Tài liệu ảnh hưởng của tỉ lệ tro bay đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông

ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ Ệ TRO BAY Đ N S PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CHỊU N N CỦA BÊ TÔNG Học viên: Đoàn Văn Bảo. Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD và CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K32, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Hiện nay ê tông à oại vật iệu ược s dụng rộng rãi trong các công trình ây dựng trên thế giới. Các t nh chất c của ê tông phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối, oại vật iệu s dụng, hà ượng i ăng, hà ượng nước , Tuy nhiên nguyên iệu sản uất hầu hết ến t tự nhiên như cát á, ất s t, á vôi ang dần cạn kiệt trong khi việc sản uất i ăng gây ảnh hưởng nghiê trọng ến ôi trường do thải ra ượng ớn CO2 . Vì vậy việc nghiên cứu các oại vật iệu thay thế ột phần i ăng à hết sức cần thiết. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của t ệ tro ay Phả Lại oại F thay thế i ăng ến sự phát tri n cường ộ ch u nén của ê tông. Các u th nghiệ ược chu n với t ệ cấp phối à Xi ăng: Cát: Đá = 1:2:3 và gi không i trong khi ó i ăng ược thay thế ng tro ay ở các t ệ à 10 , 20 và 40 . Th nghiệ ược thực hiên trên hai nhó u có k ch thước à 100 100 100 với t ệ nước/ ột (N/B) à 0.42 và 0.5, trong ó ột ược nh nghĩa à t ng khối ượng i ăng và tro ay. Tất cả các u ược dưỡng hộ trong ôi trường nước. Kết quả cho thấy r ng, tro ay góp phần nâng cao ộ ưu ộng của hỗn hợp ê tông. Tro ay à suy giả cường ộ ch u n n của ê tông ở tu i trước 56 ngày khi N/B=0.42 và ở tu i trước 28 ngày khi N/B=0.5, nhưng sau ó cường ộ ch u n n của các u tro ay thế i ăng tiếp tục phát tri n ến sau 90 ngày, trong khi cường ộ ch u n n của các u ối chứng không có tro ay dường như không phát tri n n a. Cường ộ ch u n n của u tro ay thay thế 20 i ăng và N/B=0.42 cao h n cường ộ ch u n n của u ối chứng tư ng ứng sau 56 ngày. Cường ộ ch u n n của u tro ay thay thế 10 i ăng và N/B=0.5 cao h n cường ộ ch u n n của u ối chứng tư ng ứng sau 28 ngày. Mặc dù cường ộ ch u n n của u tro bay thay thế i ăng ở t ệ 40 và t ệ N/B=0.42 và N/B=0.5 nhỏ h n cường ộ ch u n n của các u ối chứng tư ng ứng ở 90 ngày, tuy nhiên u hướng phát tri n cho thấy cường ộ ch u n n của u 40 tro ay tiếp tục phát tri n và có th vượt cường ộ ch u n n của u ối chứng khi ược dưỡng hộ trong ôi trường nước. N trong giới hạn nghiên cứu của uận văn tác giả ề uất thay thế i ăng ng tro ay ở t ệ 20 . T khóa: tro ay, ê tông, cường ộ ch u n n, ộ ưu ộng. Abstract: Nowadays, concrete is widely used as construction building materials in the world. The mechanical and physical properties of concrete depend upon the mix proportions, type of cement, type of aggregates, cement content, water content, etc. Sand, coarse aggregates come from the natures which will not enough for construction industry in the future while cement production causes pollution and other environment problems including CO2 emmission. Therefore, it is really necessary to conduct the research to find out the alternative materials to replace partly orginal portland cement (OPC) in the concrete mix. The project studied the effect of class F fly ash from Pha Lai power station on the development of compressive strength of concrete. The mix composition was cement: sand: coarse aggregate of 1:2:3 and kept constrantly during the project while orginal portland cement was replaced by class F fly ash on the mass basic of total cementitious material (total of OPC and fly ash) at the replacement portion of 0%, 10%, 20% and 40% when the water and cementitious material (CM) ratio was constant at 0.42 and 0.5 for Group1 and Group 2 respectively. The compressive strength tests were conducted on the sample dimensions of 100x100x100 mm and determined up to 90 days. All samples were cured in the water. The test results show that within the range of investigation, the fly ash improves the workability of fresh concrete. The fly ash reduced the compressive strengths at early age (56 days for W/CM of 0.42 and 28 days for W/CM of 0.5), but increased the compressive strength at later age in compared with the control samples without fly ash. The compressive strength of fly ash sample continued to develop up to 90 days of investigation and predicted to continue develop further after 90 days while the compressive strength of the control samples without fly ash is no longer develop. The compressive strength of the 20%FA replacement and W/CM of 0.42 was higher than that of the corresponding control sample after 56 days. The compressive strength of the 10%FA replacement and W/CM of 0.5 was higher than that of the corresponding control sample after 28 days. Although the compressive strengths of 40%FA replacement samples for both W/CM of 0.42 and 0.5 were less than that of the control samples, however they are predicted to develop to the higher value than that of the control samples. Within the range of investigation, the authors recommend to replace 20% of OPC by fly ash. Keywords: concrete, fly ash, compressive strength, workability MỤC ỤC TRANG PHỤ BÌA ỜI CAM ĐOAN MỤC ỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. T nh cấp thiết của ề tài .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu của ề tài .................................................................................................. 2 3. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................................. 2 4. Phạ vi nghiên cứu ................................................................................................. 2 5. Bố cục của uận văn ................................................................................................ 3 CHƢƠNG 1. T NH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG T NG QUAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG ĨNH V C XÂY D NG ........ 4 1.1. T NH CHẤT C L CỦ B T NG .................................................................... 4 1.1.1. Khái niệ thành phần, cấu trúc và phân oại ê tông ....................................... 4 1.1.2. T nh chất c học của Bê tông. ........................................................................... 5 1.1.2.1. Cường ộ ch u nén ..................................................................................... 5 1.1.2.2. Cường ộ ch u k o ..................................................................................... 6 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng ến cường ộ của ê tông ........................................... 7 1.1.3.1. Thành phần và công nghệ chế tạo.............................................................. 7 1.1.3.2. Tu i của ê tông ........................................................................................ 7 1.1.3.3. Ảnh hưởng của tốc ộ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng ............. 8 1.1.3.4. Ảnh hưởng của t ệ N/X ến cường ộ ch u n n, ch u uốn của ê tông ... 8 1.2. T NG QU N VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦ TRO B Y TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG ........................................................................................................ 10 1.2.1. Khái nệ chung về tro ay ............................................................................. 10 1.2.2. Phân oại tro ay.............................................................................................. 11 1.2.3. Thành phần hóa học trong tro ay .................................................................. 12 1.2.4. Các nguyên tố vi ượng trong tro ay ............................................................. 14 1.2.5. Cấu trúc hình thái của tro bay ......................................................................... 14 1.2.6. Ảnh hưởng của tro ay ến ột số ặc t nh của ê tông ................................ 15 1.2.7. Một số công trình ứng dụng tro ay ở Việt Na ........................................... 18 1.2.8. Ứng dụng tro ay trong ột số ĩnh vực và công trình trên thế giới .............. 20 1.2.8.1. Tro ay dùng à vật iệu iền ấp .......................................................... 20 1.2.8.2. Tro bay trong bê tông .............................................................................. 22 1.2.8.3. Tro ay à ường á .............................................................................. 22 1.2.8.4. Gạch không nung t tro ay .................................................................... 22 1.2.8.5. Sản ph gạch ốp át t tro ay .............................................................. 22 1.2.8.6. Là vật iệu cốt nhẹ ................................................................................ 22 CHƢƠNG 2. VẬT IỆU SỬ DỤNG VÀ THI T BỊ TH NGHIỆM ..................... 23 2.1.VẬT LIỆU SỬ DỤNG ............................................................................................ 23 2.1.1. Cát (Cốt iệu nhỏ) ............................................................................................ 