Tài liệu Nghiên cứu chế tạo vữa liên kết cường độ cao đóng rắn nhanh ứng dụng trong thi công kết cấu bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU HẬU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH ỨNG DỤNG TRONG THI CÔNG KẾT CẤU BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU HẬU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH ỨNG DỤNG TRONG THI CÔNG KẾT CẤU BÊ TÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuâ ̣t xây dư ̣ng công trin ̀ h Dân du ̣ng và công nghiêp̣ Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ KHÁNH TOÀ N Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Với những kiến thức tích lũy được trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao ho ̣c tại Trường Đại học Bách khoa – Đa ̣i ho ̣c Đà Nẵng, cùng với sự quan tâm, giúp đỡ tâ ̣n tình của Ban Giám Hiệu nhà trường, quý thầy cô và với sự quyế t tâm của bản thân, đến nay, tôi đã hoàn thành luận văn tha ̣c si ̃ của mình. Với lòng biế t ơn và trân trọng, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, lañ h đa ̣o Khoa Xây dựng Dân du ̣ng & Công nghiê ̣p đã hỗ trơ ̣, giúp đỡ và ta ̣o mo ̣i điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i cho tôi trong quá trin ̀ h ho ̣c tâ ̣p cũng như nghiên cứu, thực hiê ̣n hoàn thành luâ ̣n văn này. Đă ̣c biê ̣t, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Lê Khánh Toàn đã quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn, giúp cho tôi hoàn thành tốt luận văn tha ̣c si.̃ Do thời gian có ha ̣n và điề u kiê ̣n nghiên cứu còn ha ̣n chế , nên luâ ̣n văn của tôi không tránh khỏi những thiế u sót, kin ́ h mong quý thầ y cô đóng góp ý kiế n để luâ ̣n văn của tôi hoàn chin̉ h hơn và khả năng đưa vào sử du ̣ng thực tế hiê ̣u quả hơn. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô luôn ma ̣nh khỏe, ha ̣nh phúc. Kính chúc Nhà trường đạt được nhiều thành công hơn nữa trong thời gian đế n. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 7 nnăm 2017 Tác giả luâ ̣n văn Nguyễn Hữu Hâ ̣u LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trin ̀ h nghiên cứu riêng của tôi. Các số liê ̣u, kế t quả thí nghiê ̣m, tiń h toán nêu trong luâ ̣n văn là trung thực và chưa từng đươ ̣c ai công bố trong bấ t kỳ công triǹ h nào khác./. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 7 nnăm 2017 Tác giả luâ ̣n văn Nguyễn Hữu Hâ ̣u MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2 4. Nội dung nghiên cứu...........................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2 6. Cấ u trúc của luận văn..........................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH .................................................................................................................3 1.1. TỔNG QUAN ..........................................................................................................3 1.1.1. Giới thiệu về vữa liên kết cường độ cao - đóng rắn nhanh...........................3 1.1.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vữa và hỗn hợp vữa liên kế t ......................................4 1.1.3. Thực trạng sử dụng vữa liên kế t cường độ cao - đóng rắn nhanh tại Việt Nam và trên Thế giới .......................................................................................................4 1.2. PHÂN LOẠI VỮ A LIÊN KẾT ................................................................................6 1.2.1. Phân loại theo chấ t kế t dính để chế tạo vữa..................................................6 1.2.2. Phân loại theo phụ gia sử dụng trong vữa ....................................................6 1.2.3. Phân loại theo khối lượng thể tích ................................................................ 