Bê tông cường độ cao (HSC) là một loại vật liệu mới. Ngoài các thành phần vật liệu như bê tông truyền thống, còn có vật liệu khoáng siêu mịn và phụ gia siêu dẻo. Chúng có tác dụng làm giảm độ rỗng hỗn hợp và giúp quá trình thủy hóa của xi măng diễn ra tốt hơn, tính công tác của bê tông cao hơn. Nhờ đó có thể tạo ra loại bê tông có cường độ chịu nén (R28) lên đến 60 MPa 100 MPa, trong khi công nghệ sản xuất bê tông trong nước hiện chỉ đạt đến khoảng 50 MPa (phổ biến là loại 40 MPa hoặc thấp hơn). HSC giúp tăng độ bền khai thác của công trình lên đến 100 năm. Trong bài báo này, các tác giả trình bày kết quả nghiên cứu và chế tạo HSC M60 trên cơ sở sử dụng vật liệu địa phương tại Thừa Thiên Huế kết hợp phụ gia khoáng Silicafume và phụ gia siêu dẻo Viscorete 300020, từ đó đưa ra cấp phối tối ưu cho HSC có R28 = 60 MPa, làm cơ sở để ứng dụng vào thực tế các công trình xây dựng.
1 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO M60 SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Lê Thanh Phong, Nguyễn Văn Ngôn Trường Trung học Giao thông vận tải Huế Tóm tắt Bê tơng cường độ cao (HSC) loại vật liệu Ngoài thành phần vật liệu bê tơng truyền thống, cịn có vật liệu khống siêu mịn phụ gia siêu dẻo Chúng có tác dụng làm giảm độ rỗng hỗn hợp giúp q trình thủy hóa xi măng diễn tốt hơn, tính cơng tác bê tơng cao Nhờ tạo loại bê tơng có cường độ chịu nén (R28) lên đến 60 MPa- 100 MPa,trong công nghệ sản xuất bê tông nước đạt đến khoảng 50 MPa (phổ biến loại 40 MPa thấp hơn) HSC giúp tăng độ bền khai thác cơng trình lên đến 100 năm Trong báo này, tác giả trình bày kết nghiên cứu chế tạo HSC M60 sở sử dụng vật liệu địa phương Thừa Thiên Huế kết hợp phụ gia khoáng Silica-fume phụ gia siêu dẻo Viscorete 3000-20, từ đưa cấp phối tối ưu cho HSC có R 28 = 60 MPa, làm sở để ứng dụng vào thực tế công trình xây dựng Tồn thí nghiệm thực Phịng Thí nghiệm kiểm định Vật liệu xây dựng (LAS-XD 1216) Trường Trung học Giao thông vận tải Huế Đặt vấn đề Bê tông cường độ cao (HSC - High Strength Concrete) loại vật liệu mới, thành phần vật liệu bê tơng truyền thống cịn có thêm số loại vật liệu khoáng siêu mịn phụ gia siêu dẻo có tác dụng giảm độ rỗng bê tơng giúp q trình thủy hóa xi măng diễn tốt hơn, tính cơng tác bê tơng cao hơn, kết tạo loại bê tơng có cường độ chịu nén đến 60 MPa - 100 MPa Đặc biệt giúp tăng độ bền khai thác cơng trình lên đến 100 năm [2] Cường độ bê tơng phụ thuộc chủ yếu vào cường độ xi măng Theo quy định, thiết kế cấp phối bê tông phải chọn loại xi măng có cường độ cao cường độ bê tông, công nghệ nước chủ yếu chế tạo xi măng mác 400 Việc chế tạo bê tông cường độ cao dựa sở giảm lượng nước để giảm độ rỗng kết cấu sau đông cứng Tuy nhiên điều ảnh hưởng đến tính