Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM OA MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬ VĂ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................2 3. ối tượng và phạm vi nghiên cứu: .......................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ..................................................................................3 ƯƠ 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ PH M VI ỨNG DỤNG CỦA S L AFUME V TRO BAY TRO LĨ VỰC XÂY DỰNG .............................4 1.1. Bê tông ......................................................................................................................4 1.1.1. Khái niệm, thành phần, cấu trúc và phân loại ..............................................4 1.1.2. Một số đặc tính cơ lý của bê tông .................................................................6 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông .......................................8 1.2. Tổng quan về tro bay ..............................................................................................11 1.2.1. Khái niệm về tro bay...................................................................................11 1.2.2. Phân loại tro bay .........................................................................................12 1.2.3. ặc trưng và thành phần hóa học của tro bay ............................................14 1.2.4. Vai trò của tro bay đối với sự phát triển bền vững .....................................17 1.2.5. Phản ứng pozzolan của tro bay trong bê tông.............................................17 1.2.6. Những ưu điểm của tro bay đối với bê tông ...............................................18 1.2.7. Các nghiên cứu và ứng dụng tro bay tại Việt Nam ....................................19 1.2.8. Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực và công trình trên thế giới ..........20 1.3. Tổng quan và ứng dụng của Silicafume trong xây dựng........................................22 1.3.1. Thành phần và đặc tính của Silicafume ......................................................22 1.3.2. Ứng dụng của Silicafume trong lĩnh vực bê tông và xây dựng ..................24 1.4. Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu thay thế xi măng đến cường độ chịu nén của bê tông ......................................................................................................25 1.5. Các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện dưỡng hộ đến cường độ chịu nén của bê tông ......................................................................................................26 1.6. Kết luận chương .....................................................................................................26 ƯƠ 2: T ÊU UẨN, VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ...................27 2.1. Các tiêu chuẩn sử dụng trong thí nghiệm ...............................................................27 2.2. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm ..........................................................................27 2.2.1. Cốt liệu nhỏ (cát) ........................................................................................27 2.2.2. Cốt liệu lớn (đá) ..........................................................................................28 2.2.3. Xi măng.......................................................................................................30 2.2.4. Tro bay ........................................................................................................31 2.2.5. Silicafume ...................................................................................................34 2.2.6. ước............................................................................................................35 2.3. Thiết bị sử dụng cho các thí nghiệm ......................................................................37 2.3.1. Ván khuôn 100x100x100 (mm) ..................................................................37 2.3.2. Máy trộn bê tông .........................................................................................38 2.3.3. Thiết bị đầm bê tông ...................................................................................38 2.3.4. Phòng dưỡng hộ bê tông .............................................................................38 2.3.5. Thiết bị đo độ sụt: .......................................................................................39 2.3.6. Máy