Nghiên cứu các thông số ma sát của hỗn hợp bê tông khi thi công với các loại thiết bị khác nhau để xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật cho q trình thi cơng bê tơng – tro bay tại các cơng trình xây dựng.
75
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Roy, D.M. (1999), “Alkali – Activated Cements, Opportunities and Challenges”, Cement and Concrete Reasearch, Vol.23, No.03, pp.25-34.
[2]. McCaffrey, R. (2002), “Climate Change and the Cement Industry”, Global Cement and Lime Magazine, pp. 15-19.
[3]. Wallah, E.S., và Ragan, V.B. (2006), “Low Calcium Fly ash-Based Geopolymer Concrete: Long – Term Properties”, Research of Report GC2, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology Perth, Australia, 97 page.
[4]. Mehta P.K. (1999). Concrete Technology for Sustainable Development,
Concrete International, 21(11), trang 47-52.
[5]. Malhotra, V.M. (2002), “Introduction: Sustainable Development and Concrete Technology”, ACI Concrete International, Vol.24, No.7, 22 page.
[6]. Công ty Cổ phần Xây dựng 47 (2007), “Kết quả sử dụng phụ gia tro bay trong chế tạo RCC đập Bình Định và Những kinh nghiệm rút ra từ thực tế”, Báo cáo chuyên đề, Báo các tham luận thi công bê tơng đầm lăn 2007, Quy Nhơn, Bình
Định, 14 trang.
[7]. Phạm Huy Khang, “Tro bay và ứng dụng trong xây dựng đường ôtô và sân bay trong điều kiện Việt Nam”, 6 trang.
[8]. Kaplan, Denis (2000), Pompage des Bétons, Etudes etrecherches des laboratoires des Ponts etChaussées, vol. 36. ISBN : 2-7208-2010-5.
[9]. Chapdelaine, Fédéric. (2007), Étudefondamentale et pratique sur le pompage dubéton, Faculté des étudessupérieures de l'Université Laval, Canada. [10]. Dimitri Feys, Kamal H. Khayat, Aurelien Perez-Schell, Rami Khatib (2005), Prediction ofpumping pressure by means of new tribometerfor highly- workable concrete, Cement andConcrete Composites, Volume 57, March,Pages 102-115, ISSN 0958-9465.
76
[11]. T.T. Ngo, (2009), Influence de la compositiondes bétons sur les paramètres de pompage etvalidation d’un modèle de prévision de laconstrainte visqueuse,Laboratoire de Mécanique et Matériaux duGénie Civil (L2MGC), Universite de Cergy –Pontoise, France.
[12]. Tattersall, G.H., and Banfill, P.F.G. (1983). The Rheology of Fresh Concrete. Marshfield, MA: Pitman Publishing.
[13]. Tattersall, G.H. (1991). Workability and Quality Control of Concrete. London: E&FN Spon.
[14]. De Larrard, F., et al, (1994), Evelotion of workability of superplasticized concrete: Assessment with BTRHEOM rheometer, Proceeding, International RILEM conference on production methods and workability of concrete, Paisley, P.J.M. Bartos, B\D. L. Marrs, and D.J. Cleland, EDs, June, pp. 377-388.
[15]. De Larrard, F., Hu, C., Sedran, T., Szitkar, J.C., Joly, M., Claux, F., and Derkx, F. (1997). A New Rheometer for Soft-to-Fluid Fresh Concrete,ACI Materials Journal, 94(3), 234-243.
[16]. Ferraris, F. C. and de Larrard, F.,(1998), “Testing and Modelling of Fresh Concrete Rheology,” NISTIR 6094, February.
[17]. Cyr, M., C. Legrand, and M. Mouret, (2000) Study of the shear thickening effect of superplasticizers on the rheological behaviour of cement pastes containing or not mineral additives. Cement and Concrete Research, 30(9): p. 1477-1483.
