Nghiên cứu hợp lý hóa thành phần cỡ hạt cốt liệu để tăng độ đặc chắc cho cấu trúc của bê tông

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độ lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : TRẦN VŨ MINH NHẬT Phái : Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 31/07/1981 Nơi sinh : Khánh Hoà Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CẤU KIỆN XÂY DỰNG Mã ngành : 2.15.06 I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU HỢP LÝ HOÁ THÀNH PHẦN HỖN HỢP CỐT LIỆU ĐỂ TĂNG ĐỘ ĐẶC CHẮC CHO CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu phương pháp tổ hợp thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý để tạo độ đặc cho cấu trúc bê tông Kiểm chứng thực nghiệm hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá với lý thuyết nêu Nghiên cứu tính ưu việt hỗn hợp bê tơng bê tơng có sử dụng hỗn hợp cỡ hạt cốt liệu hợp lý hố so với bê tơng thơng thường dựa mẫu đối chứng Trên sở hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá, thiết kế thành phần nguyên vật liệu hỗn hợp bê tông, nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ thành phần đến tính chất hỗn hợp bê tơng bê tông Nghiên cứu cấu trúc hỗn hợp cốt liệu bê tông III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/07/2006 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN CHÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BM QUẢN LÝ NGÀNH TS NGUYỄN VĂN CHÁNH TS NGUYỄN VĂN CHÁNH Th.S NGUYỄN HÙNG THẮNG Nội dung Đề cương Luận văn Thạc sĩ Hội đồng Chuyên ngành thơng qua Ngày PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2006 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn – TS Nguyễn Văn Chánh, người cho tơi gợi ý hình thành nên ý tưởng đề tài, người Thầy người Cha tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi hồn thành Luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Quý Thầy – Cô cống hiến công sức, thời gian tâm huyết để truyền đạt kiến thức bổ ích suốt trình học tập Những kiến thức hành trang khơng thể thiếu cho việc hồn thành Luận án Và quên quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Thầy – Cô Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Phịng thí nghiệm Vật liệu Xây dựng, Phịng thí nghiệm Thạch học thuộc Viện Dầu khí Việt Nam để tơi hồn thành nghiên cứu thực nghiệm Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè lớp Cao học Vật liệu Xây dựng K15 em sinh viên lớp Vật liệu Xây dựng K2002 động viên giúp đỡ thời gian công sức cho tơi hồn thành Luận án Tháng 07 năm 2006 Tác giả TRẦN VŨ MINH NHẬT TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài : “Nghiên cứu hợp lý hoá thành phần cỡ hạt cốt liệu để tăng độ đặc cho cấu trúc bê tông” Tính cấp thiết đề tài Ngày bê tông thương phẩm sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng dân dụng Nhưng nguồn nguyên vật liệu, cụ thể cát đá dăm, dần khơng đạt ổn định kích thước cỡ hạt Điều làm ảnh hưởng lớn đến tính chất bê tơng trạng thái hỗn hợp trạng thái rắn Vì việc nghiên cứu để hợp lý hoá thành phần cỡ hạt hỗn hợp cốt liệu có thực tế lớn ngành bê tông Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Sử dụng nguồn nguyên vật liệu sẵn có địa phương để nghiên cứu thành phần hỗn hợp cốt liệu tạo độ đặc sít cho cấu trúc bê tông Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm nhà khoa học trước Nghiên cứu thực nghiệm tính chất ngun vật liệu, bê tơng theo phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn Những đóng góp luận văn - Chương