II. Cơ sở khoa học của việc thay thế Cát bằng Tro bay
3.2. Đặc điểm, tính chất các nguyên vật liệu sử dụng
3.2.1. Xi măng
Xi măng sử dụng trong đề tài là xi măng PC40 Xuân Thành. Xi măng là vật liệu đóng vai trò chất kết dính trong hỗn hợp bê tông cùng với phụ gia khoáng hoạt tính.
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm xi măng STT Đặc tính Phương pháp thử Đơn vị Quy định theo tiêu chuẩn Kết quả 1 Độ nghiền mịn TCVN 4030:2003 % ≤ 15 2.6 2 Tỷ diện tích Phương pháp Blaine cm 2 /g ≥ 2700 3458
3 Lượng nước tiêu
chuẩn TCVN 4031:1985 % 29
4 Độ ổn định thể tích TCVN 6017:1995 Mm ≤ 10 1.5
5
Thời gian đông kết
TCVN 6017:1995 - Bắt đầu Phút ≥ 45 120 - Kết thúc Phút ≤ 375 165 6 Giới hạn bền nén TCVN 6016:1995 N/mm2 - Sau 3 ngày ≥ 21 26.56 - Sau 28 ngày ≥ 40 42.12
7 Khối lượng riêng TCVN 4030:2003 g/cm3 3.12
8 Khối lượng thể tích TCVN 4030:2003 kg/m3 1030
Nhận xét:
Tính chất kỹ thuật của xi măng đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN làm chất kết dính để chế tạo vữa trong bê tông khí.
3.2.2. Vôi
Vôi sử dụng cho đề tài được lấy tại nhà máy Viglacera - Yên Phong Bắc Ninh. ết quả thí nghiệm tốc độ và nhiệt thủy hóa của vôi như sau:
Bảng 3.2: Quan hệ giữa tốc độ tôi vôi và nhiệt độ tôi vôi
Thời gian
(phút) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Nhiệt độ
(OC) 25 35 42 50 55 60 65 68 72 76 78 79 80 81
Bảng 3.3: Tính chất kỹ thuật của vôi
STT Thông số Tiêu chuẩn Thực tế Kết quả
1 Màu sắc Trắng Trắng Đạt
2 Lượng CaO hoạt tính >85% 87 Đạt
3 Tốc độ tôi, phút 5 – 8 phút 5,5 Đạt
4 Nhiệt độ tôi, 0
C 65 – 80 0C 79 Đạt
5 Độ mịn, % trên sàng 0,0075 8
6 Khối lượng riêng, g/cm3
2,78 7 Khối lượng thể tích, kg/m3
700
3.2.3. Cát
Cát nghiền mà đề tài sử dụng nghiên cứu được lấy từ Công ty CP Bê tông khí Viglacera – Yên Phong – Bắc Ninh ở dạng hồ có thành phần hóa như sau:
Bảng 3.4: Thành phần hóa của cát
SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O TiO2 MKN
3.2.4. Tro bay
Đề tài sử dụng tro bay nhiệt điện Phả Lại.Tro bay SCL – FLY ASH được cung cấp bởi công ty Cổ phần Sông Đà Cao Cường, là tro bay loại F, có độ ẩm ≤ 3%, độ mịn 3000 – 4000 cm2
/g.
Kết quả thí nghiệm các tính chất của tro bay như sau:
Bảng 3.5: Thành phần hóa của tro bay Phả Lại
Thành phần SiO 2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 MKN Yêu cầu (%) ≥ 45 10÷30 < 10 < 5 < 2 < 2 < 2 < 3 < 5 Thực tế (%) 58,4 25,1 7,2 0,7 1,2 0,4 4,4 0,05 6,1 3.2.5. Thạch cao
Thạch cao sử dụng cho đề tài được lấy tại nhà máy Viglacera - Yên Phong – Bắc Ninh (thạch cao Việt - Lào).
Thạch cao có các đặc tính và thông số như bảng 3.6:
Bảng 3.6: Kết quả thông số của thạch cao.
STT Thông số Tiêu chuẩn Thực tế
1 CaSO4 >70% 92% 2 SO3 >40% 46% 3 MgO <2% 1,6% 4 Ion Cl- <0,05% 0,02% 5 Độ ẩm <5% 3,8% 5 Sót sàng No009 <10 - 15% 8%
3.2.6. Nước
− Độ pH từ 5-7.
− Hàm lượng Na2O và K2O < 0,5%.
3.2.7. Bột nhôm
Đề tài sử dụng bột nhôm của Nhật lấy tại Công ty Cổ phần bê tông khí Viglacera có các thông số kĩ thuật như sau:
Bảng 3.7: Các thông số kĩ thuật của bột nhôm
Thành phần Yêu cầu Thực tế
Hàm lượng Al hoạt tính ≥ 90%. 95%
Sót sàng No008 < 3% 1,4%
Tốc độ phản ứng ≤ 30 phút 21 phút
3.3. Thiết kế thành phần cấp phối bê tông khí chưng áp
Mục đích của việc thiết kế cấp phối bê tông khí là phải chọn được tỷ lệ phối hợp các vật liệu thành phần để chế tạo được bê tông có khối lượng thể tích và cường độ đã định.
Trên cơ sở tham khảo các phương pháp thiết kế cấp phối và cấp phối bê tông khí được sử dụng phổ biến cùng với việc tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Nước/Rắn (N/R) đến độ chảy của vữa bê tông khí, từ đó xác định được cấp phối hợp lý theo các mác bê tông khí cần thiết kế.
3.3.1. Phương pháp thiết kế cấp phối
3.3.1.1. Tính toán lượng dùng vật liệu cho 1m3
a. Xác định tỷ lệ cấu tử C = SiO2/CKD (tính theo khối lượng) của hỗn hợp bê tông
Bảng 3.8: Xác định tỷ lệ C = SiO2/CKD của hỗn hợp bê tông
Chất kết dính
Tỷ lệ C Bê tông gia công nhiệt
avtoclav
Bê tông không gia công nhiệt
Xi măng và XM-Vôi 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2 0,75; 1; 1,25
Vôi 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6 -
Vôi – Belit 1; 1,25; 1,5; 2 -
Vôi - xỉ 0,6; 0,8; 1 0,6; 0,8; 1
Tro kiềm cao 0,75; 1; 1,25 -
Xỉ kiềm 0,1; 0,15; 2 -
b. Xác định lượng nước với tổng lượng dùng vật liệu khô
Tỷ lệ N/R được xác định sao cho hỗn hợp vữa có độ chảy thích hợp được thể hiện qua độ chảy của vữa xác định bằng nhớt kế suttard. Nhớt kế Suttard gồm một ống trụ thép mạ niken cao 100mm đường kính 5mm. Hỗn hợp cần tạo rỗng được đổ đầy ống trụ, sau đó nhấc lên. Vữa sẽ chảy thành hình bánh đa có đường kính trung bình phụ thuộc vào độ chảy của vữa. Dùng thước đo hai đường kính vuông góc với nhau lấy giá trị trung bình dtb = 1 2
2
d +d
gọi là độ chảy của vữa. Có thể chọn theo bảng 3.9:
Bảng 3.9: Độ chảy của hỗn hợp vữa
c. Xác định lượng dùng chất tạo rỗng PCTR:
- Tính độ rỗng hay thể tích rỗng trong đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông khí theo công thức:
Trong đó: Là KLTT ở trạng thái khô (tấn/m3 )
kc: Hệ số kể đến lượng nước liên kết hóa học với tổng thành phần rắn ở trạng thái khô, sơ bộ lấy kc=1,1.
ω: là thể tích riêng phần của hỗn hợp thành phần rắn hay thể tích tuyệt đối của 1 kg hỗn hợp rắn (l/kg). Có thể chọn sơ bộ giá trị ω theo bảng 3.10:
Khối lượng thể
tích của bê
tông khí,
kg/m3
Độ chảy của vữa trên nhớt kế suttard, cm Bê tông bọt
với các loại CKD
Bê tông khí với các loại CKD
Vôi silic Xm hoặc Xm- vôi Vôi xỉ
300 33 - 38 - 500 30 23 30 24 600 26 21 26 22 700 24 19 22 20 800 22 17 18 18 900 20 15 15 15 1000 18 14 14 14 1200 14 12 12 12
Bảng 3.10: Giá trị ω ứng với các loại chất kết dính
Loại thành phần silic
Giá trị ω ứng với các loại chất kết dính, 𝑙/𝑘𝑔
Xi măng pooclang Vôi Hỗn hợp vôi xi măng Hỗn hợp vôi tro xỉ Cát thạch anh 𝜌𝜌 = 2,65 𝑔/𝑐𝑚3 Tro xỉ 𝜌𝜌 = 2,36 𝑔/𝑐𝑚3 Tro xỉ nhẹ 𝜌𝜌 = 2,00 𝑔/𝑐𝑚3 0,34 0,38 0,44 0,38 0,40 0,48 0,36 0,40 0,48 0,32 0,36 0,42
Hoặc có thể tính ω theo công thức sau :
Trong đó :
𝜌𝜌x : Khối lượng riêng của xi măng
𝜌𝜌tr.b : Khối lượng riêng của tro bay
𝜌𝜌v : Khối lượng riêng của vôi bột.
