CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.2. Nghiên cứu chế tạo bê tông rỗng thoát nước
4.2.5. Ảnh hưởng của cốt liệu nhỏ tới các tính chất của BTRTN
Trên cơ sở nghiên cứu về độ nhớt và cường độ đá CKD, đánh giá ảnh hưởng của độ nhớt tới chiều dày tối đa, ảnh hưởng của cường độ đá CKD tới cường độ BTRTN, tác giả lựa chọn hỗn hợp CKD sử dụng trong nghiên cứu các tính chất của BTRTN là: Xi măng 70%; Silica fume 10% và Tro bay 20%, tỷ lệ N/CKD=0,22. Với thành phần như trên thì vừa cải thiện cường độ đá CKD từ đó cải thiện cường độ bê tông, vừa thay thế một phần xi măng góp phần giải quyết vấn đề môi trường, đồng thời với các độ rỗng thiết kế không xảy ra hiện tượng tách hồ CKD, vẫn đảm bảo tính công tác của hỗn hợp BTRTN.
Theo cơ sở sử dụng cốt liệu nhỏ trong BTRTN, đồng thời dựa vào các kết quả khảo sát sơ bộ về lượng dùng CLN tác giả lựa chọn các hàm lượng CLN bổ sung vào cấp phối với các tỷ lệ như sau: 4%; 7%; 10% so với khối lượng của cốt liệu lớn. Quy ước ký hiệu cấp phối sử dụng trong nghiên cứu BTRTN được thể hiện trong Bảng 4.7.
10 15 20 25 30 35
0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55
Cường độ nén của BTRTN, MPa
Chiều dầy CKD bọc xung quanh bề mặt CLL, mm R(CKD)=77 MPa R(CKD)=82 MPa R(CKD)=91 MPa R(CKD)=95 MPa R(CKD)=101 MPa R(CKD)=108 MPa
10 15 20 25 30 35
0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75
Cường độ nén của BTRTN, MPa
Chiều dầy CKD bọc xung quanh bề mặt CLL, mm R(CKD)=77 MPa R(CKD)=82 MPa R(CKD)=91 MPa R(CKD)=95 MPa
Bảng 4.7Quy ước ký hiệu cấp phối Cỡ hạt cốt liệu lớn,
mm
Hàm lượng cốt
liệu nhỏ, % Độ rỗng thiết kế, % Ký hiệu mẫu
5-10 0; 4; 7; 10 14; 17; 20; 23; 26 D5Cc/r
10-20 0; 4; 7; 10 14; 17; 20; 23; 26 D10Cc/r Ghi chú: c – Ghi hàm lượng cốt liệu nhỏ (0; 4; 7; 10)
r – Ghi độ rỗng thiết kế (14; 17; 20; 23; 26)
Sau khi tính toán thành phần từng cấp phối theo phương pháp được trình bày tại mục 4.2.1, kết hợp với các yếu tố ảnh hưởng, đề tài xây dựng được 40 cấp phối để tiến hành kiểm tra các tính chất của BTRTN. Cấp phối BTRTN sử dụng trong nghiên cứu được thể hiện tại Bảng 4.8.
