3.3. Trình tự và kết quả tính tốn lý thuyết thành phần bê tơng nền
3.3.4. Xác định lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ
3.3.4.1. Xác định lượng cốt liệu lớn
Việc tính tốn xác định lƣợng cốt liệu lớn (đá dăm - Đ) dùng cho 1m3 bê tông đƣợc thực hiện theo công thức sau[8]
: d D oD aD 1000 Đ ;kg k .r 1 (3-4) Trong đó: rD – độ rỗng của đá dăm; kd – hệ số dƣ vữa, xác định theo Bảng 3-5:
Bảng 3. 5. Hệ số dư vữa trong bê tông
Lƣợng XM trong 1m3 bê tông Hệ số dƣ vữa kd Đá dăm Sỏi 250 1,30 1,34 300 1,36 1,42 350 1,42 1,48 400 1,47 1,52
Theo kết quả tính tốn ở trên, đề tài đã sơ bộ lựa chọn đƣợc lƣợng xi măng là 292kg, vậy từ Bảng 3-5 có thể lấy hệ số dƣ vữa kd là 1,36.
γ0D - khối lƣợng thể tích của đá dăm, kg/lít; γaD - khối lƣợng riêng của đá dăm, kg/lít.
Loại đá dăm sử dụng có các thơng số kỹ thuật sau: Khối lƣợng thể tích: γ0D = 1,48g/cm3
; Khối lƣợng riêng: γaD = 2,8g/cm3; Độ rỗng: rD = 0,47.
Thay các thông số vào cơng thức tính tốn, đề tài xác định đƣợc lƣợng đá dăm (Đ) dùng cho 1m3
bê tông:
Đ = 1197kg.
3.3.4.2. Xác định lượng cốt liệu nhỏ
Sau khi xác định đƣợc lƣợng nƣớc nhào trộn (N), lƣợng xi măng (X) và lƣợng đá dăm (Đ), việc các định lƣợng cốt liệu nhỏ (cát - C) cho 1m3
bê tông đƣợc thực hiện theo công thức sau[8]
: aC aX aD X D C 1000 N. ;kg (3-5)
Trong đó:γaX, γaD và γaC - lần lƣợt là khối lƣợng riêng của xi măng, của đá dăm và của cát, kg/lít; với xi măng và các loại cốt liệu đã lựa chọn sử dụng có các thơng số kỹ thuật sau:
Khối lƣợng riêng của xi măng: γaX = 3,05 kg/lít;
Khối lƣợng riêng của đá dăm: γaD = 2,8 kg/lít; Khối lƣợng riêng của cát: γaC = 2,75 kg/lít. Thay các thơng số vào cơng thức tính tốn, đề tài xác định đƣợc lƣợng cát (C) dùng cho 1m3 bê tông:
3.3.5. Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết
Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết các thành phần vật liệu chế tạo bê tông đƣợc thể hiện ở Bảng 3-6.
Bảng 3. 6. Kết quả tính tốn lý thuyết các thành phần vật liệu
D (kg) C (kg) X (kg) N (lít) R (kg)
1197 747 292 205 29,2
3.4. Xác định hàm lƣợng rơm thay thế cốt liệu bằng thực nghiệm
3.4.1. Phương pháp thực nghiệm
Thành phần bê tông nhẹ đƣợc xác định từ việc dùng rơm làm chất độn thay một phần cốt liệu lớn qua thực nghiệm thử dần; trình tự thực hiện qua các bƣớc cụ thể nhƣ sau:
Bƣớc 1: Chuẩn bị và trộn thử
- Các vật liệu thành phần đƣợc chuẩn bị sẵn sàng với khối lƣợng đã biết;
- Trộn trƣớc hỗn hợp Cát, Xi măng, Nƣớc và 40% Cốt liệu lớn (so với khối lƣợng cốt liệu lớn thiết kế cho bê tông nền);
- Đƣa dần rơm, kết hợp thêm với lƣợng cốt liệu lớn vào trộn cùng và quan sát theo u cầu tính cơng tác và khối lƣợng thể tích.
