bảng 2.6 Bảng 2.6: Cấp phối của cốt liệu cát Quartz (% lọt sàng) T(m) CátS125 Cát S250 Cát S4000 63 0 0 0 80 13 0 0 100 56 0 0 125 100 2 2 160 100 19 16 200 100 53 43 250 100 100 80 315 100 100 96 400 100 100 100
Cát Quartznêu trên có tỉ trọng khối là 2.680 kg/m3.
Nghiên cứu sinh đã khai thác chế tạo cát Quartz và thành phần hạt của
cát Quarzt từ mỏ Quartz Thanh Sơn-Phú Thọ, như trong bảng 2.7 và hình 2.5
Bảng 2.7: Thành phần cấp phối hạt của cát Quarzt Cỡ sàng Cỡ sàng (mm) Lượng lọt trên sàng i, A% 0,63 100 0,315 67,1 0,14 41,6 0,075 13,9
2.2.5. Bộ
Hàm lư
siêu cao trên th kính trung bình t nhỏ. Các muội silic l tụcvà làm cho đ silic bình th tăng lên d
thuỷ hoá, các hạt xi măng không th
cốt liệu, c
vậy nếu chúng ta thay thế bằng bột thạch anh tr
bớt được h cốt liệu tốt Khái Tài liệu28 thể sử dụng bột đá vôi, bột Q trên thế gi dụng bột Q Có th của ASTM) Bột Q theo thể tích Hình 2. ột
Hàm lượng xi măng trong các nghi
trên thế giới khoảng từ 900 đ
kính trung bình từ 3μm đến 4μm đã
hạt của nó lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt xi măng v ội silic làm cho đường biểu diễn th
làm cho độ đặc của hỗn hợp đ
silic bình thường là 0,64, thì sau khi
tăng lên dến 0,716 33. Do tỷ lệ N/X th
ỷ hoá, các hạt xi măng không thu các hạt xi măng có độ cứng thấp
ậy nếu chúng ta thay thế bằng bột thạch anh tr ợc hàm lượng xi măng trong b
ốthơn nhiều so với bột xi măng
Khái niệm về bột là bao gồm xi măng cộng với bột mịn v
28 của trường đại học Kassel Đức đ ể sử dụng bột đá vôi, bột Quartz ho
giới cho thấy rằng bột đá vôi ụng bột Quartz.
Có thể sử dụng 2 loại bột Q ủa ASTM)
ột Quartz Q1 có đường kính trung b ể tích, tỷ diện tích 18.000 cm
.5: Cát Quartz
ợng xi măng trong các nghiên cứu đầu tiên về bê tông cư 00 đến 1.200kg/m3. Bột thạch an
ã được sử dụng để lấp đầy các lỗ rỗng cực ạt của nó lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt xi măng v
ờng biểu diễn thành phần hạt của cốt liệu trở n ộ đặc của hỗn hợp được tăng lên. Nếu như đ
thì sau khi sử dụng thêm bột thạch anh
N/X thấp, nên chỉ có một phần
uỷ hoá nằm trong hỗn hợp v ạt xi măng có độ cứng thấp nên không tốt cho va
ậy nếu chúng ta thay thế bằng bột thạch anh trơ, cứng, thì chúng ta s
ợng xi măng trong bê tông và phần bột này sẽ đóng vai tr ột xi măngchưa được thủy hóa.
ồm xi măng cộng với bột mịn v ờng đại học Kassel Đức đã tổng kết và cho th
uartz hoặc bột tro bay; tuy nhiên các nghiên c
ới cho thấy rằng bột đá vôi ít có hiệu quả nhất, mà ch
ể sử dụng 2 loại bột Quartz là Q1 hoặc Q2 (theo cách phân tích
ờng kính trung bình 2,92 μm và có đ
000 cm2/g .