giới thiệu tổng quan tình hình nghiên cứu cấp phối hạt thích hợp cho bê tơng - Chương góp phần nghiên cứu lý thuyết khoa học thành phần hỗn hợp cốt liệu tối ưu Đồng thời nghiên cứu phương pháp thiết kế cấp phối bê tơng thích hợp - Chương trình bày việc lựa chọn kiểm tra tính chất nguyên vật liệu sử dụng q trình nghiên cứu Từ cho phép tính tốn thành phần cỡ hạt cốt liệu có độ đặc lớn dùng cho bê tông - Chương đưa kết thực nghiệm, nghiên cứu so sánh đối chứng bê tông sử dụng thành phần hỗn hợp cốt liệu tối ưu hoá bê tông sử dụng hỗn hợp cốt liệu thông thường - Cuối phần kết luận kết nghiên cứu kiến nghị cho phần nghiên cứu Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm phần Mở đầu, chương, phần Kết luận Tài liệu tham khảo Trong Luận văn có 102 trang thuyết minh, 46 hình vẽ, 22 bảng biểu, hình chụp MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Tóm tắt Luận văn Mục lục Mở đầu Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CỐT LIỆU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 11 1.1 Vai trò cốt liệu bê tông 11 1.2 Tình hình nghiên cứu thành phần cỡ hạt cốt liệu bê tông 13 1.3 Tình hình chất lượng cốt liệu bê tông thương phẩm Miền nam Việt nam 20 1.4 Tính cấp thiết đề tài 23 1.5 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 24 1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu 24 1.7 Ý nghóa khoa học thực tiễn đề tài 25 Chương CƠ SỞ KHOA HỌC 26 2.1 Cấu trúc cốt liệu xi măng 26 2.2 Lý thuyết tạo nên độ đặc hỗn hợp cốt liệu 28 2.3 Áp dụng lý thuyết đặc vào thiết kế hỗn hợp thành phần cỡ hạt cốt liệu bê tông 45 2.4 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông 48 2.5 Kết luận 64 Chương NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU - TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN CỢ HẠT CỐT LIỆU TỐI ƯU CHO ĐỘ ĐẶC CHẮC LỚN NHẤT 65 3.1 Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật nguyên vật liệu 65 3.2 Tính toán thành phần cỡ hạt cốt liệu tối ưu cho độ đặc lớn 69 3.3 Thiết kế cấp phối bê tông theo phương pháp ACI 211-91 75 3.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 77 3.5 Kết luận 85 Chương NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG THÀNH PHẦN HỖN HP CỐT LIỆU ĐÃ ĐƯC HP LÝ HOÁ 87 4.1 Đặt vấn đề 87 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng nguyên vật liệu đến tính chất hỗn hợp bê tông bê tông đóng rắn 87 4.3 So sánh đường cong thành phần cỡ hạt cốt liệu tối ưu lý thuyết thực tế 93 4.4 So sánh tính chất bê tông sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá với bê tông thông thường 96 4.5 So sánh cấu trúc bê tông cốt liệu hợp lý hoá bê tông thông thường 97 4.6 Kết luận 99 KẾT LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 100 KIẾN NGHỊ 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh vữa xi măng bê tông mac thiết kế 40MPa 12 Bảng 2.1 Độ sụt đề nghị cho số loại công trình * 50 Bảng 2.2 Lượng nước trộn sơ ứng với độ sụt kích thước cỡ hạt lớn đá dăm 51 Bảng2.3 Mối quan hệ tỷ lệ N/X N/CKD với cường độ nén bê tông 53 Bảng 2.4 Thể tích đá dăm ứng với đơn vị thể tích bê tông theo kích thước cỡ hạt lớn đá dăm mô đun độ lớn cát 54 Bảng 2.5 Khối lượngThể tích bê tông tương ứng với kích thước cỡ hạt lớn đá dăm 56 Bảng 2.6 Số thí nghiệm phương án quay đồng bậc hai 61 Bảng 2.7 Các giá trị số ma trận 63 Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật cát 65 Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật đá dăm 66 Bảng 3.3 Các đặc tính kỹ thuật xi