7 1.2.4. Phân loại theo công dụng ..............................................................................7 1.2.5. Phân loại theo cường độ ...............................................................................7 1.2.6. Phân loa ̣i theo phương pháp thi công ...........................................................7 1.2.7. Phân loa ̣i theo phương pháp sản xuấ t ...........................................................7 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .........................................................................................7 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CẤP PHỐI VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH ..................................9 2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA CÁC VẬT LIỆU CHỦ YẾU DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO VỮA LIÊN KẾT ....................................................................................................9 2.1.1. Xi măng.........................................................................................................9 2.1.2. Cát ...............................................................................................................14 2.1.3. Nước............................................................................................................19 2.1.4. Chất phụ gia ................................................................................................ 21 2.1.5. Tro bay ........................................................................................................23 2.2. CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VỮA LIÊN KẾT ...................................................25 2.2.1. Độ lưu động của hỗn hợp vữa liên kế t ........................................................25 2.2.2. Cường độ chịu lực của vữa liên kế t ............................................................ 25 2.2.3. Tính bám dính của vữa liên kế t ..................................................................26 2.2.4. Tính chống thấm của vữa liên kế t ............................................................... 26 2.2.5. Tính co ngót của vữa liên kế t......................................................................26 2.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CẤP PHỐI VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH .......................................................................................26 2.3.1. Nguyên tắ c chung .......................................................................................27 2.3.2. Tính toán, thiết kế cấp phối vữa liên kết ....................................................27 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .......................................................................................40 CHƯƠNG 3. THÍ NGHIỆM CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH ......................42 3.1. XÁC ĐINH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐI ̣ VỮA LIÊN KẾT ...........................................................................................................42 3.1.1. Chất kết dính ............................................................................................... 42 3.1.2. Cốt liệu ........................................................................................................44 3.1.3. Tro bay ........................................................................................................45 3.1.4. Nước............................................................................................................47 3.1.5. Phụ gia ........................................................................................................48 3.2. QUY TRÌNH CHẾ TẠO VỮA LIÊN KẾT ........................................................... 48 3.2.1. Chuẩ n bi ̣du ̣ng cu ̣ thí nghiê ̣m ......................................................................48 3.2.2. Quy triǹ h chế tạo vữa liên kết tại phòng thí nghiệm ..................................51 3.2.3. Baõ dưỡng mẫu vữa ....................................................................................54 3.3. XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VỮA LIÊN KẾT ............................. 