Mục đích của bài báo này là thử nghiệm sự kết hợp giữa vữa xi măng tự chảy không co ngót và phụ gia khoáng tro bay. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là thay thế một phần vữa xi măng bằng nhiều tỉ lệ tro bay khác nhau (từ 0–30%) sau đó thực hiện các thí nghiệm đánh giá độ lưu động (độ chảy xòe) và cường độ chịu nén (ở 28 ngày tuổi).
BÀI BÁO TỔNG QUAN ỨNG DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG TRO BAY VÀO CÔNG NGHỆ VỮA XI MĂNG TỰ CHẢY KHÔNG CO NGĨT Hồng Quốc Gia1, Vũ Quốc Vương1 Tóm tắt: Mục đích báo thử nghiệm kết hợp vữa xi măng tự chảy không co ngót phụ gia khống tro bay Phương pháp nghiên cứu sử dụng thay phần vữa xi măng nhiều tỉ lệ tro bay khác (từ – 30%) sau thực thí nghiệm đánh giá độ lưu động (độ chảy xòe) cường độ chịu nén (ở 28 ngày tuổi) Các kết thí nghiệm hàm lượng tro bay tối ưu cho thấy triển vọng để ứng dụng loại phụ gia khống vào cơng nghệ vữa xi măng tự chảy Từ khóa: Vữa xi măng tự chảy khơng co ngót, tro bay, độ lưu động, cường độ nén GIỚI THIỆU CHUNG1 Vữa xi măng (VXM) sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác ngành xây dựng sửa chữa kết cấu bị nứt, bơm ống gen cáp ứng lực trước, ổn định đất Tùy vào tỷ lệ nước/xi măng (N/X) mà vữa xi măng chia thành nhiều loại với ứng dụng khác (Hình 1) Với phát triển mạnh mẽ ngành hóa vật liệu với đời nhiều loại phụ gia hóa học tính cao, cơng nghệ vữa xi măng tự chảy áp dụng năm gần Về mặt định nghĩa, vữa tự chảy loại vữa trộn sẵn có đặc tính tự san phẳng, khơng co ngót chịu cường độ cao Vữa tự chảy chế tạo gốc xi măng kết hợp phụ gia khoáng, hoá phụ gia trương nở Loại vật liệu có nhiều tính ưu việt như: có độ linh động cao, khơng phân tầng, khơng tách nước, dễ dàng lấp đầy khe hở nhỏ, khe hở có hình dạng phức tạp đồng thời vữa sau đóng rắn có cường độ cao, chịu mài mịn chống va đập tốt So với VMX thơng thường, vữa tự chảy có nhiều ứng dụng hơn, vừa vữa dùng sửa chữa vừa có tính làm vật liệu chống thấm tốt cho cơng trình xây dựng chống thấm sàn mái, chống thấm tầng hầm Hiện nay, vữa tự chảy nhà sản xuất vật liệu cung cấp dạng thành phẩm (đóng bao Bộ mơn Vật liệu xây dựng, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi 88 25kg 50kg), cần thêm nước để sử dụng Tuy vữa tự chảy có nhược điểm giá thành cao (gấp khoảng 10 lần xi măng thông thường), công nghệ chế tạo phức tạp Hình Các ứng dụng VXM (Rosquoët et al 2003) Tro bay sản phẩm sau đốt cháy than nghiền nhà máy nhiệt điện loại phụ gia khoáng hoạt tính cho xi măng Sử dụng tro bay hợp lý giúp giảm giá thành xây dựng cải thiện nhiều tính chất bê tơng xi măng loại vật liệu gốc xi măng khác (vữa xi măng, gạch khơng nung ) giảm nhiệt thủy hóa, tăng tính bền vững, nâng cao độ bền học dài hạn, tăng tính dễ thi cơng Ở Việt Nam giới có nhiều nghiên cứu sử dụng tro bay vật liệu xi măng áp dụng cụ thể vào cơng trình xây dụng dân dụng, giao thơng, thủy lợi (Vũ Quốc Vương, 2014) Người ta ước tính nay, lượng