Tóm tắt luận án tiếng việt: Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam.

Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam.NhËn xÐt 3 §å thÞ h×nh 4 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN LONG KHÁNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO SỬ DỤNG MUỘI SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ở MÔI TRƢỜNG BIỂN.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN LONG KHÁNH

NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO

SỬ DỤNG MUỘI SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Ở MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM

2 Công trình được hoàn thành tại:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Nguyễn Thị Tuyết Trinh

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin – Thư viện, Đại học Giao thông vận tải

Trên thế giới trong những năm 1970, vấn đề về độ bền ăn mòn kết cấu bê tông đã bắt đầu được đưa ra nghiên cứu Tuy nhiên đến năm 2005, Hà Lan mới bắt đầu một chương trình nghiên cứu chính thức, thực hiện dưới sự giám sát của Ủy ban B23 của

CUR (Hội đồng nghiên cứu sau đại học toàn cầu), thực hiện khảo sát sáu mươi kết cấu

ở nhiều độ tuổi khác nhau Nghiên cứu cho thấy nguyên nhân lớn nhất gây ảnh hưởng tới độ bền kết cấu bê tông là sự ăn mòn cốt thép do xâm nhập ion Cl-, chủ yếu trong các kết cấu cũ với lớp bê tông bảo vệ tương đối thấp [Wiebenga 1980]

Việt Nam là quốc gia có hơn 3.200 km bờ biển Trước yêu cầu cấp thiết của công cuộc xây dựng và bảo vệ biển đảo, Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm đến sự phát triển kinh tế - xã hội các vùng ven biển, hải đảo với nhiều chính sách ưu tiên phát triển, trong đó có phát triển cơ sở hạ tầng Thực tế cho thấy, vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ của các công trình bê tông xây dựng ở vùng biển hoặc ven biển chủ yếu là giải quyết bài toán nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong kết cấu công trình

Từ những phân tích trên, Luận án lựa chọn đề tài “Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn

mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam” nhằm

nghiên cứu, phân tích và thí nghiệm loại bê tông sử dụng phụ gia muội silic để tăng cường độ bền chống thấm ion Cl- cho kết cấu bê tông ở môi trường biển

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của Luận án là nghiên cứu sử dụng bê tông muội silic có độ bền ăn mòn cao cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam, cụ thể như sau: Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ Nước/Chất kết dính (N/CKD), hàm lượng muội silic tới cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl-, hệ số khuếch tán ion Cl- để đánh giá về cường

độ chịu nén, độ bền chống thấm ion Cl- của bê tông muội silic trong môi trường biển Xác định quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén,

3 Đối tượng v phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là bê tông sử dụng muội silic có cường độ đặc trưng > 60 MPa và có độ thấm ion Cl- <1000 Cu lông

Phạm vi nghiên cứu của Luận án là nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic nhằm đánh giá độ bền chống thấm ion Cl-

của bê tông trong môi trường biển, tại khu vực thủy triều lên xuống ở môi trường biển

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kết hợp giữa lý thuyết, thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, cụ thể là:

2 Phương pháp lý thuyết dựa trên kết quả, nội dung của các nghiên cứu trên thế giới

và trong nước, từ đó lựa chọn các phương pháp, số liệu phù hợp đưa vào nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp Taguchi cho quy hoạch, xử lý

số liệu thí nghiệm, kết hợp với sử dụng phần mềm Life-365 để đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu công trình ở môi trường biển Hải Phòng

Phương pháp thí nghiệm là phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm dựa trên Tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài nhằm xác định các đặc tính về độ bền, thể tích

lỗ rỗng của bê tông

5 Ý nghĩa khoa học v thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: (1) Đưa ra các minh chứng làm rõ hơn ảnh hưởng của tỷ lệ

N/CKD, hàm lượng muội silic tới độ bền của bê tông (cường độ chịu nén, độ thấm ion

Cl-, hệ số khuếch tán ion Cl-);(2) Thiết lập mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic Qua đó đề xuất phương pháp thiết kế bê tông muội silic có xét đến độ bền chống thấm ion Cl-

; (3) Đánh giá ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng đến độ bền của bê tông muội silic theo thời gian; (4) Đề xuất cấp phối bê tông muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam đáp ứng yêu cầu về độ bền

Ý nghĩa thực tiễn: (1) Góp phần hoàn thiện phương pháp thiết kế thành phần bê

tông muội silic trong môi trường biển nhằm nâng cao độ bền chống thấm ion Cl-; (2) Thúc đẩy việc tận dụng nguồn vật liệu muội silic từ sản phẩm công nghiệp cho việc xây dựng các công trình hạ tầng giao thông khu vực biển góp phần giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế kỹ thuật

1.1.1 Khái niệm về môi trường biển

Theo nghiên cứu của K Mehta (Pháp), ăn mòn trong môi trường biển được chia làm

ba vùng chính [94] : Vùng thường xuyên ngập nước; Vùng thủy triều lên xuống (gồm

cả phần sóng đánh); Vùng khí quyển trên biển và ven biển

Môi trường biển có chứa rất nhiều các yếu tố gây tác động xấu đến chất lượng, độ bền của bê tông, gây suy giảm tuổi thọ của các công trình Thực tế có hơn 50% bộ phận kết cấu bê tông, bê tông cốt thép bị ăn mòn, hư hỏng nặng hoặc bị phá hủy chỉ sau 10-

30 năm sử dụng Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bền công trình bê tông,

bê tông cốt thép chủ yếu như sau:

+ Quá trình cacbonat hóa

+ Quá trình thấm ion SO4

vào trong bê tông + Quá trình khuếch tán ô xi, ion Cl- và hơi ẩm vào bê tông

2-+ Quá trình ăn mòn do vi sinh vật, do sóng, ăn mòn rửa trôi

 Trên thế giới

Diện tích bề mặt trái đất được bao phủ 71% bởi các vùng nước và trong đó gần 96,5% được bao phủ bởi nước biển

3 Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3200 km từ 8o37’ đến 21o32’ Bắc với điều kiện nóng ẩm mang tính đặc thù của khí hậu Việt Nam [40]

1.1.2 Ảnh hưởng của môi trường biển tới độ bền bê tông

Môi trường biển có nhiều tác động có hại tới độ bền bê tông, tuy nhiên có thể khái quát những ảnh hướng chính như sau:

 Hiện tượng ăn mòn cốt thép do ion Cl - gây ra

Khảo sát thực tế cho thấy các công trình BTCT sau một thời gian sử dụng đều có dấu hiệu gỉ cốt thép ở mức độ khác nhau, dẫn đến không đảm bảo về tuổi thọ công trình

 Ảnh hưởng do quá trình hydrat hóa

Các sản phẩm chính của quá trình hydrat hóa xi măng Poóc lăng dễ bị phân hủy bởi các thành phần của nước biển như CO2, MgCl2 và MgSO4

 Ảnh hưởng do hiện tượng cacbonat hóa

Các phản ứng cacbon hóa với tất cả các sản phẩm xi măng ngậm nước có thể dẫn

đến sự hư hỏng bê tông

Hàm lượng MgCl2 điển hình của nước biển là 3200 ppm, đủ để gây ra sự suy giảm khả năng làm việc của xi măng Poóc lăng do sự xâm hại của ion Mg2+

 Ảnh hưởng do xâm hại sunfat

Các ion sunfat từ nước biển phản ứng với các sản phẩm hydrat của xi măng Poóc lăng và gây ra sự hư hỏng của cấu kiện bê tông

1.1.3 Các yêu cầu tăng cường độ bền bê tông trong môi trường biển

 Yêu cầu về lựa chọn vật liệu đầu vào

 Yêu cầu về thiết kế, thành phần bê tông

 Yêu cầu về công nghệ chế tạo và thi công [40]

1.2 Khái quát về độ bền của bê tông

do hiện tượng cacbonat hóa, xâm hại sunfat )

1.2.2 Nghiên cứu về ăn mòn cốt thép do ion Cl- gây ra

Đặc trưng của ăn mòn cốt thép do ion Cl- là tạo ra các “lỗ” trên bề mặt kim loại (micropilc), làm tỉ lệ diện tích catot/anot lớn nên mật độ dòng ăn mòn cục bộ rất cao Chỉ có ion ion Cl- ở dạng tự do mới gây ra ăn mòn cốt thép và sự khuếch tán của chúng trong cấu trúc xốp của bê tông Quá trình này được minh họa trong Hình 1.7 Từ đó hình thành các chất Fe2O3 và Fe(OH)3.3H2O là sản phẩm của quá trình điện hóa

Hình 1.7: Cơ chế ăn mòn điện hóa thép trong bê tông khi có mặt ion Cl

[21]

