TƠNG[28]
Hỗn hợp bê tơng có khả năng đạt độ dẻo là phụ thuộc vào tỷ lệ nước- xi
măng sử dụng trong thành phần cấp phối. Tỷ lệ nước –xi măng càng tăng thì hỗn hợp bê tơng càng có xu hướng đễ thi cơng hơn, tuy nhiên lượng nước thừa trong hỗn hợp sẽ tạo cho bê tơng có lỗ rỗng tăng lên, làm tính chất cơ học của bê tơng. Phụ gia hóa học và phụ gia khoáng thường được sử dụng để giảm lượng nước thừa những làm cho hỗn hợp bê tông vẫn đạt độ dẻo làm việc. Phụ gia hóa học thường có tác dụnglàm tăng khả năng giảm nước của hỗn hợp bê tông bằng cách tăng cường khả năng phân tán của các hạt xi măng. Khả năng này cần được duy trì theo thời gian và khả năng này có được nhờ lực đẩy tĩnh điện và khả năng chống vón tụ của các chất hấp phụ lên bề mặt hạt xi măng. Khi đó, các phụ gia hóa học sẽ làm thay đổi điện tích trên bề mặt các hạt xi măng, làm tăng khả năng trao đổi điện tích trong mơi trường nước, khi đó hỗn hợp bê tơng sẽ dễ dàng chuyển động hơn như trên hình 2.4
19
Hình 2.4 Cơ chế tương tác của phụ gia hóa học với các hạt xi măng để tạo tình lưu
biến
Hình 2.5 Sự phân tán của các hạt xi măng trong mơi trường nước khi khơng dùng
20
Hình 2.6 Sự phân tán của các hạt xi măng trong môi trường nước khi dùng phụ gia
siêu dẻo
Khi hỗn hợp bê tơng giảm tỷ lệ nước –xi măng thì sự phân tán các hạt xi măng trong môi trường sẽ bị giảm xuống, hỗn hợp bị vón cục như trên hình 2.5. Khi hịa tan phụ gia hóa học vào nước, môi trường nước lúc này sẽ thay đổi, các hạt xi măng khi nhào trộn sẽ được phân tán đồng đều. Tác dụng của phụ gia còn
làm cho quá trình hydrat của các hạt xi măng diễn ra tốt hơn. Hiệu quả giảm nước của vữa và bê tông đạt được là nhờ độ phân tán của các hạt xi măng tăng như trên hình 2.6.
Phụ gia tác dụng đến quá trình phân tán hạt xi măng chủ yếu theo 2 cơ chế như trên hình 2.7 như sau:
-Tác dụng tạo dẻo do lực đẩy tĩnh điện -Tác dụng tạo dẻo do lực đẩy không gian
21
b-mơ hình hấp thụ của phụ gia siêu dẻo
Hình 2.7 Cơ chế tác dụng với các hạt xi măng của phụ gia dẻo và phụ gia siêu dẻo 2.4 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG LƯU BIẾN
Phương pháp xác định độ dẻo của bê tơng bằng thí nghiệm Abrams là thí
nghiệm tiêu chuẩn, được dùng rộng rãi trên toàn thế giới nhằm xác định độ linh động của bê tông từ những năm 1920[29]. Khi đó hỗn hợp gồm xi măng, cốt liệu
nhỏ, cốt liệu lớn và tỷ lệ nước – xi măng sẽ tạo cho bê tơng có độ dẻo cần thiết để công tác.Mối quan hệ lưu biến của bê tông và vữa xi măng được quan tâm thông qua việc xác định các thông số về độ chảy, góc chảy, và các đặc tính liên quan đến khả năng bơm và điều kiện rung ép khi thi công. Khả năng làm việc của hỗn hợp
bê tơng có tính lưu biến được đánh giá bằng các thơng số của vật liệu chủ yếu tập trung xác định khả năng độ chảy dẻo, độ sụt để xác định đường kính chảy xịe của vật liệu như trên hình 2.8
22
a-Mơ hình cơn Abrams b-Trạng thái dẻo thấp c-Trạng thái dẻo cao
Hình 2.8 Mơ hình chảy của hỗn hợp bê tơng khi có tính lưu biến cao theo phương
pháp Abrams
Tác giả Tattersall [12, 13]cũng dụa trên cơ sở lưu biến của chất lỏng của Chapman và thí nghiệm xác định độ sụt Abrams để nghiên cứu và xem xét hỗn
hợp bê tơng có ứng xử lưu biến nhớt – dẻo theo mơ hình lưu biến Bingham đặc
trưng bởi hai thông số là ứng suất trượt và độ nhớt dẻo và đưa ra công thức (1) về mối quan hệ như sau.