Bảng 4.8 Cấp phối BTRTN sử dụng CLN TT Ký hiệu CLL,
kg
CLN,
kg X, kg FA, kg SF, kg N, lít PGSD, kg 1 D5C0/14 1604 0 322,0 92,0 46,0 101,2 1,84
2 D5C0/17 1604 0 286,3 81,8 40,9 90,0 1,64
3 D5C0/20 1604 0 255,0 72,8 36,4 80,2 1,46
4 D5C0/23 1604 0 214,8 61,4 30,7 67,5 1,23
5 D5C0/26 1604 0 179,1 51,2 25,6 56,3 1,02
6 D5C4/14 1565 62,6 314,2 89,8 44,9 98,7 1,8 7 D5C4/17 1565 62,6 279,4 79,8 39,9 87,8 1,6 8 D5C4/20 1565 62,6 244,4 69,9 34,9 76,8 1,4 9 D5C4/23 1565 62,6 209,6 59,9 30,0 65,9 1,2 10 D5C4/26 1565 62,6 174,8 50,0 25,0 54,9 1,0 11 D5C7/14 1536 107,5 308,3 88,1 44,0 96,9 1,8 12 D5C7/17 1536 107,5 274,2 78,3 39,2 86,2 1,6 13 D5C7/20 1536 107,5 239,9 68,6 34,3 75,4 1,4 14 D5C7/23 1536 107,5 205,7 58,8 29,4 64,6 1,2 15 D5C7/26 1536 107,5 171,5 49,0 24,5 53,9 1,0
TT Ký hiệu CLL, kg
CLN,
kg X, kg FA, kg SF, kg N, lít PGSD, kg 16 D5C10/14 1507 150,7 302,5 86,4 43,2 95,1 1,7 17 D5C10/17 1507 150,7 268,9 76,8 38,4 84,5 1,5 18 D5C10/20 1507 150,7 235,3 67,3 33,6 73,9 1,3 19 D5C10/23 1507 150,7 201,8 57,7 28,8 63,4 1,2 20 D5C10/26 1507 150,7 168,2 48,1 24,0 52,9 1,0 21 D10C0/14 1554 0 343,7 98,2 49,1 108,0 1,96 22 D10C0/17 1554 0 307,9 88,0 44,0 96,8 1,76 23 D10C0/20 1554 0 272,2 77,8 38,9 85,6 1,56 24 D10C0/23 1554 0 236,5 67,6 33,8 74,3 1,35 25 D10C0/26 1554 0 200,8 57,4 28,7 63,1 1,15 26 D10C4/14 1516 60,7 335,4 95,8 47,9 105,4 1,9 27 D10C4/17 1516 60,7 300,4 85,9 42,9 94,5 1,7 28 D10C4/20 1516 60,7 265,6 75,9 38,0 83,5 1,5 29 D10C4/23 1516 60,7 230,8 66,0 33,0 72,5 1,3 30 D10C4/26 1516 60,7 195,9 56,0 28,0 61,6 1,1 31 D10C7/14 1488 104,2 329,1 94,0 47,0 103,4 1,9 32 D10C7/17 1488 104,2 294,8 84,3 42,1 92,7 1,7 33 D10C7/20 1488 104,2 260,7 74,5 37,2 82,0 1,5 34 D10C7/23 1488 104,2 226,5 64,7 32,4 71,1 1,3 35 D10C7/26 1488 104,2 192,3 55,0 27,5 60,4 1,1 36 D10C10/14 1460 146,0 322,9 92,2 46,1 101,5 1,8 37 D10C10/17 1460 146,0 289,2 82,7 41,3 90,9 1,7 38 D10C10/20 1460 146,0 255,7 73,1 36,5 80,4 1,5 39 D10C10/23 1460 146,0 222,2 63,5 31,8 69,8 1,3 40 D10C10/26 1460 146,0 188,6 53,9 27,0 59,3 1,1 Ghi chú: Ký hiệu D5/C4/14 được hiểu là cấp phối sử dụng đá dăm cỡ hạt (5-10)mm, lượng dùng cát 4%, độ rỗng thiết kế 14%.
a) Phân bố độ rỗng theo chiều cao mẫu (hướng tạo hình)
Sử dụng phần mềm ImageJ để tính độ rỗng theo mặt cắt, mỗi mặt cắt được chỉnh thành 2 mầu (trắng, đen), phần mầu đen thể hiện lỗ rỗng; độ rỗng trên một mặt cắt được tính bằng hàm lượng phần trăm diện tích đen so với toàn bộ diện tích của mẫu.
Mỗi mẫu được xác định trên 11 mặt cắt ngang theo chiều cao của mẫu. Dựa trên kết quả của các mặt cắt xây dựng được sự phân bố độ rỗng theo chiều cao của mẫu, sử dụng phần mềm Excel tính độ rỗng trung bình của mẫu (được thể hiện bằng đường liền), mẫu được xác định độ rỗng thực tế bằng phương pháp cân trong nước (đường nét đứt). Độ rỗng theo từng mặt cắt, độ rỗng trung bình tính từ các mặt cắt, độ rỗng thực tế được thể hiện trong một biểu đồ ứng với từng cấp phối, kết quả được thể hiện từ Hình 4.22 đến Hình 4.29.