54 3.3.1. Xác đinh ̣ độ lưu động..................................................................................54 3.3.2. Xác đinh ̣ cường độ chịu uố n .......................................................................55 3.3.3. Xác đinh ̣ cường độ chịu nén .......................................................................56 3.3.4. Xác đinh ̣ độ co ngót ....................................................................................57 3.4. TỔNG HỢP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐINH MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ ̣ CỦA VỮ A LIÊN KẾT ..................................................................................................58 3.4.1. Đố i với vữa lỏng .........................................................................................58 3.4.2. Đố i với vữa lỏng có cát ...............................................................................64 3.4.3. Đố i với vữa tự lèn .......................................................................................68 3.4.4. Kế t quả đo co ngót của vữa ........................................................................73 3.5. SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ VỮA LIÊN KẾT VỚI VỮA XI MĂNG THÔNG THƯỜNG VÀ CÁC LOẠI VỮA LIÊN KẾT KHÁC ..................................................74 3.5.1. Về nguồn vật liệu chế ta ̣o vữa liên kế t .......................................................74 3.5.2. Về các chỉ tiêu cơ lý của vữa liên kế t .........................................................74 3.5.3. Về giá thành của vữa liên kế t......................................................................75 3.5.4. Về khả năng ứng dụng của vữa liên kế t trong xây dựng ............................ 76 3.5.5. Về tác động môi trường khi sử du ̣ng vữa liên kêt ......................................77 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .......................................................................................77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................79 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH ỨNG DỤNG TRONG THI CÔNG KẾT CẤU BÊ TÔNG Ho ̣c viên: Nguyễn Hữu Hâ ̣u Chuyên ngành: Kỹ thuâ ̣t XDCT DD & CN Mã số : 60.58.02.08 Khóa: 31 Trường Đa ̣i ho ̣c Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắ t - Ngày nay,viê ̣c sử du ̣ng vữa cường đô ̣ cao, đóng rắ n nhanh để thi công mố i nố i cho các cấ u kiê ̣n lắ p ghép; cho phầ n thi công trước và sau; sửa chữa, xử lý công triǹ h,…là giải pháp thi công cầ n thiế t nhằ m rút ngắ n thời gian thi công và giảm giá thành công trình. Hiê ̣n nay, một số loại vữa liên kế t có thể đáp ứng cơ bản các yêu cầ u của mố i nố i liên kế t, chủ yế u do các hañ g sản xuấ t hóa chấ t xây dựng có thương hiê ̣u trên thi ̣ trường cung cấ p như: Sika, Mapei.... Tuy nhiên, các loa ̣i vữa này thường có giá thành cao, đô ̣c quyề n sản xuấ t và cung cấ p, thời gian đóng rắ n chưa đáp ứng yêu cầ u. Do đó, nghiên cứu, chế ta ̣o loa ̣i vữa liên kế t cường đô ̣ cao, đóng rắ n nhanh, kế t hơ ̣p sử du ̣ng nguồ n phế thải công nghiê ̣p (tro bay) rẻ tiề n ta ̣i điạ phương, vừa đáp ứng đươ ̣c nhu cầ u sử du ̣ng, giảm giá thành sản phẩ m, vừa giảm thiể u ô nhiễm môi trường là hế t sức cầ n thiế t và có ý nghiã thực tiễn. Nghiên cứu này khái quát quy triǹ h thiế t kế thành phầ n cấ p phố i và chế ta ̣o vữa kế t hơ ̣p với thực nghiê ̣m đố i với 2 loa ̣i vữa là vữa lỏng và vữa tự lèn. Từ lý thuyế t và kế t quả thực nghiê ̣m, tác giả đã lựa cho ̣n đươ ̣c cấ p phố i vữa tố i ưu nhấ t, đảm bảo yêu cầ u của đề tài về cường đô ̣ và thời gian đóng rắ n. Các phân tić h, đánh giá kế t quả đa ̣t đươ ̣c và đưa ra hướng nghiên cứu tiế p theo đã được trình bày chi tiết trong phần kết luận và kiến nghị. Từ khóa – Vữa liên kế t; Cường đô ̣ cao; Đóng rắ n nhanh; Vữa lỏng; Vữa tự lèn. RESEARCH ON PRODUCTION OF HIGH STRENGTH – RAPID CURING MORTAR FOR APPLICATION IN CONSTRUCTION OF CONCRETE STRUCTURE Abstract - Today, the use of high-strength and rapid curing mortar for construction of the joints in precast structural elements; for pre and post construction; repair and handling of work, etc. is a required construction solution to reduce performance time and lower work price. At present, some types of mortar in the market could fundamentally meet the requirement of joints such as: Sika, Mapei, etc. Such types of mortar, however, are often high cost, exclusive in production and supply, with