[18]. Ferraris, C.F., and Martys, N.S. (2003). “Relating Fresh Concrete Viscosity Measurements from Different Rheometers,” Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 108 (3), 229-234.
[19]. Geiker, M. R., M. Brandl, L. N. Thrane andL. F. Nielsen (2002). "On the effect ofcoarse aggregate fraction and shape on therheological properties of self- compacting.Cement, Concrete and Aggregates, 24: 3-6.
[20]. Wallevik, Ó. H. and J. E. Wallevik (2004). "Rheology of Cementitious Materials."
77
[21]. Hoang, Q. G., A. Kaci, E.-H. Kadri and J.-L. Gallias (2015). "A new methodology forcharacterizing segregation of cement groutsduring rheological tests." Construction andBuilding Materials 96: 119-126.
[22]. Nguyễn Thành Chung (1988), Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo-silic hoạt tính lên tính chất của vữa xi măng, NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.
[23]. Đỗ Vũ Thảo Quyên, Nguyễn Thế Dương, HuỳnhQuốc Minh Đức, Phan Đình Thoại (2004). Thínghiệm đo các thơng số ma sát tiếp xúc bê tôngvà thành ống bơm. Tạp chí Khoa học Cơngnghệ Duy Tân,tháng 11, trang 70-75.
[24]. Nguyễn Như Quý và cộng sự, (2007) “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia mịn bột đá vôi và tro bay nhiệt điện đến tính chất của hỗn hợp bê tông bơm”. NXB Lao động.
[25]. Vũ Văn Nhân, Nguyễn Thế Dương (2015), Ảnhhưởng của tỉ lệ cốt liệu đến tính chất ma sátgiữa bê tơng và thành ống bơm theo thời gian,Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Xây dựng -Viện KHCN Xây dựng, số 4 (171), ISSN 1859-1566, 48- 56p.
[26]. Nguyễn Thế Dương (2015), Phần mềm“Pumping Parameters Calculation” tính tốnthơng số ma sát bê tông tươi - thành ốngthép, Tạp chí Khoa học Cơng
nghệ Duy Tân (2)15, tháng 6, trang 69-75.
[27]. Jean-Pierre Ollivier,Jean-Michel Toorenti,Myriam Carcasses, (2012), Physical Properties of Concrete and Concrete Constituents, Wiley.
[28]. Rixon M.R.and Noel P. Mailvaganam , (2002), Chemical Admixturesfor Concrete, Third Edition, ISBN: 9781135812515.
[29]. Banfill F. G., (2006) Rheology Reviews, The British Society of Rheology, pp 61 - 130.
[30]. Coussot P., Rousell N., (2006),“Fifty-cent rheometer” for yield stress measurements: From slump to spreading flow,The Society of Rheology, J. Rheol. 49(3), pp. 705-718 May.
78
[31]. Hu, C., de Larrard, F., Gjorv, O.E., (1995) Rheological testing and modelling of fresh high-performance concrete, Materials and structures, Vol. 28, pp.1-7.
[32]. C. Legrand,(1982) in J. Baron and R. Sauterey, Le béton hydraulique, PressesENPC, Paris.
