Bảng 2.9: Cấp phối bê tông Thành phần Chất kết dính (kg/m3) Cát (kg/m3) Đá (kg/m3) Nước (lít/m3) Phụ gia Khối lượng 400 750 1100 166 ~1,0%
Với chất kết dính sử dụng là vật liệu xi măng và Metakaolin, lượng phụ gia sẽ được điều chỉnh trong khoảng 1% theo độ sụt của hỗn hợp bê tông. Cấp phối của bê tông được lựa chọn để sử dụng trong nghiên cứu có mác vừa phải, là mác thông dụng với các công trình xây dựng, với mục đích chính là đánh giá độ ảnh hưởng của Metakaolin tới các tính chất của bê tông, khi thay thế một phần xi măng bằng Metakaolin trong bê tông.
Bảng 2.10: Thành phần chất kết dính trong cấp phối bê tông
Chất kết dính 0% MK 10% MK 20% MK 30% MK Xi măng (kg/m3 ) 400 360 320 280 Metakaolin (kg/m3) 0 40 80 120 2.2.2 Công tác chuẩn bị 2.2.2.1 Vật liệu và máy móc sử dụng
+ Vật liệu: Tác giả sử dụng các vật liệu đã nêu ở mục 2.1 với
Metakaolin, xi măng PCB30, xi măng PC40, đá 1x2cm khô, cát, nước, phụ
gia Vmat-PC01.
+ Dụng cụ và máy móc:
Cân bàn 60kg: Để cân Metakaolin, xi măng đá, cát.
Cân điện tử: Để cân Metakaolin.
Ống nghiệm dung tích 250 ml, 500ml: Để đo lượng phụ gia siêu dẻo,
nước.
Khay chứa bê tông sau khi trộn.
Các khuôn đúc mẫu: Khuôn trụ kích thước 300x150 mm để đúc mẫu thí nghiệm kéo, nén; khuôn trụ kích thước 150x150 mm để đúc mẫu thí nghiệm thấm. Các khuôn được quét lên mặt trong một lớp dầu để tạo điều kiện dễ dàng cho quá trính tháo mẫu bê tông.
Và các dụng cụ phụ khác phục vụ cho quá trình thí nghiệm.
Máy trộn bê tông: Dung tích: 250l, công suất: 3-5m3/h, tốc độ: 26v/p,
công suất động cơ: 1,5kw – 220V.
Hình 2.8: Máy trộn bê tông và khay chứa vật liệu
Bàn rung: Kích thước 800x800 mm, tần số rung: 2860 v/p, biên dộ
rung: 0,3-0,6 mm, công suất: 1,5kw – 220V.
Máy thí nghiệm nén và ép chẻ mẫu bê tông Máy thí nghiệm độ chống thấm mẫu bê tông
Hình 2.10: Máy thí nghiệm nén, ép chẻ và thí nghiệm độ chống thấm
2.2.2.2 Quy trình trộn bê tông bằng máy trộn mini rơi tự do
Vật liệu được cân, đong chính xác và được để riêng ra từng thùng đựng, riêng nước và phụ gia thì sau khi định lượng sẽ được hòa trộn đều vào
nhau.
Máy trộn bê tông sẽ được làm ẩm thành bên trong có tác dụng tránh
mất nước trong quá trình trộn nước sẽ bám một phần vào thành thùng trộn. Nạp tất cả vật liệu xi măng, Metakaolin (nếu có), cát, đá vào trong thùng
Cho thùng trộn quay để trộn đều các vật liệu ở trạng thái khô
Hỗn hợp nước và phụ giasiêu dẻo sẽ được cho vào từ từ khi máy đang trộn các vật liệu khô.
Sau khi nạp tất cả các vật liệu (xi măng, Metakaolin (nếu có), cát, đá, nước, phụ gia siêu dẻo) vào thùng, thì cho máy quay đều trong vòng 2 phút
(theo TCVN 9340 – 2012), thì được hỗn hợp bê tông để thí nghiệm độ sụt và đúc mẫu.
