Từ trình bày tổng quan, ta thấy:
1. Bê tông hạt mịn đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhiều ở các nƣớc trên thế giới cũng nhƣ tại Việt Nam. Nhu cầu sử dụng ngày càng nhiều.
30
2. Bê tông hạt mịn thƣờng là các loại bê tông mác cao, bê tông tự chảy, tự đầm nên tính công tác của bê tông này đƣợc đặc biệt chú ý và kiểm soát. Do vậy, không thể thiếu đƣợc các phụ gia giảm nƣớc/phụ gia siêu dẻo trong thành phần các bê tông này bởi các phụ gia này tác động rất nhiều đến tính công tác của bê tông nói chung và bê tông hạt mịn nói riêng.
3. Cơ chế giảm nƣớc/siêu dẻo của các phụ gia gốc hữu cơ đã đƣợc nghiên cứu khá nhiều và khá rõ. Tuy nhiên, mức ảnh hƣởng của chúng trong từng trƣờng hợp cụ thể có thể rất khác nhau. Điều đó đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu kiểm chứng khi sử dụng phụ gia siêu dẻo/phụ gia giảm nƣớc trong từng trƣờng hợp cụ thể.
4. Có hai dòng phụ gia đã và đang đƣợc sử dụng khá phổ biến là họ Naphtalen Formaldehyte Sunfornate (NFS) và họ Polycarboxylate (PC). Hai họ phụ gia này đều là phụ gia siêu dẻo, nhƣng cơ chế tác động của chúng là khác nhau.
Xuất phát từ nhu cầu làm chủ công nghệ chế tạo bê tông hạt mịn cƣờng độ cao, tác giả nhận thấy cần xuất phát từ việc nghiên cứu khả năng tác động đến tính công tác và cƣờng độ của phụ gia siêu dẻo. Đó là lý do đề tài “Khảo sát ảnh hưởng
của một số phụ gia gốc hữu cơ đến tính công tác của bê tông” đƣợc thực hiện.
31
Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu sử dụng trong đề tài
2.1.1. Xi măng
Xi măng sử dụng trong đề tài đƣợc nghiền từ hỗn hợp gồm 96% clinker và 4% thạch cao. Clinker đƣợc nhập về từ nhà máy xi măng Bút Sơn.
Bảng 2.1 Thành phần hóa của clinker Bút Sơn
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 CaO td K2O + Na2O MKN 21,15 5,25 3,18 64,61 2,25 0,29 1,03 0,94 0,33
Bảng 2.2 Thành phần khoáng của clinker Bút Sơn
C3S C2S C3A C4AF 62,42 13,94 8,53 9,68
Bảng 2.3 Các tính chất của xi măng
Tính chất Đơn vị Giá trị Quy phạm Phƣơng pháp thí nghiệm Cƣờng độ o 3 ngày o 28 ngày MPa 25,87 45,52 ≥ 21 ≥ 40 TCVN 6016:1995
Độ dẻo tiêu chuẩn % 29 TCVN 6016:1995
Thời gian đông kết
o Bắt đầu o Kết thúc phút 149 229 ≥ 45 ≤ 375 TCVN 6017:1995 Bề mặt riêng, phƣơng pháp Blaine cm2/g 3400 ≥ 2800 TCVN 4030:2003
32 Hình 2.1: Thành phần hạt của xi măng 2.1.2. Cát Thành phần hạt của cát theo Bảng 2.4. Bảng 2.4 Thành phần hạt của cát Kích thƣớc lỗ sàng, mm Lƣợng sót riêng biệt, ai, % Lƣợng sót tích lũy, Ai, % Lƣợng sót tích lũy, Ai, % (TCVN 7570 – 2006) 2,5 17,5 17,5 Từ 0 đến 20 1,25 20,5 38,0 Từ 15 đến 45 0,63 11,0 49,0 Từ 35 đến 70 0,315 16,5 65,5 Từ 65 đến 90 0,14 28,5 94,0 Từ 90 đến 100 Lƣợng lọt sàng 0,14 6,0
33
Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt của cát
Thành phần hạt của loại cát đã sử dụng trong đề tài hoàn toàn phù hợp với TCVN 7570 – 2006. Cát đƣợc sử dụng là cát thô, mođun độ lớn: Mđl = A2,5 A1,25 A0,63 A0,315 A0,14 100 = 2,64 Khối lƣợng riêng của cát: 2,67 gam/cm3.
Khối lƣợng thể tích của cát ở trạng thái khô: 2,61 gam/cm3.
Khối lƣợng thể tích của cát ở trạng thái bão hòa nƣớc: 2,63 gam/cm3.
2.1.3. Nƣớc
Nƣớc trộn sử dụng trong đề tài là nƣớc máy đạt theo Tiêu chuẩn TCVN 4506:2012.
2.1.4. Phụ gia Polycacboxylate
Bảng 2.5 Tính chất phụ gia Polycacboxylate (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tên phụ gia OS-P
Bản chất hoá học Polycarboxylate
Hãng sản xuất Sure Chemical Co., Ltd. Shijiazhuang (Trung Quốc)
Ngoại quan Dạng bột, màu trắng
Hàm lƣợng chất rắn, % 98
Hàm lƣợng chất không tan, % 0,1
Khối lƣợng thể tích, kg/m3 -
34
2.1.5. Phụ gia Naphtalen Focmanđehyt Sunfornat
Bảng 2.6 Tính chất phụ gia Naphtalen Focmanđehyt Sunfornat
Tên phụ gia UNF-5
Bản chất hoá học Naphtalen foocmandehyt sunphonat Hãng sản xuất Muhu Concrete Admixture Ltd. (Trung Quốc)
Ngoại quan Dạng bột, màu vàng nâu
Hàm lƣợng chất rắn, % 93,0
Hàm lƣợng chất không tan, % 0,6
Hàm lƣợng SO42-,% 3,8
pH dung dịch 10% 9,0
2.2. Sơ đồ quy trình thí nghiệm
Chế tạo các mẫu bê tông (xi măng + cát + nƣớc)
Kiểm tra một số tính chất: Độ chảy, Cƣờng độ, Độ tách nƣớc
Lựa chọn mẫu bê tông gốc có độ chảy cao, không tách nƣớc
Pha thêm phụ gia siêu dẻo ở tỷ lệ từ 0,5% đến 2,5%
Kiểm tra các tính chất: Độ chảy, Cƣờng độ
Kiểm tra kiểm tra độ đặc bê tông
35
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng của phụ gia PC và NFS đến tính công tác của bê tông hạt mịn, Đề tài dử dụng phƣơng pháp phân tích tổng hợp và thực nghiệm dựa trên cơ sở phân tích các tính chất cơ lý hoác theo các tiêu chuẩn hiện hảnh của nhà nƣớc và các phƣơng pháp phi tiêu chuẩn.
2.3.1. Nghiên cứu các tính chất của vật liệu sử dụng
- Xác định độ mịn của xi măng theo TCVN 4030:2003
- Xác định độ dẻo tiêu chuẩn, thời gian đông kết của xi măng theo TCVN 6017:1995. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Xác định độ bền nén của xi măng theo TCVN 6016: 1995.
- Xác định các tính chất của cát đƣợc xác định theo TCVN 7572:2006.
2.3.2. Nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn
- Xác định độ chảy của hỗn hợp bê tông trên bàn dằn: TCVN 3121-3:2003 - Xác định độ tách nƣớc của hỗn hợp bê tông : TCVN 3109:1993.
- Xác định khối lƣợng thể tích của hỗn hợp bê tông theo TCVN 3108:1993 - Xác định theo độ bền nén Tiêu chuẩn TCVN 6016:1995 nhƣng với cấp phối
của bê tông
2.3.3. Phương pháp đo độ chảy xòe.
Để xác định lƣợng dùng phụ gia siêu dẻo hợp lý, đề tài đã đƣợc sử dụng phƣơng pháp thí nghiệm đo độ chảy loang của hỗn hợp bê tông hạt mịn. Sơ đồ thí nghiệm nhƣ hình 2.3.
Côn tiêu chuẩn dùng trong thí nghiệm cũng la côn để xác định lƣợng cần nƣớc của cát. Côn tiêu chuẩn là hình nón cụt có các kích thƣớc: d=70 mm, D=100 mm, h=60 mm.
36
Độ chảy (D) của bê tông đƣợc biểu thị bằng đƣờng kính chảy loang của hỗn hợp bê tông chứa đầy trong con dƣới tác dụng của trọng lực bản thân và độ nhớt của hỗn hợp bê tông, 1 2
2
D D
D
(cm).
Hình 2.3 Sơ đồ phương pháp xác định độ chảy của bê tông hạt mịn
Trình tự thí nghiệm xác định độ chảy loang của hỗn hợp bê tông nhƣ sau: Chuẩn bị nguyên vật liệu gồm: xi măng, cát, nƣớc, PGSD cho mẻ trộn khoảng 500ml và tiến hành trộn vữa. Hỗn hợp bê tông trộn xong đƣợc đổ vào côn đặt trên tấm kính không thấm nƣớc (côn và tấm kính đã đƣợc lau ẩm trƣớc khi đổ hỗn hợp bê tông vào). Vữa cho vào côn làm hai lớp, sau mỗi lớp dùng đùa thuỷ tinh khuấy nhẹ để các bọt khí đẩy ra ngoài, tiếp theo dùng thƣớc thép gạt phẳng bằng miệng côn rồi hai tay nhẹ nhàng nhấc côn lên theo phƣơng thẳng đứng để cho vữa trong côn loang trên mặt kính. Hỗn hợp vữa chảy có dạng hình tròn, tại mép hình tròn không có hiện tƣợng tách nƣớc. Khi hỗn hợp vữa ngừng chảy thì tiến hành đô
37
hai đƣờng kính vuông góc nhau, lấy giá trị trung bình hai kết quả này và biểu thị độ chảy của hỗn hợp vửa bằng cm.
Việc khảo sát độ chảy và xác định điểm bão hoà phụ gia siêu dẻo bằng cách xét độ chảy đảm bảo khả năng tự chảy cho hỗn hợp bê tông hạt mịn, hàm lƣợng bọt khí là ít nhất và quan sát thời điểm xuất hiện hiện tƣợng tách nƣớc trên bề mặt của hỗn hợp bề tông nhằm đảm bảo cƣờng độ của bê tông sau này.
2.4. Tính toán cấp phối bê tông
Đối với các mẫu bê tông (tức là gồm XM, cát và nƣớc), theo phƣơng pháp thể tích tuyệt đối: X C X C N 1000
Suy ra, lƣợng dùng xi măng cho 1 m3
bê tông là: X C 1000 X 1 C 1 N . X X
Lƣợng dùng cát và nƣớc cho 1 m3 bê tông là:
C N C X. N X. X X Trong đó: X, C, N: lƣợng dùng xi măng, cát, nƣớc tính cho 1 m3 BT, kg/m3 ρX, ρC: khối lƣợng riêng của xi măng, cát, kg/lít
Thông số ban đầu cố định là tỷ lệ C/X=1,6, tỷ lệ N/X thay đổi từ 0,4 đến 0,5 với bƣớc nhảy là 0,02.
38
Bảng 2.7 Cấp phối của các mẫu bê tông
Tỷ lệ N/X Tỷ lệ C/X (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lƣợng vật liệu dùng cho 1m3 bê tông Xi măng, kg Nƣớc, kg Cát, kg 0,4 1,6 756,5 302,6 1210,4 0,42 1,6 745,3 313,0 1192,4 0,44 1,6 734,3 323,1 1174,9 0,46 1,6 723,7 332,9 1157,9 0,48 1,6 713,4 342,4 1141,4 0,5 1,6 703,3 351,7 1125,3
Lƣợng phụ gia siêu dẻo dùng rất bé xem nhƣ chiếm thể tích không đáng kể có thể bỏ qua trong tính cấp phối bê tông.
39
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1.Ảnh hƣởng của tỷ lệ N/X đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông
Tỷ lệ N/X và C/X đều ảnh hƣởng đến các tính chất của bê tông và hỗn hợp bê tông. Trong nghiên cứu này, lựa chọn tỷ lệ C/X = 1,6 là cố định. Các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sẽ đƣợc khảo sát khi thay đổi tỷ lệ N/X trong khoảng từ 0,40 đến 0,50 với bƣớc nhảy là 0,02. Mục tiêu là lựa chọn đƣợc mẫu có độ chảy cao, không bị tách nƣớc, không có dấu hiệu suy giảm cƣờng độ để làm mẫu đối chứng. Sau đó từ mẫu này, sẽ nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng PC và NFS tới các tính chất của bê tông và hỗn hợp bê tông.
Khảo sát ảnh hƣởng tới độ chảy của hỗn hợp bê tông sử dụng theo TCVN 3121-3:2003: Xác định độ chảy của hỗn hợp bê tông trên bàn dằn.
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến các tính chất của bê tông
Tỷ lệ N/X Tỷ lệ, C/X Độ chảy, mm Độ tách nƣớc, % Cƣờng độ, MPa R3 R7 R28 0,40 1,6 175 0 37,40 46,13 53,40 0,42 1,6 182 0 41,73 44,67 50,93 0,44 1,6 196 0 36,00 46,87 50,13 0,46 1,6 217 1 33,33 41,53 46,73 0,48 1,6 228 1 35,00 37,73 44,67 0,50 1,6 242 4 27,33 37,20 40,60
40
Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X đến cường độ bê tông
Có thể thấy rằng, khi càng tăng tỷ lệ N/X, độ chảy cùng với độ tách nƣớc của hỗn hợp bê tông càng tăng. Với các mẫu có tỷ lệ N/X là 0,46; 0,48; 0,50 độ chảy cao, tuy nhiên độ tách nƣớc cũng khá lớn, trong khi cƣờng độ lại suy giảm đáng kể so với mẫu có tỷ lệ N/X là 0,44. Do đó ta thấy các mẫu này có dấu hiệu phân tầng tách nƣớc. Từ các kết quả trên, đã lựa chọn mẫu bê tông có tỷ lệ N/X = 0,44 làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.Ảnh hƣởng của hàm lƣợng phụ gia siêu dẻo đến độ chảy của hỗn hợp bê tông
Các phƣơng pháp thí nghiệm tính công tác của loại bê tông này có nhiều khác biệt so với bê tông thƣờng vì chúng không có cốt liệu lớn nhƣng có nhiều điểm tƣơng đồng so với các phƣơng pháp thí nghiệm xác định tính công tác của vữa hoặc của bê tông tự lèn. Vì vậy, đã xác định tính công tác của các hỗn hợp bê tông dựa vào việc xác định độ chảy xòe của côn vữa.
Mục đích luận án là sử dụng hỗn hợp bê tông hạt mịn này để sửa chữa hƣ hỏng công trình, do vậy hỗn hợp bê tông cần có độ chảy cao, dễ dàng thi công bằng phƣơng pháp bơm áp lực vào các khe nứt trong kết cấu. Độ chảy xòe đƣợc dùng để đánh giá dòng chảy tự do theo phƣơng nằm ngang dƣới tác dụng của trọng lƣợng bản thân hỗn hợp bê tông. Đây là phép thử đơn giản, thông dụng và cho phép đánh giá tốt khả năng tự điền đầy vào ván khuôn của hỗn hợp bê tông. Giá trị độ chảy xòe là đƣờng kính
41
trung bình của hai lần đo vuông góc đƣờng kính hỗn hợp bê tông. Độ chảy xòe càng cao thì khả năng tự điền đầy vào ván khuôn dƣới trọng lƣợng bản thân càng lớn.