Bƣớc 2: Đúc mẫu và kiểm tra
- Kiểm tra tính cơng tác qua việc đúc mẫu: mức độ liên kết, mức độ đồng nhất, độ linh hoạt, …;
- Kiểm tra khối lƣợng thể tích; - Kiểm tra cƣờng độ chịu nén.
Hình ảnh về quá trình làm thực nghiệm để thử dần đƣợc thể hiện ở Hình 2-5.
Hình 3. 1. Qúa trình thực nghiệm thử dần 3.4.2. Kết quả thực nghiệm 3.4.2. Kết quả thực nghiệm
Qua quá trình trộn, kiểm tra tính cơng tác và đúc mẫu thử dần, đề tài lựa chọn hàm lƣợng rơm khô ban đầu (R) để nhào trộn là 10% so với khối lƣợng xi măng; và lƣợng cốt liệu lớn rút bớt là 60% so với hàm lƣợng ban đầu (Đ0):
R = 0,1.X = 0,1.292 = 29,2 (kg) Đ = 0,6.Đ0 = 0,5.1197 ≈ 718 (kg)
Tổng hợp kết quả thiết kế các thành phần vật liệu ban đầu cho bê tông nhẹ độn rơm đƣợc thể hiện ở Bảng 3-7.
Bảng 3. 7. Kết quả thiết kế các thành phần vật liệu
D (kg) C (kg) X (kg) N (lít) R (kg)
718 747 292 205 29,2
Từ kết quả tính tốn lý thuyết và thực nghiệm thử dần để chọn ra hàm lƣợng các thành phần vật liệu ( Bảng 3-7), đề tài chế tạo các mẫu thí nghiệm để kiểm tra tính cơng các của hỗn hợp bê tơng (đánh giá bằng Độ sụt - S), khối lƣợng thể tích (γ0) và cƣờng độ chịu nén (Rb) của bê tông. Kết quả kiểm tra đƣợc ghi ở Bảng 3-8.
Bảng 3. 8. Kết quả kiểm tra các tính năng cơ bản của bê tơng rơm Chỉ tiêu Mẫu 01 Mẫu 02 Mẫu 03 Trung bình
S, cm 6 6 7 6,3
Rb, MPa 6,2 6,0 6,77 6,32
γ0, g/cm3 1,83 1,88 1,85 1,85
Từ kết quả kiểm tra ở Bảng 3-8 cho thấy: loại hỗn hợp bê tơng nhẹ độn rơm đảm bảo về tính cơng tác, đồng thời đạt u cầu về chỉ tiêu khối lƣợng thể tích và cƣờng độ quy định với bê tơng nhẹ.
CHƢƠNG 4
THỰC NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH THÀNH PHẦN BÊ TÔNG
4.1. Phƣơng án nghiên cứu
Để hiệu chỉnh thành phần bê tông rơm, đề tài thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng rơm đến tính cơng tác, đến khối lƣợng thể tích và đến cƣờng độ chịu nén của bê tông, từ kết quả thiết kế các thành phần vật liệu cơ bản cho bê tông rơm, đề tài chế tạo và xác định các tính năng với các nhóm mẫu có hàm lƣợng rơm khơ biến đổi trong khoảng tƣơng ứng 10 ÷ 18% (so với khối lƣợng xi măng); cụ thể về các thành phần vật liệu chế tạo các nhóm mẫu đƣợc ghi ở Bảng 4-1.
Bảng 4. 1. Thành phần vật liệu chế tạo các nhóm mẫu
Nhóm mẫu D (kg) C (kg) X (kg) N (lít) R (kg) M10% 718 747 292 205 29,20 M12% 718 747 292 205 32,58 M14% 718 747 292 205 36,50 M16% 718 747 292 205 40,15 M18% 718 747 292 205 43,80
4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng sợi tới độ sụt
4.2.1. Kết quả thí nghiệm độ sụt
Kết quả thí nghiệm độ sụt ban đầu (S1) và độ sụt sau 30 phút (S30) với các mẫu hỗn hợp bê tơng rơm có hàm lƣợng rơm thay đổi các khoảng tƣơng ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% đƣợc ghi ở Bảng 4-2.
