Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của vôi đến cường độ chịu nén của bê tông có hàm lượng lớn tro bay.

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................................2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: .....................................................................2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................2 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................................................2 6. Cấu trúc của luận văn..........................................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY VÀ VÔI TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG .......................................................1 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 .................................................................5 1.1.2.1. Khối lƣợng riêng của bê tông ..................................................................5 1.1.2.2. Cƣờng độ chịu nén của bê tông ...............................................................5 1.1.2.3. Cƣờng độ chịu uốn của bê tông ...............................................................6 1.1.2.4. Co ngót của bê tông .................................................................................7 1.1.3. Các nhân tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ của bê tông .......................................8 1.1.3.1. Thành phần và công nghệ chế tạo ............................................................8 1.1.3.2. Tuổi của bê tông .......................................................................................8 1.1.3.3. Ảnh hƣởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng ............9 1.1.3.4. Ảnh hƣởng của tỉ lệ N/X đến cƣờng độ chịu nén, chịu uốn của bê tông .9 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. Đặc trƣng và thành phần hóa học của tro bay ............................................14 1.2.4. Vai trò của tro bay đối với sự phát triển bền vững .....................................16 1.2.5. Phản ứng pozzolan của tro bay trong bê tông.............................................17 1.2.6. Những ƣu điểm của tro bay đối với bê tông ...............................................18 1.2.7. Các nghiên cứu và ứng dụng tro bay tại Việt Nam ....................................20 1.2.8. Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực và công trình trên thế giới ..........22 1.3. Tổng quan và ứng dụng của vôi trong xây dựng ....................................................24 1.3.1. Thành phần và đặc tính của vôi ..................................................................24 1.3.2. Ứng dụng của vôi trong lĩnh vực bê tông và xây dựng ..............................25 1.3.3. Tiềm năng kết hợp giữa vôi và tro bay .......................................................25 1.4. Kết luận chƣơng .....................................................................................................26 CHƢƠNG 2. TIÊU CHUẨN, 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 2.2.4.1. Phân loại và ký hiệu tro bay ..................................................................31 2.2.4.2. Yêu cầu kỹ thuật ....................................................................................32 2.2.5. Vôi ..............................................................................................................34 2.2.6. Nƣớc............................................................................................................34 2.3. Thiết bị sử dụng cho các thí nghiệm ......................................................................36 2.3.1. Ván khuôn 10x10x10 (cm) .........................................................................36 2.3.2. Máy trộn bê tông .........................................................................................37 2.3.3. Thiết bị đầm bê tông: sử dụng thanh thép (đầm chọc), bàn vỗ (vỗ mặt). ...38 2.3.4. Phòng dƣỡng hộ bê tông: Bê tông sau khi tháo khuôn