tro bay sinh từ nhà máy nhiệt điện Việt Nam lên tới 12 triệu tấn/năm Lượng tro bay không xử lý, tận dụng có hiệu quả, khơng lãng phí mà cịn KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) hiểm họa lớn với môi trường bụi thành phần độc hại tro bay phát tán Ngoài lượng tro sinh từ nhà máy nhiệt điện cịn làm tăng nhu cầu diện tích bãi chứa hàng năm Có thể nói tro bay vấn đề thời nóng, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 1696/QĐ-TTg số giải pháp thực xử lý tro nhà máy nhiệt điện để làm nguyên liệu sản xuất VLXD Chính yêu cầu cấp thiết đặt nghiên cứu mở rộng phạm vi sử dụng tro bay Việt Nam VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Vữa xi măng tự chảy (Grout – viết tắt G) sử dụng thí nghiệm Vmat Grout M60 – sản phẩm Công ty cổ phần Vmat, đạt chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 9204:2012 Thành phần Vmat M60 xi măng mác cao, kết hợp với phụ gia khoáng mịn (silica fume), phụ gia siêu dẻo phụ gia trương nở Các tính chất Vmat Grout giới thiệu Bảng Tro bay (Fly ash – viết tắt FA) dùng báo tro bay Phả Lại qua công đoạn tuyển với lượng than chưa cháy hết (lượng nung LOI) nhỏ 6%, đạt chất lượng hợp chuẩn ASTM C618 Hoa Kỳ Thành phần hóa học tro bay Phả Lại biểu thị Bảng Các thí nghiệm thực phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng, Đại học Thủy lợi Thiết bị sử dụng máy trộn, khuôn lăng trụ 4x4x16 cm, thiết bị thí nghiệm độ chảy xịe vữa (theo TCVN 3121-3: 2003) máy nén mẫu vữa (theo TCVN 3121-11: 2003) Cường độ chịu nén vữa N/mm2 03 ngày ≥ 35 07 ngày ≥ 40 28 ngày ≥ 60 Độ thấm ion clo tuổi sau 28 ngày Culông ≤ 800 Bảng Thành phần hóa học tro bay Phả Lại Thành phần hoá SiO2 A2O3 Fe2O3 CaO Na2O học % trọng lượng 53,2 24,2 6,38 2,17 0,44 Kết thí nghiệm phân tích Để nghiên cứu kết hợp tro bay với vữa tự chảy, nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm với mẫu vữa cách thay phần khối lượng vữa tự chảy hàm lượng tro bay 0%, 10%, 20% 30% với tỷ lệ nước/chất kết dính N/CKD giữ cố định 0,2 cho mẫu vữa Các mẫu thí nghiệm ký hiệu 0FA, 10FA, 20FA, 30FA tương ứng với lượng tro bay sử dụng Sau trộn, tiến hành thí nghiệm xác định độ lưu động vữa phương pháp đo độ chảy xòe theo TCVN 3121-3: 2003 Bốn mẫu vữa tiếp tục đúc vào khn hình lăng trụ có kích thước 4x4x16 cm Sau tháo khuôn, mẫu vữa bảo dưỡng ẩm tiến hành thí nghiệm nén tuổi 28 ngày Tồn q trình thí nghiệm (chế tạo mẫu, bảo dưỡng, uốn nén) thực tuân theo TCVN 312111: 2003 Bảng Tính chất vữa tự chảy Vmat Grout M60 Chỉ tiêu Đơn vị Độ chảy xòe Độ tách nước sau trộn Độ nở hỗn hợp vữa sau trộn Độ nở hỗn hợp vữa sau 28 ngày cm Mức chất lượng 20-30 % % ≥ 0,1 % 0,05 – 0,35 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) Hình Thí nghiệm độ chảy xịe 89 Các kết thí nghiệm thể thay đổi độ chảy xòe d (cm) cường độ chịu nén tuổi 28 ngày R (Mpa) theo thay đổi hàm lượng tro bay sử dụng (từ 0-30%) Hình Thí nghiệm nén mẫu vữa Kết thí nghiệm độ chảy xịe