Dựa vào thành phần kích cỡ hạt cát được phân chia thành các lớp theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” như sau.
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu của cát theo mức nhóm cắt
STT Tên các chỉ tiêu Theo mức nhóm cắt
To Vừa Nhỏ Rất nhỏ
1 Môđun độ lớn 2.5 đến 3 Lớn hơn 2 đến 2.5 1 đến nhỏ hơn 2 0.7 đến nhỏ hơn 1
2 Khối lượng thể tích xốp (Kg/m3 ) khơng nhỏ hơn. 1400 1300 1200 1150 3 Lượng hạt nhỏ hơn 0.14 mm, tính bằng % khối lượng 10 10 20 35
Các yêu cầu về đặc tính cơ lí của cát được quy định theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006. Hàm lượng hạt cát lớn hơn 5mm và hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn trong cát được quy định khác hoặc theo các hợp đồng thỏa thuận. Cũng theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 “Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” có được bảng chỉ tiêu cát đối với vữa trong xây dựng.
Bảng 3.2 Đặc tính của cát dùng cho vữa xây dựng. STT Tên các chỉ tiêu STT Tên các chỉ tiêu
Mức theo mác vữa
Nhỏ hơn 75 Lớn hơn hoặc bằng 75
1 Môđun độ lớn không nhỏ hơn 7.5 1.5
2 Sét, á sét, các tạp chất khác ở
dạng cục. Không Không
3 Lượng hạt trên 5 mm Không Khơng
4 Khối lượng thể tích xốp, tính
bằng kg/m3, không nhỏ hơn 1150 1250
5
Hàm lượng muối gốc sunfat, sunfit tính ra SO3, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn.
2 1
6
Hàm lượng bùn, bụi, sét tính bằng % khối lượng cát , không lớn hơn.
10 3
7
Lượng hạt nhỏ hơn 0.14mm, tính bằng % khối lượng cát, không lớn hơn.
35 20
8
Hàm lượng tạp chất hữu cơ thử theo phương pháp so mẫu, mẫu của dung dịch trên cát không sẫm hơn.
Mẫu số hai Mẫu chuẩn
Cát mịn chứa nhiều tạp chất như bụi, bùn, sét sẽ tạo nên một màng mỏng trên bề mặt cốt liệu ngăn cản sự tiếp xúc giữa xi măng và các thành phần cốt liệu sẽ làm giảm tính kết dính và sẽ làm giảm cường độ của vữa và bê tông. Đối với gạch bê tơng có cốt liệu từ cát và tro bay thì cũng chịu ảnh hưởng tương tự khi cát mịn lẫn nhiều tạp chất. Không nên sử dụng cát mịn, cát bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, lẫn nhiều tạp
chất. Cát thơ có thành phần được quy định trong bảng sau thì được phép sử dụng để chết tạo bê tông và vữa (Theo TCVN 7570:2006).
Bảng 3.3 Thành phần của hạt cát
Kích thước lỗ sàn Lượng sót tích lũy trên sàn, đơn vị %
Cát thơ Cát mịn 2.5mm Từ 0 đến 20 0 1.25mm Từ 15 đến 45 Từ 0 đến 15 630µm Từ 35 đến 70 Từ 0 đến 35 315µm Từ 65 đến 90 Từ 5 đến 65 140µm Từ 90 đến 100 Từ 65 đến 90 Lượng qua sàn 140µm khơng lớn hơn 10 35
Tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 quy định về thành phần tạp chất trong cát như sau.