đƣợc đƣa vào các thùng nƣớc để dƣỡng hộ. ..................................................................................38 2.3.5. Thiết bị đo độ sụt ........................................................................................38 2.3.6. Máy nén bê tông: ........................................................................................39 2.3.7. Cân định lƣợng ...........................................................................................39 2.4. Kết luận chƣơng .....................................................................................................40 CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA VÔI ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CÓ HÀM LƢỢNG LỚN TRO BAY ......................41 3.1. Giới thiệu chung ......................................................................................................41 3.2. Vật liệu sử dụng trong phòng thí nghiệm ...............................................................41 3.3. Thành phần cấp phối các hỗn hợp bê tông .............................................................42 3.4. Đúc mẫu và dƣỡng hộ.............................................................................................42 3.5. Thí nghiệm xác định độ sụt ....................................................................................43 3.6. Thí nghiệm xác định khối lƣợng riêng bê tông ......................................................44 3.7. Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén bê tông ..................................................44 3.7.1. Quá trình nén mẫu.......................................................................................45 3.7.2. Công thức xác định cƣờng độ chịu nén của bê tông ...................................45 3.8. Kết quả và thảo luận ...............................................................................................46 3.8.1. Ảnh hƣởng của tỉ lệ vôi đến độ sụt của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay 46 3.8.2. Ảnh hƣởng của vôi và hàm lƣợng lớn tro bay đến khối lƣợng riêng của bê tông...............................................................................................................46 3.8.3. Sự ảnh hƣởng của vôi đến cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay .........................................................................................................47 3.9. Kết luận chƣơng .....................................................................................................49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................51 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO). BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦ V I ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CHỊU N N CỦ T NG CÓ HÀM LƢỢNG LỚN TRO BAY Tóm tắt: Bê tông là loại vật liệu đƣợc sử dụng rộng r i trong các công tr nh xây dựng trên thế giới. Các tính chất cơ lý của bê tông phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối, loại vật liệu sử dụng, hàm lƣợng xi măng, hàm lƣợng nƣớc . Tuy nhiên, nguyên liệu sản xuất hầu hết đến t tự nhiên nhƣ cát đá, đất sét, đá vôi đang dần cạn kiệt trong khi việc sản xuất xi măng gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng do thải ra lƣợng lớn CO2 . V vậy việc nghiên cứu các loại vật liệu thay thế một phần xi măng là hết sức cần thiết. Luận văn nghiên cứu ảnh hƣởng của vôi đến cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣơng lớn tro bay loại F t nhà máy nhiệt điện Duyên Hải. Thành phần cấp phối là chất kết dính (xi măng + tro bay+ vôi): cát: đá: nƣớc=1:2:3:0.5 trong đó 40% tro bay trên tổng khối lƣợng chất kết dính đƣợc sử dụng và giữ không đổi trong khi phần xi măng còn lại đƣợc thay thế bởi vôi với các tỉ lệ là 0%, 5%, 10%, 20% và 25%. Cƣờng độ chịu nén đƣợc xác định trên mẫu thử 100x100x100mm và xác định đến 90 ngày. Các mẫu thử sau khi đúc xong đƣợc dƣỡng hộ trong nƣớc. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng nằm trong giới hạn nghiên cứu của đề tài, tro bay góp phần tăng độ sụt trong khi vôi làm giảm độ sụt của bê tông ƣớt. 40% tro bay thay thế xi măng làm giảm cƣờng độ chịu nén so với mẫu không có tro bay tại các thời điểm 28 ngày, 56 ngày và 90 ngày, điều này phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đó. Một cách tổng quát, tro bay và vôi không ảnh hƣởng nhiều đến khối lƣợng riêng của bê tông. Khi 5% và 10% vôi đƣợc dùng để thay thế xi măng th cƣờng độ chịu nén giảm tại thời điểm 28 ngày, nhƣng tăng lớn hơn mẫu đối chứng với 40% tro bay và không có vôi. Khi 20% và 25% vôi đƣợc dùng để thay thế xi măng th cƣờng độ chịu nén giảm tại các thời điểm so mẫu đối chứng với 40% tro bay và không có vôi. Nằm trong giới hạn của đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 5% đến 10% vôi trong bê tông có hàm lƣợng 40% tro bay. Những nghiên cứu sâu hơn về các tỉ lệ tro bay và vôi khác nhau cần đƣợc thực hiện. Từ khóa: bê tông, cƣờng độ chịu nén, tro bay, xi măng, vôi, độ sụt động, khối lƣợng riêng. STUDY THE EFFECTS OF LIME ON COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE WITH HIGH FLY ASH CONTENT Abstract: 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 lime on the compressive strength of high volume class F fly ash from Duyen Hai power station. The mix composition was cementitious material (OPC+ fly ash+ lime): sand: coarse aggregate: water of 1:2:3: 0.5 in which 40% by mass of total cementitious materials of class F fly ash was used to replace OPC and kept constantly during project and lime was used to replace the remaining OPC at the replacement portion of 0%, 5%, 10%, 20% and 25%. 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, but lime reduces the workability of fresh concrete. High volume fly ash (40%) reduced the compressive strength in compared with the control sample without fly ash at 28, 56 and 90 days as the same as previous research. In general the fly ash and lime do not affect much on the density of hardend concrete. When 5% and 10% of lime was used to replace OPC, the compressive strength reduces at 28 days, but increases at 56, 90 days in compared with the corresponding control samples with 40% fly ash and no lime. When 20% and 25% of lime was used to replace OPC, the compressive strengths reduce at all ages in compared with the corresponding control samples with 40% fly ash and no lime. Within the range of investigation the authors recommend to use 5% to 10% for replacement of OPC. Futher works should be done all varied proportions of fly ash and lime. Keywords: concrete, compressive strength, fly ash, cement, lime, workability, density. D NH MỤC CÁC ẢNG Số hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. Tên bảng Hệ số chất lƣợng vật liệu A và A1 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền Thành phần hạt của cát Hàm lƣợng ion Cl- trong cát Thành phần hạt của cốt liệu lớn Mác của đá dăm t đá thiên nhiên theo độ nén dập Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm Các chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng poóc lăng hỗn hợp So sánh chỉ tiêu chất lƣợng của Xi măng Vicem PCB40 với TCVN 2.7. 6260: 2009 2.8. Chỉ tiêu chất lƣợng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây Chỉ tiêu chất lƣợng tro bay nhiệt điện Duyên Hải đ đƣợc thí 2.9. nghiệm, phân tích Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua 2.10. và cặn không tan trong nƣớc trộn vữa Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua 2.11. và cặn không tan trong nƣớc dùng để rửa cốt liệu và bảo dƣỡng bê tông Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cƣờng độ chịu 2.12. nén của vữa 3.1. Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông 3.2. Kết quả đo độ sụt 3.3. Kết quả thí nghiệm nén Trang 11 13 14 27 28 28 29 29 30 31 32 33 35 36 36 42 46 48 D NH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. Tên hình Sự phá hoại mẫu thử khối vuông Độ co ngót của bê tông Sự phá hoại mẫu thử khối vuông Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào trộn Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi tro bay Tro bay Cấu trúc mặt cắt ngang của các hạt tro bay ở độ phóng đại 750 1.7. lần 1.8. Phản ứng Pozzolan của tro bay trong bê tông 1.9. Bê tông asphalt sử dụng tro bay 1.10. Gạch sản xuất t tro bay 1.11. Vôi 2.1. Ván khuôn đúc mẫu nén 2.2. Máy trộn bê tông 2.3. Thiết bị đo độ sụt 2.4. Máy nén bê tông 2.5. Cân định lƣợng 3.1. Cân, đo các thành phần cấp phối và trộn bê tông 3.2. Tiến hành đo độ sụt 3.3. Nén mẫu Khối lƣợng riêng sau khi tháo mẫu (AR) và khối lƣợng riêng 3.4. b o hòa nƣớc sau khi ngâm nƣớc 28 ngày (SAT) 3.5. Biểu đồ cƣờng độ chịu nén theo thời gian Trang 6 8 9 10 12 12 16 17 22 23 25 37 37 38 39 39 43 44 45 47 48 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, bê tông vẫn là loại vật liệu phổ biến cho các công trình t thấp tầng đến cao tầng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nguyên liệu sản xuất hầu hết đến t tự nhiên nhƣ cát, đất sét, đá vôi,... đang dần cạn kiệt, gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng sống nhƣ khí thải CO2 t sản xuất xi măng gây hiệu ứng nhà kính, mất đất nông nghiệp trong sản xuất gạch, khai thác cát ảnh hƣởng dòng chảy gây sạt lở bờ sông... đòi hỏi có những nghiên cứu tối ƣu nâng cao cƣờng độ hỗn hợp bê tông nhằm mang lại hiệu quả tối đa, giảm hao tổn kinh tế và tài nguyên sử dụng. Hỗn hợp bê tông bao gồm các thành phần: Cốt liệu và chất kết dính. Chất kết dính bao gồm: Xi măng + nƣớc, phụ gia . Nhƣ vậy, với hầu hết bê tông hiện đang sử dụng thì thành phần cơ bản là cốt liệu, xi măng, nƣớc và phụ gia. Cƣờng độ của cốt liệu là cố định, đƣợc quy định bởi sự hình thành của tự nhiên, nhƣ vậy cƣờng độ bê tông sẽ phụ thuộc vào hàm lƣợng xi măng, nƣớc và phụ gia, chất kết dính. Tính năng cơ lý của hỗn hợp bê tông cũng chịu ảnh hƣởng trực tiếp t chất kết dính và các lỗ rỗng giữa các cốt liệu liên kết với nhau [1]. Tro bay (tên tiếng Anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than. Gọi là tro bay v ngƣời ta dùng các luồng khí để phân loại tro: Khi thổi một luồng khi nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống trƣớc và hạt nhỏ sẽ bay xa, hạt nhỏ bay xa gọi là tro bay [2 . Ở một số nƣớc, tùy vào mục đích sử dụng mà ngƣời phân loại tro bay theo các loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08- 230-98 của thành phố Thƣợng Hải, Trung Quốc, tro bay đƣợc phân làm hai loại là tro bay có hàm lƣợng canxi thấp và tro bay có hàm lƣợng canxi cao. Tro bay có chứa hàm lƣợng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lƣợng canxi cao. Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do đƣợc sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lƣợng canxi cao với tro bay hàm lƣợng canxi thấp. Theo cách phân biệt này th tro bay có hàm lƣợng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lƣợng canxi thấp có màu hơi xám [3]. Vôi đ đƣợc sử dụng trong xây dựng t nhiều thế kỷ trƣớc, là vậy liệu xây dựng chủ yếu của các công trình La M , cho đến khi xi măng xuất hiện vào thế kỉ thứ 19 thì việc sự dụng vôi trở nên hạn chế nhƣng vẫn là nguồn chất kết dính thay thế một phần xi măng trong bê tông. Nhằm xem xét sự làm việc của bê tông có sự kết hợp của vôi với xi măng pooc lăng và hàm lƣợng lớn tro bay, tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hƣởng của vôi đến cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay”. 2 2. Mục tiêu của đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu ảnh hƣởng của vôi đến cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay (40% tổng thành phần bột). 2.2 Mục tiêu cụ thể - Thực hiện thí nghiệm thiết kế cấp phối bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay, có sự tham gia của vôi. - Đề xuất thành phần cấp phối có cƣờng độ chịu nén lớn nhất - Đề xuất, kiến nghị áp dụng trong thực tế. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - Đánh giá các kết quả và công trình nghiên cứu trƣớc về cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay, cũng nhƣ ảnh hƣởng của vôi đối với cƣờng độ chịu nén của bê tông. - Các loại vật liệu: Vôi trên địa bàn thành phố Nha Trang, cát tại bãi cát Diên Lâm (huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa), đá tại mỏ đá Hòn Ngang (huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa), xi măng Vicem PCB40, tro bay Nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải tại xã Dân Thành, thị xã Duyên Hải, tỉnh Trà Vinh. - Thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng của vôi đến cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay đến 90 ngày. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Đánh giá tổng quan về bê tông và các đặc tính của nó, cũng nhƣ ứng dụng của tro bay, vôi trong lĩnh vực xây dựng. - Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén của bê tông có hàm lƣợng tro bay lớn (40% tổng khối lƣợng bột) và thay thế xi măng bằng vôi với tỉ lệ lần lƣợt là 5%, 10%, 20% và 25%; xác định cƣờng 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. - Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm. - Đánh giá sự ảnh hƣởng của vôi đến khả năng chịu nén của bê tông có hàm lƣợng lớn tro bay. 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 nhƣ: đề xuất tro bay thay thế một phần xi măng nếu nó góp phần làm tăng cƣờng độ bê tông, vôi có góp phần tăng hay giảm cƣờng độ bê tông, 3 6. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các chƣơng nhƣ sau: CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY VÀ VÔI TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG CHƢƠNG 2. TIÊU CHUẨN, VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA VÔI ĐẾN CƢỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CÓ HÀM LƢỢNG LỚN TRO BAY. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY VÀ VÔI TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG 1.1. Bê tông 1.1.1. Khái niệm, thành phần, cấu trúc và phân loại Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo đƣợc chế tạo t các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thƣờng là xi măng), nƣớc và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có kích thƣớc (1-5)mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thƣớc (5-40)mm. Chất kết dính là xi măng trộn với nƣớc hoặc các chất dẻo khác[4]. Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng nhƣ trong quá tr nh sử dụng. Có nhiều loại phụ gia nhƣ phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cƣờng độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm [4]. Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng [3]. Bê tông có cấu trúc không đồng nhất v h nh dáng, kích thƣớc cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nƣớc th a và những lỗ rỗng li ti (do nƣớc th a bốc hơi). Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá tr nh thay đổi lƣợng nƣớc cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng. Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu v a có tính đàn hồi v a có tính dẻo [5]. - Theo dạng chất kết dính bê tông đƣợc phân làm các loại sau [5]: + 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. + Do khối lƣợng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, nhƣ bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%. - Theo công dụng bê tông đƣợc phân làm các loại sau [5]: + Bê tông thƣờng dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn). + Bê tông thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nƣớc... + Bê tông dùng cho mặt đƣờng, sân bay, lát vỉa hè. + Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thƣờng là bê tông nhẹ). 5 + Bê tông có công dụng đặc biệt nhƣ bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. - Theo dạng cốt liệu bê tông đƣợc chia thành 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 lƣợng thể tích bê tông đƣợc phân loại nhƣ sau [5]: + Bê tông đặc biệt nặng (γ > 2500kg/m3), chế tạo t cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt. + Bê tông nặng (γ = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo t cát, đá, sỏi thông thƣờng dùng cho kết cấu chịu lực. + Bê tông tƣơng đối nặng (γ = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. + Bê tông nhẹ (γ = 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 t hỗn hợp chất kết dính, nƣớc, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). + Bê tông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhƣng có γ < 500 kg/m3. 