V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
2.2. Lựa chọn nguyờn vật liệu sử dụng trong nghiờn cứu
2.2.1. Xi măng.
Xi măng là thành phần quan trọng gúp phần tạo nờn cường độ của bờ tụng.
Trong bờ tụng cường độ cao dựng trong cụng trỡnh thủy lợi, cường độ của xi măng
và những tớnh chất cần được nghiờn cứu, thớ nghiệm rất cẩn thận.
Trong bờ tụng cường độ cao cú thành phần của phụ gia khoỏng hoạt tớnh siờu
mịn và phụ gia siờu dẻo. Khi sử dụng loại xi măng Pooclăng hỗn hợp, thỡ hàm lượng phụ gia khoỏng sẵn cú trong thành phần của nú ảnh hưởng tớnh chất, lượng dựng của cỏc loại phụ gia đưa vào trong bờ tụng, do đú chỳng cú thể làm giảm cường độ của bờ tụng. Để tớnh toỏn chớnh xỏc hơn hàm lượng cỏc phụ gia đưa vào, cũng như nhằm loại bỏ cỏc tỏc dụng cú hại (do cỏc phụ gia khoỏng sẵn cú trong xi măng) cho bờ tụng, khi chế tạo bờ tụng chất lượng cao người ta thường dựng loại xi măng Pooclăng thường (PC).
Xi măng được sử dụng trong đề tài là xi măng Nghi Sơn PC40, tớnh chất cơ lý của xi măng Nghi Sơn được đưa ra trong bảng 2.3.
Bảng 2.3: Kết quả thớ nghiệm cỏc tớnh chất cơ lý của Xi măng
Tớnh chất Đơn vị Kết quả Quy phạm Phương phỏp thử
Độ mịn
- Lượng sút sàng 0,09 mm % 2,4 ≤ 10 TCVN 4030:03
- Độ mịn Blaine cm2/g 3339 ≥ 2800
Độ dẻo tiờu chuẩn % 28,5 - TCVN 4031:03
Độ ổn định thể tớch mm 1,50 ≤ 10 TCVN 6017:95
Khối lượng riờng g/cm3 3,11 - TCVN 6017:95
Thời gian đụng kết
- Bắt đầu Phỳt 115 ≥ 45
Tớnh chất Đơn vị Kết quả Quy phạm Phương phỏp thử - Kết thỳc Phỳt 225 ≤ 375 Giới hạn bền nộn - Sau 3 ngày - Sau 28 ngày MPa 24,6 44,2 ≥ 21,0 ≥ 40,0 TCVN 6016:95
Nhận xột: Xi măng Nghi Sơn PC40 đạt yờu cầu kỹ thuật theo TCVN
2682:1999. Việc sử dụng xi măng này trong bờ tụng hạt mịn cường độ cao là phự
hợp với điều kiện Việt Nam.
2.2.2. Cốt liệu nhỏ.
- Cốt liệu nhỏ dựng cho bờ tụng cường độ cao là cỏc loại cỏt vàng dựng cho
bờ tụng thường. Kớch thước, tớnh chất bề mặt hạt và lượng dựng cỏt cho 1m3
bờ tụng là nhõn tố quan trọng trong chế tạo bờ tụng cường độ cao, nú ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ nộn của bờ tụng. Cỏt cú nhiệm vụ kết hợp với phần chất kết dớnh tạo thành hỗn hợp vữa lấp đầy phần rỗng do cốt liệu lớn để lại, làm chặt và đồng nhất hỗn hợp bờ tụng tạo khả năng nõng cao cường độ. Lượng ngậm nước của cỏt ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng nước trộn bờ tụng. Chẳng hạn lượng nước trộn tăng
khoảng 2,5 lớt nước/m3 cũng cú thể làm hỗn hợp bờ tụng bị phõn tầng. Do vậy, cỏt
được dựng trong bờ tụng chất lượng cao thường được giữ ở trạng thỏi bóo hũa bề mặt (bóo hũa nước) với mục đớch ổn định lượng nước trộn của bờ tụng. Một số nghiờn cứu cho thấy rằng với bờ tụng cú cường độ cao, do hàm lượng chất kết dớnh xi măng và phụ gia khoỏng hoạt tớnh siờu mịn lớn. Do đú nếu cỏt cú hàm lượng hạt nhỏ nhiều sẽ khụng cú lợi cho cường độ bờ tụng. Hiệp hội cốt liệu quốc gia Mỹ đó khuyến cỏo, cốt liệu dựng cho bờ tụng cường độ cao nờn giảm hàm lượng hạt nhỏ (lọt sàng 50 và sàng 100 – ASTM C33) đến mức thấp nhất. Tuy nhiờn nú vẫn phải phự hợp với đường bao thành phần hạt nhằm duy trỡ tớnh cụng tỏc tốt cho hỗn hợp bờ tụng. Một nghiờn cứu khỏc cũng cho thấy, thành phần hạt của cỏt cũng khụng ảnh hưởng nhiều đến cường độ bờ tụng ở tuổi ớt ngày. Nhưng ở tuổi dài ngày cỏt cú
thành phần hạt liờn tục sẽ cho cường độ bờ tụng cao hơn so với cỏt cú thành phần hạt giỏn đoạn.
