(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống xâm thực chloride của bê tông có sử dụng tro bay và xỉ lò cao

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYỄN HOÀNG HUY C C NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYỄN HOÀNG HUY NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO C C R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng cơng 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 2020 Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người cam đoan Lê Nguyễn Hoàng Huy C C DU R L T MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH 10 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 C C Kết dự kiến Cấu trúc luận văn R L T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO 1.1 Tổng quan tro bay DU 1.1.1 Công nghệ đốt than 1.1.2 Các tính chất đặc trưng tro, xỉ nhiệt điện 1.1.2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ đốt PC 1.1.2.2 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ CFBC 1.1.3 Thành phần hóa học tro bay .5 1.1.4 Sản lượng tro bay 1.1.5 Phân loại tro bay 1.1.6 Yêu cầu kỹ thuật 1.2 Tổng quan xỉ lò cao 1.2.1 Phân loại xỉ lò cao 1.2.1.1 Xỉ lò cao làm nguội chậm (xỉ ABFS) 1.2.1.2 Xỉ hạt lò cao (xỉ GBF) 1.2.2 1.3 Đặc tính xỉ lị cao Bê tông 12 1.3.1 Đặc tính lý bê tơng 12 1.3.1.1 Cường độ bê tông 12 1.3.1.2 Biến dạng bê tông .12 1.3.1.3 1.3.2 Độ bền chống thấm ion clo .12 Một số đặc tính độ bền bê tông 12 1.3.2.1 Tính cơng tác 12 1.3.2.2 Tính co ngót 13 1.4 Các nghiên cứu nước nước độ bền chống chloride bê tông 14 CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA CHLORIDE ĐẾN SỰ HƯ HẠI CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CHLORIDE 16 2.1 Ảnh hưởng ion clo đến hư hại kết cấu BTCT 16 2.1.1 Sự xâm nhập ion clo 16 2.1.2 Sự ăn mòn cốt thép bê tông .17 2.1.3 Ngưỡng chloride giới hạn 24 2.2 C C Các phương pháp xác định nồng độ chloride 25 R L T 2.2.1 Phương pháp khoan lấy mẫu bột để xác định nồng độ chloride 25 2.2.2 Phương pháp thí nghiệm nhanh (ASTM C1202/TCVN 9337-2012) 25 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO 26 DU Giới thiệu chung 26 Chương trình thí nghiệm 26 3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng .26 3.2.2 Vật liệu, dụng cụ, thiết bị dùng để thí nghiệm 26 3.2.2.1 Vật liệu thí nghiệm 26 3.2.2.2 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 29 3.2.3 Thành phần cấp phối 34 3.2.4 Đúc mẫu bảo dưỡng mẫu .35 3.2.4.1 Đúc mẫu 35 3.2.4.2 Bảo dưỡng 38 3.2.5 3.2.5.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịụ nén mẫu bê tông 38 Quy trình nén mẫu .38 3.2.5.2 Công thức xác định cường độ chịu nén [13] 39 3.2.6 Thí nghiệm xác định khả chống xâm thực chloride 40 Kết thảo luận 46 3.3.1 Cường độ chịu nén bê tơng có tro bay tro xỉ lò cao .46 3.3.2 Tổng điện lượng truyền qua bê tông 48 Kết luận chương 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 Kết luận 52 Kiến nghị 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) C C DU R L T TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO Học viên: Lê Nguyễn Hoàng Huy, Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình DD CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt Sự xâm nhập ion clorua ngun nhân gây ăn mịn cốt thép bê tông làm hư hại kết cấu bê tông cốt thép Độ bền chống thấm ion clo qua bê tơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối, loại xi măng, loại cốt liệu, Hiện có nhiều nghiên cứu để tìm nguồn vật liệu thay xi măng nhằm nâng cao độ bền bê tông Luận văn nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng tro bay xỉ lò cao đến khả chống xâm thực ion clorua bê tông Tỉ lệ thành phần cấp phối xi măng: cát: đá = : : giữ không đổi suốt thí nghiệm Xi măng thay tro bay xỉ lò cao với