Bảng 3.4 Hàm lượng tạp chất trong cát Tạp chất Tạp chất
Hàm lượng tạp chất. % khối lượng không lớn hơn Bê tông cấp cao
hơn B30 Bê tông cấp thấp hơn B30 Vữa Sét cục và các tạp chất dạng cục Khơng được có 0.25 0.5 Hàm lượng bùn, bụi, sét 1.50 3.00 10.00
Bảng 3.5 Hàm lượng ion CL- trong cát
Loại bê tông và vữa Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng không lớn hơn
Bê tông dùng cho các kết cấu bê tông
cốt thép ứng suất trước 0.01
Bê tông dung cho các kết cấu bê tông,
bê tông cốt thép và vữa thông thường 0.05
3.1.4 Tro bay
Tro bay chuẩn bị cho thí nghiệm được mua từ các cơ sở thu gom từ các nhà máy nhiệt điện hoặc các cơ sở đốt than đá. Để đảm bảo chất lượng và các chỉ tiêu đặc trưng của tro bay cần bảo quản tro bay một cách cẩn thận, tránh tiếp xúc trực tiếp với
bay bị hỏng và thay đổi tính chất. Tro bay trong các bao tải lớn được chia ra chứa trong nhiều bao ni-lông nhỏ và cất giữ vào thùng ngăn nắp hợp lí nhằm thuận tiện cho quá trình sử dụng trộn vữa.
Bảng 3.6 Phân loại tro(TCVN 10302 – 2014)
Loại tro Định nghĩa
Tro bay (Fly ash) Loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà máy nhiệt điện từ quá trình đốt than. Tro tuyển (Fly ash
selected)
Tro bay đã qua công nghệ xử lý tuyển khô hoặc tuyển ướt để loại bớt thành phần không mong muốn, nhằm nâng cao thành phần chất lượng hữu ích trong sử dụng.
Tro axit (Acid ash) - F Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxitđến 10 %.
Tro bazơ (Basic ash) - C Tro bay thu được từ đốt than nhà máy nhiệt điện, trong đó hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10 %.
Theo thành phần hóa học tro bay được chia làm 2 loại bao gồm tro bay axit có hàm lượng canxi oxit đến 10% có ký hiệu F, tro bay bazơ có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10% có ký hiệu C.
Tro bay khi mua về, cất giữ trong phịng thí nghiệm cũng cần thiết phải xác định các chỉ tiêu cơ lý của tro bay như khối lượng riêng, thành phần tạp chất, .v.v. Từ đó ta có bảng thành phần phần trăm hàm lượng của các chất cấu thành nên tro bay như sau.
Bảng 3.7 Tỉ lệ thành phần tro bay Thành Thành
phần hóa học
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O
% trọng
lượng 53.2 24.2 6.38 2.17 0.44
Ngoài ra, căn cứ vào tiêu chuẩn TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông và vữa xây phải đáp ứng các yêu cầu sau đây.
Bảng 3.8 Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa
STT Chỉ tiêu Loại Tro bay Lĩnh vực sử dụng – Mức a b c d 1 Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, không nhỏ hơn F C 70 45 2
Hàm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, không lớn hơn
F C 3 5 5 5 3 6 3 3 3
Hàm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn F C - 2 - 4 - 4 - 2 4
Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, không lớn hơn F C 12 5 15 9 8* 7 5* 5 5
Hàm lượng kiềm có hại (kiềm hịa tan), % khối lượng, khơng lớn hơn
F C 1.5 6 Độ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn F C 3 7 Lượng sót sàng 45µm, % khối lượng, khơng lớn hơn
F
C 25 34 40 18
8
Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn
F
9
Hàm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn hơn
F
C 0.1 - - 0.1
10
Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng
- Đối với cơng trình nhà ở và cơng cộng, khơng lớn hơn
- Đối với cơng trình cơng nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, không lớn hơn
370
740
Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng: lĩnh vực c tới 12 %; lĩnh vực d tới 10 %, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận.
Phương pháp xác định các thành phần cơ lý của tro bay tương tự như phương pháp xác định chỉ tiêu cơ lý của xi măng như phương pháp xác định khối lượng riêng, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đơng kết, v.v.
Vì tro bay là một loại bột rất mịn vì vậy chúng rất dễ hình thành các hạt bụi li ti lơ lững ngồi mơi trường, nên u cầu tiến hành các hoạt động với tro bay phải nhẹ nhàng, hợp lí hạn chế việc tro bay lan ra mơi trường khiến người thí nghiệm và người xung quanh hít phải. Bụi của tro bay gây ảnh hưởng rất lớn đối với sức khỏe khi bị hít phải.