τ = τ0 + µγ (1)
Với τ: ứng suất cắt (Pa)
τ0: ứng suất trượt tới hạn (Pa)
µ: độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông (Pa.s)
γ: vận tốc biến dạng trượt (s-1)
Thông số ứng suất cắt được xác định bằng các kết quả thực nghiệm độ sụt và thời gian theo thí nghiệm Abrams cải tiến. 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
stress) và độ sụt của hỗn hợp bê tông theo công thức
τ 300 (2)
23
ρ: Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (kg/m3)
s: độ sụt của hỗn hợp bê tông (mm)
Tác giả Hu [30] đã dựa trên cơ sở của công thức (2) nhận thấy giá trị ứng
suất trượt tới hạn có sự sai lệch khi hỗn hợp bê tơng có độ nhớt dẻo lớn hơn 300 Pa.s và đã xây dựng mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ sụt theo công thức (3) như sau:
τ 300 212 (3)
Khi hỗn hợp bê tơng đạt đến khả năng lưu biến cao thì độ chảy xịe được
xác định thơng qua đường kính của hỗn hợp bê tơng thí nghiệm bằng cơn Abrams. Tác giả Coussot [31] đã sử dụng các đặc trưng kỹ thuật của bê tông với khả năng lưu biến để xây dựng mối quan hệ giữa độ sụt và đường kính chảy xòe, và ứng
suất trượt tới hạn của bê tơng.
Hình 2.9 Mơ hình xác định độ chảy xịe của hỗn hợp bê tơng của Coussot [31]
Khi đó ứng suất trượt tới hạn sẽ được tính tốn theo cơng thức:
! "#$
%$&' (4)
Với ρ: trọng lượng hỗn hợp bê tông (kg/m3)
V: thể tích của hỗn hợp bê tơng trong cơn Abrams (m3). g: gia tốc trọng trường
24
D: Đường kính chảy xịe của hỗn hợp bê tơng dùng côn Abrams (m) Với ( )( (5)
Do: đường kính chảy xịe khi chất lỏng có qn tính rất nhỏ, được
xác định theo cơng thức ( * ! "#%+, $- . ' (6) k : hệ số xét đến quán tính của chất lỏng ) 0,15 11 , !+2 34 ,25 (7) Ứng suất cắt được xác định +, "6 (8)
Mối quan hệ giữa độ nhớt dẻo (Plastic viscosity) và độ sụt của hỗn hợp bê
tông được tác giả Larrard [14, 15] thể hiện thông qua giá trị của thời gian sụt của côn Abrams cải tiến được xác định theo cơng thức (9) và (10) như sau:
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 tơng (mm)
25
Hình 2.10 Lưu đồ tính tốn độ linh động của hỗn hợp bê tông tro baytheo Coussot
(kg/m3): giá trị thay đổi. ((m): giá trị thay đổi
V(m3); hằng số 225 7 49 (! : 7; ) 0,15 <1 0,45: 0,1=1 ( >225 749 ? . ' (@@ )( Độ chảy xịe tính tốn (@@ B 7 9 (!
26
CHƯƠNG 3
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU
3.1.1 Xi măng
Sử dụng xi măng pooclăng PC40. Trong đó việc lựa chọn xi măng là đặc
biệt quan trọng, nó vừa đảm bảo yêu cầu thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế.
Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông tuân theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997. Khối lượng riêng là 3.07 g/cm3, khối lượng thể tích là 1.41 g/cm3.
Bảng 3.1. Chỉ tiêu cơ lý của xi măng
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Cường độ nén 3 ngày N/mm2 22
28 ngày N/mm2 44
Khối lượng riêng g/cm3 3,09 Thời gian bắt đầu ninh kết phút 45 Kết thúc ninh kết phút 325
Độ mịn Blain cm2/g 2700
Lượng SO3 % 2.5
3.1.2 Tro bay
Tro bay loại F sử dụng có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện, khối lượng
riêng 2.5 g/m3, độ mịn Blain 3400 cm2/g. Thành phần hóa học của tro bay được trình bày trong Bảng .
27
Bảng 3.2. Thành phần hóa học của tro bay
Thành phần
hố học SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO
K2O + Na2O MgO SO3 MKN(*) % khối lượng 51.7 31.9 3.48 1.21 1.02 0.81 0.25 9.63 (*) MKN : mất khi nung 3.1.3 Đá
Đá dăm sử dụng cho bê tông đường xi măng phải thoả mãn yêu cầu kỹ
thuật theo tiêu chuẩn TCVN 7570: 2006, có kích thước Dmax là 20 mm. Khối lượng riêng là 2.75 g/cm3, khối lượng thể tích là 1.57 g/cm3.
3.1.4 Cát
Cát sử dụng cho bê tông đường xi măng phải thoả mãn yêu cầu kỹ thuật
theo tiêu chuẩn TCVN 7570: 2006, có mơ đun độ lớn 1.82. Khối lượng riêng là
2.61 g/cm3, khối lượng thể tích là 1.52 g/cm3.
3.1.5 Phụ gia dẻo
Phụ gia dẻo sử dụng Sikaplast 257, gốc polycacbonxylate, tỷ trọng 1.11 – 1.135 kg/lít, có tác dụng làm tăng khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông xi măng và làm giảm lượng nước nhào trộn.
3.1.6 Phụ gia siêu dẻo
Phụ gia siêu dẻo Viscocrete 3000, gốc polycacbonxylate hệ nước, tỷ trọng 1.04-1.07 kg/lít, có khả năng tăng độ chảy của hỗn hợp bê tơng cịn phải có khả
năng duy trì tính cơng tác theo thời gian.
3.1.7 Bột đá vôi
Bột của đá vôi nghiền mịn, thành phần chủ yếu là CaCO3. Bột đá vội có
28
3.2 Thành phần cấp phối thực nghiệm
Nghiên cứu tiến hành xây dựng cấp phối có cấp độ bền thiết kế B20, sử dụng hàm lượng chất kết dính 400 và 500 kg/m3 và tỷ lệ Nước/Chất kết dính (N/CKD) thay đổi từ 0.4 và 0.5; thành phần hạt của đá là Dmax là 20mm, Hàm lượng tro
bay thay thế xi măng lần lượt là 10, 20, 30, 40 và 50% theo khối lượng. Sử dụng phụ gia các loại là phụ gia dẻo, phú gia siêu dẻo và bột đá vôi. Thành phần cấp
phối thực nghiệm trình bày trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thành phần cấp phối bê tông tro bay thực nghiệm
CP N/CKD X C Đ TB Vôi PGD PGSD N Kg Kg Kg Kg Kg Lít Lít Lít T04 0.4 500 883 820 0 - - - 200 T14 450 866 820 50 - - - 200 T24 400 849 820 100 - - - 200 T34 350 832 820 150 - - - 200 T44 300 815 820 200 - - - 200 T54 250 798 820 250 - - - 200 T0D4 0.4 500 883 820 0 - 5 - 200 T1D4 450 866 820 50 - 5 - 200 T2D4 400 849 820 100 - 5 - 200 T3D4 350 832 820 150 - 5 - 200 T4D4 300 815 820 200 - 5 - 200 T5D4 250 798 820 250 - 5 - 200 T0SD4 0.4 500 883 820 0 - 4 4 200 T1SD4 450 866 820 50 - 4 4 200 T2SD4 400 849 820 100 - 4 4 200 T3SD4 350 832 820 150 - 4 4 200 T4SD4 300 815 820 200 - 4 4 200 T5SD4 250 798 820 250 - 4 4 200
29 CP N/CKD X C Đ TB Vôi PGD PGSD N Kg Kg Kg Kg Kg Lít Lít Lít T0VD4 0.4 500 695 820 0 150 5 - 200 T1VD4 450 678 820 50 150 5 - 200 T2VD4 400 661 820 100 150 5 - 200 T3VD4 350 644 820 150 150 5 - 200 T4VD4 300 627 820 200 150 5 - 200 T5VD4 250 610 820 250 150 5 - 200 T05 0.5 400 968 820 0 - - - 200 T15 360 955 820 40 - - - 200 T25 320 941 820 80 - - - 200 T35 280 928 820 120 - - - 200 T45 240 914 820 160 - - - 200 T55 200 901 820 200 - - - 200 T0D5 0.5 400 968 820 0 - 4 - 200 T1D5 360 955 820 40 - 4 - 200 T2D5 320 941 820 80 - 4 - 200 T3D5 280 928 820 120 - 4 - 200 T4D5 240 914 820 160 - 4 - 200 T5D5 200 901 820 200 - 4 - 200 T0SD5 0.5 400 968 820 0 - 3.2 3.2 200 T1SD5 360 955 820 40 - 3.2 3.2 200 T2SD5 320 941 820 80 - 3.2 3.2 200 T3SD5 280 928 820 120 - 3.2 3.2 200 T4SD5 240 914 820 160 - 3.2 3.2 200 T5SD5 200 901 820 200 - 3.2 3.2 200 T0VD5 400 781 820 0 150 4 - 200 T1VD5 360 767 820 40 150 4 - 200
30 CP N/CKD X C Đ TB Vôi PGD PGSD N Kg Kg Kg Kg Kg Lít Lít Lít T2VD5 0.5 320 754 820 80 150 4 - 200 T3VD5 280 740 820 120 150 4 - 200 T4VD5 240 726 820 160 150 4 - 200 T5VD5 200 713 820 200 150 4 - 200
N/CKD : tỷ lệ Nước/Xi măng; X: Xi măng, C: Cát, Đ : Đá, TB: Tro bay; PGD: Phụ gia dẻo; PGSD: Phụ gia siêu dẻo, N: Nước
Cấp phối thực nghiệm:
Ti4: i% tro bay, tỷ lệ N/CKD =0.4
TiD4: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.4, sử dụng phụ gia dẻo TiSD4: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.4, sử dụng phụ gia siêu dẻo
TiV4: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.4, sử dụng phụ gia dẻo và bột đá vôi
Ti5: i% tro bay, tỷ lệ N/CKD =0.5
TiD5: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.5, sử dụng phụ gia dẻo TiSD5: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.5, sử dụng phụ gia siêu dẻo
TiV5: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.5, sử dụng phụ gia dẻo và bột đá vôi
3.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
3.3.1 Phương pháp xác định độ sụt và thời gian sụt
Tính lưu biến của hỗn hợp bê tông 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 côn 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 trịn 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 tông 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