unqualified curing time. Therefore, research and production of high-strength and fast curing mortar, combined using cheap local industrial waste (ash), not only meeting the demand of use, reducing product price, but also minimizing environmental pollution, is essential and significant in practice. This research focuses on investigating 2 types of mortar which are grout and self compacted. From theoretical and empirical results, the researcher has selected the best mortar proportion, ensuring the requirements by the research on the strength and curing time. Analysis and evaluations on attained results and further research are detailed in the conclusion and recommendation. Key words – Mortar; High-strength; Fast curing; Grout; Self compacted mortar. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng 9 2.2. Thành phần hạt của cát 15 2.3. Hàm lượng các tạp chất trong cát 15 2.4. Hàm lượng ion Cl- trong cát 15 2.5. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, 20 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion 2.6. sunfat, ion cloruavà cặn không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng vữa 20 2.7. Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của vữa 21 2.8. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây 24 2.9. Kế t quả đô ̣ chảy và Rn của vữa lỏng thử nghiê ̣m N/X=0,32 28 2.10. Kế t quả đô ̣ chảy và Rn của vữa lỏng thử nghiê ̣m N/X=0,33 29 2.11. Kế t quả đô ̣ chảy và Rn của vữa lỏng thử nghiê ̣m N/X=0,34 31 2.12. Cấ p phố i chính thức của vữa lỏng (tính cho 1m3 vữa) 33 2.13. Cấ p phố i vữa lỏng tố i ưu (tính cho 1m3 vữa) 33 2.14. 3 34 2.15. Cấ p phố i vữa lỏng có 10% cát (tiń h cho 1m vữa) Các cấ p phố i vữa lỏng có cát (tính cho 1m3 vữa) 34 2.16. Kế t quả đô ̣ chảy và Rn của vữa tự lèn thử nghiê ̣m N/B=0,25 35 2.17. Kế t quả đô ̣ chảy và Rn của vữa tự lèn thử nghiê ̣m N/B=0,26 36 2.18. Kế t quả đô ̣ chảy và Rn của vữa tự lèn thử nghiê ̣m N/B=0,27 38 2.19. Các cấ p phố i chin ́ h thức của vữa tự lèn (tin ́ h cho 1m3 vữa) 40 Số hiệu Tên bảng bảng 2.20. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. Cấ p phố i vữa tự lèn tố i ưu (tiń h cho 1m3 vữa) Kế t quả thí nghiê ̣m xác định chỉ tiêu cơ lý của xi măng Sông Gianh – PC50 Kế t quả thí nghiê ̣m xác định chỉ tiêu cơ lý của cát Hòa Khánh Thành phầ n ha ̣t của cát Chỉ tiêu cơ lý của tro bay Nông Sơn Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,30 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,31 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,32 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,33 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,34 Trang 40 43 45 45 47 58 59 60 60 61 3.10. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,35 61 3.11. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng với N/X=0,36 62 3.12. Tổng hợp kế t quả thí nghiê ̣m chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng 62 3.13. Cấ p phố i vữa lỏng tố i ưu nhấ t (tính cho 1m3 vữa) 64 3.14. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng có 10% cát 64 3.15. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng có 20% cát 65 3.16. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng có 30% cát 65 3.17. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa lỏng có 40% cát 66 3.18. Tổng hợp kế t quả thí nghiê ̣m chỉ tiêu cơ lý của vữa 66 Số hiệu Tên bảng Trang lỏng có cát Các cấ p phố i vữa lỏng có cát tố i ưu (tính cho 1m3 vữa) 68 bảng 3.19. 3.20. 3.21. 3.22. 3.23. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa tự lèn N/B=0,24 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa tự lèn N/B=0,25 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa tự lèn N/B=0,26 Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa tự lèn N/B=0,27 68 68 69 70 3.24. Kế t quả thí nghiê ̣m các chỉ tiêu cơ lý của vữa tự lèn N/B=0,28 70 3.25. Tổng hợp kết quả thí nghiê ̣m chỉ tiêu cơ lý của vữa tự lèn 71 2.26. Cấ p phố i vữa tự lèn tố i ưu (tiń h cho 1m3 vữa) 73 3.27. Tổng hợp kế t quả đo co ngót của vữa 73 3.28. Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ lý của các loa ̣i vữa Bảng so sánh giá thành các loa ̣i vữa (Tính cho 1m3 vữa) 74 3.29. 75 DANH MỤC CÁC HÌ NH VẼ , ĐỒ THI ̣ Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1. Mố i nố i cô ̣t với cô ̣t 4 1.2. Mố i nố i cô ̣t với dầ m 4 2.1. Cố i và cánh trô ̣n 10 2.2. Khuôn đúc mẫu vữa 10 2.3. Bay và thanh ga ̣t kim loa ̣i điể n hình 11 2.4. 11 2.5. Bố trí tải tro ̣ng để thử cường đô ̣ nén Gá đinh ̣ vi ̣điể n hình cho máy thử cường đô ̣ nén 2.6. Các loại hình dáng của khối cốt liệu 16 3.1. Xi măng Sông Gianh – PC50 42 3.2. Du ̣ng cu ̣ xác đinh ̣ khố i lươ ̣ng riêng của xi măng 43 3.3. Kim vicat xác đinh ̣ thời gian đông kế t của xi măng 43 3.4. Phơi cát trắ ng Hòa Khánh 44 3.5. Du ̣ng cu ̣ xác đinh ̣ thể tích xố p Bô ̣ sàng tiêu chuẩ n 44 45 3.8. Nhà máy nhiê ̣t điê ̣n Nông Sơn Baĩ và hồ chứa tro bay - Nhà máy nhiê ̣t điê ̣n Nông Sơn 3.9. Tro bay Nông Sơn lấ y ở baĩ thải 46 3.10. Tro bay Nông Sơn sau khi sàng 47 3.11. 47 3.12. Nước máy Đà Nẵng ta ̣i Phòng thí nghiê ̣m Logo của Công ty Sika Viê ̣t Nam 3.13. Phu ̣ gia Sika Viscocrete - 8200 và Intraplast Z-HV 48 3.14. Cân điê ̣n tử 48 3.15. 49 3.17. Biǹ h đong bằ ng thủy tinh Thùng trô ̣n vữa Trô ̣n vữa bằ ng máy trô ̣n 3.18. Khuôn đúc mẫu bằ ng thép 50 3.19. 53 3.20. Các tổ mẫu vữa vừa đúc xong Mẫu vữa sau khi tháo khuôn đúc mẫu 3.21. Mẫu vữa đươ ̣c ngâm nước sau khi tháo khuôn 54 3.22. Kiể m tra đô ̣ chảy của vữa lỏng 54 3.23. Kiể m tra đô ̣ chảy xòe của vữa tự lèn 55 3.6. 3.7. 3.16. 12 44 46 48 49 50 53 Số hiệu hình Tên hình Trang 3.24. Thiế t bi đo ̣ cường đô ̣ uố n, nén của vữa 55 3.25. Đo cường đô ̣ uố n của vữa 56 3.26. Đo cường đô ̣ nén của vữa 56 3.27. Thiế t bi đo ̣ đô ̣ co ngót của vữa 57 3.28 Đúc mẫu đo co ngót của 3 loa ̣i vữa Đo đô ̣ co ngót của vữa 58 3.29 3.30. 3.31. Biể u đồ ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu uố n và độ chảy của vữa lỏng Biể u đồ ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu nén và độ chảy của vữa lỏng 58 63 63 3.32. Biể u đồ ảnh hưởng của tỉ lệ % cát đến cường độ chịu uố n và độ chảy của vữa lỏng có cát 67 3.33. Biể u đồ ảnh hưởng của tỉ lệ % cát đến cường độ chịu nén và độ chảy của vữa lỏng có cát 67 3.34. Biể u đồ ảnh hưởng của tỉ lệ N/B đến cường độ chịu uố n và độ chảy xòe của vữa tự lèn 71 3.35. Biể u đồ ảnh hưởng của tỉ lệ N/B đến cường độ chịu nén và độ chảy xòe của vữa tự lèn 72 3.36. Biể u đồ đo co ngót của vữa 73 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Liên kế t giữa các phầ n thi công trước và sau trong thi công đổ bê tông cố t thép toàn khố i, nhấ t là ta ̣i các vi ̣trí khó liên kế t, khó đổ bê tông, khó thực hiê ̣n đầ m nén, đòi hỏi có mô ̣t loa ̣i vữa liên kế t đáp ứng đươ ̣c yêu cầ u chiụ lực và đảm bảo liên kế t tố t, có thời gian đóng rắ n nhanh. Trong công tác thi công lắ p ghép cấ u kiê ̣n bê tông cố t thép đúc sẵn, viê ̣c sử dụng vữa liên kế t làm mối nối cũng giúp đảm bảo khả năng chịu lực tố t giữa các cấ u kiê ̣n lắ p ghép, đồ ng thời, rút ngắ n thời gian chờ vữa liên kế t đa ̣t cường đô ̣ để có thể thi công các kế t cấ u khác. Hiê ̣n nay, một số loại vữa liên kế t có thể đáp ứng cơ bản các yêu cầ u của mố i nố i liên kế t, chủ yế u do các hañ g sản xuấ t hóa chấ t xây dựng có thương hiê ̣u trên thi ̣ trường cung cấ p như: Sika (vữa Sikagrout 214-11; Sikagrout GP), Mapei (Mapefill GP), vữa rót của Viện Khoa học Công nghệ xây dựng (Victa-Grout; GM-F; AC-Grout) ... Tuy nhiên, các loa ̣i vữa này thường có giá thành cao, đô ̣c quyề n sản xuấ t và cung cấ p, thời gian đóng rắ n chưa đáp ứng yêu cầ u, cường độ nén trung bình đạt từ 60MPa đến 70MPa. Nghiên cứu, chế ta ̣o loa ̣i vữa liên kế t cường đô ̣ cao, đóng rắ n nhanh, bằng cách sử du ̣ng nguồ n vâ ̣t liê ̣u rẻ tiề n ta ̣i điạ phương, vừa đáp ứng đươ ̣c nhu cầ u sử du ̣ng, giảm giá thành sản phẩ m, tâ ̣n du ̣ng đươ ̣c nguồ n thải ta ̣i điạ phương như tro bay, xỉ than, bột gỗ giúp giảm thiể u ô nhiễm môi trường do các nguồ n thải gây ra là hế t sức cầ n thiế t và có ý nghiã thực tiễn. Chính vì thế, đề tài “Nghiên cứu chế tạo vữa liên kết cường độ cao - đóng rắn nhanh ứng dụng trong thi công kết cấu bê tông” là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có tính thời sự, cần được nghiên cứu. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu chế ta ̣o vữa liên kế t cường độ cao - đóng rắn nhanh từ một số loại vật liệu như xi măng, nước, phu ̣ gia, tro bay, với các tin ́ h năng vươ ̣t trô ̣i sau đây: + Đô ̣ chảy tối ưu, dễ thi công; + Không bi ̣tách nước, không bi ̣phân tầ ng; + Tố c đô ̣ đóng rắ n nhanh, sớm đa ̣t cường đô ̣ yêu cầ u; + Đa ̣t cường đô ̣ cao sau khi đóng rắ n (mác trên 60MPa); + Đảm bảo đô ̣ liên kế t tố t với bê tông và cố t thép; + Không co ngót; + Không đô ̣c ha ̣i. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vữa liên kết cường độ cao - đóng rắn nhanh, bao gồ m hai loa ̣i là vữa lỏng và vữa tự lèn. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo và xác định mô ̣t số chỉ tiêu cơ lý của vữa liên kết cường độ cao - đóng rắn nhanh thực hiện trong phòng thí nghiệm. 4. Nội dung nghiên cứu - Tổ ng quan về vữa liên kế t. - Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của vữa liên kế t; phương pháp xác đinh ̣ các chỉ tiêu cơ lý của vữa liên kết. - Tính toán cấ p phố i thành phầ n vữa liên kết. - Triể n khai đúc mẫu thử nghiê ̣m trên nhiề u cấ p phố i vữa liên kế t và tiế n hành thí nghiê ̣m xác đinh ̣ các chỉ tiêu cơ lý để tìm ra cấ p phố i vữa tố i ưu nhấ t. - Đề xuấ t, kiế n nghi.̣ 5. Phương pháp nghiên cứu - Phân tích lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về vữa liên kết dựa trên các tài liệu liên quan về vật liệu xây dựng. Từ đó, tính toán thiế t kế cấp phối vữa liên kết; xác định các chỉ tiêu cơ lý và tính toán khả năng chịu lực của vữa liên kết. - Phương pháp thực nghiệm: Trên cơ sở phân tích lý thuyết, tiến hành chế tạo vữa liên kết tại phòng thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của vữa liên kết. - So sánh, đánh giá: So sánh vữa liên kết đang nghiên cứu với các loại vữa khác trên thị trường về chỉ tiêu cơ lý, khả năng ứng dụng, giá thành của vữa liên kết. 6. Cấ u trúc của luận văn Luận văn gồm các phần sau: - Mở đầu. - Chương 1 - Tổ ng quan về vữa liên kế t cường đô ̣ cao – đóng rắ n nhanh. - Chương 2 - Cơ sở lý thuyế t về tin ́ h toán, thiế t kế cấ p phố i vữa liên kế t cường đô ̣ cao – đóng rắ n nhanh. - Chương 3 - Thí nghiê ̣m chế ta ̣o và xác đinh ̣ các chỉ tiêu cơ lý của vữa liên kế t cường đô ̣ cao – đóng rắ n nhanh. - Kết luận và kiế n nghi.̣ - Tài liê ̣u tham khảo. - Quyế t đinh ̣ giao đề tài luâ ̣n văn. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VỮA LIÊN KẾT CƯỜNG ĐỘ CAO - ĐÓNG RẮN NHANH 1.1. TỔNG QUAN 1.1.1. Giới thiệu về vữa liên kết cường độ cao - đóng rắn nhanh Vữa liên kế t cường đô ̣ cao - đóng rắ n nhanh là loa ̣i vữa có cường đô ̣ chiụ nén lớn hơn hoă ̣c bằ ng 35 MPa và tố c đô ̣ phát triể n cường đô ̣ chiụ nén ở đô ̣ tuổ i 7 ngày lớn hơn hoă ̣c bằ ng 75% cường đô ̣ chiụ nén ở đô ̣ tuổ i 28 ngày. Vữa liên kết cường độ cao - đóng rắn nhanh là loại vật liệu với thành phần gồm chất kết dính (xi măng cường đô ̣ cao, đóng rắ n nhanh), nước, cốt liệu nhỏ (cát hoă ̣c tro bay, ...) và phụ gia. Các thành phần này được nhào trộn theo tỷ lệ thích hợp, khi mới nhào trộn hỗn hợp có tính dẻo gọi là hỗn hợp vữa, sau khi đóng rắn, nó có khả năng chịu lực và khả năng liên kết giữa các cấu kiện xây dựng, đươ ̣c go ̣i là vữa liên kế t. Thành phần hỗn hợp vữa liên kế t phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc, vữa phải đạt được những tính chất cho trước về cường độ, độ chống thấm, khả năng din ́ h bám, tính co ngót v.v... Phụ gia có tác dụng cải thiện tính chất của hỗn hợp vữa và vữa liên kế t như tăng đô ̣ linh đô ̣ng, tăng khả năng phát triể n cường đô ̣ và giảm thời gian đóng rắ n,.. Trong thành phầ n vữa liên kế t chỉ có cốt liệu nhỏ, do đó, lượng nước để nhào trộn vữa cần lớn hơn so với bê tông. Mă ̣c dù vữa liên kế t không có cốt liệu lớn so với bê tông nhưng đinh ̣ hướng nghiên cứu là sẽ ta ̣o ra mô ̣t loa ̣i vữa có cường đô ̣ cao (Mác trên 60MPa), sử du ̣ng trong viê ̣c thi công các mố i nố i liên kế t của các cấ u kiê ̣n bê tông lắ p ghép, các mố i nố i giữa phầ n thi công trước và sau, đinh ̣ vi ̣ bu lông, ... Ngoài ra, thời gian đóng rắ n đa ̣t cường đô ̣ yêu cầ u của vữa liên kế t dự kiế n từ 5 ngày đế n 7 ngày giúp đẩ y nhanh tiế n đô ̣ thi công phầ n tiế p theo và rút ngắ n thời