cơng tác bê tơng Do việc sử dụng loại phụ gia siêu dẻo cải thiện cường độ bê tông lên đến 50 MPa Việc nâng cao cường độ bê tơng có ý nghĩa việc giải vấn đề kết cấu cho cơng trình xây dựng đại, đáp ứng yêu cầu vượt độ lớn, kết cấu mảnh, có độ bền cao chi phí vịng đời thấp hơn.Các nghiên cứu bê tông cường độ cao khẳng định việc sử dụng cho phép tạo sản phẩm có tính kinh tế hơn, giải nhiều vấn đề kỹ thuật đảm bảo hai yếu tố trên[6] Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng kết cấu nhịp hợp lý, cơng trình xây dựng sử dụng bê tơng cường độ cao tiết kiệm 30% khối lượng bê tông, giảm 30% trọng lượng giảm 10 - 15% tổng giá trị cơng trình Mặc dù có số đề tài nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao bê tông chất lượng cao thực nước ta khái niệm bê tơng cường độ cao cịn mẻ với nhiều đơn vị tư vấn thi công, đặc biệt đơn vị địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế Do tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao (60 MPa) với nguồn vật liệu địa phương (các huyện Hương Trà, Phong Điền tỉnh Thừa Thiên Huế) Với mục tiêu là: Xác định cấp phối xác bêtơng cường độ cao có Rn=60MPa sử dụng vật liệu địa phương có thành phần phụ gia siêu dẻo Viscocrete 3000-20, muội silic Silica-fume, làm sở để ứng dụng thực tế cho cơng trình xây dựng Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu thí nghiệm 2.1.1 Xi măng Do yêu cầu cường độ bê tơng cao đề xuất sử dụng xi măng Kim Đỉnh PCB40 sản xuất Nhà máy Xi măng Kim Đỉnh, Thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế 2.1.2 Cốt liệu lớn (đá dăm) Đá dăm lựa chọn loại đá có cấp phối (0,5x1) cm mỏ đá Trường Sơn công ty Cổ phần Trường Sơn Thừa Thiên Huế sản xuất để thí nghiệm thiết kế thành phần cấp phối bê tông 2.1.3 Cốt liệu nhỏ (cát) Cát lựa chọn loại cát An Lỗ, loại cát vàng khai thác khu vực lân cận Cầu An Lỗ, Phong Điền, Thừa Thiên Huế, khu vực cát khai thác với trữ lượng lớn sử dụng nhiều cho cơng trình xây dựng địa bàn tỉnh, mơđun độ lớn khoảng 2,4 đến 3,3 2.1.4 Phụ gia khoáng Sử dụng phụ gia khoáng loại muội silic Silica-fume liều dùng 8÷12% hãng ELKEM MICROSILICA sản xuất Đây hợp chất dioxide silic SiO2, chất khoáng siêu mịn dạng vơ định hình tạo lò hồ quang điện, sản phẩm phụ trình sản xuất Silic hợp kim sắt - silic 2.1.5 Phụ gia siêu dẻo Phụ gia siêu dẻo hệ Viscocrete 3000-20 liều dùng 1,5% hãng SIKA sản xuất Đây hãng phụ gia ưa chuộng thị trường chất lượng kiểm chứng thông qua công trình xây dựng Viscocrete 3000-20 chất siêu hố dẻo công nghệ cao gốc polyme hệ thứ với hiệu tạo độ xốp giúp bê tông bơm dễ dàng Sika Viscocrete 3000-20 vượt trội nhờ vào khả giảm nước cực cao, tạo độ chảy lỏng tốt giữ độ kết dính tối ưu cho hỗn hợp 2.2 Phương pháp ngiên cứu - Phương pháp