Bảng 4. 2. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới độ sụt Nhóm mẫu Hàm lƣợng (%) Độ sụt của hỗn hợp, cm Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình S1 S30 S1 S30 S1 S30 S1 S30 M10% 10 6.0 4.5 6.0 4.0 7.0 5.5 6.3 4.7 M12% 12 5.0 4.0 5.5 3.5 5.0 3.5 5.2 3.7 M14% 14 4.0 3.0 4.0 2.5 3.5 2.0 3.8 2.5 M16% 16 2.5 1.0 1.5 0.0 2.0 0.5 2.0 0.5 M18% 18 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
4.2.2. Phân tích sự ảnh hưởng tới độ sụt
Đồ thị quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và độ sụt của các nhóm mẫu hỗn hợp bê tơng rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-1.
Từ kết quả ở bảng 4-2 cho thấy: độ sụt của hỗn hợp bê tông về cơ bản thỏa mãn yêu cầu, tuy nhiên có 01 nhóm mẫu khơng đo đƣợc độ sụt do sau khi lèn hỗn hợp trong cột sụt và rút cơn lên thì hỗn hợp vẫn bám chặt trong cơn (hỗn hợp không tụt ra khỏi côn – không đảm bảo tính cơng tác).
Quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và độ sụt của hỗn hợp có thể đƣợc mơ tả bởi các công thức (4-1) và (4-2).
S1 = - 0,7917R + 14,15 (4-1)
S30 = - 0,625R + 11,017 (4-2)
Trong đó:
S1 – độ sụt của hỗn hợp ngay sau nhào trộn, cm;
S30 – độ sụt của hỗn hợp ngay sau nhào trộn 30 phút, cm;
R – hàm lƣợng rơm sử dụng (tỉ lệ phần trăm về khối lƣợng rơm khô so với xi măng), %.
4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng sợi tới khối lƣợng thể tích
4.3.1. Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích
Kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích ở trạng thái khô tự nhiên (γk) và ở trạng thái bão hịa nƣớc (γbh) của các mẫu bê tơng rơm có hàm lƣợng rơm
thay đổi ở các khoảng tƣơng ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% đƣợc ghi ở Bảng 4-3.
Bảng 4. 3. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới KLTT
Nhó m mẫu Hàm lƣợn g (%) Khối lƣợng thể tích (g/cm3) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình γk γbh γk γbh γk γbh γk γbh M10% 10 1.83 2.10 1.88 2.16 1.85 2.15 1.85 2.14 M12% 12 1.85 2.13 1.81 2.10 1.84 2.11 1.83 2.11 M14% 14 1.83 2.08 1.77 2.03 1.80 2.05 1.80 2.05 M16% 16 1.71 1.90 1.76 2.00 1.80 2.02 1.76 1.97 M18% 18 1.75 1.88 1.69 1.82 1.71 1.86 1.72 1.85
4.3.2. Phân tích sự ảnh hưởng tới khối lượng thể tích
Đồ thị quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và khối lƣợng thể tích của các nhóm mẫu bê tơng rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-2.
Từ kết quả ở bảng 4-3 cho thấy: khối lƣợng thể tích của bê tơng về cơ bản đều đảm bảo phù hợp với quy định của tiêu chuẩn Việt Nam về bê tơng nhẹ (bê tơng nhẹ có γ < 1,9T/m3).
Hình 4. 2. Đồ thi quan hệ hàm lượng rơm và khối lượng thể tích
Quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và khối lƣợng thể tích có thể đƣợc mơ tả bởi các công thức (4-3) và (4-4). γk = - 0,0172R + 2,0324 (4-3) γbh = - 0,0353R + 2,5207 (4-3) Trong đó: y = -0,0172x + 2,0324 R² = 0,9826 y = -0,0353x + 2,5207 R² = 0,9385 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 10 12 14 16 18 Khố i l ƣợng thể tíc h, g/ cm 3 Hàm lƣợng rơm, %
28 ngày - khơ tự nhiên 28 ngày - bão hòa
Linear (28 ngày - khơ tự nhiên) Linear (28 ngày - bão hịa)
γk – khối lƣợng thể tích của bê tơng độn rơm ở trạng thái khơ tự nhiên trong điều kiện phịng thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, g/cm3
;
γbh – khối lƣợng thể tích của bê tơng độn rơm ở trạng thái ngâm bão hòa nƣớc sau 3 giờ, g/cm3
;
R – hàm lƣợng rơm sử dụng (tỉ lệ phần trăm về khối lƣợng rơm khô so với xi măng), %.