Đề tài sử dụng cốt liệu là cỏt vàng sụng Lụ, đõy là loại cốt liệu phổ biến ở Việt Nam. Cỏt được lấy về sàng loại bỏ cỏc hạt cú kớch thước lớn hơn 5mm sau đú kiểm tra cỏc tớnh chất cơ lý. Kết quả tớnh chất của loại cỏt vàng Sụng Lụ nghiờn cứu
được nờu ở bảng 2.4 như sau:
Bảng 2.4: Kết quả tớnh chất cơ bản của cỏt vàng sụng Lụ
STT Chỉ tiờu thớ nghiệm Đơn vị Kết quả Yờu cầu
1 Khối lượng riờng g/cm3 2,68
2 Khối lượng thể tớch xốp kg/m3 1456 >1300
3 Độ rỗng % 44,98
4 Mụ đun độ lớn 2,7 >2
5 Hàm lượng bụi bựn, sột % 0,1 <3
6 Hàm lượng tạp chất hữu cơ - Nhạt hơn màu
chuẩn Nhạt hơn màu chuẩn Biểu đồ thành phần hạt KT lỗ sàng (mm) LSTL (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.15 0.6 1.25 2.5 5.0 0.315 Kích thước mắt sàng Ai % 5 0,0 2,5 10,62 1,25 22,62 0,63 48,74 0,315 82,64 0,14 97,54 < 0,14 2,24
2.2.3. Cốt liệu lớn.
Trong bờ tụng cường độ cao, khi cường độ đạt giỏ trị tối ưu thỡ tương ứng
với nú là lượng dựng xi măng cao và tỷ lệ N/CKD thấp. Điều hết sức đặc biệt về bờ
tụng cường độ cao là kớch thước cốt liệu bộ cũn cho bờ tụng cường độ cao hơn vỡ
ứng suất tập trung quanh hạt cốt liệu giảm hay nú là nguyờn nhõn gõy nờn sự khỏc biệt của mụđul đàn hồi vữa và cốt liệu. Tuy nhiờn cũng cần núi rừ khụng phải luụn luụn cường độ cốt liệu ảnh hưởng tới cường độ của bờ tụng. Khi thớ nghiệm với tỷ lệ N/XM = 0,5-0,7 thấy rằng cường độ của cốt liệu khụng ảnh hưởng đến cường độ của bờ tụng do vữa và liờn kết bị phỏ hỏng trước. Nhưng sự khỏc biệt nhận thấy rừ nhất khi tiến hành thớ nghiệm cho bờ tụng cường độ cao tỷ lệ N/XM = 0,275 như nhau trờn cỏc loại cốt liệu khỏc nhau thu được kết quả cường độ của bờ tụng từ 85- 105 MPa.
Cốt liệu lớn sử dụng trong đề tài là đỏ vụi cú Dmax = 10 mm, cỏc tớnh chất
của đỏ vụi được trỡnh bày tại bảng 2.5.