tổng khối lượng tro bay xỉ lò cao thay xi măng 20% Tỉ lệ nước/tổng bột (tổng xi măng tro bay, xỉ lị cao) 0.6 Các thí nghiệm cường độ chịu nén thực mẫu lập phương kích thước 150x150x150mm, thí nghiệm độ thấm ion clorua thực mẫu hình trụ có đường kính 100mm chiều dày 50mm Tất thí nghiệm thực thời điểm 28 ngày, 56 ngày 120 ngày Kết thí nghiệm cho thấy nằm giới hạn nghiên cứu đề tài cường độ chịu nén mẫu bê tông có tro bay xỉ lị cao thay 20% xi măng đạt đến cường độ tương đương (với giảm cường độ khoảng 7% so với mẫu đối chứng) lớn mẫu đối chứng thời điểm 120 ngày tuổi Tro bay xỉ lị cao sử dụng đồng thời để thay 20% xi măng nhằm tăng cường khả chống thấm ion clo qua bê tông Nằm giới hạn nghiên cứu đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 10% tro bay, 10% xỉ lò cao S95 thay xi măng góp phần nâng cao khả chống thấm ion clo qua bê tông đảm bảo cường chịu nén gần so với mẫu đối chứng C C R L T DU Từ khóa – bê tơng, tro bay; xỉ lò cao, cường độ chịu nén, thấm ion clo Abstract Cloride penetration is one of the main factors causing the corrosion of steel in concrete leading to the damage of reinforced concrete structures The chloride resistance of concrete depends on the many factors including mix compositions, cement type, arggregates,….There are many research on the alternative cementitious binder to replace original Portland cement for improving of durability of concrete The thesis studied the effect of fly ash, GGBS on chloride resistance of concrete The mix proportion was cementitious material (OPC+ fly ash+ GGBS): sand: coarse aggregate: water of 1:2:3:0.6 in which 20% by mass of total cementitious materials of cement was replaced by class F fly ash and GGBS Compressive strength tests were conducted on the cube samples dimension of 150x150x150mm while choloride penetration was conducted on the disc dimension of Dxh =100x50mm Tests were conducted at 28, 56 and 120 days The results shows that within the range of investigation, the compressive strenth of blended concrete is euipvalent to or slightly smaller than (about 7%) the control samples without fly ash ans GGBS at 120 days Both fly ash and GGBS can be used to replace OPC for choloride resistance of concrete Within the range of investigation, 10% of fly ash and 10% of GGBS is recommended to replace OPC as they improve the chloride resistance and maintain the compressive strength of concrete Keywords: concrete, fly ash; blast furnace slag, compressive strength, chloride ion permeability, C C DU R L T DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Trang Tên bảng 1.1 Tro bay từ nhà máy nhiệt điện giai đoạn 20102020 Trang 1.2 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 Trang 1.3 Tổng hợp đặc tính xỉ lị cao Trang 2.1 Hàm lượng ion clo tới hạn theo số tiêu chuẩn Trang 18 3.1 Chỉ tiêu chất lượng xi măng (Sông Gianh PCB40) Trang 27 3.2 Chỉ tiêu chất lượng tro bay (Loại F Vũng Áng) Trang 27 3.3 Chỉ tiêu chất lượng xỉ lò cao (S95 Hòa Phát) Trang 28 3.4 Chỉ tiêu chất lượng đá 1x2 (Phước Tường, Đà Nẵng) Trang 28 3.5 Chỉ tiêu chất lượng cát (Túy Loan, Đà Nẵng) Trang 28 3.6 Thành phần tỉ lệ cấp phối bê tông Trang 35 3.7 Khối lượng vật tư đúc mẫu 3.9 Thông số kỹ thuật máy nén mẫu SYE 2000 3.10 Cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông Trang 46 3.11 So sánh cường độ chịu nén hỗn hợp bê tông mẫu M2, M3, M4, M5, M6, so với mẫu M1 Trang 46 3.12 Kết thí nghiệm đo thấm ion clo qua bê tông Trang 48 R L T U D C C Trang 35 Trang 40 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 Tro bay Tên hình Trang Trang 1.2 Sự tương phản kích thước hạt tro bay hình cầu lớn hạt nhỏ Trang 1.3 Biểu diễn đặc trưng dạng cầu hạt khoảng kích thước thường thấy nhiều