4.4. Khảo sát ảnh hƣởng tới cƣờng độ chịu nén
4.4.1. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén
Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu nén ở trạng thái khô tự nhiên (Rb) và ở trạng thái bão hòa nƣớc (Rbh) của các mẫu bê tơng rơm có hàm lƣợng rơm thay đổi các khoảng tƣơng ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% ở tuổi 28 ngày đƣợc ghi ở Bảng 4-4.
Bảng 4-4. Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của hàm lƣợng rơm tới cƣờng độ chịu nén
Bảng 4. 4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng rơm tới cường độ chịu nén Nhó m mẫu Hàm lƣợn g (%) Cƣờng độ chịu nén (MPa) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình Rb Rbh Rb Rbh Rb Rbh Rb Rbh M10% 10 6.20 4.3 6.00 4.20 6.77 4.74 6.32 4.4 M12% 12 5.50 4.0 5.45 3.92 6.00 4.32 5.65 4.1 M14% 14 5.13 3.7 4.40 3.26 4.80 3.50 4.78 3.5 M16% 16 4.21 3.2 3.90 2.93 4.10 3.12 4.07 3.1 M18% 18 3.50 2.7 3.80 3.00 3.03 2.33 3.44 2.7
4.4.2. Phân tích sự ảnh hưởng tới cường độ chịu nén
Đồ thị quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và cƣờng độ chịu nén của các nhóm mẫu bê tơng rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-3.
Hình 4. 3. Đồ thị quan hệ hàm lượng rơm và cường độ chịu nén
Từ kết quả ở bảng 4-4 cho thấy: cƣờng độ của bê tông về cơ bản đều đảm bảo phù hợp với quy định của tiêu chuẩn Việt Nam về bê tơng nhẹ (bê tơng nhẹ có Rb = 1,5 ÷ 50MPa).
Quan hệ giữa hàm lƣợng rơm và cƣờng độ chịu nén có thể đƣợc mơ tả bởi các công thức (4-5) và (4-6).
Rb = - 0,367R + 9,9907 (4-5)
Rbh = - 0,2251R + 6,6985 (4-6)
Trong đó:
Rb – cƣờng độ của bê tông độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phịng thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, MPa;
Rbh – cƣờng độ của bê tông độn rơm ở tuổi 28 ngày và ngâm bão hòa nƣớc sau 3 giờ, MPa;
R – hàm lƣợng rơm sử dụng (tỉ lệ phần trăm về khối lƣợng rơm khô so với xi măng), %. y = -0,2251x + 6,6985 R² = 0,9954 y = -0,367x + 9,9907 R² = 0,9971 0 1 2 3 4 5 6 7 10 12 14 16 18 C ƣờng độ , M P a Hàm lƣợng rơm, %
28 ngày - bão hịa
28 ngày - khơ tự nhiên
Linear (28 ngày - bão hòa)
Linear (28 ngày - khô tự nhiên)
4.5. Quan hệ khối lƣợng thể tích và cƣờng độ chịu nén
4.5.1. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm khối lƣợng thể tích và cƣờng độ chịu nén của các mẫu bê tơng rơm có hàm lƣợng rơm thay đổi các khoảng tƣơng ứng 10%; 12%; 14%; 16% và 18% đƣợc ghi ở Bảng 4-2, Bảng 4-3 và Bảng 4-4.
4.5.2. Phân tích quan hệ khối lượng thể tích và cường độ chịu nén
Đồ thị quan hệ giữa khối lƣợng thể tích và cƣờng độ chịu nén của các nhóm mẫu bê tơng rơm đƣợc thể hiện ở Hình 4-4.
