Tài liệu Nghiên cứu bê tông cường độ cao có mác tới 65(mpa) cho công trình thủy lợi ở việt nam dùng xi măng pooc lăng hỗn hợp pcb 40

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu BTCĐC có mác tới 65 (MPa) cho công trình thủy lợi ở Việt Nam dùng xi măng Pooc lăng hỗn hợp PCB 40” học viên đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường Đại Học Thủy Lợi, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của GS-TSKH Nguyễn Thúc Tuyên. Đến này học viên đã hoàn thành luận văn thạc sĩ theo đúng kế hoạch đã đề ra. Mong muốn của học viên là góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông cho các công trình bê tông tại Việt Nam nói chung và các công trình thủy lợi nói riêng. Tuy nhiên vì sự hiểu biết của bản thân và thời gian thực hiện luận văn có hạn cùng với sự thiếu thốn về trang thiết bị nên nội dung của luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô để nâng cao sự hiểu biết và có điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu của luận văn sau này. Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến GS-TSKH Nguyễn Thúc Tuyên, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, cung cấp các kiến thức khoa học cho tôi trong suốt thời gian qua. Qua đây tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong bộ môn Vật liệu xây dựng, Khoa công trình, Phòng đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Hà nội, ngày…….tháng…….. năm 2015 Học viên Tạ Biên Cương LỜI CAM ĐOAN Tôi là Tạ Biên Cương, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học Thủy lợi. Tôi là tác giả của luận văn này, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Tạ Biên Cương MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài. ........................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu đề tài. ...................................................................... 1 3. Cơ sở khoa học. ......................................................................................... 1 4. Điểm mới của đề tài. ................................................................................. 2 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. .............................................. 2 6. Nội dung của LV. ...................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BTCĐC Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI .......................................................................... 4 1.1 Định nghĩa BTCĐC................................................................................. 4 1.2 Khái niệm và phân loại BTCĐC. ............................................................ 4 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCĐC trên thế giới và ở Việt Nam. .............................................................................................................. 5 1.3.1 Trên thế giới: .................................................................................... 5 1.3.2 Ở Việt Nam: ..................................................................................... 6 1.4 Vật liệu dùng cho BTCĐC. ..................................................................... 7 1.4.1 Xi măng: ........................................................................................... 7 1.4.2 Cốt liệu: ............................................................................................ 7 1.4.3 Phụ gia khoáng hoạt tính có độ mịn cao: ......................................... 7 1.4.3.1 Tro bay: ........................................................................................ 8 1.4.3.2 Silica fume (muội silic): .............................................................. 9 1.4.3.3 Tro trấu: ..................................................................................... 