Tài liệu Nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong môi trường nước biển và nước ngọt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN NHẬT LONG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN NHẬT LONG NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60580208 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học PGS.TS. TRƯƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng – Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Phan Nhật Long ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i MỤC LỤC ................................................................................................................. ii TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................v DANH MỤC KÝ HIỆU .......................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG.......................................3 1.1. THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG .................................3 1.1.1. Thành phần của bê tông............................................................................3 1.1.2. Cấu trúc của bê tông .................................................................................3 1.1.3. Các loại bê tông ........................................................................................5 1.2. VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ .................................6 1.2.1. Phân loại thủy tinh ....................................................................................6 1.2.2. Tính chất cơ lý của thủy tinh ....................................................................6 1.3. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG .............................................................................8 1.3.1. Cường độ chịu nén ...................................................................................8 1.3.2. Cường độ chịu kéo .................................................................................10 1.3.3. Nhân tố quyết định cường độ của bê tông ..............................................11 1.3.4. Sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian .................................12 1.4. GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ GIÁ TRỊ TIÊU CHUẨN CỦA CƯỜNG ĐỘ ....14 1.4.1. Giá trị trung bình ....................................................................................14 1.4.2. Độ lệch quân phương, hệ số biến động ..................................................14 1.4.3. Giá trị đặc trưng......................................................................................15 1.4.4. Giá trị tiêu chuẩn ....................................................................................15 1.4.5. Giá trị tính toán .......................................................................................15 1.5. CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC CỦA BÊ TÔNG........................................................15 1.5.1. Mác theo cường độ chịu nén ..................................................................15 1.5.2. Mác bê tông theo cường độ chịu kéo .....................................................16 1.5.3. Cấp độ bền chịu nén B ...........................................................................16 1.5.4. Cấp độ bền chịu kéo Bt ...........................................................................16 iii 1.5.5. Mác theo khả năng chống thấm ..............................................................16 1.5.6. Mác theo khối lượng riêng .....................................................................16 1.6. ĂN MÒN HÓA HỌC BÊ TÔNG ......................................................................17 1.6.1. Ăn mòn hòa tan ......................................................................................17 1.6.2. Ăn mòn cacbonic ....................................................................................18 1.6.3. Ăn mòn axit ............................................................................................18 1.6.4. Ăn mòn magie ........................................................................................18 1.6.5. Ăn mòn phân khoáng .............................................................................18 1.6.6. Ăn mòn sulphate .....................................................................................18 1.6.7. Ăn mòn của các chất hữu cơ ..................................................................19 1.6.8. Ăn mòn do kiềm .....................................................................................19 1.7. KẾT LUẬN ........................................................................................................19 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG ...............................................20 2.1. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG ........................................................20 2.1.1. Xi măng ..................................................................................................20 2.1.2. Nước trộn bê tông ...................................................................................21 2.1.3. Cốt liệu mịn ............................................................................................22 2.1.4. Cốt liệu thô (thay đá dăm bằng thủy tinh) ..............................................25 2.2. TÍNH CHẤT VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ...........................26 2.2.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông ........................................................26 2.2.2. Cường độ của bê tông .............................................................................30 2.3. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG THEO TCVN 3118-1993 ..........................................................................................31 2.3.1. Thiết bị thử .............................................................................................31 2.3.2. Chuẩn bị mẫu thử ...................................................................................32 2.3.3. Tiến hành thử ..........................................................................................33 2.4. KẾT LUẬN ........................................................................................................33 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..................................................34 3.1. THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN CỐT LIỆU ......................................................34 3.1.1. Thành phần cát .......................................................................................34 3.1.2. Cốt liệu thuỷ tinh ....................................................................................35 3.1.3. Nước biển (sử dụng để bảo dưỡng) ........................................................39 3.1.4. Thành phần cấp phối đúc mẫu thí nghiệm .............................................40 iv 3.2. QUI TRÌNH ĐÚC MẪU, BẢO DƯỠNG, THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ ......41 3.2.1. Quy trình đúc mẫu bê tông .....................................................................41 3.2.2. Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm (TCVN 8828-2011) ...................................41 3.2.3. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông ............................42 3.3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM ...............................................................43 3.4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU BÊ TÔNG THUỶ TINH .....................46 3.5. NHẬN XÉT .......................................................................................................49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................51 v TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Học viên: Phan Nhật Long Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Bê tông là loại vật liệu đang được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng, xây dựng cầu, đường. Thông qua chất lượng bê tông có thể đánh giá chất lượng của toàn bộ công trình. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày càng có nhiều nghiên cứu chế tạo ra các loại bê tông khác nhau, phù hợp với đặc tính của từng kết cấu công trình, môi trường làm việc… trong đó có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông từ các nguồn rác thải tái chế. Việc sử dụng bê tông cốt liệu thủy tinh (nguồn chất thải rắn trong đó có thủy tinh y tế) là loại vật liệu sẽ đóng góp đáng kể cho việc xử lý môi trường chất thải. Vấn đề đặt ra hiện nay là xác định sự phát triển cường độ của vật liệu này trong các môi trường khác nhau để từ đó có sự lựa chọn sử dụng phù hợp trong thực tế xây dựng. Từ khóa - bê tông thuỷ tinh; rác thải thuỷ tinh; tái chế thuỷ tinh; cường độ bê tông; sự phát triển cường độ bê tông. RESEARCH THE DEVELOPMENT STRENGTH OF GLASS CONCRETE IN SEAWATER AND FRESHWATER. Abstract - Concrete is a popular material using in civil engineering, bridge and road construction. The construction quality can be evaluated by concrete performance. Nowadays, there are the high developments in Science and Technology to study and apply many kinds of concrete which are suitable with structure and environment of constructions include reusing the waste materials. The use of glass in concrete (including medical glass) as aggregate will significantly contribute to reduce the impact to environment. The problem is that determining the strength development of this material in different environments to make suitable choice for this material in the real construction. Key words - glass concrete; waste glass; recycle glass; strength of concrete; the development strength of concrete. vi DANH MỤC KÝ HIỆU Bn Mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng nước ngọt Bnb Mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng nước biển M1 ; M2 ; M3 Mẫu thử số 1, số 2, số 3 R3; R7; R14; R28 Cường độ mẫu thử tại thời điểm 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1. Bảng chọn mác xi măng theo mác bê tông 20 2.2. Khống chế lượng xi măng tối thiểu cho 1m3 bê tông 20 2.3. Các chi tiêu cơ lý của xi măng pooc lăng hỗn hợp 21 2.4. Chỉ tiêu thành phần hạt của cát 24 2.5. Bảng phân loại nhóm cát 24 2.6. Yêu cầu thành phần hạt cốt liệu lớn 25 2.7. Bảng chọn kích thước khuôn theo kích thước cốt liệu 27 2.8. Bảng chỉ tiêu độ lưu động và độ cứng 30 2.9. Bảng quy định kích thước viên mẫu thí nghiệm cường độ 30 2.10. Bảng hệ số chuyển đổi K 31 3.1. Bảng số liệu thí nghiệm thành phần hạt của cát 34 3.2. Các chỉ tiêu cơ lý của cát thí nghiệm 35 3.3. Thành phần hạt của cốt liệu lớn 39 3.4. So sánh một số thông số của vùng biển Đà Nẵng và các khu vực 39 3.5. Các thành phần chủ yếu của nước biển 40 3.6. Bảng thành phần cấp phối thí nghiệm 41 3.7. Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 46 3.8. Bảng tính giá trị cường độ mẫu thí nghiệm 46 3.9. Bảng so sánh sự phát triển cường độ của bê tông 47 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén 9 1.2. Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 10 1.3. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo 11 1.4. Đồ thị sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian 12 2.1. Biểu đồ quy định thành phần hạt của cát 23 2.2. Biểu đồ xác định nhóm cát 24 2.3. Biểu đồ quy định thành phần hạt của cốt liệu lớn 26 2.4. Khuôn nón cụt thí nghiệm độ sụt bê tông 27 2.5. Quy trình kiểm tra độ sụt hỗn hợp bê tông 28 2.6. Độ sụt của hỗn hợp bê tông 28 2.7. Mô hình thiết bị kiểm tra độ cứng hỗn hợp bê tông 29 2.8. Mô hình thiết bị thí nghiệm cường độ chịu nén 32 3.1. Biểu đồ thành phần hạt của cát thí nghiệm 34 3.2. Thùng chứa, túi đựng thủy tinh thải y tế 35 3.3. Chai lọ thủy tinh trước khi xử lý 36 3.4. Dụng cụ bảo hộ xử lý chai lọ thuỷ tinh 36 3.5. Tháo nắp và vệ sinh chai thuỷ tinh 37 3.6. Đập nhỏ chai thuỷ tinh y tế 38 3.7. Thuỷ tinh sau khi xử lý 38 3.8. Sàng phân loại thuỷ tinh 43 3.9. Thí nghiệm xác định khối lượng riêng thể tích cốt liệu thuỷ tinh 43 3.10. Thí nghiệm xác định thành phần cấp phối cát 43 3.11. Thí nghiệm kiểm tra độ sụt mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh 43 3.12. Đúc mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh 43 ix Số hiệu hình Tên hình Trang 3.13. Bảo dưỡng bê tông 43 3.14. Nén mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh 44 3.15. Xuất số liệu kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 44 3.16. Kết tủa muối trong quá trình bảo dưỡng bê tông 44 3.17. Nén phá huỷ mẫu bê tông cốt liệu thuỷ tinh 44 3.18. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bnb - R3 - M1 45 3.19. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bn – R3 - M1 45 3.20. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bnb – R7 - M1 45 3.21. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bn – R7 - M1 45 3.22. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bnb – R14 - M1 45 3.23. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bn – R14 - M1 45 3.24. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bnb – R28 - M1 46 3.25. Kết quả thí nghiệm nén mẫu Bn – R28 - M1 46 3.26. Biểu đồ sự phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước ngọt 47 3.27. Biểu đồ sự phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh bảo dưỡng môi trường nước biển 48 3.28. Biểu đồ so sánh sự phát triển cường độ bê tông cốt liệu thuỷ tinh trong hai môi trường bảo dưỡng 48 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay bê tông là một trong những loại vật liệu đang được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng dân dụng, xây dựng cầu, đường. Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đường khoảng 15% tổng khối lượng bê tông. Thông qua chất lượng bê tông có thể đánh giá chất lượng của toàn bộ công trình. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày càng có nhiều nghiên cứu chế tạo ra các loại bê tông khác nhau, phù hợp với đặc tính của từng kết cấu công trình, môi trường làm việc… trong đó có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông từ các nguồn rác thải tái chế. Trong điều kiện Việt Nam, hiện nay lượng chất thải rắn sinh hoạt là rất lớn, ước tính khoảng 12,8 triệu tấn/năm, trong đó lượng rác thải thủy tinh đặc biệt là lượng rác thải rắn thủy tinh y tế tại các bệnh viện là rất lớn, chiếm khoảng 0,4 – 5%. Lượng rác thải thủy tinh không nhiều như các loại rác thải khác nhưng việc thu hồi và tái chế thủy tinh mang lại nhiều lợi ích như: tái sử dụng nguyên liệu, tiết kiệm năng lượng, giảm diện tích bãi chôn lấp. Việc sử dụng bê tông cốt liệu thủy tinh (nguồn chất thải rắn trong đó có thủy tinh y tế) là loại vật liệu sẽ đóng góp đáng kể cho việc xử lý môi trường chất thải. Vấn đề đặt ra hiện nay là xác định sự phát triển cường độ của vật liệu này trong các môi trường khác nhau để từ đó có sự lựa chọn sử dụng phù hợp trong thực tế xây dựng. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong môi trường nước biển và nước ngọt” là cần thiết. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Xác định sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong 2 môi trường nước biển và nước ngọt. - So sánh, nhận xét kết quả. 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Bê tông sử dụng cốt liệu thủy tinh y tế bảo dưỡng trong môi trường nước biển và nước ngọt. - Nghiên cứu về tính chất cơ lý của bê tông cốt liệu thủy tinh. - So sánh, nhận xét các kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bê tông và thủy tinh. - Nghiên cứu thực nghiệm (thí nghiệm các mẫu bê tông cốt liệu thủy tinh được bảo dưỡng trong 2 môi trường nước biển và nước ngọt). 2 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học của đề tài là nghiên cứu, so sánh sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong các môi trường làm việc khác nhau. Nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở để so sánh các đặc tính của vật liệu trong môi trường làm việc thực tế. Từ đó rút ra kết luận kiến nghị làm cơ sở khoa học để lựa chọn và áp dụng vật liệu bê tông cốt liệu thủy tinh trong các công trình xây dựng. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm những nội dung chính như sau: MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG 1.1. THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG 1.1.1. Thành phần của bê tông Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia. Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v.v... Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông. Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi là bê tông. Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu. Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông. Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime). Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 - 20% khối lượng. Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau. Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt độ, độ ẩm. Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhược điểm: - Khối lượng riêng lớn (ρv = 2200 - 2400kg/m3) - Thời gian thi công lâu: bê tông cần thời gian để đông cứng, trong thời gian này chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết, môi trường... Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách sử dụng bê tông đúc sẵn lắp ghép hoặc bán lắp ghép. - Khả năng tái sử dụng thấp: việc tháo dỡ, vận chuyển và tái sử dụng bê tông sau khi sử dụng rất tốn kém và tiêu hao nhiều công sức. - Tốn chi phí cho hệ thống dàn giáo, ván khuôn. 1.1.2. Cấu trúc của bê tông 1.1.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông Sau khi tạo hình các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xếp chặt chẽ hơn. Cùng với sự thuỷ hoá của xi măng, cấu trúc của bê tông được hình thành. Giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thành cấu trúc. Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hoá học. Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ nước-xi măng 4 không lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn. Việc dùng xi măng và phụ gia rắn nhanh rút ngắn giai đoạn hình thành cấu trúc. Trong trường hợp cần duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông trong lúc vận chuyển cũng như thời tiết nóng có thể dùng phụ gia chậm cứng rắn. Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước 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 nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi). Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước 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 vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo. 1.1.2.2. Cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô Cấu trúc vĩ mô: Bê tông là loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp. Trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu Vcl, thể tích hồ xi măng Vh và thể tích lỗ rỗng khí Vk: Vcl + Vh+ Vk= 1. Khi thi công nếu đầm nén tốt thể tích lỗ rỗng khí sẽ giảm đi, điều đó cho phép tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm và cải thiện nhiều tính chất kỹ thuật khác. Cần lưu ý đến tỷ lệ N/X, lượng nước, lượng xi măng phải thích hợp để đảm bảo cấu trúc của bê tông được đặc chắc. Cấu trúc vi mô của bê tông được đặc trưng bằng cấu trúc của vật rắn, độ rỗng và đặc trưng của lỗ rỗng trong từng cấu tử tạo nên bê tông (cốt liệu, đá xi măng) cũng như cấu tạo của lớp tiếp xúc giữa chúng. Lượng nước nhào trộn một phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần dùng để tạo thành hồ của đá xi măng, còn một phần bị cốt liệu rỗng hút vào. Vì vậy hỗn hợp bê tông dẻo sau khi đổ khuôn còn có xảy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa. Độ bền của mối liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng phụ thuộc vào bản chất của cốt liệu, vào độ rỗng, độ nhám của bề mặt, độ sạch của cốt liệu, cũng như vào loại xi măng và độ hoạt tính của nó; vào tỷ lệ N/X và điều kiện rắn chắc của bê tông. Độ rỗng trong bê tông bao gồm những lỗ rỗng nhỏ li ti và lỗ rỗng mao quản. Độ rỗng của nó có thể lên tới 10 -15% và bao gồm: - Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gen, lỗ rỗng mao quản, lỗ rỗng do khí cuốn vào); - Lỗ rỗng trong cốt liệu; - Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu (khoảng không gian giữa các hạt cốt liệu không được chèn hồ xi măng). 5 Để nâng cao độ đặc của bê tông trong quá trình thi công cần lưu ý các biện pháp kỹ thuật để hạn chế tối đa lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu, nhờ đó có thể cải thiện cấu trúc của bê tông theo hướng có lợi. 1.1.3. Các loại bê tông 1.1.3.1. Theo dạng chất kết dính Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi), bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bêtông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt. 1.1.3.2. Theo dạng cốt liệu Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit). 1.1.3.3. Theo khối lượng thể tích Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt. Bê tông nặng ( ρv = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực. Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực. Bê tông nhẹ ( ρv = 500 - 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ). Bêtông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500 kg/m3. Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tông tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 - 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%. 1.1.3.4. Theo công dụng Bê tông kết cấu thông thường: dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn). Bê tông thủy công: dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước... Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè. Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ). Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ. 6 1.2. VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ 1.2.1. Phân loại thủy tinh Thành phần loại thông thường được dùng làm cửa kính, chai, lọ,... là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit, có thành phần gần đúng viết dưới dạng các oxit là Na2O.CaO.6SiO2Na2O.CaO.6SiO2. Thủy tinh loại này được sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở 14000C. Thủy tinh không có cấu trúc tinh thể mà là chất vô định hình, nên không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Khi đun nóng nó mềm dần rồi mới chảy, do đó có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn. Thủy tinh phân làm 2 loại chính. Đó là thủy tinh vô cơ và thủy tinh hữu cơ. 1.2.1.1. Thủy tinh vô cơ Được chia làm các loại cơ bản như sau: - Thủy tinh đơn nguyên tử: là loại thủy tinh có chứa một nguyên tố hóa học thuộc bảng 5, 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn S, Se, P. Để có được thủy tinh, người ta làm lạnh nhanh các chất nóng chảy. - Thủy tinh oxit : là loại thủy tinh từ một loại oxit hoặc các oxit. Để xác định lớp thủy tinh nào đó chú ý đến lớp tạo thành thủy tinh: B2O2 ; SiO2 ; GeO2 ;... - Thủy tinh halogen: hai halogen có khả năng tạo thủy tinh là BeF2 ; ZnCl2 ;... . Trên cơ sở đó tạo nên nhiều loại thủy tinh. - Thủy tinh hancon : là loại thủy tinh làm từ các hợp chất của S, Se, Te. - Thủy tinh hỗn hợp : đi từ hỗn hợp các chất có khả nẵng tạo tủy tinh như Oxithalogen, Oxit – hancon, Halogen – Khancon. - Thủy tinh kim loại : là một hệ hơn 2 cấu tử. Trong đó một cấu tử điển hình : Fe Pb, … còn cấu tử kia là nguyên tố chiếm vị trí trung gian giữa kim loại và chất điện môi (Si, P). 1.2.1.2. Thủy tinh hữu cơ Là một loại nhựa tổng hợp thủy tinh. Nó bao gồm các hợp chất phân tử hữu cơ mà không tuân theo bất kì nguyên tắc bố trí nào nên nó có cấu trúc vô định hình. 1.2.2. Tính chất cơ lý của thủy tinh 1.2.2.1. Độ cứng của thuỷ tinh Thủy tinh khác nhau có độ bền nén, kéo, uốn khác nhau và dao động trong một khoảng khá rộng. Độ bền nén dao động từ 3000-12000 kG/cm2. Độ bền kéo và uốn xấp xỉ nhau vì 2 dạng này có liên quan chặt chẽ nhau, thường nhỏ hơn bền nén khoảng 10-15 lần. Độ chịu va đập của thủy tinh biểu hiện một tính chất rất đặc trưng của nó là tính giòn và được đo bằng công cần thiết để phá hủy 1 đơn vị mẫu thử. 7 Độ cứng của thủy tinh dao động từ 5-7 theo thang Mohs và thủy tinh thạch anh là thủy tinh có độ cứng lớn nhất, mềm nhất là thủy tinh giàu PbO. Các tính chất cơ học này của thủy tinh phụ thuộc mạnh vào trạng thái bề mặt của mẫu thử, hình dạng mẫu, kích thước mẫu, nhiệt độ thí nghiệm và tốc độ tăng tải trọng khi thử. Nói chung