nén bê tông: ........................................................................................39 2.3.7. ân định lượng ...........................................................................................40 2.4. Kết luận chương: ....................................................................................................41 ƯƠ 3: T Í ỆM XÁ ỊNH Ả ƯỞNG CỦA SILICAFUME VÀ TRO BAY Ế ƯỜ Ộ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG ......................................42 3.1. Giới thiệu chung ......................................................................................................42 3.2. Vật liệu sử dụng trong phòng thí nghiệm ...............................................................43 3.2.1. Cát ...............................................................................................................43 3.2.2. á 1x2 .........................................................................................................43 3.2.3. Xi măng.......................................................................................................44 3.2.4. Tro bay ........................................................................................................44 3.2.5. Silicafume ...................................................................................................44 3.2.6. ước............................................................................................................44 3.3. Thành phần cấp phối các hỗn hợp bê tông .............................................................44 3.4. úc mẫu và dưỡng hộ.............................................................................................45 3.4.1. úc mẫu ......................................................................................................45 3.4.2. Dưỡng hộ mẫu ............................................................................................46 3.5. Thí nghiệm xác định độ sụt ....................................................................................46 3.6. Thí nghiệm xác định khối lượng riêng bê tông ......................................................47 3.7. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông ..................................................48 3.8. Kết quả và thảo luận ...............................................................................................49 3.8.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ Silicafume và tro bay đến độ sụt của bê tông ............49 3.8.2. Ảnh hưởng của Silicafume và tro bay đến khối lượng riêng của bê tông ..50 3.8.3. Sự ảnh hưởng của Silicafume và Tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông .......................................................................................................................51 3.8.4. Sự ảnh hưởng của môi trường dưỡng hộ đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông có thành phần Silicafume và Tro bay .........................................55 3.9. Kết luận chương .....................................................................................................57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................59 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................60 QUYẾT Ị AO Ề TÀI LUẬ VĂ T SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘ ỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ẢN ƯỞNG CỦA SILICAFUME VÀ TRO BAY ĐẾN ƯỜNG ĐỘ CHỊU N N Ủ T NG Học viên: Phan Cao Ngân - Chuyên ngành: Kỹ thuật XDDD & CN Mã số: 60.58.02.08 - Khóa: K34 Trường ại Học Bách Khoa Tóm tắt: ường độ chịu nén là một trong những đặc tính cơ học quan trọng của bê tông, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như thành phần cốt liệu, tuổi, tốc độ gia tải,.. và cả môi trường dưỡng hộ. Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của Silicafume và tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông khi được dưỡng hộ trong cả hai môi trường nước và không khí. Thành phần cấp phối là chất kết dính (Xi măng + Tro bay + Silicafume): cát: đá: nước = 1:2:3:0,55, trong đó 20% xi măng được thay thế bởi silicafume và tro bay theo các tỉ lệ khác nhau. ường độ chịu nén được xác định trên mẫu thử 100x100x100mm và xác định đến 90 ngày. Các mẫu thử sau khi đúc xong được dưỡng hộ trong nước và trong không khí. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, tro bay góp phần làm tăng độ sụt trong khi Silicafume làm giảm độ sụt của bê tông ướt. Trong cả hai môi trường dưỡng hộ, 20% Silicafume và tro bay thay thế xi măng làm giảm cường độ chịu nén so với mẫu đối chứng không có tro bay và silicafume, tuy nhiên cường độ giảm không đáng kể. Trong khi đó 5% Silicafume thay thế xi măng làm tăng cường độ chịu nén của bê tông so với mẫu đối chứng không silicafume và tro bay. Nằm trong giới hạn của đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 5% Silicafume trong bê tông. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cường độ chịu nén của mẫu được dưỡng hộ trong môi trường nước lớn hơn cường độ chịu nén của mẫu được dưỡng hộ trong môi trường không khí. ường độ chịu nén của mẫu bê tông dưỡng hộ trong môi trường trong nước tiếp tục phát triển sau 28 ngày trong khi cường độ chịu nén của các mẫu bê tông dưỡng hộ trong không khí dường như không tăng. Xu hướng này được quan sát cho cả bê tông có và không có tro bay và silicafume thay thế xi măng. Những nghiên cứu sâu hơn về các tỉ lệ Silicafume và tro bay khác nhau cần được thực hiện. Từ khóa: bê tông, cường độ chịu nén, Silicafume, tro bay, xi măng, độ sụt động, môi trường nước, môi trường không khí. INVESTIGATION OF THE EFFECT OF SILICAFUME AND FLY ASH ON THE COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE Abstract: Compressive strength is one of the most important mechanical properties of concrete. It depends on varied factors including mix proportion, age, loading rate, ..and curing environment. The thesis studied the effect of silicafume anf fly ash on the compressive strength of concrete cured in both water and laboratory air. The mix proprtions are cementitious materials (cement + fly ash+ silicafume) : sand: coarse aggregates: water of 1:2:3: 0.55, in which 20% of cement was replaced by silicafume and fly ash at different proportions. The compressive strengths were determined on the cubes dimensions of 100x100x100mm and upto 90 days. The samples were cured in both water and laboratory air. The results show that within the investigation, fly ash improved the workability of fresh concrete wheares silicafume reduced the slump. Both the cured environments, 20% silicafume and fly ash in total reduced the compressive strength, but in acceptable values. 5% silicafume used to replace cement improved the compressive strength in compared with the control samples without silicafume and fly ash. The test results also show that compressive strengths of concrete cured in water are higher than that of samples cured in laboratory air. The compressive strength of samples cured in water continued developing after 28 days while the compressive strengths of samples cured in laboratory air were remained the same. This trend is applied for all mix proprtions including the control samples and samples with silicafume and fly ash. Key words: concrete, compressive strength, Silicafume, fly ash, cement, workability, water curing; laboratory air curing. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1.................................................................11 Bảng 1.2. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây ............................13 Bảng 1.3. Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền ........................................15 Bảng 1.4. Yêu cầu kỹ thuật đối với silica fume dạng bột rời ........................................23 Bảng 2.1. Thành phần hạt của cát..................................................................................27 Bảng 2.2. àm lượng ion Cl- trong cát..........................................................................28 Bảng 2.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn ....................................................................28 Bảng 2.4. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập ......................................29 Bảng 2.5. Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm ..............................................29 Bảng 2.6. Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng hỗn hợp ..............................30 Bảng 2.7. So sánh chỉ tiêu chất lượng của Xi măng ghi Sơn P B40 với TCVN 6260: 2009 ..................................................................................................31 Bảng 2.8. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây ............................32 Bảng 2.9. Chỉ tiêu chất lượng tro bay Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 đã được thí nghiệm, phân tích ..............................................................................................................33 Bảng 2.10. Yêu cầu kỹ thuật đối với Silica fume dạng bột rời ...................................324 Bảng 2.11. Chỉ tiêu silica fume do Công ty TNHH Xuất nhập khẩu Tổng hợp Vi Khanh cung cấp đã được thí nghiệm, phân tích ......................................325 Bảng 2.12. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn vữa ...................................................................36 Bảng 2.13. àm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông .............37 Bảng 2.14. Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của vữa ..............................................................................................................37 Bảng 3.1. Thành phần cỡ hạt cát (Diên Lâm) ...............................................................43 Bảng 3.2. Thành phần cỡ hạt đá 1x2 .............................................................................44 Bảng 3.3. Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông ..........................................................44 Bảng 3.4. Kết quả đo độ sụt ..........................................................................................49 Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm nén mẫu dưỡng hộ trong môi trường nước ...................52 Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm nén mẫu dưỡng hộ trong môi trường không khí ...........53 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Silicafume là vật liệu siêu mịn, chứa SiO2 vô định hình, thu được trong quá trình sản xuất silic và hợp kim silic bằng hồ quang. Tỷ lệ SiO2 trong Silicafume phụ thuộc vào loại hợp kim sản suất. Silicafume thu được khi sản xuất hợp kim 50% ferrosilicon chứa khoảng từ 74% đến 84% SiO2 , thu được khi sản xuất hợp kim 75% ferrosilicon chứa khoảng từ 84% đến 91% SiO2, còn được khi sản xuất silic chứa khoảng từ 87% đến 98% SiO2 [1]. Silicafume là phụ gia khoáng hoạt tính cao. Trong bê tông, Silicafume có thể phân bố ở khoảng trống giữa các hạt xi măng và tham gia phản ứng với các sản phẩm thủy hóa xi măng hình thành các khoáng mới. Nhờ đó có thể cải thiện được cấu trúc, độ chống thấm, cường độ, độ bền lâu và khả năng bảo vệ cốt thép của bê tong trong các môi trường xâm thực [1]. Tro bay (tên tiếng Anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than. Gọi là tro bay vì người ta dùng các luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khi nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống trước và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn. Tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt của than cám nên bản thân nó đã rất mịn [2]. Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO2) có rất nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công do không phải xử lý nhiệt... Ngoài ra, nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể [3]. Hiện nay, bê tông là loại vật liệu phổ biến thường được sử dụng cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo… trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông [4]. Với đặc tính của Silicafume và tro bay đều có khả năng lấp đầy lỗ rỗng của các cốt liệu khi cùng làm việc trong bê tông, do đó có thể giảm lượng xi măng cần thiết. Vì vậy, nhằm mở rộng nghiên cứu vai trò của Silicafume và tro bay ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén của bê tông, tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của Silicafume và Tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông”. 2 2. Mục tiêu của đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu ảnh hưởng của Silicafume và tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông (tổng khối lượng Silicafume và tro bay thay thế xi măng là 20% trong đó tỉ lệ thay thế của từng thành phần là 5%, 10%, 15%, 20%) trong hai điều kiện dưỡng hộ là môi trường nước và không khí. 2.2 Mục tiêu cụ thể - Thực hiện thí nghiệm thiết kế cấp phối bê tông có sử dụng Silicafume và tro bay thay thế xi măng. - ánh giá ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông trong hai điều kiện dưỡng hộ là môi trường nước và không khí - ề xuất thành phần cấp phối có cường độ chịu nén lớn nhất - ề xuất, kiến nghị áp dụng trong thực tế. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - ánh giá các kết quả và công trình nghiên cứu trước về sự tác động riêng biệt của Silicafume và tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông. - Các loại vật liệu: Silicafume mua tại Công ty TNHH Xuất nhập khẩu Tổng hợp Vi Khanh (Vikhanh Import – Export Co.Ltd); cát tại bãi cát Diên Lâm (huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh òa); đá tại mỏ đá òn gang (huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa); xi măng ghi Sơn; tro bay hà máy hiệt điện Vĩnh Tân 4 tại xã Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận. - Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Silicafume và tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông đến 90 ngày. - Xem xét mức độ ảnh hưởng của Silicafume hay tro bay lớn hơn đối với sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông, từ đó tìm ra tỉ lệ tốt nhất giữa Silicafume và tro bay trong việc thay thế tổng tỉ lệ 20% xi măng. 4. Phương pháp nghiên cứu - ánh giá tổng quan về bê tông và các đặc tính của nó, cũng như ứng dụng của Silicafume, Tro bay trong lĩnh vực xây dựng. - Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông có hàm lượng Silicafume và tro bay (20% tổng khối lượng bột) và thay thế xi măng bằng Silicafume và tro bay với tỉ lệ lần lượt là 5%, 10%, 15% và 20%; xác định cường độ chịu nén của bê tông thông qua các kết quả nén mẫu bê tông vào 1 ngày tuổi, 7 ngày tuổi, 28 ngày tuổi, 56 ngày tuổi và đến 90 ngày tuổi. 3 - Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm. - ánh giá sự ảnh hưởng của Silicafume và tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông. 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Trên cơ sở các nghiên cứu và thí nghiệm tại phòng thí nghiệm đề xuất tính thực tiễn của đề tài như: đề xuất Silicafume và tro bay thay thế một phần xi măng nếu nó góp phần làm tăng cường độ bê tông trong các điều kiện dưỡng hộ khác nhau. 4 ƯƠNG 1: TỔNG QU N VỀ T NG VÀ P ẠM VI ỨNG DỤNG Ủ SILICAFUME VÀ TRO BAY TR NG LĨN VỰ XÂY DỰNG 1.1. Bê tông 1.1.1. Khái niệm, thành phần, cấu trúc và phân loại Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính. Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, gồm các cỡ hạt khác nhau, loại bé là cát có kích thước 1-5 mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước 5-40mm hoặc lớn hơn. hất kết dính thường là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác [5]. Ngoài các thành phần chính như trên, người ta còn có thể thêm các phụ gia để cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng. Phụ gia có nhiều loại khác nhau, có loại để nâng cao độ dẻo của hỗn hợp bê tông, có loại dùng để tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của xi măng, có loại để nâng cao cường độ bê tông trong thời gian đầu, có loại để tăng khả năng chống thấm v.v…[5]. Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông [6]. Bê tông là loại vật liệu giòn, cường độ chịu nén lớn, cường độ chịu kéo thấp. ể khắc phục nhược điểm này, người ta thường đặt cốt thép vào để tăng cường khả năng chịu kéo của bê tông trong các kết cấu chịu uốn, chịu kéo. Loại bê tông này gọi là bê tông cốt thép. Vì giữa bê tông và cốt thép có lực bám dính tốt, có hệ số dãn nở nhiệt xấp xỉ nhau, nên chúng có thể làm việc đồng thời. Nếu cốt thép được bảo vệ chống gỉ tốt thì sẽ cùng với bê tông tạo nên loại vật liệu có tuổi thọ cao. Cốt thép đặt trong bê tông có thể ở trạng thái thường, hoặc ở trạng thái có ứng suất (dự ứng lực) [6] . Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime). Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 - 20% khối lượng [6]. Thành phần và cách chế tạo bê tông là nhân tố quyết định cường độ của nó. Phụ thuộc vào: chất lượng và số lượng xi măng; độ cứng, độ sạch và cấp phối của cốt liệu, tỉ lệ nước/ximăng, chất lượng của việc nhào trộn bê tông, độ đầm chắc của bê tông và điều kiện bảo dưỡng [7]. Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: ường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau. Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm [6]. 5 Bê tông được phân thành các dạng sau [6]: - Theo dạng chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bêtông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt. - Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit). - Theo khối lượng thể tích: + Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt + Bê tông nặng ( ρv = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực. + Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. + Bê tông nhẹ ( ρv = 500 - 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu từ silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). + Bêtông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500 kg/m3. + Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%. - Theo công dụng: + Bê tông kết cấu thông thường: dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn). + Bê tông thủy công: dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước... + Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè. + Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ). + Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. 