Nƣớc dùng phải theo T VN 302:2004 “ Nƣớc trộn bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật ”
Nƣớc dùng pha loãng NaOH khan phải đãm bảo không lẫn tạp chất để không ảnh hƣởng xấu đến thời gian tĩnh định và đóng rắn của bê tông Geopolymer. ác nguồn nƣớc uống đều có thể dùng đƣợc. Không dùng nƣớc thải của các nhà máy, nƣớc bẩn từ hệ thống nƣớc sinh hoạt, nƣớc ao hồ chứa nhiều bùn, nƣớc lẫn dầu mở để sử dụng pha loãng NaOH khan.
3.1.6 Cốt thép:
Sử dụng cốt thép chủ cƣờng độ cao 6 Ø7.1, thép đai Ø3.0 a150 ốt thép sản xuất cọc phù hợp với các tiêu chuẩn tƣơng ứng:
30
Thép cốt và thép đai phù hợp với T VN 1651-1:2008; TCVN 1651-2:2008 hoặc tiêu chuẩn theo thiết kế quy định [38].
3.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM MẪU TRỤ BÊ TÔNG:
3.2.1 Thiết kế thành phần cấp phối bê tông Geopolymer:
ƣờng độ của bê tông Geopolymer phụ thuộc phần lớn vào các yếu tố nhƣ: tỉ lệ cốt liệu/tro bay, alkaline/tro bay (AL/FA), sodium silicate/sodium hydroxide (Na2SiO3/NaOH hoặc SS/SH), điều kiện dƣỡng hộ nhiệt và nồng độ mole.
Thành phần cấp phối bê tông geopolymer trong loạt thí nghiệm này có: Tỉ lệ Alkaline/tro bay: 0,6; Tỉ lệ Na2SiO3/NaOH: 2,0; Nồng độ dung dịch NaOH: 16 Mole; ƣỡng hộ ở nhiệt độ 100º ; thời gian dƣỡng hộ 12 giờ.
Sự khác biệt duy nhất giữa bê tông Geopolymer và bê tông xi măng nằm ở chất kết dính SiO2SiO3 và Al2O3 trong tro bay phản ứng với dung dịch hoạt hóa (dung dịch alkaline) tạo nên hồ Geopolymer bao phủ cốt liệu và những vật liệu không phản ứng tạo nên bê tông Geopolymer. Nhƣ bê tông xi măng, cốt liệu thô và cốt liệu mịn chiếm khoảng 70 – 80 % khối lƣợng của bê tông Geopolymer. Nên hỗn hợp thành phần của bê tông Geopolymer có thể đƣợc thiết kế tƣơng tự nhƣ bê tông xi măng.
Bảng 3.7: Thành phần cấp phối bê tông GEO ( 1m3 ) Ký hiệu á (kg) Cát (kg) Tro bay (kg) Na2SiO3 (kg) NaOH 16M (kg) AL/FA SS/SH GPC1 1076 593 412,0 164,8 82,4 0,6 2
3.2.2 Thiết kế thành phần cấp phối bê tông xi măng:
Thành phần cát, đá sử dụng thiết kế cấp phối giống nhƣ cát, đá của cấp phối GPC, còn lại xác định lƣợng xi măng, nƣớc.
■ Thành phần cấp phối bê tông xi măng:
31 Ký hiệu Xi măng ( kg ) á 1x2 ( kg ) Cát ( kg ) Nƣớc ( kg ) OPC 937 1102 179 240
ƣờng độ bê tông xi măng là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. ƣờng độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. ể xác định cƣờng độ trƣớc khi đúc cấu kiện 02 cọc rỗng bê tông xi măng, tiến hành đúc mẫu dƣỡng hộ 28 ngày tiến hành nén mẫu để xác định cƣờng độ.
Khi bị nén ngoài biến dạng co ngắn theo hƣớng tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thƣờng chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn máy nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo 02 hình tháp đối đỉnh nhau. Nếu bôi trơn mặt bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra.
3.2.3 Phƣơng pháp thí nghiệm
3.2.3.1 Đúc mẫu xác định cƣờng độ chịu nén cho mẫu trụ OPC và GPC
Tiến hành nhào trộn đúc mẫu bê tông để xác định cƣờng độ chịu nén, từ đó lựa chọn cho đƣợc cấp phối khi đúc mẫu xong dƣỡng hộ nhiệt mang đi nén có cƣờng độ cao nhất, chọn làm cấp phối đúc cấu kiện cọc bê tông cốt thép Geopolymer. Sử dụng T VN 3105:1993 Hổn hợp bê tông nặng – Phƣơng pháp thử độ sụt [39].
3.2.3.2 Nhào trộn và đúc mẫu :
ối với mẫu trụ GP thực hiện nhƣ sau: Tất cả các thành phần nguyên vật liệu đƣợc định lƣợng, sao đó nhào trộn trong khoảng thời gian 2 phút bằng cối trộn nhà máy, cho hổn hợp đều, sau đó cho dung dịch NaOH vào trộn khoảng 3 phút cho đều, sau cùng cho nƣớc vào trộn khảng 2 phút cho bê tông bê tông vào cọc đã đặt chờ sẳn tại phểu đổ. Hỗn hợp bê tông đƣợc tạo theo tiêu chuẩn ASTM 780: Kích thƣớc mẫu trụ 150 x 300 mm, thời gian dƣỡng hộ nhiệt 12 giờ cho mỗi mức dƣỡng hộ khác nhau. Nhiệt độ dƣỡng hộ ở 06 mức nhiệt độ từ 40º , 60º , 80º , 100º , 110ºC, 120ºC.
32
Hình 3.6: Pha trộn cấp phối và đúc mẫu
Hình 3.7: úc mẫu trụ bê tông GEO
33
3.2.3.3 Dƣỡng hộ nhiệt:
Ở nhiệt độ phòng, phản ứng geopolymer hóa diễn ra rất chậm do vậy cƣờng độ phát triển không cao. ho nên dƣỡng hộ nhiệt là cần thiết cho quá trình geopolymer hóa và phát triển cƣờng độ của bê tông.
ê tông geopolymer sau khi đúc mẫu, đƣợc dƣỡng hộ ở nhiệt độ tƣơng đối ổn định từ 32º đến 35º trong vòng 48 giờ, sau đó tháo ván khuôn, dƣỡng hộ nhiệt trong một cái lò gốm và phủ bao nhƣ hình 3.9, tiến hành cung cấp nhiệt để dƣỡng hộ ở nhiệt độ 100º trong vòng 12 giờ, thời gian dƣỡng hộ nhiệt đƣợc tính khi nhiệt độ đạt 100º . Xong quá trình dƣỡng hộ nhiệt, đặt mẫu thí nghiệm ở môi trƣờng tự nhiên trong 20 ngày, tiến hành nén mẫu.
Hình 3.9: ƣỡng hộ nhiệt
3.2.3.4 Thí nghiệm nén mẫu bê tông Geopolymer :
Sử dụng T VN 3118:1993: ê tông nặng – Phƣơng pháp xác định cƣờng độ [40] để thí nghiệm. Mẫu bê tông xi măng sau khi dƣỡng hộ ở nhiệt độ 60⁰ trong 6 giờ, sau 28 ngày tiến hành thí nghiệm nén mẫu. Mẫu bê tông geopolymer dƣỡng hộ nhiệt 100⁰ , trong 12 giờ, sau 20 ngày tiến hành nén mẫu. Mẫu đƣợc mang đến phòng thí nghiệm và gia công cho phẳng mặt, có gia cố sika ở hai mặt tiếp xúc để 3 ngày bắt đầu cho vào máy ép. Từ đồng hồ ta ghi đƣợc số liệu nén mẫu và tra bảng tính ra đƣợc cƣờng độ.
34
Hình 3.10: Thí nghiệm nén mẫu trụ
Mẫu bê tông geopolymer và bê tông xi măng dùng để thí nghiệm cƣờng độ chịu nén là mẫu trụ có kích thƣớc 150 x 300. Theo T VN 4453:1995 [41], cƣờng độ chịu nén của mẫu đƣợc quy về mẫu chuẩn lập phƣơng cạnh 150 mm theo công thức:
Rb= 1,2 Rb,tr (3.1)
3.2.4 Chế tạo cấu kiện cọc OPC:
Số lƣợng cọc rỗng bê tông xi măng thí nghiệm là 02 cọc, dài L=1,5 m, đƣờng kính cọc Ø300, thành cọc dầy 80 mm.
ùng cấp phối đã thí nghiệm từ việc nén mẫu thử để sử dụng cho công tác đúc cấu kiện cọc OPC.
ối với cọc OP sau khi đúc xong, tiến hành bảo dƣỡng ở môi trƣờng bình thƣờng 32° – 35°C trong vòng 28 ngày mang tới phòng thí nghiệm và ghi số liệu đạt đƣợc để sử dụng so sánh ƣu, khuyết điểm với cọc GPC.
Hình 3.12 thể hiện chi tiết cấu tạo cốt thép dọc và cốt thép đai trong cọc rỗng OP và GP , khuôn mẫu và cấu tạo cốt thép thực tế chuẩn bị đúc cọc đƣợc thể hiện trong hình 3.11;3.12.
35
Hình 3.11: hi tiết mẫu cọc ( Khuôn mẫu và lồng thép )
2 Þ3a150
1 6 Þ 7.1
Hình 3.12: hi tiết cấu tạo cốt thép dọc và cốt thép đai cọc rỗng OP và GP
3.2.5 Yêu cầu đối với cọc OPC :
3.2.5.1 Khái niệm:
ê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau.
ê tông đƣợc chế tạo từ xi măng và cát sỏi thành một thứ đá nhân tạo có khả năng chịu nén khá nhƣng khả năng chịu kéo lại rất kém. Trong khi đó cốt thép là vật liệu chịu kéo hoặc chịu nén đều tốt. o vậy ngƣời ta đặt cốt thép vào trong bê tông để tăng cƣờng khả năng chịu lực cho kết cấu, từ đó sản phẩm sinh ra là bê tông cốt thép. ọc bê tông xi măng cốt thép cũng không ngoại lệ. ấu trúc vật liệu cũng nhƣ bê tông
36
cốt thép. Nhƣng khác hơn là dùng để gia cố nền cho đất chặt lại ( cọc ma sát), dùng khả năng chịu lực ( cọc chống) cho khối công trình bên trên.
3.2.5.2 Ƣu khuyết, điểm:
Sức chịu tải của cọc thay đổi phụ thuộc vào kích thƣớc tiết diện và chiều dài cọc. Thực tế cho thấy trong các đồ án thiết kế, việc lựa chọn kích thƣớc tiết điện và chiều dài cọc còn mang tính chủ quan, dựa vào kinh nghiệm mà ít có sự phân tích, so sánh và hiệu chỉnh. Kết quả thƣờng là sức chịu tải của cọc đƣợc chọn theo đất nền là nhỏ hơn rất nhiều so với sức chịu tải vật liệu cọc và do đó, gây nên sự lãng phí, nhất là đối với cọc đặc. Sử dụng cọc rỗng là một giải pháp giảm nhiều chi phí do thừa vật liệu khi sử dụng cọc vuông thông thƣờng. Tuy nhiên do điều kiện công nghệ chế tạo hạn chế mà các loại cọc rỗng chƣa đƣợc dùng nhiều trong các dự án. ũng vì lý do đó mà các nghiên cứu sử dụng hợp lý cọc rỗng hầu nhƣ rất ít tại thời điểm hiện nay.
3.2.5.3 Phạm vi ứng dụng:
ọc T T đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong kết cấu móng của đa số các công trình xây dựng, từ dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, giao thông cho đến hạ tầng kỹ thuật. Trong ngành cảng nói riêng, hiện nay cọc ống T T đang dần thay thế cho loại cọc vuông đặc truyền thống vì những ƣu điểm vƣợt trội của nó (trong khi ở các nƣớc tiên tiến điều này đã diễn ra từ mấy thập kỷ trƣớc!).
3.2.5.4 Vật liệu sản xuất xi măng cốt thép:
3.2.5.4.1 Yêu cầu chung:
ác vật liệu để sản xuất bê tông phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo các tiêu chuẩn hiện hành, đồng thời đáp ứng các yêu cầu bổ sung của thiết kế.