3.1.5 Dung dịch NaOH
Đối với việc sử dụng dung dịch NaOH, yêu cầu độ sạch của dung dịch NaOH phải đạt mức 98%. Yêu cầu cần phải xác định trước nồng độ dung dịch cần thiết để từ đó pha trộn dung dịch với nồng độ Mol đúng nhất từ công thức xác định nồng độ Mol, từ đó suy ra được khối lượng NaOH khan cần pha trộn vào dung dịch như sau.
dd 100 1000 M NaOH C M V m P Trong đó :
- mNaOH là khối lượng NaOH khan cần cho vào - M là khối lượng Mol của NaOH (M=40)
- Vdd là thể tích dung dịch ta cần pha trộn
- P là độ tinh khuyết của dung dịch NaOH lấy bằng 99%
Dung dịch sodium hydroxide sử dụng cho thí nghiệm có nồng độ Mol là 14M.
3.1.6 Dung dịch thủy tinh lỏng
Dung dịch thủy tinh lỏng (Na2SiO3) là dung dịch có màu trắng đục, có đặc tính sệt, sánh, dễ dàng hịa tan trong nước. Thủy tinh lỏng là một dung dịch có khả năng tác dụng với nhiều chất ở dạng rắn, lỏng, khí. Thủy tinh lỏng dễ bị các axít phân hủy ngay cả axít cacbonic và tách ra kết tủa keo đơng tụ axít silicsic.
Bảng 3.9 Tỉ lệ thành phần dung dịch thủy tinh lỏng
Thành phần Tỉ lệ khối lượng (%)
Na2O 14.7
SiO2 29.4
H2O 55.9
3.1.7 Sợi thủy tinh
Nghiên cứu này sử dụng vật liệu nền là vữa Geopolymer tổng hợp từ tro bay, kết hợp sử dụng sợi thủy tinh có sự thay đổi về hàm lượng trong cấp phối bê tông.
Sợi thủy tinh dùng trong thí nghiệm có các thơng số kỹ thuật như sau: - Mật độ: 2400 Tex (gam/km).
- Đường kính sợi đơn: 17 µm. - Độ bền gãy: 0,4 N/Tex. - Độ bền kéo đứt: 1970 MPa.
Hình 3.4 Sợi thủy tinh. 3.2 Cấp phối 3.2 Cấp phối
Các mẻ vữa trộn đúc cho mẫu vữa thí nghiệm được thay đổi tỉ lệ phối trộn khác nhau với nồng độ dung dịch sodium hydroxide 14M. Tỉ lệ dung dịch sodium silicate – sodiumhydroxide lần lượt là 1 và 1,2. Hàm lượng sợi thủy tinh lần lượt là 0, 0.2, 0.4, 0.5, 0.8 (%) với kích thước sợi lần lượt là 50, 30, 15 (mm).