bê tông cường độ ột thạch anh với đường ấp đầy các lỗ rỗng cực ạt của nó lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt xi măng và cùng với ủa cốt liệu trở nên liên
ư độ đặc của muội ột thạch anh, độ đặc có thể ỉ có một phần xi măng được ỷ hoá nằm trong hỗn hợp và có vai trò như ốt cho vai trò cốt liệu.Vì thì chúng ta sẽ giảm ẽ đóng vai trò của
ồm xi măng cộng với bột mịn và muội silic. cho thấy rằng có tuy nhiên các nghiên cứu
mà chủ yếu là sử
(theo cách phân tích
Bột Q theo thể tích Thông thư trung bình t măng; tương Trong lu nhỏ từ đá Q - Thành ph thử nghiệm tại Ph STT Tên ch 1 2 3 4 5 6 7 8 Các thí nghi cho thấy sau khi s
khoảng 27,9
Thành ph công nghi
ột Quartz Q2 có đường kính trung b ể tích, tỷ diện tích 3.590 cm2/g
hông thường hiện nay trên th trung bình từ 5 – 30μm với liều l
tương ứng với nó thì giảm lư
Trong luận án, Nghiên cứu sinh ỏ từ đá Quartz Thanh Sơn-Phú Th
Thành phần hóa học của loại
ử nghiệm tại Phòng Vilas 003- viện Vật liệu xây dựng)
Bảng 2.8: Thành ph Tên chỉ tiêu khoáng hóa
SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O
Các thí nghiệm ở Viện Khoa học Kỹ thuật X ấy sau khi sàng phân tích thì
ảng 27,9 μm, hình 2.6.
Hình 2.
Thành phần hạt của bột được thí nghiệm tại “V
công nghiệp” như trong bảng 2.9sau:
ờng kính trung bình 42 μm và có đ
/g
trên thế giới sử dụng bột Quartz
ới liều lượng sử dụng từ 0-30 %
ượng xi măng trong bê tông
ứu sinh đã sử dụng bột Quartz đư
Phú Thọ với đường kính khoảng 27,9 ần hóa học của loại bột đá này như trong bảng 2.
ện Vật liệu xây dựng) : Thành phần hóa học của bột Quartz Kết quả Đơn vị Phương pháp th 98,55 % TCVN6927 0,10 % TCVN6927 0,32 % TCVN6927 0,05 % TCVN6927 0,02 % TCVN6927 0,00 % TCVN6927 0,09 % TCVN6927 0,03 % TCVN6927
ệm ở Viện Khoa học Kỹ thuật Xây dựng ng
àng phân tích thì đường kính trung bình c
.6: Bột Quartz ợc thí nghiệm tại “Viện sành s sau: à có độ đặc là 48.6% z có đường kính 30 % khối lượng xi
trong bê tông từ 30 – 0 % .
artz được nghiền ờng kính khoảng 27,9m. ảng 2.8 (kết quả t Quartz Phương pháp thử TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 TCVN6927-2001 ựng ngày 2-3-2011 ình của bột Quartz ành sứ thủy tinh
Bảng 2.9: Lượng lọt sàng (%) của bột Quartz nghiền
d ( μm) 95 63 46 28 11 1 L 2 (%) 100 84 50 33 16 5
Kết quả nghiên cứu phù hợp với yêu cầu về bột Quartztheo các hướng
dẫn của Châu Âu và được dùng trong thành phần bê tông nghiên cứu
2.2.6. Sợi thép
Theo báo cáo tổng quan về thành phần bê tông cường độ siêu cao ở
Châu Âu 29,[36] cho thấy rằng sợi thép sẽ làm tăng độ dai chobê tông cường độ siêu cao, hấp thụ năng lượng do tải trọng và tăng cường khả năng chịu lực
sau khi xuất hiện vết nứt đầu tiên. Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy độ dai
của bê tông cường độ siêu cao phụ thuộc vào cường độ chịu kéo của sợi thép.
Với bê tông thông thường, thường dùng các sợi thép có giới hạn chảy
<800MPa. Bê tông cốt sợi cường độ cao thì dùng các sợi thép có giới hạn chảy
khoảng 1.000MPa. Với bê tông cường độ siêu caotrên thế giới thường sử dụng
cốt sợi thép có giới hạn chảy từ 2.000 – 2.600MPa. Các thử nghiệm bê tông
cường độ siêu cao ở Đức, Hàn Quốc, Pháp sử dụng các sợi thép có đường kính 0,25 mm và chiều dài 13 -:-17 mm., giới hạn chảy là 2.500 Mpa.
