Nghiên cứu tính năng bê tông cát sử dụng tro bay, xỉ lò cao cho kết cấu công trình trong môi trường biển miền trung TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Tóm TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI NGUYỄN TẤN KHOA NGHIÊN CỨU TÍNH NĂNG BÊ TƠNG CÁT SỬ DỤNG TRO BAY, XỈ LỊ CAO CHO KẾT CẤU CƠNG TRÌNH TRONG MƠI TRƯỜNG BIỂN MIỀN TRUNG Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình đặc biệt Mã số: 95.80.206 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thanh Sang PGS.TS Nguyễn Viết Thanh HÀ NỘI - 2021 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hệ thống cơng trình bảo vệ bờ biển, cơng trình giao thơng ven biển, cơng trình cảng biển xây dựng cho thấy đóng góp vơ quan trọng cơng trình biển phát triển kinh tế khu vực nước Khu vực ven biển Việt Nam nói chung, khu vực Miền Trung nói riêng có phát triển nhanh sở hạ tầng ven biển, điều đỏi hỏi nhu cầu lớn nguồn cung ứng bê tông cho xây dựng Điều thách thức lớn cho khu vực Miền Trung đối diện với vấn đề thiếu hụt trầm trọng nguồn cát sông cho lĩnh vực bê tông Bê tông cát (BTC) loại bê tông hạt nhỏ, thành phần bao gồm: hỗn hợp cát thô, cát mịn, chất độn mịn, xi măng, nước nhiều loại phụ gia [122, 123] Ứng dụng BTC công trình biển cần thiết bối cảnh Tuy nhiên, mơi trường biển vùng có tính xâm thực mạnh, BTC đồng thời phải thỏa mãn điều kiện cường độ lẫn độ bền, độ bền yếu tố quan trọng, đặc biệt độ bền clorua độ bền sunfat Giải pháp thường sử dụng để nâng cao tính chất độ bền bê tơng dùng cho cơng trình biển sử dụng loại phụ gia khoáng tro bay (TB), xỉ lò cao nghiền mịn (XN) thay phần xi măng (X) Bê tông cát sử dụng nguồn vật liệu mịn đồi địa phương kết hợp với phụ phẩm công nghiệp TB, XN có khả đáp ứng yêu cầu kỹ thuật bê tơng cho cơng trình biển, giảm việc khai thác cát sông, cải thiện ô nhiễm mơi trường đa dạng hóa nguồn cung ứng bê tông khác cho lĩnh vực xây dựng Do vậy, sở tiếp cận, phân tích, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu tính bê tơng cát cho kết cấu cơng trình mơi trường biển miền Trung” cấp thiết, có tính khoa học, tính kinh tế thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Phân tích tổng quan nghiên cứu ứng dụng bê tông cát giới Việt Nam Thông qua việc xây dựng mối quan hệ hệ số hiệu (HSHQ) tro bay, xỉ lò cao hỗn hợp tro bay - xỉ lò cao với thành phần vật liệu đầu vào bê tơng cát xác định mức độ đóng góp loại phụ gia khống đến tính chất cường độ chịu nén bê tông Thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi, thiết lập mối quan hệ tính chất cường độ độ bền thấm ion clo với yếu tố thiết kế đầu vào từ đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tơng cát có quan tâm đến độ bền Xác định số tính chất hỗn hợp, tính học độ bền bê tông cát sử dụng kết hợp xỉ lò cao tro bay đáp ứng u cầu kết cấu cơng trình môi trường biển Đánh giá hiệu kinh tế, kỹ thuật, môi trường việc sử dụng loại bê