11 1.4.4 Phụ gia hóa học: ............................................................................. 12 1.5 Hiệu quả của việc sử dụng BTCĐC. ..................................................... 14 1.6 Một số tính chất cơ bản của BTCĐC. ................................................... 15 1.6.1 Cường độ: ....................................................................................... 15 1.6.2 Cường độ bám dính: ....................................................................... 16 1.6.3 Mô đun đàn hồi: ............................................................................. 17 1.7 Thiết kế thành phần BTCĐC. ............................................................... 17 1.7.1 Phương pháp thiết kế thành phần BTCĐC của Mỹ dùng tro bay: . 18 1.7.2 Phương pháp thể tích tuyệt đối dùng công thức Bolomey Skramtaev. ............................................................................................... 23 1.8 Kết luận chương 1: ................................................................................ 28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 30 2.1 Độ rỗng và độ đặc của bê tông.............................................................. 30 2.2 Thành phần hạt tối ưu của cốt liệu. ....................................................... 31 2.2.1 Phương pháp tra bảng lập sẵn: ....................................................... 32 2.2.2 Dựa trên công thức lý thuyết:......................................................... 33 2.2.3 Phương pháp đồ biểu...................................................................... 34 2.2.4 Phương pháp thực nghiệm: ............................................................ 34 2.3 Vai trò của phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn (PGKHTSM). ............. 35 2.3.1 Phản ứng puzơlanic (Pozzolanic reaction)..................................... 35 2.3.2 Hiêu ứng tăng độ đặc chắc vi cấu trúc của đá xi măng (Increased packing density). ..................................................................................... 36 2.3.3 Hiệu ứng tường vách (wall effect). ................................................ 36 2.3.4 Hiệu ứng ổ bi (ball bearing effect). ................................................ 38 2.3.5 Hiệu ứng phân tán (Dispersion effect). .......................................... 38 2.3.6 Khả năng giảm độ co. .................................................................... 38 2.4 Vai trò của phụ gia siêu dẻo (PGSD). ................................................... 38 2.4.1 Tác dụng hóa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt. .......................... 38 2.4.2 Tác dụng hóa dẻo do phân tán hạt xi măng, chống kết tụ.............. 39 2.4.3 Tác dụng hóa dẻo do cuốn khí: ...................................................... 39 2.5 Kết luận chương 2: ................................................................................ 40 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM ............................................................ 41 3.1 Vật liệu. ................................................................................................. 41 3.1.1 Xi măng PCB 40 Hoàng Thạch: .................................................... 41 3.1.2 Cốt liệu nhỏ - Cát vàng sông Lô. ................................................... 43 3.1.2.1 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cát (ρ c ). .................. 43 3.1.2.2 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích xốp của cát. .............. 43 3.1.2.3 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái đầm chặt theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C 29 [41]. ............................................ 