măng 68 Bảng 3.4 Thể tích đặc cục cỡ hạt 69 Bảng 3.5 Lượng dùng cho cỡ hạt hỗn hợp 71 Bảng 3.6 Độ đặc dư cỡ hạt 73 Bảng 3.7 Các hệ số ảnh hưởng cỡ hạt hỗn hợp hạt 73 Bảng 3.8 Độ rỗng tối thiểu hỗn hợp cát đá 74 Bảng 3.9 Cấp phối bê tông mac 40MPa theo phương pháp ACI 211-91 77 Bảng 3.10 Mã hoá giá trị thực nghiệm 77 Bảng 3.11 Kế hoạch thí nghiệm 78 Bảng 3.12 Ma trận thành phần bê tông thực nghiệm 79 Bảng 3.13 Kết cường độ chịu nén theo quy hoạch thực nghiệm 81 Bảng 3.14 Kết tỷ trọng theo quy hoạch thực nghiệm 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mối quan hệ tỷ lệ CLN/CL với khối lượng thể tích hỗn hợp 13 Hình 1.2 Đường cong thành phần hạt cốt liệu theo Dreux 14 Hình 1.3 nh hưởng thông số A đến độ đặc 15 Hình 1.4 Kết thực nghiệm Joisel mối quan hệ độ đặc hàm lượng hạt mịn 16 Hình 1.5 So sánh độ rỗng thực nghiệm lý thuyết 18 Hình 1.6 Biểu đồ xác định thành phần cỡ hạt cát 19 Hình 1.7 Biểu đồ xác định thành phần cỡ hạt cốt liệu lớn 19 Hình 1.8 Sự xếp hợp lý cốt liệu 20 Hình 1.9 Thành phần cỡ hạt cát Đồng Nai 21 Hình 1.10 Thành phần cỡ hạt đá 1x2 21 Hình 2.1 Vài ví dụ cấu trúc hạt cốt liệu bê tông 26 Hình 2.2 Piston xác định Φi cốt liệu 29 Hình 2.3 Mối quan hệ K Φ 31 Hình 2.4 Hỗn hợp đôi tương tác cốt liệu lớn chủ yếu 32 Hình 2.5 Hỗn hợp đôi tương tác cốt liệu nhỏ chủ yếu 33 Hình 2.6 Sự phát triển độ đặc theo thành phần cốt liệu nhỏ xét hỗn hợp đôi tương tác 34 Hình 2.7 Tính toán độ đặc trường hợp tương tác toàn diện 35 Hình 2.8 Sự phát triển độ đặc theo thành phần cốt liệu nhỏ xét hỗn hợp đôi có tương tác toàn diện 35 Hình 2.9 Sự ảnh hưởng rời rạc hạt cốt liệu mịn vùng cốt liệu thô 36 Hình 2.10 nh hưởng tường chắn hạt cốt liệu thô vùng cốt liệu mịn 38 Hình 2.11 Hỗn hợp đa thành phần mà loại hạt chủ lực 39 Hình 2.12 nh hưởng rời rạc tường chắn hỗn hợp “ternary” 40 Hình 2.13 Mối quan hệ hệ số rỗng hàm lượng hạt mịn 42 Hình 2.14 Mối quan hệ độ đặc hàm lượng hạt mịn 42 Hình 2.15 Đường cong thành phần hạt tối ưu với hỗn hợp có 10 cỡ hạt, β = 0.71 44 Hình 2.16 Đường cong thành phần hạt với 40% cốt liệu mịn theo ASTM C33 so với đường cong Fuller 47 Hình 2.17 Đường cong thành phần cỡ hạt Shilstone 47 Hình 2.18 Dải cho phép thành phần cỡ hạt cốt liệu kết hợp để tạo nên hỗn hợp bê tông tối ưu 48 Hình 3.1 Biểu đồ thành phần hạt cát 66 Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm loại 67 Hình 3.3 Biểu đồ thành phần hạt đá dăm loại 67 Hình 3.4 Thể tích đặc cục cỡ hạt cốt liệu 70 Hình 3.5 Đường cong thành phần hạt cát hợp lý hoá 71 Hình 3.6 Đường cong thành phần hạt đá hợp lý hoá 72 Hình 3.7 Quan hệ cường độ chịu nén tuổi 28 ngày với tỷ lệ N/XM tỷ lệ CLN/CL 83 Hình 3.8 Quan hệ tỷ trọng với tỷ lệ N/XM tỷ lệ CLN/CL 85 Hình 4.1 nh hưởng tỷ lệ N/XM đến tính dẻo hỗn hợp bê tông 88 Hình 4.2 nh hưởng tỷ lệ CLN/CL đến tính dẻo hỗn hợp bê tông 89 Hình 4.3 nh hưởng tỷ lệ N/XM đến cường độ chịu nén bê tông 90 Hình 4.4 nh hưởng tỷ lệ N/XM đến tỷ trọng bê tông 90 Hình 4.5 nh hưởng tỷ lệ CLN/CL đến cường độ chịu nén bê tông 92 Hình 4.6 nh hưởng tỷ lệ CLN/CL đến tỷ trọng bê tông 91 Hình 4.7 Đường cong thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý hoá 93 Hình 4.8 Đường cong hạt cốt liệu hợp lý hoá so với đường cong Shilstone 94 Hình 4.9 Mối tương quan hệ số hạt thô hệ số lưu động 95 Hình 4.10 Kết so sánh tính chất hỗn hợp bê tông cốt liệu hợp lý hoá cốt liệu thông thường 96 Hình 4.11 Cách xếp cốt liệu bê tông mac 40MPa, độ sụt 14cm 98 Hình 4.12 Cách xếp cốt liệu bê tông tối