Trong quá trình lƣu kho, vận chuyển và chế tạo bê tông, vật liệu phải đƣợc bảo quản, tránh bẩn hoặc bị lẫn lộn cỡ và chủng loại. Khi gặp các trƣờng hợp tên, cần có ngay biện pháp khắc phục để đảm bảo sự ổn định về chất lƣợng.
ác loại vật liệu không hoàn toàn phù hợp tiêu chuẩn hoặc không đề cập trong tiêu chuẩn này, chỉ sử dụng để sản xuất bê tông, nếu có đủ luận cứ khoa học và công nghệ (thông qua sự xác nhận của một cơ sở kiểm tra có đủ tƣ cách pháp nhân) và đƣợc sự đồng ý của chủ đầu tƣ.
37 3.2.5.4.2 Xi măng
* Xi măng sử dụng phải thỏa mãn các quy định của các tiêu chuẩn: -Xi măng Poóc - Lăng T VN 2682 : 1992
3.2.5.4.3 Cát:
át dùng để làm bê tông nặng phải thỏa mãn các yêu cầu của tiêu chuẩn T VN 1770 : 1986 " át xây dựng yêu cầu kỹ thuật".
-Thí nghiệm kiểm tra chất lƣợng cát đƣợc tiến hành theo các tiêu chuẩn từ T VN 337 : 1986 đến T VN 346 : 1986 "cát xây dựng phƣơng pháp thử".
3.2.5.4.4 ốt liệu lớn: Nhƣ cốt liệu trong cấp phối bê tông geopolymer. 3.2.5.4.5 Nƣớc: Nhƣ trong mục thiết kế cấp phối bê tông geopolymer. 3.2.5.4.5 Nƣớc: Nhƣ trong mục thiết kế cấp phối bê tông geopolymer. 3.2.5.4.6 Phụ gia:
- ể tiết kiệm xi măng hoặc cải thiện các đặc tính kỹ thuật của hổn hợp bê tông và bê tông, có thể dùng các loại phụ gia thích hợp trong quá trình chế tạo bê tông.
- ác loại phụ gia sử dụng phải có chứng chỉ kỹ thuật đƣợc cơ quan Quản lý nhà nƣớc công nhận. Việc sử dụng phụ gia cần theo chỉ dẫn của nhà sản xuất.
3.2.5.4.7 hất độn:
ác chất độn và bê tông phải đảm bảo không ảnh hƣởng đến tuổi thọ của bê tông và không gây ăn mòn cốt thép.
Khi sử dụng các chất độn phải thông qua thí nghiệm để có đủ cơ sở kinh tế kỹ thuật, đồng thời phải đƣợc sự đồng ý của cơ quan thiết kế và chủ đầu tƣ.
3.2.7 Đúc cấu kiện cọc rỗng GPC :
Sau khi có kết quả nén mẫu đúc, tiến hành chọn ra cấp phối của mẫu có cƣờng độ cao nhất và dùng cấp phối đó để đúc cấu kiện cọc rỗng GPC. ấp phối dùng để đúc cấu kiện cọc rỗng GPC là cấp phối 1, theo bảng 3.9 dƣới đây:
Bảng 3.9: ấp phối đúc cọc rỗng GPC ( 1m3) Ký hiệu (kg) á Cát (kg) Tro bay (kg) Na2SiO3 (kg) NaOH 16M (kg) ấp độ bền B (MPa) CP1 1076 593 412,0 164,8 82,4 B45
38
Số lƣợng cọc rỗng GPC thí nghiệm là 12 cọc, dài L=1,5 m, đƣờng kính cọc Ø300, thành cọc dầy 80 mm.
Sau khi dƣỡng hộ nhiệt xong, tháo dỡ ván khuôn, đặt cọc trong môi trƣờng nhiệt độ bình thƣờng trong khoảng 20 ngày mang đi thí nghiệm. Ghi số liệu kết quả đạt đƣợc để so sánh với cọc rỗng OP .