tông cát ứng dụng cho kết cấu thùng chìm khối Tetrapod cơng trình đê chắn sóng cảng Vũng Áng Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Các loại bê tông cát sử dụng tổ hợp chất kết dính xi măng - tro bay - xỉ lò cao nghiền mịn, sử dụng cát nghiền cát mịn địa phương khu vực tỉnh Miền Trung phục vụ cho việc xây dựng cơng trình mơi trường biển 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu mặt vật liệu: Sử dụng vật liệu tro bay nhiệt điện Vũng Áng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 (loại F), xỉ lò cao Hòa Phát nghiền mịn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN 11586:2016 xi măng Poóc lăng PC40 Bút Sơn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN 2682:2009 Cốt liệu liệu địa phương gồm cát nghiền cát mịn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7572:2006 - Phạm vi nghiên cứu mặt đặc tính vật liệu: Bê tông cát sử dụng tro bay xỉ lị cao có cường độ trung bình từ 25 MPa đến 75 MPa; độ thấm ion clo từ 200 Culong đến 5300 Culong; Tỷ lệ N/CKD từ 0,21 đến 0,6 - Phạm vi nghiên cứu địa lý: Địa bàn Hà Tĩnh với điều kiện vật liệu điều kiện khí hậu đặc trưng cho khu vực Miền Trung lựa chọn để tiến hành nghiên cứu ứng dụng sản phẩm bê tông cát Ý nghĩa khoa học thực tiễn 4.1 Ý nghĩa khoa học (1) Luận án phân tích làm rõ mức độ đóng góp cường độ tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn, hỗn hợp tro bay- xỉ lị cao thay xi măng bê tơng cát (2) Phân tích làm rõ tính chất cường độ độ thấm ion clo bê tông cát sử dụng kết hợp tro bay xỉ lò cao từ đưa phương pháp thiết kế thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền lâu qua hệ số thấm ion clo (3) Làm rõ tính chất chủ yếu bê tơng cát cấp B45 sử dụng kết hợp tro bay xỉ lò cao, có độ thấm ion clo < 1000 Culong dùng làm vật liệu cho kết cấu bê tông, bê tông cốt thép môi trường biển Miền Trung; ứng dụng thử nghiệm thành công loại bê tông cho kết cấu Tetrapod Cảng Vũng Áng 4.2 Ý nghĩa thực tiễn (1) Đề xuất thành phần cấp phối bê tơng cát sử dụng tro bay, xỉ lị cao phương pháp thiết kế thành phần bê tông cát có xét đến độ bền thấm ion clo cho kết cấu bê tông cốt thép môi trường biển Miền Trung (2) Bổ sung số liệu thực nghiệm giúp khẳng định hiệu việc sử dụng tro bay, xỉ lị cao cải thiện tính chất độ bền thấm ion Clo, độ bền sunfat, sức kháng mài mòn nước BTC (3) Luận án dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cát (qua thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép xâm nhập clorua) điều kiện thủy triều; đề xuất chiều dày lớp bê tông bảo vệ ứng với loại bê tông cát nghiên cứu (4) Việc sử dụng loại vật liệu phụ phẩm công nghiệp tro bay xỉ lò cao thay phần xi măng, sử dụng cát nghiền thay cát sông, tận dụng nguồn vật liệu cát mịn địa phương chế tạo bê tông cát góp phần giảm nhiễm mơi trường, giảm tình trạng khai thác cát sơng, đa dạng hóa nguồn cung ứng bê tông phù hợp với định hướng phát triển bền vững quốc gia giới Bố cục luận án Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số hiệu phụ gia khoáng thiết kế thành phần bê tông cát Chương 3: Nghiên cứu tính học độ bền bê tông cát sử dụng tro bay, xỉ lò cao phương pháp thiết kế thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền Chương 4: Đánh giá hiệu kinh tế, kỹ thuật, môi trường việc sử dụng loại bê tông cát cơng trình mơi trường biển Miền Trung Kết luận – Kiến nghị Tài liệu tham khảo danh mục công bố tác giả CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan môi trường biển cơng trình bê tơng bê tông cốt thép môi trường biển 1.1.1 Định nghĩa môi trường biển 1.1.2 Đặc trưng môi trường biển Miền Trung Việt Nam 1.1.3 Một số dạng cơng trình bê tông bê tông cốt thép môi trường biển 1.1.4 Sự phá hoại kết cấu bê tông bê tông cốt thép môi trường biển 1.1.5 Yêu cầu bê tông cho kết cấu công trình mơi trường biển giải pháp tăng cường độ bền bê tông  Yêu cầu bê tơng cho kết cấu cơng trình mơi trường biển  Các giải pháp bảo vệ tăng cường độ bền bê tông môi trường biển  Phân tích lựa chọn giải pháp phù hợp để tăng cường độ bền bê tông môi trương biển 1.2 Tổng quan bê tông cát ứng dụng bê tông cát 1.2.1 Giới thiệu chung bê tông cát - Định nghĩa bê tông cát - Phân loại bê tông cát - Nguyên tắc cấu tạo bê tông cát - Vật liệu chế tạo bê tông cát 1.2.2 Các tính chất bê tơng cát - Tính cơng tác - Tính chất học - Tính chất biến dạng - Tính chất độ bền 1.2.3 Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông cát - Thiết kế thành phần bê tông cát Pháp theo phương pháp lý thuyết - Thiết kế thành phần bê tông cát Nga 1.2.4 Các ứng dụng bê tông cát - Ứng dụng bê tông cát giới - Ứng dụng bê tông cát nước 1.3 Hệ số hiệu phụ gia khoáng sử dụng hệ số hiệu phụ gia khống thiết kế thành phần bê tơng cát - Khái niệm hệ số hiệu phụ gia khoáng - Các nghiên cứu tổng quan hệ số hiệu tro bay - Các nghiên cứu tổng quan hệ số hiệu xỉ lò cao - Hệ số hiệu loại phụ gia khống hoạt tính thiết kế thành phần bê tơng cát theo cường độ 1.4 Kết luận chương định hướng nghiên cứu luận án 1.4.1 Kết luận - Bê tông cát nghiên cứu ứng dụng số vùng quốc gia giới, đặc biệt vùng khan nguồn cốt liệu thô dồi nguồn cát mịn Do nghiên cứu ứng dụng bê tông cát tập trung chủ yếu cho cơng trình giao thông, kết cấu đúc sẵn phục vụ cho công trình dân dụng hạ tầng điều kiện môi trường thông thường nên không yêu cầu cao tính chất độ bền, chủ yếu nghiên cứu đặc tính học bê tơng cát - Bê tơng cát phát triển gần điều kiện Việt Nam với hướng nghiên cứu tính chất bê tông tập trung cho việc sử dụng loại bê tông cơng trình giao thơng - Tính chất độ bền bê tông cát độ thấm ion clo, độ bền sunfat bắt đầu quan tâm cải thiện thời gian gần với số nghiên cứu giới Việt Nam với giải pháp sử dụng tro bay, silica fume, tro trấu Tuy nhiên, nghiên cứu mang tính đơn lẽ, có kết sơ khởi ban đầu mà chưa nghiên cứu thành hệ thống - Các nghiên cứu bê tông cát ứng dụng cho công trình biển với yêu cầu phức tạp độ bền thấm ion clo sunfat chưa có Việt Nam giới - Việc sử dụng kết hợp tro bay xỉ lò cao nghiên cứu sử dụng cho bê tông thường cho thấy hiệu việc cải thiện số tính chất độ bền bê tơng nhiên ứng dụng tổ hợp chất kết dính vào bê tông cát điều kiện Việt Nam chưa có nghiên cứu đề cập - Đối với bê tông thường hay bê tông cát sử dụng loại phụ gia khống xỉ lị cao tro bay, hệ số hiệu đại lượng quan trọng cho việc dự đoán cường độ chịu nén bê tông thiết kế thành phần cấp phối Trong bê tông cát, hệ số hiệu tro bay nghiên cứu sử dụng thiết kế thành phần hệ số thấp khơng cịn phù hợp với điều kiện thực tế chất lượng tro bay nâng cao nhờ cơng nghệ đốt lị thu đại Hệ số hiệu xỉ lò cao xỉ lò cao kết hợp tro bay bê tông cát chưa nghiên cứu 1.4.2 Định hướng nghiên cứu luận án Trên sở phân tích trên, định hướng nghiên cứu luận án sau: - Phát triển loại bê tông cát sử dụng nguồn cát mịn dồi địa phương phụ phẩm công nghiệp dùng cho kết cấu cơng trình mơi trường biển Miền Trung - Sử dụng đồng thời tro bay xỉ lò cao thay phần xi măng với tỷ lệ hợp lý để cải thiện tính độ bền thõa mãn yêu cầu bê tơng cho cơng trình biển Trong đó, tính chất độ bền quan trọng bê tông làm việc môi trường biển độ thấm ion clo, độ bền sunfat, độ mài mòn nước loại bê tông cát nghiên cứu kỹ để xem xét tổng thể hiệu cải thiện độ bền bê tông cát sử dụng thêm tro bay xỉ lị cao - Độ bền clorua tính chất quan trọng ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tông cốt thép nên quan tâm việc thiết kế thành phần loại bê tông cát bên cạnh yếu tố cường độ chịu nén - Tiến hành đánh giá tổng thể khả cải thiện tuổi thọ sử dụng, hiệu kinh tế, kỹ thuật, môi trường để đề xuất cấp phối bê tông cát phù hợp theo yêu cầu sử dụng bê tơng cho cơng trình biển - Thi cơng thử nghiệm dạng kết cấu biển sử dụng loại bê tông cát để đánh giá khả thi công ứng dụng thực tế loại bê tông 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp thiết kế thực nghiệm - Phương pháp phân tích hệ thống CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ HIỆU QUẢ CỦA TRO BAY VÀ XỈ LỊ CAO TRONG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TƠNG CÁT 2.1 Phương pháp xác định hệ số hiệu tro bay xỉ lò cao thiết kế thành phần bê tông cát 2.2 Thiết lập quan hệ hệ số hiệu phụ gia khoáng với tỷ lệ N/CKD, PGK/CKD thông qua công thức Feret cải tiến áp dụng cho bê tông cát  Hệ số hiệu tro bay Phương trình xác định hệ số hiệu xỉ lò cao sau: KTB  (1  a)( Rs 1) 1 f  a  Rs (2.8)  Hệ số hiệu xỉ lị cao Phương trình xác định hệ số hiệu xỉ lò cao sau: K XN  (1   a)( Rs  1) 1 s   a  Rs (2 11)  Hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lị cao Phương trình xác định hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lò cao sau: K hh  (1   a )( R s  1) 1 h   a  Rs (2 14) 2.3 Giới thiệu vật liệu chế tạo bê tông cát 2.3.1 Xi măng Nghiên cứu sử dụng xi măng PC40 Bút Sơn 2.3.2 Tro bay Nghiên cứu sử dụng tro bay Vũng Áng 2.3.3 Xỉ lò cao nghiền mịn Xỉ lò cao nghiền mịn Hòa Phát 2.3.4 Cát nghiền Cát nghiền sử dụng từ mỏ Kỳ Tân, Quân Khu 4, Hà Tĩnh 2.3.5 Cát mịn Cát mịn sử dụng từ mỏ Kỳ Phương, Kỳ Anh, Hà Tĩnh 2.3.6 Hỗn hợp cốt liệu Hỗn hợp cốt liệu với tỷ lệ 60% cát nghiền 40% cát mịn lựa chọn làm cốt liệu cho bê tông cát 2.3.7 Nước 2.3.8 Phụ gia siêu dẻo Nghiên cứu phụ gia Basf MasterGlenium SKY 8713 2.4 Cơng tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm 2.5 Hệ số hiệu tro bay thiết kế thành phần bê tơng cát - Kế hoạch thí nghiệm xác định hệ số hiệu tro bay - Kết thí nghiệm xác định hệ số hiệu tro bay - Xác định hệ số hiệu tro bay thiết kế thành phần BTC Phương trình hồi quy trình bày Cơng thức (2.15) K T B  1, 0 7  1,  TB  TB   0, 649    CKD  CKD  (2 1) 2.6 Hệ số hiệu xỉ lò cao thiết kế thành phần bê tông cát - Kế hoạch thí nghiệm xác định hệ số hiệu xỉ lị cao - Kết thí nghiệm xác định hệ số hiệu xỉ lò cao - Xác định hệ số hiệu xỉ lò cao thiết kế thành phần BTC Phương trình hồi quy trình bày Cơng thức (2.16) K XN N XN  XN  (2 2)  0, 7619  0, 493   1, 4553  2, 207    CKD CKD  CKD  2.7 Hệ số hiệu hỗn hợp tro bay xỉ lị cao thiết kế thành phần bê tơng cát - Kế hoạch thí nghiệm xác định HSHQ hỗn hợp TB XN - Kết thí nghiệm xác định HSHQ hỗn hợp TB XN - Xác định HSHQ hỗn hợp TB XN thiết kế thành phần BTC Phương trình hồi quy trình bày Cơng thức (2.17) K hh  0,8251  0,3733  N TB XN  XN   0,9436   1, 449   2, 279    CKD CKD CKD  CKD  (2 37)  TB  XN  0,953      CKD  CKD  2.8 Kết luận chương (1) Trên sở cơng thức dự đốn cường độ chịu nén cải tiến Feret bê tơng cát, phương pháp tốn học, luận án rút cách xác định hệ số hiệu tro bay, xỉ lò cao hỗn hợp tro bay - xỉ lò cao theo tỷ lệ N/CKD, TB/CKD, XN/CKD (2) Từ kết phân tích hệ số hiệu tro bay bê tông cát, xem xét ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD tỷ lệ TB/CKD, luận án rút kết luận sau: + Khi tăng tỷ lệ thay tro bay hệ số hiệu tro bay có xu hướng giảm + Hệ số hiệu tro bay phụ thuộc vào tỷ lệ thay tro bay Mối quan hệ phụ thuộc xác định công thức 2.15 + Với tỷ lệ thay tro bay từ 10% đến 70% KTB thay đổi từ 0,87 đến 0,35 (3) Từ kết phân tích hệ số hiệu xỉ lị cao bê tơng cát, xem xét ảnh hưởng tỷ lệ N/CKD, tỷ lệ XN/CKD, luận án rút kết luận sau: + Khi tăng tỷ lệ thay xỉ lị cao KXN có xu hướng tăng, đạt cao với tỷ lệ 30-40% sau giảm dần với tỷ lệ thay cao + Hệ số hiệu xỉ lò cao phụ thuộc vào tỷ lệ XN/CKD tỷ lệ N/CKD Mối quan hệ phụ thuộc xác định Công thức (2.16) 11 hỗn hợp bê tông cát theo quy hoạch thực nghiệm Taguchi trình bày Bảng 3.4 Kết cường độ chịu nén chi tiết trình bày Phụ lục 3.1 Bảng Cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, độ thấm ion clo trung bình 28 ngày tuổi độ sụt hỗn hợp bê tông cát theo quy hoạch thực nghiệm Taguchi STT Lượng Xi nước măng ( lít) (kg) Tro