Bảng 2.5: Kết quả thớ nghiệm cỏc tớnh chất cơ lý của đỏ dăm
TT Tờn chỉ tiờu Đơn vị Kết quả Yờu cầu Phương phỏp thử
1 Khối lượng riờng g/cm3 2,71 - TCVN 7572-4:06
2 Khối lượng thể tớch xốp kg/m 3 1451 >1300 TCVN 7572-6:06 3 Độ hổng % 46,65 TCVN 7572-6:06 4 Hàm lượng thoi dẹt % 12,90 < 35% TCVN 7572-13:06 5 Hàm lượng bựn, bụi, sột % 0,12 TCVN 7572-8:06 6 Độ nộn dập trong xi lanh % 12,4 TCVN 7572-11:06 7 Thành phần hạt TCVN 7572-2:06
TT Tờn chỉ tiờu Đơn vị Kết quả Yờu cầu Phương phỏp thử
Cấp phối hạt Kớch thước lỗ
sàng Lượng sút tớch lũy, % Yờu cầu, %
100 0 - 70 0 - 40 0 - 20 0 0 10 0 0-10 5 100 90-100
2.2.4. Phụ gia khoỏng hoạt tớnh.
Ngoài xi măng là chất kết dớnh chớnh để chế tạo bờ tụng, phụ gia khoỏng mịn đúng vai trũ khụng thể thiếu trong chế tạo bờ tụng hạt mịn cường độ cao. Phụ gia khoỏng sử dụng trong bờ tụng ở nước ta cú nhiều chủng loại như Silicafume, tro nhiệt điện, xỉ lũ cao, bột đỏ vụi, tro trấu, meta caolanh…
Silicafume là một phụ gia khoỏng hoạt tớnh cao được dựng để cải thiện cỏc tớnh chất của hỗn hợp bờ tụng cũng như bờ tụng đó đúng rắn. Nú là một sản phẩm phụ cụng nghiệp trong quỏ trỡnh chế tạo kim loại trong cỏc lũ hồ quang điện. Silicafume cú kớch thước hạt rất nhỏ, hầu hết <1àm, trung bỡnh khoảng 0,1 àm, tỷ
diện rất lớn (khoảng 20.000 m2
Hỡnh 2.3: Hỡnh dạng silicafume
Lợi ớch của việc dựng silicafume là sự cải thiện về mặt vi cấu trỳc của bờ tụng được tạo nờn bởi hai hiệu ứng: húa học và vật lý.
Hiệu ứng vật lý (physical effective) của silicafume trong bờ tụng là hiệu ứng vi cốt liệu. Do kớch thước hạt của silicafume rất nhỏ nờn cú khả năng lấp đầy khoảng trống giữa cỏc hạt xi măng, tương tự như cỏc hạt cỏt lấp đầy khoảng trống giữa cỏc hạt cốt liệu thụ và cỏc hạt xi măng lấp đầy khoảng trống giữa cỏc hạt cỏt. Thậm chớ nếu silicafume khụng phản ứng húa học thỡ hiệu ứng lấp đầy của vi cốt liệu cũng làm cải thiện đỏng kể tớnh chất tự nhiờn của bờ tụng.
Hiệu ứng húa học (chemical effective) của silicafume liờn quan đến khả năng phản ứng húa học của silicafume với hyđrụxit canxi (CH) (phản ứng puzơlanic). Do
tỷ diện tớch bề mặt lớn và hàm lượng SiO2 vụ định hỡnh hoạt tớnh cao mà khả năng
này của silicafume lớn hơn nhiều so với cỏc puzơlan thụng thường. SiO2 vụ định hỡnh + Ca(OH)2 + H2O = CSH
Phản ứng trờn được gọi là phản ứng puzơlanic. Bỡnh thường Ca(OH)2 chiếm
15-25% khối lượng sản phẩm thủy húa, là sản phẩm tan, cú cường độ thấp, là một
trong những nguyờn nhõn chớnh gõy ra ăn mũn cho bờ tụng trong sử dụng. Khi đưa
vào bờ tụng silicafume, tương tỏc giữa Ca(OH)2 với silicafume tạo ra cỏc sản phẩm
CSH đó làm hàm lượng vụi tự do trong bờ tụng. CSH tạo ra cú cường độ tốt, bền với mụi trường qua đú cải thiện đỏng kể tớnh chất của bờ tụng tạo thành.
