Thực nghiêm vài trò của tro bay khi kết hợp với các phụ gia khác nhau cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của phụ gia đến tính nhớt - dẻo của hỗn hợp bê tông. Khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông sẽ tác động nhiều đến điều kiện thi công và
tính chất cường độ của vật liệu. Thực nghiệm tiến hành xác định vai trò của các
yếu tố đến cường độ bê tơng, trình bày trong hình 4.29.
Hình 4.28 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia và cường độ nén khi tỷ lệ
N/CKD là 0.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 C ư ờ n g đ ộ n én ( M P a) Tro bay (%) N/CKD=0.4 Phụ gia dẻo Phụ gia siêu dẻo
68
69
Hình 4.30 Cấu trúc bề mặt bê tông tro bay sử dụng phụ gia dẻo.
Kết quả đánh giá cường độ chịu nén của bê tơng cho thấy có sự thay đổi khi dùng phụ gia trong thành phần cấp phối. Cường độ của bê tông đạt được khoảng
40 N/mm2 ứng với cấp phối dùng N/CKD là 0.4 và cường độ có xu hướng phát
triển hơn với cấp phối dùng phụ gia dẻo và phụ gia siêu dẻo. Tuy nhiên cường độ giảm rõ rệt khi dùng bột đá vôi và phụ gia dẻo kết hợp. Khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng dần thì cấp phối dùng phụ gia dẻo và phụ gia siêu dẻo có cường độ có thay đổi không đáng kể khi tro bay đến 20%, sau đó thì cường độ
giảm khoảng 10% với 40-50% tro bay. Đối với cấp phối dùng không dùng phụ gia và cấp phối dùng phụ gia và bột đá vơi kết hợp thì cường độ giảm đều theo hàm lượng tro bay sử dụng. Thực nghiệm sử dụng tro bay cho thấy tro bay khi thay thế xi măng thì làm giảm cường độ của bê tơng khoảng 10-15%.
Phân tích bề mặt cấu trúc bê tơng tro bay sau khí đóng rắn như trên hình
4.29 bằng phương pháp scanning electron microscope (SEM) cho thấy các hạt cầu tro bay còn tồn tại bao bọc tại hạt cốt liệu với kích thước dao động từ 1-5µm. Hình 4.30 cũng cho thấy bên trong vùng chuyển tiếp giữa các hạt cốt liệu cũng xuất hiện các hạt hình cầu của tro bay cịn chưa phản ứng hết và nằm lẫn trong các lỗ rỗng của vật liệu. Điều này cho thấy quá trình hydrat thức cấp để phản ứng pozolane
chưa xảy ra hoàn chỉnh, đồng thời lượng nước dùng để tạo cho hỗn hợp bê tơng có
được tính nhớt dẻo để làm việc sẽ để lại các lỗ rỗng trên bề mặt vật liệu, điều này
70
Hình 4.31 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia và cường độ nén khi tỷ lệ
N/CKD là 0.5
Kết quả trên Hình 4. 31 trình bày ảnh hưởng của tro bay và các loại phụ gia
đến cường độ nén của bê tông khi dùng tỷ lệ N/CKD là 0.5. Giá trị cường độ đạt được khoảng 36 N/mm2 và đạt cường độ tốt nhất là gần 45 N/mm2 với cấp phối dùng bột đá vôi và phụ gia dẻo kết hợp. Cường độ nén của bê tơng có xu hướng giảm theo hàm lượng tro bay sử dụng. Các cấp phối có quy luật tương tự khi tăng dần hàm lượng tro bay thay thế. Cường độ giảm khoảng 10 -20% khi sử dụng đến 50% tro bay. Cấp phối dùng bột đá vôi và phụ gia dẻo cho thấy khả năng phát triển cường độ tốt hơn các cấp phối khác.
Kết quả này cho thấy các thành phần phụ gia hóa học và phụ gia bột đá vơi kết hợp với hàm lượng tro bay tác động đến các thông số lưu biến của vật liệu, đồng thời cũng tác động đến cấu trúc đặc chắc của bê tông làm cho bê tông được
cải thiện một phần cường độ nén. Đồng thời, việc sử dụng các loại phụ gia kết hợp với tro bay cần quan tâm đến việc thiết kế tỷ lệ N/CKD để hỗn hợp bê tông vữa
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 C ư ờ n g đ ộ n én ( M P a) Tro bay (%) N/CKD=0.5 Phụ gia dẻo Phụ gia siêu dẻo
71
có tính dẻo- nhớt phù hợp với thiết bị thi cơng, qui trình vận hành và sự ổn định cường độ của bê tông.
72
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 KẾT LUẬN
Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần tro bay đến tính chất lưu biến và khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông cho thấy:
- Thành phần cấp phối khi sử dụng hàm lượng tro bay 10-30% và kết hợp với phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo có khả năng tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông khoảng 10 -20%. Thời gian đạt độ sụt của hỗn hợp bê tơng có thể thay đổi đến gần 50%. Khi sử dụng tỷ lệ Nước /Xi măng từ 0.4 lên 0.5 thì thời gian đạt độ sụt cũng có sự thay đổi. Trong khi đó, phụ gia dẻo ảnh hưởng khơng đáng kể đến thời gian sụt. Tuy nhiên khi sử dụng phụ gia siêu dẻo và bột đá vôi – phụ gia dẻo thì thời gian
đạt độ sụt giảm rất nhanh. Cấp phối dùng phụ gia siêu dẻo và tro bay thì thời gian
giảm nhanh nhất. Thời gian sụt có sự thay đổi khi dùng phụ gia hóa học và tăng tỷ lệ nước – xi măng là do ngồi yếu tố độ dẻo của bê tơng tăng lên còn do độ nhớt của chất lỏng thay đổi, kéo hỗn hợp bê tông đạt độ sụt nhanh hơn. Phụ gia dẻo kết hợp với bột đá vôi dễ dàng tạo cho hỗn hợp bê tơng có độ nhớt cao, tăng khả năng
đạt tính dẻo của vật liệu.
- Độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tơng có xu hướng giảm dần theo hàm lượng tro bay và phụ gia dẻo. Khi cấp phối dùng tro bay kết hợp với phụ gia dẻo thì độ nhớt dẻo giảm khoảng 40-50%. Trong khi đó, khi sử dụng tro bay kết hợp với phụ gia siêu dẻo thì độ nhớt dẻo giảm chỉ còn 10-20%. Khi dùng phụ gia bột đá vơi kết hợp với phụ gia dẻo thì khả năng ảnh hướng tốt đến tính dẻo của bê tơng khi sử dụng tỷ lệ Nước/Xi măng thấp. Giá trị độ nhớt càng giảm cho thấy hỗn hợp bê
tơng khi sử dụng tro bay có khả năng dễ dịch chuyển trong các thiết bị thi cơng hơn, tính cơng tác dễ hơn.
- Ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông giảm khoảng 15% theo hàm
lượng tro bay. Các cấp phối dùng tro bay cũng cho thấy ứng suất trượt tới hạn
73
ứng suất trượt đến 30%. Phụ gia dẻo và bột đá vơi có tác dụng giảm nhanh ứng
suất trượt tới hạn đến 40%. Giá trị ứng suất trượt tới hạn thay đổi nhiều phụ thuộc vào phụ gia hóa học và bột đá vơi hơn vai trị của tro bay. Giá trị ứng suất trượt tới hạn giảm dần cho thấy hỗn hợp bê tông khi sử dụng phụ gia dẻo – bột đá vôi kết hợp với tro bay làm cho vật liệu dễ dàng đạt tính nhớt dẻo hơn.
- Độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tơng có vài trị chính trong việc tạo cho vật liệu có khả năng chảy tràn trên bề mặt phẳng. Khi cấp phối dùng bột đá vôi – phụ gia dẻo sẽ giúp hỗn hợp bêtông đạt độ dẻo tốt, phụ gia siêu dẻo sẽ giúp hỗn hợp giảm ứng suất trượt tới hạn thì hỗn hợp bêtơng có khả năng chảy tràn tốt. So sánh với yêu cầu kỹ thuật của hỗn hợp bêtông tự lèn với độ chảy xỏe 600 – 800 mm thì khả năng chảy xịe của bê tơng dùng tro bay đạt đến 600 – 700mm tùy thuộc vào tỷ lệ nước – xi măng kết hợp với phụ gia hóa học và bột đá vơi. Vai trị của tính nhớt dẻo và lưu biến cao của hỗn hợp bê tông tạo điều kiện cho chất lỏng đạt đến mức linh động cao như vậy. Kết quả này cũng cho thấy vai trị rõ ràng của phụ gia hóa học và phụ gia bột trong việc kết hợp hạt tro bay tạo độ nhớt dẻo và tính lưu biến của hỗn hợp bê tông. So sánh và đánh giá kết quả này tương đồng với công thức thực nghiệm Coussot về mối quan hệ giữa đường kính chảy xịe và ứng suất trượt tới hạn khi hỗn hợp bê tơng có khả năng lưu biến cao.
- Giá trị thực nghiệm về thời gian chảy T500 và thời gian chảy phễu V cho thấy tro bay kết hợp với phụ gia có khả năng đạt các yêu cầu của hỗn hợp bê tơng tự lèn với tính nhớt dẻo và khả năng trượt phù hợp. Việc sử dụng phụ gia bột đá vôi làm cho hỗn hợp bê tông dễ đạt độ lưu biến cao vừa có khả năng đạt thời gian chảy xòe hơn so với dùng phụ gia siêu dẻo.
- Ngoài tác dụng thay đổi các thông số lưu biến của hỗn hợp bê tơng thì
hàm lượng tro bay cũng tác động đến tính chất cường độ của bê tơng. Cấp phối kết hợp với phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo và bột đá vơi làm bê tơng có khả năng cải thiện cường độ bê tông từ 5-10%. Khi sử dụng tro bay với hàm lượng 10-20% thì cường độ có sự thay đổi không đáng kể. Tuy nhiên khi sử dụng tro bay thay thế xi
74
măng với hàm lượng tăng đến 50% thì cường độ giảm khoảng 15-20%. Do đó,
ngồi việc tác động đến tính lưu biến của hỗn hợp bê tơng thì tro bay cũng tác động một phần đến cường độ của vật liệu. Việc lựa chọn giải pháp thi cơng, tính
chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông tro bay cần quan tâm đến các yếu tố phụ gia, tỷ lệ nước – xi măng và sự ổn định về cường độ theo thời gian.
Thành phần cấp phối betong sử dụng tro bay với hàm lượng 20-30% kết hợp với phụ gia siêu dẻo hoặc phụ gia dẻo-bột đá vơi có khả năng đạt tính lưu biến cao, đồng thời gia trị cường độ đạt u cầu trong thi cơng các cơng trình xây dựng.
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
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 tông 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 tơngvà thành ống bơm. Tạp chí Khoa học Côngnghệ 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 tơng 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 Công
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 cơng 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 thơng 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