ưu 98 CÁC KÝ HIỆU CLN/CL : Tỷ lệ cốt liệu nhỏ / Cốt liệu ASTM : American Society of Testing and Material K : Hệ số đầm chặt Mdl : Modul độ lớn Dmax : Đường kính hạt cốt liệu lớn ∅ : Đường kính piston MD : Khối lượng cốt liệu piston ρD : Khối lượng riêng vật liệu h : Chiều cao lớp vật liệu sau nén piston di : Đường kính cỡ hạt thứ i d : Đường kính trung bình cốt liệu βi : Độ đặc bổ sung cỡ hạt thứ i β : Độ đặc bổ sung trung bình Φi : Độ đặc thực tế (thể tích đặc cục bộ) cốt liệu thứ i kw : Hệ số ảnh hưởng tường chắn khuôn yi : Lượng dùng cỡ hạt thứ i hỗn hợp γ : Độ đặc hỗn hợp λ2→1,λ1→2 : Hằng số phụ thuộc vào đặc tính loại hạt có hỗn hợp aij : Hệ số ảnh hưởng rời rạc bij : Hệ số ảnh hưởng tường chắn n : Số cỡ hạt có hỗn hợp x : Tỷ lệ đường kính cốt liệu nhỏ / cốt liệu lớn α : Đại lượng thay cho β πmin : Lượng lỗ rỗng hỗn hợp khả dó tối thiểu pmin : Lượng lỗ rỗng hỗn hợp thực tế tối thiểu Pt : Phần thể tích đặc hạt có kích thước nhỏ d q : Hệ số điều chỉnh theo độ rỗng, < q < Q : Quality (Chất lượng) kiện tiêu chuẩn đến 28 ngày Sau thí nghiệm đo kích thước khối lượng viên mẫu thử cường độ chịu nén sau mẫu khô bề mặt 4.2.2.1 nh hưởng tỷ lệ N/XM Tỷ lệ N/XM thay đổi từ 0.37 đến 0.61, yếu tố khác cấp phối không đổi Kết thí nghiệm trình bày hình 4.3 4.4 Cường độ chịu nén (MPa) 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 0.31 0.37 0.46 0.55 0.61 Tỷ lệ N/XM Hình 4.3 nh hưởng tỷ lệ N/XM đến cường độ chịu nén bê tông 2.56 Tỷ trọng (g/cm3) 2.52 2.48 2.44 2.4 2.36 2.32 2.28 2.24 0.31 0.37 0.46 0.55 0.61 Tỷ lệ N/XM Hình 4.4 nh hưởng tỷ lệ N/XM đến tỷ trọng bê tông Bê tông loại vật liệu có cấu trúc vó mô phức tạp Cấu trúc phụ thuộc vào tỷ lệ N/XM, lượng dùng xi măng Đá xi măng có ảnh hưởng lớn đến cường độ bê tông Cường độ bê tông phụ thuộc vào N/XM thực chất phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo lượng nước dư thừa Lượng nước thừa lớn làm rỗng xốp cấu trúc vi mô bê tông , làm cho cường độ giảm Bên cạnh đó, cấu trúc vi mô rỗng xốp độ đặc thấp, tỷ trọng giảm lượng nước dư thừa tăng Trong hình cho thấy N/XM = 0.31 – 0.37, tỷ trọng tăng theo tỷ lệ N/XM khoảng lượng nước chưa đủ cho hydrat hoá xi măng để tạo nên cấu trúc vi mô đặc nên lượng nước khoảng tăng sản phẩm hydrat hoá sinh lớn làm tăng độ đặc sít cho cấu trúc vi mô bê tông Khi tỷ lệ N/XM tăng từ 0.37 đến 0.61, lượng nước nhào trộn tăng làm cho lượng nước tự hỗn hợp bê tông tăng lên Trong trình đóng rắn, lượng nước tự dần bị bốc hơi, để lại lỗ rỗng bên cấu trúc đá xi măng, làm cho cấu trúc vi mô không đặc Và làm cho cường độ tỷ trọng bê tông bị giảm Từ kết biểu diễn hình 5.3 5.4 cho thấy cấp phối tối ưu cho bê tông có cường độ chịu nén tỷ trọng cao với tỷ lệ N/XM = 0.37 4.2.2.2 nh hưởng tỷ lệ CLN/CL Cốt liệu có ảnh hưởng đến hồ xi măng bê tông hình thành cấu trúc Nước nhào trộn phần dùng để tạo thành cấu trúc đá xi măng, phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu bị cốt liệu rỗng hút vào Vì tỷ lệ CLN/CL thay đổi làm thay đổi đáng kể tổng bề mặt cốt liệu cần bôi trơn lượng nước bị cốt liệu rỗng hút vào Khi tỷ lệ ngậm cát CLN/CL = 0.25 – 0.3, lượng cốt liệu nhỏ (cát) không đủ để lấp đầy vào lổ rỗng hạt cốt liệu lớn (đá dăm), tạo nên rỗng xốp cấu trúc vó mô Nên cường độ tỷ trọng tăng theo tỷ lệ ngậm cát Cường độ chịu nén (MPa) 65 60 55 50 45 40 35 30 25 0.25 0.30 0.38 0.45 0.50 Tỷ lệ ngậm cát (CLN/CL) Hình 4.5 nh hưởng tỷ lệ CLN/CL đến cường độ chịu nén bê toâng 2.56 Tỷ trọng (g/cm3) 2.52 2.48 2.44 2.40 