ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
LÊ NGUYỄN HOÀNG HUY
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG XÂM
THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY VÀ
XỈ LÒ CAO
C
C
R
UT.L
D
Chuyên ngành:
Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 85.80.201
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG
VÀ CÔNG NGHIỆP
Đà Nẵng – Năm 2020
Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Chính
Phản biện 1: PGS.TS. Trương Hoài Chính
Phản biện 2: PGS.TS. Phạm Thanh Tùng
C
C
R
UT.L
D
Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công
nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 24 tháng 01 năm
2021
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
Thư viện Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Trường
Đại học Bách khoa – ĐHĐN
1
MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của đề tài
Sự xâm thực ion clo qua lớp bê tông là nguyên nhân chính gây
ăn mòn hư hại cốt thép trong bê tông, từ đó làm giảm tuổi thọ của
cấu kiện bê tông. Đồng thời, để tăng cường sử dụng rộng rãi hơn nữa
các loại chất thải công nghiệp trộn vào bê tông như tro bay, xỉ lò cao
làm giảm tỉ lệ xi măng trong bê tông. Mặt khác, giải quyết được đầu
ra cho các loại chất thải công nghiệp giảm ô nhiễm môi trường.
Tro bay là loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi
khí thải của nhà máy nhiệt điện từ quá trình đốt than.
Xỉ lò cao là rác thải của ngành công nghiệp luyện gang thép,
đây là sản phẩm phụ của quá trình luyện quặng oxit sắt thành gang.
C
C
R
UT.L
Việc tận dụng phế thải xỉ lò cao trong sản xuất xi măng đã góp phần
vào việc xử lý nguồn phế thải công nghiệp vì xi măng xỉ lò cao thực
D
sự có nhiều tính chất đặc biệt như bền trong môi trường nước biển,
bền sunfat, ít toả nhiệt, phù hợp với bê tông khối lớn, chống thấm tốt.
Từ những phân tích trên, để cải thiện khả năng chống thấm ion
clo bền trong môi trường xâm thực và tận dụng nguồn nguyên liệu
tro bay, xỉ lò cao giúp giải quyết một lượng đáng kể chất thải từ các
nhà máy gang thép, nhiệt điện. Tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu
thực nghiệm khả năng chống xâm thực Chloride của bê tông có sử
dụng tro bay và xỉ lò cao”.
2.
Mục tiêu đề tài
Đánh giá ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả năng
chống xâm thực chloride của bê tông (tổng khối lượng tro bay và xỉ
lò cao thay thế xi măng là 20% trong đó tỉ lệ thay thế của từng thành
phần là 5%, 10%, 15%, 20%).
2
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các loại vật liệu: (i) Tro bay (Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng
Hà Tĩnh); (ii) Xỉ lò cao S95 Hòa Phát; (iii) Cát Túy Loan (Đà Nẵng);
(iv) Đá Phước Tường (Đà Nẵng); (vi) Xi măng Sông Gianh.
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả
năng chống xâm thực ion clo của bê tông đến 28, 56, 120 ngày.
Xem xét mức độ ảnh hưởng tro bay hay xỉ lò cao lớn hơn đối
với sự kháng xâm thực ion clo của bê tông, từ đó tìm ra tỉ lệ tốt nhất
giữa tro bay và xỉ lò cao trong việc thay thế tổng tỉ lệ 20% xi măng.
4.
Phương pháp nghiên cứu
Thí nghiệm khả năng kháng xâm thực ion clo của bê tông có
thành phần tỷ lệ ro bay và xỉ lò cao thay thế xi măng là 20% trên
C
C
R
UT.L
tổng lượng bột dựa trên các TCVN, phương pháp thí nghiệm bê tông.
Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm.
D
Đánh giá sự ảnh hưởng của tro bay và xỉ lò cao đến khả năng
chống xâm thực ion clo của bê tông.
5.
Kết quả dự kiến
Xác định khả năng sử dụng tro bay và xỉ lò cao trong bê tông để
cải thiện khả năng kháng xâm thực ion clo của bê tông.
Đưa ra các kiến nghị trong thiết kế thành phần cấp phối bê tông.
6.
Cấu trúc luận văn
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về bê tông xi măng tro bay.
Chương 2: Phương pháp thực nghiệm phân tích thành phần vật
liệu và cường độ chịu nén của bê tông.
Chương 3: Quy trình thí nghiệm và xử lý kết quả.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRO BAY VÀ XỈ LÒ CAO
1.1. Tổng quan về tro bay
Quá trình đốt than để vận hành các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ)
thải ra các sản phẩm cháy bao gồm: Tro đá (xỉ đá lò) hay còn gọi là
xỉ, là các hạt thô, to thu được ở đá lò đốt; Tro bay là các hạt tro mịn
lên được thu lại tại lọc bụi;
1.1.1.Công nghệ đốt than
Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện đốt than tại Việt Nam đang sử
dụng một trong hai loại công nghệ đốt: Công nghệ lò đốt than phun PC và Công nghệ lò hơi tầng sôi tuần hoàn - CFB.
1.1.2. Các tính chất đặc trưng của tro, xỉ nhiệt điện
C
C
R
UT.L
1.1.2.1 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ đốt PC
Tro được hình thành do các quá trình đốt than đã được nghiền
D
mịn ở nhiệt độ cao 14000 C-16000 C, do vậy tro thu được gồm hỗn
hợp các hạt bị nóng chảy và các hạt than chưa cháy hết.
1.1.2.2 Tro bay nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ CFBC
Quá trình đốt than tầng sôi ở nhiệt độ khoảng 800oC - 900oC và
được đốt tuần hoàn rất lâu trong lò đốt. Các hạt than được đốt cháy,
một phần tro than vỡ ra rất mịn và nhẹ bay lên cùng khí nóng gọi là
tro bay, phần tro than dạng hạt to rơi xuống đáy được làm lạnh
nhanh gọi là xỉ.
1.1.3. Thành phần hóa học trong tro bay
Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo
thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong
than đá. Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay
chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra. Hầu hết các loại tro bay
4
đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2,
Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,…
1.1.4. Cấu trúc hình thái của tro bay
Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước
hạt khác nhau, các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có
hình dạng rất khác nhau. Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng:
dạng đặc và dạng rỗng. Thông thường, các hạt tro bay hình cầu, rắn
được gọi là các hạt đặc và các hạt tro bay hình cầu mà bên trong rỗng
có tỷ trọng thấp hơn 1,0 g/cm3 được gọi là các hạt rỗng.
1.1.5. Sản lượng tro bay trong và ngoài nước
Mỹ là một trong các quốc gia tiêu thụ điện năng hàng đầu thế
C
C
R
UT.L
giới và cũng là nước có sản lượng các sản phẩm từ quá trình đốt cháy
than đá trong các nhà máy nhiệt điện lớn của thế giới. Năm 2007, Mỹ
D
đã tạo ra hơn 125 triệu tấn các sản phẩm từ than đá bao gồm tro bay,
tro đáy lò, xỉ lò,…
Ở Việt Nam, phần lớn các nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu
tập trung ở phía Bắc, do gần nguồn than. Tổng công suất các nhà
máy nhiệt điện đang vận hành tính ở thời điểm 2010 là 4.250 MW
[11] và dự kiến vào năm 2020 sẽ là 7.240 MW.
1.1.6. Phân loại tro bay
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10302 – 2014: Phụ gia hoạt
tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng.
Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:
F, CI, C.
Trên thế giới hiện nay, tro bay thường được phân loại theo tiêu
chuẩn ASTM C618.
5
1.1.6. Yêu cầu kỹ thuật tro bay
Tro bay dùng cho bê tông và vữa cần đáp ứng chỉ tiêu chất
lượng quy định tại bảng 1 của TCVN 10302:2014.
Tro bay dung xi măng cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định
tại bảng 2 của TCVN 10302:2014.
1.2. Tổng quan về xỉ lò cao
Xỉ lò cao (xỉ gang) là một phụ phẩm phụ của quá trình luyện
quặng oxít sắt thành gang trong lò cao.
Xỉ lò cao thường có hàm lượng oxít canxi lớn, CaO từ 40% ÷
48%, SiO2 từ 35% ÷ 38%, Al2O3 từ 6% ÷ 18%, và tổng hàm lượng
CaO + MgO thường đạt 40% ÷ 50% hay cao hơn nữa.
C
C
R
UT.L
1.2.1. Phân loại xỉ lò cao
Xỉ lò cao được tạo ra trong quá trình sản xuất gang. Tùy thuộc
D
vào quy trình làm nguội, xỉ lò cao được chia thành hai loại: (i) xỉ lò
cao làm nguội chậm (viết tắt là xỉ ABFS); (ii) xỉ hạt lò cao (viết tắt là
xỉ GBFS), được làm nguội nhanh bằng nước.
1.2.1.1. Xỉ lò cao làm nguội chậm (xỉ ABFS)
Xỉ nóng chảy hình thành từ lò cao được tháo ra sân (bãi) làm
nguội. Tại đây, xỉ nóng chảy được làm nguội tự nhiên hoặc phun
nước, chúng đông cứng thành dạng giống như đá với cấu trúc tinh
thể.
1.2.1.2. Xỉ hạt lò cao (xỉ GBF)
Xỉ nóng chảy hình thành từ lò cao được tháo chảy ra các mương
dẫn và được phun nước với áp lực cao để làm lạnh nhanh tạo nên các
hạt giống như hạt cát có cấu trúc xốp. Các hạt xỉ này trộn với nước
6
tạo nên hỗn hợp lỏng được bơm ra bãi khử nước, tại đó các hạt xỉ
được róc nước tự nhiên.
1.2.2. Đặc tính của xỉ lò cao
Một số đặc tính cơ bản của xỉ lò cao: Thành phần hóa học;
Thành phần hạt; Khối lượng thể tích; Khối lượng thể tích xốp; Tính
nở và ổn định thể tích ; Độ hút nước; Tính chất cơ học .v.v.
1.3. Tổng quan về bê tông
Bê tông là đá nhân tạo, được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá,
sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ
gia.
1.3.1. Đặc tính cơ lý của bê tông
C
C
R
UT.L
1.3.1.1. Cường độ bê tông
Cường độ là đặc tính cơ học chủ yếu của bê tông, là chỉ tiêu
D
quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của bê tông. Để xác định
cường độ của bê tông thường dùng thí nghiệm mẫu. Xác định cường
độ của bê tông theo thời gian theo tiêu chuẩn TCVN 3118:1993.
1.3.1.2. Biến dạng của bê tông
Bê tông bị biến dạng gồm: biến dạng ban đầu do co ngót, biến
dạng do tác dụng của tải trọng, của nhiệt độ và biến dạng do từ biến.
1.3.1.3. Độ bền chống thấm ion clo
Ion clo là nguyên nhân chính gây ăn mòn kết cấu bê tông cốt
thép sử dụng ở môi trường biển. Sự xâm nhập của ion clo qua lớp bê
tông bảo vệ thúc đẩy quá trình ăn mòn cốt thép, ảnh hưởng đến khả
năng chịu lực của kết cấu.
Việc đánh giá độ thấm ion clo qua bê tong được xác định bằng
phương pháp đo điện lượng theo TCVN 9337-2012 [19].
7
1.3.2. Một số đặc tính độ bền của bê tông
1.3.2.1. Tính công tác
Tính công tác hay còn gọi là tính dễ tạo hình, là tính chất kỹ
thuật cơ bản của hỗn hợp bê tông.
1.3.2.2. Tính co ngót
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng
thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí.
1.3.2.3. Tính lâu bền
Bê tông lâu bền là có khả năng chống chịu được ở mức độ thỏa
mãn những ảnh hưởng trong quá trình sử dụng như phong hóa, tác
động hóa học hay bào mòn.
C
C
R
UT.L
1.3.2.4. Tính chống chịu phá hủy hóa học
Tác động phá hủy bê tông toàn bộ hay một phần do tác động
D
hóa học của hàm lượng kiềm trong xi măng và thành phần khoáng
chất của cốt liệu trong bê tông.
1.3.2.5. Tính chống chịu bào mòn:
Các nguyên tắc gây bào mòn bê tông là hiện tượng khí thực, di
chuyển của các vật liệu trà sát như dòng chảy của nước, trà sát và tác
động của giao thông, luồng gió thổi …,
1.3.2.6. Tính chịu nước
Bê tông đông cứng hoàn toàn có khả năng chống chịu nước
nhưng trong thực tiễn không phải giữa các cốt liệu là lớp XM kết
dính.
1.4. Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về độ bền chống
chloride của bê tông
8
Sự thâm nhập của chloride vào trong bê tông là nguyên nhân
chính gây ra ăn mòn cốt thép, khi chloride thâm nhập vào trong bê
tông nó sẽ phá hủy lớp màng bảo vệ xung quanh cốt thép gây ra ăn
mòn của cốt thép. Ăn mòn cốt thép trong bê tông là một trong những
nguyên nhân chính gây nên sự hư hại của kết cấu bê tông cốt thép,
đặc biệt là những kết cấu ở môi trường biển.
1.4 .1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trần Văn Miền và các cộng sự đã nghiên cứu đặc tính thẩm thấu
ion Clo của bê tông có sử dụng xỉ lò cao. Kết quả thí nghiệm cho
thấy, hàm lượng xỉ lò cao thay thế xi măng PC50 tăng từ 0% đến
50% thì hệ số khuếch tán ion Clo của bê tông giảm dần và hàm
lượng ion clo liên kết trong bê tông tăng tương ứng.
C
C
R
UT.L
Đặng Thị Thanh Lê, đã nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu Nano
D
SiO2 điều chế từ tro trấu đến khả năng chống thấm Ion clo của bê
tông. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nano SiO2 điều chế
từ tro trấu trong bê tông xi măng đã làm tăng khả năng chống thấm
Ion clo của bê tông.
1.4 .2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay có nhiều nghiên cứu khác nhau trên thế giới về ảnh
hưởng của chloride đến ăn mòn cốt thép trong bê tông, cũng như các
nhân tố ảnh hưởng đến sự xâm nhập của in clorua vào bê tông. Roma
Loser [24] và các cộng sự nghiên cứu khả năng chống xâm thực
clorua của bê tông chế tạo từ nhiều loại chất kết dính và tỉ lệ nước/
chất kết dính khác nhau từ ba phương pháp là thấm chlorua tự nhiên,
gia tốc thấm chlorua và đo độ dẫn điện. Nhóm tác giả kết luận rằng
khả năng chống xâm thực chloride của bê tông phụ thuộc và loại chất
kết dính và tỉ lệ nước/ chất kết dính.
9
CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHLORIDE ĐẾN SỰ HƯ
HẠI CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CHLORIDE
2.1. Ảnh hưởng của ion clo đến sự hư hại của kết cấu BTCT
Bình thường, cốt thép được bảo vệ hoàn toàn trong môi trường
kiềm của bê tông nhờ vào hàm lượng lớn của canxi oxit, natri oxit và
kali oxit hoà tan. Các hợp chất kiềm trong bê tông giữ độ pH ở mức
12-13 giúp tạo nên một lớp màng bảo vệ mỏng trên bề mặt cốt thép.
Trong điều kiện thông thường, lớp màng mỏng có khả năng bảo vệ
cốt thép chống lại sự tấn công của các tác nhân ăn mòn từ môi
trường.
Khi chloride thâm nhập vào bê tông thì nó sẽ phá hủy lớp màng
C
C
R
UT.L
bảo vệ xung quanh cốt thép gây ra ăn mòn của cốt thép.
D
Khi cốt thép bị ăn mòn, nó có ảnh hưởng đến ứng xử cơ học của
kết cấu: làm giảm khả năng chịu lực do diện tích cốt thép bị giảm so
với bố trí ban đầu, làm giảm độ cứng của cấu kiện do giảm diện tích
cốt thép và giảm lực dính giữa bê tông và cốt thép; làm giảm độ võng
khi kết cấu bị phá hoại.
2.1.1. Sự xâm nhập ion clo
Sự có mặt của ion clo trong miền bê tông cận cốt thép, khi hàm
lượng quá một giới hạn nhất định có thể phá vỡ màng thụ động
Fe2O3 gây ăn mòn và phá hủy cốt thép theo cơ chế sau:
- Anốt: Fe Fe2+ + 2e- Catốt: O2 + 2H2O + 4e- 4OHHàm lượng ion clo xâm nhập vào miền bê tông cận cốt thép theo
hai con đường:
10
- Do vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông bị nhiễm mặn ngay từ
đầu.
- Do khuyết tán từ bên ngoài vào.
Mức độ xâm thực ion clo vào miền bê tông cận cốt thép phụ
thuộc chủ yếu vào:
- Điều kiện môi trường làm việc cụ thể của kết cấu: Vùng
ngập nước, vùng nước lên xuống, vùng khí quyển trên biển
và ven biển.
- Khả năng ngăn cản ion clo của lớp bê tông bảo vệ cốt thép:
Có thể đánh giá khả năng này thông qua mác chống thấm và
chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép.
C
C
R
UT.L
2.1.2. Sự ăn mòn cốt thép trong bê tông
Ăn mòn cốt thép trong bê tông là một trong những nguyên nhân
D
chính gây nên sự hư hại của kết cấu bê tông cốt thép, đặc biệt là
những kết cấu ở môi trường biển.
Quá trình khuếch tán ion clo vào bê tông và ăn mòn cốt thép
trong bê tông gây hư hại kết cấu được mô tả là một quá trình hai giai
đoạn, gồm: Giai đoạn khởi đầu ăn mòn và giai đoạn lan truyền ăn
mòn. Giai đoạn khởi đầu ăn mòn là thời gian kể từ khi kết cấu bắt
đầu tiếp xúc với ion clo cho đến khi ion clo xâm nhập vào bê tông
tập trung trên bề mặt cốt thép đạt đến ngưỡng nồng độ gây ăn mòn.
Giai đoạn lan truyền ăn mòn là thời gian kể từ khi cốt thép bắt đầu bị
ăn mòn tới khi ăn mòn gây nứt hoàn toàn bê tông bảo vệ hoặc tới khi
diện tích tiết diện cốt thép bị giảm do ăn mòn, dẫn đến kết cấu không
còn thỏa mãn trạng thái giới hạn (TTGH) chịu lực.
11
Sự có mặt của ion clo trong miền bê tông cận cốt thép, khi hàm
lượng quá một giới hạn nhất định có thể phá vỡ màng thụ động
Fe2O3 , khi lớp màng thụ động bị phá hủy, sự trao đổi electron ở
2 điện cực kết hợp với sự cung cấp oxi và điều kiện môi trường, các
phản ứng hóa học xảy ra để tạo thành rỉ sắt, gây ăn mòn và phá hủy
cốt thép.
2.1.3. Ngưỡng chloride giới hạn
Cốt thép trong bê tông có thể được bảo vệ khỏi sự xâm thực bởi
lớp màng thụ động hình thành trên bề mặt thép. Lớp màng thụ động
này không thể duy trì mãi mà sẽ bị phá hủy khi hàm lượng clorua đạt
đến một giới hạn hàm lượng nhất định. Giới hạn hàm lượng clorua
này gọi là hàm lượng clorua tới hạn. Sự xâm nhập của ion clo có thể
C
C
R
UT.L
phá huỷ lớp thụ động trên bề mặt cốt thép trong bê tông trước khi ăn
mòn bê tông. Hàm lượng clorua tới hạn thay đổi khác nhau tùy theo
D
tiêu chuẩn, được nêu trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Hàm lượng ion clo tới hạn theo một số tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn
Hàm lượng ion clo tới hạn
(% khối lượng xi măng)
BS 8110 (1985)
0,4
ACI 222 (1994)
0,2
AS 3600 (1994)
0.8 (kg/m3)
CEB-FIP
0,4
ACI 318
0,2
NS 3420 – Na Uy
0,4
12
2.2. Các phương pháp xác định nồng độ chloride
2.2.1. Phương pháp khoan lấy mẫu bột
Phương pháp xác định nồng độ clo của bê tông được thực hiện
theo tiêu chuẩn TCVN 7572-15:2006. Theo tiêu chuẩn này, nồng độ
clo bề mặt của các mẫu bê tông thường được xác định trực tiếp bằng
cách cắt một lớp bề mặt mẫu bê tông mỏng khoảng 3-5mm nghiền
thành bột và chiết bằng phương pháp hòa tan trong nước. Hàm lượng
clo trong dung dịch lọc sau đó được xác định bằng phương pháp
chuẩn độ dung dịch Bạc Nitrat (AgNO3). Hàm lượng clo sau đó
chuyển sang nồng độ clo bề mặt theo phần trăm theo khối lượng bê
tông.
2.2.2. Phương pháp thí nghiệm nhanh (ASTM C1202/TCVN 9337-
C
C
R
UT.L
2012)
D
Theo tiêu chuẩn này, mẫu bê tông sử dụng có đường kính 100
mm, chiều dày 50 mm. Các mẫu thí nghiệm thấm ion clo được sơn
chống thấm, hút chân không và ngâm trong nước. Mẫu được đặt giữa
2 ngăn, một ngăn chứa dung dịch NaCl 3%, ngăn còn lại chứa dung
dịch NaOH 0,3N, một mặt tiếp xúc với dung dịch natri clorua NaCl
3%, mặt kia tiếp xúc với dung dịch natri hydroxit NaOH 3N. Thí
nghiệm được tiến hành theo nguyên tắc áp dòng điện một chiều điện
thế 60V vào hai mặt của mẫu thử, cực âm nối với mặt mẫu ở ngăn
chứa dung dịch NaCl, cực dương nối với mặt mẫu ở ngăn chứa dung
dịch NaOH. Sau khi cho dòng điện một chiều đi qua mẫu trong
khoảng thời gian 6 giờ, khả năng thấm ion clo qua bê tông được xác
định thông qua giá trị tổng điện lượng truyền qua mẫu thử trong thời
gian 6h, được chia thành các mức: cao, trung bình, thấp, rất thấp,
không thấm.
13
CHƯƠNG 3. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỐNG
XÂM THỰC CHLORIDE CỦA BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO
BAY VÀ XỈ LÒ CAO
3.1. Mục đích thí nghiệm
Ngày nay, có nhiều nghiên cứu khác nhau nhằm tìm ra các
nguồn vật liệu thay thế xi măng để nâng cao độ bền chống xâm thực
clorua của bê tông. Chương này trình bày kết quả nghiên cứu thực
nghiệm khả năng chống xâm thực clorua của bê tông khi có tro bay
và xỉ lò cao được sử dụng để thay thế xi măng.
Phương pháp thí nghiệm xác định nhanh điện lượng được sử
dụng để thí nghiệm mức độ xâm thực của ion clorua tại các thời điểm
28, 56 và 120 ngày tuổi.
C
C
R
UT.L
3.2. Chương trình thí nghiệm
D
3.2.1. Tiêu chuẩn áp dụng
TCVN 3105:1993 - Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử; TCVN 3106:1993 - Hỗn
hợp bê tông nặng; TCVN 10302:2014 - Phụ gia hoạt tính tro bay
dùng cho bê tông; TCVN 11586:2016 - Xỉ hạt lò cao nghiền mịn
dùng cho bê tông và vữa; TCVN 9337:2012 - Bê tông nặng - xác
định độ thấm ion clo bằng phương pháp đo điện lượng; TCVN
3118:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén;
TCVN 4506: 2012 - Nước cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật;
TCVN 7570:2006 - Yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu dùng cho bê tông
và vữa; TCVN 7572-15:2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương
pháp thử; TCVN 6260:2009 - Xi măng poóc lăng hỗn hợp - Yêu cầu
kỹ thuật; TCVN 7572-15:2006 - Cốt liệu cho bê tông và vữa Phương pháp thử - Phần 15: Xác định hàm lượng clorua.
14
3.2.2. Vật liệu, dụng cụ, thiết bị dung để thí nghiệm
3.2.2.1. Vật liệu thí nghiệm
Xi măng được sử dụng là xi măng Sông Gianh PCB40 có các
chỉ tiêu chất lượng như được nêu trong bảng 3.1.
Tro bay được sử dụng là loại tro bay loại F từ nhà máy thủy điện
Vũng Áng có các chỉ tiêu kỹ thuật được nêu trong bảng 3.2.
Xỉ lò cao được sử dụng là loại S95 Hòa Phát có các chỉ tiêu kỹ
thuật nêu trong bảng 3.3.
Đá được sử dụng là loại 1x2 Phước Tường, Đà Nẵng, có các chỉ
tiêu chất lượng nêu trong bảng 3.4.
Cát Túy Loan, Đà Nẵng, có các chỉ tiêu chất lượng nêu trong
C
C
R
UT.L
bảng 3.5.
(Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu được nêu
D
trong các bảng 3.1; bảng 3.2, bảng 3.3, bảng 3.4, bảng 3.5 trình bày
trong chương 3).
Nước sử dụng để trộn cấp phối hỗn hợp bê tông và bảo dưỡng
bê tông là nước sạch lấy tại phòng thí nghiệm kết cấu công trình,
khoa xây dựng dân dụng và công nghiệp, trường Đại học Bách Khoa
Đà Nẵng.
Tất cả cốt liệu trước khi đúc mẫu đã được sàn và phơi khô, đảm
bảo các mẽ được trộn cùng một điều kiện để công tác thí nghiệm đạt
được tính khách quan nhất.
3.2.2.2. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm
Khuôn đúc: Dùng khuôn thép lập phương kích thước
150x150x150 và trụ kích thước 150x300, xem hình 3.1.
Máy trộn: Sử dụng là máy trộn dung tích 350l, xem hình 3.2.
15
Máy đầm dùi: Xem hình 3.3.
Bộ sàng vật liệu tiêu chuẩn: Xem hình 3.4.
Dụng cụ đo độ sụt: Xem hình 3.5.
Cân điện tử: Sử dụng cân đếm Ohaus 30kg/1g. Xem hình 3.6.
Thiết bị thí nghiệm cường độ chịu nén: Sử dụng máy SYE2000, nhãn hiệu SANYU để thí nghiệm cường độ chịu nén của mẫu
bê tông, xem hình 3.7.
Thiết bị thí nghiệm đo mức độ thấm ion clo: Dùng máy đo thấm
ion clo, kiểu NJ-LDT-6, số hiệu NJ(2007)0889A, xem Hình 3.8 và
Hình 3.9.
Bộ gá mẫu, xem Hình 3.10.
C
C
R
UT.L
Máy và bình hút chân không, xem Hình 3.11.
Máy khoan, cắt gia công mẫu, xem Hình 3.12.
D
3.2.3. Thành phần cấp phối bê tông
Thành phần cấp phối của bê tông có sử dụng tro bay và tro xỉ lò
cao thay thế xi măng nêu trong Bảng 3.6. Các mẫu thí nghiệm được
chia làm 6 nhóm cấp phối khác nhau (M1, M2, M3, M4, M5, M6)
với tỉ lệ nước/bột (N/B)= 0.6, trong đó mỗi nhóm cấp phối gồm 9
mẫu lập phương 150x150x150 dùng để xác định cường độ chịu nén
và 3 mẫu trụ kích thước DxH=150x300 dùng để xác định độ thấm
clorua tại các thời điểm 28, 56 và 120 ngày. Mỗi mẫu trụ 150x300 sẽ
được khoan cắt ra 3 mẫu thí nghiệm (D100x50) dung để xác định độ
thấm ion clorua. Bột được định nghĩa là tổng của xi măng, tro bay và
xỉ lò cao. Trong mỗi nhóm cấp phối tro bay và xỉ lò cao lần lượt
được sử dụng để thay thế một phần xi măng với tỉ lệ tương ứng là
0% (mẫu đối chứng), 5%, 15% và 20%.
16
Bảng 3.6 Thành phần tỉ lệ cấp phối bê tông
Tổng bột (%)
Tên
Nước/(T
Cát
Đá
B+XLC
Tro bay
Xỉ lò cao
Xi măng
XM+X
(TB)
(XLC)
(XM)
LC+TB
M1
0
0
100
1
2
3
0.6
M2
0
20
80
1
2
3
0.6
M3
5
15
80
1
2
3
0.6
M4
10
10
80
1
2
3
0.6
M5
15
5
80
1
2
3
0.6
M6
20
0
3
0.6
mẫu
+ XM)
C
C
R
.L
80
1
2
DUT
Khối lượng xi măng, tro bay, xỉ lò cao, đá, cát, nước cho từng
mẫu cấp phối nêu trong Bảng 3.7.
Bảng 3.7 Khối lượng vật tư đúc mẫu
Tên
Khối
Xi
Tro
Xỉ lò
Tổng
Đá
Cát
Nước
mẫu
lượng 1 mẻ
măng
bay
cao
bột
1x2
(kg)
(kg)
trộn (kg)
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
M1
115,678 -
20-
0-
0-
20
60
40
12
M2
115,678-
16-
0-
4-
20
60
40
12
M3
115,678-
16-
1-
3-
20
60
40
12
M4
115,678-
16-
2-
2-
20
60
40
12
M5
115,678-
16-
3-
1-
20
60
40
12
M6
115,678-
16-
4-
0-
20
60
40
12
17
3.2.4. Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu
3.2.4.1. Đúc mẫu
Các mẫu được đúc tại phòng thí nghiệm kết cấu công trình,
khoa xây dựng DD&CN, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Cốt
liệu trước khi đúc mẫu được sàn, phơi khô đảm bảo các mẽ được trộn
cùng một điều kiện để công tác thí nghiệm
Các viên mẫu bê tông được đúc trong các khuôn kín, không
thấm nước, không gây phản ứng với xi măng và có bôi chất chống
dính trên các mặt tiếp xúc với hỗn hợp. Có 6 mẻ trôn tương ứng với
6 cấp phối M1, M2, M3, M4, M5, M6, mỗi cấp phối đúc 10 viên
mẫu lập phương 150x150x150 (dùng 01 viên dự phòng) và 03 viên
mẫu trụ 150x300.
C
C
R
UT.L
3.2.4.1. Bảo dưỡng
D
Các mẫu được tháo ván khuôn sau 24h đúc mẫu, sau đó các mẫu
được dưỡng hộ bằng cách ngâm nước tại các bể ở phòng thí nghiệm
kết cấu công trình, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
3.2.5. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén các mẫu bê tông
3.2.5.1. Quy trình thí nghiệm
Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén theo TCVN 3118:1993
3.2.5.2. Công thức xác định cường độ chịu nén
Cường độ nén mẫu bê tông từng viên (R) được tính bằng
daN/cm2 (kG/cm2) theo công thức:
P
R
F
Thử nghiệm được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm kết cấu công
trình, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Thiết bị sử dụng là máy
nén mẫu điện tử SYE 2000.
18
3.2.6. Thí nghiệm xác định khả năng chống xâm thực chloride
Thử nghiệm xác định độ thấm ion clo của bê tông được thực
hiện tại phòng LAS - XD 1295 đặt tại dự án Khu liên hợp sản xuất
gang thép Hòa Phát Dung Quất, thiết bị sử dụng là máy đo thấm ion
clo kiểu NJ-LDT-6, số hiệu NJ(2007)0889A.
3.3. Kết quả và thảo luận
3.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông có tro bay và tro xỉ lò cao
Cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông các mẫu thử, chêch
lệch cường độ các mẫu M2, M3, M4, M5, M6 so với mẫu chuẩn M1
ở độ tuổi 28, 56, 120 ngày được nêu trong bảng 3.10 và bảng 3.11
Biểu đồ so sánh cường độ chịu nén các mẫu bê tông xem hình 3.40.
C
C
R
UT.L
Bảng 3.10 Cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông
Stt
D
Tên mẫu
M(XM:TB:XLC)
-
Cường độ chịu nén (MPa)
28 ngày
56 ngày
120 ngày
1
M1(100,0,0)
34.3
40.8
42.2
2
M2(80,0,20)
37.3
39.8
42.3
3
M3(80,5,15)
37.6
40.2
42.2
4
M4(80,10,10)
32.7
36.1
40.8
5
M5(80,15,5)
31.0
34.7
39.5
6
M6(80,20,0)
31.2
32.7
39.3
- Xem thêm -