M Qt hta gFRP
3. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊTÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO
LƯỢNG SIÊU CAO
Việc thiết kế thành phẩn BTCLSC được thực hiện qua 2 bước: (1) thiết kế tối ưu thành phần hạt cốt liệu, và (2) thiế t kế cấp phối BTCLSC.
3.1 Thiết kế thành phẩn hạt cốt liệu
Tói ưu hóa thành phần hạt là m ột trong những khâu then chốt của việc thiết kế cấp phối hỗn hợp BTCLSC. Trong nghiên cứu này, tối ưu hóa thành phần hạt được tính toán theo lý thuyết do de Larrard và Sedran đề xuất [9, 10], Phương pháp này xác định trên cơ sở thành phần hạt cùa các vật liệu, qua lượng sót tích lũy của mỗi cấp hạt, tương ứng với các loại vật liệu, từ đó xác định mức độ lèn chặt lớn nhất của hỗn hợp hạt thông qua các công thức tính toán và hẹ số íèn chặt (độ đặc) hỗn hợp để chuyển đổi
từ mô hình lý thuyết sang mô hình thực tế. ở nghiên cứu này trong đó hệ số lèn chặt của hỗn hợp hạt được lấy là 12.5 theo đề xuất của Jones và các cộng sự [11],
Trong nghiên cứu này, trên cơ sở vật liệu đang được nghiên cứu và đã được th iế t kế thành phần hạt tố i Uu à m ột số công bố trước [12, 13], tỳ lệ Cát/Chất kết dính (C/CKD) được xác định là 1 (theo khối lượng).
3.2. Cấp phối bê tông chất lượng siêu cao
Từ kết quả tính toán tối ưu hóa thành phẩn hạt này, đề tài có m ột số căn cứ thêm để tính toán cấp phối bê tông như sau:
-Từ kết quả nghiên cứu khảo sát đã xuất bản [12] về nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ Nước / Chất kết dính (N/CKD) đến cường độ BTCLSC thì khi tính công tác là hợp lý (210-230mm), cường độ của bê tông tăng lên khi tỷ lệ N/CKD giảm. Ở bài báo này, căn cứ vào hiệu quả của phụ gia siêu dẻo có sẳn ở Việt Nam, đổng thời việc cải thiện tính công tác của các phụ gia khoáng như silica fume và xỉ lò cao, tỳ lệ N/CKD được cố định là 0.14 (theo khối lượng).
- Từ kết quả nghiên cứu khảo sát đã xuất bản [14] về nghiên cứu ảnh hưởng lượng dùng SF đến các tính chất của BTCLSC cho thấy 10%SF là lượng dùng hợp lý nhất, do ở tỳ lệ này cả tính công tác và cường độ của bê tông được cải thiện đáng kể. Do đó lượng dùng 10%SF sẽ được cố định để khảo sát trong nghiên cứu này nhằm giảm tỷ lệ N/CKD khi cố định tính công tác của hỗn hợp bê tông.
- Từ kết quả nghiên cứu khảo sát đã xuất bản [13] về nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp SF và BFS đến tính chất của BTCLSC cho thấy lượng dùng hợp lý của BFS là 10-40%, và việc kết hợp 10%SF với 10-40%BFS là đạt kết quả tố t nhất ở mác 150. Điểm nổi bật của nghiên cứu này là việc dùng xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn tăng lên, do xì có bề mặt thủy tinh, nên đã cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông. Điểu này cũng có nghĩa là khí cô' định tính công tác của hỗn hợp bê tông thì việc dùng xỉ có thể hạ thấp được tỷ lệ N/CKD. Do đó hàm lượng BFS từ 10-40% (tính theo khối lượng CKD) sẽ được nghiên cứu khảo sát ở bài báo này.
-Từ kết quả nghiên cứu khảo sát đã xuất bản [15] về nghiên cứu ảnh hưởng việc sử dụng sợi
Bảng 2 Cấp phối BTCLSC sử dụng trong nghiên cứu STT Khối lượng CKD tính cho 1 m 3 bê tô n g (kg) N/CKD (theo khối lượng) C/CKD (theo khối lượng) SF, % (theo khối lượng của CKD) BFS, % (theo khổi lượng của CKD) PGSD, % (theo khối lượng của CKD) Sợi thép, % (theo thể tích bê tông) 1 1158 0.14 1 20 0 1.30 2 2 1173 0.14 1 10 10 1.20 2 3 1170 0.14 1 10 20 1.20 2 4 1167 0.14 1 10 30 1.10 2 5 1164 0.14 1 10 40 1.10 2
thép (lượng dùng từ 0-2% theo thể tích bê tông) đến tính chất của BTCLSC cho thấy việc sử dụng sợi thép có cải thiện cường độ nén của BTCLSC với lượng sử dụng hợp lý là khoảng 2%. Do vậy, trong bài báo này lượng sợi thép 2% theo thể tích bê tông sẽ được sử dụng để khảo sát.