23 2.1.2. Đá dă (Cốt iệu ớn)...................................................................................... 24 2.1.3. Xi ăng ........................................................................................................... 25 2.1.4. Nước ................................................................................................................ 27 2.1.5. Tro bay ............................................................................................................ 28 2.2. THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO TH NGHIỆM .......................................................... 30 2.2.1.Ván khuôn ........................................................................................................ 30 2.2.2. Đầ ê tông .................................................................................................... 30 2.2.3. Máy nén ........................................................................................................... 31 2.2.4. Phòng dưỡng hộ u n n................................................................................ 31 2.2.5. Máy trộn ê tông: s dụng áy trộn dung t ch 300 ....................................... 31 CHƢƠNG 3. TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA TRO BAY Đ N S PHÁT TRIỂN CƢỜNG ĐỘ CHỊU N N CỦA BÊ TÔNG ..................... 33 3.1. GİỚİ THİỆU CHUNG ........................................................................................... 33 3.2. VẬT LİỆU SỬ DỤNG TRONG TH NGHİỆM ................................................... 33 3.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐİ CỦ HỖN HỢP B T NG ........................... 33 3.4. XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT CỦ CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐİ ............................ 35 3.5. ĐÚC MẪU VÀ DƯỞNG HỘ MẪU ...................................................................... 36 3.6. TH NGHİỆN NÉN MẪU...................................................................................... 38 3.6.1. Quy trình n n u:.......................................................................................... 39 3.6.2. T nh toán kết quả cường ộ ch u n n của u th ......................................... 39 3.7. CÁC KẾT QUẢ TH NGHİỆM VÀ THẢO LUẬN .............................................. 39 3.7.1. Phụ ục các kết quả th nghiệ : ...................................................................... 39 3.7.2. Độ sụt của hỗn hợp ê tông ướt ...................................................................... 46 3.7.3. Sự ảnh hưởng của tỷ ệ tro ay ến sự phát triễn cường ộ ch u n n của ê tông ............................................................................................................................... 46 K T UẬN VÀ Kİ N NGHỊ ..................................................................................... 50 TÀI IỆU THAM KHẢO........................................................................................... 51 QUY T ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI UẬN VĂN (bản s o) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 1.1. Hệ số chất ượng vật iệu 1.2. Tiêu chu n tro ay theo STM [4] 1.3. Thành phần hóa học của tro ay theo vùng 1.4. và Trang 9 1 11 iền [6] Thành phần hóa học tro ay ở Ba Lan t các nguồn nguyên iệu khác nhau 12 13 2.1. Thành phần hạt của cát 2.2. Hà 2.3. Thành phần hạt của cốt iệu ớn 24 2.4. Mác của á dă 24 2.5. Yêu cầu về ộ n n dập ối với sỏi và sỏi dă 25 2.6. Các ch tiêu chất ượng của i 25 2.7. So sánh ch tiêu chất ượng của Xi TCVN ăng Sông Gianh PCB40 với Hà uối hòa tan, ion sunfat, ion 2.8. 23 ượng ion C - trong cát t 23 á thiên nhiên theo ộ n n dập ăng poóc ăng ượng tối a cho ph p của c orua và cặn không tan trong nước trộn v a 26 27 2.9. Hà ượng tối a cho ph p của uối hòa tan, ion sunfat, ion c orua và cặn không tan trong nước dùng r a cốt iệu và ảo dưỡng ê tông 28 2.10. Các yêu cầu về thời gian ông kết của i n n của v a 28 2.11. Ch tiêu chất ượng tro ay dùng cho ê tông và v a ây 29 2.12. Kết quả th nghiệ 30 3.