6 1.1.2. Một số đặc tính cơ lý của bê tông 1.1.2.1. Khối lượng riêng của bê tông Khối lượng riêng (tiếng Anh: Density), còn được gọi là mật độ khối lượng, là một đặc tính về mật độ khối lượng trên một đơn vị thể tích của vật chất đó, là đại lượng đo bằng thương số giữa khối lượng (m) của một vật làm bằng chất ấy (nguyên chất) và thể tích (V) của vật. Trong hệ đo lường quốc tế, khối lượng riêng có đơn vị là kilôgam trên mét khối (kg/m³). Một số đơn vị khác hay gặp là gam trên xentimét khối (g/cm³)[8]. Khối lượng riêng bê tông phân thành: bê tông nặng thông thường có khối lượng riêng γ = 2200 ÷ 2500 k /m3; bê tông nặng cốt liệu bé γ = 1800 ÷ 2200 k /m3; bê tông nhẹ γ < 1800 k /m3; bê tông đặc biệt nặng γ > 2500 k /m3 [5]. 1.1.2.2. Cường độ chịu nén của bê tông ường độ là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. ường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. ể xác định cường độ của bê tông người ta dùng thí nghiệm mẫu. Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo [5]. ường độ chịu nén của bê tông là ứng suất nén phá hủy của bê tông, tính bằng lực trên 1 đơn vị diện tích, như là k /cm2 hay /mm2 [9]. ường đô chịu nén của bê tông được xác định từ các giá trị cường độ nén của các viên trong tổ mẫu bê tông. Viên chuẩn để xác định cường độ nén của bê tông là viên mẫu lập phương kích thước 150x150x150mm. Các viên mẫu lập phương kích thước khác viên chuẩn và các mẫu viên trụ sau khi thử nén phải được tính đổi kết quả thử về cường độ viên chuẩn [10]. Bê tông thông thường có R = 5 ÷ 30 MPa. Bê tông có R > 40MPa là loại cường độ cao. Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80Mpa [5]. Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ. Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn máy nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh như trên hình 1.1b. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như trên hình 1.1c. ường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông có ma sát [5]. 7 a) b) c) 1 – mẫu; 3 – ma sát; 5 – hình tháp phá hoại 2 – bàn máy nén; 4 – bê tông bị ép vụn; 6 – vết nứt dọc trong mẫu Hình 1.1. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 1.1.2.3. Cường độ chịu uốn của bê tông ường độ chịu uốn là một thông số đo cường độ chịu kéo của bê tông. đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. ó được Thông thường cường độ chịu uốn bằng khoảng 10-20% cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng của các loại cốt liệu. Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu. 1.1.2.4. Co ngót của bê tông Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí. Hiện tượng co ngót xảy ra liên quan đến sự biến đổi lý hóa của quá trình thủy hóa xi măng, đến sự tổn hao lượng nước do bay hơi. o ngót là hiện tượng bất lợi, khi co ngót bị cản trở hoặc co ngót không đều, có thể làm xuất hiện các vết nứt, các vết nứt này xuất hiện trên bề mặt của cấu kiện có dạng chân chim, vì thế cần hạn chế độ co ngót của bê tông [7]. Các nhân tố ảnh hưởng đến co ngót [7] : - Cấu kiện có bề mặt càng lớn thì co ngót càng nhiều. - Môi trường khô co ngót lớn hơn môi trường ẩm. - ộ co ngót tăng lên khi dùng nhiều xi măng, dùng xi măng có hoạt tính cao, khi tăng tỉ lệ nước/xi măng, dùng cốt liệu có độ rỗng, cát min, có phụ gia… ể hạn chế co ngót: phải chọn thành phần bê tông thích hợp, đầm chặt bê tông, giảm tỉ lệ nước/xi măng, giữ bê tông thường xuyên ẩm trong thời gian ban đầu hoặc làm các khe co giãn, đặt cốt thép cấu tạo tại các nơi cần thiết v.v… 8 Trị số co ngót phụ thuộc vào lượng, loại xi măng, lượng nước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng. ộ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bê tông (xem Hình 1.2). 