2.36 2.32 2.28 0.25 0.30 0.38 0.45 0.50 Tỷ lệ ngậm cát (CLN/CL) Hình 4.6 nh hưởng tỷ lệ CLN/CL đến tỷ trọng bê tông Tại ngưỡng CLN/CL = 0.3, ta thấy cấu trúc đạt độ đặc sít tối đa Khi CLN/CL > 0.3 lượng dùng cát lớn đòi hỏi lượng nước nhào trộn lớn để bôi trơn Như lượng nước sau bê tông đóng rắn để lại cấu trúc không đặc làm giảm cường độ bê tông Như giải thích cấp phối tối ưu có tỷ lệ CLN/CL = 0.30 cho phép bê tông có cường độ tỷ trọng cao 4.3 SO SÁNH ĐƯỜNG CONG THÀNH PHẦN CỢ HẠT CỐT LIỆU TỐI ƯU LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ Biểu diễn thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý hoá theo cấp phối tối ưu biểu đồ lý thuyết Fuller Đường cong thành phần hạt biểu diễn hình 4.7D9 Phần tr ăm lọt sàn g (% ) 100 80 60 Phạm vi cho phép cát theo ASTM 40 Phạm vi cho phép đá theo ASTM 20 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 19.5 37.5 50 Cỡ sàn g (mm) Hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá Hỗn hợp cốt liệu theo lý thuyết Fuller Hình 4.7 Đường cong thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý hoá Nhận thấy cấp phối thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý hoá chứng minh phù hợp theo đường cong thành phần cỡ hạt Fuller Theo tiêu chuẩn ASTM dành riêng cho cát đá, thấy cỡ hạt từ 2.36mm đến 4.75mm gần Nhưng hợp lý hoá thành phần cốt liệu trên, cỡ hạt phân bố liên tục từ 0.15mm đến 20mm, đầy đủ cỡ hạt từ nhỏ đấn lớn, tạo nên khả lấp đầy hạt nhỏ vào lỗ rỗng hạt lớn cao, làm giảm thiểu độ rỗng hỗn hợp cốt liệu tối đa Mặt khác, niểu diễn thành phần cỡ hạt hợp lý hoá so sánh với đường cong tối ưu Shilstone hình 4.8 Phần tr ăm lọt sàn g (% ) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 19.5 37.5 50 Cỡ sàn g (mm) Cốt liệu nhỏ Hỗn hợp giàu cát Hỗn hợp t ối ưu Shilst one Hỗn hợp giàu đá C ốt liệu lớn C ấp phối hợp lý hoá Hình 4.8 Đường cong hạt cốt liệu hợp lý hoá so với đường cong Shilstone Chúng ta thấy đường cong thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý hoá gần trùng khớp với đường cong mà theo Shilstone cho hỗn hợp giàu đá Tuy vậy, hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá không nằm phạm vi tối ưu lý thuyết Shilstone Một lần hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá chứng minh tính đắn theo lý thuyết nêu Mặt khác sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá để tính toán hệ số theo công thức 2.54 công thức 2.55 Shilstone sau : Hệ số lưu động = W 26.19 = = 0.262 W +Q+ I 100 Hệ số hạt thô = Q 59.91 = = 0.812 Q + I 73.81 Bieåu diễn mối tương quan hệ số lưu động hệ số hạt thô hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá theo lý thuyết miền tối ưu Shilstone (hình 4.9 – dấu chấm tròn – điểm A) ta nhận thấy hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá hoàn toàn phù hợp với vùng quy định Shilstone A Hình 4.9 Mối tương quan hệ số hạt thô hệ số lưu động Hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá tính toán thực nghiệm phù hợp với lý thuyết Fuller Shilstone Hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá dạng thành phần cỡ hạt liên tục có phạm vi quy định chặt chẽ đểâ đạt độ đặc hợp lý để nâng cao chất lượng hệ cốt liệu dùng cho bê tông Mỗi cỡ hạt có vai trò vị trí riêng kết hợp hợp lý chúng tạo nên hỗn hợp bê tông có độ lưu động tốt đóng rắn cho cấu trúc bê tông đặc sít 4.4 SO SÁNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG HỖN HP CỐT LIỆU HP LÝ HOÁ VỚI BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG Thực thí nghiệm cấp phối bê tông mác 40MPa theo tiêu chuẩn ACI 211 theo bảng 3.9, đối chứng hỗn hợp bê tông sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá hỗn hợp bê tông thông thường Tất thành phần nguyên vật liệu cho 1m3 hỗn hợp bê tông giữ nguyên theo cấp phối Tiến hành trộn bê tông so sánh tính chất hỗn hợp bê tông bê tông đóng rắn Kết so sánh biểu diễn mang tính tương đối hình 4.10 55.24 400 45 12 14 0.42 0.379 2.546 2.355 N/XM CLN/CL XM(kg) SN(mm) TY TRONG CUONG DO Hình 4.10 Kết so sánh tính chất hỗn hợp bê tông cốt liệu hợp lý hoá cốt liệu thông thường Nhận thấy với thành phần nguyên vật liệu ban đầu cho 1m3 hỗn hợp bê tông, ta thay đổi thành phần cỡ hạt cốt liệu làm thay đổi diện tích bề mặt cốt liệu cần bôi trơn để tạo độ lưu động nên làm thay đổi tính dẻo hỗn hợp bê tông So với hỗn hợp cốt liệu thông thường, lượng hạt mịn hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá lớn nhiều, làm tăng đột ngột diện tích bề mặt cần nước cốt liệu Tuy nhiên, nhờ thành phần hạt hợp lý, hạt cốt liệu hợp lý hoá xếp tối ưu, hạt nhỏ lấp đầy vào lỗ rỗng hạt lớn hơn, tạo nên hỗn hợp bê tông có tổng diện tích bề mặt cốt liệu cần bôi trơn không thay đổi không lớn so với hỗn hợp thông thường Do chênh lệch tính dẻo hai hỗn hợp không lớn Cách xếp hạt cốt liệu hợp lý giúp cho độ đặc sít cấu trúc bê tông cao, làm cho cường độ chịu nén bê tông tăng lên đáng kể Các hạt cốt liệu tạo thành khung chịu lực vững chắc, có khả chống mài mòn cao Bên cạnh đó, cốt liệu vật liệu trơ, khó bị phá hoại tác nhân xâm thực, tạo nên tính bền vững lâu dài cho bê tông Như vậy, để thiết kế hỗn hợp bê tông có cường độ yêu cầu, tỷ lệ N/XM với thành phần hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá cho phép tiết kiệm tối đa lượng dùng xi măng mà thoả mãn yêu cầu kỹ thuật chất lượng Điều cốt lõi vấn đề giải mâu thuẫn chất lượng bê tông : bê tông chất lượng cao với lượng dùng xi măng thấp 4.5 SO SÁNH CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU HP LÝ HOÁ VÀ BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG Cấp phối bê tông tối ưu sau thực quy hoạch thực nghiệm tiến hành trộn đúc mẫu đối chứng cho hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá hỗn hợp cốt liệu thông thường Các mẫu bê tông đối chứng (cấp phối tối ưu cấp phối bê tông mác 40MPa) sau dưỡng hộ 28 ngày đưa gia công tiến hành chụp ảnh cấu trúc – cách xếp hạt cốt liệu bên cấu trúc bê tông (Hình 4.11 4.12) (a) Hỗn hợp cốt liệu thông thường (b) Hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá Hình 4.11 Cách xếp cốt liệu bê tông mac 40MPa, độ sụt 14cm (a) Hỗn hợp cốt liệu thông thường (b) Hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá Hình 4.12 Cách xếp cốt liệu bê tông tối ưu Dựa vào hình ảnh chụp cấu trúc ta thấy hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá có xếp hạt chặt chẽ Khối lượng tất thành phần cấp phối bê tông giữ nguyên, với hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá cho phép phân bố cỡ hạt hợp lý, làm tăng thể tích tuyệt đối cốt liệu, tạo nên khung chịu lực chặt chẽ hơn, cho cấu trúc bê tông đặc sít đáng kể So sánh hỗn hợp cốt liệu thông thường hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá, thấy hỗn hợp hợp lý hoá, hạt cốt liệu xếp cách chặt chẽ, hạt cốt liệu nhỏ lấp vào lỗ rỗng hạt cốt liệu lớn Các hạt cốt liệu tập trung với mật độ cao diện tích mặt cắt bê tông chứng tỏ độ đặc sít bên cấu trúc bê tông lớn Trong đơn vị thể tích bê tông, thể tích cốt