vữa Hình cho thấy độ chảy xịe vữa tự chảy không sử dụng tro bay đạt giá trị 30 cm, cao nhiều so với vữa xi măng thông thường với tỷ lệ N/X = 0,2 Điều cho thấy khả tự lấp đầy (hay tự chảy) dễ dàng thi công Vmat Grout M60 Khi thay phần vữa tự chảy cho bay, độ lưu động hỗn hợp vữa tăng dần đạt giá trị cực đại hàm lượng tro bay 20% Vượt qua giá trị này, độ lưu động vữa lại giảm cm2/g) Chính vậy, cho tro bay vào vữa tự chảy, lượng tro bay góp phần tối ưu hóa cấp phối hạt xi măng, hạt tro bay mịn trở thành lớp đệp để hạt xi măng dễ dàng trơn trượt qua tăng tính lưu động hỗn hợp Tuy nhiên, lượng tro bay vượt ngưỡng (ở 20%), diện tích tiếp xúc với nước hạt xi măng tro bay tăng lên, làm tăng lượng nước yêu cầu để giữ nguyên tính linh động Cụ thể trường hợp vượt 20%FA, độ linh động vữa giảm xuống Thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu vữa thực tuổi 28 ngày Mẫu Vmat Grout M60 không sử dụng cho bay đạt cường độ 79,7 Mpa (với tỷ lệ Nước/Grout 0,2) Kết thí nghiệm đồng thời cho thấy %FA 10%, cường độ vữa giảm khoảng 10%, nhiên tăng hàm lượng tro bay lên 20% cường độ lại tăng gần với mẫu đối chứng không sử dụng tro bay (76,4 Mpa so với 79,7 Mpa) Ngược lại, với mẫu vữa FA30, hàm lượng tro bay tăng lên 30% cường độ lại giảm mạnh (Hình 5) Thành phần hóa học tro bay Phả Lại ảnh hưởng lớn đến tính chất học vữa xi măng Hầu hết Cao tro bay dạng khoáng tương tự xi măng, có hoạt tính cường độ Tuy nhiên hàm lượng CaO có tro bay thấp nên cho vào nước khơng thể khả đóng rắn xi măng đóng góp vào hoạt tính dính kết (Tro bay thể rõ nét đặc tính Puzơlan nhờ thành phần SiO2 vơ định hình kết hợp với sản phầm thủy hóa CH từ xi măng để tạo C-S-H có tính bền vững cao hơn) Hình Sự thay đổi độ chảy xòe mẫu vữa theo hàm lượng tro bay Điều giải thích độ mịn tro bay Trên thực tế, hạt tro bay mịn nhiều so với hạt xi măng (là thành phẩn chủ yếu vữa tự chảy) Tỷ diện tích (độ mịn Blaine) tro bay Phả Lại khoảng 6000 cm2/g, cao nhiều xi măng (khoảng 3000 90 Hình Sự thay đổi cường độ chịu nén tuổi 28 ngày mẫu vữa theo hàm lượng tro bay KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) Chính vậy, thay phần vữa tự chảy tro bay cường độ chịu nén hỗn hợp vữa – tro bay có xu hướng giảm Tuy nhiên, hạt tro bay có dạng hình cầu mịn hạt xi măng Khi sử dụng với hàm lượng hợp lý, hạt tro bay lấp đầy khoảng trống hạt xi măng, tạo nên cấu trúc đặc góp phần cải thiện cường độ Điều vô quan trọng tỷ lệ N/CKD nhỏ, hạt xi măng gần Cụ thể trường hợp này, hàm lượng tro bay 20% tạo thành phần hạt tốt (thể qua thí nghiệm độ lưu động), hạt tro bay đóng vai trị dính kết tối ưu hóa vi cấu trúc đá xi măng Kết luận Những kết thí nghiệm sử dụng 20% tro bay Phả Lại kết hợp với Vmat Grout M60 giúp cao tính linh động mà đảm bảo cường độ chịu nén hỗn hợp vữa Điều 20% tro bay hàm lượng hợp lý kết hợp hai loại vật liệu với Không thế, sử dụng 20% tro bay giảm tỷ lệ N/CKD để giữ nguyên độ lưu động (so với vữa