Theo tài liệu [27] các nghiên cứu ở Thổ Nhĩ Kỳ thì đề nghị sử dụng sợi thép L = 6mm và D = 0,15 mm, khối lượng riêng là 7,85g/cm3, giới hạn chảy là 2.250 MPa. Theotài liệu [28] thì sử dụng sợi thép đường kính là 0,2 mm và chiều dài là 13 mm, giới hạn chảy là 2.500 MPa. Theo tài liệu [30] các nghiên cứu ở Thuỵ Sỹ thì đề nghị sử dụng sợi thép L = 25 mm và đường kính là D = 0,16 mm. Theo tài liệu [49] của Ủy ban đường cao tốc Hoa Kỳ năm 2006 sợi
thép được sử dụng do công ty Bekaert có đường kính là 0,2 mm, dài 12,7 mm và có giới hạn chảy là 2.600 MPa.
Đã có nhiều nghiên cứu ở Châu Âu, Châu Á và ở Mỹ 36, 43, 49
sử dụng sợi thép trong bê tôngcường độ siêu cao là các sợi thép cường độ cao,
chiều dài l=13mm, đường kính D=0,2mm, với hàm lượng từ 1,0 đến 3,0%. Tuy nhiên hiệu quả nhất từ các kết quả thí nghiệm trên thế giới đã chỉ ra rằng
sử dụng với h độ dai của b trộn bê tông. Do đó BeKeart Dramix kí hi
mm,giới hạn chảy l trường Đại Học Giao Thô
chế tạo phù h trong nghiên c thép sử dụng nh Như v caođể thí nghi Quartz đư
Thọ,muội Silic v được nhập từ Th
cho thấy rằng chúng ta có đủ nguồn
các tiêu chu 2.3. Chế tạo b 2.3.1. Mở Bê tông cư cường độ chịu nén độ có thể tăng l
ử dụng với hàm lượng 2% thì sẽ phát huy năng lực của ủa bê tông trong quá trình ch
ê tông.
Do đó trong luận án này, Nghiên c
Đức có nhà máy đặt tại Th
Dramix kí hiệu là OL13-20 có đư ới hạn chảy là 2.000 MPa thu
ờng Đại Học Giao Thông Vận Tải v
phù hợp với tiêu chuẩn ISO 9001,
trong nghiên cứu bê tông cường độ si ử dụng như trong hình 2.7
Hình 2
Như vậy các vật liệu chính đ
thí nghiệm sau này là Xi măng PC 40 Bút Sơn. C Quartz được chế tạo từ đá Quartz khai t
ội Silic và phụ gia siêu dẻo của h
ợc nhập từ Thượng Hải Trung Quốc. Đánh giá về nguồn cung cấp vật liệu ấy rằng chúng ta có đủ nguồn
các tiêu chuẩn quốc tế để chế tạo bê tông
ế tạo bê tông cường độ si
ởđầu
ê tông cường độ siêu cao
ộ chịu nén từ 110 đến 150 MP ể tăng lên từ 140 đến >200 MP
ẽ phát huy năng lực của các sợi thép, đạt đ
ình chịu lực và thuận tiện cho cô
ày, Nghiên cứu sinh sử dụng sợi thép của h ặt tại Thượng Hải Trung Quốc, Sợi thép loại 20 có đường kính D = 0,2 mm chiều d
thuộc loại chất lượng cao ận Tải vào tháng 3 năm 2011 ẩn ISO 9001, hàm lượng sợi thép ờng độ siêu caolà 2% theo thể tích
Hình 2.7: Sợi thép
ật liệu chính được sử dụng trong bê tông cư Xi măng PC 40 Bút Sơn. Cát Quar
ợc chế tạo từ đá Quartz khai thác từ mỏ đá Thanh S
ẻo của hãng Sika Việt Nam, sợi thép Dramix ợng Hải Trung Quốc. Đánh giá về nguồn cung cấp vật liệu ấy rằng chúng ta có đủ nguồn vật liệu có sẵn ở Việt Nam ph
ê tông cường độ siêu cao.