liệu dùng lớn lượng vữa xi măng nhỏ Điều giải thích tiết kiệm nhiều hàm lượng xi măng cho mác thiết kế bê tông sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá (Hình 4.11) Từ hình ảnh ta thấy thể tích cốt liệu cấp phối tối ưu gần 85% thể tích bê tông Theo tính toán chương III, độ đặc lý thuyết hỗn hợp cát 84% hỗn hợp đá 85.2% Như hạt cốt liệu thực tế xếp tối ưu, với hệ số đầm chặt K = 9, lần khẳng định chênh lệch lý thuyết thực tế nhỏ 4.6 KẾT LUẬN So với hỗn hợp bê tông thông thường, ảnh hưởng nguyên vật liệu đến tính dẻo hỗn hợp bê tông có sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá có quy luật không khác Đường cong thành phần hạt hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá biểu diễn hoàn toàn phù hợp với lý thuyết nêu Độ đặc hỗn hợp theo lý thuyết thực tế cấu trúc bê tông gần không chênh lệch đáng kể Với cấp phối thiết kế khả thi công, hỗn hợp bê tông có sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá cho cường độ bê tông tỷ trọng lớn đáng kể Như với mac thiết kế, hỗn hợp bê tông dùng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá cho phép giảm lượng dùng xi măng, tiết kiệm chi phí lớn Các hạt cốt liệu hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá xếp hợp lý, hạt cốt liệu nhỏ chèn vào lỗ rỗng hạt cốt liệu lớn hơn, tạo nên khung chịu lực vững chắc, cho cấu trúc bê tông đặc KẾT LUẬN CỦA ĐỀ TÀI Từ kết nghiên cứu đề tài đưa số kết luận sau : Tổng quan có hệ thống nghiên cứu ứng dụng cốt liệu, thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý nước giới Đồng thời nghiên cứu thực trạng chất lượng khai thác nguyên vật liệu Xây dựng sở lý thuyết có hệ thống để tạo nên thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý để đạt độ đặc sít cao cấu trúc bê tông Cơ sở lý thuyết có sở khoa học để áp dụng triển khai lựa chọn cỡ hạt cốt liệu dùng cho nâng cao chất lượng bê tông Sử dụng thông số đặc trưng chứng minh hệ cốt liệu thể tích đặc cỡ hạt Φi , độ đặc bổ sung cỡ hạt βi lượng cốt liệu tương thích cỡ hạt hỗn hợp yi để tính toán xác định hỗn hợp cốt liệu có độ đặc tối ưu γ phương pháp mới, có hiệu để sử dụng cho việc nâng cao chất lượng bê tông Kết hợp tính toán thực nghiệm với hệ số đầm chặt K = 9, hỗn hợp cốt liệu sau hợp lý hoá có độ đặc γ > 80%, độ rỗng pmin = 6.21% (đối với hỗn hợp cát) pmin = 8.78% (đối với hỗn hợp đá) cho thấy độ đặc sít hỗn hợp cốt liệu bê tông cao Sử dụng phương pháp thiết kế cấp phối bê tông ACI 211 để kiểm tra đối chứng bê tông thông thường bê tông có sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá Từ chứng minh cho ta thấy với hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá cho phép giảm lượng dùng xi măng đáng kể Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm cấp phối bê tông tối ưu cho bê tông dùng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá đạt cường độ chịu nén tỷ trọng cao phụ thuộc vào tỷ lệ N/XM (X1), lượng dùng XM (X2) tỷ lệ CLN/CL (X3) xác định theo phương trình sau : Rn = 40.214 - 9.532X1 - 0.891X2 + 1.229X3 + 2.403X2X3 + 1.905X12 + 1.521X22 γ = 2.446 – 0.0414X1 - 0.0429X2 – 0.0155X3 Cấp phối bê tông tối ưu phù hợp cho ngành sản xuất bê tông đúc sẵn Với tỷ lệ N/XM = 0.37, lượng dùng xi măng XM = 350kg, tỷ lệ CLN/CL = 0.30 cho bê tông có độ dẻo SN = 30mm cho cường độ chịu nén sau 28 ngày đạt 55MPa Bê tông có dùng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá có cấu trúc hỗn hợp cốt liệu đặc sít so với bê tông sử dụng cốt liệu thông thường Bê tông