ISSN 0866-8762
8.2017 195
1. GÍI THỊU
Việc sử dụng tro bay trong vật liệu xây dựng đang trở thành vấn đế cấp thiết đối với nhu cầu phát triển nhiệt điện chạy than tại Việt Nam nói chung và khu vực phía Nam nói riêng. Thành phần tro bay có thể dùng như ngun liệu khống hoạt tính thay thế ximang trong các loại vật liệu, đặc biệt sử dụng nhiều trong hỗn hợp betong. Khi đó, hỗn hợp chất kết dính gồm tro bay và ximang có khả năng ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hỗn hợp betong và tính chất độ bền theo thời gian. Các nghiên cứu đã cho thấy đặc trưng lưu biến rất quan trọng khi đánh giá khả năng thi công cũa hỗn hợp betong, trong đó thơng số độ nhớt dẻo và ứng suất trượt tới hạn là yếu tố quan trọng nhất. Khi sử dụng thành phần phụ gia khống kết hợp với chất kết dính ximăng thì các thơng số về đặc trưng lưu biến cũng sẽ bị ảnh hưởng. Tác giả Tattasall G.H. [1] đã nghiên cứu và xem xét hỗn hợp betong 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, tác giả đã nghiên cứu các đặc tính của hỗn hợp betong và xây dựng thông qua mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn (τ0) và độ nhớt dẻo (µ). Việc xây dựng mơ hình lưu biến có thể dùng đánh giá các thông số của hỗn hợp betong tươi, qua đó xác định vai trị của các thành phần trong cấp phối betong, đánh giá được khả năng làm việc và điều kiện thi công trong các môi trường khác nhau.
Tác giả Ferraris, F. C. và cộng sự [2, 3] đã nghiên cứu và xây dựng mơ hình tốn dùng để mơ phỏng tính lưu biến
trượt tới hạn và độ chảy xòe của hỗn hợp betong
Study on afect of ly ash on relationship between yield stress and slump low of concrete
Nguyễn Ninh Thụy, Lê Anh Tuấn, Trần Văn Nhứt
Ngày nhận bài: 21/6/2017 Ngày sửa bài: 16/7/2017
Ngày chấp nhận đăng: 06/8/2017
TÓM TẮT:
hành phần tro bay được sử dụng như một phụ gia khoáng thay thế cho ximang trong thành phần cấp phối betong, đồng thời cũng ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hỗn hợp betong. Nghiên cứu này sử dụng thành phần tro bay với hàm lượng từ 10 đến 50% để thay thế ximang. Trong đó, các loại phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo, bột đá vôi cũng được sử dụng để đánh giá mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và khả năng làm việc của hỗn hợp betong. Kết quả cho thấy, hàm lượng tro bay 10-30% và kết hợp với phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo có khả năng thay đổi độ sụt của hỗn hợp betong khoảng 10 -20%. hời gian đạt độ sụt của hỗn hợp betong có thể thay đổi đến gần 50%. Phụ gia dẻo kết hợp với bột đá vôi dễ dàng tạo cho hỗn hợp betong có độ linh động cao, tăng khả năng đạt tính dẻo của vật liệu. Việc sử dụng kết hợp tro bay và phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo làm giảm ứng suất trượt đến 30%. Phụ gia dẻo và bột đá vơi có tác dụng giảm nhanh ứng suất trượt tới hạn đến 40%. Sử dụng phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo và bột đá vơi làm độ chảy xỏe có khả năng đạt đến 600 - 700mm. Độ chảy xòe càng tăng thì ứng suất trượt tới hạn càng giảm dần. Mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và đường kính chảy xịe của hỗn hợp betong dùng tro bay tương đồng với công thức của Coussot.
T̀ kh́a: tro bay, độ sụt, ứng suất trượt tới hạn, chảy xòe. ABSTRACT:
Fly ash is used as waste in replacement of cement in concrete mixture. It can be afected on rheology of fresh concrete. In this research, the ly ash is investigated to replaced cement in rang of from 10 to 50% by weight. he chemical admixtures such as warer reduce and superplasticizer are used. Limestone powder is used as mineral additive in mix proportion. he results are indicated that the workability of fresh concrete is improved about 10-20% by mixing of 10-30% ly ash and warer reduce and superplasticizer admixture. On the other hand, slump time can be improved up to 50%. he workability can be afected by mixing water reduce admixture and limestone powder. hen, concrete is shortly obtained slump. Yield stress of concrete is reduced up to 30% and 40% by using ly ash - chemical admixture and water reduce admixture – limestone powder, respectively. Hence, the slump low can be obtained 600 – 700 mm in diameter. he yield stress is signiicantly decreased with an increased in slump low. Moreover, the relationship between yield stress and slump low in diameter is correctly in coussot equation.
Keywords: ly ash, slump, yield stress, slump low.
Nguyễn Ninh hụy, Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM Lê Anh Tuấn, Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM Trần Văn Nhứt, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ huật TP. HCM
8.2017
196
trượt tới hạn và độ nhớt dẻo bằng thí nghiệm của lưu biến kế và mơ hình tốn. Nghiên cứu đã đánh giá độ sụt của hỗn hợp betong có vai trị như một giá trị ban đầu để đánh giá tính lưu biến của betong. Đồng thời, việc sử dụng các loại phụ gia dẻo, siêu dẻo và phụ gia khoáng cũng tác động trực tiếp đến độ nhớt và ứng suất trượt. Khi đó, giá trị độ nhớt dẻo được xác định là thành phần quan trọng của lưu biến và mơ hình chất lỏng Bingham cho kết quả phù hợp với thực nghiệm hơn so với mơ hình Herschel-Bulkley. Tác giả Geiker [4] và Wallevik [5] đã nghiên cứu đặc tính lưu biến của vữa ximang đã nhận xét tỷ lệ nước - ximang tăng lên sẽ làm giảm giới hạn chảy và độ nhớt của vữa ximang. Mối quan hệ giữa giới hạn chảy và độ nhớt làm thay đổi khả năng làm việc của vữa. Khi đó tỷ lệ Nước – Ximăng sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến tính lưu biến của hỗn hợp betong.
Tác giả Nguyễn Như Quý [6] sử dụng phụ gia mịn bột đá vôi và tro bay nhiệt điện đã góp phần làm tăng tính hiệu quả của hỗn hợp bê tơng bơm. Hàm lượng phụ gia siêu dẻo tối ưu cho phép phát huy tốt khả năng hố dẻo mà khơng gây phân tầng tách nước. Sự có mặt của phụ gia mịn giúp giảm lượng dùng ximăng góp phần giảm nhiệt thuỷ hoá do vậy giảm thiểu sự nứt nhiệt và trong phạm vi nhất định, giúp tiết kiệm ximăng, giảm giá thành. Sự có mặt của phụ gia mịn có khả năng cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tơng bơm, hạn chế quá trình tổn thất độ sụt, làm tăng phạm vi ứng dụng của loại bê tông này. Tác giả Hu [7] đã nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của hỗn hợp betong và xây dựng mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ sụt theo công thức như sau:
(1) Với : τ0: ứng suất trượt tới hạn (Pa)
ρ: Khối lượng thể tích của hỗn hợp (kg/m3)
s: độ sụt của hỗn hợp betong (mm)
Khi đó ứng suất trượt tới hạn sẽ được tính tốn theo cơng thức:
(2)
Với
ρ: trọng lượng hỗn hợp betong (kg/ m3) V: thể tích của hỗn hợp trong côn Abrams (m3). g: gia tốc trọng trường
D: Đường kính chảy xịe của hỗn hợp betong dùng côn Abrams (m)
Với (3)
Do: đường kính chảy xịe khi chất lỏng có qn tính rất nhỏ, được xác định theo công thức
(4)
k : hệ số xét đến quán tính của chất lỏng (5) Do đó, việc sử dụng tro bay trong thành phần betong sẽ tác động đến các tính chất lưu biến của hỗn hợp. đặc biệt là khi hỗn hợp đạt khả năng lưu biến cao. Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của thành phần tro bay, kết hợp với các loại phụ gia hóa học và phụ gia bột đến ứng suất trượt tới hạn và khả năng chảy xòe của hỗn hợp betong. Trên cơ sở đó, nghiên cứu so sánh các giá trị thực nghiệm với cơng thức của Coussot để có khả năng xây dựng mối quan hệ của các
2.1.1.Ximang
Chất kết dính sử dụng là ximang PC40, tính chất cơ lý của ximang được trình bày trong bảng 1
2.1.2.Tro bay
Tro bay loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618), khối lượng riêng 2.500 g/cm3, độ mịn (lượng sót trên sàng 0,08 mm) là 6.4%. Thành phần hóa học cho bởi Bảng 2.