Trang 1.4 Xỉ lò cao Trang 1.5 Sơ đồ cơng nghệ q trình tạo xỉ lị cao Trang 1.6 Thành phần hạt xỉ hạt lò cao số nhà máy gang thép Việt Nam Trang 11 2.1 Cơ chế ăn mòn cốt thép Trang 16 3.1 Khuôn thép đúc mẫu 3.2 Máy trộn bê tông đúc mẫu 3.3 Máy đầm dùi 3.4 Dụng cụ sàng vật liệu 3.5 Dụng cụ đo độ sụt 3.6 Cân vật liệu đúc mẫu Trang 31 3.7 Máy thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu bê tông Trang 31 3.8 Máy thí nghiệm thấm ion clo Trang 32 3.9 Máy thí nghiệm thấm ion clo Trang 32 C C R L T DU Trang 29 Trang 29 Trang 29 Trang 30 Trang 30 3.10 Bộ gá mẫu bê tông Trang 33 3.11 Dụng cụ hút chân không mẫu bê tông Trang 33 3.12 Máy khoan, cắt gia công mẫu bê tông Trang 34 3.13 Khoan, cắt gia công mẫu bê tông Trang 34 3.14 Sàn cát Trang 36 3.15 Sàn đá 1x2 Trang 36 3.16 Cân cát Trang 37 3.17 Cân xi măng Trang 37 3.18 Cân xỉ lò cao Trang 37 3.19 Cân đá Trang 37 3.20 Trộn cấp phối bê tông Trang 37 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Cường độ chịu nén mẫu bê tơng có tro bay xỉ lị cao thay 20% xi măng đạt đến cường độ tương đương (với giảm cường độ khoảng 7% so với mẫu đối chứng) lớn mẫu đối chứng thời điểm 120 ngày tuổi Tro bay xỉ lị cao sử dụng đồng thời để thay 20% xi măng nhằm tăng cường khả chống thấm ion clo qua bê tông Nằm giới hạn nghiên cứu đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 10% tro bay, 10% xỉ lò cao S95 thay xi măng góp phần nâng cao khả chống thấm ion clo qua bê tông đảm bảo cường chịu nén gần so với mẫu đối chứng Kiến nghị Việc sử dụng tro bay xỉ lò cao thay xi măng thành phần cấp phối bê tông với tỉ lệ hợp lý nâng cao khẳ chống thấm ion clo qua bê tông, hạ thấp giá thành sản xuất bê tông thương phẩm đặc biệt giải toán bảo vệ môi trường vô cấp thiết xã hội Kết đề tài sở để tác giả tiếp tục xây dựng cấp phối bê tông thương phẩm sử dụng từ 10% tro bay 10% xỉ lò cao thay 20% xi măng, dự án Dung Quất C C DU R L T 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Miền, Nguyễn Thị Hải Yến, Đại học Bách Khoa TP HCM - Tạp chí phát triển KH&CN, tập 15, số K2/2012; [2] http://www.thanquangninh.com.vn/tro-bay-va-tac-dung-cua-tro-bay.html; [3] https://ximang.vn/nguyen-nhien-lieu/xi-lo-cao-trong-san-xuat-xi-mang-va-betong-p1 8691.htm; [4] Sở khoa học công nghệ TP HCM, ThS Lê Văn Quang (Viện vật liệu xây dựng Bộ xây dựng), Xu hướng ứng dụng tro, xỉ nhiệt điện sản xuất vật liệu xây dựng; [5] Fariborz Goodarzi, Characteristics and composition of fly ash from Canadian coal-fired power plants, Fuel, 2006, 85, 1418-1427; [6] Sidney Diamond, Particle morphologies in fly ash, Cement and concrete Research, 1986, 16, 569-579; [7] http://www.acaa-usa.org/Publications/ProductionUseReports.aspx ; [8] Fly Ash Utilization in China, Market landscape and Policy Analysis, 2010; [9] http://flyash2012.missionenergy.org/intro.html; C C R L T [10] G Skodras et al., Quality characteristics of Greek fly ashes and potential uses, Fuel Processing Technology, 2007, 88, 77-85; DU [11] Kiều Cao Thăng, Nguyễn Đức Quý, tình hình phương hướng tái chế, sử dụng tro xỉ nhà máy nhiệt điện Việt Nam http://www.nangluongvietnam.vn/news/vn/khoa-hoc-nang-luong/tinh-hinh-vaphuong-huong-tai-che-su-dung-tro-xi-cua-cac-nha-may-nhiet-dien-o-vietnam.html; [12] http://thandaleminhkhoa.com.vn/tin-tuc/tro-bay-la-gi-phan-loai-tro-bay.html; [13] TCVN 10302:2014 - Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng; [14] Fly ash in Concrete Applications, Lafarge North America Cement Operting Regions; [15] ASTM standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete (C618-05), Annual book of ASTM standards, concrete and aggregates, Vol.04.02 American Society for Testing Materials, 2005 Tiêu chuẩn ASTM