Một ảnh hưởng cú lợi khỏc của silicafume đến cường độ và độ bền của bờ tụng là việc giảm độ rỗng của vựng chuyển tiếp giữa đỏ xi măng và cốt liệu khi silicafume được sử dụng trong hỗn hợp. Trong bờ tụng khụng cú silicafume, do cú
sự tỏch nước nờn tỷ lệ N/X ở vựng chuyển tiếp cao hơn và cỏc tinh thể Ca(OH)2 ở
vựng này cú kớch thước lớn hơn so với ở cỏc vựng khỏc trong bờ tụng (xem hỡnh
2.4). Do đú vựng chuyển tiếp giữa đỏ xi măng và cốt liệu trong loại bờ tụng này là
khu vực cú độ rỗng lớn và cường độ thấp nhất trong bờ tụng . Khi đưa silicafume vào hỗn hợp bờ tụng đú làm giảm lượng nước tụ tập dưới cỏc hạt cốt liệu. Kết quả là silicafume làm giảm đỏng kể độ rỗng của vựng chuyển tiếp giữa đỏ xi măng và cốt
liệu, ngoài ra nú cũng làm giảm số lượng và kớch thước của cỏc tinh thể Ca(OH)2
hỡnh thành ở vựng này (hỡnh 2.5).
Vai trũ quan trọng của silicafume trong việc nõng cao độ đặc chắc của vựng chuyển tiếp giữa đỏ xi măng và cốt liệu cú thể thấy khi khụng cú mặt silicafume thỡ trong vữa xi măng cỏc tinh thể portlandite kết tinh trờn bề mặt cốt liệu hỡnh thành một khu vực cú cấu trỳc xốp ngăn cỏch cốt liệu với đỏ xi măng và khi cú mặt của silicafume thỡ cỏc tinh thể portlandite (CH) khụng xuất hiện hoặc rất ớt ở vựng chuyển tiếp, chiều dày vựng chuyển tiếp dày hơn và cấu trỳc của nú đặc chắc hơn.
Đề tài đó sử dụng Silicafume dạng hạt rời của Cụng ty Elkem cung cấp. Cỏc tớnh chất được thể hiện trong bảng 2.6 như sau:
Hỡnh 2.4: Vựng chuyển tiếp trong bờ tụng cú silicafume
Hỡnh 2.5: Vựng chuyển tiếp trong bờ tụng khụng cú silicafume
Bảng 2.6: Tớnh chất và thành phần hạt của Silicafume
% Cỡ hạt cú kớch thước hạt < D 10 25 50 75 90
Đường kớnh hạt (àm) 0,132 0,140 0,150 0,160 0,171
Kớch thước trung bỡnh (àm) 0,151
Khối lượng riờng, (g/cm3
) 2,2
Khối lượng thể tớch, ( kg/m3) 250
Tro bay là phần hạt mịn thu được trong quỏ trỡnh đốt than khụ dạng bột trong cỏc thiết bị năng lượng kiểu mới. Than được dịch chuyển tới vựng cú nhiệt độ cao làm núng chảy cỏc chất trong thành phần than sau đú được chuyển sang vựng nhiệt độ thấp hơn rồi bị đúng rắn thành cỏc hạt cú dạng hỡnh cầu. Một vài khoỏng được tớch tụ thành tro nằm dưới đỏy nhưng phần lớn đều theo dũng khớ thoỏt ra ngoài theo ống khúi sau đú được tập hợp lại bởi thiết bị lọc bụi tĩnh điện. Hạt tạo thành cú dạng hỡnh cầu, kớch thước thay đổi từ (1ữ100)àm nhưng phần lớn kớch thước nhỏ hơn 20àm.
Thành phần húa và khoỏng của tro bay được tạo nờn bởi nhiều thành phần khụng đồng nhất tồn tại ở hai dạng : vụ định hỡnh và dạng kết tinh. Theo tiờu chuẩn ASTM C618, chỳng được chia ra làm hai loại chớnh: loại F và loại C với đặc trưng
thành phần húa như sau : SiO2 5ữ25%, Al2O3 (10ữ30%), Fe2O3 (5ữ25)%, ngoài ra
cũn cú CaO, MgO, SO3 và Na2O.
Loại F là loại hỡnh thành do đốt than angtraxit hoặc bitum, cú tớnh puzolan nhưng cú rất ớt hoặc khụng cú tớnh dớnh kết. Tổng thành phần của loại F bao gồm:
(SiO2 +Al2O3 + Fe2O3)% >70%. Đõy là loại thụng thường cú hàm lượng Cao khụng
đến 10% nhưng phần lớn là hợp chất của silic như silic tinh thể quart, mulit và Mg
hoạt tớnh. Kớch thước hạt từ 1à đến 1 mm và khối lượng riờng từ 2,2 đến 2,8 g/cm3
. Loại C là loại cú cả tớnh chất puzơlan và tớnh dớnh kết. Theo ASTM C 618,
tổng thành phần SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ≥ 50% nhưng nhỏ hơn 70%. Nú cú hàm
Hiện nay ở Việt Nam tro nhiệt điện cú nhiều nguồn khỏc nhau như tro của nhà mỏy nhiệt điện Phả Lại, Uụng Bớ, Cẩm Phả.