44 3.1.2.4 Thí nghiệm xác định hàm lượng bùn, bụi, sét. .......................... 44 3.1.2.5 Thí nghiệm xác định tạp chât hữu cơ. ....................................... 44 3.1.2.6 Thí nghiệm xác định hàm lượng mi ca trong cát....................... 44 3.1.2.7 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của cát vàng sông Lô. ..... 44 3.1.2.8 Mô đun độ lớn............................................................................ 46 3.1.3 Cốt liệu lớn. .................................................................................... 47 3.1.3.1 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của đá dăm. .................. 47 3.1.3.2 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích đầm chặt của đá theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C 29 [41]. .................................................... 47 3.1.3.3 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích ở trạng thái xốp. ....... 47 3.1.3.4 Thí nghiệm xác định hàm lượng chất bột. ................................. 48 3.1.4 Phối hợp cát và đá để đạt tỷ lệ tối ưu. ............................................ 49 3.1.5 Silica fume ..................................................................................... 53 3.1.6 Phụ gia siêu dẻo. ............................................................................ 54 3.2 Các phương pháp thí nghiệm. ............................................................... 54 3.3 Kết luận chương 3. ................................................................................ 55 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BTCĐC MÁC 65 MPa. .................................................... 57 4.1 Thiết kế thành phần BTCĐC. ............................................................... 57 4.2 Cường độ nén và phát triển cường độ nén theo thời gian của BTCĐC. ..................................................................................................................... 61 4.3 Xác định cường độ kéo của BTCĐC. ................................................... 62 4.4 Đánh giá sơ bộ khả năng chống thấm của BTCĐC. ............................. 64 4.5 Đề xuất công nghệ chế tạo BTCĐC. ..................................................... 65 4.6 Kết luận chương 4. ................................................................................ 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 69 1. Các kết quả đạt được. .............................................................................. 69 2. Các vận dụng mới trong LV.................................................................... 69 3. Các hạn chế của đề tài nghiên cứu. ......................................................... 70 4. Kiến nghị. ................................................................................................ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 72 TIẾNG VIỆT ................................................................................................... 72 TIẾNG ANH ................................................................................................... 74 CÁC TIẾNG KHÁC ....................................................................................... 75 PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH XỐP CỦA CỐT LIỆU ĐƯỢC ĐẦM CHẶT. ......................................................... 76 PHỤ LỤC 2: PHỤ GIA PA - 2003 ................................................................. 79 PHỤ LỤC 3: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM ........ 80 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1:Hình dạng các hạt tro bay. ............................................................. 9 Hình 1.2: Hình dạng các hạt silica fume. .................................................... 10 Hình 1.3: Hình dạng các hạt tro trấu sau khi nghiền. ................................. 11 Hình 1.4: Cấu tạo phân tử của một số loại PGSD. ..................................... 14 Hình 1.5: Biểu đồ xác định lượng nước trộn. ............................................. 25 Hình 1.6: Biểu đồ xác định hệ số trượtα..................................................... 26 Hình 2.1: Quan hệ giữa độ rỗng và cường độ nén của bê tông .................. 31 Hình 2.2: Các hạt PGKHTSM nhét khe kẽ giữa các hạt xi măng. ............. 36 Hình 2.3: Cấu trúc vùng chuyển tiếp trong bê tông. ................................... 37 Hình 2.4: Mô tả vùng chuyển tiếp giữa xi măng và cốt liệu....................... 37 Hình 3.1: Biểu đồ thành phần hạt của cát vàng sông Lô ............................ 45 Hình 3.2: Quan hệ giữa khối lượng thể tích của hỗn hợp đá và tỷ lệ phối hợp 2 cỡ đá............................................................................................................. 51 Hình 3.3: Quan hệ giữa độ hổng của hỗn hợp đá và tỷ lệ cỡ hạt I trong hỗn hợp ............................................................................................................... 51 Hình 3.4: Biểu đồ quan hệ giữa khối lượng thể tích của hỗn hợp cát đá và tỷ lệ cát đá trong hỗn hợp...................................................................................... 52 Hình 3.5: Thành phần hạt của silica fume .................................................. 53 Hình 3.6: Thành phần hạt của tro tuyển Phả LạiError! Bookmark not defined. Hình 4.1: Quan hệ giữa cường độ nén và hàm lượng CKD trong BTCĐC. ..................................................................................................................... 61 Hình 4.2: Sơ đồ công nghệ chế tạo BTĐC trong nhà máy. ........................ 65 Hình 4.3: Sơ đồ công nghệ chế tạo BTCĐC ở ngoài công trường. ............ 66 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại bê tông theo cường độ nén ........................................... 5 Bảng 1.2: Phân loại BTCĐC. ........................................................................ 5 Bảng 1.3: Thành phần hóa học (%) của phụ gia silica fume. ..................... 10 Bảng 1.4: Thành phần hóa của tro trấu. ...................................................... 11 Bảng 1.5 Phát triển cường độ của BTCĐC theo thời gian. ........................ 16 Bảng 1.6: D max của cốt liệu lớn ................................................................... 19 Bảng 1.7: Tỷ lệ N/CKD đối với BTCĐC có PGSD. .................................. 19 Bảng 1.8: Hàm lượng nước dự kiến cho 1 m3 hỗn hợp BTCĐC ................ 20 Bảng 1.9: Thể tích xốp của đá ở trạng thái đầm chặt trong 1 m3 BTCĐC. 21 Bảng 1.10: So sánh đối chiếu hai phương pháp thiết kế thành phần BTCĐC ..................................................................................................................... 27 Bảng 2.1: Mức ngậm cát thích hợp, %........................................................ 32 Bảng 3.1: Thành phần khoáng của clanhke và PCB40 Hoàng Thạch. ....... 42 Bảng 3.2: Các tính chất của PCB40 Hoàng Thạch. .................................... 42 Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của cát. ............................ 43 Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của cát .................. 43 Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm hàm lượng bùn-bụi-sét của cát ................... 44 Bảng 3.6: Thành phần hạt của cát vàng sông Lô ........................................ 45 Bảng 3.7: Các chỉ tiêu tính chất vật lý của cát vàng sông Lô. .................... 46 Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của đá dăm. ..................... 