C618; [16] https://vatlieuxaydung.org.vn/chuyen-de-vat-lieu-xay-dung/xi-lo-cao-trong-sanxuat-xi-mang-va-be-tong-9056.htm; [17] http://trobayvn.com/1151-2/; [18] http://khoaxaydung.duytan.edu.vn/media/84935/chuong-2.pdf; [19] TCVN 9337:2012 - Bê tong nặng – xác định độ thấm ion clo phương pháp đo điện lượng; 54 [20] www.danxaydung.tk/Chương - Bê tông - Ebook VLXD; [21] https://www.facebook.com/deluxbeton/posts/589965737732184/ ; [22] Nguyễn Văn Chính, giảng mơn Ăn mịn cốt thép bê tông, 2019, Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng; [23] Đặng Thị Thanh Lê, Đại Học Thủy Lợi; [24] Roman Loser , Barbara Lothenbach, Andreas Leemann, Martin Tuchschmid, ‚ Chloride resistance of concrete and its binding capacity – Comparison between experimental results and thermodynamic modeling’, Cement & Concrete Composites 32 (2010) 34–42; [25] Ahmet Raif Bog, Ilker Bekir Topcu,’ Influence of fly ash on corrosion resistance and chloride ion permeability of concrete’, Construction and Building Materials 31 (2012) 258–264; [26] P Chindaprasirt , C Chotithanorm , H.T Cao , V Sirivivatnanon, ‘ Influence of fly ash fineness on the chloride penetration of concrete’ Construction and Building Materials 21 (2007) 356–361; C C [27] Phạm Duy Hữu, Bùi Trọng Cầu Viện kỹ thuật xây dựng - Trường Đại học GTVT'; ThS Đào Văn Dinh Bộ môn kết cấu - Trường Đại học GTVT; R L T [28] http://nuce.tailieu.vn/doc/ebook-ly-thuyet-an-mon-va-chong-an-mon-betongbetong-cot-thep-trong-xay-dung-phan-2-396784.html DU Nguyễn Mạnh Phát, lý thuyết ăn mòn chống ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép xây dựng, nhà xuất xây dựng; [29] Nguyễn Thị Hồng Nhung , tạp chí khoa học trường ĐH mở bán cơng TP HCM - số (39) năm 2014; [30] TCVN 3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén; [31] TCVN 3105:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử; [32] TCVN 3106:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt; [33] https://vatlieuxaydung.org.vn/vlxd-ket-cau/be-tong/nguyen-nhan-hu-hai-vaphuong-phap-tang-do-ben-cua-be-tong-trong-moi-truong-xam-thuc-3868.htm [34] Tạp chí cầu đường tháng năm 2014 [http://hkhktcd.vn/tap-chi-cau-duong/khoahoc-cong-nghe/du-bao-thoi-gian-lan-truyen-an-mon-cot-thep-trong-ket-cau-betong-cot-thep-do-phoi-nhiem-clorua-923.aspx]; [35] TCVN 10302:2014 - Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng; [36] TCVN 11586:2016 - Xỉ hạt lò cao nghiền mịn dung cho bê tông vữa; [37] TCVN 4506: 2012 - Nước cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật; [38] TCVN 7570:2006 - Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu dùng cho bê tông vữa; [39] TCVN 6260:2009 - Xi măng poóc lăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật; 55 [40] TCVN 7572-15:2006 - Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử - Phần 15: Xác định hàm lượng clorua; [41] Nguyễn Văn Chính, Đặng Văn Mến, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng - Tạp chí KH&CN Đại học Đà Nẵng, Vol 17, No 1.1, 2019; [42] Nguyễn Văn Chính, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng - Đề tài khoa học công nghệ cấp Đại học Đà Nẵng, mã số B2017-ĐN02-21 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... tài ? ?Nghiên cứu thực nghiệm khả chống xâm thực Chloride bê tơng có sử dụng tro bay xỉ lò cao? ?? Mục tiêu đề tài Đánh giá ảnh hưởng tro bay xỉ lò cao đến khả chống xâm thực chloride bê tông (tổng... thí nghiệm Đánh giá ảnh hưởng tro bay xỉ lò cao đến khả chống xâm thực ion clo bê tông Kết dự kiến Xác định khả sử dụng tro bay xỉ lị cao bê tơng để cải thiện khả kháng xâm thực ion clo bê tông. .. THAM KHẢO 53 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) C C DU R L T TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO