1.Giới thiệu
Viện bê tông Mỹ ACI cũng như nhiều tài liệu khác quan niệm bê tông chất lượng cao BTCLC cần một hoặc nhiều tính năng cao được chế tạo bằng vật liệu và công nghệ trong nước. BTCLC cũng là một khái niệm tương đối tổng quát, và được hiểu trong một phạm vi rất rộng. Các công trình nghiên cứu về bê tông chất lượng cao thường có các đặc tích hoặc vật liệu cụ thể kèm theo, như: BTCLC cường độ cao CĐC, BTCLC cường độ trung bình; BTCLC với tro bay...
Bài này giới thiệu BTCLC – CĐC:
Khái niệm CĐC là tương đối, và thay đổi tuỳ theo thời gian.Vào những năm 1950 bê tông có cường độ nén lớn hơn 34MPa mẫu hình trụ được coi là BTCĐC.Những năm 1960 giá trị này là 41-52MPa. Đến những năm 1970 giá trị này tiếp tục tăng tới 62MPa và ngày nay bê tông có cường độ tới 138MPa đã được sử dụng ở một số kết cấu nhà cao tầng và dàm cầu có khẩu độ lớn ở Châu Âu, Châu Mỹ. Tính chất của bê tông CLC tới những năm 1990 mới được nghiên cứu mộtb cách có hệ thống.
2.Nghiên cứu sử dụng tro bay Phả Lại chế tạo BTCLC – CĐC.
2.1 Mục đích nghiên cứu.
Một kết quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy có thể sử dụng tro bay để chế tạo bê tông CLC có cường độ tới 80MPa với xi măng mác 42,5MPa và tới 100MPa với xi măng mác 52,5MPa. Việc sử dụng tro bay chế tạo bê tông CLC – CĐC ở Việt Nam chưa được nghiên cứu đầy đủ, mặc dù đây là nguồn vật liệu sắn có và rẻ tiền ở trong nước. Do đó mục đích nghiên cứu này là sử dụng tro bay làm phụ gia khoáng hoạt tính chế tạo BTCLC – CĐC.
2.2 Vật liệu thử nghiệm.
2.2.1. Xi măng: Sử dụng xi măng Bút Sơn PC 40 phù hợp TCVN 2682-1999 có thành phần hoá học nhưng trong bảng 2 và tính chất cơ lý như sau:
-Cường độ nén ở các tuổi:
+ 3 ngày: 31,7MPa
+ 28 ngày: 52,7MPa
- Thời gian đông kết:
+ Bắt đầu: 2 giờ 35 phút
+ Kết thúc: 3 giờ 50 phút
+ Độ mịn theo Blain: 3450cm2/g.
2.2.2 Phụ gia hoá học:
Sử dụng phụ gia siêu dẻo Mighty 150 do IMAG cung cấp. Mighty là chất lỏng, mầu sẫm; khối lượng riêng: 121 g/cm3; hàm lượng gốc khô: 42,0%.
2.2.3 Phụ gia khoáng hoạt tính PGKHT:
Sử dụng tro bay Phả Lại có độ mịn 17% còn lại trên sàng 45µm và silicafum phân tán. Thành phần hoá học của FA, SF như trong bảng 2 Bảng - xem tại tệp đính kèm
2.2.4 Cốt liệu:
a. Cốt liệu nhỏ:
Sử dụng cát sông Lô ký hiệu là C2 và hỗn hợp cát sông Lô với cát nghiền ký hiệu là C3 có thành phần cỡ hạt và tính chất như sau: Bảng - xem tại tệp đính kèm
b. Cốt liệu thô:
Sử dụng đá vôi Kiện Khê có kích thước hạt lớn nhất Dmax là 20mm. Thành phần hạt và tính chất như sau: Bảng - xem tại tệp đính kèm
2.3 Kết quả thử nghiệm bê tông.
2.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng phụ gia siêu dẻo đến độ sụt bê tông:
Nếu sử dụng phụ gia hoá học như hướng dẫn chung của nhà sản xuất sẽ cần lượng nước trộn khá lớn mới bảo đảm tính công tác cao theo yêu cầu. Với bê tông nói chung, đặc biệt với bê tông CLC – CĐC thì lượng nước trộn càng thấp càng tốt, chính vì vậy cần xác định lượng dùng phụ gia tối ưu. Có thể hiểu đó là hàm lượng phụ gia so với CKD hợp lý mà quá hàm lượng đó tính linh động của bê tông ít được cải thiện hoặc có hiện tượng tách nước.Có nhiều cách xác định lượng tối ưu này, như: Xác định độ chảy của hồ, của vữa..., nhưng trực tiếp nhất vẫn là xác định độ sụt, hoặc lượng nước trộn bê tông. Đề tài đã xác định lượng phụ gia tối ưu trên mẫu bê tông có thành phần như mẫu M0, M3, M5 với lượng phụ gia tăng dần để có độ sụt lớn hơn 20cm..
Từ kết quả trên ta nhận xét:
Mẫu M0: 100% xi măng PC ở tỷ lệ phụ gia > 2,25% độ sụt ít tăng, và có hiện tượng tách nước ở tỷ lệ 2,5%. Lượng phụ gia sử dụng hợp lý là 2,25%.
Mẫu M3: 80% XMPC + 20% tro bay cũng ít tăng độ sụt ở tỷ lệ >2% và tách nước ở tỷ lệ 2,5%. Lượng phụ gia sử dụng hợp lý là 2%. Giá trị này thấp hơn mẫu M0 do tro bay không có thành phần khoáng hấp phụ phụ gia siêu dẻo mạnh như C3A, C4AF của xi măng, mặt khác diện tích bề mặt cũng không thay đổi nhiều so với xi măng.
Mẫu M5: 75% XMPC +12,5% tro bay và 12,5 silica fume, mẫu ít tăng độ sụt ở tỷ lệ phụ gia 3,0% và vẫn chưa bị tách nước ở tỷ lệ 3,5%. Lượng phụ gia sử dụng hợp lý là 3,0%. Qua đó cho thấy lượng hấp phụ phụ gia siêu dẻo của SF rất lớn. Hiện tượng này có thể được giải thích do diện tích bề mặt riêng quá lớn của SF. Vì vậy bê tông có SF cần sử dụng phụ gia hoá học ở hàm lượng cao để có thể giảm nước trộn cho bê tông.
2.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tính dẻo của vữa.
Có thể đánh giá sơ bộ hiệu quả cải thiện tính dẻo của tro bay qua lượng nước yêu cầu theo ASTM C311 sử dụng cát theo TCVN 139-99. Trong thực nghiệm đã cố định lượng nước trộn vữa, thay đổi hàm lượng phụ gia khoáng và đo thay đổi đường kính khối vữa sau khi dằn. Kết quả đo đường kính khối vữa như bảng 3 Bảng - xem tại tệp đính kèm
Qua kết quả có nhận xét:
Khi thay thế một phần xi măng tro bay thì đường kính chảy của khối vữa tăng theo tỷ lệ thay thế. Hiện tượng này do các hạt hình cầu của tro bay như các bi lăn làm giảm ma sát giữa các hạt cốt liệu. Tương tự với các thử nghiệm trên đã cho kết quả lượng giảm nước trong bê tông tăng từ 5 – 15lít/m3 bê tông. Qua đó có thể cho rằng FA ngoài tác dụng là phụ gia khoáng hoạt tính còn có tác dụng gần như phụ gia dẻo hoá bê tông. Chính vì vậy vật liệu chế tạo bê tông CLC – CĐC của đề tài rất quan tâm đến thành phần tro bay. Tuy nhiên, đến tỷ lệ 30% thì hiệu quả này lại có xu hướng chững lại, có thể do ưu điểm hình dáng hình cầu không bù lại nhược điểm tính hút nước cao của tro bay.
2.3. Một số tính chất bê tông có tro bay:
Mục đích các mẫu trong thử nghiệm như sau:
-Mẫu M0: Không có phụ gia khoáng. Đánh giá khả năng cho cường độ bê tông và làm đối chứng so sánh cho các mẫu khác.
- Mẫu M1, M2, M3 tăng lượng CKD và có 15, 20, 25% tro bay thay thế. đánh giá hiệu qủa giảm nước và cải thiện cường độ bê tông của tro bay.
-Mẫu M4 có thành phần tương tự mẫu M3, nhưng sử dụng cát hỗn hợp gồm cát tự nhiên và cát nghiền. Thử nghiệm này nhằm đánh giá khả năng tăng cường độ bê tông của cát hỗn hợp.
- Mẫu M5 có 5% SF, nhằm đánh giá khả năng chế tạo bê tông cường độ cao của SF.
Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong bảng 4: Bảng - xem tại tệp đính kèm
Qua kết quả có nhận xét:
- Mẫu M0, khi chưa có FA lượng nước trộn tăng đáng kể. Trong quá trình trộn thấy mẫu có tính dính bết cao, khó thi công. Cường độ nén của mẫu bê tông chỉ đạt 67MPa, mặc dù lượng xi măng đã khá lớn.
- Các mẫu M1, M2, M3 tăng lượng tro bay thay thế trong xi măng thì lượng nước trộn giảm đáng kể mẫu M1 giảm 4,6% nước trộn so với mẫu M0 vẫn duy trì độ sụt yêu cầu. Mặt khác khi trộn, tạo mẫu thấy hỗn hợp không bị dính bết, dễ thi công. Qua các mẫu M1, M2, M3 có thể cho thấy dễ dàng chế tạo bê tông có cường độ 70MPa bằng nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có như tro bay ở Việt Nam. Mẫu M5 sử dụng cát hỗn hợp với cát nghiên từ đá vôi với cát tự nhiên, lượng nước trộn không thay đổi, cường độ tăng đáng kể 6,8%. Nhờ có bề mặt sạch của cốt liệu nghiền, độ bám dính của hồ với cốt liệu tăng. Chính vì vậy trong nhiều thử nghiệm bê tông mác cao, các nhà nghiên cứu thường sử dụng cát hỗn hợp. Đây cũng là vấn đề rất đáng quan tâm trong nguyên tắc chế tạo bê tông CLC – CĐC.
- Đối với bê tông lỏng có độ sụt >19cm, tuy lượng xi măng khá cao khi sử dụng FA làm phụ gia khoảng chỉ đạt cường độ tới khoảng 70MPa, thuộc bê tông Grade 3. Chính vì vậy đã khuyếncáo cần phải sử dụng SF với bê tông có cường độ lớn hơn 65MPa, mẫu M5 có 5% SF đã thể hiện rõ vai trò của SF. Tuy bề mặt riêng lớn của SF, nhưng tăng lượng phụ gia siêu dẻo, làm lượng nước trộn không tăng mà còn giảm ít. Đó là nhờ hiệu quả hạt hình cầu của SF, mặt khác còn nhờ cỡ hạt siêu mịn đã lấp đầy vi lỗ rỗng thay cho lượng nước chiếm chỗ trong bê tông. Cường độ tăng đáng kể ở các tuổi bê tông, đạt 95MPa ở tuổi 28 ngày tương đương Grade 4. Tuổi 28 ngày cường độ tăng 24,5% so với mãu M1. Tỷ lệ độ nén R 1 ngày /R28 ngày tăng từ 33% mẫu M1 lên 40% mẫu M5. Bê tông có cường độ tuổi sớm cao rất phù hợp cho các cấu kiện ứng suất trước. Tỷ lệ N/CKD của các mẫu M3 và M5 gần bằng nhau, nhưng cường độ tuổi 28 ngày mẫu M5 tăng tới gần 35% so với mẫu M3. Vì vậy quan hệ giữa cường độ và tỷ lệ N/CKD , hoặc N/X khi phụ gia khoáng hoạt tính có nhiều thay đổi. Đây là một khó khăn trong việc tính cường độ bê tông CLC – CĐC khi biết trước tỷ lệ N/CKD hoặc ngược lại trong quá trình thiết kế thành phần bê tông. Theo phân loại, thì mô đun đàn hồi chưa tương xứng với cường độ nén, mẫu M5 cường độ nén đạt Grade 4, nhưng mô đun đàn hồi chỉ đạt Grade 3. Có thể do mức mô đun đàn hồi đưa ra quá lớn. Nhiều nghiên cứu đã kết luận mô đun đàn hồi không tăng nhiều khi bê tông có cường độ nén cao.
-Tỷ lệ cát trên cốt liệu của bê tông CLC – CĐC giảm tới 0,34 nhỏ hơn nhiều so với bê tông thường 0,38 – 0,42 nhưng không bị phân tầng tuy ở độ sụt cao. Tính kết dính tốt, hoặc độ nhớt kết cấu cao của bê tông này có được do lượng chất kết dính cao và do lượng nước trộn thấp, nói cách khác do tỷ lệ N/CKD rất thấp. Hiệu quả tăng độ linh động của FA được thể hiện. Tỷ lệ FA càng cao các M1,M2, M3 thì lượng nước trộn càng giảm và độ sụt vẫn tăng ít. Một số chỉ tiêu độ bền lâu: Chỉ tiêu thâm nhập ion Cl- ch 391 Columbs, tương đương bê tông Grade3.
3. Kết luận:
- Bằng các nguyên liệu sẵn có và không đắt tiền ở Việt Nam, như: xi măng PC40, phụ gia siêu dẻo hệ naphtalen, tro bay Phả Lại...có thể chế tạo bê tông CLC – CĐC tới 70MPa. Khi cần có cường độ cao hơn, với các tính năng vượt trội hơn cần sử dụng đến phụ gia hoạt tính siêu mịn.
- Sử dụng tro bay làm một phàn phụ gia khoáng hoạt tính sẽ cải thyện tính xúc biến và không gây ảnh hưởng khác cho bê tông CLC – CĐC.
- Sử dụng phụ gia siêu dẻo ở hàm lượng cao sẽ giảm đáng kể tỷ lệ N/CKD. Tuy nhiên cần thử nghiệm xác định dùng tối ưu cho mỗi trường hợp cụ thể.
Nguồn tin: Theo Thông tin KHCN Vật liệu xây dựng, số 3/2005
| Tài liệu đính kèm bài viết | |
|---|
| Nghien_cuu_BTCLC.doc | Tải về |