gian thi công hoàn thành công trình. Mô ̣t số hin ̀ h ảnh minh ho ̣a về các mối nối cần sử du ̣ng vữa liên kế t cường đô ̣ cao – đóng rắ n nhanh để xử lý như trong các Hình 1.1 và Hình 1.2: 4 Hình 1.1. Mố i nố i cột với cột Hình 1.2. Mố i nố i cột với dầ m Trong giới ha ̣n của đề tài, tác giả chỉ nghiên cứu hai loa ̣i vữa liên kế t cường đô ̣ cao – đóng rắ n nhanh, đó là: Vữa liên kế t dạng lỏng (vữa lỏng): Thành phầ n bao gồ m xi măng cường đô ̣ cao, nước, phu ̣ gia và cát (nế u có) với đô ̣ chảy cao, có thể rót, phun, bơm đươ ̣c. Vữa liên kế t tự lèn (vữa tự lèn): Thành phầ n bao gồ m xi măng cường đô ̣ cao, nước, phu ̣ gia và tro bay. Đây là loa ̣i vữa có khả năng tự chảy dưới trọng lượng bản thân và tự lấ p đầy hoàn toàn các khoảng trống trong cốp pha, thậm chí trong cả những nơi dầy đặc cốt thép mà không cần bất cứ tác động cơ học nào vẫn đảm bảo độ chặt, tính đồng nhất. 1.1.2. Các chỉ tiêu cơ lý của vữa và hỗn hợp vữa liên kế t - Độ lưu động của hỗn hợp vữa liên kế t. - Cường độ chịu lực của vữa liên kế t. - Tính bám dính của vữa liên kế t. - Tính chống thấm của vữa liên kế t. - Tính co ngót của vữa liên kế t. 1.1.3. Thực trạng sử dụng vữa liên kế t cường độ cao - đóng rắn nhanh tại Việt Nam và trên Thế giới Viê ̣c ra đời và phát triể n của các chấ t phu ̣ gia xây dựng đã thúc đẩ y viê ̣c nghiên cứu, chế ta ̣o vữa liên kế t cường đô ̣ cao – đóng rắ n nhanh. Phu ̣ gia là những hợp chất hay hỗn hợp các hợp chất chất vô cơ, hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp mà khi cho một lượng nhỏ vào hỗn hợp bê tông hay vữa xi măng sẽ làm thay đổi tính chất 5 công nghệ của bê tông, của vữa, trong đó, có tiń h chấ t đóng rắ n nhanh và phát triể n cường đô ̣ theo ý muố n. 1.1.3.1. Trên thế giới [17] Từ những năm cuố i thế kỷ 19, người ta đã bắ t đầ u nghiên cứu, chế ta ̣o chấ t phu ̣ gia dùng cho bê tông. Người ta sử dụng các phụ gia khác nhau để có thể chế tạo ra hỗn hơ ̣p vữa bê tông có cường độ đặc biệt cao, đảm bảo tính lưu đô ̣ng và có độ đặc chắ c, tăng cường khả năng chống thấm và điều chỉnh thời gian ninh kết, đồ ng thời, ha ̣ giá thành sản phẩ m. Một bước tiến quan tro ̣ng trong nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông là sự ra đời của phụ gia siêu dẻo - là phụ gia hóa dẻo thế hệ hai, đến nay, có hai loại phụ gia siêu dẻo (theo ASTM C494 type F & G) được sử dụng phổ biến trên cơ sở Naphtalen sunphonat foocmandehit (NSF) do Nhật bản tổng hợp đầu tiên năm 1964 và Melamin foocmanđehit sunfonat (MSF) do Cộng hòa liên bang Đức chế tạo năm 1972. Từ đó đế n nay, viê ̣c sử dụng phụ gia siêu dẻo kết hợp với xi măng mác cao và cốt liệu chọn lọc, đã chế tạo ra các loa ̣i vữa chất lượng cao, có cường độ cao, đóng rắ n nhanh và độ bền đặc chắc, khả năng chố ng thấ m tố t. Các nước phát triển đi đầu trong việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng phụ gia hoá học. Trong đó, nước Mỹ đi đầ u trong viê ̣c sử dụng phụ gia hóa dẻo để sản xuất bê tông hàng loa ̣t cho các công trình xây dựng. Ở Canada, từ năm 1987, dùng phụ gia siêu dẻo chế tạo bê tông đạt cường độ 80MPa để xây dựng tòa nhà chọc trời ở Toronto, đến nay, 100% sản lượng bê tông của nước này có sử dụng phu ̣ gia hóa ho ̣c. Các nước Anh và Pháp hợp tác xây dựng đường hầm xuyên biển Măng-sơ dùng phụ gia siêu dẻo DURCIPLAST và HR401 của Sika chế tạo hàng triệu m3 bê tông có cường độ lớn hơn 60MPa. Ở Pháp, người ta triển khai nhiề u dự án có sử du ̣ng bê tông chất lượng cao (1986-1990) và đã hình thành một mạng lưới gồm 15 trung tâm chế tạo bê tông chất lượng cao trộn sẵn có sử dụng phụ gia siêu sẻo DURCIPLAST trên cơ sở MSF, đạt cường độ 60-100MPa. Tại Nhật bản, 100% bê tông có sử dụng phu ̣ gia hóa ho ̣c, lượng dùng phụ gia các loại ước tính đến 1triệu tấn/năm. Tại Trung Quốc, từ 1980 đã chế tạo bê tông cường độ từ 50-70MPa từ xi măng Pooclăng thông dụng, phụ gia hóa dẻo và Silicafume để thi công các kết cấu chịu lực (cột, dầm) của nhà cao tầng từ 60-216m ở Bắc Kinh, Thẩm Quyến, Thượng Hải. 1.1.3.2. Ta ̣i Viê ̣t Nam [17] Ở nước ta, việc nghiên cứu và sử dụng phụ gia hóa học cho bê tông xây dựng được thực hiện từ những năm 60 của thế kỷ 20, đánh dấu bằng việc nghiên cứu sử dụng phụ gia cho công trình thủy điện Thác Bà với sự giúp đỡ của Liên Xô cũ. 6 Năm 1977, Viện Khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t Xây dựng nghiên cứu chế tạo phụ gia hóa dẻo từ dịch kiềm đen của nhà máy giấy, sản phẩm ở dạng bột, dẻo, lỏng với tên thương phẩm là LHD (K,D,L). Tiếp đó nghiên cứu phụ gia hóa dẻo LK-1 trên cơ sở biến tính dịch kiềm đen và phụ gia siêu dẻo COSU nhằm nâng cao cường độ và khả năng chống thấm của bê tông. Các loại phụ gia trên được sử dụng rộng rãi vào các công trình xây dựng. Từ đó, nhiều đơn vị thuộc nhiều ngành khác nhau đã tiến hành nghiên cứu và cho ra đời nhiều sản phẩm phu ̣ gia hóa ho ̣c sử dụng rộng rãi cho các công trình xây dựng. Tháng 4/1996, Công ty trách nhiệm hữu hạn MBT Việt Nam (Master Builder Technologies) xin được phép đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Thuận An, tỉnh Bình Dương với 100% vốn nước ngoài (Thụy Sĩ). Tháng 6/1996, Công ty TNHH Sika Việt Nam được phép đầu tư nhà máy sản xuất phụ gia bê tông và hóa chất xây dựng tại khu Công nghiệp Nhơn Trạch, Đồng Nai với 100% vốn nước ngoài là 4,7 triệu USD có công suất 15.400tấn/năm. Tiếp đó, nhiều công ty khác như GRAGE (My)̃ , Fosroc (Anh), SKW (Đức) và Mapei (Ý),… đã ào ạt đưa vào thị trường trong nước hàng loạt sản phẩm phụ gia bê tông dưới nhiều tên thương phẩm khác nhau, tạo nên bộ mặt thị trường hoá phẩm sôi động. Nhiều cơ sở trong nước đã mạnh dạn đầu tư nghiên cứu và đưa ra thị trường nhiều sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau như: PLACC- 02A, Selfill (liên hiệp quang hoá điện tử) ; BENIT- 1, BENIT- 2, BENIT- 3 (Viện KHKT thuỷ lợi) từ khoáng sét tự nhiên; PUZÔLIT, PA (CIENCO 1); LK1, ICT Super (viện KHCNXD) từ dịch kiềm đen v.v… Hiê ̣n nay, đa số các hañ g phu ̣ gia có mă ̣t ta ̣i Viê ̣t Nam đề u có sản phẩ m vữa rót cường đô ̣ cao, đóng rắ n nhanh như hañ g Sika, Mapei, MBT, Grace, Skw, Bestmix, Bifi, Mova, Vinkems, GM-F của Viện KHCN xây dựng, Saca-G của Viê ̣n Vâ ̣t liê ̣u xây dựng … 1.2. PHÂN LOẠI VỮ A LIÊN KẾT 1.2.1. Phân loại theo chấ t kế t dính để chế tạo vữa - Vữa xi măng. - Vữa vôi. - Vữa thạch cao. - Vữa hỗn hợp (xi măng - vôi; xi măng - đất sét). 1.2.2. Phân loại theo phụ gia sử dụng trong vữa - Vữa liên kế t sử du ̣ng phu ̣ gia Sika (Thu ̣y Sy)̃ . 7 - Vữa liên kế t sử du ̣ng phu ̣ gia Mapei (Ý). - Vữa liên kế t sử du ̣ng phu ̣ gia MBT (Thu ̣y Sy)̃ . - Vữa liên kế t sử du ̣ng phu ̣ gia Grace (My)̃ . - Vữa liên kế t sử du ̣ng phu ̣ gia Fosroc (Anh). - Vữa liên kế t sử du ̣ng phu ̣ gia SKW (Đức). 1.2.3. Phân loại theo khối lượng thể tích - Vữa liên kế t nhẹ ρv ≤1500 kg/m3; - Vữa liên kế t nặng ρv > 1500 kg/m3. 1.2.4. Phân loại theo công dụng - Vữa liên kế t mố i nố i: Vữa sử du ̣ng để thi công các mố i nố i liên kế t trong xây dựng, để thi công liên kế t phầ n bê tông cũ và mới. - Vữa liên kế t sửa chữa: Vữa dùng để sửa chữa các khuyế t tâ ̣t trong quá trình thi công hoă ̣c các vế t nứt, các vi ̣trí hư hỏng trong quá triǹ h sử du ̣ng công triǹ h. 1.2.5. Phân loại theo cường độ - Vữa liên kế t M50. - Vữa liên kế t M60. - Vữa liên kế t M70. - Vữa liên kế t M80. - Vữa liên kế t M90. 1.2.6. Phân loa ̣i theo phương pháp thi công - Vữa lỏng: Là vữa liên kế t ở da ̣ng lỏng, có đô ̣ linh đô ̣ng đảm bảo có thể bơm, phun, rót được. - Vữa tự lèn: Là vữa liên kế t ở da ̣ng sê ̣t, có khả năng tự chảy dưới trọng lượng bản thân và tự lấ p đầy hoàn toàn các khoảng trống trong cốp pha, thậm chí trong cả những nơi dầy đặc cốt thép mà không cần bất cứ tác động cơ học nào vẫn đảm bảo độ chặt, tính đồng nhất. - Vữa thi công bằ ng thủ công: Là vữa liên kế t có các thành phầ n vâ ̣t liê ̣u ở da ̣ng rời, khi triể n khai thi công thì trô ̣n chúng la ̣i với nhau theo cấ p phố i đã đinh ̣ sẵn ngay ta ̣i công trường để thành hỗn hơ ̣p vữa, có thể thi công ta ̣i chỗ. 1.2.7. Phân loa ̣i theo phương pháp sản xuấ t - Vữa khô: Vữa đã đươ ̣c chế ta ̣o và đóng gói sẵn ở da ̣ng khô như xi măng, khi đưa vào sử du ̣ng, chỉ cầ n trô ̣n với nước ta ̣o thành hỗn hơ ̣p vữa để thi công đươ ̣c. 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Qua nô ̣i dung triǹ h bày tổ ng quan về vữa liên kế t cường đô ̣ cao - đóng rắ n nhanh