Hình 4.22 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 0% CLN
Hình 4.23 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 4% CLN
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
11.0 14.0 17.0 20.0 23.0 26.0 29.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D5C0/14 D5C0/17 D5C0/20 D5C0/23 D5C0/26
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
8.0 11.0 14.0 17.0 20.0 23.0 26.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D5C4/14 D5C4/17 D5C4/20 D5C4/23 D5C4/26
Hình 4.24 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 7% CLN
Hình 4.25 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (5-10) mm và 10% CLN
Hình 4.26 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 0% CLN
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
8.0 11.0 14.0 17.0 20.0 23.0 26.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D5C7/14 D5C7/17 D5C7/20 D5C7/23 D5C7/26
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
5.0 8.0 11.0 14.0 17.0 20.0 23.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D5C10/14 D5C10/17 D5C10/20 D5C10/23 D5C10/26
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
11.0 14.0 17.0 20.0 23.0 26.0 29.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D10C0/14 D10C0/17 D10C0/20 D10C0/23 D10C0/26
Hình 4.27 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 4% CLN
Hình 4.28 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 7% CLN
Hình 4.29 Phân bố độ rỗng theo chiều cao, khi sử dụng đá (10-20) mm và 10% CLN Theo kết quả xác định độ rỗng theo chiều cao bằng phương pháp phân tích hình ảnh ta thấy:
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
11.0 14.0 17.0 20.0 23.0 26.0 29.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D10C4/14 D10C4/17 D10C4/20 D10C4/23 D10C4/26
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
8.0 11.0 14.0 17.0 20.0 23.0 26.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D10C7/14 D10C7/17 D10C7/20 D10C7/23 D10C7/26
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
5.0 8.0 11.0 14.0 17.0 20.0 23.0
Độ cao mẫu, cm
Độ rỗng, %
D10C10/14 D10C10/17 D10C10/20 D10C10/23 D10C10/26
- Mặt dưới cùng (mặt đáy-độ cao 0 cm) của các mẫu thường có độ rỗng thấp (thấp hơn độ rỗng trung bình khoảng (2-5)%), trong quá trình tạo hình mẫu có tác động chấn động (đầm) làm các phần vữa có xu hướng dịch chuyển xuống dưới và đọng lại tại mặt đáy, hiện tượng này càng lớn khi độ nhớt của hồ CKD càng giảm. Vì vậy cần khống chế độ nhớt không quá thấp để tránh hiện tượng tách hồ bịt kín hệ lỗ rỗng dưới đáy làm suy giảm nhanh hệ số thoát nước.
- Mặt trên cùng (mặt hở-độ cao 20 cm) của các mẫu thường có độ rỗng cao, đây là mặt hở phần hồ CKD thường chảy xuống dưới và không đọng trên vị trí tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu lớn, khi chụp và lấy mặt phẳng làm độ rỗng tăng lên đáng kể (tăng khoảng (2-4)% so với độ rỗng trung bình). Ở tất cả các mẫu độ rỗng thực tế đều cao hơn độ rỗng thiết kế và độ rỗng trung bình xác định bằng phương pháp phân tích hình ảnh (đường nét đứt). Khi sử dụng đá (5-10) mm độ rỗng thực tế cao hơn độ rỗng thiết kế từ (1-3)%, còn khi sử dụng đá (10-20) mm độ rỗng thực tế cao hơn độ rỗng thiết kế từ (2-4)%, điều đó cho thấy việc sử dụng phương pháp phân tích hình ảnh với cốt liệu càng nhỏ thì độ chính xác càng cao.
- Khi sử dụng thêm CLN với các hàm lượng 4%, 7%, 10% so với lượng dùng CLL độ rỗng giảm dần, mức độ giảm ở các tỷ lệ được thể hiện trong Bảng 4.9.
Bảng 4.9 Mức giảm độ rỗng khi CLN Loại CLL
Mức giảm độ rỗng ứng với các hàm lượng CLN
4% 7% 10%
(5-10) mm 2,6 3,9 5,8
(10-20) mm 2,8 4,3 6,1
Theo kết quả khi sử dụng thêm CLN chúng chủ yếu tham gia vào thành phần lớp vữa bọc xung quanh bề mặt CLL và điền vào lỗ rỗng giữa các hạt, từ đó làm giảm độ rỗng của BTRTN. Với cùng một hàm lượng CLN sử dụng thì mức độ giảm độ rỗng khi sử dụng cỡ hạt (5-10)mm nhỏ hơn khi sử dụng với cỡ hạt (10-20)mm. Khi cùng độ rỗng thiết kế với cỡ hạt nhỏ thì chiều dầy màng hồ CKD bọc xung quanh càng mỏng hơn.