47 Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích xốp của đá dăm. .......... 48 Bảng 3.10: Hàm lượng bụi (bột mịn) trong đá dăm.................................... 48 Bảng 3.11: Các chỉ tiêu tính chất vật lý của đá dăm Hòa Thạch ................ 49 Bảng 3.12: Khối lượng thể tích và độ hổng của các hỗn hợp 2 cỡ đá. ....... 50 Bảng 3.13: Khối lượng thể tích của các hỗn hợp cát và đá ........................ 52 Bảng 3.14: Thành phần hóa của silica fume Elkem.................................... 53 Bảng 3.15: Lượng lọt qua sàng của silica fume Elkem .............................. 53 Bảng 3.16: Tính chất vật lý của SF Elkem. ................................................ 54 Bảng 3.17: Chỉ tiêu tính chất cơ - lý - hóa của tro tuyển Phả Lại........ Error! Bookmark not defined. Bảng 3.18: Thành phần hóa học của tro tuyển Phả Lại.Error! Bookmark not defined. Bảng 3.19: Thành phần hóa học của xỉ Phả LạiError! Bookmark not defined. Bảng 3.20: Một số tính chất vật lý của xỉ Phả LạiError! Bookmark not defined. Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm độ sụt và cường độ nén BTCĐC ................ 60 Bảng 4.2: Thành phần BTCĐC nghiên cứu ................................................ 61 Bảng 4.3: Phát triển cường độ nén của BTCĐC theo thời gian.................. 62 Bảng 4.4: Cường độ kéo khi bửa của BTCĐC nghiên cứu, MPa ............... 64 Bảng 4.5: Tương quan cường độ nén và độ chống thấm nước của bê tông 64 BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT BTCĐC : Bê tông cường độ cao BTT : Bê tông thường BTCLC : Bê tông chất lượng cao BTTNC : Bê tông tính năng cao CĐC : Cường độ cao PGSD : Phụ gia siêu dẻo PGKHT : Phụ gia khoáng hoạt tính PGKHTSM : Phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn PGKHTNM : Phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn ACI : American concrete institute (Viện bê tông Mỹ) ASTM : American society of testing materials (Hội thí nghiệm vật liệu của Mỹ) TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam CKD : Chất kết dính X : Xi măng N/X : Tỷ lệ nước / xi măng N/CKD : Tỷ lệ nước / chất kết dính C : Cát D : Đá D1 : Đá cỡ I (5 - 10 mm) D2 : Đá cỡ II (10 - 20 mm) SF : Silica fume TB : Tro bay TX : Tro xỉ VLXD : Vật liệu xây dựng Rx : Cường độ nén của xi măng Rb : Cường độ nén của bê tông R kb : Cường độ kéo khi bửa của bê tông B : Hệ số thấm nước của bê tông LV : Luận văn 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Trên thế giới BTCĐC (mác 60 MPa và cao hơn) đã được dùng khá phổ biến trong các công trình giao thông, công trình xây dựng và cả các công trình thủy. Ở nước ta trong những năm gần đây đã nghiên cứu và sử dụng BTCĐC cho một số công trình như cầu và nhà cao tầng. Trong xây dựng thủy lợi từ trước đến nay thường dùng bê tông mác thường (mác ≤ 50 MPa), do đó một số công trình không bền, nhất là trong môi trường có tính ăn mòn. Công trình thủy lợi thường tiếp xúc với nước và cả những môi trường có tính chất ăn mòn như nước biển, nước lợ, nước chua phèn,… có khi còn chịu tác động mài mòn của dòng nước. Sau một số năm khai thác, công trình thủy lợi bị hư hỏng, phải bỏ ra kinh phí lớn để duy tu sửa chữa. BTCĐC có độ đặc chắc cao; nên ngoài cường độ lớn, còn có các tính chất khác cũng cao như: tính chống thấm, chống ăn mòn, mài mòn và độ bền cao. Để nâng cao chất lượng và kéo dài tuổi thọ công trình, cần dùng BTCĐC trong một số trường hợp đặc biệt khi công trình có tiếp xúc với môi trường ăn mòn và nước xói mòn. Vì vậy đề tài nghiên cứu BTCĐC có ý nghĩa cấp thiết. 