1- ộ co ngót của đá xi măng. 2- ộ co ngót của vữa. 3- ộ co ngót của bê tông Hình 1.2. Độ co ngót 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông 1.1.3.1. Môi trường, điều kiện dưỡng hộ mẫu Bản chất của quá trình bảo dưỡng bê tông là kiểm soát sự bay hơi nước của bê tông một cách khoa học, cùng với việc tạo ra một môi trường nhiệt độ - độ ẩm thuận lợi cho việc hình thành cấu trúc và phát triển cường độ của bê tông. ác mẫu đúc để kiểm tra chất lượng bê tông dùng cho các kết cấu sản phẩm phải được bảo dưỡng và được đóng rắn kể từ khi đúc xong tới ngày thử mẫu giống như điều kiện bảo dưỡng và đông rắn của kết cấu sản phẩm đó. Tùy theo điều kiện thời tiết cụ thể mà áp dụng phương pháp bảo dưỡng bê tông khác nhau. Quá trình bảo dưỡng được phân chia tương đối ra hai giai đoạn: giai đoạn bảo dưỡng ban đầu và giai đoạn bảo dưỡng cơ bản tiếp theo. Về cơ bản, có thể chia thành hai phương pháp bảo dưỡng bê tông: - Phương pháp bảo dưỡng ẩm: là phương pháp sử dụng nước hoặc thông qua vật liệu giữ nước để làm ẩm bề mặt bay hơi của bê tông. - Phương pháp bảo dưỡng khô: là phương pháp không sử dụng nước trong quá trình bảo dưỡng. Một trong những tính chất của bê tông đạt được sau sự thay đổi hóa – lý trong quá trình hình thành cấu trúc là cường độ chịu nén. Vì vậy nếu không đánh giá được giá trị cường độ thì không thể đánh giá sự hiệu quả của các phương pháp bảo dưỡng khác nhau. hằm mục đích lựa chọn phương pháp bảo dưỡng bê tông hiệu quả trong điều kiện khí hậu nóng ẩm cần tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của phương pháp bảo dưỡng đến quá trình mất nước và cường độ của bê tông. 9 1.1.3.2. Thành phần và cách chế tạo Thành phần và cách chế tạo bê tông là nhân tố quyết định cường độ của nó. Phụ thuộc vào: chất lượng và số lượng xi măng; độ cứng, độ sạch và cấp phối của cốt liệu, tỉ lệ nước/ximăng, chất lượng của việc nhào trộn bê tông, độ đầm chắc của bê tông và điều kiện bảo dưỡng [7]. Cấp phối của cốt liệu là thành phần của từng loại vật liệu (cát, đá, xi măng, nước, chất phụ gia (nếu có) để tạo ra 1m3 bê tông, cấp phối quyết định chất lượng, cường độ bê tông lấy theo định mức. ường độ bê tông phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ nước/xi măng, tỉ lệ này phụ thuộc vào phương pháp thi công. Tỉ lệ nước/xi măng được đánh giá qua độ sụt của bê tông: bê tông có độ sụt càng lớn thì bê tông càng dẻo, tùy theo phương pháp thi công mà chọn độ sụt thích hợp [7]. Các loại phụ gia khác nhau được nghiên cứu đưa vào thành phần của bê tông nhằm cải thiện cường độ của bê tông. 1.1.3.3. Cường độ của bê tông theo thời gian [7]. Tuổi của bê tông là thời gian từ lúc chế tạo bê tông đến thời điểm đang xét. Tuổi của bê tong được tính theo ngày. Theo công thức thực nghiệm của B.G XKrantaep: R R28 Rt 0 28 t Ngày Hình 1.3. Cường độ của bê tông theo thời gian R=0,7R28lgt - Khi t còn nhỏ cường độ bê tông tăng rất nhanh, nhưng sau đó tăng chậm dần và tiệm cận tại một giá trị nhất định. - Khi t>28 thì cường độ có tăng nhưng tăng không đáng kể. Vì thế có thể xem R28 là cường độ của bê tông (xem như bê tông đạt cường độ 100% lúc t=28 ngày) 10 1.1.3.4. Ảnh hưởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng Khi thí nghiệm các mẫu thử, tốc độ gia tải có ảnh hưởng đến giá trị cường độ thu được. Tốc độ gia tải qui định là 0,2MPa/giây và cường độ đạt được là R. Khi gia tải rất nhanh cường độ bê tông có thể đạt (1,15-1,2)R, còn khi gia tải rất chậm cường độ chỉ đạt (0,85-0,9)R [7]. 1.1.3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/xi măng đến cường độ của bê tông Tỉ lệ nước/xi măng là yếu tố ảnh hưởng lớn đến cường độ và tính chất biến dạng của bê tông. Khi tỉ lệ này tăng lên thì cường độ và độ đặc chắc của bê tông đều bị giảm và biến dạng co ngót tăng [5]. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ nước/xi măng thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa [11]. Hình 1.4 biểu thị mối quan hệ giữa cường độ bê tông và lượng nước nhào trộn. ộ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định bằng công thức: r= .100(%) Trong đó: - , X: Lượng nước và lượng xi măng trong 1m3 bê tông (kg). - : Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng. Ở tuổi 28 ngày lượng nước liên kết hóa học khoảng 15 - 20%. a- Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được; b-Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao; c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo; d-Vùng hỗn hợp bê tông chảy Hình 1.4. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn 11 Mối quan hệ giữa cường độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ X/ qua công thức Bolomey-Skramtaev sau: ối với bê tông có X/ = 1,4 2,5 thì: ối với bê tông có X/ > 2,5 thì: được biểu thị Rb = A. Rx ( – 0,5) . Rb = A1. Rx ( + 0,5) . Trong đó: - Rb: ường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày(k /cm2). - Rx: Mác của xi măng (cường độ) (k /cm2). - A, A1 là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng (bảng 1-1). - X/ là Tỉ lệ Xi măng/nước. Bảng 1.1. Hệ số chất lượng vật liệu A và A1 Chất lượng vật liệu Hệ số A và A1 ứng với phương Chỉ tiêu đánh giá pháp thử mác xi măng. TCVN 6016:95 TCVN 4032:85 A1 A1 A A - Xi măng hoạt tính cao không trộn phụ Tốt Trung bình gia thuỷ. - Cốt liệu: á sạch, cường độ cao, cấp phối hạt tốt. Cát sạch, Mdl - Xi măng hoạt tính trung bình, xi măng poóc lăng hỗn hợp chứ 15% phụ gia thuỷ. - Cốt liệu: á có chất lượng phù hợp TCVN1771:1987. Cát phù hợp TCVN 1770:1986, có Mdl 0.54 0.34 0.6 0.38 0.5 0.32 0.55 0.35 0.45 0.29 0.5 0.32 - Xi măng hoạt tính thấp, xi măngpoóc Kém lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ. - Cốt liệu: á có 1 chỉ tiêu chưa phù hợp TCVN 1771:1987. Cát nhỏ Mdl<2 1.2. Tổng quan về tro bay 1.2.1. Khái niệm về tro bay Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện chạy than, là phế thải thoát ra từ buồng đốt qua ống khói nhà máy. Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi hơi tinh luyện loại bỏ bớt các thành phần than (cacbon) chưa cháy hết. Thành phần của tro bay thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit và lưu huỳnh 12 oxit, ngoài ra có thể chứa một lượng than chưa cháy. ũng giống như các phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông khác như muội silic, tro bay là một loại pozzolan nhân tạo với thành phần chính tạo hiệu ứng pozzolan là các silic oxit, nhôm oxit chứa trong tro bay. àm lượng than chưa cháy hết trong tro bay phải <6%, nếu lượng chất cháy chưa hết trong tro bay >6% phải có biện pháp tinh lọc để loại bỏ than chưa cháy hết khỏi tro bay. àm lượng các chất nhôm oxit, silic oxit và sắt oxit trong tro bay phải >70% [12]. Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi tro bay Hình 1.6. Tro bay 1.2.2. Phân loại tro bay Theo thành phần hóa học, tro bay được phân thành 2 loại [13]: - Tro axit: tro có hàm lượng canxi oxit đến 10%, ký hiệu: F 13 - Tro bazơ: tro có hàm lượng canxi oxit lớn hơn 10%, ký hiệu: C Theo mục đích sử dụng, tro bay được phân thành 2 loại [13]: - Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây, bao gồm 4 nhóm lĩnh vực sử dụng, ký hiệu: + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông cốt thép từ bê tông nặng và bê tông nhẹ, ký hiệu: a; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông không cốt thép từ bê tông nặng, bê tông nhẹ và vữa xây, ký hiệu: b; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông tổ ong, ký hiệu: c; + Dùng cho chế tạo sản phẩm và cấu kiện bê tông, bê tông cốt thép làm việc trong điều kiện đặc biệt, ký hiệu: d. - Tro bay dùng cho xi măng, ký hiệu: Xm Ví dụ: FXm - tro axit dùng cho chế tạo xi măng CXm - tro bazơ dùng cho chế tạo xi măng Tro bay loại F là sản phẩm từ bụi thải của quá trình đốt than đá (than cốc). Tro bay loại F là tro bay trong thành phần của nó có thêm ôxít sắt, silica thủy tinh (ôxít Silic), ôxít nhôm và natri silicat (thủy tinh nước). Tro bay loại F là loại tro bay thích hợp hơn loại C cho chế tạo bê tông cường độ cao [14]. Tro bay loại C là sản phẩm từ bụi thải của quá trình đốt than bùn non [14]. Bảng 1.2. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây Theo TCVN 10302:2014 Lĩnh vực sử dụng - Mức Loại tro Chỉ tiêu bay a b c d 1. Tổng hàm lượng ôxit SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, % khối lượng, không nhỏ hơn 2. àm lượng lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh tính quy đổi ra SO3, % khối lượng, không lớn hơn 3. àm lượng canxi ôxit tự do CaOtd, % khối lượng, không lớn hơn F 70 C 45 F 3 5 3 3 C 5 5 6 3 F - - - - C 2 4 4 2 14 4. Hàm lượng mất khi nung MKN, % khối lượng, không lớn hơn 5. àm lượng kiềm có hại (kiềm hòa tan), % khối lượng, không lớn hơn 6. ộ ẩm, % khối lượng, không lớn hơn F 12 15 8* 5* C 5 9 7 5 F 1,5 C F 3 C 7. Lượng sót sàng 45mm, % khối lượng, không lớn hơn 8. Lượng nước yêu cầu so với mẫu đối chứng, %, không lớn hơn 9. àm lượng ion Cl-, % khối lượng, không lớn hơn F 25 34 40 18 105 105 100 105 0,1 - - 0,1 C F C F C 10. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên Aeff, (Bq/kg) của tro bay dùng: - ối với công trình nhà ở và công cộng, không lớn hơn 370 - ối với công trình công nghiệp, đường đô thị và khu dân cư, không lớn hơn 740 * Khi đốt than Antraxit, có thể sử dụng tro bay với hàm lượng mất khi nung tương ứng: - lĩnh vực c tới 12%; lĩnh vực d tới 10%, theo thỏa thuận hoặc theo kết quả thử nghiệm được chấp nhận. 1.2.3. Đặc trưng và thành phần hóa học của tro bay 1.2.3.1. Thành phần hóa học trong tro bay Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá. Thông thường, tro ở đáy lò