bay (kg) Xỉ lò Rn28 Rec28 Q Độ sụt cao (MPa) (MPa) (Culong) (cm) (kg) T01 180 300 0,0 0,0 26,9 2,04 5318 T02 180 297,5 75 52,5 31,9 2,55 1875 T03 180 280 150 120 50,8 3,90 472 15 T04 180 247,5 200 202,5 60,7 4,05 357 19 T05 180 T06 200 250 300 65,8 3,46 202 24 170 255,0 150 45 36,4 3,14 1216 T07 170 245,0 200 105 52,8 3,97 356 14 T08 170 220 250 180 59,4 3,24 279 19 T09 170 180 0,0 270 42,8 3,70 901 T10 170 500 75,0 0,0 53,6 4,06 1653 T11 160 210 250 90 45,9 3,10 803 11 T12 160 192,5 0,0 157,5 37,8 3,33 1471 T13 160 160 75 3,98 524 T14 160 450 150 0,0 63,4 4,58 1002 T15 160 425 200 75 71,7 4,70 238 10 T16 150 165 75 135 45,6 4,26 300 T17 150 140 150 210 42,5 3,63 767 10 T18 150 400 200 0,0 56,0 3,45 1559 T19 150 382,5 250 67,5 73,6 4,25 390 16 T20 150 350 0,0 150 63,9 4,39 496 T21 140 120 200 180 48,4 3,15 394 240,0 42,3 12 Lượng Xi nước măng ( lít) (kg) STT Tro bay (kg) Xỉ lò Rn28 Rec28 Q Độ sụt cao (kg) (MPa) (MPa) (Culong) (cm) T22 140 350 250 0,0 62,1 3,80 801 10 T23 140 340 0,0 60 48,9 3,75 1020 T24 140 315 75 135 63,5 4,40 542 T25 140 275 150 225 75,5 5,03 283 11 3.2.3 Cường độ chịu nén loại BTC QHTN Taguchi - Ảnh hưởng yếu tố đầu vào đến cường độ chịu nén BTC Cường độ chịu nén trung bình (MPa) N XN+X XN/(XN+X) TB 65 60 55 50 45 40 140 150 160 170 Lượng nước (lít/m ) 180 300 350 400 450 500 0,00 0,15 0,30 0,45 0,60 XN+X (kg/m ) 75 150 200 250 XN/(XN+X) Tro bay (kg/m ) Hình Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến cường độ chịu nén 28 ngày bê tông cát - Xây dựng quan hệ cường độ chịu nén 28 ngày bê tơng cát yếu tố đầu vào Mơ hình hồi quy cường độ chịu nén với yếu tố đầu vào thể Công thức (3.3)  N N Rn  157,  431,   352,    CKD CKDhq hq     (3 3) - Phân tích tương quan số liệu cường độ chịu nén thí nghiệm cường độ chịu nén dự đốn bê tơng cát 13 3.2.4 Cường độ ép chẻ loại BTC QHTN Taguchi - Ảnh hưởng yếu tố đầu vào với cường độ ép chẻ BTC N XN+X XN/(XN+X) TB Cường độ ép chẻ trung bình (MPa) 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 140 150 160 170 180 Lượng nước (lít/m3) 300 350 400 450 500 0,00 0,15 0,30 0,45 0,60 XN+X (kg/m3) XN/(XN+X) 75 150 200 250 Tro bay (kg/m3) Hình Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến cường độ ép chẻ 28 ngày bê tông cát - Xây dựng quan hệ cường độ ép chẻ trung bình 28 ngày bê tơng cát yếu tố đầu vào Phương trình hồi quy cường độ ép chẻ thể Công thức (3.4) Rec  6, 443  7,6  N  0,00408  TB  0,000024  TB  CKDhq (3 4) 3.2.5 Độ thấm ion clo bê tông cát theo QHTN Taguchi - Ảnh hưởng đầu vào đến kết thấm ion clo BTC 14 Hình Mức độ ảnh hưởng yếu tố đến độ thấm ion clo 28 ngày bê tông cát - Xây dựng quan hệ độ thấm ion clo yếu tố đầu vào BTC Phương trình hồi quy kết thấm ion clo với yếu tố đầu vào thể Công thức (3.5) 2  N   XLC  (3.5) N XLC Q  4126  21357   38828   7554     5620    CKD  CKDhq CKDhq hq   CKDhq   - Quan hệ N/CKDhq với cường độ chịu nén kết thấm ion