1.1.2. Một số đặc tính cơ lý của bê tông 1.1.2.1. Khối lượng riêng của bê tông Khối lƣợng riêng, còn đƣợc gọi là mật độ khối lƣợng, là một đặc tính về mật độ khối lƣợng trên một đơn vị thể tích của vật chất đó, là đại lƣợng đo bằng thƣơng số giữa khối lƣợng (m) của một vật làm bằng chất ấy (nguyên chất) và thể tích (V) của vật. Khối lƣợng riêng bê tông thƣờng dùng đơn vị là tấn/m3 hoặc kg/m3 [6]. Khối lƣợng riêng bê tông đƣợc chia theo các loại nhƣ sau: bê tông nặng (γ = 2200 ÷ 2500 kG/m3); bê tông nặng cốt liệu bé (γ = 1800 † 2200 kG/m3); bê tông nhẹ (γ < 1800 kG/m3); bê tông đặc biệt nặng (γ > 2500 kG/m3) [7]. 1.1.2.2. Cường độ chịu nén của bê tông Cƣờng độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. Cƣờng độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó, môi trƣờng dƣỡng hộ. Cƣờng đô chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông. Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đ đƣợc nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu t kết cấu có sẵn. Mẫu để đo cƣờng độ có kích thƣớc 150x150x150(mm), đƣợc thực hiện theo điều kiện tiêu 6 chuẩn trong thời gian 28 ngày. Bê tông thông thƣờng có R = 5 ÷ 30 MPa. Bê tông có R > 40MPa là loại cƣờng độ cao. Hiện nay, ngƣời ta đ chế tạo đƣợc các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa. Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phƣơng tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thƣờng chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ. Nếu hạn chế đƣợc 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 h nh tháp đối đỉnh nhƣ trên h nh 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 nhƣ trên h nh 1.1c. Cƣờng độ của mẫu đƣợc bôi trơn thấp hơn cƣờng độ của mẫu khối vuông có ma sát [7]. V ma sát làm cản trở biến dạng ngang mà với mẫu khối vuông khi tăng cạnh a th R giảm và cƣờng độ của mẫu h nh trụ thấp hơn cƣờng độ của mẫu khối vuông. a) b) c) 1 – mẫu; 3 – ma sát; 5 – h nh 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 Cƣờng độ chịu uốn một thông số đo cƣờng độ chịu kéo của bê tông. Nó đƣợc đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. Thông thƣờng cƣờng độ chịu uốn bằng khoảng 10-20% cƣờng độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thƣớc, hình dạng của các loại cốt liệu. Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cƣờng độ chịu uốn và cƣờng độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu. 7 1.1.2.4. Co ngót của bê tông Co ngót là hiện tƣợng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí. Hiện tƣợng co ngót liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lƣợng hơi nƣớc th a khi bê tông khô cứng. Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu tiên của bê tông. Trong điều kiện b nh thƣờng, sau vài năm th biến dạng tỉ đối do co ngót có thể đạt đến (3÷5)10-4. Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn [7]. Co ngót của bê tông có mấy dạng cơ bản sau: - Hiện tƣợng tự co (Autogenous shrinkage): xảy ra do quá trình hydrat hóa của xi măng. - Co khô (Drying shrinkage): xảy ra do sự thiếu hụt độ ẩm trong bê tông trong quá trình bê tông cứng hóa. - Co ngót do quá trình cácbônát (Carbonation shrinkage): xảy ra do một vài sản phẩm của quá trình hydrat hóa tác dụng với CO2. Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trƣớc hết là sự mất nƣớc trong các gel đá xi măng. Khi mất nƣớc các mầm tinh thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co. Quá tr nh cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngót còn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng - nƣớc. Ngoài ra độ co ngót còn phụ thuộc vào chế độ bảo dƣỡng. Khi bảo dƣỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn trong điều kiện thƣờng nhƣng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn 10 - 15%. Nhiệt độ chƣng hấp càng cao, độ co ngót cuối cùng càng nhỏ [1]. Sự co của mạng tinh thể bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu trong đá xi măng. Sự co không đều trong khối bê tông hoặc co ngót bị ngăn trở làm phát sinh ứng suất kéo và có thể làm bê tông bị nứt. Bê tông bị nứt làm giảm cƣờng độ, độ chống thấm trong môi trƣờng xâm thực.Vì vậy đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và diện tích lớn, để tránh nứt ngƣời ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn [1]. Để giảm co ngót cần chọn thành phần thích hợp, hạn chế lƣợng nƣớc trộn, đầm chặt bê tông, giữ cho bê tông thƣờng xuyên ẩm trong giai đoạn đầu (dƣỡng hộ). Để khắc phục ảnh hƣởng xấu của co ngót cần dùng những biện pháp cấu tạo thích hợp, đặt cốt thép ở những nơi cần thiết, làm các khe co giãn trong kết cấu và tạo mạch ng ng khi thi công [5]. Trị số co ngót phụ thuộc vào lƣợng, loại xi măng, lƣợng nƣớc, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dƣỡng. Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bê tông (xem Hình 1.2). 8 1- Của đá xi măng; 2- Của vữa; Hình 1.2. Độ co ngót của bê tông 1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông 1.1.3.1. Thành phần và công nghệ chế tạo Cƣờng độ của bê tông lớn hay bé là do thành phần và công nghệ chế tạo quyết định. Một số yếu tố cơ bản ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông: - Chất lƣợng và số lƣợng xi măng. - Độ cứng, độ sạch và cấp phối cốt liệu. - Tỷ lệ giữa nƣớc và xi măng. - Chất lƣợng của việc nhào trộn, đổ, đầm và điều kiện bảo dƣỡng BT. Nói chung các nhân tố trên ảnh hƣởng quyết định đến R, Rt nhƣng mức độ có khác nhau. Ví dụ tỷ lệ nƣớc trên ximăng N/XM có ảnh hƣởng rất lớn đến R và có phần ít hơn đối với Rt; độ sạch cốt liệu ảnh hƣởng lớn đến R và rất lớn đối với Rt cũng nhƣ khả năng chịu cắt của bê tông. 1.1.3.2. Tuổi của bê tông Tuổi là thời gian t (ngày) tính t lúc chế tạo bê tông đến khi nó chịu lực. Cƣờng độ của bê tông tăng theo thời gian. Thời gian đầu cƣờng độ tăng nhanh, sau chậm dần. Với bê tông dùng xi măng pooc lăng chế tạo và bảo dƣỡng trong điều kiện bình thƣờng, cƣờng độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu. Để biểu diễn sự tăng của R theo t có thể dùng một số công thức thực nghiệm. Công thức của B.G. XKramtaep (1935)theo qui luật logarit, với t = 7÷300 ngày: 9 R R28 Rt 0 28 t Hình 1.3. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông Trong môi trƣờng thuận lợi (nhiệt độ dƣơng, độ ẩm cao) sự tăng cƣờng độ có thể kéo dài trong nhiều năm. Còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cƣờng độ trong thời gian sau này là không đáng kể. Dùng hơi nƣớc nóng để bảo dƣỡng bê tông làm cho cƣờng độ tăng rất nhanh trong vài ngày đầu, nhƣng sẽ làm cho bê tông trở nên dòn hơn và có cƣờng độ cuối cùng thấp hơn so với bê tông đƣợc bảo dƣỡng theo điều kiện tiêu chuẩn. 1.1.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng Tốc độ gia tải khi thí nghiệm cũng ảnh hƣởng đến cƣờng độ của mẫu. Tốc độ gia tải qui định bằng 2kg/cm2/giây và cƣờng độ đạt đƣợc là R. Khi gia tải rất chậm, cƣờng độ bê tông chỉ đạt khoảng (0,85-0.90)R. Khi gia tải nhanh, cƣờng độ bê tông có thể đạt (1,15-1,20)R. 1.1.3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu nén, chịu uốn của bê tông Đá xi măng (mác xi măng và tỷ lệ X/N ) có ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ của bê tông. Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tông vào tỷ lệ X/N thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lƣợng nƣớc dƣ th a. Hình 1.4 biểu thị mối quan hệ giữa cƣờng độ bê tông và lƣợng nƣớc nhào trộn. Độ rỗng tạo ra do lƣợng nƣớc th a có thể xác định bằng công thức: r= .100(%) Trong đó: - N, X: Lƣợng nƣớc và lƣợng xi măng trong 1m3 bê tông (kg). 