độ bền cơ học của thủy tinh theo các nhà nghiên cứu khác nhau thường không giống nhau. 1.2.2.2. Tính chất nhiệt của thuỷ tinh Thủy tinh là loại vật liệu dẫn nhiệt rất kém, đây là một trong những nguyên nhân gây ra ứng suất phá hủy thủy tinh khi đốt nóng hay làm lạnh đột ngột. Thành phần hóa ảnh hưởng rất ít đến độ dẫn nhiệt. Phần lớn thủy tinh có độ dẫn nhiệt trong khoảng 0,0017 - 0,0032Cal/cm.s.oC ở nhiệt độ thường. Thủy tinh thạch anh có độ dẫn nhiệt tốt nhất, khi thêm các ôxyt khác vào độ dẫn nhiệt sẽ giảm. Ngược với độ dẫn nhiệt, tỉ nhiệt của thủy tinh phụ thuộc vào thành phần hóa và vào nhiệt độ. Trong phạm vi nhiệt độ thường thủy tinh có tỉ nhiệt vào khoảng 0,08 - 0,25Cal/g.oC. Thông thường độ chịu nhiệt được xác định bằng hiệu số nhiệt độ làm lạnh đột ngột mà thủy tinh không bị phá hủy. Để đặc trưng cho độ chịu nhiệt của thủy tinh cũng có thể dùng hệ số K xác định bằng biểu thức: K p   .E cd (1.1) Trong đó: p cường độ chịu kéo của thủy tinh ; α hệ số giãn nở nhiệt ; E môđun đàn hồi; d mật độ ; c tỉ nhiệt. Chiều dày của sản phẩm thủy tinh có ảnh hưởng đến độ chịu nhiệt của nó. Chiều dày càng lớn độ chịu nhiệt càng giảm và sản phẩm càng lớn độ bền nhiệt càng kém. Yếu tố quyết định độ bền nhiệt của thủy tinh là hệ số giãn nở nhiệt. 1.2.2.3. Các tính chất khác Thủy tinh có rất nhiều tính chất cơ lý khác nhau. Phụ thuộc vào môi trường sử dụng đặc thù mà người ta có thể thay đổi tính chất chủa nó cho phù hợp: Chịu nhiệt: một số loại thủy tinh được tạo ra từ các chất như cát silic và oxit boric khi nung ở nhiệt độ cao. Thủy tinh loại này có thể chịu được nhiệt độ cao khoảng 500 -1000oC tùy theo vật liệu chế tạo nên nó. Không thấm: Phân lớn thủy tinh đều ngăn cách với chất lỏng hay không cho chất lỏng xuyên qua do đặc tính liên kết cao và dày của các nguyên tử cấu thành. Sử dụng thích hợp để chứa chất lỏng. Chịu lực: Giống như một số vật liệu chịu lực khác. Nếu thêm các chất phụ gia hay được chế tạo đặc biệt thì thủy tinh có khả năng chịu lực rất tốt. Mỗi nguyên vật 8 liệu tạo nên thủy tinh cho nó một khả năng chịu lực riêng, có thể lên đến 9001000kg/m2. Chống ăn mòn: Khả năng nầy được ứng dụng tốt trong y tế. Đa phần được sử dụng làm vật chứa các dung môi đặc biệt là dung môi có tính ăn mòn cao như axit, bazơ,.. dễ bay hơi như chât khử khuẩn, cồn,… Cách âm: Thủy tinh còn có khả năng cách âm nhờ vào cấu tạo đặc biệt khi sản xuất. Đó là tạo nên nhiêu lỗ rỗng trong lòng thỷ tinh và được tổng hợp bởi các hợp chất đặc biệt như sét, xỉ,… Nhưng loại thủy tinh này lại không có khả năng chịu lực cao. Tính dẻo: Nếu thay đổi cấu trúc các phân tử cấu thành nên thủy tinh bằng các phân tử mang tính đàn hồi thì thủy tinh lại có khả năng mới; khả năng uốn dẻo. Tính chất này kết hợp với tính chịu lực sẽ tạo nên loại vật liệu chông va đập cực cao. Ứng dụng trong chế tạo các bộ phận bảo vệ. Khả năng tái chế: Đa phần các loại thủy tinh đều có khả năng tái chế được nếu nung nóng đến khi nóng chảy. Sau đó lại được dùng tái chế thành sản phẩm khác, việc này giúp bảo vệ môi trường rất lớn vì thủy ting không phân hủy trong môi trường tự nhiên. 1.3. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG Cường độ là chỉ tiêu quan trọng, là một đặc trưng cơ bản thể hiện khả năng chịu lực của bê tông. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Để xác định cường độ của bê tông người ta đi thí nghiệm mẫu. Thí nghiệm phá hoại là phương pháp xác định cường độ 1 cách trực tiếp và phổ biến nhất. Ngoài ra còn có thể dùng các phương pháp gián tiếp không phá hoại mẫu thử như: dùng sóng siêu âm, ép lõm viên bi trên bề mặt bê tông. 1.3.1. Cường độ chịu nén Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông. Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông. Theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm × 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết. Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²). 9 Hình 1.1. Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén Với khối trụ tròn thường có diện tích đáy A = 200 cm2; chiều cao h = 2D = 320 mm. Khi khoan mẫu từ kết cấu có sẵn thường lấy mẫu trụ tròn có đường kính D = 50 ÷ 150 mm; chiều cao h = (1÷1,5)D. Thí nghiệm bằng máy nén. Tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu bị phá hoại. Gọi lực phá hoại là P thì cường độ của mẫu là R được xác định như sau: R P A (1.2) A – diện tích tiết diện ngang của mẫu. Đơn vị tính của R thường dùng là MPa (Meega Pascan) hoặc kG/cm2 1MPa = 106 Pa = 106 N/m2= N/mm2= 9,81 kG/cm2. Bê tông thông thường có R = 5 ÷ 30 MPa. Bê tông có R > 40MPa là loại cường độ cao. Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa. Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ. Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn máy nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như Hình 1.2. Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông có ma sát.