𝜌𝜌c: Khối lượng riêng của cát
𝜌𝜌tc: Khối lượng riêng của thạch cao mx : Lượng dùng xi măng
mv: Lượng dùng vôi bột mtb : Lượng dùng tro bay mc : Lượng dùng cát
- Lượng dùng chất tạo rỗng cho 1m bê tông khí :
𝑃𝐶𝑇𝑅 = 𝑟𝑏𝛼. 1000.𝐾
𝑡𝑟
Trong đó: α: Hệ số kể đến khả năng tạo rỗng, sơ bộ lấy α = 0,85 Ktr = 1100 l/kg: thể tích khí sinh ra từ 1kg chất tạo rỗng (bột nhôm)
d. Xác định lượng dùng các vật liệu thành phần ở trạng thái khô cho 1m3
bê tông tổ khí.
- Tổng lượng dùng các vật liệu thành phần :
Trong đó: KLTT trạng thái khô của bê tông, kg/m3
kc: Hệ số kể đến lượng nước liên kết hóa học với tổng thành phần rắn ở trạng thái khô, sơ bộ lấy kc = 1,1.
- Lượng dùng chất kết dính :
Nếu dùng chất kết dính hỗn hợp gồm hai loại CKD khác nhau theo tỷ lệ n. Chẳng hạn dùng chất kết dính hỗn hợp xi măng – vôi với Pxm/Pv = n, thì tính lượng dùng các thành phần của chất kết dính vôi, xi măng như sau :
- Xác định thành phần silic :
Psilic = PCKD.C
e. Xác định lượng dùng nước
3.3.1.2. Tính toán cho một mẻ trộn Vmt, lít
+ Chất kết dính:
+ Thành phần silic:
+ Nước:
+ Chất tạo rỗng:
3.3.2. Tính toán cấp phối bê tông khí khối lượng thể tích thiết kế 600 kg/m3
1. Xác định tỷ lệ C = SiO2/CKD
Bê tông khí chưng áp thiết kế mác 600, với chất kết dính là Vôi – Xi măng – Thạch cao, chọn tỷ lệ C=SiO2/CKD là C= 1,75 (Số liệu tham khảo trong bảng 3.8) để tính toán cấp phối.
2. Xác định lượng dùng vật liệu ở trạng thái khô
- Xác định lượng dùng vật liệu thành phần cho 1m3
bê tông khí :
+ Tổng lượng dùng thành phần rắn :
+ Lượng dùng chất kết dính:
Mà lượng dùng (vôi + thạch cao) bằng lượng dùng xi măng (tham khảo tại một số nhà máy bê tông khí chưng áp). Chọn tỷ lệ n = xm/vôi
Lượng dung thạch cao là:
𝑃𝑡.𝑐 = 𝑃𝑣ô𝑖. 0,1 = 90,16.0,1 = 9,02 𝑘𝑔
Lượng dùng xi măng là:
𝑃𝑥𝑚 = 𝑃𝑣ô𝑖. 1,1 = 1,1.90,16 = 99,18 𝑘𝑔
+ Lượng dùng thành phần silic (cát + tro bay):
PSilic = PCKD.C= 198,35.1,75 = 347,1 kg
Do ta dùng hồ cát nghiền ở nhà máy Viglacera nên cần phải chuyển đổi lượng dùng cát khô sang lượng dùng hồ cát. Tỷ trọng hồ cát (nước + cát nghiền) là 1,56kg/l, phần cát khô chiếm 58%. Ta khảo sát lượng tro bay thay thế cát ở các mức 0%, 20%, 40%, 60%, 80% và 100%. Như vậy ta có lượng dùng vật liệu silic ở các mức thay thế tro bay như sau (lượng dùng cho mẻ trộn 1000 lít), bảng 3.11:
Bảng 3.11: Lượng dùng vật liệu cung cấp Silic theo tỷ lệ tro bay
thay thế cát đối với M600
Tỷ lệ Tro bay thay thế cát, % Lượng dùng tro bay, kg Lượng dùng cát khô, kg Lượng dùng hồ cát, kg 0 0 347,1 347,1.100/58 = 598,45 20 69,42 277,68 478,76 40 138,84 208,26 359,07 60 208,26 138,84 239,38 80 277,68 69,42 119,69 100 347,1 0 0
3. Xác định tỷ lệ N/R
Tỷ lệ nước với tổng lượng dùng vật liệu ở trạng thái khô (tỷ lệ N/R) được xác định bằng thí nghiệm trên cơ sở khống chế độ chảy của vữa đạt giá trị 26 cm, mà hỗn hợp vữa không bị phân tầng tách nước. Kết quả thử độ chảy như sau:
Bảng 3.12: Kết quả thử độ chảy đối với bê tông khí chưng áp M600
Tỷ lệ tro bay thay
thế, % 0 20 40 60 80 100
N/R 0,67 0,64 0,60 0,57 0,55 0,53
Độ xòe, cm 25,25 26,40 25,50 26,50 25,75 26,50
4. Xác định lượng dùng nước
Bảng 3.13: Lượng dùng nước cho mẻ trộn 1000 lít cho các cấp phối với tỷ lệ
tro bay thay thế tương ứng đối với M600
Tỷ lệ tro bay thay
thế, % 0 20 40 60 80 100 N/R 0,67 0,64 0,60 0,57 0,55 0,53 Nước tính toán (*), lít 365,45 349,09 327,27 310,91 300 289,09 Nước trong hồ cát, lít 251,35 201,08 150,81 100,54 50,27 0 Nước cần bổ sung, lít 114,1 148,01 176,46 210,37 249,73 289,09
Trong đó: αhệ số kể đến khả năng tạo rỗng, sơ bộ chọn α = 0,85 Ktr = 1100 (l/kg): thể tích khí sinh ra từ 1kg chất tạo rỗng (bột nhôm) rb : là độ rỗng cần thiết, xác định theo công thức
Trong đó: là KLTT ở trạng thái khô (tấn/m3 )
kc: hệ số kể đến lượng nước liên kết hóa học với tổng thành phần rắn ở trạng thái khô, sơ bộ chọn kc = 1,1.
ω: là thể tích riêng phần của hỗn hợp thành phần rắn hay thểtích tuyệt đối của 1 kg hỗn hợp rắn (l/kg).
Bảng 3.14: Lượng dùng chất tạo rỗng cho cấp phối trộn 1000 lít M600
Tỷ lệ tro bay thay thế, % 0 20 40 60 80 100
ω, l/kg 0,37 0,38 0,39 0,40 0,40 0,41 Độ rỗng, % 43,50 44,60 46,30 47,40 47,90 48,50 Lượng dùng nhôm, kg 0,465 0,477 0,495 0,507 0,512 0,519 Bảng 3.15: Cấp phối mẻ trộn 1000 lít M600 chưng áp Tỷ lệ tro bay, % Xi măng, kg Vôi, kg Thạch cao, kg Tro bay, kg Hồ cát, kg Nước bổ sung, kg Bột nhôm, kg 0 99,18 90,16 9,02 0 598,45 114,1 0,465 20 99,18 90,16 9,02 69,42 478,76 148,01 0,477 40 99,18 90,16 9,02 138,84 359,07 176,46 0,495
60 99,18 90,16 9,02 208,26 239,38 210,37 0,507 80 99,18 90,16 9,02 277,68 119,69 249,73 0,512
100 99,18 90,16 9,02 347,1 0 289,09 0,519
3.3.3. Tính toán cấp phối bê tông khí khối lượng thể tích thiết kế 700 kg/m3
1. Xác định tỷ lệ C = SiO2 /CKD
Bê tông khí chưng áp thiết kế mác 700, với chất kết dính là Vôi – Xi măng – Thạch cao, chọn tỷ lệ C = SiO2/CKD là C = 1,75 (Số liệu tham khảo trong bảng 3.8) để tính toán cấp phối.