tự chảy khơng có tro bay) làm tăng cường độ Mặt khác sử dụng tro bay cải thiện tính bền vững hỗn hợp vữa chống thấm, chống ăn mịn hóa học hoạt tính Puzơlan vật liệu Nghiên cứu báo tiềm to lớn để kết hơp tro bay với vữa tự chảy, nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật (giá thành tro bay rẻ nhiều lần vữa tự chảy) Tuy nhiên kết hạn chế loại tro bay loại vữa với vài tỷ lệ kết hợp định Mỗi loại vữa xi măng hay loại tro bay lại có tính chất khác nhau, nên kết hợp lại cho kết khác Rất loại vữa tự chảy khác loại tro bay khác, hàm lượng tro bay tối ưu độ lưu động không đồng thời cho kết tối ưu cường độ chịu nén Vì cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu để mở rộng phạm vi áp dụng tro bay TÀI LIỆU THAM KHẢO Rosquoët, F., A Alexis, A Khelidj and A Phelipot (2003) "Experimental study of cement grout: Rheological behavior and sedimentation." Cement and Concrete Research 33(5): 713-722 Vũ Quốc Vương (2014) "Vật liệu xây dựng nâng cao" Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Tro bay - Vật liệu làm bê tông xây dựng Tạp chí Người Xây dựng Phạm Huy Khang (2010) "Tro bay ứng dụng xây dựng đường ô tô sân bay điều kiện Việt Nam" TCVN 9204:2012 - Vữa xi măng khô trộn sẵn không co ASTM C618 - Standard Specification for Fly Ash And Raw Or Calcined Natural Pozzolan For Use As A Mineral Admixture In Portland Cement Concrete TCVN 3121-3 : 2003 - Vữa xây dựng - phương pháp thử Phần 3: xác định độ lưu động vữa tươi TCVN 3121-11 : 2003 - Vữa xây dựng - phương pháp thử Phần 11: xác định cường độ uốn nén vữa đóng rắn Abstract: USE FLY ASH AS A MINERAL ADMIXTURE IN SELF LEVELLING CEMENT GROUT TECHNOLOGY This work aim to study the combination of self levelling cement grout and fly ash – a type of mineral admixture The used methodology is the replace a part of grout by fly ash at many different ratios (from 0-30%) and the experiments for evaluating the workability (spreading) and strength (at 28 days age) The experimental results showed the optimum fly ash content and demonstrate the possibility for the application of this mineral admixture in self levelling cement grout technology Keywords: Self levelling cement grout, Fly ash, Workability, Strength BBT nhận bài: 24/02/2017 Phản biện xong: 09/3/2017 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) 91 ... độ chảy xịe vữa Hình cho thấy độ chảy xịe vữa tự chảy không sử dụng tro bay đạt giá trị 30 cm, cao nhiều so với vữa xi măng thông thường với tỷ lệ N/X = 0,2 Điều cho thấy khả tự lấp đầy (hay tự. .. thay phần vữa tự chảy tro bay cường độ chịu nén hỗn hợp vữa – tro bay có xu hướng giảm Tuy nhiên, hạt tro bay có dạng hình cầu mịn hạt xi măng Khi sử dụng với hàm lượng hợp lý, hạt tro bay lấp... hóa học tro bay Phả Lại ảnh hưởng lớn đến tính chất học vữa xi măng Hầu hết Cao tro bay dạng khoáng tương tự xi măng, có hoạt tính cường độ Tuy nhiên hàm lượng CaO có tro bay thấp nên cho vào nước