clo bê tơng cát N/CKDHQ Hình Quan hệ độ thấm ion clo với tỷ lệ N/CKDhq tỷ lệ XN/CKDhq bê tông cát 3.2.6 Mối quan hệ độ sụt hỗn hợp bê tông cát với thông số thiết kế đầu vào - Ảnh hưởng thơng số đầu vào với tính cơng tác bê tơng cát - Quan hệ tính cơng tác thông số đầu vào bê tông cát 3.3 Phương pháp thiết kết thành phần bê tông cát có xét đến độ bền Bước 1: Xác định cường độ yêu cầu độ sụt thi công bê tông Bước 2: Xác định yêu cầu độ thấm ion clo bê tông cát Bước 3: Chọn tỷ lệ N/CKDhq Bước 4: Xác định lượng nước, hàm lượng khí lượng CKDhq 15 Bước 5: Xác định lượng tro bay bê tông cát Bước 6: Lựa chọn lượng xỉ lị cao bê tơng cát Bước 7: Xác định lượng xi măng bê tông cát Bước 8: Xác định lượng cát sử dụng Bước 9: Chọn tỷ lệ phụ gia siêu dẻo Bước 10: Điều chỉnh lại thành phần bê tông phù hợp với thực tế  Phạm vi ứng dụng phương pháp thiết kế thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền thấm clorua nghiên cứu: - Cường độ chịu nén dự đoán khoảng 25 MPa đến 75 MPa - Độ thấm ion Clo khoảng 200 Coloumb đến 5300 Coloumb 3.4 Tính học độ bền bê tơng cát sử dụng tro bay, xỉ lị cao cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép môi trường biển 3.4.1 Yêu cầu thiết kế 3.4.2 Thiết kế thành phần bê tơng cát kế hoạch thí nghiệm Bảng 26 Thành phần hỗn hợp bê tông cát Cát Cát N X XN TB N/ nghiền mịn 3 (lít) (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) CKD (kg/m3) (kg/m3) BTTĐC 172 550 0,313 1035* 690** BTCĐC 165 400 150 0,3 977 651 BTCX10 165 345 55 150 0,3 982 655 BTCX20 165 290 110 150 0,3 977 653 BTCX30 165 235 165 150 0,3 977 651 BTCX40 165 180 220 150 0,3 974 650 * Đối với BTTĐC đá 5x20 cm – 1035 (kg/m ) ** Đối với BTTĐC cát sơng – 690 (kg/m3) Loại bê tơng 3.4.3 Tính chất học bê tông cát - Cường độ chịu nén bê tông cát - Cường độ ép chẻ bê tơng cát 3.4.4 Tính chất độ bền bê tông cát - Độ bền thấm clorua bê tơng cát - Độ bền mài mịn nước bê tông cát - Độ bền chống thấm nước bê tông cát - Độ bền giãn nở bê tơng cát Phụ Dự đốn Dự đốn gia Rn28 Clo (l/m3) (MPa) (Culong) 6,29 4,8 53,6 1303 4,6 54 772 4,5 54,1 427 4,4 53 282 4,4 49,7 423 16 3.4.5 Kiểm chứng phương pháp lựa chọn thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền Các thơng số loại BTC thiết kế kết thực nghiệm trình bày Bảng 3.34 Bảng 34 Tổng hợp kết dự đoán thực nghiệm cường độ độ bền clo hỗn hợp bê tông cát nghiên cứu Thông số BTCĐC BTCX10 BTCX20 BTCX30 BTCX40 Xi măng (kg/m ) Xỉ lò cao (kg/m3) Tro bay (kg/m3) N/CKD Khh CKDhq N/CKDhq 400 150 0,3 0,67 501 0,329 345 55 150 0,3 0,78 504 0,328 290 110 150 0,3 0,83 505 0,327 235 165 150 0,3 0,83 496 0,333 180 220 150 0,3 0,79 472 0,350 Rn28 dự đoán (MPa) Rn28 thực nghiệm (MPa) Clo Dự đoán (Culong) Clo thực nghiệm (Culong) 53,8 54 54,1 53,1 50,2 54,6 55,5 56 52,1 42,0 1303 814 508 406 601 1510 902 410 305 555 3.5 Kết luận chương (1) Từ kết thực nghiệm phân tích số liệu Quy hoạch thực nghiệm Taguchi