3.3.1 Phương pháp xác định độ sụt và thời gian sụt
Tính lưu biến của hỗn hợp bê tơng được xác định thơng qua thí nghiệm xác
định độ sụt bằng dụng cụ côn Abrams cải tiến [14, 15]. Các thông số độ sụt (S-cm)
và thời gian sụt (T, s) được xác định thơng qua dụng cụ trình bày trong Hình 3.1. - Dụng cụ cơn Abrams dùng để xác định độ sụt có dạng hình nón cụt và
31
- Tấm đế (mâm chảy) bằng mica cứng, phẳng, kích thước (1000 x 1000)
mm, chiều dày ít nhất 3 mm. Tấm đế được hàn với que thép có trịn có đường kính 6 mm chiều cao 350 mm, có chốt giữ cách tấm đế 200mm.
- Tấm gia trọng bằng thép, có đường kính 95.25 mm, chiều dày 3.2 mm và có trục xoay đường kính 6.35mm.
- Que đầm: làm bằng thép tròn trơn đường kính 16 mm, dài 600 mm, hai
32
Hình 3.1 Chuẩn bị thành phần phối liệu
Hình 3.2. Cơn Abrams cải tiến [14], [15]
Thí nghiệm xác định các thơng số trình bày trong Hình 3.2 theo các bước sau:
- Đổ hỗn hợp bê tông qua phễu vào côn làm ba lớp, mỗi lớp chiếm khoảng một phần ba chiều cao của côn, sau khi làm phẳng mặt trên cơn thì rút cơn lên theo phương thẳng đứng và bắt đầu xác định các thông số
33
- Thời điểm T=0 được xác định khi hỗn hợp bê tơng được đầm hồn thiện và cơn Abrams cải tiến được rút lên.
- Thời gian sụt T được xác định từ thời điểm T = 0 đến khi khối thép trên bề mặt di chuyển đi xuống đến chiều cao 100mm tính từ đỉnh cơn Abrams.
- Độ sụt của hỗn hợp bê tông được xác định sau thời gian 60s tính từ thời điểm T=0.
a-Bắt đầu b-Xác định thời gian T c-Xác định độ sụt
Hình 3.3. Xác định độ sụt và thời gian sụt theo côn Abrams cải tiến [14], [15]
3.3.2 Phương pháp xác định đường kính chảy xịe và thời gian chảy T500
Xác định độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông bằng TCVN 9340 – 2012. Độ
chảy xòe được xác định theo thiết bị là côn thử độ sụt Abrams, tấm đế và chày đầm theo TCVN TCVN 3106 : 1993.
Hỗn hợp bê tông được cho vào đầy cơn theo 3 lớp sau đó san bằng mặt của côn. Nhẹ nhàng kéo côn lên từ từ theo phương thẳng đứng sao cho hỗn hợp bê
tông chảy đều không bị đứt đoạn xuống tấm thép.
Thao tác thí nghiệm đợi hỗn hợp bê tông chảy tràn trên bề mặt tấm đế, sau
đó xác định thời gian chảy T500 bằng cách tính thời gian từ lúc bắt đầu rút cơn đến khi đường kính của hỗn hợp bê tơng trên tấm thép đạt được 500 mm, độ chính
xác đến 5mm.
Đợi đến khi hỗn hợp bê tông dừng chảy, dùng thước đo đường kính theo 2
cạnh vng góc nhau của bề mặt hỗn hợp bê tơng chính xác đến 5 mm để xác định
34
phân tầng tách nước hay khơng, nhất là tại chỗ rìa mép hỗn hợp.Chỉ xác định các kích thước này khi bê tơng chảy đều, khơng có vị trí nào bê tơng bị khuyết sâu quá 50 mm so với cạnh ngoài của bề mặt khối bê tông sau khi chảy.