ờng độ siêu cao theo lý thuyết tối
cao được dưỡng hộ ở điều kiện b ừ 110 đến 150 MPa, nếu được dưỡng hộ nhi
200 MPa.
ợi thép, đạt được ận tiện cho công tác nhào
ụng sợi thép của hãng
ợng Hải Trung Quốc, Sợi thép loại ờng kính D = 0,2 mm chiều dài L = 13
ợng caođược nhập vào
ào tháng 3 năm 2011. Sợi thép được ợng sợi thép được sử dụng ể tích bê tông, sợi
bê tông cường độ siêu át Quartz và bột ừ mỏ đá Thanh Sơn –Phú
ệt Nam, sợi thép Dramix ợng Hải Trung Quốc. Đánh giá về nguồn cung cấp vật liệu ật liệu có sẵn ở Việt Nam phù hợp với
ết tối ưu về độ đặc
ỡng hộ ở điều kiện bình thường ỡng hộ nhiệt thì cường
Nguyên tắc cơ bản để cải thiện các tính chất của bê tông là tăng độ đặc
của vữa xi măng và cải tiến vùng tiếp giáp giữa đá xi măng và hạt cốt liệu.
Với bê tông cườngđộ siêu cao tỷ lệ N/X từ 0,2 đến 0,25.Chất kết dính bao gồm xi măng, muội silic và được thay thế một phần bằng các bột Quartz có
đường kính trung bình là 10 μm - 30μm. Cốt liệu lớn thường được dùng là cátQuartz có cỡ hạt lớn nhất từ 0,5 đến 1mm. Thiết kế hỗn hợp bê tông cường độ siêu cao thường được sử dụng phương pháp lý thuyết đi đôi với thực
nghiệm. Lý thuyết tối ưu độ đặc được sử dụng phổ biến ở Pháp25, 26 và Mỹ 45, 49.Ở Đức 32 và Anh 28 sử dụng phổ biến lý thuyết về đường
cong cấp phối tối ưu.
Trong luận án, lý thuyết tối ưu hóa độ đặc của hỗn hợp vật liệu được sử
dụng nghiên cứu chính, lý thuyết về đường cong cấp phối tối ưu sẽ được xem xét đối chiếu, so sánh kiểm travới hỗn hợp vật liệu bê tông tính toán được
2.3.2. Tối ưu hóa cường độ siêu cao bằng việc sử dụng mô hình độđặc
Gần đây khái niệm độ đặc cao được xem là một giải pháp để đạt được vật liệu tính năng siêu caovà cường độ siêu cao.
Bê tông cường độ siêu cao200MPa đã đạt được trong phòng thí
nghiệm bằng việc sử dụng các kỹ thuật đặc biệt như quá trình gia nhiệt, nén
dưới áp lực cao, hoặc ngâm tẩm với polime. Tuy nhiên, các loại kỹ thuật này
yêu cầu các thiết bị đắt tiền và đôi khi khó áp dụng vào các bộ phận cỡ lớn
(đầy đủ kích cỡ) như dầm hoặc các tấm.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án,là chỉ tạo ra bê tông cường độ siêu caocó cường độ từ 120 -:- 140MPa bằng việc sử dụng những cốt liệu bình
thường chưa xử lý và thực hiện bảo dưỡng bê tông ở điều kiện bình thường. Cách bảo dưỡng này được cho là khả thi tại công trường cũng như tại các nhà
máy đúc sẵn thông thường, thuận tiện cho những kết cấu có kích cỡ lớn. Việc tối ưu hóa độ đặc hỗn hợp cấp phối bê tông cường độ siêu caođược thực hiện với sự trợ giúp của mô hình toán học, cùng với việc thí nghiệm. Mô hình này
giải quyết vật liệu ở trạng thái mới, nhằm tìm ra được mộttỷ lệ hỗn hợp vật
* Mô hình độ đặc của hỗn hợp cát
Mô hình độđặc mới: Mô hình chất huyền phù thể rắn (Model of Solid Suspensions Mooney/SSM). Mô hình này của Mooney xem xét độ đặc ngẫu nhiên của các hạt như chất huyền phù có độ đặc cao. Theo mô hình này (SSM), mối quan hệ giữa hàm lượng thể rắn của một chất huyền phù đơn
phân tán và độ đặc tương đối của nó r là:
2.5 ex p( ) 1 / -1 / r (2-2)
Trong đó là độ đặctối đa, là độ đặcngẫu nhiên.