10 - : Lƣợng nƣớc liên kết hóa học tính bằng % khối lƣợng xi măng. Ở tuổi 28 ngày lƣợng nƣớc liên kết hóa học khoảng 15 - 20%. a-Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt đƣợc; b-Vùng hỗn hợp bê tông có cƣờng 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 cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào trộn Mối quan hệ giữa cƣờng độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ X/N đƣợc biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau: Đối với bê tông có X/N = 1,4 2,5 thì: Đối với bê tông có X/N > 2,5 th : Rb = A. Rx ( – 0,5) . Rb = A1. Rx ( + 0,5) . Trong đó: - Rb: Cƣờng độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày(kG/cm2). - Rx: Mác của xi măng (cƣờng độ) (kG/cm2). - A, A1 là hệ số đƣợc xác định theo chất lƣợng vật liệu và phƣơng pháp xác định mác xi măng (bảng 1-1). - X/N là Tỉ lệ Xi măng/nƣớc. 11 Bảng 1.1. Hệ số chất lƣợng vật liệu A và A1 Chất lƣợng vật liệu Tốt Chỉ tiêu đánh giá - Xi măng hoạt tính cao không trộnphụ gia thuỷ. Hệ số A và A1 ứng với phƣơng pháp thử mác xi măng. TCVN 6016:95 TCVN 4032:85 A A1 A A1 0.54 0.34 0.6 0.38 0.5 0.32 0.55 0.35 0.45 0.29 0.5 0.32 - Cốt liệu: Đá sạch, cƣờng độ cao, cấp hạt tốt.hoạt Cáttính sạch, Mdlbình,xi = 2.4 2.7 -phối Xi măng trung măng poóc lăng hỗn hợp chứa 10 Trung 15% phụ gia thuỷ. bình - Cốt liệu: Đá có chất lƣợng phù hợp TCVN1771:1987.Cát phù hợp TCVN 1770:1986, có M 2 2.4 dl =thấp, - Xi măng hoạt tính xi măngpoóc lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ. Kém - Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chƣa 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 phế thải sinh ra khi đốt các nguyên liệu hóa thạch nhƣ than đá, than nâu .Trong các nhà máy nhiệt điện nơi sử dụng lƣợng lớn nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện năng th ngoài lƣợng tro xỉ nằm lại dƣới lò những hạt tro rất nhỏ đƣợc cuốn theo các luồn khí trong các ống khói của nhà máy thải ra bên ngoài. 12 Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý tuyển nổi tro bay Hình 1.6. Tro bay 1.2.2. Phân loại tro bay Trƣớc đây ở châu Âu cũng nhƣ ở Vƣơng quốc Anh phần tro này thƣờng đƣợc cho là tro của nhiên liệu đốt đ đƣợc nghiền mịn. Nhƣng ở Mỹ, loại tro này đƣợc gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí. Và thuật ngữ tro bay (fly ash) đƣợc dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện. Ở một số nƣớc, tùy vào mục đích sử dụng mà ngƣời ta phân loại tro bay theo các loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thƣợng Hải, Trung Quốc, tro bay đƣợc phân làm hai loại [3] là tro bay có hàm lƣợng canxi thấp và tro bay có hàm lƣợng canxi cao. Tro bay có chứa hàm lƣợng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lƣợng canxi cao. Do đó, CaO trong tro bay 13 hoặc CaO tự do đƣợc sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lƣợng canxi cao với tro bay hàm lƣợng canxi thấp. Theo cách phân biệt này th tro bay có hàm lƣợng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lƣợng canxi thấp có màu hơi xám. Theo cách phân loại của Canada, tro bay đƣợc chia làm ba loại [8]: Loại F: Hàm lƣợng CaO ít hơn 8% Loại CI: Hàm lƣợng CaO lớn hơn 8% nhƣng ít hơn 20% Loại C: Hàm lƣợng CaO lớn hơn 20% Trên thế giới hiện nay, thƣờng phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay đƣợc phân làm hai loại là loại C và loại F [9]. Bảng 1.2. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618 Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM C618 Đơn vị Lớn nhất /nhỏ nhất Nhóm F Nhóm C SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % nhỏ nhất 70 50 SO3 % lớn nhất 5 5 Hàm lƣợng ẩm % lớn nhất 3 3 Hàm lƣợng mất khi nung % lớn nhất 5 5 1,5 1,5 Yêu cầu hóa học Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % Độ mịn (+325) % lớn nhất 34 34 % nhỏ nhất 75 75 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 ngày) % nhỏ nhất 75 75 Lƣợng nƣớc yêu cầu % lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % lớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5 Yêu cầu vật lý Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày) Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM: Tro bay là loại F nếu tổng hàm lƣợng (SiO2+Al2O3+Fe2O3) lớn hơn 70%.