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp ê tông 34 3.2. Kết quả o ộ sụt 46 3.3. Cường ộ ch u n n của các 3.4. Sự tăng hay giả i ăng so với ăng và cường ộ ch u tro ay phả ại u th nghiệ cường ộ ch u n n của u ối chứng (0 TB) 46 u có tro ay thay thế 47 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1. M u th nghiệ n n 1.2. Sự phá hoại u th khối vuông 6 1.3. Sự phá hoại u th khối vuông 7 1.4. Sự phụ thuộc của cường ộ ê tông vào ượng nước nhào trộn 9 1.5. Tro bay 10 1.6. Sự tư ng phản về k ch thước gi a các hạt trong khoảng k ch thước thường nhiều h n 15 1.7. Bi u diễn ặc trưng dạng cầu của các hạt tro ay hình cầu ớn và các hạt nhỏ 15 1.8. Đập Puy aurent ở Pháp 21 1.9. Bê tông asphalt s dụng tro ay 21 2.1. Ván khuôn úc 30 2.2. Máy nén bê tông 2.3. Khu Th nghiệ 3.1. Côn o ộ sụt 35 3.2. Tiến hành o ộ sụt 36 3.3. Cân, o các thành phần cấp phối và trộn ê tông 36 3.4. Dưỡng hộ un n 38 3.5. Quá trình n n u 38 3.6. M u n n sau gia tải 39 3.7. Kết quả t phần 39 3.8. Sự phát tri n cường (N/B=0.42) ộ ch u n n của u nhó 1 3.9. Sự phát tri n cường (N/B=0.50) ộ ch u n n của u nhó 2 5 u n n và o ộ sụt ê tông 31 và ngâ ảo dưỡng u 31 ề 48 48 1 MỞ ĐẦU 1. Tính ấp thiết ủ đề tài Tro ay (tên tiếng nh à f y ash), phần người ta dùng các uồng kh n nhất của tro phân oại tro: khi th i than. Gọi à tro ay vì ột uồng khi nhất nh thì hạt to sẽ r i uống trước và hạt nhỏ sẽ ay a h n. Trong các nhà áy nhiệt iện, sau quá trình ốt cháy nhiên iệu than á phần phế thải r n tồn tại dưới hai dạng: phần thu ược t n ay theo các kh ống khói ược thu hồi áy ò và phần tro gồ ng các hệ thống thu go áy nhiệt iện. Trước ây ở châu Âu c ng như ở Vư ng quốc thường ược cho à tro của nhiên iệu ốt ã ược nghiền này ược gọi à tro ay của các nhà nh phần tro này . Nhưng ở Mỹ, oại tro ởi vì nó thoát ra cùng với kh ống khói và ay vào trong không kh . Và thuật ng tro ay(f y ash) ược dùng ph iến trên thế giới hiện nay ch phần thải r n thoát ra cùng các kh ống khói ở các nhà Ở các hạt rất ột số nước, tùy vào ục ch s dụng áy nhiệt iện[1 . à người phân oại tro ay theo các oại khác nhau. Theo tiêu chu n DBJ08- 230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro ay ược phân à hà hai oại à tro ay có hà ượng can i cao. Tro ay có chứa hà do trên 1 ) à oại tro ay có hà ượng can i 8 hà ượng can i cao có hoặc cao h n(hoặc CaO tự ượng can i cao. Do ó, CaO trong tro ay hoặc CaO trong tro ay hoặc CaO tự do ược s dụng can i cao với tro ay hà ượng can i thấp và tro ay có phân iệt tro ay có hà ượng ượng can i thấp. Theo cách phân iệt này thì tro ay có àu h i vàng trong khi ó tro ay có hà ượng can i thấp có àu h i á . [ 2 . Hiện nay, ê tông v n à oại vật iệu ph iến cho các công trình t thấp tầng ến cao tầng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nguyên iệu sản uất hầu hết ến t tự nhiên như cát, ất s t, á vôi,... ang dần cạn kiệt, gây ảnh hưởng nghiê trường sống như kh thải CO2 t sản uất i trọng ến ăng gây hiệu ứng nhà k nh, ôi ất ất nông nghiệp trong sản uất gạch, khai thác cát ảnh hưởng dòng chảy gây sạt ở ờ sông... òi hỏi có nh ng nghiên cứu tối ưu nâng cao cường ộ hỗn hợp ê tông nh hiệu quả tối a, giả ang ại hao t n kinh tế và tài nguyên s dụng. [3 . Nhìn chung, hỗn hợp ê tông ao gồ Chất kết d nh ao gồ : Xi các thành phần: Cốt iệu và chất kết d nh. ăng + nước, phụ gia ang s dụng thì thành phần c . Như vậy, với hầu hết ê tông hiện ản à cốt iệu, i ăng và nước. Cường ộ của cốt 2 iệu à cố nh, ược quy nh ởi sự hình thành của tự nhiên, trong quá trình s dụng vật iệu chúng ta ðã chọn trước nguồn gốc s dụng cốt iệu. Tuy nhiên, t nh năng c ý của hỗn hợp ê tông c ng ch u ảnh hýởng trực tiếp t chất kết d nh và các ỗ rỗng gi a các cốt iệu iên kết với nhau. [4 . Vậy cường ộ của ê tông ch u ảnh hưởng chủ yếu t yếu tố chất kết d nh và ỗ rỗng gi a các cốt iệu iên kết với nhau Nh ở rộng nghiên cứu vai trò của tro ay ảnh hưởng như thế nào ến cường ộ ch u n n của ê tông ã thôi thúc tác giả à ðề tài nghiên cứu: “Ảnh hƣởng ủ t ệ tro b y đến ph t triển ƣờng độ hịu n n ủ bê tông”. 2. Mụ tiêu ủ đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng của t ệ của tro ay ến sự phát tri n cường ộ ch u n n của ê tông: 3. Đối tƣợng nghiên ứu - Đánh giá các kết quả và công trình nghiên cứu trước ó về phạ vi ứng dụng của tro ay trong ĩnh ực ây dựng và vai trò của tro ay ến sự phát tri n ến cường ộ ch u n n của ê tông. - Các oại vật iệu a phư ng: Cát k á Phước Lý (tp Đà N ng), i - Th nghiệ a (huyện Điện Bàn t nh Quảng Na ), ăng sông Gianh, tro ay Nhà áy Nhiệt Điện Phả Lại. ánh giá ảnh hưởng của tro ay ến khả năng ch u n n ê tông ến 90 ngày. 4. Phạm vi nghiên ứu - Thực hiện các th nghiệ dựa trên tiêu chu n nh BS EN 12390-1:2000’ Thí nghiệm bê tông- Phần 1: Hình dáng, kích thước và những yêu cầu khác về mẫu thí nghiệm và ván khuôn’; BS EN 12390-2:2009’ Thí nghiệm bê tông- Phần 2: Đúc và dưỡng hộ mẫu’, BS EN 12390-3:2009- Thí nghiệm bê tông- Phần 3: Cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm’. - Các u ê tông th nghiệ có thành phần tỷ ệ tro ay thay thế i ăng à 0 , 10%, 20% và 40%. - Phân t ch và thảo uận các kết quả th nghiệ . - Đánh giá sự ảnh hưởng của tỷ ệ tro ay ến khả năng ch u n n của ê tông. 3 5. Bố ụ ủ uận văn Ngoài phần ở ầu, kết uận, uận văn gồ 3 chư ng: Chư ng 1: T nh chất c học của ê tông, t ng quan và phạ v ứng dụng của tro ay trong ĩnh vực ây dựng Chư ng 2: Vật ệu s dụng và th ết Chư ng 3: Th ngh ệ ộ ch u n n của ê tông ác th ngh ệ nh ảnh hưởng của tro ay ến sự phát tr n cường 4 CHƢƠNG 1 T NH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG T NG QUAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG ĨNH V C XÂY D NG 1.1. T NH CHẤT CƠ CỦA BÊ TÔNG 1.1.1. Kh i niệm thành phần ấu trú và phân oại bê tông Bê tông à ột oại vật iệu nhân tạo ược chế tạo t các vật iệu rời (cát, á, sỏi) và chất kết d nh (thường à i ăng), nước và có th thê còn gọi à cốt iệu, cốt iệu có 2 oại oại ớn à sỏi hoặc á dă và ớn. Loại có k ch thước (5-40) phụ gia. Vật iệu rời à cát có k ch thước (1-5) . Chất kết d nh à i , ăng trộn với nướcc hoặc các chất d o khác. Phụ gia nh cải thiện ột số t nh chất của ê tông trong úc thi công c ng như trong quá trình s dụng. Có nhiều oại phụ gia như phụ gia nâng cao ộ d o của hỗn hợp ê tông, tăng nhanh hoặc k o dài thời gian ông kết của ê tông, nâng cao cường ộ của ê tông trong thời gian ầu, chống thấ Nguyên ý tạo nên ê tông à dùng các cốt iệu ớn à nhỏ ấp ầy các khoảng trống và dùng i thành ột th ăng à thành ộ khung, cốt iệu chất kết d nh iên kết chúng ại ặc ch c có khả năng ch u ực và chống ại các iến dạng. [1 Bê tông có cấu trúc không ồng nhất vì hình dạng k ch thước cốt iệu khác nhau, sự phân ố của cốt iệu và chất kết d nh không thật ồng ều, trong ê tông v n còn ại ột số t nước th a và ôc rỗng i ti( do nước th a ốc h i). Quá trình khô cứng của ê tông à quá trình thủy hóa của i thay i ượng nước cân ăng. Các quá trình này à ng, sự giả keo nhớt, sự tăng ăng, quá trình ạng tinh th của á i cho ê tông trở thành vật iệu v a có t nh àn hồi v a có t nh d o. * Bê tông đƣợ phân oại theo h s u đây:  Theo cấu trúc: ê tông ặc ch c, ê tông có ỗ rỗng (dùng t cát), ê tông t ong, ê tông ốp.  Theo dung ượng: ê tông nặng (γ = 2200 † 2500 kG/ 3 ); ê tông nặng cốt iệu (γ = 1800 † 2200 kG/ 3 ); ê tông nhẹ (γ < 1800 kG/m3 ); bê tông ặc iệt nặng (γ> 2500 kG/ 3 ). 5  Theo chất kết d nh: ê tông i tông thạch cao, ê tông  Theo phạ ăng, ê tông nhựa, ê tông chất d o, ê , ê tông si icat. vi s dụng: ê tông à ê tông cách nhiệt, ê tông chống â kết cấu ch u ực, ê tông ch u nóng, thực v.v  Theo thành phần hạt: ê tông thông thường, ê tông cốt iệu , ê tông chèn á hộc 1.1.2. Tính hất ơ họ ủ Bê tông. Cường ộ của ê tông à ch tiêu quan trọng th hiện khả năng ch u ực của vật iệu. Cường ộ của ê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với ê tông cần ác nh cường ộ ch u n n và cường ộ ch u k o. 1.1.2.1. Cường độ chịu nén Cường ộ ch u n n của ê tông à khả năng ch u ứng suất n n của M u có th chế tạo úc u ê tông. ng các cách khác nhau: ấy hỗn hợp ê tông ã ược nhào trộn u hoặc dùng thiết chuyên dùng khoan ấy u t kết cấu có s n. M u o cường ộ có th dạng khối vuông cạnh a = 10; 15; 20 c ; khối ăng trụ áy vuông; khối trụ tròn, ược thực hiện theo iều kiện chu n trong thời gian 28 ngày. A A h a A a a D Hình 1.1. Mẫu thí nghiệm nén Bê tông thông thường có R= 5÷30 Mpa. Bê tông có R> 40Mpa à oại cường ộ cao. Hiện nay, người ta ã chế tạo ược các oại ê tông ặc iệt có R≥ 80Mpa. Khi n n, ngoài iến dạng co ng n theo phư ng tác dụng ực, ê tông còn nở ngang. Thông thường ch nh sự nở ngang quá vỡ. Nếu hạn chế ược của nó. Trong th nghiệ tại ó sẽ uất hiện ực ức à cho ê tông ức ộ nở ngang của ê tông có th à nếu không ôi tr n ặt tiếp úc gi a nứt và phá tăng khả năng ch u n n u th và àn n n thì a sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả u phá hoại 6 theo hình tháp ối nh như hình 1.1. Nếu ôi tr n ngang thì khi iến dạng ngang quá ức trong u khối vuông có ê tông tự do nở u sẽ uất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại ảy ra như trên hình 1.1c. Cường ộ của ộ của ặt tiếp úc u ược ôi tr n thấp h n cường a sát. a) b) c) Hình 1.2. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 1– u; 3 – ma sát; 5 – hình tháp phá hoại 2 – bàn máy nén; 4 – ê tông 6 – vết nứt dọc trong Vì giả a sát à u cản trở iến dạng ngang và cường ộ của à với u khối khi tăng cạnh a thì R u hình trụ thấp h n cường ộ của Vì vậy, khối vuông có k ch thước thước ớn, và p vụn; u khối vuông. có cường ộ cao h n so với u có k ch u ăng trụ (có chiều cao gấp 4 ần cạnh áy) có cường ộ ch với ng 0,8 ần cường ộ u khối vuông có cùng cạnh áy. Nếu th nghiệ ặt tiếp úc ược ôi tr n ê tông ược tự do nở ngang sẽ không có sự khác iệt như v a nêu. 1.1.2.2. Cường độ chịu kéo Cường ộ ch u uốn o trên c sở uốn dầ ột thông số o cường ộ ch u k o của ê tông. Nó ược ê tông. Thông thường cường ộ ch u uốn ng khoảng 10-20 cường ộ ch u n n của ê tông, tùy thuộc vào k ch thước, hình dạng của các oại cốt iệu. Tuy nhiên việc ác n n của ê tông nh ối quan hệ gi a cường ộ ch u uốn và cường ộ ch u ột cách ch nh ác nhất à thông qua việc thực hiện th nghiệ u. 7 1.1.3. C nhân tố ảnh hƣởng đến ƣờng độ ủ bê tông 1.1.3.1. Thành phần và công nghệ chế tạo Cường ộ của BT ớn hay Một số yếu tố c à do thành phần và công nghệ chế tạo quyết nh. ản ảnh hưởng ến cường ộ BT:  Chất ượng và số ượng i ăng.  Độ cứng, ộ sạch và cấp phối cốt iệu.  Tỷ ệ gi a nước và i ăng.  Chất ượng của việc nhào trộn, , ầ và iều kiện ảo dưỡng BT. Nói chung các nhân tố trên ảnh hưởng quyết nh ến R, Rt nhưng ức ộ có khác nhau. V dụ tỷ ệ nước trên i ăng N/XM có ảnh hưởng rất ớn ến R và có phần t h n ối với Rt; ộ sạch cốt iệu ảnh hưởng ớn ến R và rất ớn ối với Rt c ng như khả năng ch u c t của BT. 1.1.3.2. Tuổi của bê tông Tu i à thời gian t (ngày) t nh t úc chế tạo BT ến khi nó ch u ực. Cường ộ của ê tông tăng theo thời gian. Thời gian ầu cường ộ tăng nhanh, sau chậ Với BT dùng i dần. ăng pooc ăng chế tạo và ảo dưỡng trong iều kiện ình thường, cường ộ tăng nhanh trong 28 ngày ầu. Đ i u diễn sự tăng của R theo t có th dùng ột số công thức thực nghiệ . Công thức của B.G. XKra taep (1935)theo qui uật ogarit, với t = 7÷300 ngày: R R28 Rt 0 28 Hình 1.3. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông t 8 Trong ôi trường thuận ợi (nhiệt ộ dư ng, ộ cao) sự tăng cường ộ có th k o dài trong nhiều nă . Còn trong iều kiện khô hanh hoặc nhiệt ộ thấp sự tăng cường ộ trong thời gian sau này à không áng k . Dùng h i nước nóng vài ngày ầu, nhưng sẽ à ảo dưỡng BT à cho cường ộ tăng rất nhanh trong cho BT trở nên dòn h n và có cường ộ cuối cùng thấp h n so với BT ược ảo dưỡng theo iều kiện tiêu chu n. 1.1.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng Tốc ộ gia tải khi th nghiệ gia tải qui nh cường ộ BT ch c ng ảnh hưởng ến cường ộ của u. Tốc ộ ng 2kg/c 2/giây và cường ộ ạt ược à R. Khi gia tải rất chậ , ạt khoảng (0,85-0.90)R. Khi gia tải nhanh, cường ộ BT có th ạt (1,15-1,20)R. Th nghiệ n n u ê tông ến ứng suất 0,90 ến 0,95R, rồi gi nguyên ực n n trong thời gian dài thì tông ột úc nào ó u c ng phá hoại. Đó à hiện tượng ê giả 1.1.3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu nén, chịu uốn của bê tông Đá i ăng ( ác i ăng và tỷ ệ X/N ) có ảnh hưởng ớn ến cường ộ của ê tông. Sự phụ thuộc của cường ộ ê tông vào tỷ ệ X/N thực chất à phụ thuộc vào th t ch rỗng tạo ra do ượng nước dư th a. Hình 1.6 i u th ối quan hệ gi a cường ộ ê tông và ượng nước nhào trộn. Độ rỗng tạo ra do ượng nước th a có th r= ác nh ng công thức: .100(%) Trong ó: - N, X : Lượng nước và ượng i - ăng trong 1 3 ê tông (kg). : Lượng nước iên kết hóa học t nh ng 28 ngày ượng nước iên kết hóa học khoảng 15 - 20%. khối ượng i ăng. Ở tu i 9 a-Vùng hỗn hợp ê tông cứng không ầ chặt ược; -Vùng hỗn hợp ê tông có cường ộ và ộ ặc cao; c-Vùng hỗn hợp ê tông d o; dVùng hỗn hợp ê tông chảy Hình 1.4. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn Mối quan hệ gi a cường ộ ê tông với ác i ăng, tỷ ệ X/N ược i u th qua công thức Bo o ey-Skramtaev sau: Đối với ê tông có X/N = 1,4 2,5 thì: Rb = A. Rx ( – 0,5) . Đối với ê tông có X/N > 2,5 th: Rb = A1. Rx ( + 0,5) . Trong ó: - R : Cường ộ n n của ê tông ở tu i 28 ngày(kG/c 2). - R : Mác của i nh , ác i ăng (cường ộ) (kG/c 2). 1 à hệ số ược ác nh theo chất ượng vật iệu và phư ng pháp xác ăng ( ảng 1-1). - X/N à T ệ Xi ăng/nước. Bảng 1.1. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1 Chất ượng vật iệu Tốt Ch tiêu ánh giá - Xi ăng hoạt t nh cao không trộnphụ gia thuỷ. - Cốt iệu: Đá sạch, cường ộ cao, cấp phối hạt tốt. Cát sạch, Mdl = 2.4 2.7 Hệ số và 1 ứng với phư ng pháp th ác i ăng. TCVN 6016:95 TCVN 4032:85 A1 A1 A A 0.54 0.34 0.6 0.38 10 Chất ượng vật iệu Hệ số và 1 ứng với phư ng pháp th ác i ăng. TCVN 6016:95 TCVN 4032:85 A1 A1 A A Ch tiêu ánh giá - Xi ăng hoạt t nh trung ình, i ăng poóc ăng hỗn hợp chứa 10  Trung 15 phụ gia thuỷ. bình - Cốt iệu: Đá có chất ượng phù hợp TCVN1771:1987.Cát phù hợp TCVN 1770:1986, có Mdl = 2 2.4 Kém 0.5 0.32 0.55 0.35 - Xi ăng hoạt t nh thấp, i ăngpoóc ăng hỗn hợp chứa trên 15 phụ gia thuỷ. 0.45 - Cốt iệu: Đá có 1ch tiêu chưa phù hợp TCVN 1771:1987. Cát nhỏ Mdl<2. 