Từ các căn cứ nghiên cứu này, các cấp phối bê tông chất lượng siêu cao được sử dụng như trình bày ở Bảng 1. Giá trị hàm lượng PGSD sử dụng trong Bảng 1 này là lượng PGSD dùng để đạt độ chảy loang của hỗn hợp bê tông trong khoảng 210-230mm như đả đề cập ở phần trên.
4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1 Tính công tác của hỗn hạp bê tông
Lượng dùng PGSD của hỗn hợp BTCLSC để đạt được độ chảy loang từ 210 - 230mm được thể hiện ở Bảng 1, và độ chảy loang của hỗn hợp bê tông có th ể thấy ở Hình 1. Qua kết quả ta thấy, khi sử dụng BFS với hàm lượng càng tăng thì độ chảy loang của hổn hợp bê tông tăng (thể hiện ở hàm lượng PGSD giảm và giá trị độ chảy loang tăng lên). Điều này có th ể giải thích do BFS có bề mặt thủ y tinh đặc chắc nên khi thay th ế xi măng thì lượng nước dư tăng lên và cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông. Bên cạnh đó do các hạt SF dạng tròn và có tác động có lợi với hiệu ứng "ổ bi- Ball - bearing effect" [16]. Hơn nữa các hạt SF siêu m ịn sẽ chiếm chỗ của lượng nước lẽ ra nằm giữa các hạt xi mãng vón tụ, làm tăng lượng nước tự do trong hồ và do đó làm tăng độ lưu động của hỗn hợp bê tông. Qua kết quả nghiên cứu có th ể thấy rằng khi sử dụng kết hợp giữa SF VỚI BFS thì tính công tác của hỗn hợp bê tông được cải thiện rõ rệt, đặc biệt độ chảy của hỗn hợp khí tạo hình theo quan sát thực tế.
2256 6 Ề ụ 2 220 G F- is *o ' ầ210 -ị *> 2Gb ỉ - JẼ í 200 ---• •• ũ.00 0.10 0.20 0.30 0.40
Ty íé BPS/CKD. theo khói lương
Hình 3 Độ chảy loang của hỗn hợp BTCLSC
4.2 Ảnh hưởng của lượng dùng xỉ nghiềnmịn đến cường độ nén của BTCLSC mịn đến cường độ nén của BTCLSC
Hình 2 và Hình 3 thể hiện sự ảnh hưởng của hàm lượng BFS đến cường độ nén BTCLSC ở hai chế độ bảo dương: bảo dưỡng thường và bảo dưỡng nhiệt ẩm. Có thể thấy chế độ bảo dương nhiệt ẩm cải thiện rõ rệt cường độ nén của BTCLSC. Nếu như bảo dưỡng ở điều kiện thường thì cường độ nén trung bình của các mẫu BTCLSC tuổi 28 ngày khoảng 150MPa, thì giá trị cường độ nén trung bình này tăng lên khoảng 50MPa khi các mẫu bê tôn g được bảo dưỡng ở điểu kiện nhiệt ẩm.
7.SG 1--- 1
200
0.0 0 0.1 0 0.2 0 0.3 0 0 40Tý tệ BFS/CKD. theo khối lương Tý tệ BFS/CKD. theo khối lương
Hình 4 Ảnh hưởng của hàm lượng xí lò cao nghiên mịn đến cường độ nén của bê tông khi bảo dường ở điểu kiện thường (27°c±2, <p>98%), SP/CKD có định 10%, N/CKD=0.14, chứa 2% sợi thép
0.0 0 0.1 0 0 2 0 0.3 0 0.4 0Tỳ lệr BFS/CKD, theo khôi lựợng Tỳ lệr BFS/CKD, theo khôi lựợng
Hình 5 Ẳnh hưởng của hàm lượng xỉ lò cao nghiên mịn đến cường độ nén của bê tông khi bảo dưỡng ở điéu kiện thường
(90°c± 5, <p>98%), SF/CKD cố định 10%, N/CKO = 014, chứa 2% sợi thép
Điều này có thể giải thích do sự tăng lên các sản phẩm thủ y hóa C-S-H của cả xl măng và các phản ứng thứ cấp giữa các phụ gia khoáng (SF và BFS) với sản phẩm th ủ y hóa xi măng Ca(OH)2, mà thông thường ở chế độ bảo dưỡng thường thì các phụ gia khoáng này vẫn tổn tại phần lớn các hạt chưa phản ứng.
Bên cạnh đó, mức độ phản ứng puzolanic của các phụ gia khoáng cũng được cải thiện khi bảo dưỡng nhiệt ẩm. Cherezey và các cộng sự [4] chỉ ra rằng, mức độ phản ứng puzolanic trong BTCLSC khi bảo dưỡng nh iệ t ẩm ở 90oC được cải thiện rõ rệt, đạt 90% so với mức độ phản ứng puzolanic hoàn toàn. Trong khi đó, bảo dưỡng thường thì mức độ này chỉ đạt khoảng 72%.
Hơn nữa, khi bảo dưỡng nhiệt ẩm thì độ dài của mạch các sản phẩm th ủ y hóa của xi măng C-S-H cũng được tăng lên, từ đó cải thiện được cường độ của BTCLSC. M ột nghiên cứu được Zanni và các cộng sự thực hiện [17] đã cho thấy rằng khi bảo dưỡng thường thậm chí sau 28 ngày, thì các sản phẩm thủ y hóa của xi măng với các mạch C-S-H vẫn tổn tại ở dạng rất nhỏ và phản ứng puzolanic là nhỏ và chậm so với BTCLSC khi bảo dưỡng nhiệt ẩm. Đ ối với bảo dưỡng nhiệt ẩm, thì thời gian bảo dưỡng càng dài sẽ làm tăng độ dài của các mạch C-S-H dạng ba sang bốn mạch khi các mẫu BTCLSC được bảo dưỡng tương ứng là 8 giờ và 48 giờ.
Đối với xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn, do có năng lượng hoạt hóa khá cao, khoảng 50-59 kJ/mol [18], giá trị này lớn hơn so với xi măng th ô n g thường khoảng 38-40kJ/mol [19], do đó phụ gia khoáng này bị ảnh hưởng lớn đối VỚI nhiệt độ phản ứng so với xi măng, ở nhiệt độ thường, lyoda [20] đã chỉ ra rằng mức độ thủ y hóa của xỉ khoảng 40-60% tù y thu ộc vào hàm lượng của xi. Khi được bảo dưỡng ở nhiệt độ cao, mức độ thủ y hóa của xỉ tăng lên đáng kể, khoảng 50-90% khi bảo dưỡng ở 50-60°C và tù y thuộc vào tỷ lệ N/CKD, hàm lượng và loại xí [18, 20], ở nghiên cứu này, việc bảo dưỡng nhiệt ẩm (khoảng 90°C) như vậy sẽ làm cải thiệ n mức độ thủ y hóa của xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn.
5. KẾT LUẬN
Dựa trên những kết quả nghiên cứu đạt được, m ột số kết luận có thể rú t ra như sau:
- Hoàn toàn có th ể sử dụng các vật liệu sân có ở Việt Nam (xi măng PC40, cát, PGSD, phụ gia khoáng, sợi thép) để chế tạo BTCLSC đạt cường độ nén 200 MPa. Điéu kiện bảo dưỡng bảo dưỡng nhiệt ẩm đóng val trò quan trọng trong việc cải thiện cường độ nén, trong nghiên cứu này đã nâng cao giá trị cường độ nén lên khoảng 50MPa so với điều kiện bảo dưỡng thường.
- Việc sử dụng xỉ lò cao hạt hóa nghiến m ịn có tác dụng cải thiện tính công tác của BTCLSC, và việc kết hợp xì lò cao hạt hóa nghiền mịn với silica fum e có thể giảm thiểu N/CKD xuống rất thấp (0.14 theo khối lượng) mà vẫn đảm bảo tính công tác và đ ạ t cường đ ộ nén yêu cấu (200MPa).
- Khi dùng kết hợp hai loại phụ gia khoáng thì hàm lượng 10% SF và 40% BFS được coi la tố i ưu đé chế tạo BTCLSC đạt cường độ nén yêu cẩu (200MPa) khi bảo dưỡng nh iệ t ẩm. Tổng lượng phụ gia khoáng trong nghiên cứu này
là 50% thay thế xi măng cho thấy tiềm năng sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng trong việc chế tạo BTCLSC đáp ứng nhu cẩu xây dựng hiện tại, đổng thời nhằm nâng cao phát triển xây dựng bén vững .trong tương lai.
TÀI LIỆU T H A M KHẢO
1. Collepardi, M., 2003, Innovative Concretes for Civil Engineering Structures: see, HPC and RPC, Proceedings of the Workshop on New Technologies and Material In Civil Engineering, Milan, 30 June, pp. 1-8.
2. Buitelaar, p., 2004, Ultra High Performance Concrete: Developments and Applications during 25 years. International Symposium on UHPC, Kassel, Germany.
3. Schmidt, M. & E. Fehling, 2005, Ultra-High-Performance Concrete: Research, Development and Application in Europe. ACI, SP 228-4, pp. 51-78.