MKN: Mất khi nung
2.1.3. Cát
Cát dùng được sử dụng là cát sông, có modun độ lớn là 1.87. Cát có khối lượng riêng là 2.61 g/ cm3 và khối lượng thể tích là 1520 kg/m3.
2.1.4. Đá
Cốt liệu lớn sử dụng đá dăm có Dmax 20 mm, khối lượng riêng 2.75 g/cm3, khối lượng thể tích là 1570 kg/m3.
2.1.5. Phụ gia hóa học
Hình 2. Các thành phần ảnh hưởng đến tính lưu biến của vữa và betong [4,5]
Hình 3. Mơ hình xác định độ chảy xòe của hỗn hợp betong của Coussot [8]
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
Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của ximang
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
8.2017 197
polycacbonxylate hệ nước, tỷ trọng 1.04-1.07 kg/lít.
2.1.6. Phụ gia bột đá vôi
Bột đá vôi nghiền mịn, thành phần chủ yếu là CaCO3. Bột đá vội có khối lượng riêng là 2.64 g/ m3. Độ mịn Blain 4900 cm2/g.
2.2. Cấp phối
Thành phần nguyên vật liệu của betong được thiết kế vớ tỷ lệ Nước /Ximang (N/X) là 0.4. Hàm lượng tro bay sử dụng thay thế ximang lần lượt là 10, 20, 30, 40 và 50% theo khối lượng. Hàm lượng phụ gia hóa học sử dụng 2 loại là phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo và bột đá vôi nhằm đánh giá ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn, độ nhớt dẻo và khả năng chảy xòe của hỗn hợp betong. Thành phần cấp phối của betong trình bày trong bảng 3.
2.3.Phương pháp chuẩn bị mẫu và thực nghiệm
2.3.1.Phương pháp chuẩn bị mẫu
Các thành phần nguyên liệu ximang, tro bay, bột đá vôi, cát và đá sau khi định lượng được nhào trộn tạo thành hỗn hợp betong khơ. Các phụ gia hóa học sẽ được định lượng và pha trộn với nước sau đó được đổ vào hỗn hợp khơ bắt đầu q trình nhào trộn ướt tạo thành hỗn hợp betong tươi. Sau đó, hỗn hợp betong tươi được thực nghiệm xác định các tính chất độ sụt, thời gian sụt, đường kính chảy xịe, ứng suất trượt tới hạn.
2.3.2.Phương pháp thực nghiệm
Ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp betong được xác định thơng qua thí nghiệm xác định độ sụt bằng dụng cụ côn Abrams cải tiến theo nghiên cứu của tác giả De Larrard [9]. Các thông số độ sụt (S-cm) và thời gian sụt (T, s) được xác định thông qua dụng cụ trình bày trong Hình 3. Thí nghiệm xác định các thơng số trình bày theo các bước sau:
-Thời điểm T=0 được xác định khi hỗn hợp betong 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 côn Abrams.
-Độ sụt của hỗn hợp betong 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
Đường kính chảy xịe của hỗn hợp betong được xác định theo TCVN 9340 – 2012 như trên hình 4
3. ḰT QỦ THÍ NGHỊM
3.1.̉nh hưởng của tro bay đến tính dẻo của hỗn hợp betong
Thành phần cấp phối betong sử dụng tro bay và kết hợp với phụ gia hóa học ảnh hưởng đến độ sụt của hỗn hợp betong. Sử dụng phụ gia dẻo và phụ gia siêu dẻo có tác dụng làm tăng độ dẻo của hỗn hợp betong thông qua giá trị