Với = 0,74 và = 0,64, một có r = 1,36 .105
Khi đó, độ đặc đối với bất kỳ hỗn hợp hạt nào sẽ được tínhnhưcông
thứcsau đây: e f 2 .5 ( ) e x p 1 1 ( ) D r r d y t d t t c c (2-3) ( ) ( ) 1 ( ) ( ) x - 1 - (t) ( ) ( ) x t D d t t c t x t y x f d y x g d t x (2-4)
Trong đó (t) là độ đặc riêng (ảo) của các hạt cỡ t được tính từ (t) độ đặcthực nghiệmvới công thứcsau
e f 2 .5 e x p 1 1 (t) ( ) r r t , d≤ ≤ (2-5)
Khi cấp cỡ t bao gồm các loại hạt khác nhau N, (i=1 tới N), thể tích
từng phần riêng của nó yi(t) (với ∑ ( ) = 1). Độ đặc ảo toàn bộ ( )
được xác định bằng công thức: 0 ( ) 1 ( ) ( ) N i i i y t t t (2-6)
Sự cải tiến mang tính quyết định của mô hình ban đầu cho phép mô hình chất huyền phù thể rắn(SSM) cũng có thể được sử dụng để dự đoán hàm
lượng thể rắn củamột chất huyền phù trong độ đặc đã cho chỉ bằng cách thay thế trong phương trình (2-5) bởi độ đặc mới này.
Có thể áp dụng các lý thuyết trên như sau:
Thứ nhất, một độ đặc tiêu chuẩn sẽ được chọn, phụ thuộc vào phương pháp sản xuất.
Thứ hai, độ rỗng tối thiểu sẽ được chú ý, tiêu chí này dẫn đến việc xác định tỉ lệ muội silic/xi măng. Tuy nhiên, bất kỳ gia số nào của thành phần
khối lượng cốt liệuthay đổi sẽ làm thay đổi độ rỗng thành phần cũng như độ
rỗng tổng thể của hỗn hợp vật liệu. Như vậy để đảm bảo cóđược hỗn hợp vật
liệu tốt nhất có một độ rỗng tổng thể tối thiểu thì phương pháp tiếp cận đầu
tiên là kiểm tra các lần trộn khác nhau của các thành phần hỗn hợp với sự điều chỉnh các gia số của các thành phần trong tổ hợp vật liệu. Từ đó sẽ có một hỗn hợp vật liệu với độ rỗng tối thiểu và cũng để nhấn mạnh ảnh hưởng tương ứng của mỗi thông số vật liệu thành phần của hỗn hợp.
2.3.3. Các nguyên tắc chính để tạo ra thành phần bê tông cường độ siêu cao cao
Theo tài liệu [26] có các nguyên tắc phổ biến được dùng là :
- Nâng cao tính đồng nhất của bê tông bằng cách giới hạn lượng cốt
liệu thô. Chúng ta đã biết rằng vùng tiếp giáp giữa đá xi măng và các hạt cốt
liệu thường là nơi bắt đầu các vết vi nứt do sự khác nhau về các tính chất cơ
học và vật lý của chúng. Kích thước lớn nhất của cốt liệu trong bê tông cường độ siêu cao đã được khuyến cáo là cần phải nhỏ hơn 600µm [34].
- Cải thiện các tính chất của vữa bằng cách cho thêm phụ gia puzơlan,