Hiệu quả của tro bay đối với bờ tụng tươi: theo tiờu chuẩn của ACI-226 và một số nhà nghiờn cứu như sau:
+ Khả năng dễ tạo hỡnh và gia cụng: Tro bay là những hạt cú dạng trũn nhẵn do đú so với cỏc loại phụ gia khoỏng nghiền mịn khỏc nú cú tỷ diện tớch bề mặt thấp hơn nờn cần lượng nước nhào trộn ớt hơn so với bờ tụng khụng sử dụng tro bay.
+ Thời gian đụng kết: khi dựng tro bay loại F cú thời gian đụng kết kộo dài hơn bờ tụng khi nhào trộn tro bay loại C. Theo ASTM, tro bay loại C với lượng CaO cao hơn cú thể xỳc tiến kộo dài hay kết thỳc thời gian đụng kết. Tuy nhiờn thời gian đụng kết cũn chịu tỏc động của ngoại cảnh, nhiệt độ thuỷ hoỏ loại xi măng tỷ lệ N/X tỷ lệ % tro bay của mẻ trộn và cỏc thành phần khỏc của tro bay.
Hiệu quả của tro bay đối với bờ tụng:
+ Tăng cường độ: theo ASTM khi dựng tro bay loại F cú thể thu được kết quả cường độ phỏt triển chậm trong tuổi sớm ngày (3ữ7 ngày) nhưng sau đú cường độ tiếp tục biến triển do tớnh chất puzơlan của tro bay. Cường độ của bờ tụng tiếp tục được phỏt triển nhanh và đạt cường độ cao hơn so với bờ tụng khụng sử dụng tro bay. Cường độ đạt được ở tuổi sớm ngày trong khoảng 1000 psi (8 MPa) đến 5500 psi (38 MPa) (độ tuổi 1ữ28 ngày) phụ thuộc loại tro bay dựng, độ ẩm dưỡng hộ và N/X kết hợp của cỏc thành phần khỏc nhưng thụng thường khụng đạt quỏ 12000 psi (83 MPa).
+ Mụđun đàn hồi: theo thống kờ cho thấy hiệu quả khi sử dụng tro bay trong
bờ tụng với độ tuổi sớm ngày đạt cao hơn so với bờ tụng thường. Nếu độ tuổi dài hơn thỡ sự phõn biệt khụng quỏ lớn.
+ Độ đặc và cường độ: về cơ bản tro bay cú tớnh chất của puzơlan và tớnh dớnh kết nờn chỳng đúng gúp vào việc tăng cường độ và tớnh bền bờ tụng. Bờ tụng sử dụng TB khi dưỡng hộ, sản phẩm của phản ứng puzơlanic chiếm đầy lỗ rỗng quanh hạt xi măng, làm giảm tớnh thấm, tăng tớnh bền, chống ăn mũn.
Đề tài sử dụng loại tro bay nhiệt điện Phả Lại cú thành phần hạt và tớnh chất cơ lý trong bảng 2.7.
Bảng 2.7: Thành phần hạt của tro bay nhiệt điện
% Cỡ hạt cú kớch thước hạt < D 10 25 50 75 90
Đường kớnh hạt (àm) 3,261 10,53 28,47 60,69 105,9
Kớch thước trung bỡnh (àm) 28,47
Khối lượng riờng, (g/cm3
) 2,46
Khối lượng thể tớch, ( kg/m3) 950
2.2.5. Phụ gia siờu dẻo
Hiện nay, phần lớn phụ gia siờu dẻo dựng trong bờ tụng đều cú xuất xứ từ một trong cỏc gốc sau: Naphthalene formandehyde sulfonate, Melamine formandehyde sulfonate, polycarboxylate và amino sulfonate.
Cơ chế húa dẻo của phụ gia siờu dẻo trong bờ tụng cường độ cao cũng
giống như trong bờ tụng thường. Chỳng được chia ra 3 loại chớnh như sau:
Húa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt
Phụ gia siờu dẻo là chất hoạt động bề mặt. Vỡ vậy khi cho vào nước chỳng làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch, nồng độ phụ gia càng cao thỡ sức căng bề