3.2.1 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng phụ gia Polycarboxylate đến độ chảy của hỗn hợp bê tông.
Ban đầu chế tạo các mẫu bê tông chƣa có PGSD, bao gồm XM, cát và nƣớc. Sau đó kiểm tra và lựa chọn mẫu bê tông gốc có độ chảy cao, không bị phân tầng, tách lớp. Dựa vào kết quả thu đƣợc lựa chọn mẫu bê tông gốc có tỷ lệ N/X = 0,44, C/X = 1.6 Qua các tài liệu tham khảo [7][8][11][21][22] và các kết quả của việc nghiên cứu khảo sát thăm dò, sẽ tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của phụ gia PC đến độ chảy của hỗn hợp bê tông. Cố định tỷ lệ phụ gia N/X rồi lần lƣợt đƣa phụ gia PC từ 0,05% đến 0,25% để tìm độ chảy xòe theo yêu cầu của bê tông đạt từ 210mm đến 230 mm. Từ kết quả khảo sát ta vẽ đƣợc quan hệ độ chảy so với tỷ lệ phụ gia PC tại tỷ lệ N/X cố định. Kết quả khảo sát đƣợc nêu trong bảng 3.2 và đồ thị đƣợc biểu diễn tại hình 3.3.
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia PC đến độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông
Độ chảy, mm PC/X N/X 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175 0,2 0,225 0,25 0,44 104 130 155 214 236 265 296 310 315 0,42 102 110 133 170 228 257 295 305 312 0,40 102 103 126 142 216 249 295 302 310 0,37 102 103 114 128 134 218 240 300 305 0,35 101 101 103 112 122 156 227 256 302 0,33 - - 101 102 105 136 179 229 258 0,31 - - - - 102 103 134 180 220
42 90 140 190 240 290 340 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Đ ộ ch ảy x òe , m m Hàm lƣợng phụ gia, % N/XM=0,44 N/XM=0,42 N/XM=0,40 N/XM=0,37 N/XM=0,35 N/XM=0,33 N/XM=0,31
Hình 3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia PC đến độ chảy của hỗn hợp bê tông
Nhận xét:
Khi hàm lƣợng phụ gia tăng, độ chảy tăng ở mọi tỷ lệ N/X nghiên cứu, tuy nhiên mức tăng chỉ thể hiện rõ khi tỷ lệ N/X < 0,4. Với tỷ lệ N/X = 0,40÷0,44 ảnh hƣởng của phụ gia ít hơn và hầu nhƣ không khác nhau khi N/X thay đổi.
Cụ thể, khi phụ gia tăng từ 0,15% đến 0,25%, Độ chảy của mẫu có N/X=0,33 tăng hơn 140%, trong khi độ chảy của mẫu có N/X=0,44 chỉ tăng khoảng 30%.
43
Hình 3.4 [20] mô tả cơ chế phân tán kép của PC, có thể thấy khoảng cách giữa các hạt cần phân tán và lƣợng phụ gia PC tỷ lệ với khả năng phân tán. Khi tỷ lệ N/X nhỏ, nồng độ các hạt xi măng lớn, khoảng cách giữa các hạt nhỏ, khi này phụ gia PC đóng vai trò phân tán chính, do vậy tác dụng rất rõ khi thay đổi hàm lƣợng phụ gia hay khoảng cách các hạt xi măng (tƣơng ứng N/X). Khi N/X lớn, lực đẩy tính điện và hiệu ứng không gian của phụ gia không còn phát huy tác dụng lớn, do vậy hiệu quả của phụ gia giảm.
3.2.2 Ảnh hƣởng của Naphtalen Formandehyt Sunfonat đến độ chảy của hỗn hợp bê tông. hợp bê tông.
Ban đầu chế tạo các mẫu bê tông chƣa có PGSD, bao gồm XM, cát và nƣớc. Sau đó kiểm tra và lựa chọn mẫu bê tông gốc có độ chảy cao, không bị phân tầng,
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});