3.2.7 Nhào trộn và đúc cấu kiện cọc rỗng GPC .
ách nhào trộn và đúc mẫu cấu kiện cũng tƣơng tự nhƣ đúc mẫu nén. Trƣớc hết tất cả các thành phần nguyên vật liệu đƣợc định lƣợng đúng cấp phối, sau đó đƣợc nhào trộn khô cát, đá, tro bay trƣớc khoảng 2 phút bằng cối trộn nhà máy, cho hổn hợp đều, sau đó cho dung dịch NaOH vào trộn khoảng 3 phút cho đều, sau cùng cho nƣớc vào trộn khoảng 2 phút cho bê tông vào cọc đã đặt chờ sẳn tại phểu đổ. Hỗn hợp bê tông đƣợc tạo theo tiêu chuẩn ASTM 780.
ác bƣớc tiến hành đúc cọc rỗng GP : Tạo lồng thép bằng máy Lồng thép hoàn chỉnh Hàn thép gia cƣờng (nếu có) Vô khuôn Vệ sinh khuôn Quét dầu bôi trơn khuôn Lắp mặt bích (lắp ráp lồng thép với mặt bích, mặt bích căng, mặt bích khuôn) ắt ron Vô khuôn Rải bê tông, xiết khuôn.
3.2.8 Dƣỡng hộ nhiệt:
Thực hiện các bƣớc dƣỡng hộ nhiệt thực hiện nhƣ sau:
- ể trong môi trƣờng nhiệt độ bình thƣờng 32°C – 35°C trong vòng 48 giờ - Tháo ván khuôn tiến hành dƣỡng hộ nhiệt ở 6 cấp độ nhiệt: 40° , 60° , 80° , 100°C, 110°C và 120°C . Mỗi cấp độ nhiệt dƣỡng hộ trong vòng 10 giờ.
- Sau đó hạ nhiệt trở về nhiệt độ phòng trong 1 giờ. - Tiến hành dƣỡng trong 20 ngày.
- Mang đi thí nghiệm để xác định độ bền uốn nứt thân cọc và độ bền uốn gãy thân cọc…
39
3.2.9 Thiết bị, dụng cụ : [41]
Sau khi dƣỡng hộ nhiệt xong, tiến hành thử nghiệm cần những thiết bị dụng cụ nhƣ sau:
- Máy ép thủy lực hoặc máy ép cơ học ứng dụng hệ thống kích thủy lực. Máy phải đƣợc lắp đồng hồ đo lực có thang chia lực phù hợp, sao cho tải trọng thử phải nằm trong phạm vi ( 20-80) % giá trị lớn nhất của thang lực, độ chính xác của máy trong khoảng ±2% tải trọng thử quy định.
- Thanh gối tựa, thanh truyền lực bao gồm hai thanh gối tựa ở dƣới, một thanh truyền lực ở trên. Hai thanh gối tựa dƣới đƣợc làm bằng thép cứng, cũng có thể làm bằng gỗ cứng đãm bảo thẳng và bề mặt phẳng. Thanh truyền lực ở trên làm bằng thép cứng đƣợc tì lên cọc qua một điểm tựa ngay điểm giữa của cọc. Lực của máy ép tác dụng lên điểm giữa của chiều dài thanh truyền lực và phân bố lực lên cọc qua 1 điểm tựa.
- ộ căn lá thép để kiểm tra vết nứt, độ dầy của căn là (0,02†1,00)mm. - Thƣớc thép hoặc thƣớc thép cuộn, độ chính xác đến 1mm.
■ ách tiến hành: [41]
ặt cọc lên hai thanh gối tựa vững chắc. ặt thanh truyền lực lên cọc. Vị trí lắp đặt hệ thống thử tải đƣợc mô tả trên Hình 2.3.
-Vận hành máy: cho lực tác dụng lên điểm giữa của thanh truyền lực, tăng tải từ từ đến giá trị 10 % tải trọng gây nứt tính toán, giữ tải để kiểm tra xem toàn bộ hệ thống gá lắp đã vững chắc, ổn định chƣa.. ác thanh gối tựa và thanh truyền lực có tiếp xúc đều với cọc không. Tiến hành thử tải tăng đều từ thấp đến cao. Khi đạt 100% tải trọng