Hình 4. 4. Đồ thị quan hệ khối lượng thể tích và cường độ chịu nén
Từ kết quả thí nghiệm và đồ thị ở Hình 3-4 cho thấy: cƣờng độ của bê tông độn rơm tỉ lệ nghịch với khối lƣợng thể tích. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, quan hệ giữa khối lƣợng thể tích và cƣờng độ chịu nén có thể đƣợc mơ tả bởi các công thức (4-7) và (4-8).
Rb = 20,897 γk - 32,582 (4-7) Rbh = 12,85 γbh - 19,471 (4-8) y = 12,85x - 19,471 R² = 0,9789 y = 20,897x - 32,582 R² = 0,9753 0 1 2 3 4 5 6 7 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 C ƣờng độ , M P a Khối lƣợng thể tích, g/cm3
28 ngày - bão hịa
28 ngày - khơ tự nhiên
Linear (28 ngày - bão hịa)
Trong đó:
Rb – cƣờng độ của bê tơng độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phịng thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, MPa;
Rbh – cƣờng độ của bê tông độn rơm ở tuổi 28 ngày và ngâm bão hòa nƣớc sau 5 giờ, g/cm3
;
γk – khối lƣợng thể tích của bê tơng độn rơm ở trạng thái khô tự nhiên trong điều kiện phịng thí nghiệm, g/cm3
;
γbh – khối lƣợng thể tích của bê tông độn rơm ở trạng thái ngâm bão
hòa nƣớc sau 3 giờ, g/cm3
KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã đạt đƣợc một số kết quả cùng với các kết luận cơ bản nhƣ sau:
- Việc nghiên cứu sử dụng hợp lý nguồn phế thải rơm rạ là cần thiết, nó khơng chỉ đơn thuần có ý nghĩa về kinh tế mà còn mang ý nghĩa đặc biệt về mơi trƣờng; trong khi đó, cả trên thế giới và trong nƣớc số lƣợng các nghiên cứu về sử dụng rơm rạ, đặc biệt là sử dụng rơm rạ làm vật liệu xây dựng còn rất hạn chế.
- Bằng phƣơng pháp tính tốn kết hợp thực nghiệm, đề tài đã thiết kế đƣợc thành phần cơ bản của bê tông nhẹ sử dụng chất độn rơm; qua kết quả thí nghiệm kiểm tra cho thấy: hỗn hợp bê tơng độn rơm với hàm lƣợng các vật liệu thành phần lựa chọn đã đảm bảo tính cơng tác, đồng thời đạt u cầu về chỉ tiêu khối lƣợng thể tích và cƣờng độ quy định với bê tông nhẹ.
- Từ kết quả thí nghiệm của các nhóm mẫu cũng chỉ ra rằng, hàm lƣợng chất độn rơm ảnh hƣởng rõ rệt đến tính cơng tác của hỗn hợp, đến cƣờng độ và đến khối lƣợng thể tích của bê tơng. Trên cơ sở u cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản (tính cơng tác của hỗn hợp; cƣờng độ và khối lƣợng thể tích của bê tơng), lựa chọn hàm lƣợng chất độn rơm hợp lý trong khoảng 10 – 16%.
- Từ kết quả thí nghiệm bƣớc đầu có thể nhận thấy, bê tông sử dụng chất độn rơm với thành phần lựa chọn hợp lý sẽ đáp ứng đƣợc yêu cầu quy định với bê tơng nhẹ dùng trong xây dựng cơng trình.
Tồn tại:
Qua quá trình nghiên cứu, đề tài cũng nhận ra một số điểm còn hạn chế chƣa giải quyết đƣợc nhƣ sau:
- Chỉ tiêu nghiên cứu chƣa nhiều, chƣa đầy đủ: mới chỉ nghiên cứu về tính cơng tác, khối lƣợng thể tích và cƣờng độ chịu nén;
- Số lƣợng mẫu thí nghiệm cịn hạn chế: kết quả thí nghiệm mới chỉ là