Tài liệu Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ nước xi măng đến sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng nước biển và nước ngọt tại tỉnh khánh hòa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO THANH VŨ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ NƢỚC/XI MĂNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG NƢỚC BIỂN VÀ NƢỚC NGỌT TẠI KHÁNH HOÀ Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƢƠNG HOÀI CHÍNH Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn thạc sỹ ngành kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng & Công nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc/xi măng đến sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng nƣớc biển và nƣớc ngọt tại tỉnh Khánh Hòa" là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và 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 Cao Thanh Vũ MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 1 3. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .................................................. 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 2 6. Cấu trúc luận văn ............................................................................................... 3 CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH....... 4 1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành ...................................................... 4 1.1.1. Tổng quan về bê tông .................................................................................. 4 1.1.2. Các vật liệu cấu thành .................................................................................. 6 1.2. Nguyên lý hình thành bê tông thông qua phản ứng thủy hóa của xi măng ............. 9 1.2.1. Giai đoạn hòa tan ....................................................................................... 11 1.2.2. Giai đoạn hóa keo ...................................................................................... 11 1.2.3. Giai đoạn kết tinh ....................................................................................... 11 1.3. Một số nghiên cứu trên thế giới về ảnh hƣởng của nƣớc biển đến chất lƣợng của bê tông .......................................................................................................................... 11 1.3.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng cốt liệu khai thác từ biển để chế tạo bê tông trên thế giới và trong nƣớc ................................................................................... 11 1.3.2. Ảnh hƣởng của nƣớc biển trong quá trình chế tạo .................................... 12 1.3.3. Ảnh hƣởng của nƣớc biển trong quá trình khai thác sử dụng ................... 12 Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................................ 13 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CƠ LÝCỦA NƢỚC NGỌT, NƢỚC BIỂN VÀ SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG............................................................................................................ 14 2.1. Đặc điểm môi trƣờng biển miền Trung Việt Nam ................................................ 14 2.1.1. Đặc điểm chung ......................................................................................... 14 2.1.2. Đặc điểm ở khu vực Nha Trang – Khánh Hòa .......................................... 15 2.2. Phƣơng pháp và các chỉ tiêu cần đánh giá khi sử dụng nƣớc biển ........................ 16 2.2.1. Phƣơng pháp đánh giá ............................................................................... 16 2.2.2. Các chỉ tiêu cần đánh giá ........................................................................... 16 2.3. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén của bê tông bằng thực nghiệm (Theo TCVN 3118:1993). ................................................................................................................... 16 2.3.1. Thiết bị thử ................................................................................................. 16 2.3.2. Chuẩn bị mẫu thử ....................................................................................... 17 2.3.3. Tiến hành thử ............................................................................................. 19 2.3.4. Tính kết quả ............................................................................................... 19 2.4. Những yếu tố ảnh hƣởng đến cƣờng độ nén của bê tông ...................................... 20 2.4.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng muối chứa trong nƣớc biển ............................ 20 2.4.2. Mác xi măng và tỷ lệ X/N .......................................................................... 22 2.4.3. Hàm lƣợng và tính chất của cốt liệu .......................................................... 23 2.4.4. Cấu tạo của bê tông .................................................................................... 24 2.4.5. Phụ gia tăng dẻo ......................................................................................... 24 2.4.6. Phụ gia đông kết nhanh .............................................................................. 24 2.4.7. Cƣờng độ bê tông tăng theo thời gian ....................................................... 25 2.4.8. Điều kiện môi trƣờng bảo dƣỡng ............................................................... 26 2.4.9. Điều kiện thí nghiệm ................................................................................. 26 2.5. Mô đun đàn hồi của bê tông: ................................................................................. 26 Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................................ 27 CHƢƠNG 3. THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG NƢỚC THƢỜNG, NƢỚC BIỂN KHU VỰC NHA TRANG – KHÁNH HOÀ ............................................................................................ 29 3.1. Mục đích của thí nghiệm ................................................................................. 29 3.2. Vật liệu sử dụng để chế tạo mẫu ...................................................................... 29 3.2.1. Xi măng (Chất kết dính) ............................................................................ 29 3.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát): ...................................................................................... 30 3.2.3. Cốt liệu lớn (đá): ........................................................................................ 31 3.3. Tính toán thành phần cấp phối cho bê tông cấp B20 ............................................ 32 3.3.1. Chọn độ sụt ................................................................................................ 33 3.3.2. Xác định lƣợng nƣớc (N) cho 1m3 bê tông................................................ 34 3.3.3. Xác định tỉ số chất kết dính/nƣớc (X/N).................................................... 35 3.3.4. Tính toán hàm lƣợng xi măng .................................................................... 37 3.3.5. Tính toán hàm lƣợng cốt liệu lớn .............................................................. 37 3.3.6. Tính toán hàm lƣợng cốt liệu nhỏ .............................................................. 39 3.3.7. Thành phần cấp phối bê tông: .................................................................... 40 3.4. Quy trình đúc mẫu (Theo TCVN 3105:1993) ....................................................... 40 3.4.1. Tính toán liều lƣợng vật liệu cho mẻ trộn ................................................. 