tổng hợp, nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu thiết kế bê tông cường độ cao theo hệ thống công thức Viện bê tông Mỹ (ACI - American concrete institute) đề xuất, với sở nguồn vật liệu địa phương phụ gia sử dụng rộng rãi thi trường - Phương pháp thí nghiệm phịng: lấy mẫu vật liệu mỏ vật liệu địa phương, tiến hành thí nghiệm tiêu lý chúng phòng Dựa vào cấp phối thiết kế để chế tạo mẫu bê tông cường độ cao, thí nghiệm nén vỡ máy nén để xác định cường độ kháng nén loại bê tông - Phương pháp tổng hợp số liệu cơng cụ tốn học, phần mềm Excel: tổng hợp số liệu, đánh giá độ tin cậy đưa cấp phối tối ưu cho loại bê tơng cường độ cao có cường độ kháng nén R28 = 60MPa Thí nghiệm tiêu lý vật liệu chế tạo bêtông 3.1.Cốt liệu thô - đá dăm cấp phối (0,5x1) cm Tiến hành lấy mẫu đá mỏ đá Công ty Cổ phần Trường Sơn, Hương Trà, Thừa Thiên Huế theo TCVN 1772-1987 (200 m 300T lấy 01 tổ mẫu) Thực tế lấy 03 tổ mẫu ngẫu nhiên đại diện cho khoảng 500m3 đá trường Thí nghiệm tiêu lý, hiệu chỉnh trung bình, lược bỏ sai số trình bày kết Bảng Bảng 4 Bảng Kết thí nghiệm thành phần hạt đá (0.5x1) cm Kích thước sàng (mm) Khối lượng mẫu sàng (g) Lượng sót riêng biệt (%) Lượng sót tích lũy (%) u cầu theo tiêu chuẩn % lọt sàng 15 0.00 0.00 100 10 80 2,82 2,82 0-10 97,18 2565 90,48 93,30 40-70 6,70 2,5 190 6,7 100 90-100 0,00 1,25 0 100 - 0,00 Bảng Kết thí nghiệm tiêu lý đá (0.5x1) cm Đơn vị Kết thí nghiệm Yêu cầu theo TCVN 75702006 Tiêu chuẩn thí nghiệm Khối lượng riêng g/cm3 2,70 - TCVN 7572-4:2006 Khối lượng thể tích xốp g/cm3 1,304 - TCVN 7572-6:2006 Độ lỗ hỗng % 42,78 - TCVN 7572-6:2006 Hàm lượng bụi bùn sét % 0,11 ≤1 TCVN 7572-8:2006 Độ nén dập bão hòa nước xilanh % 12,86 ≤ 14 TCVN 7572-11:2006 Độ hao mòn Los Angeles % 24,5 ≤ 50 TCVN 7572-12:2006 Hàm lượng hạt thoi dẹt % 10,02 ≤ 15 TCVN 7572-13:2006 Độ hút nước % 6,37 - TCVN 7572-4:2006 Cơng việc thí nghiệm Vậy theo TCVN 7570-2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa - yêu cầu kỹ thuật” Loại đá dăm lấy mỏ nêu hoàn toàn đáp ứng tiêu chí cho vật liệu chế tạo bê tơng mác 400 trở lên 3.2 Cốt liệu nhỏ (cát) Tiến hành lấy mẫu cát khu vực cầu An Lỗ, Phong Điền, Thừa Thiên Huế theo TCVN 337-1986 (lấy 01 tổ mẫu theo chiều dài băng chuyền 30 phút) Thực tế lấy 03 tổ mẫu ngẫu nhiên trường khai thác cát Thí nghiệm tiêu lý, hiệu chỉnh trung bình, lược bỏ sai số trình bày kết bảng 3, hình bảng sau: Bảng Kết thí nghiệm thành phần hạt Khối Yêu cầu Lượng Lượng Kích lượng theo sót sót thước mẫu tiêu riêng tích sàng chuẩn biệt lũy (mm) sàng (%) (%) (%) (g) 0.00 0.00 2,5 125 12,5 12,5 0-20 1,25 199 19,9 32,4 15-45 0,63 339 33,9 66,3 35-70 0,315 257 25,7 92 65-90 0,14 62 6,2 98,2 90-100 5mm % 3.26 - TCVN 7572-2:2006 Hàm lượng hạt