bê tơng cát rút kết luận sau: - Hai yếu tố đầu vào “N” “X+XN” quy hoạch thực nghiệm ảnh hưởng đến tỷ lệ N/CKD từ ảnh hưởng đến cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ độ thấm ion clo 28 ngày loại bê tông cát - Khi yếu tố “XN/(X+XN)” tăng từ mức đến mức (từ 0% đến 60%), cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ loại bê tông cát 28 ngày cho kết tối ưu với “XN/(X+XN)” mức (45%XN) Độ thấm ion clo cho thấy kết giảm xuống thấp với “XN/(X+XN)” mức 17 (45%XN) - Yếu tố “TB” tăng từ mức đến mức (từ đến 250 kg/m3), cường độ chịu nén 28 ngày BTC có xu hướng tăng độ thấm ion clo 28 ngày có xu hướng giảm - Cường độ ép chẻ 28 ngày tối ưu với yếu tố “TB” mức (150 kg/m3) Lượng tro bay bê tông cát sử dụng nhiều (>150 kg/m3) trở nên dư thừa, với dạng tròn nên dễ trượt lên làm giảm cường độ ép chẻ (2) Từ kết phân tích mối quan hệ cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ độ thấm ion clo bê tông cát 28 ngày với thành phần vật liệu đầu vào thông qua quy hoạch thực nghiệm Taguchi, rút kết luận sau: - Cường độ chịu nén bê tông cát 28 ngày tỷ lệ bậc hai N/CKDhq, mối quan hệ thể Công thức (3.3) - Cường độ ép chẻ bê tông cát 28 ngày tỷ lệ bậc N/CKDhq tỷ lệ bậc lượng TB sử dụng, mối quan hệ thể Công thức (3.4) - Độ thấm ion clo bê tông cát 28 ngày tỷ lệ bậc N/CKDhq XN/CKDhq, mối quan hệ thể Công thức (3.5) - Độ sụt hỗn hợp bê tông cát tỷ lệ bậc lượng nước lượng TB sử dụng, mối quan hệ thể Công thức (3.6) (3) Từ mối quan hệ N/CKDhq với cường độ chịu nén độ thấm ion clo bê tơng cát 28 ngày rút kết luận sau: - Để thỏa mãn yêu cầu bê tơng làm việc vùng khơng khí biển (Rn28 > B35, Q28 < 1000 Culong), BTC cần sử dụng tỷ lệ N/CKDhq ≤ 0,42 tỷ lệ XN/CKDhq từ 0,3 đến 0,45 - Để thỏa mãn yêu cầu bê tông làm việc vùng thủy triều vùng ngập nước (Rn28 > B45, Q28 < 1000 Culong), BTC cần sử dụng tỷ lệ N/CKDhq ≤ 0,34 tỷ lệ XN/CKDhq từ 0,1 đến 0,5 (4) Trên sở vận dụng phương pháp thiết kế thành phần bê tông cát Pháp, nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế thành phần bê tơng cát có xét đến độ bền bê tông cát sử dụng tro bay xỉ lị cao gồm 10 bước trình bày mục 3.3 Cường độ chịu nén độ thấm ion clo 28 ngày 18 loại bê tơng cát thiết kế theo quy trình đề xuất cho thấy phù hợp kết thí nghiệm với kết dự đoán (5) Kết thử nghiệm tính loại bê tơng cát với tỷ lệ N/CKD = 0,3, lượng tro bay sử dụng 150 kg/m3, lượng xỉ lò cao thay tổng chất kết dính từ 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, kết luận số vấn đề sau: Các loại BTC nghiên cứu có Rn28 đạt từ 42 MPa – 56 MPa, Rn56 đạt từ 49,1 MPa – 60,9 MPa, Rec28 đạt từ 4,12 MPa – 4,95 MPa, độ mài mòn nước 28 ngày đạt từ 2,89 g/cm2 đến 4,32 g/cm2 Cường độ độ mài mòn nước 28 ngày BTC đạt tối ưu với tỷ lệ thay 20% xỉ lò cao (BTCX20) - Độ thấm ion clo 28 ngày loại BTC nghiên cứu đạt từ 305 đến 1510 Culong Các loại bê tơng cát có sử dụng xỉ lò cao cho kết thấm ion clo