40 3.4.2. Trộn hỗn hợp bê tông và xác định độ sụt .................................................. 42 3.4.3. Chọn khuôn đúc và tiến hành đúc mẫu ...................................................... 42 3.4.4. Quy trình bảo dƣỡng mẫu (Theo TCVN 3105:1993) ................................ 42 3.4.5. Mẫu thí nghiệm: ......................................................................................... 43 3.4.6. Quy trình thí nghiệm: ................................................................................. 43 3.5. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi theo TCVN 5726:1993 .............................. 44 3.5.1. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh44 3.5.2. Kết quả thí nghiệm, tính toán xác định mô đun đàn hồi: ........................... 47 3.6. Biểu đồ thay đổi giá trị mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian: .....................50 3.6.1. Đối với nƣớc biển: ............................................................................... 50 3.6.2. Đối với nƣớc ngọt: ............................................................................... 52 3.6.3. Nhận xét: ............................................................................................. 54 3.6.4. So sánh kết quả thực nghiệm: ............................................................... 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 59 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ NƢỚC/XI MĂNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG NƢỚC BIỂN VÀ NƢỚC NGỌT TẠI TỈNH KHÁNH HOÀ Học viên: Cao Thanh Vũ Mã số: 60.58.02.08 Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Khóa: K33 (2016 – 2018) Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt – Bê tông là loại vật liệu đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến trong xây dựng vì có độ bền cao và đƣợc ứng dụng trong nhiều loại công trình khác nhau nhƣ: Xây dựng, giao thông, thủy lợi. Thông qua chất lƣợng bê tông có thể đánh giá chất lƣợng của toàn bộ công trình. Nhƣ chúng ta đã biết thành phần cốt liệu cơ bản của bê tông đá dăm gồm: Nƣớc, xi măng, cát, đá...., các loại vật liệu này đƣợc cấp phối theo một tỷ lệ nhất định, khi một trong các thành phần này thay đổi sẽ làm ảnh hƣởng đến các đặc trƣng cơ lý của bê tông đƣợc chế tạo, trong đó có mô đun đàn hồi. Để thấy đƣợc sự ảnh hƣởng của tỷ lệ Nƣớc/Xi măng trong thành phần cấp phối đến giá trị mô đun đàn hồi của bê tông, đặc biệt khi sử dụng hai loại nƣớc là nƣớc biển và nƣớc ngọt tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà để sản xuất bê tông; Đề tài nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hƣởng của tỷ lệ Nƣớc/Xi măng đến sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông theo thời gian cần đƣợc tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để làm rõ mối quan hệ này. Từ khóa - bê tông nƣớc biển; tỷ lệ Nƣớc/Xi măng; cƣờng độ bê tông; mô đun đàn hồi; sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông. EXPERIMENTAL RESULTS ON THE IMPACTS OF WATER/CEMENT RATIO TO DEVELOPMENT OF THE ELASTIC MODULUS OF CONCRETE IN SEA WATER AND FRESH WATERIN KHANH HOA PROVINCE Summary - Concrete is a widely used and popular material in construction because of its high durability and is used in many different types of constructions such as construction, traffic, irrigation. Through quality concrete can evaluate the quality of the whole building. As we already know, the basic aggregate content of macadam concrete is: Water, cement, sand, stone ..., these materials are graded in a certain proportion, when one of these components changes, it will affect the mechanical properties of the manufactured concrete, including the elastic modulus. In order to see the influence of water/cement ratio in the composition on the modulus of elasticity of concrete, especially when using two types of water, sea water and fresh water in Nha Trang city, Khanh Hoa province to produce concrete; Experimental research on the effect of water/cement ratio on the elastic modulus of concrete over time should be conducted empirically to clarify this relationship. Keywords - sea water concrete; water/cement ratio; concrete strength; the elastic modulus; the development of the elastic modulus of concrete. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU : Khối lƣợng thể tích bê tông (kg/m3) Khối lƣợng thể tích xốp của đá (g/cm3) Khối lƣợng thể tích của đá (g/cm3) Khối lƣợng riêng của xi măng (g/cm3) : Khối lƣợng riêng của nƣớc (g/cm3) Khối lƣợng thể tích thực tếcủa hỗn hợp bê tông sau khi nén chặt (kg/m3) A, A1: Hệ số chất lƣợng vật liệu theo TCVN Cm: Khối lƣợng vật liệu cát cần cho một mẻ trộn (kg) Dm: Khối lƣợng vật liệu đá cần cho một mẻ trộn (kg) E: Mô đun đàn hồi (104 daN/cm2) F: Diện tích chịu lực nén của viên mẫu (cm2) fc’: Cƣờng độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi trong điều kiện tiêu chuẩn K1 : Hệ số lèn chặt kd: Hệ số dư vữa hợp lý Mđl: Mô đun độ lớn Nm: Khối lƣợng nƣớc cần cho một mẻ trộn (lít) P: Tải trọng phá hoại mẫu (daN) PGm: Khối lƣợng phụ gia cần cho một mẻ trộn R: Cƣờng độ chịu nén của từng viên mẫu (daN/cm2) r: Độ rỗng do lƣợng nƣớc dư thừa RBT: Cƣờng độ nén của bê tông (daN/cm2) rd: Độ rỗng giữa các cốt liệu Rx: Mác của xi măng (daN/cm2) Ry: Cƣờng độ bê tông theo ngày tuổi thứ y Vh: Thể tích hồ xi măng (lít/m3) Vm: Thể tích một mẽ trộn (dm3) α: Hệ số tính đổi mẫu ω: Lƣợng nƣớc liên kết hóa học tính bằng % khối lƣợng xi măng CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAR: Alkali-Aggregate Reaction ACI: America Concrete Institute ASTM: American Society for Testing and Materials B: Cấp độ bền chịu nén của bê tông BT: Bê tông BTCT: Bê tông cốt thép C: Cát CP1: Cấp phối 1 CP2: Cấp phối 2 D: Đá dăm LAS: Laboratory Accreditation Scheme N: Nƣớc NB: Nƣớc biển NN: Nƣớc ngọt PCB: Portland Cement Blended QĐ – BXD: Quyết định – Bộ Xây dựng TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam X: Xi măng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 2.1. Bảng trị số α 20 3.1. Chỉ tiêu cơ lý 29 3.2. Thành phần hạt 30 3.3. Chỉ tiêu cơ lý 30 3.4. Thành phần hạt 31 3.5. Chỉ tiêu cơ lý 31 3.6. Thông số của nƣớc biển 32 3.7. Độ sụt hỗn hợp bê tông nên dùng cho các dạng kết cấu 34 3.8. Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông (lít) 34 3.9. Lƣợng nƣớc trộn ban đầu cho 1m3 bê tông ứng với từng loại 35 3.10. Hệ số chất lƣợng vật liệu A và A1 36 3.11. Tỷ số X/N cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối 36 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. 3.17. Lƣợng xi măng cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối Hệ số dƣ vữa hợp lý (Kd) dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo Hệ số dƣ vữa hợp lý (Kd) cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối Lƣợng đá dăm cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối Lƣợng cát cần cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối Tổng hợp thành phần cốt liệu cho 1m3 bê tông ứng với từng loại cấp phối 37 38 38 39 39 40 3.18. Thành phần cấp phối bê tông 40 3.19. Kích thƣớc viên mẫu ứng với cốt liệu lớn 41 3.20. Khối lƣợng vật liệu cho một mẻ trộn ứng với từng loại cấp phối 42 3.21. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ mẫu lăng trụ - Tỷ lệ N/X= 0,45 47 3.22. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ mẫu lăng trụ - Tỷ lệ N/X= 0,55 47 Số hiệu 3.23. 3.24. 3.25. 3.26. 3.27. Tên bảng Kết quả thí nghiệm cƣờng độ mẫu lăng trụ - Tỷ lệ N/X= 0,6 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi bê tông - Tỷ lệ N/X = 0,45 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi bê tông - Tỷ lệ N/X = 0,55 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi bê tông - Tỷ lệ N/X= 0,6 Kết quả thí nghiệm E bê tông 2 trƣờng hợp cấp phối Trang 48 48 49 49 54 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1. Cấu trúc của bê tông 5 2.1. Vùng biển miền Trung – Việt Nam 15 2.2. Biển Nha Trang – Khánh Hòa 15 2.3. Máy nén mẫu 16 2.4. Chuẩn bị mẫu thử nén 17 2.5. Đúc mẫu trong phòng thí nghiệm 18 2.6. Bảo dƣỡng mẫu 18 2.7. Sơ đồ thí nghiệm mẫu lập phƣơng theo TCVN 3118:1993 19 2.8. Sự phụ thuộc của cƣờng độ bê tông vào lƣợng nƣớc nhào trộn 22 2.9. Mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và cƣờng độ 26 3.1. Biểu đồ thành phần hạt của cát 31 3.2. Biểu đồ thành phần hạt đá 32 3.3. Mẫu lăng trụ D15x30cm 43 3.4. Trộn bê tông 43 3.5. Khuôn đúc và mẫu thí nghiệm 44 3.6. Máy nén 45 3.7. Khung và đồng hồ đo biến dạng 45 3.8. Chọn mẫu thí nghiệm 46 3.9. Thí nghiệm cƣờng độ 46 3.10. Thí nghiệm mô đun đàn hồi 48 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Số Tên biểu đồ hiệu Trang 1.1. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép 7 1.2. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép đá dăm 8 3.1. Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc biển tỷ lệ N/X = 0,45 50 3.2. Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc biển tỷ lệ N/X = 0,55 50 3.3. Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc biển tỷ lệ N/X = 0,60 51 3.4. So sánh giá trị mô đun đàn hồi (Bê tông sử dụng nƣớc biển) thay đổi theo thời gian, với các tỷ lệ N/X = 0,45; 0,55; 0,60. 51 3.5. Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc ngọt tỷ lệ N/X = 0,45 52 3.6. Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc ngọt tỷ lệ N/X = 0,55 52 3.7. Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian nƣớc ngọt tỷ lệ N/X = 0,60 53 3.8. So sánh giá trị Mô đun đàn hồi (Bê tông sử dụng nƣớc ngọt) thay đổi theo thời gian, với các tỷ lệ N/X = 0,45; 0,55; 0,60. 53 3.9 So sánh giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian 2 trƣờng hợp cấp phối tỷ lệ N/X = 0,45 55 3.10 3.11. So sánh giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian 2 trƣờng hợp cấp phối tỷ lệ N/X = 0,55 So sánh giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian 2 trƣờng hợp cấp phối tỷ lệ N/X = 0,60 55 56 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Khánh Hòa là một tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ Việt Nam, giáp với tỉnh Phú Yên về hƣớng Bắc, tỉnh Đắk Lắk về hƣớng Tây Bắc, tỉnh Lâm Đồng về hƣớng Tây Nam, tỉnh Ninh Thuận về hƣớng Nam và Biển Đông về hƣớng Đông; có mũi Hòn Ðôi trên bán đảo Hòn Gốm huyện Vạn Ninh, là điểm cực Ðông trên đất liền của nƣớc ta. Diện tích tự nhiên (cả trên đất liền và hơn 200 đảo và quần đảo) là 5.197 km2. Bờ biển dài 385 km. Dân số Khánh Hòa 1,213 triệu ngƣời (theo số liệu thống kê đến ngày 3112-2016). Khánh Hòa hiện nay bao gồm 02 thành phố trực thuộc tỉnh (Nha Trang và Cam Ranh), 01 thị xã (Ninh Hòa) và 06 huyện (Vạn Ninh, Diên Khánh, Khánh Vĩnh, Khánh Sơn, Cam Lâm và huyện đảo Trƣờng Sa). Vị trí địa lý của tỉnh Khánh Hòa còn có ý nghĩa chiến lƣợc về mặt quốc phòng, vì nằm gần đƣờng hàng hải quốc tế, có huyện đảo Trƣờng Sa, cảng Cam Ranh và là cửa ngõ thông ra Biển Ðông. Trƣớc tình hình trên, việc đáp ứng về nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng cho các công trình xây dựng cơ bản trên địa bàn là vô cùng quan trọng. Nó là một trong các yếu tố quyết định đến chất lƣợng, giá thành và thời gian thi công công trình. Bê tông là một trong những loại vật liệu đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng dân dụng, xây dựng cầu, đƣờng. Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đƣờng khoảng 15% tổng khối lƣợng bê tông. Thông qua chất lƣợng bê tông có thể đánh giá chất lƣợng 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 trƣờng làm việc trong đó có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông từ nguồn nƣớc biển. Từ đó mở ra hƣớng xây dựng mới cho các công trình xây dựng kè chắn sóng, đƣờng đi, nhà tránh bão... ở huyện đảo Trƣờng Sa và các đảo khác, nhƣ vậy sẽ tiết kiệm rất nhiều kinh phí, thời gian, vì không phải chuyên chở nƣớc ngọt từ đất liền ra đảo để sản xuất bê tông. Vấn đề đặt ra hiện nay là xác định sự phát triển mô đun đàn hồi của vật liệu này khi sử dụng các loại nƣớc khác nhau (nƣớc biển và nƣớc ngọt), để từ đó có sự lựa chọn sử dụng phù hợp trong thực tế xây dựng. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hƣởng của tỷ lệ Nƣớc/Xi măng đến sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông nƣớc biển và nƣớc thƣờng theo thời gian” là cần thiết. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU a) Mục tiêu tổng quát: 2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ N/X đến mô đun đàn hồi của bê tông sử dụng nƣớc biển và nƣớc ngọt (nƣớc máy). b) Mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu sử dụng xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40...... (thông dụng ở Khánh Hòa), cát sông, nƣớc biển, nƣớc ngọt (nƣớc máy), đá 1x2cm ở khu vực Nha Trang (tỉnh Khánh Hòa) để sản xuất bê tông có cấp độ bền B20 với thời gian khảo sát đến 90 ngày từ ngày đúc bê tông. - So sánh, nhận xét kết quả. 3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu xác định giá trị mô đun đàn hồi của bê tông khi thay đổi các tỷ lệ N/X và thay đổi loại nƣớc trong thành phần cấp phối. - Phạm vi nghiên cứu: Một số các tỷ lệ N/X khi chế tạo mẫu bê tông B20. 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng phƣơng pháp tính toán lý thuyết kết hợp thí nghiệm thực nghiệm để xác định mô đun đàn hồi (E) của hỗn hợp bê tông B20 với các tỷ lệ N/X với NB (nƣớc biển), NN (nƣớc ngọt) khác nhau. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Trong nƣớc biển chứa chủ yếu các ion Cl-, Na+, SO42-, K+, Mg2+, Ion Cl- chủ yếu tham gia vào quá trình điện hóa làm ăn mòn cốt thép khi môi trƣờng trong bê tông có pH<11. Ion Cl- liên kết hóa học trong bê tông chủ yếu ở dạng Canxi clorua aluminat (3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O - muối Friedelt) và canxiclo ferit (3CaO.Fe2O3.CaCl2.10H2O) hấp thụ trên thành lỗ rỗng của bê tông, gây ra hiện tƣợng ăn mòn bê tông và cốt thép bên trong bê tông. Ion SO42- trong nƣớc biển làm suy thoái vật liệu bê tông do gây ra quá trình muối hóa bên trong vữa bê tông. Quá trình muối hóa hình thành tinh thể muối xảy ra trong các lỗ rỗng bên trong bê tông do muối MgSO4 và K2SO4 phản ứng với Ca(OH)2 hình thành nên thạch cao. Ion SO42-, Cl- sẽ phản ứng với thành phần khoáng sinh ra trong quá trình thủy hóa của xi măng tạo thành khoáng ettringite, friedelt, đây là một loại khoáng không ổn định (có thành phần chính là CaSO4.2H2O và CaCl2.10H2O), có thể tích lớn hơn thể tích hợp chất ban đầu nhiều lần, sẽ sinh ra nội lực phá vỡ cấu trúc bê tông của vật liệu bê tông đã đông cứng. Ý nghĩa khoa học của đề tài là nghiên cứu, so sánh sự phát triển mô đun đàn hồi của bê tông khi thay đổi các tỷ lệ N/X và thay đổi loại nƣớc trong thành phần cấp phối. Nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở để so sánh các đặc tính của vật liệu trong môi trƣờng làm việc thực tế. Từ đó rút ra kết luận kiến nghị làm cơ sở khoa học để lựa chọn và áp dụng bê tông sử dụng nƣớc biển trong các công trình xây dựng. 3 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm những nội dung chính nhƣ sau: MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CỦA NƢỚC NGỌT, NƢỚC BIỂN VÀ SỰ PHÁT TRIỂN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ CÁC VẬT LIỆU CẤU THÀNH 1.1. Tổng quan về bê tông và các vật liệu cấu thành 1.1.1. Tổng quan về bê tông Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo đƣợc hình thành bằng cách tạo hình và làm rắn chắc hỗn hợp đƣợc lựa chọn hợp lý của xi măng, nƣớc, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm), chất độn và phụ gia. Cốt liệu đóng vai trò là khung chịu lực, chiếm từ 80 đến 85% thể tích. Vữa xi măng, nƣớc bao bọc xung quanh cốt liệu đóng vai trò là chất kết dính chiếm 10 đến 20% khối lƣợng. Sau khi đông cứng, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tƣơng đối đồng nhất và đƣợc gọi là bê tông. Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông hay bê tông tƣơi. Còn hỗn hợp bê tông sau khi đông cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá đƣợc gọi là bê tông. Yêu cầu cơ bản của bê tông là phải đạt đƣợc cƣờng độ (đặc biệt là cƣờng độ chịu nén) ở tuổi quy định hoặc đạt các yêu cầu khác nhau; độ chống thấm, ổn định với môi trƣờng và độ tin cậy khi khai thác, giá thành không quá đắt. Có nhiều cách để phân ra các dạng bê tông khác nhau nhau; phân loại theo cƣờng độ, theo chất kết dính, theo cốt liệu, theo khối lƣợng thể tích... Bê tông truyền thống có cƣờng độ từ 15 đến 20 (MPa). Bê tông thƣờng có cƣờng độ nén từ 20 đến 50 (MPa), bê tông chất lƣợng cao và rất cao có cƣờng độ nén từ 50 đến 200 (MPa). Bê tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ƣu điểm nổi bật nhƣ: Cƣờng độ chịu lực cao, có thể chế tạo đƣợc những loại bê tông có cƣờng độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mƣa nắng, nhiệt độ, độ ẩm. Bê tông sử dụng cho đề tài Luận văn đƣợc thiết kế cho 2 loại cấp phối bê tông sử dụng nƣớc thƣờng (cấp phối 1 – CP1), nƣớc biển (cấp phối 2 – CP2) đƣợc thiết kế cùng cấp độ bền (B20), thành phần cấp phối và quy trình đúc mẫu, bảo dƣỡng giống nhau và đƣợc thí nghiệm kiểm tra giá trị mô đun đàn hồi ở các ngày tuổi 3, 7, 14, 28, 60, 90. 1.1.1.1. Phân loại bê tông Theo dạng chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat, bê tông thạch cao, bê tông polime. Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt. Theo khối lƣợng thể tích: - Bê tông đặc biệt nặng ( > 2500 kg/m3); 5 - Bê tông nặng ( = 2200 ÷ 2500 kg/m3); - Bê tông tƣơng đối nặng ( = 1800 ÷ 2200 kg/m3); - Bê tông nhẹ ( = 500 ÷ 1800 kg/m3). Theo công dụng: - Bê tông thƣờng: dùng cho các kết cấu bê tông cốt thép; - Bê tông thủy công: xây đập, âu thuyền, kênh, công trình dẫn nƣớc; - Bê tông mặt đƣờng, sân bay, vỉa hè - Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thƣờng là bê tông nhẹ) - Bê tông có công dụng đặc biệt (chịu nhiệt, chịu axit, chống phóng xạ ) Trong phạm vi Luận văn, chủ yếu nghiên cứu bê tông nặng dùng chất kết dính là xi măng (PCB 40). 1.1.1.2. Cấu trúc bê tông Sau khi tạo hình, các thành phần của hỗn hợp bê tông đƣợc sắp xếp chặt chẽ, kết hợp với sự thủy hóa của xi măng hình thành nên cấu trúc bê tông. Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng nhau cƣờng độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hóa học. Cấu trúc vi mô của bê tông có thể đƣợc biểu diễn nhau trên hình 1 gồm 3 pha cơ bản là: pha hơi, pha nƣớc và pha rắn. Hình 1.1. Cấu trúc của bê tông [17] Pha rắn gồm đá xi măng, khung cốt liệu và các liên kết giữa đá xi măng và khung cốt liệu. Đá xi măng đƣợc cấu thành bởi các hạt xi măng thủy hóa chứa khoảng 50 % gel C-S-H, 20 % vôi liên kết Ca(OH)2, 10 % aluminates và sunfo – aluminates của canxi hydrat hóa và 20% các thành phần khác CA2SH8, CA3). Liên kết đá xi măng – khung cốt liệu tồn tại xung quanh khung cốt liệu và phụ thuộc vào hình dạng cũng nhƣ thành phần hóa học các hạt cốt liệu. Các kết quả thí nghiệm cho thấy, các hạt cốt 6 liệu đá canxi khá rỗng và có liên kết chống thấm tốt hơn trong khi các cốt liệu đá silic cho liên kết chống thấm kém hơn [1, 2]. Pha lỏng bao gồm các dạng nƣớc khác nhau cùng tồn tại trong bê tông: Nƣớc lỗ rỗng, nƣớc hấp phụ và nƣớc có liên kết hóa học. Nƣớc lỗ rỗng lấp đầy thể tích rỗng nếu bê tông hoàn toàn bão hòa. Khi bê tông không bão hòa, nƣớc lỗ rỗng phân cách với pha hơi bởi các mặt cong mao dẫn (menisque). Nƣớc hấp phụ có mặt trên thành của các lỗ rỗng, nhất là trên gel C-S-H và chịu tác động của các lực mặt qua trung gian các lực liên phân tử Van der Waals và các lực tĩnh điện; có đến 6 lớp phân tử nƣớc có thể bị giữ lại trên bề mặt, tuy nhiên lực hấp dẫn giảm khi mà khoảng cách giữa lớp phân tử với bề mặt rắn tăng lên. Việc mất nƣớc hút bám là nguyên nhân chủ yếu của sự co ngót của đá xi măng khi bị làm khô. Nƣớc có liên kết hóa học là nƣớc cần thiết cho các phản ứng hydrat hóa của xi măng, loại nƣớc này chỉ bị bay hơi khi nhiệt độ lên tới trên 4000c [1, 2]. Pha khí bao gồm khí và hơi nƣớc cùng tồn tại trong các lỗ rỗng của bê tông. Với bê tông bão hòa hoàn toàn, pha hơi bị chiếm chỗ bởi nƣớc lỗ rỗng [1, 2]. 1.1.2. Các vật liệu cấu thành 1.1.2.1. Xi măng Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cƣờng độ cho bê tông. Chất lƣợng và hàm lƣợng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cƣờng độ cho bê tông. Hiện nay có rất nhiều loại xi măng để sản xuất bê tông nhau xi măng pooc lăng, xi măng pooc lăng bền sulfat, xi măng pooc lăng xỉ, xi măng pooc lăng puzolan...Việc lựa chọn mác xi măng là rất quan trọng khi thiết kế thành phần cấp phối của bê tông để vừa đảm bảo các yêu cầu thiết kế và vừa đảm bảo tính kinh tế. Yêu cầu kỹ thuật của xi măng đƣợc quy định theo TCVN 2682 : 2009 [3]. Để có loại bê tông có chất lƣợng tốt, nên sử dụng loại xi măng có mác tỷ lệ thuận với mác bê tông cần đạt. Lƣợng xi măng dùng phải lớn hơn lƣợng xi măng tối thiểu và nhỏ hơn lƣợng xi măng tối đa do tiêu chuẩn quy định để sản xuất đƣợc bê tông có độ dẻo và tính công tác quy định mà không vượt hàm lƣợng nƣớc tối đa. Lƣợng xi măng tối thiểu là 300 g/m3, lƣợng xi măng tối đa là 500 kg/m3. Thành phần chính của xi măng pooc lăng bao gồm: + C3S: 3CaO.SiO2 (35% ÷ 65%); + C2S: 2CaO.SiO2 (10% ÷ 40%); + C3A: 3CaO.Al2O3; + C4AF: 4CaO. Al2O3Fe2O3. + Thành phần khác (sulfat, alcali,...). 7 Thiết kế cấp phối cho bê tông có fc’ = 25 (Mpa) dùng xi măng Hà Tiên – PCB 40 (đạt các chỉ tiêu kỹ thuật dùng cho bê tông đƣợc quy định theo TCVN 6260: 2009 [4]) 1.1.2.2. Cốt liệu nhỏ (Cát) Cát là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nƣớc tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc. Cát cũng là thành phần hạt và hàm lƣợng tạp chất (hàm lƣợng SiO2≥ 98%, lƣợng bụi bẩn không lớn hơn 1%). Nếu cát có thành phần hạt hợp lý sẽ tiết kiệm đƣợc xi măng, cƣờng độ bê tông sẽ cao. Thành phần hạt của cát đƣợc xác định thông qua thí nghiệm lƣợng hạt lọt qua các sàng tiêu chuẩn: theo TCVN 7570 : 2006 [5] là các sàng có kích thƣớc lỗ: 5 mm; 2,5 mm; 1,25 mm; 0,63 mm; 0,315 mm; 0,14 mm. Khi thiết kế cấp phối, cỡ hạt của cát phải thỏa mãn đƣờng cong thực nghiệm nằm trong phạm vi cho phép ở biểu đồ cấp phối theo quy định TCVN 7570: 2006 [5]. Biểu đồ 1.1. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép [5] 1.1.2.3. Cốt liệu lớn (Đá dăm, sỏi) Cốt liệu lớn có thể sử dụng là sỏi hoặc đá dăm. Sỏi là cốt liệu cần ít nƣớc, tốn xi măng, dễ đầm, dễ đổ nhƣng lực dính bám với vữa xi măng nhỏ nên cƣờng độ bê tông sỏi thấp hơn bê tông đá dăm. Do đó trong xây dựng các kết cấu công trình thƣờng sử dụng cốt liệu lớn là đá dăm. Cốt liệu lớn thƣờng có kích thƣớc: 5 ÷ 70 mm (TCVN 7570 – 2006 [5]), và từ 2,36 ÷ 63 mm (theo ASTM [19]). Chất lƣợng cốt liệu lớn đƣợc đặc trƣng bằng các yếu tố: cƣờng độ, thành phần hạt và độ lớn, lƣợng tạp chất. Cƣờng độ của đá dăm đƣợc xác định thông qua nén mẫu đá gốc, còn sỏi đƣợc xác định thông qua thí nghiệm nén trong xi lanh bằng thép và đƣợc gọi là nén giập trong trạng thái bão hòa nƣớc. Mác của đá dăm phải tƣơng đƣơng với mác của bê tông.