0.29 0.5 0.32 1.2. T NG QUAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG ĨNH V C XÂY D NG 1.2.1. Kh i nệm hung về tro b y Tro ay à phế thải sinh ra khi ốt các nguyên iệu hóa thạch như than á, than nâu .Trong các Nhà áy nhiệt iện n i s dụng ượng ớn nhiên iệu hóa thạch sản uất iện năng thì ngoài ượng tro n ại dưới ò nh ng hạt tro rất nhỏ ược cuốn theo các uồn kh trong các ống khói của nhà Hình 1.5. Tro bay áy thải ra ên ngoài. 11 1.2.2. Phân oại tro b y Trước ây ở châu Âu c ng như ở Vư ng quốc cho à tro của nhiên iệu ốt ã ược nghiền nh phần tro này thường ược n . Nhưng ở Mỹ, oại tro này ược gọi à tro ay ởi vì nó thoát ra cùng với kh ống khói và “ ay” vào trong không kh . Và thuật ng tro ay (f y ash) ược dùng ph r n thoát ra cùng các kh ống khói ở các nhà Ở ột số nước, tùy vào ục iến trên thế giới hiện nay ch phần thải áy nhiệt iện. ch s dụng à người ta phân oại tro ay theo các oại khác nhau. Theo tiêu chu n DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro ay ược phân à hà hai oại à tro ay có hà ượng can i cao. Tro ay có chứa hà tự do trên 1 ) à oại tro ay có hà CaO tự do ược s dụng ượng can i thấp và tro ay có ượng can i 8 hoặc cao h n (hoặc CaO ượng can i cao. Do ó, CaO trong tro ay hoặc phân iệt tro ay có hà ượng can i cao với tro ay hà ượng can i thấp. Theo cách phân iệt này thì tro ay có hà h i vàng trong khi ó tro ay có hà ượng can i thấp có ượng can i cao có àu h i á . Theo cách phân oại của Canada, tro ay ược chia à  Loại F: Hà ượng CaO t h n 8  Loại CI: Hà ượng CaO ớn h n 8  Loại C: Hà ượng CaO ớn h n 20 a oại: nhưng t h n 20 Trên thế giới hiện nay, thường phân oại tro ay theo tiêu chu n Theo cách phân oại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất phân à àu STM C618. à tro ay ðýợc hai oại à oại C và oại F [4 . Bảng 1.2: Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM [4] C yêu ầu theo tiêu huẩn ASTM C618 Đơn vị ớn nhất /nhỏ nhất SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % nhỏ nhất SO3 % ớn nhất 5 5 ượng % ớn nhất 3 3 % ớn nhất 5 5 Nhóm F Nhóm C Yêu cầu hóa học Hà Hà ượng ất khi nung 70 50 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiề % 1,5 1,5 12 C yêu ầu theo tiêu huẩn ASTM C618 Đơn vị ớn nhất /nhỏ nhất % ớn nhất 34 34 % nhỏ nhất 75 75 % nhỏ nhất 75 75 Lượng nước yêu cầu % ớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % ớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu ộ ồng ều về tỷ trọng % ớn nhất 5 5 Yêu cầu ộ ồng ều về ộ % ớn nhất 5 5 Nhóm F Nhóm C Yêu cầu vật lý Độ n (+325) Hoạt t nh pozzo anic so với i ngày) ăng (7 Hoạt t nh pozzo anic so với i ngày) ăng (28 n Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM:  Tro bay là oại F nếu t ng hàm ượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) ớn h n 70%.  Tro bay là oại C nếu t ng hàm ượng (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) nhỏ h n 70%. 1.2.3. Thành phần hó họ trong tro b y Tro của các nhà trình phân hủy và iến ở áy ò chiế áy nhiệt iện gồ chủ yếu các sản ph tạo thành t quá i của các chất khoáng có trong than á [5 . Thông thường, tro khoảng 25 và tro ay chiế khoảng 75 hết các oại tro ay ều à các hợp chất si icat ao gồ 2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, phần nhỏ so với t ng hà với hà t ng ượng tro thải ra. Hầu các o it ki oại như SiO2, ượng than chưa cháy ch chiế ượng tro, ngoài ra còn có ột số ki ột oại nặng như Cd, Ba, P , Cu, Zn,... Thành phần hóa học của tro ay phụ thuộc vào nguồn nguyên iệu than á s dụng ốt và iều kiện ốt cháy trong các nhà áy nhiệt iện. Bảng 1.3. Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền [6] Khoảng (% hối ƣợng) Thành phần Châu Âu Mỹ Trung Quố Ấn Độ Australia SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0 Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8 Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3 MgO 0,6-3,8 0,7-4,8 0,7-4,8 0,1-2,1 0,3-2,0 13 Khoảng (% hối ƣợng) Thành phần Châu Âu Mỹ Trung Quố Ấn Độ Australia Na2O 0,1-1,9 0,3-1,8 0,6-1,3 0,5-1,2 0,2-1,3 K2O 0,4-4,0 0,9-2,6 0,8-0,9 0,8-4,7 1,1-2,9 P2O5 0,1-1,7 0,1-0,3 1,1-1,5 0,1-0,6 0,2-3,9 TiO2 0,5-2,6 1,1-1,6 0,2-0,7 1,0-2,7 1,3-3,7 MnO 0,03-0,2 - 0,5-1,4 SO3 0,1–12,7 0,1–2,1 1,0–2,9 - MKN 0,8–32,8 0,2–11,0 - 0,5-5,0 - Tùy thuộc vào oại nhiên iệu 0,1–0,6 - à thành phần hóa học trong tro ay thu ược khác nhau. Các nhà khoa học Ba Lan tiến hành nghiên cứu thành phần hóa học của tro ay với hai nguồn nguyên iệu s dụng trong các nhà áy nhiệt iện của nước này à than nâu và than en [7 : Bảng 1.4. Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Thành phần (%) oại tro bay SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MgO CaO Than en ZS- 14 54,1 28,5 5,5 1,1 1,9 1,8 ZS- 17 41,3 24,1 7,1 1,0 2,0 2,7 ZS- 13 27,4 6,6 3,8 1,0 8,2 34,5 ZS-16 47,3 31,4 7,7 1,6 1,9 1,7 Than nâu Kết quả trên cho thấy,thành phần của các oại tro ay có ược sau quá trình ốt cháy than en (ZS-14 và ZS-17) và nâu (ZS-16) à các nhô si icat. Còn u tro ay có ược sau quá trình ốt cháy than u tro ay có ược sau quá trình ốt cháy than nâu (ZS-13) à oại can i si icat. Các th nghiệ khảo sát thành phần hóa học trong các u tro ay ở các nước khác c ng ã ược tiến hành và thu ược các kết quả tư ng tự. Đa số các ở Trung Quốc có thành phần chủ yếu à SiO2 và 2O3, hà khoảng 650 g/kg ến 850 g/kg. Các thành phần khác ao gồ Fe2O3, MgO và CaO. Tro ay Trung Quốc chứa hà hệ thống ò ốt ở các nhà u tro ay ượng của chúng vào ượng than chưa cháy, ượng than chưa cháy cao à do áy nhiệt iện ở Trung Quốc. Theo tiêu chu n phân oại 14 STM C 618 thì tro ay Trung Quốc thuộc oại C hay tro ay có chất ượng thấp. Điều này ảnh hưởng ớn ến các ứng dụng của tro ay ở Trung Quốc. 1.2.4. C nguyên tố vi ƣợng trong tro b y Quá trình ốt cháy than á à ột trong nh ng nguyên nhân ch nh à ô nhiễ oại các nguyên tố vi ượng ộc hại. Hi u ược sự thay không khí và phát tán các ki i của các nguyên tố vi ượng trong quá trình ốt than á c ng như hà ượng của nó có trong tro ay tạo thành à iều rất quan trọng trong vấn ề ánh giá tác ộng trường của các nhà áy nhiệt iện c ng như các ứng dụng tro ay. Hà nguyên tố vi ượng trong tro ay phụ thuộc chủ yếu vào hà ôi ượng các ượng của chúng có trong nguyên iệu an ầu. Dựa trên kết quả nghiên cứu các u tro ay thu ược t 7 nhà khác nhau ở Canada [5 , các nhà nghiên cứu nước này ã cho iết hà ki oại nặng như áy nhiệt iện ượng của các s, Cd, Hg, Mo, Ni hay P trong tro ay có iên quan với hà ượng ưu hu nh có trong nguyên iệu than á an ầu. Thông thường, các oại than á có hà ượng ưu hu nh cao sẽ có hà ượng các nguyên tố này cao. Tro ay ở Canada ược thu hồi ng phư ng pháp kết Kết quả cho thấy hà ượng các nguyên tố trên trong các oại tro ay thu ược t phư ng pháp ọc túi cao h n so với các ng tĩnh iện trong cùng ột nhà ng tĩnh iện hoặc phư ng pháp ọc túi. u tro ay thu ược ng phư ng pháp kết áy. 1.2.5. Cấu trú hình th i ủ tro bay Hầu hết các hạt tro bay ều có dạng hình cầu với các k ch thước hạt khác nhau, các hạt có k ch thước ớn thường ở dạng ọc và có hình dạng rất khác nhau [9]. Các hạt tro ay ược chia ra à hai dạng: dạng ặc và dạng rỗng. Thông thường, các hạt tro ay hnh cầu, r n ược gọi à các hạt ặc và các hạt tro ay hình cầu mà ên trong rỗng có tỷ trọng thấp h n 1,0 g/c 3 ược gọi à các hạt rỗng. Một trong các dạng thường thấy ở tro ay thường ược tạo nên ởi các hợp chất có dạng tinh th như thạch anh, u it và he atit, các hợp chất có dạng thủy tinh như thủy tinh o it si ic và các o it khác. 15 Hình 1.6. Sự tương phản về kích thước Hình 1.7. Biểu diễn đặc trưng dạng cầu giữa các hạt trong khoảng kích thước của các hạt tro bay hình cầu lớn và các thường nhiều hơn hạt nhỏ Các hạt tro ay ặc có khối ượng riêng trong khoảng 2,0 - 2,5 g/cm3 có th cải thiện các tính chất khác nhau của vật iệu nền như ộ cứng và ộ ền rỗng có th . Các hạt tro ay ược s dụng trong t ng hợp vật iệu co pozit siêu nhẹ do khối ượng riêng rất nhỏ của chúng, ch khoảng 0,4-0,7 g/cm3, trong khi các chất nền ki oại khác có 3 khối ượng riêng trong khoảng t 1,6-11,0 g/cm . Cả hai oại hạt này thường thấy có ớp vỏ không hoàn ch nh ( rỗ). 1.2.6. Ảnh hƣởng ủ tro b y đến một số đặ tính ủ bê tông Bê tông à ột oại vật iệu nhân tạo ược chế tạo t các vật iệu rời ( cát, á, sỏi) và chất kết d nh (thường à i ăng), nước và có th thê phụ gia. Trong quá trình thủy hóa ượng nước ốc h i tạo ra các ỗ rỗng gi a các cốt iệu à cường ộ trong ê tông. Ch nh vì vậy hạn chế các ảnh hưởng rất ớn ến rỗng gi a các cốt iệu ta nên tăng cường ộ kết d nh.  Tăng ác v a i v a i ăng có ăng: Tro ay khi trộn với i ác 10 hay 15 Mpa (N/ ăng Port and và cát sạch sẽ tạo 2). H n n a, thê ột ưu i của Tro ay à nếu ược sáy khô trong 12 giờ trở ại (gọi à ưu hóa) thì v a i ăng có trộn Tro ay sẽ ạt  Giả khả năng â òn cốt th p à ác 20 hoặc cao h n. thực của nước, chống chua ặn: Nước ặn có C o sẽ ăn hỏng công trình qua các khe nứt hay ỗ châ pháp kh c phục à trộn v a Tro ay với i ăng trá ki . Phư ng các khe nứt, hạn chế ỗ