2. Xác định lượng dùng vật liệu ở trạng thái khô
- Xác định lượng dùng vật liệu thành phần cho bê tông khí :
+ Tổng lượng dùng thành phần rắn :
+ Lượng dùng chất kết dính :
Mà lượng dùng (vôi + thạch cao) bằng lượng dùng xi măng (tham khảo tại một số nhà máy bê tông khí chưng áp). Chọn tỷ lệ n = xm/vôi
Lượng dùng thạch cao bằng 10% lượng dùng vôi Lượng dùng vôi là:
Lượng dùng thạch cao là:
𝑃𝑥𝑚 = 𝑃𝑣ô𝑖. 1,1 = 1,1.105,18 = 115,7 𝑘𝑔
+ Lượng dùng thành phần Silic (cát + tro bay):
PSilic = PCKD.C = 231,4.1,75 = 404,96 kg
Do ta dùng hồ cát nghiền ở nhà máy Viglacera nên cần phải chuyển đổi lượng dùng cát khô sang lượng dùng hồ cát. Tỷ trọng hồ cát (nước + cát nghiền) là 1,56kg/l, phần cát khô chiếm 58%. Ta khảo sát lượng tro bay thay thế cát ở các mức 0%, 20%, 40%, 60%, 80% và 100%. Như vậy ta có lượng dùng vật liệu silic ở các mức thay thế tro bay như sau (lượng dùng cho mẻ trộn 1000 lít), bảng 3.16:
Bảng 3.16: Lượng dùng vật liệu cung cấp Silic theo tỷ lệ tro bay
thay thế cát đối với M700
Tỷ lệ Tro bay thay thế cát, % Lượng dùng tro bay, kg Lượng dùng cát khô, kg Lượng dùng hồ cát, kg 0 0 404,96 404,96.100/58 = 698,21 20 80,99 323,97 558,57 40 161,98 242,98 418,93 60 242,98 161,98 279,28 80 323,97 80,99 139,64 100 404,96 0 0 3. Xác định tỷ lệ N/R
Tỷ lệ nước với tổng lượng dùng vật liệu ở trạng thái khô (tỷ lệ N/R) được xác định bằng thí nghiệm trên cơ sở khống chế độ chảy của vữa đạt giá trị 22 cm, mà hỗn hợp vữa không bị phân tầng tách nước. Kết quả thử độ chảy như sau:
Bảng 3.17: Kết quả thử độ chảy đối với bê tông khí chưng áp M700
Tỷ lệ tro bay thay thế, % 0 20 40 60 80 100
N/R 0,67 0,64 0,60 0,57 0,55 0,53
Độ xòe, cm 21,25 22,4 21,5 22 21,75 22,50
4. Xác định lượng dùng nước
Bảng 3.18: Lượng dùng nước cho mẻ trộn 1000 lít cho các cấp phối với tỷ lệ
tro bay thay thế tương ứng đối với M700
Tỷ lệ tro bay thay thế, % 0 20 40 60 80 100
N/R 0,62 0,59 0,57 0,54 0,51 0,48
Nước tính toán (**), lít 394,54 375,45 362,73 343,63 324,54 305,45 Nước trong hồ cát, lít 293,25 234,6 175,95 117,3 58,65 0 Nước cần bổ sung, lít 101,29 140,85 186,78 226,33 265,89 305,45
5. Xác định lượng dùng chất tạo rỗng theo công thức
Trong đó: αhệ số kể đến khả năng tạo rỗng, sơ bộ chọn α = 0,85 Ktr = 1100(l/kg): thể tích khí sinh ra từ 1kg chất tạo rỗng (bột nhôm) rb: là độ rỗng cần thiết, xác định theo công thức
Trong đó: là KLTT ở trạng thái khô (tấn/m3 )
ω: là thể tích riêng phần của hỗn hợp thành phần rắn hay thể tích tuyệt đối của 1 kg hỗn hợp rắn (l/kg)
Bảng 3.19: Lượng dùng chất tạo rỗng cho cấp phối trộn 1000 lít M700
Tỷ lệ tro bay thay thế, % 0 20 40 60 80 100
ω, l/kg 0,37 0,38 0,39 0,40 0,40 0,41 Độ rỗng, % 37,30 38,60 39,20 40,50 41,80 43,10 Lượng dùng nhôm, kg 0,399 0,413 0,419 0,433 0,447 0,461 Bảng 3.20: Cấp phối mẻ trộn 1000 lít M700 chưng áp Tỷ lệ tro bay, %