Do đó, khi sử dụng thêm CLN chúng tham gia vào thành phần của vữa bọc xung quanh bề mặt hạt làm tăng khoảng cách giữa các hạt cốt liệu hay ảnh hưởng đến sự sắp xếp các hạt cốt liệu tăng khoảng trống giữa các hạt cốt liệu, kích thước hạt càng
lớn thì ảnh hưởng này càng giảm khi đó lượng CLN chủ yếu điền vào lỗ rỗng giữa các hạt mà ít ảnh hưởng đến sự sắp xếp của các hạt cốt liệu.
- Sử dụng phần mềm Excel tính phương sai trung bình độ rỗng theo từng mặt cắt, kết quả được thể hiện trong Bảng 4.10.
Bảng 4.10 Phương sai trung bình của phân bố độ rỗng theo chiều cao
Cấp phối
Phương sai trung bình của phân bố độ rỗng theo chiều cao ứng với từng độ rỗng thiết kế
14% 17% 20% 23% 26%
D5C0 0,64 0,71 0,86 0,91 0,98
D5C4 0,66 0,67 0,73 0,75 0,77
D5C7 0,56 0,57 0,60 0,67 0,70
D5C10 0,54 0,54 0,60 0,56 0,63
D10C0 0,94 0,98 1,05 1,11 1,19
D10C4 0,89 0,91 0,87 1,02 1,04
D10C7 0,83 0,71 0,69 0,73 0,78
D10C10 0,54 0,62 0,61 0,67 0,69
Theo kết quả ta thấy:
+ Sự phân bố độ rỗng theo chiều cao của các mẫu khá đồng đều (phương sai bình phương trong khoảng 0,5-1,3), trong quá trình thí nghiệm đã kiểm soát tốt độ nhớt của hồ CKD đảm bảo hạn chế hiện tượng tách hồ, kết quả cũng chứng tỏ chế độ tạo hình bằng đầm tiêu chuẩn là phù hợp để chế tạo mẫu BTRTN.
+ Khi sử dụng cốt liệu lớn (5-10) mm thì phương sai trong khoảng 0,5-1,0, khi sử dụng cốt liệu (10-20) mm phương sai trong khoảng 0,5-1,2 cao hơn so với khi sử dụng cỡ hạt (5-10) mm, kích thước cốt liệu càng nhỏ thì khả năng đồng nhất là càng cao. Khi tăng dần độ rỗng thiết kế thì phương sai cũng tăng dần, điều đó chứng tỏ độ rỗng thiết kế càng nhỏ thì sự phân bố lỗ rỗng càng đồng đều. Từ đó chỉ ra rằng để phân bố đồng đều lỗ rỗng thì ngoài việc điều chỉnh lượng dùng hồ CKD, tỷ lệ N/CKD thì kích thước hạt cốt liệu, độ rỗng thiết kế cũng là yếu tố quan trọng.
+ Với cùng độ rỗng thiết kế và CLL, khi tăng dần hàm CLN phương sai giảm dần.
Khi thêm CLN làm tăng hàm lượng vữa điền vào khoảng trống giữa các hạt CLL làm hình dạng, kích thước lỗ rỗng trở lên đồng đều hơn, được thể hiện trong Hình 4.30, đồng thời làm tăng độ nhớt của vữa, phân bố độ rỗng theo chiều cao đồng đều hơn.
a) CLN=0% b) CLN=10%
Hình 4.30 Cấu trúc rỗng của cấp phối D5C(0;10)/20 b) Phân bố kích thước lỗ rỗng của BTRTN
Sử dụng phần mềm ImageJ phân tích các mặt cắt của các mẫu, mỗi cấp phối tiến hành phân tích trên 3 mẫu và lấy kết quả trung bình, kết quả được xử lý tiếp tục bằng Excel và biểu diễn thành 2 biểu đồ (a - Hàm lượng lỗ rỗng theo kích thước, b - Hàm lượng lỗ rỗng tích lũy theo kích thước). Kết quả phân tích sự phân bố kích thước lỗ rỗng được thể hiện trong các Hình 4.31 đến Hình 4.38.