Độ chảy xịe của hỗn hợp bê tơng, tính bằng milimet (mm), chính xác đến 5
mm, được xác định bằng cách lấy trung bình cộng 2 giá trị đường kính của khối
hỗn hợp bê tơng chảy.
Hình 3.4 Dụng cụ xác định độ chảy xịe
(a) Nón cụt Abrams , (b) Đo độ sụt của bê tông, (c) Đo đường kính chảy xịe
Hình 3.5 Xác định độ linh động chảy xịe bằng thí nghiệm Abrams
Đường kính chảy xịe tính tốn được xác định bằng cơng thức
( )( (5)
Do: đường kính chảy xịe khi chất lỏng có qn tính rất nhỏ, được xác định theo công thức
35 ( * ! "#%+ $ , - . ' (6) k : hệ số xét đến quán tính của chất lỏng ) 0,15 11 , !+2 34 ,25 (7)
Với τ: ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông (Pa)
ρ: trọng lượng hỗn hợp bê tơng (kg/m3)
V: thể tích của hỗn hợp bê tông trong côn Abrams (m3). g: gia tốc trọng trường
D: Đường kính chảy xịe của hỗn hợp bê tông dùng côn Abrams (m)
3.3.3 Phương pháp xác định độ nhớt
Độ nhớt được xác định thông qua giá trị của thời gian sụt của côn Abrams
cải tiến và tính chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông tro bay theo công thức (9) và (10) như sau [14, 15]:
µ = 1.08.10-3ρT (S - 175) khi 200 < S < 260 mm (9)
µ = 25.10-3ρT khi S < 200 mm (10) Với µ: độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tơng (Pa.s)
ρ: Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (kg/m3) S: độ sụt của hỗn hợp bê tông (mm)
T: thời gian sụt của hỗn hợp bê tông (s)
3.3.4 Phương pháp xác định ứng suất trượt tới hạn
Thực nghiệm theo côn Abrams cải tiến để xác định các thông số độ sụt, thời gian sụt xây dựng mối quan hệ giữa các thông số ứng suất trượt tới hạn (yield
36
τ 300 212 (3)
Với τ0: ứng suất trượt tới hạn (Pa)
ρ: Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tơng (kg/m3) s: độ sụt của hỗn hợp bê tông (mm)
3.3.5 Phương pháp xác định thời gian chảy qua phễu V
Khi hỗn hợp bê tơng có độ lưu động cao thì được xác định thời gian chảy
dưới tác dụng của độ nhớt và trọng lượng bản thân. Thời gian chảy qua phễu V được xác định theo theo dụng cụ phễu hình V như trên hình 3.4.
Hình 3.6. Thí nghiệm xác định thời gian chảy quan phễu V
Miệng phễu có kích thước 515mm X 75mm sau đó vuốt một đoạn 450mm và cuốn phễu dài 150mm có mặt cắt 65mm x 75mm.
Thao tác thực nghiệm xác định bằng cách rót hỗn hợp bê tông đầy phễu
này, làm phẳng thành phễu rồi tiến hành mở đáy dưới của phễu. Thời gian chảy
37
3.3.6 Phương pháp xác định cường độ nén
Việc lấy chế tạo hỗn hợp bê tông, đúc, bảo dưỡng mẫu thực nghiệm được tiến hành theo TCVN 3118– 2012 với mẫu hình lăng trụ 150x300 mm.Cường độ chịu nén của bê tông được xác định theo công thức
R = α
F P
Trong đó: R: cường độ nén, N/mm2.
α: hệ số phụ thuộc vào kích thước mẫu thực nghiệm, α=1 khi kích thước 150x300mm
P - Tải trọng phá hoại, N;
F - Diện tích thiết diện tích chịu nén, mm2.
38
CHƯƠNG 4
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước – chất kết dính và hàm lượng chất kết dính xi măng – tro bay
Thành phần tro bay thay thế xi măng với các tỷ lệ khác nhau sẽ tác động đến khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông, kết quả thực nghiệm trình bày trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Mối quan hệ giữa độ sụt và thời gian sụt của hỗn hợp bê tông tro bay
CP N/CKD Độ sụt Thời gian sụt CP N/CKD Độ sụt Thời gian sụt cm giây cm giây T04 0.4 0 12 T05 0.5 5 8 T14 0 12 T15 5 8 T24 0 12 T25 5 6 T34 3 9 T35 8 5 T44 3 9 T45 8 4 T54 3 8 T55 8 4 T0D4 8 9 T0D5 13 8 T1D4 8 9 T1D5 13 6 T2D4 8 7 T2D5 15 4 T3D4 10 6 T3D5 15 4 T4D4 10 5 T4D5 18 4 T5D4 10 5 T5D5 18 4 T0SD4 0.4 20 6 T0SD5 0.5 22 3 T1SD4 20 6 T1SD5 22 3
39 CP N/CKD Độ sụt Thời gian sụt CP N/CKD Độ sụt Thời gian sụt cm giây cm giây T2SD4 22 3 T2SD5 22 3 T3SD4 22 3 T3SD5 24 2 T4SD4 22 3 T4SD5 24 2 T5SD4 22 3 T5SD5 24 2 T0VD4 18 5 T0VD5 20 5 T1VD4 18 5 T1VD5 22 5 T2VD4 21 5 T2VD5 22 4 T3VD4 21 4 T3VD5 24 4 T4VD4 24 3 T4VD5 24 4 T5VD4 24 3 T5VD5 26 3
Hình 4.1. Ảnh hưởng của tro bay và tỷ lệ N/CKD M đến độ sụt hỗn hợp bê tông
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 20 30 40 50 Đ ộ s ụ t (c m ) Tro bay (%) N/CKD=0.4, CKD=500 N/CKD=0.5, CKD=400
40
Thành phần cấp phối bê tông sử dụng tro bay có sự thay đổi về độ sụt của hỗn hợp bê tơng. Kết quả trên hình 4.1 cho thấy hỗn hợp bê tông gần như không
đạt độ dẻo khi hàm lượng tro bay sử dụng đến 20% với cấp phối T04 đến T34
dùng tỷ lệ N/CKD là 0.4. Khi làm lượng tro bay tăng đến 30 – 50% thì độ sụt cho thấy bắt đầu có tính dẻo. Kết quả này tương tự khi sử dụng ty lệ N/CKD là 0.5 cho
độ sụt đạt khoảng 5 cm và có sự thay đổi khi hàm lượng tro bay dùng đến 30-50%.
Với tỷ lệ N/CKD thay đổi thì có khả năng làm thay đổi tính dẻo của hỗn hợp bê
tơng, khi kết hợp với tro bay có xu hướng thay đổi khả năng linh động.
Hình 4.2. Ảnh hưởng của tro bay và tỷ lệ N/CKD M đến độ sụt của hỗn hợp bê
tông với tỷ lệ N/CKD là 0.4
Các cấp phối bê tông tro bay kết hợp với phụ gia hóa học ảnh hưởng rõ rệt
đến độ sụt của hỗn hợp bê tơng. Như trên Hình 4.2, sử dụng phụ gia dẻo và phụ
gia siêu dẻo có tác dụng làm tăng độ dẻo của hỗn hợp bê tông thông qua giá trị độ sụt tăng dần. Khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng dần đến 30% thì độ sụt có xu hướng thay đổi làm hỗn hợp bê tơng có tính dẻo hơn. Khi cấp phối sử dụng tro bay và kết hợp với phụ gia dẻo thì hàm lượng tro bay với 30 – 50% thì độ sụt của hỗn hợp bê tơng không thay đổi. Kết quả này là là các hạt tro bay hình cầu
0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 Đ ộ s ụ t (cm ) Tro bay (%) N/CKD=0.4 Phụ gia dẻo Phụ gia siêu dẻo Bột đá vôi-Phụ gia
41
thay thế các hạt xi măng sẽ làm tăng khả năng làm việc, làm cho hỗn hợp bê tơng có tính dẻo hơn. Đồng thời, các hạt tro bay có cấu trúc rỗng và chứa hàm lượng
vơi nên cũng có khả năng hấp thu lượng lớn nước nhào trộn trong hỗn hợp. Do đó, khi hàm lượng tro bay tăng hơn 30% thì các đặc tính của tro bay làm cho tính dẻo của hỗn hợp bê tơng khơng thay đổi.
Hình 4.3. Ảnh hưởng của tro bay và tỷ lệ N/CKD M đến độ sụt của hỗn hợp bê
tông với tỷ lệ N/CKD là 0.5
Khi cấp phối sử dụng tỷ lệ N/CKD thay đổi từ 0.4 lên 0.5 thi hỗn hợp bê tơng có khuynh hướng tăng độ sụt, như trên Hình 4.3. Sự thay đổi tỷ lệ N/CKD ảnh hưởng rõ rệt đến giá trị độ sụt của hỗn hợp bê tông. Kết quả cho thấy khi hàm
lượng tro bay sử dụng đến 30% có khả năng làm thay đổi độ sụt. Ta nhận thấy, sự thay đổi độ sụt có khả năng ảnh hưởng đến tính lưu biến của hỗn hợp bê tông.
0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 Đ ộ s ụ t (cm ) Tro bay (%) N/CKD=0.5 Phụ gia dẻo Phụ gia siêu dẻo Bột đá vơi-Phụ gia
42
Hình 4.4. Ảnh hưởng của tro bay đến thời gian sụt của hỗn hợp bê tông
Độ linh động của hỗn hợp bê tông xác định bằng cơn Abrams cải tiến cịn được xác định thơng số về thời gian đạt độ sụt. Kết quả trong hình 4.4 trình bày
hỗn hợp bê tơng sau 12 giây vẫn không đạt được độ dẻo, nhưng khi tăng tỷ lệ
N/CKD từ 0.4 lên 0.5 thì hỗn hợp có độ dẻo sau 8 giây. Hỗn hợp bê tơng có xu hướng tăng dần độ dẻo khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng lên, cũng đồng thời làm thời gian đạt độ dẻo nhanh hơn, thời gian sụt nhanh hơn. Đối với
cấp phối N/CKD là 0.4 thời gian sụt đạt 9 giây khi dùng 30% tro bay và đạt 8 giây với 50% tro bay. Đối với cấp phối N/CKD là 0.5 thì thời gian sụt thay đổi bắt đầu với 20% tro bay, sau đó có xu hướng giảm dần. Khi hàm lượng tro bay 50% thì thời gian sụt chỉ cịn khoảng 4 giây. Thời gian sụt giảm dần khi dùng tro bay cho thấy các hạt tro bay hình cầu đã có tác dụng cải thiện tính dẻo của hỗn hợp bê
tông, làm tăng tính trượt giữa các hạt vật liệu, làm cho hỗn hợp có độ linh động tốt hơn. 0 2 4 6 8 10 12 14 0 10 20 30 40 50 Th ờ i g ia n s ụ t (s ) Tro bay (%) N/CKD=0.4, CKD=500 N/CKD=0.5, CKD=400
43
Hình 4.5. Ảnh hưởng của tro bay và phụ gia dẻo đến thời gian sụt của hỗn hợp bê
tông khi tỷ lệ N/CKD là 0.4 0 2 4 6 8 10 12 14 0 10 20 30 40 50 Th ờ i g ia n s ụ t (s ) Tro bay (%) N/CKD=0.4 Phụ gia dẻo Phụ gia siêu dẻo Bột đá vôi-Phụ gia 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 20 30 40 50 Th ờ i g ia n s ụ t (s ) Tro bay (%) N/CKD=0.5 Phụ gia dẻo Phụ gia siêu dẻo Bột đá vơi-Phụ gia
44
Hình 4.6. Ảnh hưởng của tro bay và phụ gia dẻo đến thời gian sụt của hỗn hợp bê
tông khi tỷ lệ N/CKD là 0.5
Kết quả trên hình 4.5 trình bày ảnh hưởng của tro bay kết hợp với phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo làm thay đổi thời gian đạt độ sụt của bêtơng. Khi kết hợp với phụ gia thì thời gian sụt giảm rất nhanh. Thực nghiệm cho thấy bột đá vôi và phụ gia dẻo làm cho hỗn hợp giảm thời gian sụt nhanh nhất. Đồng thời khi tăng tro bay thay thế trong cấp phối thì thời gian đạt độ sụt diễn ra càng nhanh. Khi hàm lượng tro bay 40-50% thì kết quả cho thấy thời gian sụt của hỗn hợp bê tông dùng phụ gia siêu dẻo và dùng bột đá vôi – phụ gia dẻo cho kết quả tương đương nhau, đạt khoảng 3 giây. Đồng thời, cấp phối không dùng phụ gia và cấp phối dùng phụ gia dẻo cho thấy quá trình giảm độ sụt xảy ra nhanh hơn khi kết hợp với hàm lượng tro bay.
Khi sử dụng tỷ lệ N/CKD tăng lên từ 0.4 đến 0.5 thì thời gian đạt độ sụt
cũng có sự thay đổi. Hình 4.6 cho thấy các cấp phối dùng phụ gia dẻo và khơng
dùng phụ gia thì thời gian sụt tương đương nhau, đạt khoảng 8 giây. Tuy nhiên khi sử dụng phụ gia siêu dẻo và bột đá vôi – phụ gia dẻo thì thời gian sụt chỉ cịn 3 và 5 giây. Khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng, thời gian sụt cũng tác động tính chất của hỗn hợp bê tông. Cấp phối dùng phụ gia siêu dẻo và dùng bột đá vôi – phụ gia dẻo khơng có sự thay đổi về thời gian sụt, giá trị này bắt đầu thay đổi với hàm lượng tro bay từ 30%. Trong khi đó, cấp phối dùng phụ gia dẻo có thời gian sụt thay đổi ngay với hàm lượng tro bay ban đầu và kết quả cho thấy cấp phối đã giảm thời gian sụt nhiều nhất khi kết hợp với hàm lượng tro bay, giảm đến 50% giá trị thời gian sụt. Trong đó, cấp phối dùng phụ gia siêu dẻo thì thời gian sụt thấp nhất.
Ta nhận thấy, thời gian sụt có sự thay đổi khi dùng phụ gia hóa học và tăng tỷ lệ nước – xi măng là do ngoài yếu tố độ dẻo của betơng tăng lên cịn do độ nhớt của chất lỏng thay đổi, kéo hỗn hợp chất lỏng bê tơng mau chóng đạt độ sụt khi
45
thực nghiệm. Phụ gia dẻo kết hợp với bột đá vôi dễ dàng tạo cho hỗn hợp bê tông có độ nhớt cao, tăng khả năng đạt tính dẻo của vật liệu.
Hình 4.7. Mối quan hệ giữa độ sụt và thời gian sụt của hỗn hợp bê tông tro bay
Thành phần tro bay và các phụ gia hóa học làm tăng tính dẻo của hỗn hợp bêtơng, tác động đến quá trình biến dạng của hỗn hợp chất lỏng. Mối quan hệ giữa
độ sụt và thời gian sụt cho thấy vai trò của đặc trưng lưu biến khi tác động đến tính
dẻo của hỗn hợp bê tơng, như trên hình 4.7. Khả năng công tác của hỗn hợp bê tông không chỉ thể hiện ở độ sụt cao mà còn cho thấy thời gian công tác nhanh hơn, đồng thời cũng cho thấy vai trò của tro bay khi kết hợp với các loại phụ gia