2.2.3 Công tác đúc mẫu
Tác giả tiến hành đúc các loại mẫu bê tông theo cấp phối đã nêu: ở mục 2.2.1. Các mẫu bê tông được thí nghiệm nén, ép chẻ là mẫu trụ, kích thước 300x150mm; mẫu bê tông được thí nghiệm thấm là mẫu trụ, kích thước 150x150mm. Ta có các bảng tổng hợp số lượng mẫu đúc để thí nghiệm nêu ở bảng 2.11 và 2.12:
Bảng 2.11: Số lượng mẫu đúc để thí nghiệm (sử dụng xi măng PCB30)
Số lượng mẫu 0% MK 10% MK 20% MK 30% MK Thí nghiệm nén R7 3 3 3 3 R28 3 3 3 3 R90 3 3 3 3 Thí nghiệm ép chẻ R28 R7 3 3 3 3 3 3 3 3 R90 3 3 3 3 Thí nghiệm thấm R28 6 6 6 6
Bảng 2.12: Số lượng mẫu đúc để thí nghiệm (sử dụng xi măng PC40)
Số lượng mẫu 0% MK 10% MK
Thí nghiệm nén R7 3 3
R28 3 3
Thí nghiệm thấm R28 6 6
- Quá trình trộn vàđúc mẫu để thí nghiệm:
+ Quá trình trộn bê tông:
Chuẩn bị vật liệu: Cân riêng các vật liệu Metakaolin, xi măng, cát, đá. Nướcđược đong và cho vào bình chứa, phụ gia được đong bằng ống nghiệm.
Cho các vật liệu Metakaolin (nếu có), xi măng, cát, đá vào máy trộn bê
tông và trộn đều
máy trộn một cáchtừ từ.
Sau khi trộn xong thành hỗn hợp bê tông tác giả sử dụng côn đo độ sụt để tiến hành kiểm tra độ sụt của bê tông theo tiêu chuẩn: TCVN 3105-2007.
Độ sụt của bê tông được điều chỉnh bằng lượng phụ gia Vmat-PC01.
Độ sụt của hỗn hợp bê tôngthấp hơn so với yêu cầu thì tăng tỉ lệ phụ gia lên và ngược lại nếu độ sụt của hỗn hợp bê tông cao hơn yêu cầu thì giảm tỉ lệ phụ gia xuống để độ sụt hỗn hợp bê tông đạt theo ý muốn.
Việc kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông là rất cần thiết, bởi độ sụt cho ta đánh giá được độlinh động của hỗn hợp bê tông để điều chỉnh cho phù hợp. Khi đem bê tông vào thi công các công trình, dựa vào biện pháp thi công và công nghệ thi công bê tông để có thể điều chỉnh độ sụt bê tông cho hợp lý, đáp ứng yêu cầubiện pháp thi công đó và đáp ứng chi phí tiết kiệm.
+ Quá trình đúc mẫu bê tông: sau khi quá trình kiểm tra độ sụt xong tác giả tiến hành đúc mẫu bê tông theo số lượng đã định trước với từng loại khuôn mẫu: khuôn trụ 150x300mm và khuôn trụ 150x150mm.
+ Quá trình bảo dưỡng mẫu bê tông: Đây là một quá trình rất quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mẫu bê tông:
Sự đóng rắn của bê tông là kết quả của hàng loạt các quá trình lý, hóa
học diễn ra ngay sau khi đúc mẫu. Quá trình hóa học là phản ứng thủy hóa xi măng, tạo ra các hợp chất mới của xi măng, đồng thời xảy ra các quá trình vật lý: sự mất nước, biến dạng mềm, quá trình dịch chuyển và thay đổi nước, áp lực hơi trong bê tông. Sự hình thành ứng suất trong, vi nứt, mao mạch, lỗ rỗng trong bê tông. Các quá trình này có liên quan lẫn nhau và ảnh hưởng đến quá trình hình thành cấu trúc ban đầu của bê tông, cũng như cường độ và các tính chất cơ lý của bê tông về sau.
Ngay sau khi đúc mẫu bê tông, diễn ra quá trình bay hơi nước của bê tông ra môi trường xung quanh. Sự mất nước trong thời gian đầu đẩy nhanh
biến dạng co của bê tông, khi bê tông đang trong trạng thái dẻo. Ở trạng thái này, biến dạng không dẫn đến sự hình thành vết nứt cấu trúc bê tông, ngược lại sự dịch chuyển của các hạt thành phần góp phần làm đặc chắc cấu trúc, độ rỗng và kích thước lỗ rỗng trong bê tông sẽ nhỏ đi. Cùng thời điểm lượng nước thừa trong bê tông được thoát ra sẽ giảm nguy cơ tạo thành lỗ, mao
mạch rỗng trong bê tông.
Nếu sự mất nước diễn ra với cường độ và khối lượng lớn sẽ thúc đẩy biến dạng dẻo nhanh đạt giá trị cực đại và tiếp tục phát triển trong quá trình đóng rắn tiếp theo của bê tông. Lúc đó trong bê tông tạo ra ứng suất trong,
dẫn đến sự tạo thành các vết nứt trong cấu trúc bê tông. Ngoài ra sự bay hơi nước quá lớn sẽ làm cho bê tông rơi vào trạng thái mất nước, ảnh hưởng đế
quá trình thủy hóa xi măng. Tất cả các yếu tố đó sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của bê tông: cường độ, độ chống thấm …
Bản chất của quá trình bảo dưỡng bê tông là kiểm soát sự bay hơi nước của bê tông, cùng với việc tạo ra môi trường nhiệt độ - độ ẩm thuận lợi cho việc hình thành cấu trúc và phát triển cường độ của bê tông.
Quá trình bảo dưỡng mẫu bê tông được tác giả luận văn tiến hành: sau
khi đúc xong, mẫu bê tông được bảo dưỡng trong khuôn mẫu 1 ngày đêm và bảo dưỡng trong bể bảo dưỡng cho đủ ngày tuổi để thí nghiệm.
Như vậy lúc này các mẫu bê tông được bảo dưỡng với độ ẩm là 100%,
là môi trường tốt nhất, độ ẩm tốt nhất để bảo dưỡng bê tông.
2.3 Phương pháp thí nghiệm mẫu
2.3.1 Phương phápxác định cường độchịu nén
Xác định cường độ nén của bê tông chính là xác định mác của bê tông. Người ta thường lấy cường độ chịu nén của bê tông làm chỉ tiêu đánh giá chất lượng của bê tông.
tiêu chuẩn TVCN 3118-2007. Tính toán kết quả:
Cường độ chịu nén của từng viên mẫu bê tông (R) được tính bằng Mpa
theo công thức:
R = α
F P
Trong đó:
P: Tải trọng phá hoại mẫu, tính bằng N
F: Diện tích chịu lực nén của mẫu, tính bằng mm2
α: Hệ số tính đổi kết quả thử nén các viên mẫu bê tông có kích thước khác viên mẫu chuẩn về cường độ của viên mâu chuẩn kích thước
150x150x150 mm
Mẫu thí nghiệm dùng ở đây là mẫu hình trụ kích thước mẫu là 150x300 mm, nên hệ số α = 1,2
Cường độ chịu nén của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ nén của các viên trong tổ mẫu. So sánh các giá trị cường độ nén lớn nhất và nhỏ nhất với cường độ nén của viên mẫu trung bình. Nếu cảhai giá trị đo đều không lệch quá 15% so với cường độ nén của viên trung bình, thì cường độ nén của bê tông được tính bằng trung bình số học của ba kết quả thử trên ba viên mẫu. Nếu một trong hai giá trị đó lệch quá 15% so với cường độ nén của viên mẫu trung bình thì bỏ cả hai kết quả lớn nhất và nhỏ nhất. Khi đó cường độ nén của bê tông là cường độ nén của một viên mẫu còn lại.
2.3.2 Phương pháp xác định cường độchịukéo khi ép chẻ
Cường độ kéo ép khi ép chẻ còn được gọi là cường độ kéo gián tiếp hoặc cường độkéo khi bửa.
Tác giả tiến hành xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ mẫu bê tông hình trụ theo tiêu chuẩn TVCN 8862-2011.
Hình 2.11: Bộ thí nghiệm ép chẻ bê tông
1. Mẫu hình trụ kích thước 150x300 mm
2. Tấm đệm gỗ truyền tải được kẹp vào bộ gá
3. Bàn nén dưới của máy nén 4. Bàn nén trên của máy nén Tính toán kết quả
Cường độ kéo khi ép chẻ Rkc của từng viên mẫu thử hình trụ được tính chính xác đến 0,01 Mpa và được tính theo công thức:
Rkc = D H P . . 2 π ;
Trong đó: Rkc : Cường độ kéo khi ép chẻ, Mpa;
P: Tải trọng khi phá hủy mẫu mẫu hình trụ, N;
H: Chiều cao của mẫu hình trụ (chiều dài đường sinh), mm;
D: Đường kính đáy mẫu hình trụ, mm;
π: Số pi, π = 3,1416
Cường độ kéo khi ép chẻ củavật liệu cũng được lấy giống như kết quả xác định cường độ nén. Cường độ kéo khi ép chẻ của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ kéo của các viên trong tổ mẫu. So sánh các giá trị cường độ kéo khi ép chẻ lớn nhất và nhỏ nhất với cường độ kéo của viên mẫu trung bình. Nếu cả hai giá trị đo đều không lệch quá 15% so với cường độ
kéo khi ép chẻ của viên trung bình thì cường độ kéo khi ép chẻ của bê tông được tính bằng trung bình số học của ba kết quả thử trên ba viên mẫu. Nếu một trong hai giá trị đó lệch quá 15% so với cường độ kéo khi ép chẻ của viên mẫu trung bình thì bỏ cả hai kết quả lớn nhất và nhỏ nhất. Khi đó cường độ kéo khi ép chẻ khi ép chẻ của bê tông là cường độ kéo khi ép chẻ của một viên mẫu còn lại.
2.3.3 Phương pháp xác định độ chống thấm
Độ chống thấm của bê tông là một chỉ tiêu rất quan trọng của bê tông. Rất nhiều công trình sử dụng bê tông mác chống thấm cao để đảm bảo cho tuổi thọ và mục đích sử dụng của các công trình đó. Đặc biệt các công trình thủy lợi, thủy điện thì vấn đề chống thấm là một vấn đề rất quan trọng, cần thiết.
Tác giả tiến hành xác định độ chống thấm của mẫu bê tông áp dụng theo tiêu chuẩn TVCN 3116-2007.
Sơ đồ của thiết bị:
Hình 2.12: Sơ đồ máy thí nghiệm độ chống thấm
1. Bơm, 4. Van chịu áp lực
2. Thùng đẳng áp 5. Mẫu thử
3. Đồng hồ áp lực 6. Áo mẫu
W4, W6, W 8, …
2.4 Kết luận chương 2
Vật liệu sử dụng để phục vụ cho quá trình trộn, đúc mẫu bê tông là rất cần thiết và quan trọng. Nên cần lựa chọn các vật liệu đạt được yêu cầu kỹ thuật của nó thì khi thí nghiệm mới cho ta được kết quả chính xác.
Lựa chọn phương pháp thí nghiệm cũng rất quan trọng trong quá trình thí nghiệm mẫu bê tông. Các phương pháp thí nghiệm đều phải tuân thủ theo quy định, tiêu chuẩn thì kết quả thí nghiệm mới chính xác. Từ đó mới có thể đánh giá và bàn luận các số liệuđạt được.
Các phương pháp thí nghiệm được áp dụng:
+ Phương pháp thí nghiệm xác định độ sụt hỗn hợp bê tông: Áp dụng
TCVN 3105-2007
+ Phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông:
Áp dụng TCVN 3118-2007
+ Phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ của
bê tông: Áp dụng TCVN 8862-2011
+ Phương pháp thí nghiệm xác định độ độ chống thấmcủa bê tông: Áp
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM, ỨNG DỤNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG
BÊ TÔNG SỬ DỤNG METAKAOLIN
3.1 Kết quả thí nghiệmvà bàn luận
3.1.1 Thí nghiệm hỗn hợp bê tông
3.1.1.1 Kết quả thí nghiệm
Trộn bê tông với cấp phốitheo bảng 2.9 và 2.10, tác giả tiến hành kiểm tra độ sụt của bê tông theo quy trình đã nêu ở mục 2.2.3
+ Với chất kết dính là 100% xi măng: Hỗn hợp bê tông có độ sụt
12cm.
+ Với chất kết dính là 90% xi măng và 10% Metakaolin: Hỗn hợp bê tông có độ sụt 7cm. Thông thường thi công bê tông của các công trình xây
dựng chủ yếu là sử dụng bơm. Theo kinh nghiệm thi công của tác giả, để đảm bảo thi công được bằng bơm (bơm cần, bơm tĩnh) các công trình nhà dân dụng, các hố móng của công trình thủy lợi ... bê tông đó phải có độ sụt tối thiểu 11-12cm. Do đó tác giả điều chỉnh độ sụt bê tông bằng cách tăng lượng phụ gia Vmat-PC01 trong cấp phối bê tông lên từ 1% đến 1,2%. Lúc
này hỗn hợp bê tông đã được kiểm tra lại độ sụt và có độ sụt 13cm
+ Với chất kết dính là 80% xi măng và 20% Metakaolin: Hỗn hợp bê tông có độ sụt là 7cm. Tương tư như vậy, tác giả điều chỉnh độ sụt bê tông bằng cách tăng lượng phụ gia Vmat-PC01 trong cấp phối bê tông lên từ 1,2%
đến 1,5%. Lúc này hỗn hợp bê tông đã được kiểm tra lại độ sụt và có độ sụt
12,5cm
+ Với chất kết dính là 70% xi măng và 30% Metakaolin: Hỗn hợp bê tông có độ sụt 11,5cm.
Tổng hợp kết quả thí nghiệm bê tông độ sụt củahỗn hợp bê tông trong
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm độ sụt của hỗn hợp bê tông Metakaolin Phụ gia Độ sụt (cm) 0% MK 1,0% 12 10% MK 1,0% 7 10% MK 1,2% 13 20% MK 1,2% 7 20% MK 1,5% 12,5 30% MK 1,5% 11,5
Để đảm bảo có thể thi công bê tông bằng bơm, tác giả đã điều chỉnh lượng phụ gia để hỗn hợp bê tông có độ linh động cao và các hỗn hợp bê tông đó tác giả tiến hành đúc mẫu để thí nghiệm. Các mẫu bê tông được đúc để thí
nghiệm nén, kéo, thấm: 0%MK, 1% phụ gia; 10%MK, 1,2% phụ gia;