Bảng 3.10 Tỷ lệ phối trộn cho 1m3 vữa Geopolymer
Ký hiệu Tro/Cát TTL/ NaOH Tro/ Dung dịch TL KL Sợi thủy tinh Chiều dài sợi (mm) Tro bay Cát NaOH TTL Sợi Thủy tinh KLR vữa (%) (mm) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg/m3) G1.L50.00 1.2 1 2 0 50 943 786 236 236 0 2201 G1.L50.02 1.2 1 2 0.2 50 943 786 236 236 4 2205 G1.L50.04 1.2 1 2 0.4 50 943 786 236 236 9 2210 G1.L50.05 1.2 1 2 0.5 50 943 786 236 236 11 2212 G1.L50.08 1.2 1 2 0.8 50 943 786 236 236 18 2219
G1.L30.00 1.2 1 2 0 30 943 786 236 236 0 2201 G1.L30.02 1.2 1 2 0.2 30 943 786 236 236 4 2205 G1.L30.04 1.2 1 2 0.4 30 943 786 236 236 9 2210 G1.L30.05 1.2 1 2 0.5 30 943 786 236 236 11 2212 G1.L30.08 1.2 1 2 0.8 30 943 786 236 236 18 2219 G1.L15.00 1.2 1 2 0 15 943 786 236 236 0 2201 G1.L15.02 1.2 1 2 0.2 15 943 786 236 236 4 2205 G1.L15.04 1.2 1 2 0.4 15 943 786 236 236 9 2210 G1.L15.05 1.2 1 2 0.5 15 943 786 236 236 11 2212 G1.L15.08 1.2 1 2 0.8 15 943 786 236 236 18 2219 G2.L50.00 1.2 1 2 0 50 943 786 236 236 0 2201 G2.L50.02 1.2 1 2 0.2 50 943 786 236 236 4 2205 G2.L50.04 1.2 1 2 0.4 50 943 786 236 236 9 2210 G2.L50.05 1.2 1 2 0.5 50 943 786 236 236 11 2212 G2.L50.08 1.2 1 2 0.8 50 943 786 236 236 18 2219 G2.L30.00 1.2 1 2 0 30 943 786 236 236 0 2201 G2.L30.02 1.2 1 2 0.2 30 943 786 236 236 4 2205 G2.L30.04 1.2 1 2 0.4 30 943 786 236 236 9 2210 G2.L30.05 1.2 1 2 0.5 30 943 786 236 236 11 2212 G2.L30.08 1.2 1 2 0.8 30 943 786 236 236 18 2219 G2.L15.00 1.2 1 2 0 15 943 786 236 236 0 2201 G2.L15.02 1.2 1 2 0.2 15 943 786 236 236 4 2205 G2.L15.04 1.2 1 2 0.4 15 943 786 236 236 9 2210 G2.L15.05 1.2 1 2 0.5 15 943 786 236 236 11 2212 G2.L15.08 1.2 1 2 0.8 15 943 786 236 236 18 2219 G2.L30.08 1.2 1 2 0.8 30 943 786 214 257 18 2218 G2.L15.00 1.2 1 2 0 15 943 786 214 257 0 2200 G2.L15.02 1.2 1 2 0.2 15 943 786 214 257 4 2204 G2.L15.04 1.2 1 2 0.4 15 943 786 214 257 9 2209 G2.L15.05 1.2 1 2 0.5 15 943 786 214 257 11 2211 G2.L15.08 1.2 1 2 0.8 15 943 786 214 257 18 2218
Bảng 3.11 Tỷ lệ phối trộn cho 1m3 vữa xi măng
Ký hiệu Xi Măng Cát % KL Sợi
thủy tinh KL Sợi Thủy Tinh
Chiều dài sợi (kg) (kg) (%) (kg) (mm) X1.L50.00 410.04 1260 0 0.000 50 X1.L50.02 410.04 1260 0.2 11.976 50 X1.L50.04 410.04 1260 0.4 23.952 50
X1.L50.05 410.04 1260 0.5 29.939 50 X1.L50.08 410.04 1260 0.8 47.903 50 X1.L30.00 410.04 1260 0 0.000 30 X1.L30.02 410.04 1260 0.2 11.976 30 X1.L30.04 410.04 1260 0.4 23.952 30 X1.L30.05 410.04 1260 0.5 29.939 30 X1.L30.08 410.04 1260 0.8 47.903 30 X1.L15.00 410.04 1260 0 0.000 15 X1.L15.02 410.04 1260 0.2 11.976 15 X1.L15.04 410.04 1260 0.4 23.952 15 X1.L15.05 410.04 1260 0.5 29.939 15 X1.L15.08 410.04 1260 0.8 47.903 15 3.3 Phương pháp thí nghiệm 3.3.1 Cân đo nguyên vật liệu
Sau khi xác định thành phần, khối lượng nguyên vật liệu cần sử dụng cho một mẻ thí nghiệm, tiến hành cân đo khối lượng nguyên liệu sử dụng.