có sử dụng hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá cải thiện tính dẻo, cường độ chịu nén tỷ trọng tăng đáng kể so với bê tông dùng cốt liệu thông thường 10 Hỗn hợp cốt liệu hợp lý hoá chứng minh tính đắn theo lý thuyết nêu Như thay đổi nguồn nguyên vật liệu, tính toán thay đổi thành phần cỡ hạt cốt liệu nói chung mà thực nghiệm lại tất thí nghiệm để đạt độ đặc tối ưu KIẾN NGHỊ Vì thời gian làm Luận văn có hạn nên số vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp tục : Để tính độ rỗng thực tế mẫu bê tông, cần xác định độ thấm lỗ rỗng bê tông Cần nghiên cứu tính khả thi thành phần cỡ hạt tối ưu cốt liệu trình sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F de Larrard, “Concrete mixture proportioning”, A Scientific Approach, Modern Concrete Technology [2] A.M Neville, J.J Brooks, “Concrete Technology”, Longman Scientific & Technical [3] Sidney Mindess, J Francis Young, David Darwin, “Concrete”, Second Edition, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458 [4] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí, “Vật liệu Xây dựng”, Nhà xuất Giáo Dục [5] Nguyễn Tấn Q, Nguyễn Thiện Ruệ, “Giáo trình cơng nghệ bê tông xi măng”, tập 1, Nhà xuất Giáo dục [6] Nguyễn Cảnh, “Quy hoạch thực nghiệm”, Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM [7] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Long, “Bê tông cường độ cao”, NXB Xây dựng, 2004 [8] Phạm Duy Hữu, “Đặc tính, cơng thức khả ứng dụng bê tông cường độ cao”, Đặc san Công nghiệp bê tông Việt Nam, số 2, tháng 5/2003 [9] Steven H Kosmatka, William C., “Design and control of concrete mixtures”, 1992 [10] Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, TCVN, NXB Xây dựng, 1999 [11] Tiêu chuẩn thiết kế bê tông ACI 211 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TS Nguyễn Văn Chánh, Trần Vũ Minh Nhật, Phương pháp tổ hợp cỡ hạt hỗn hợp cốt liệu để tăng độ đặc cho bê tông, Hội nghị Khoa học Công nghệ gắn với thực tiễn lần II, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2006 TS Nguyễn Văn Chánh, Trần Vũ Minh Nhật, Ứng dụng công nghệ bê tông đầm lăn xây dựng Việt Nam, Tạp chí Người Xây Dựng, tháng 05/2006 TĨM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : TRẦN VŨ MINH NHẬT Ngày, tháng, năm sinh : 31/07/1981 Nơi sinh : Nha Trang - Khánh Hoà Địa liên lạc : 91/9 Nguyễn Hồng Đào, Phường 14, Quận Tân Bình, Tp HCM Nơi cơng tác : Cơng ty TNHH Bê tơng Lafarge Việt Nam QÚA TRÌNH ĐÀO TẠO : Từ 1999 – 2004 : học Đại học trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Từ 2004 – 2006 : học Sau Đại học trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ 03/2004 – 10/2004 : Công ty TNHH Bê tông Hỗn hợp Việt Nam Từ 10/2004 – 04/2006 : Công ty TNHH HCXD Tri Nhân & Tri Nhân Từ 05/2006 – : Công ty TNHH Bê tông Lafarge Việt Nam ... trúc thực sản phẩm bê tông 1.6 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phương pháp tổ hợp thành phần cỡ hạt cốt liệu hợp lý để tạo độ đặc cho cấu trúc bê tông Kiểm chứng thực nghiệm hỗn hợp cốt liệu hợp. .. tông đưa phạm vi cho phép mức độ ngậm cát bê tông hợp lý thật cần thiết Vì chọn đề tài : ? ?Nghiên cứu hợp lý hoá cấp phối thành phần cỡ hạt cốt liệu để tăng độ đặc cho cấu trúc bê tông? ?? 1.5 MỤC TIÊU... liệu hợp lý hoá, thiết kế thành phần nguyên vật liệu hỗn hợp bê tông nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ thành phần đến tính chất hỗn hợp bê tông bê tông Nghiên cứu cấu trúc hỗn hợp cốt liệu bê tông 1.7