tạo 2.2 thiết bị ; (b) bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai theo [NGO 31 et al 2010] 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Biểu đồ mức vận tốc xoay xy lanh Sự tiến triển tốc độ áp đặt lên xy lanh số đo momen xoắn theo thời gian Hình ảnh thực tế thí nghiệm đo ma sát Sự tiến triển tốc độ áp đặt lên xy lanh số đo momen xoắn theo thời gian Khai thác kết từ phép đo ma sát: (a) kết đo; (b) kết tính 31 32 33 33 34 2.8 Máy trộn bê tông tư loại nghiên đổ 300 lít 35 2.9 Phép đo độ sụt Abrams 36 2.10 Thí nghiệm nén mẫu bê tơng 37 2.11 Biện pháp che chắn hạn chế nước theo thời gian 38 Quan hệ thông số ma sát tỉ lệ Nước/Xi măng theo 3.1 [HẢI 2016] a) Sự tiến triển số nhớt; (b) Sự tiến triển ngưỡng trượt 3.2 Sự biến thiên độ sụt vữa bê tông theo thời gian lưu vữa tỉ lệ nước/xi măng 41 48 độ sụt lớn 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 tông  Các thông số ma sát (ngưỡng trượt 0i số nhớt ) tăng thời gian lưu vữa tăng, với bê tông không sử dụng phụ gia Và 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  Thời gian lưu vữa ảnh hưởng đến độ linh động vữa bê tơng qua ma sát bê tông với thành ống bơm ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tơng sau 49 KẾT LUẬN Nội dung đề tài nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ Nước/Xi măng (N/X) lên ma sát với thành ống bơm mà cụ thể lên thông số ma sát (ngưỡng trượt 0t số nhớt ) theo thời gian lưu vữa, qua đánh giá mức độ ảnh hưởng lên khả bơm bê tông Các kết nghiên cứu thực nhờ thiết bị đo ma sát phát triển [NGO et al 2010] Các kết luận rút ra:  Việc tăng tỉ lệ Nước/Xi măng nói chung làm tăng độ sụt, giảm ma sát bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm, tạo ều kiện thuận lợi cho trình bơm bê tông  Tăng thời gian lưu vữa làm giảm tính linh động vữa bê tơng: giảm độ sụt, tăng thơng số ma sát gây khó khăn cho q trình bơm bê tơng Để khắc phục tượng này, bên cạnh việc tăng tỉ lệ Nước/Xi măng, c ần thiết sử dụng bổ sung phụ gia siêu dẻo  Thời gian lưu vữa ảnh hưởng đến độ linh động vữa bê tông hay khả bơm bê tông ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tông Một số đề xuất:  Nghiên cứu góp phần mở hướng nghiên cứu tro ng 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 thông số thành phần khác, cho dạng bê tông khác tiến tới mơ hình hóa việc xác định thơng số bơm, xác định áp lực bơm cần thiết cho thực tế thi công công trường, trạm trộn 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] BEST et LANE "Testing For Optimum Pumpability of Concrete", ACI Concrete International, vol 2, No.10, p 9-17, 1960 [2] F CHAPDELAINE "Étude fondamentale et pratique sur le pompage du béton", [3] Université Laval de Montréal Google Scholar, 2007 M S CHOI, Y S KIM, J H KIM, J S KIM et S H KWON "Effects of an externally imposed electromagnetic field on the formation of a lubrication layer in concrete pumping", Construction and Building Materials, vol 61, p 18-23, [4] 2014 CHOUINARD "Etude des relations entre la rhéologie du béton et sa pompobilité", Mémoire de maitrise, Université Laval, février, 217p., 1999 [5] C F FERRARIS et F DE LARRARD "Testing and Modelling of Fresh Concrete Rheology", Ed NISTIR 6094, National Institude of Standards and [6] Technology, Gaithersburg, MD, 1998 B N HẢI "Nghiên cứu ảnh hưởng hồ xi măng tỉ lệ nước/ximăng lên ma sát với thành ống bơm", Thạc sĩ, ĐH Bách khoa Đà Nẵng, 2016 [7] C HU "Rhéologie des bétons fluides", Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1995 [8] D KAPLAN "Pompage des bétons", Ed Etudes et recherches des laboratoires des Ponts et Chaussées, OA 36, Rapp LCPC, Paris, 2000 [9] D KAPLAN, F DE LARRARD et T SEDRAN "Disign of concrete pumping circuit", ACI materials journal, vol 102, No 2, p 110-117, 2005 [10] C LANOS et P ESTELLÉ "Vers une réelle rhéométrie adaptée aux bétons frais", European Journal of Environmental and Civil Engineering, vol 13, n°4, p 457-471, 2009 [11] H D LE, G D SCHUTTER, E H KADRI, S AGGOUN, J VIERENDEELS, S TICHKO et P TROCH "Computational fluid dynamics calibration of Tattersall MK-II type rheometer for concrete", Applied Rheology, vol 23, p 3474 (1-17), 2013 [12] C T MAI, E H KADRI, T T NGO, A KACI et M RICHE "Estimation of the Pumping Pressure from Concrete Composition based on the Identified Tribological Parameters", Advances in Materials Science and Engineering, vol Volume 2014, Article ID 503850, 18 pages, p 18, 2014 [13] M MORINAGA "Pumpability of concrete and pumping pressure in pipelines Fresh Concrete: Importante Properties and Their Measurement", Proceedings of 51 a RILEM, vol 7, p 1-39, 1973 [14] T T NGO "Influence de la composition des bétons sur les paramètres de pompage et validation d'un modèle de prévision de la constante visqueuse", Thesis of Ph.D, University of Cergy Pontoise, France, 2009 [15] T T NGO, E H KADRI, R BENNACER et F CUSSIGH "Use of tribometer to estimate interface friction and concrete boundary layer composition during the fluid concrete pumping", Construction and Building Materials, vol 24, n°7, p 1253-1261, 2010 [16] N D NHAT "Nghiên cứu ảnh hưởng hồ xi măng lên tính chất lưu biến bê tơng theo thời gian", Thạc sĩ, ĐH Bách khoa Đà Nẵng, 2017 [17] G TATTERSALL "28 APPLICATION OF RHEOLOGICAL MEASUREMENTS TO PRACTICAL CONTROL OF CONCRETE", Rheology of Fresh Cement and Concrete: Proceedings of an International Conference, Liverpool, 1990, p 270, 1990 [18] O H WALLEVIK "Introduction to Rheology of Fresh Concrete", Reykjavik., 2011