2. Mục đích nghiên cứu đề tài. Lựa chọn nguyên vật liệu thích hợp có sẵn và đang được sản xuất ở nước ta để chế tạo BTCĐC đạt mác 65 MPa, cụ thể là xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40 (có chứa sẵn phụ gia khoáng), kết hợp với phụ gia khoáng siêu mịn silica fume, phụ gia siêu dẻo nội để đạt được hiệu quả về kỹ thuật và cả về kinh tế. 3. Cơ sở khoa học. - Các phụ gia tro xỉ trong PCB 40 và silica fume có tác dụng hỗ trợ (bù trừ) cho nhau trong bê tông tăng độ đặc chắc của bê tông đặc biệt cải thiện 2 vùng tiếp giáp giữa chất kết dính và cốt liệu; do đó làm tăng cường độ và khả năng chống ăn mòn. - Phụ gia siêu dẻo có tác dụng làm giảm lượng nước trộn, giảm tỷ lệ N/X (N/CKD) tăng độ đặc chắc, do đó cũng làm tăng cường độ của bê tông. 4. Điểm mới của đề tài. Tiêu chuẩn ngành giao thông vận tải 22 TCN 276 - 01 [1] quy định dùng PC 40 và tro bay, hoặc silica fume để chế tạo BTCĐC mác 60 đến 80 MPa. Một số đề tài nghiên cứu về BTCĐC ở nước ta cũng đã dùng xi măng PC 40. Trong LV này không dùng xi măng PC 40, mà dùng xi măng PCB 40 với một tỷ lệ nhỏ silica fume. Trong xi măng PCB 40 Hoàng Thạch đã có một phần phụ gia khoáng hoạt tính là tro xỉ Phả Lại. Như vậy thực chất đề tài đã dùng xi măng PC và hỗn hợp phụ gia tro xỉ và silica fume trong bê tông. 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu lý thuyết về BTCĐC thông qua các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước để viết phần tổng quan. - Tìm hiểu các phương pháp thiết kế thành phần BTCĐC, từ đó lựa chọn một phương pháp thích hợp để sử dụng trong nghiên cứu. - Thí nghiệm BTCĐC mác 65 - 70 MPa trong phòng thí nghiệm dùng xi măng PCB 40 và các phụ gia thích hợp. - Các thí nghiệm nguyên vật liệu và bê tông được tiến hành chủ yếu theo các phương pháp được quy định trong các TCVN liên quan. 6. Nội dung của LV. LV gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng BTCĐC ở Việt Nam và thế giới; Chương 2: Cơ sở lý thuyết của đề tài; 3 Chương 3: Vật liệu sử dụng và các phương pháp nghiên cứu, thí nghiệm; Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm và đề xuất công nghệ chế tạo BTCĐC mác 65 MPa; Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. Phụ lục. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BTCĐC Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 1.1 Định nghĩa BTCĐC. Theo Tiêu chuẩn Mỹ ACI 116R - 00 [36], BTCĐC (high strength concrete) là bê tông có cường độ bằng hoặc lớn hơn 6000 psi (41 MPa) được xác định theo mẫu hình trụ có kích thước đường kính × chiều cao = 15 × 30 cm (Nếu quy đổi ra mẫu lập phương theo TCVN 3118 : 1993 [30] với hệ số tăng là 1,2 sẽ được 41 × 1,2 = 49,2 MPa, coi như 50 MPa). Quy định đó cũng phù hợp với quy định của Liên Xô cũ [46]. 1.2 Khái niệm và phân loại BTCĐC. Trong những năm 70 của thế kỷ 20 BTT có độ dẻo nhất định được chế tạo với 4 thành phần cơ bản (xi măng, cát, đá và nước) và tỷ lệ N/X > 0,4; nên cường độ bê tông chỉ đạt được không quá 50 MPa. Về sau để xây dựng những công trình quan trọng yêu cầu bê tông có cường độ cao hơn bằng cách giảm lượng nước trộn (giảm tỷ lệ N/X) và chế tạo được bê tông cứng (khô). Khi đó phải áp dụng công nghệ đầm đặc biệt mới đảm bảo bê tông đặc chắc. Về sau nhờ sự ra đời của các loại phụ gia siêu dẻo: Naptalen focmaldehit sunfonat và Melamin focmaldehit sunfonat (ở Nhật và ở Đức vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20) và phụ gia khoáng siêu mịn silica fume (ở Na uy vào thập kỷ 80 của thế kỷ 20), người ta đã chế tạo được BTCĐC với độ dẻo yêu cầu và với tỷ lệ N/CKD thấp. Theo thời gian mác bê tông sử dụng ngày càng cao hơn. Theo ACI 363 [39] bê tông được phân theo cường độ chịu nén như trong bảng 1.1. 