Hình 4.31 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 0% CLN
0 5 10 15 20 25 30 35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C0/14 D5C0/17 D5C0/20 D5C0/23 D5C0/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C0/14 D5C0/17 D5C0/20 D5C0/23 D5C0/26
Hình 4.32 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 4% CLN
Hình 4.33 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 7% CLN
Hình 4.34 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10) mm và 10% CLN
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C4/14 D5C4/17 D5C4/20 D5C4/23 D5C4/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C4/14 D5C4/17 D5C4/20 D5C4/23 D5C4/26
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C7/14 D5C7/17 D5C7/20 D5C7/23 D5C7/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C7/14 D5C7/17 D5C7/20 D5C7/23 D5C7/26
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C10/14 D5C10/17 D5C10/20 D5C10/23 D5C10/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C10/14 D5C10/17 D5C10/20 D5C10/23 D5C10/26
Hình 4.35 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20) mm và 0% CLN
Hình 4.36Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20) mm và 4% CLN
Hình 4.37 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20) mm và 7% CLN
0 5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C0/14 D10C0/17 D10C0/20 D10C0/23 D10C0/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C0/14 D10C0/17 D10C0/20 D10C0/23 D10C0/26
0 5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C4/14 D10C4/17 D10C4/20 D10C4/23 D10C4/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C4/14 D10C4/17 D10C4/20 D10C4/23 D10C4/26
0 5 10 15 20 25 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C7/14 D10C7/17 D10C7/20 D10C7/23 D10C7/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C7/14 D10C7/17 D10C7/20 D10C7/23 D10C7/26
Hình 4.38 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20)mm và 10% CLN Qua kết quả phân tích phân bố lỗ rỗng theo kích thước ta thấy:
- Khi sử dụng cốt liệu cỡ hạt (5-10) mm thì có hàm lượng lỗ rỗng kích thước nhỏ lớn hơn khi sử dụng cỡ hạt (10-20) mm, do đó hàm lượng lỗ rỗng tích lũy theo kích thước tăng nhanh khi sử dụng cốt liệu có kích thước nhỏ và tăng chậm khi sử dụng cốt liệu có kích thước lớn hơn. Tại cấp phối D5C0/20 (sử dụng cỡ hạt (5-10) mm, không sử dụng cốt liệu nhỏ, độ rỗng thiết kế 20%) hàm lượng lỗ rỗng có kích thước (0-4) mm chiếm khoảng 47% và kích thước lỗ rỗng thường nhỏ hơn 10 mm (chỉ có một hàm lượng nhỏ lỗ rỗng đến 16 mm), nhưng ở cấp phối D10C0/20 (sử dụng cỡ hạt (10-20) mm, không sử dụng cốt liệu nhỏ, độ rỗng thiết kế 20%) thì hàm lượng lỗ rỗng có kích thước (0-4) mm chỉ chiếm khoảng 16%, hàm lượng lỗ rỗng có kích thước (4-8) mm chiếm tỷ trọng lớn nhất khoảng 53% và kích thước lỗ rỗng lớn nhất lên tới 22 mm, và khi sử dụng thêm 7% CLN thì kích thước lỗ rỗng giảm dần, tuy nhiên giữa hai loại cốt liệu vẫn có sự khác biệt rõ rệt, được thể hiện trong Hình 4.41. Điều đó chứng tỏ kích thước hạt cốt liệu sử dụng ảnh hưởng rất lớn tới kích thước của lỗ rỗng giữa các hạt. Kích thước cốt liệu càng nhỏ thì kích thước lỗ rỗng càng nhỏ và càng phân bố đều (kích thước cốt liệu càng nhỏ thì tỷ diện tích bề mặt càng lớn, hình dạng hạt cốt liệu càng đều đặn hơn nên khi số điểm tiếp xúc tăng lên số lỗ rỗng tăng lên làm kích thước lỗ rỗng giảm và phân bố đều hơn).
- Khi cùng độ rỗng thiết kế, tăng dần lượng dùng CLN thì: độ rỗng giảm dần, phân bố lỗ rỗng cũng đều hơn. Với độ rỗng thiết kế là 20% khi thêm CLN ảnh hưởng được
0 5 10 15 20 25 30 35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C10/14 D10C10/17 D10C10/20 D10C10/23 D10C10/26
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C10/14 D10C10/17 D10C10/20 D10C10/23 D10C10/26
thể hiện trong Bảng 4.11, Hình 4.39 và Hình 4.40, ta thấy kích thước lỗ rỗng trung bình giảm dần, khi đó lượng vữa trong hỗn hợp tăng chúng sẽ điền đầy vào lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu làm giảm đáng kể kích thước của các lỗ rỗng lớn.