3.3.2 Nhào trộn và đúc mẫu
Nhào trộn khô các thành phần nguyên liệu sau khi được định lượng như cát, tro bay trong vịng 2 phút bằng máy trộn. Sau đó trộn đều với sợi thủy tinh trong 3 phút. Hổn hợp dung dịch hoạt hóa bao gồm sodium silicate và sodium hydroxide đã chuẩn bị trước được đổ vào hỗn hợp đã trộn khơ. Q trình nhào trộn ướt trong khoảng 3 phút bằng máy, sau đó hỗn hợp vữa Geopolymer được tạo mẫu và dưỡng hộ nhiệt ở 1000C.
Hình 3.5 Máy trộn vữa 3.3.3 Dưỡng hộ mẫu 3.3.3 Dưỡng hộ mẫu
Sau khi tạo hình, các mẫu được dưỡng hộ tĩnh định 24 giờ và tiến hành dưỡng hộ nhiệt ở 100oC trong 7 giờ. Các thí nghiệm xác định cường độ được xác định ở 7 ngày tuổi.
Hình 3.6 Tủ sấy 3.4 Thí nghiệm xác định cường độ mẫu vữa 3.4 Thí nghiệm xác định cường độ mẫu vữa
Cường độ mẫu vữa được xác định theo TCVN 3121:2003 Vữa xây dựng – phương pháp thử. Từ đó ta lựa chọn mẫu vữa thí nghiệm có kích thước như sau: chiều dài 160mm + 0,8mm, chiều rộng 40mm + 0,2mm, chiều cao 40mm + 0,1mm.
Thiết bị dùng để thí nghiệm uốn là máy HUMBOLDT INTERNATIONAL có mã hiệu HDR-2000, có khả năng chất tải đến 5 KN, sai số không lớn hơn 2%, tốc độ tăng tải 10N/s – 50 N/s.
Hình 3.7 Thí nghiệm nén mẫu vữa
Sơ đồ nguyên lý thử uốn thể hiện trên Hình 3.8. Kích thước tính bằng milimét.
3.4.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn mẫu vữa
Mẫu khi được bảo dưỡng, tĩnh định, được lắp vào bộ khuôn gá uốn, sơ đồ như Hình 3.8. Mặt tiếp xúc với các gối uốn là 2 mặt bên tiếp xúc với thành khuôn khi tạo mẫu. Tiến hành uốn mẫu với tốc độ tăng tải từ 10N/s – 50N/s cho đến khi mẫu bị phá huỷ. Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn nhất.
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý thử cường độ uốn
3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén mẫu vữa
Đặt tấm nén vào giữa thớt nén dưới của máy nén, sau đó đặt mẫu vào bộ tấm nén, sao cho hai mặt mẫu tiếp xúc với tấm nén là 2 mặt tiếp xúc với thành khuôn khi tạo mẫu. Nén mẫu với tốc độ tăng tải từ 100N/s – 300N/s cho đến khi mẫu bị phá huỷ. Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn nhất.
Hình 3.10 Khn thí nghiệm nén mẫu vữa 3.5 Xử lý kết quả thí nghiệm 3.5 Xử lý kết quả thí nghiệm
3.5.1 Cường độ uốn của mỗi mẫu thử (Ru), tính bằng N/mm2, chính xác đến 0,05 N/mm2, theo cơng thức: 2 1, 5 U u P l R b h Trong đó:
- Pu là lực uốn gãy, tính bằng Niutơn;
- l là khoảng cách giữa hai gối uốn, tính bằng milimét (10mm);
- b, h là chiều rộng, chiều cao mẫu thử, tính bằng milimét (40mm và 40mm). Kết quả thử là giá trị trung bình cộng của 3 mẫu thử, chính xác đến 0,1N/mm2. Nếu có một kết quả sai lệch lớn hơn 10% so với giá trị trung bình thì loại bỏ kết quả đó. Khi đó kết quả thử là giá trị trung bình cộng của hai mẫu cịn lại.
3.5.2 Cường độ nén của mỗi mẫu thử (Rn), tính bằng N/mm2, chính xác đến 0,05N/mm2, theo công thức: