Tu i (ngày) ổ 1 3 7 28 60
CHƯƠNG 3: KẾT QU THÍ NGHIẢ ỆM VÀ TH O LUẢ ẬN 3.1. Tính công tác của hỗn hợp BTTTN:
Tính công tác của hỗn hợp BTTTN, là tính kỹ thuật cơ bản c a h n h p bê ủ ỗ ợ tông, nó bi u thể ị kh ả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn phải đảm bảo độ đồng nhất trong điều kiện đầm nén nhất định. Tính ch t này ấ ảnh hưởng rõ rệt đến BTTTN.
Khi hỗn hợp bê tông có độ ụ s t t 10 – 25cm (hình 3.1a) , hừ cm ỗn hợp bê tông d ễchảy, dễ ị b phân t ng khi thi công làm giầ ảm khả năng tiêu thoát nước của bê tông (hình 3.1 b)
a b
Hình 3. 1a .Độ ụ s t – b. Bê tông phân t ng ầ
Khi h n hỗ ợp bê tông có độ ụ ừ s t t 0 – 10 cm cm ( hình 3.2 c) tính công tác của hỗn h p bê tông t t cho thi công (hình 3.2 d) ợ ố
c d
Hình 3. 2c .Độ ụ s t – d. Bê tông t t không phân t ng ố ầ
3.2. Ảnh hưởng củ ỷ ệ cát/đá đếa t l n các tính chấ ủt c a BTTTN
Như các nghiên ức u trong ph n tầ ổng quan đã nêu, tỷ ệ ạ l h t m n (cát) có nh ị ả hưởng rõ đến cường độ nén và tốc độ tiêu thoát nước c a BTTTN do các h t m n s ủ ạ ị ẽ lấp vào các lỗ ỗng được tạo bởi các hạt cốt liệu thô để làm tăng mối liên kết giữa r các cố ệt li u với nhau, nhưng giảm độ ỗ r ng c a bê tông. ủ
Trong nghiên cứu này, xi măng được dùng với lượng cố định là 17%, tỷ ệ l N/X = 0,33/1, đá sử ụ d ng là lo i ạ đá tròn, kích thước 5-10mm, t l ỷ ệ cát/đá được thay đổi như trong bảng 3.1. Ký hiệu mẫu C0, C5, C10, C15 tương ứng với lượng cát s ử d ng trong c p ph i là 0, 5, 10, 15%. ụ ấ ố
B ng 3. 1 B ng c p phả ả ấ ối BTTTN khi thay đổi tỉ ệ cát/đá l Tên mẫu T l ỷ ệ xi măng theo
khối lượng % T l cát theo kh i ỷ ệ ố lượng % T l ỷ ệ đá theo khối lượng % C0 17 0 83 C5 17 5 78 C10 17 10 73 C15 17 15 68
Các ph i li u nghiên cố ệ ứu như trong bảng 3.1 được đúc mẫu theo đúng quy trình, sau đó tiến hành bảo dưỡng và ki m tra các thông s k thu t, các s li u ể ố ỹ ậ ố ệ đượ ổc t ng h p trong b ng 3.2 và bi u th trên hình 3.1 và 3.2 ợ ả ể ị
Tên M u ẫ Cường độ nén Mpa T kh i ỷ ố (Kg/m³) Tốc độ tiêu thoát nước (mm/s) Độ ỗ r ng (%) 7 ngày 14 ngày 28 ngày C0 5,2 7,5 9,8 1888 8,9 23,5 C5 8,8 11,3 16,3 1925 6,9 22 C10 11,2 15,4 20,1 1963 3,8 20 C15 13,5 17,4 23,2 2011 2,5 17
Hình 3. 3 S ự thay đổ ủa cường đội c nén khi thay d i t l ổ ỷ ệ cát/đá
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 C0 C5 C10 C15
7 ngày 14 ngày 28 ngày
Hình 3. 4 S ự thay đổ ủ ốc độ tiêu thoát nưới c a t c khi thay dổi tỷ ệ cát/đá l
T bừ ảng kết quả 3.2 và hình 3.1, hình 3.2 cho thấy, khi tăng dần lượng hạt mịn (cát) trong cấp phối thay thế cho lượng hạt thô (đá) thì cường độ nén của BTTTN càng tăng nhưng tốc độ tiêu thoát nước giảm. Cường độ nén 28 ngày c a ủ m u ẫ không sử ụng cát mịn (mẫu C0) chỉ đạt 9,8 MPa, khi sử ụng đến 10% và d d 15% cát m n (mị ẫu C10 và C15) thì cường độ nén 28 ngày đã được cải thi n rõ rệ ệt lên 20,1 MPa và 23,2 MPa, các giá trị này đáp ứng được tiêu chí về cường độ ủ c a BTTTN. Tuy nhiên độ tiêu thấm nước c a m u C15 l i b suy gi m xu ng m c khá ủ ẫ ạ ị ả ố ứ th p là 2,5 mm/s, còn mấ ẫu C10 đã tăng lên đạt 3,8 mm/s.
Như vậy hàm lượng c t li u m n có ố ệ ị ảnh hưởng r t lấ ớn đến các thông s k ố ỹ thuật của BTTTN, sựcó mặt của cát mịn trong phối liệu đã làm cho cấu trúc của bê tông được đặc chắc hơn do chúng chèn lấp vào kho ng tr ng gi a các h t c t li u ả ố ữ ạ ố ệ thô tạo ra, làm tăng cầu nối, tăng độ liên kết của kh i bê tông, dố ẫn đến tăng cường đô cơ học nhưng suy giảm độ tiêu thấm nước. Các s li u v r ng và khố ệ ề độ ỗ ối lượng th tíể ch của các mẫu sử ụng tỷ ệ cát/đá khác nhau cũng cho thấy kết quả d l phù hợp v i s biớ ự ến đổ ề cường độ và đội v tiêu thấm nước của mẫu nghiên c u. ứ
Với tiêu chí nghiên cứu để ựa chọn được phối liệu có sự l dung hòa giữa cường độ nén và tốc độ tiêu thoát nước, phù h p v i mợ ớ ục tiêu đặt ra, đề tài s ti n ẽ ế
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4
3.3. Ảnh hưởng t ệ ốỷ l c t liệu/xi măng đến các tính chấ ủt c a BTTTN
Như phân tích ở trên, tỷ ệ ố l c t liệu/xi măng có ảnh hưởng r t l n n ấ ớ đế cường độ và độ ấ th m nước củaBTTTN. nghiên c u Để ứ ảnh hưởng của hàm lượng xi măng s dử ụng trong phối liệu đến các tính chất của BTTTN, trong nghiên cứu này, lượng nướ /xi măng được c gi ữ không đổ ở ỷ ệi t l N/X = 0,33/1, loại đá lựa chọn là đá ít góc cạnh, kích thước 5 10mm, c- ốt liệu mịn (cát) được dùng với lượng 10%, tỷ l ệ đá/xi măng thay đổ như ải b ng 3.3.
B ng 3. 3ả B ng cả ấp phố ỉ ệ Đ/Xi t l Tên M u ẫ T l ỷ ệ xi măng theo
khối lượng % T l cát theo kh i ỷ ệ ố lượng % T l ỷ ệ đá theo khối lượng % T5X15 15 10 75 T5X17 17 10 73 T5X19 19 10 71
Các ph i li u nghiên cố ệ ứu được đúc mẫu theo đúng quy trình, được bảo dưỡng và ki m tra các thông s k thu t, các s liể ố ỹ ậ ố ệu đượ ổc t ng h p trong b ng 3.4 ợ ả và được bi u th trên hình 3.3 và hình 3.4. ể ị
B ng 3. 4ả B ng ả Thông số ỹ k thuật của BTTTN khi thay đổ ỷ ệ ố ệ xi măngi t l c t li u/
Tên M u ẫ Cường độ nén (Mpa) KLTT(Kg /m³) Tốc độ tiêu thoát nước (mm/s) Độ ỗ r ng (%) 7 ngày 14 ngày 28 ngày
T5X15 10,4 15,0 18,8 1942 5,1 21,5
T5X17 11,2 15,4 20,1 1963 3,8 20
T5X19 17,6 27,1 32,6 2097 0,7 11
Hình 3. 5 S ự thay đổi cường độ nén khi thay đổi hàm lượng xi măng
Hình 3. 6S ự thay đổ ốc độ tiêu thoát nước khi thay đổi t i hàm lượng xi măng
T kừ ết quả trong bảng 3.4 và hình 3.3, hình 3.4 có thể thấy rằng khi tăng lượng xi măng (giảm t l c t liỷ ệ ố ệu/xi măng) trong hỗn h p bê tông thì m u tr lên ợ ẫ ở đặc chắc hơn, cường độ ủ c a mẫu tăng lên rõ rệt, nhưng lại làm cho tốc độ tiêu thoát nước b suy gi m. C th v i m u s dị ả ụ ể ớ ẫ ử ụng 15% xi măng (T5X15), tương ứng v i t ớ ỷ
l cệ ốt liệu/xi măng là 85/15 thì cường độ nén của mẫu sau 28 ngày chỉ đạt 18,8 MPa, nhưng khi tăng lượng xi măng lên 17% (T5X17) thì cường độ nén c a m u ủ ẫ sau 28 ngày đã tăng lên 20,1 MPa còn kh ử ụi s d ng tới 19% xi măng trong phối li u ệ
(mẫu T5X19) thì cường độ nén của mẫu sau 28 ngày đã tăng lên rõ rệt tới 32,6
0 5 10 15 20 25 30 35 T5X15 T5X17 T5X19
7 ngày 14 ngày 28 ngày
0 1 2 3 4 5 6 T5X15 T5X17 T5X19
MPa. Tuy nhiên, v i mớ ẫu X19 thì độ tiêu thấm nước (0,7mm/s) lại bị suy giảm rõ r t so vệ ới mẫu T5X17 (3,8mm/s) và T5X15 (5,1mm/s). Ngoài ra, các thông s v ố ề độ rỗng và khối lượng thể tích cũng cho thấy khi tăng lượng xi măng (giảm tỷ ệ ố l c t liệu/xi măng) trong hỗn hợp bê tông thì độ ỗ r ng suy giảm còn khối lượng thể tích của mẫu tăng lên.
Mục tiêu chính của đềtài là tìm ra một cấp phối hợp lý nhằm cải thiện đồng thời hai yếu tố cường độ nén và tốc độ tiêu thoát nước c a BTTTN nên t các k t ủ ừ ế qu ảtrong bảng 3.4 có thể ấy tỷ ệ xi măng sử ụng 17% là hợp lý hơn cả. Trườ th l d ng hợp tỷ ệ xi măng dùng 19% cho mẫ l u có cường độ cao (32,6 MPa) nhưng ốt c độ tiêu thoát nướ ạc l i chậm (0,7 mm/s), còn đối v i t l ớ ỷ ệ xi măng dùng là 15% giá trị cường độ nén thấp, không đạt yêu c u v ầ ềcường độ. Vì v y, trong n i dung nghiên ậ ộ cứu tiếp theo, đề tài sẽ ố đị c nh tỷ l ệ xi măng là 17% để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khác lên các tính ch t k thu t c a BTTTN. ấ ỹ ậ ủ
3.4. Ảnh hưởng t ệỷ l nước/xi măng đến quá trình tạo hình và các tính chấ ủt c a BTTTN
Cần kiểm soát lượng nước trong BTTTN một cách chặt chẽ ởi vì lượ b ng nước có ảnh hưởng r t l n ấ ớ đến cường độ nén và tốc độtiêu thoát nước c a bê tông. ủ Do BTTTN là lo i bê tông ít ho c không có c t liạ ặ ố ệu mịn nên khi lượng nước quá nhiều dẫn đến hồ xi măng có độ linh động cao, khó kết dính với cốt liệu dẫn đến hiên tượng phân t ng và ầ đóng rắn thành l p mớ ỏng, sít đặ dướ ề ặt đáy ủc i b m c a kh i ố bê tông, mẫu không thoát nước đượ , đồc ng thời lượng xi măng liên kết các hạt cốt li u lệ ở ớp trên ít đi cũng làm cho cường độ chung của mẫu bị suy gi m. ả Ngượ ạc l i, khi lượng nước quá ít thì kh ả năng kết dính giữa hồ xi măng và cốt liệu thô cũng bị suy gi m làm cho ả cường độ nén của mẫu không cao.
Do đó, tỷ l ệ N/X đóng một vai trò quan trọng trong chế ạ t o bê tông nói chung và BTTTN nói riêng để có thể thu được mẫu có cường độ cao và tốc độ tiêu thoát nướ đạc t yêu c u ầ .
Khảo sát ảnh hưởng của lượng nước s dử ụng cho hỗn hợp bê tông được thực hiện trên mẫ X17 như trong nghiên cứu trên, trong đó lượng nước được thay u đổi như trong bảng 3.5.
B ng 3. 5ả B ng cả ấp phối bê tông X17 v i t l ớ ỷ ệ N/X thay đổi Tên M u ẫ Tỷ l ệ
N/X
T l ỷ ệ xi măng theo khối lượng %
T l cát theo ỷ ệ khối lượng % T l ỷ ệ đá theo khối lượng % N28 0,28/1 17 10 73 N33 0,33/1 17 10 73 N42 0,42/1 17 10 73
Các nguyên liệu được cân đong theo đúng tỷ ệ ấ l c p ph i r i tiố ồ ến hành đúc mẫu theo đúng quy trình, được bảo dưỡng và kiểm tra các thông số ỹ k thuật, các số liệu được tổng h p trong b ng 3.6 ợ ả và được bi u th trên hình 3.5, hình 3.6. ể ị
B ng 3. 6ả S biự ến đổi các thông s k thu t cố ỹ ậ ủa BTTTN khi ỷ ệ t l N/X thay đổi
Tên mẫu
Cường độ nén Mpa Kh i ố lượng th tích ể (Kg/m³) Tốc độ tiêu thoát nước (mm/s) Độ ỗ r ng (%) 7 ngày 14 ngày 28 ngày
N28 7,5 9,4 12,3 1891 2,6 24
N33 11,2 15,4 20,1 1963 3,8 20
Hình 3. 7 S ự thay đổ ủa cường đội c nén khi t l N/X ỷ ệ thay đổi
Hình 3. 8 S ự thay đổi củ ốc độ tiêu thoát nướa t c khi t l ỷ ệ N/X thay đổi T bừ ảng kết quả ả b ng 3.6 và hình 3.5, hình 3.6 cho thấy khi tỷ ệ N/X tăng l dần từ 0,28/1 (mẫu N28) lên 0,33/1 (mẫu N33) tương ứng với hàm lượng nước tăng dần thì cường độ nén tăng và tốc đ tiêu thoát nước của mẫu bê tông có xu hướộ ng gi mả . Nguyên nhân là do còn qu t, nước chỉđủ ấp phụá í h trên bề mặt vật rắn, nhờ lực hút phân tử giữa các hạt xi măng và n c t o n n m ng nướ ạ ê à ước h p ph , màng ấ ụ nước này liên hết rất bền chắc hạt xi măng nhưng ch a t o ra s liên k t b n ch c ư ạ ự ế ề ắ giữa các hạt cốt liệ Tuy nhiên, khi tăng đếu. n giá tr N/X=0,42/1 (m u N44) thì ị ẫ
0 5 10 15 20 25 N28 N33 N42
7 ngày 14 ngày 28 ngày
0 1 2 3 4 5 6 T5X15 T5X17 T5X19
cường độ và tốc độ tiêu thoát nước của mẫu l i có hiạ ện tượng s t gi m. Nguyên ụ ả nhân là do lượng nước quá nhi u làm cho h ề ồ xi măng có độ linh động cao, h bám ồ dính xung quanh các h t c t li u không kạ ố ệ ịp kết dính lại và đóng rắn tạo cường độ mà bị ch y xuả ống đáy khuôn đóng rắn và b t kín b m t (hình 3.7 a) nên mị ề ặ ẫu bê tông khó thoát nước và cường độ gi m xu ng. Khi s dả ố ử ụng nước với lượng thích hợp sẽ không xảy ra hiện tượng phân tầng và trôi xi măng xuống đáy khuôn như trong hình 3.7 b.
a b
Hình 3. 9M u bê-ẫ tông bị bít b mề ặt đáy (a) và mẫu không b ị (b)
Như vậy, có th th y v i t l ể ấ ớ ỷ ệ N/X = 0,33/1 thì mẫu bê tông có cường độ nén khá cao và khả năng tiêu thoát nước đạt giá tr cao nh khi so sánh vị ất ới các mẫu khác. Do đó, ỷ ệ t l N/X = 0,33/1 được xem là t l ỷ ệ nước thích h p cho viợ ệc đúc mẫu BTTTN.
V i t l ớ ỷ ệ xi măng 17%, cát 10%, đá 73% và N/X = 0,33/1 đã cho thấy lượng xi măng và nước s d ng tử ụ ối ưu để ạo ra BTTTN có cường độ t và tốc độ tiêu thoát nước đạt m c tiêu nghiên c u. Tụ ứ rên cơ sở đó ề, đ tài ti p t c s d ng t l này ế ụ ử ụ ỷ ệ để ế ti n hành kh o sát ả ảnh hưởng c a ủ kích thước c a t ng loủ ừ ại đá <5 mm, 5-10 mm và 10-15 mm, hình dạng đá, phụ gia...đến các thông số ỹ k thuật c a BTTTNủ nhằm mục đích cải thiện cường độ ối ưu hơn nữt a.
3.5. Ảnh hưởng của kích thước đá đến các tính chấ ủt c a bê tông
Một trong những yếu tố chính quyết định đến khả năng tăng cường độ nén và khả năng tiêu thoát nước của BTTTN chính là b khung ch u lộ ị ực và các lỗ ỗ r ng đượ ạc t o nên b i các h t c t li u thô liên k t v i nhau. Vì v y, vi c kh o sát nh ở ạ ố ệ ế ớ ậ ệ ả ả hưởng của kích thước đá đến các tính ch t k thu t c a BTTTN là r t c n thi t. ấ ỹ ậ ủ ấ ầ ế
Trong nghiên cứu này, cấp phối được lựa chọn gồm 17% xi măng, 10% cát, 73% đá, tỷ ệ l N/X = 0,33/1, d ng c t li u thô là tròn v i ba lo i ksử ụ ố ệ đá ớ ạ ích thước khác nhau: từ 2,5 đến 5 mm (T3) -, 5 10 mm (T5) và 10-15 mm (T10), thành phần c p ph i ấ ố như trong ả b ng 3.7.
B ng 3. 7 B ng c p ph i ả ả ấ ố BTTTN vớ kích thước đái khác nhau Tên M u ẫ T l ỷ ệ xi măng theo
khối lượng % T l cát theo kh i ỷ ệ ố lượng % T l ỷ ệ đá theo khối lượng % T3 17 10 73 (đá 2,5-5mm) T5 17 10 73 (đá 5-10mm) T10 17 10 73 (đá 10-15mm)
Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của kích thước đá đến cường độ và tốc độ tiêu thoát nước của BTTTN được trình bày trong ng 3.8 và hình 3.8, hình 3.9. ả
B ng 3. 8 Giá tr k t qu ả ị ế ả khảo sát ảnh hưởng kích thước đá
Tên M u ẫ Cường độ nén Mpa T kh i ỷ ố (Kg/m³) Tốc độ tiêu thoát nước (mm/s) Độ ỗ r ng (%) 7 ngày 14 ngày 28 ngày T3 13,5 16 21,6 1909 3,2 23 T5 11,2 15,4 20,1 1963 3,8 20 T10 10,3 14,6 17,7 2021 2,9 18
Hình 3. 10S ự thay đổi của cường độ nén khi thay đổi kích thước đá
Hình 3. 11S ự thay đổi của tốc độ tiêu thoát nước khi thay đổi kích thước đá T kừ ết quả ủa bảng 3. và qua hình 3.8, hình 3.9 ta nhận thấy rằng, với sự c 8 thay đổi kích thước các c h t c t li u thô s dỡ ạ ố ệ ẽ ẫn đến s ự thay đổ ủi c a cường độ nén và tốc độ th m cấ ủa các mẫu bê tông. Cụ thể, với mẫu T3C10 (kích thước hạt đá