Bảng 4.11 Kích thước trung bình của lỗ rỗng với độ rỗng thiết kế 20%
Loại CLL
Kích thước lỗ rỗng trung bình ứng với lượng dùng CLN, mm
0% 4% 7% 10%
(5-10) mm 5,9 5,52 5,02 4,96
(10-20) mm 9,38 8,38 8,02 7,52
Hình 4.39 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (5-10)mm với độ
rỗng thiết kế 20%
Hình 4.40 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi sử dụng đá (10-20)mm với
độ rỗng thiết kế 20%
Hình 4.41 Phân bố lỗ rỗng theo kích thước, khi độ rỗng thiết kế 20%
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D5C0/20 D5C4/20 D5C7/20 D5C10/20
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng tích lũy, %
Kích thước lỗ rỗng, mm D10C0/20 D10C4/20 D10C7/20 D10C10/20
0 5 10 15 20 25 30 35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hàm lượng, %
Kích thước lỗ rỗng, mm
D5C0/20 D5C7/20 D10C0/20 D10C7/20
c) Cường độ nén của BTRTN
Cường độ nén của BTRTN được xác định trên mẫu trụ, kích thước 100x200 mm theo tiêu chuẩn ASTM C39. Để đánh giá cả tốc độ phát triển cường độ theo thời gian, đề tài tiến hành xác định cường độ nén ở các tuổi 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày. Cấp phối sử dụng 2 hỗn hợp cốt liệu lớn là đá dăm cỡ hạt (5-10) mm và (10-20) mm, độ rỗng thiết kế là 14%, 17%, 20%, 23% và 26% ứng với lượng cốt liệu nhỏ sử dụng là 0%, 4%, 7% và 10%. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Hình 4.42 và Hình 4.43.
Hình 4.42 Cường độ nén của BTRTN khi sử dụng đá dăm, cỡ hạt (5-10) mm
Hình 4.43 Cường độ nén của BTRTN khi sử dụng đá dăm, cỡ hạt (10-20) mm
10 15 20 25 30 35 40
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
14 17 20 23 26
Cường độ nén, MPa
Độ rỗng thiết kế, %
D5C0 D5C4 D5C7 D5C10
10 15 20 25 30 35 40
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 ngày
7 ngày
28 ngày
14 17 20 23 26
Cường độ nén, MPa
Độ rỗng thiết kế, %
D10C0 D10C4 D10C7 D10C10
Qua kết quả thí nghiệm về cường độ nén của BTRTN theo tuổi, độ rỗng thiết kế và hàm lượng CLN ta thấy:
- BTRTN có cường độ phát triển nhanh ở tuổi sớm ngày, cường độ ở tuổi 3 ngày đạt khoảng 75% so cường độ ở tuổi 28 ngày, ở tuổi 7 ngày đạt khoảng 90% cường độ ở tuổi 28 ngày. BTRTN có cấu trúc rỗng hở lớn, khả năng tiếp xúc với nước ở giai đoạn đầu thuận lợi, đồng thời khả năng thoát nước tự do cũng nhanh nên chúng có tốc độ rắn chắc nhanh hơn so với bê tông thường.
- Độ rỗng thiết kế càng tăng thì cường độ càng giảm ở tất cả các tuổi với tất cả tỷ lệ cốt liệu nhỏ sử dụng. Với cấp phối không sử dụng cốt liệu nhỏ, cốt liệu sử dụng đá (5-10) mm cường độ ở tuổi 28 ngày suy giảm từ 32,5 MPa xuống còn 19,6 MPa khi tăng độ rỗng từ 14% lên 26%, với hỗn hợp cốt liệu (10-20) mm cường độ giảm từ 29,3 MPa xuống 18,2 MPa. Khi tăng độ rỗng thiết kế nhưng khung cốt liệu vẫn được giữ nguyên (lượng dùng đá không đổi), chủ yếu điều chỉnh lượng dùng hồ CKD (lượng hồ CKD giảm), làm giảm lượng hồ gắn kết giữa các hạt cốt liệu (hay giảm diện tích vùng tiếp xúc giữa các hạt), từ đó làm liên kết giữa các hạt và giảm cường độ của BTRTN.