5 Bảng 1.1: Phân loại bê tông theo cường độ nén Các yếu tố Bê tông thông thường BTCĐC Bê tông cường độ rất cao Bê tông cường độ siêu cao Cường độ nén, MPa < 41 41 – 100 100 – 150 > 150 Tỷ lệ N/X (hoặc N/CKD) > 0,4 0,3 – 0,4 0,25 – 0,3 < 0,25 Phụ gia hóa Không nhất thiết Siêu dẻo Siêu dẻo Siêu dẻo Phụ gia khoáng Không nhất thiết Tro bay, xỉ lò cao Silica fume hoặc Silica fume Siliaca fume Thông báo của hội thảo khoa học quốc tế ở Ryan Megeredy phân ra 5 loại BTCĐC theo cường độ nén như trong bảng 1.2. Bảng 1.2: Phân loại BTCĐC. Loại bê tông I II III IV V Cường độ nén, MPa 50 75 100 125 150 BTCĐC thường có các tính chất khác cũng cao như tính chống thấm, chống ăn mòn, xói mòn,… Khi đó được gọi là bê tông chất lượng cao (BTCLC) hoặc bê tông tính năng cao (BTTNC - High performance concrete) . 1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCĐC trên thế giới và ở Việt Nam. 1.3.1 Trên thế giới: Trên thế giới BTCĐC đã bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng vào đầu những năm 70 của thế kỷ trước. Năm 1980 ở Pháp có chương trình nghiên cứu quốc gia về BTCĐC, sau đó có nhiều chương trình nghiên cứu tầm cỡ khác ở 6 các nước Mỹ, Na Uy, Canada, Đức, Nhật Bản, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc, Đài Loan,… Nhiều hội nghị quốc tế về BTCĐC đã được tổ chức và các thông tin khoa học về BTCĐC được quảng bá rộng rãi. Theo tài liệu ACI 363 [39], ban đầu BTCĐC sử dụng chủ yếu cho các công trình nhà cao tầng và cầu nhịp lớn. Càng về sau BTCĐC càng được sử dụng rộng rãi hơn và cường độ đạt được càng cao hơn. Những năm gần đây đã đạt được bê tông cường độ rất cao và bê tông cường độ siêu cao. Năm 1994 ở Mỹ đã dùng bê tông đạt cường độ 131 MPa, ở Nhật Bản xây dựng cầu bằng bê tông có cường độ 100 MPa, ở Bỉ dùng bê tông có cường độ 110 MPa. Còn ở Thụy Điển đã chế tạo dầm bê tông cốt thép ứng suất trước với bê tông đạt cường độ 143 MPa. Năm 2001 ở Canada xây dựng si lô chứa xi măng dùng bê tông đạt cường độ tới 220 MPa. 1.3.2 Ở Việt Nam: Ở Việt Nam cho đến năm 1990 các kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép vẫn chủ yếu dùng mác bê tông 30 MPa. Một vài công trình đặc biệt như khu di tích Lăng Chủ tich Hồ Chí Minh, khách sạn Thăng Long 11 tầng, cầu Thăng Long, cầu Chương Dương dùng bê tông mác tới 40 MPa. Về sau các cầu lớn có khẩu độ từ 30 đến 50m như: cầu Phú Lương (Hải Dương), cầu Tân Đệ (Thái Bình), cầu Sông Gianh (Quảng Bình), cầu Tuần (Huế), cầu Tuyên Sơn (Đà Nẵng), cầu Mỹ Thuận (Tiền Giang), cầu Rạch Miễu (Bến Tre), cầu Cần Thơ (Cần Thơ),… cùng với các nút giao thông quan trọng và cầu vượt ở đô thị đã dùng bê tông cường độ tới 50 – 60 MPa. Nhiều nhà máy xi măng ở nước ta đã sản xuất được xi măng mác 40, 50 và có khả năng sản xuất mác 60, đã tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất BTCĐC. Trên đường Láng – Hòa Lạc có trạm trộn BTCĐC của Tập đoàn Nam Cường đã cung cấp bê tông tươi cường độ cao cho một số công trình có nhu cầu. Các công trình thủy lợi cho đến nay vẫn chủ yếu dùng bê tông mác thường. Tuy nhiên trước xu hướng ngày càng sử dụng nhiều BTCĐC ở các 7 ngành giao thông, xây dựng ở nước ta, chắc chắn rằng trong tương lai ngành thủy lợi sẽ sử dụng BTCĐC cho các kết câu, bộ phận công trình có yêu cầu và đặc biệt cho các công trình ven biển chịu tác động ăn mòn của nước biển và nước chua phèn. Hiện nay ở nhiều viện nghiên cứu khoa học và trường đại học có liên quan đến xây dựng ở nước ta đã và đang nghiên cứu BTCĐC, cả bê tông cường độ rất cao, siêu cao và đạt được kết quả tốt. 1.4 Vật liệu dùng cho BTCĐC. Nguyên vật liệu dùng để chế tạo BTCĐC gồm: Xi măng, cốt liệu, nước, phụ gia dẻo cao hoặc siêu dẻo (giảm nước mức độ cao), phụ gia khoáng hoạt tính chất lượng cao. 1.4.1 Xi măng: Dùng xi măng mác cao từ mác 40 trở lên, có độ mịn cao. Ở nước ta đã sản xuất xi măng mác 50 (MPa), trong tương lai sẽ sản xuất xi măng mác 60 (theo phương hướng phát triển khoa học công nghệ của Bộ Xây dựng), còn ở nước ngoài đã sản suất xi măng mác đến 80, thậm chí còn cao hơn. 1.4.2 Cốt liệu: Dùng cốt liệu lớn đặc chắc, cường độ cao. Tiêu chuẩn ACI 363 [39] đã khuyến cáo như sau: nên chọn loại cốt liệu lớn có cường độ cao, nhưng kích thước lớn nhất (đường kính danh nghĩa lớn nhất) - D max thường nhỏ hơn so với cốt liệu trong BTT và thường không quá 25 mm. Nên dùng cát hạt thô, có mô đun độ lớn trong khoảng 2,6 – 3,5. 