4. Richard, p. & M.H. Cheyrezy, 1995, Composition of reactive power concretes. Cement and Concrete Research, 25(7) 1501-1511.
5. AFGC-SETRA, 2002, Ultra High Performance Fibre- Reinforced Concretes, Paris, France: Interim Recmmendations, AFGC publication.
6. Nguyễn Vãn Tuẫn, Phạm Hữu Hanh, Nguyễn Công Thắng, 2006, Nghiên cứu khả năng chế tạo bê tông hạt mịn chát lượng siêu cao ở Việt Nam. Đé tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường Đại học Xây dựng, Việt Nam, Mã số 07-2005/KHCN, 34 trang.
7. Bùi Phương Trinh, Kim Huy Hoàng, Nguyễn Văn Chánh, 2009, Recent Research On New Ultra High Performance Concrete, International Conference on Civil and Environmental Engineering, ICCEE-2009, Pukyong National University.
8. Phạm Duy Hữu, 2011, Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông có cường độ siêu cao ứng dụng trong két cáu cáu và nhà cao táng, Đé tài khoa học và công nghệ cáp bộ, Bộ Giáo dục và đào tạo, Mã sô' B2010 04-130-TD..
9. de Larrard, F. & ĩ. Sedran, 1994, Optimization of ultra- high-performance concrete by the use of a packing model, Cement and Concrete Research, 24(6) 997-1009.
10. de Larrard, E, 1999, Concrete mixture proportioning: A scientific approach, Modern Concrete Technology Series, E&FN SP0N,London.
11. Jones, M., L. Zheng, & M. Newlands, 2002, Comparison of particle packing models for proportioning concrete constitutents for minimum voids ratio, Materials and Structures, 35(5)301-309.
12. Nguyễn Văn Tuấn, Phạm Hữu Hanh, Nguyễn Công Thắng, Lê Trung Thành, Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn Thị Tháng, 2012, Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng các phụ gia khoáng silica fume và xi lò cao nghiên mịn, Đé tài cáp Trường trọng điểm, Trường ĐHXD, Mã só 106-2012/KHXD-TĐ, Trường ĐH Xây dựng, 69 trang.
13. Nguyễn Còng Thắng, Nguyễn Thị Thắng, Phạm Hữu Hanh, Nguyễn Văn Tuấn, Lẽ Trung Thành, Nguyên Trọng Lâm, 2013, Nghiên cứu ché tạo bê tông chát lượng siêu cao sử dụng silica fume và xi lò cao hạt hóa nghiên mịn ở việt Nam, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ISSN 1859.2996, số 15 (3-2013) 83-92.
14. Nguyễn Công Tháng, Phạm Hữu Hanh, Nguyễn Văn Tuẫn, 2012, Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng vật liệu sẵn có ở Việt Nam, Tạp chí xây dựng, Bộ xây dựng,
ISSN 0866-0762, SỐ12, trang 71-74.
15. Lê Trung Thành, Nguyễn Công Thắng, Tống Tôn Kiên, Nguyên Thị Thắng, Nguyễn Mạnh Phát, Nguyễn Văn Tuấn, Trán Bá Việt, 2013, Nghiên cứu nâng cao độ bén dẻo của bê tông cốt sợi, Tạp chí Kễt cáu và Công nghệ Xây dựng, ISSN 1859.3194, số 1 (1-2013)56-67.
16. Siddique, R., Khan, M.l. & Iqbal Khan, M., 2011, Supplementary Cementing Materials. Engineering Materials, Springer, Berlin, Germany.
17. Zanni, H., Cheyrezy, M., Maret, V., Philippot, s., Nieto, p., 1996, Investigation of hydration and pozzolanic reaction in reactive powder concrete (RPC) using 29SÍ NMR, Cement and Concrete Research, 26(1) 93-100.
18. Escalante, J.I., Gomez, L.Y., Johal, K.K., Mendoza, G., Mancha, H., Mendez,2001, Reactivity of Blast furnace slag in Portland cement blends hydrated under different conditions, Cement and concrete Research, 31(10) 1403-1409.
19. Nguyễn Văn Tuẫn, Guo, z., Ye, G., van Breugel, K., 2009, Activation energy of cement blended with silica fume, In: Proceeding of the 29th Cement and Concrete Science Conference, Leeds, UK, 7-9 Sept, pp. 149-152.
20. lyoda, 1, Inokuchi, K., Uomoto, I, 2011, Effect on slag hydration of blast-furnace slag cement in different curing conditions, Proceeding of the 13th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC), Madrid, Spain, 3-8 Jul.
Nghiên cứu ứng dụng cọc ống thép trongxây dựng công trình dân dụng ở khu vực