- Với cùng độ rỗng thiết kế, khi tăng hàm lượng CLN sử dụng lên 4%; 7% và 10%
thì cường độ BTRTN tăng dần tương ứng với khoảng 12%; 20% và 31% với cả 2 cỡ hạt. Khi đó lượng vữa tăng làm tăng vùng tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu, nhưng đồng thời chúng cũng làm giảm độ rỗng giữa các hạt cốt liệu.
- Với cùng độ rỗng thiết kế, cùng hàm lượng cốt liệu nhỏ cường độ nén của cỡ hạt (5-10) mm cao hơn so với cỡ hạt (10-20) mm khoảng 10% ở tất cả các cấp phối. Cỡ hạt CLL càng nhỏ thì càng nhiều điểm tiếp xúc giữa các hạt, khi có ngoại lực tác dụng vào mẫu, ứng suất sẽ phân bố vào các phần CKD tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu, càng nhiều điểm tiếp xúc (CLL càng nhỏ) thì ứng suất phân bố càng nhỏ nên sẽ làm tăng cường độ của bê tông. Vì vậy tùy thuộc vào mục đích sử dụng của cấu kiện bê tông này mà lựa chọn kích thước hạt cốt liệu, độ rỗng thiết kế phù hợp để vừa đảm bảo cường độ và hệ số thoát nước.
- Khi cùng độ rỗng thực tế, mẫu BTRTN không sử dụng CLN sẽ có cường độ cao hơn mẫu BTRTN sử dụng CLN, như:
+ Cấp phối D5C0/17, độ rỗng thực tế là 17,4% có cường độ nén đạt 29,2 MPa;
+ Cấp phối D5C10/23, độ rỗng thực tế là 17,2% có cường độ nén là 27,1 MPa Ta thấy 2 cấp phối có độ rỗng thực tế gần như bằng nhau, nhưng cường độ nén của mẫu C5C0/17 lớn hơn mẫu D5C10/23. Điều đó được giải thích là khi bổ sung thêm CLN làm tăng thể tích vữa, nhưng đồng thời lại làm giảm cường độ vữa (hỗn hợp vữa lúc này đóng vai trò tương tự hỗn hợp CKD như khi không sử dụng CLN) từ đó làm giảm cường độ BTRTN.
- Để đáp ứng yêu cầu ứng dụng với yêu cầu cường độ nén cần Rn ≥ 20,0 MPa, thì:
+ Khi sử dụng đá (5-10) mm có cấp phối D5C0/26 không đạt yêu cầu, các cấp phối còn lại đều thỏa mãn yêu cầu cường độ trên.
+ Khi sử dụng đá (10-20) mm có các cấp phối D10C0/26 và D10C4/26 không đạt yêu cầu, các cấp phối còn lại đều thỏa mãn yêu cầu cường độ trên.
d) Cường độ kéo khi uốn của BTRTN
Khi ứng dụng BTRTN trong các kết cấu của công trình giao thông như: lớp áo mặt đường, tấm đan, gạch block lát vỉa hè, … ngoài cường độ nén thì cường độ kéo khi uốn cũng là chỉ tiêu quan trọng cần quan tâm khi tính toán, lựa chọn. Cường độ kéo khi uốn của BTRTN được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3119 : 1993. Chế tạo mẫu BTRTN dạng hình dầm,
kích thước 100×100×400 mm, bảo dưỡng ở điều kiện tiêu chuẩn, sau đó tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ Hình 4.44.
Cường độ kéo khi uốn được xác
định theo công thức: 𝑅𝑘𝑢 = 𝑃.𝑙
𝑎.𝑏2 , (MPa) (4.10) Trong đó: P – Tải trọng uốn gẫy mẫu, N
l – Khoảng cách giữa hai gối tựa, mm
a – Chiều rộng tiết diện ngang của mẫu, mm
1 – Gối tựa di động 2 – Gối tựa cố định 3 – Dầm phụ truyền tải 4 – Mẫu bê tông
Hình 4.44 Sơ đồ thí nghiệm kéo khi uốn
l/3
P
l/3 l/3
l 1
2
3 4