1.4.3 Phụ gia khoáng hoạt tính có độ mịn cao: Do hàm lượng xi măng trong BTCĐC khá lớn có thể từ 400 – 595 kg/m3, nên bê tông co ngót nhiều và tốn xi măng. Để khắc phục điều đó, cần phải thay thế một phần xi măng bằng phụ gia khoáng hoạt tính có độ mịn như xi măng hoặc mịn 8 hơn như: tro bay, tro trấu, meta cao lanh hoặc silica fume. Có thể dùng kết hợp hai trong số các loại phụ gia đó. Silica fume và tro bay là hai loại phụ gia khoáng hoạt tính được dùng phổ biến nhất. 1.4.3.1 Tro bay: Tro bay là phụ gia khoáng thu được khi đốt than cám ở nhà máy nhiệt điện. Tro bay bay lên, được lắng đọng bằng phương pháp tĩnh điện hoặc cơ học ở ống khói. Đây là một loại phụ gia khoáng hoạt tính phổ biến nhất và kinh tế nhất, vì là phế liệu dạng hạt mịn, nên không cần phải nghiền. Tro bay được sử dụng từ rất sớm trong ngành sản xuất xi măng và bê tông. Hạt tro bay có dạng hình cầu, kích thước tương tự hạt xi măng. Thành phần hóa học của tro bay chủ yếu là các oxit SiO 2 , Al 2 O 3 và một số oxit khác; ngoài ra, còn có một hàm lượng than chưa cháy lẫn trong tro bay. Hàm lượng than chưa cháy có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của tro bay, nên trong tiêu chuẩn Mỹ ASTM C 618 [42] quy định hàm lượng than chưa cháy nhỏ hơn 6% (nhưng cũng ghi chú là hàm lượng than chưa cháy có thể cao hơn, nếu qua thí nghiệm thực tế trong bê tông thấy rằng vẫn dùng được). Ở nước ta mới ban hành TCVN 10302 : 2014 về tro bay [17]. Hàm lượng tro bay trong BTT khoảng 15 - 30% của khối lượng chất kết dính. Khi tro bay lẫn xỉ nghiền mịn thì gọi là tro xỉ. Tro xỉ cũng được sản xuất làm phụ gia cho bê tông và được sử dụng phụ gia khoáng cho xi măng ở nhà máy xi măng Hoàng Thạch… Tro bay có hạt tròn dễ trơn trượt, nên làm tăng độ lưu động của hỗn hợp bê tông hoặc giảm lượng nước trộn, nếu không yêu cầu tăng độ sụt. Tro bay có hoạt tính trung bình do có một hàm lượng SiO 2 hoạt tính chỉ khoảng 70%. Hình ảnh các hạt tro bay được biểu thị trong hình 1.1. 9 Hình 1.1:Hình dạng các hạt tro bay. Theo thành phần hóa học tro bay nhiệt điện chính là một loại puzơlan nhân tạo. Trong tro bay chứa một hàm lượng lớn oxit silic và nhôm silic hoạt tính có khả năng tương tác với Ca(OH) 2 sinh ra sau khi các thành phần khoáng của xi măng thủy phân thủy hóa. Khối lượng riêng của tro bay bằng khoảng 2,3 kg/dm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của xi măng pooc lăng (khoảng 3,1 kg/dm3); vì vậy khi dùng tro bay thay thế một phần xi măng theo thể tích tuyệt đối trong bê tông, thì khối lượng thể tích của bê tông có tro bay sẽ nhỏ hơn một chút so với khối lượng thể tích của bê tông chỉ có xi măng. Độ hút ẩm của bê tông có tro bay cao hơn và độ sụt của hỗn hợp bê tông cũng lớn hơn. Bê tông pha tro bay tỏa nhiệt ít hơn và có tính bền sunfat cao hơn bê tông dùng toàn xi măng. 1.4.3.2 Silica fume (muội silic): Silica fume là một loại phụ gia khoáng hoạt tính cao được dùng làm phụ gia cho bê tông chất lượng cao. Đây là một loại phụ gia khoáng được nghiên cứu và sử dụng nhiều ở nước ta [2, 3, 5, 7, 9, 43]. Về nguồn gốc, muội silic là phế liệu của sản suất silic và ferosilic từ thạch anh có độ tinh khiết cao và than đá trong lò cung lửa điện ngập. Khí SiO bay ra được oxi hóa và ngưng tụ thành các hạt SiO 2 hình cầu cực nhỏ ở dạng vô định hình, nên có hoạt tính rất cao và tác dụng với vôi rất mạnh. Như vậy độ mịn của muội silic được