4 Theo Nielsen A (1985), Fe2O3 có thể tích gấp 2 lần thép mà nó thay thế Nhưng khi chuyển thành Fe(OH)3.3H2O nó nở thể tích gấp đến 6,5 lần gây ra nứt và vỡ bê tông bảo vệ

1.2.3 Nghiên cứu về cơ chế ảnh hưởng của lỗ rỗng tới độ bền của bê tông

Ion Cl- xâm nhập vào bê tông qua các lỗ rỗng và vết nứt vi mô Hơn nữa, bê tông là một vật liệu không đồng nhất, các đặc tính xốp liên quan trực tiếp đến tính thấm của bê tông [127], bao gồm cấu trúc lỗ rỗng, cường độ, điều kiện đóng rắn và yếu tố môi trường [77] Vì vậy, lỗ rỗng của bê tông cũng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ bền của kết cấu

1.3 Khái quát về bê tông muội silic có độ bền ăn mòn cao ở môi trường biển 1.3.1 Khái niệm về bê tông có độ bền ăn mòn cao ở môi trường biển

Bê tông có độ bền ăn mòn cao về bản chất là bê tông chất lượng cao So với bê tông thông thường, trong thành phần của bê tông chất lượng cao còn có một thành phần không thể thiếu là phụ gia khoáng Có nhiều loại phụ gia khoáng có nguồn gốc tự nhiên

và nhân tạo (muội silic, tro bay, xỉ lò cao ) Tuy nhiên muội silic là một trong những loại puzơlan phổ biến nhất, việc bổ sung chúng vào hỗn hợp bê tông giúp độ xốp, độ thấm và mức độ tách nước thấp hơn vì các oxit của chúng (SiO2) phản ứng với Ca(OH)2, được tạo ra từ quá trình thủy hóa xi măng Pooc lăng thông thường tạo ra sản phẩm C-S-H là thành phần chính tạo nên cường độ của bê tông

1.3.2 Vai trò của muội silic trong bê tông

Muội silic là một loại phụ gia khoáng puzơlan, có một số tính chất đặc trưng như cỡ hạt rất nhỏ (khoảng 0,1µm), dạng hình cầu, cấu trúc vô định hình và có hàm lượng SiO2lớn.Các công trình nghiên cứu về muội silic [54], [59] cho thấy ảnh hưởng của muội silic tới các tính chất của bê tông được tạo nên bởi hai hiệu ứng hóa học và vật lý Hiệu ứng hóa học liên quan đến khả năng tạo thành sản phẩm hydro silicat canxi CSH, là chất kết dính tạo cường độ cho bê tông Mặt khác hiệu ứng vật lý của muội silic là hiệu ứng vi cốt liệu để điền đầy các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu và giữa các hạt xi măng làm cho bê tông đặc, chắc hơn Đây là những ảnh hưởng chính của muội silic đến đặc tính cường độ và độ bền của bê tông

Những nghiên cứu trước đây liên quan đến việc sử dụng muội silic trong bê tông đã đưa ra hàm lượng muội silic sử dụng tuối ưu là từ 5% - 15% khối lượng xi măng để đạt được yêu cầu về độ bền [110]

1.3.3 Tình hình nghiên cứu về bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic

Trên thế giới, nghiên cứu ăn mòn, các giải pháp tăng độ bền cho các công trình bê tông – bê tông cốt thép nói chung được quan tâm rất sớm từ đầu thế kỷ 19 Ở những nước phát triển tại Châu Âu, Châu Mỹ và các nước thuộc khu vực Bắc Âu Có thể kể tên một số nhà khoa học nổi tiếng trong lĩnh vực liên quan đến ăn mòn kết cấu bê tông – bê tông cốt thép trong môi trường biển như P.K Mehta, V.M Malhotra, J P Olivier… [94], [89] với nhiều công bố khoa học, nhiều sách tham khảo, chuyên khảo về

độ bền, chống ăn mòn bê tông

Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu về bê tông có độ bền chống ăn mòn cao cũng đã được nghiên cứu trước đây Có thể kể đến những nghiên cứu của Đào Văn Dinh [15],

Hồ Văn Quân [33], Hồ Xuân Ba [11], Ngô Văn Thức [33] Tuy nhiên các tác giả mới chỉ tập trung nghiên cứu, đánh giá về khả năng chống thấm ion Cl- của bê tông sử dụng phụ gia khoáng muội silic, chưa có những nghiên cứu chuyên sâu về hệ số khuếch tán

5 ion Cl- và ảnh hưởng của muội silic tới lỗ rỗng và độ bền bê tông theo thời gian Cũng như chưa đưa ra phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền

là đe dọa lớn nhất gây suy giảm tuổi thọ đối với các kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển

- Từ phân tích tổng quan, Luận án tập trung vào hướng nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố thành phần, thể tích lỗ rỗng tới độ bền chống xâm nhập ion Cl- của bê tông muội silic Đề xuất phương pháp thiết kế bê tông muội silic có xét đến độ bền chống xâm nhập ion Cl- và đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn của công trình bê tông cốt thép ở môi trường biển

1.5 Định hướng nghiên cứu của Luận án

Từ những phân tích ở Chương I, Luận án đã xác định được định hướng nghiên cứu

Đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn của các công trình khi sử dụng bê tông muội silic và bê tông thông thường trong môi trường biển Từ đó đề xuất cấp phối phù hợp với yêu cầu thời gian khởi đầu ăn mòn là 100 năm đối với các công trình trong môi trường biển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC

2.1 Cơ sở lý thuyết đánh giá sức kháng xâm nhập ion Cl - của bê tông muội silic 2.1.1 Sức kháng xâm nhập ion Cl - của bê tông

Ion Cl- có thể có mặt trong các thành phần vật liệu cấu thành bê tông đặc biệt là cát

và nước Theo Tiêu chuẩn EN 206-1 (2001) [141] của Châu Âu, hàm lượng ion Cl- so với khối lượng của xi măng không được vượt quá 0,4% đối với bê tông cốt thép hoặc bê tông có lõi thép Ion Cl- có thể có mặt trong bê tông ở dạng ion trong pha lỏng

2.1.2 Các phương pháp thí nghiệm sức kháng xâm nhập ion Cl - của bê tông

 Thí nghiệm d i hạn: Thí nghiệm ngâm muối (Salt Ponding Test – AASHTO T259); Thí nghiệm khuếch tán khối (Bulk Diffusion Test – ASTM C1556)

 Thí nghiệm d i hạn: Thí nghiệm thấm nhanh Clo (Rapid Chloride Permeability Test – ASTM C1202); Kỹ thuật điện di; Thí nghiệm điện di nhanh Clo (The Rapid Clorua Migration Test - AASHTO TP64)

2.2 Cơ sở lý thuyết đánh giá ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền bê tông

6

2.2.1 Ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, độ rỗng chính là khoảng không giữa các C-S-H và các lỗ rỗng mao quản nhỏ không gây nên thấm cho bê tông chất lượng cao Ngược lại, khi tăng mức độ thủy hóa, mặc dù tăng đáng kể thể tích rỗng do khoảng trống giữa các lớp C-S-H và rỗng mao quản, nhưng tính thấm giảm mạnh Do vậy, tồn tại mối quan hệ trực tiếp giữa tính thấm và thể tích lỗ rỗng lớn hơn 100 nm Điều này có thể do đối với

hệ thống lỗ rỗng bao gồm nhiều lỗ rỗng nhỏ có xu hướng gián đoạn (không liên tục) nên ảnh hưởng tới độ bền của bê tông

2.2.2 Phương pháp xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông

Thể tích lỗ rỗng của bê tông được xác định bằng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (phương pháp Brunauer – Emmett – Teller/BET) Phương pháp này được sử dụng để xác định một số tính chất của vật liệu mao quản như: diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, phân bố kích thước mao quản cũng như tính chất bề mặt

Từ kết quả của phương pháp BET, áp dụng phương pháp Barret – Joyner – Halenda (BJH) để xác định phân bố thể tích lỗ rỗng và kích cỡ lỗ rỗng qua đó xác định được phân bố lỗ rỗng trong bê tông

2.3 Giới thiệu phương pháp Taguchi

2.3.1 Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi kết hợp quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu nhằm đưa ra mối quan hệ giữa biến đầu vào và hàm mục tiêu Trong đó, thiết kế ma trận thí nghiệm đơn giản, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, cho hiệu quả cao Các ma trận thí nghiệm được thiết kế dựa vào các ma trận trực giao cố định Quá trình được thực hiện như sau:

Xác định các thông số Xác định các mức của mỗi thông số Lựa chọn mảng trực giao OA phù hợp Gán các thông số vào các cột của mảng trực giao

Tiến hành thí nghiệm Phân tích dữ liệu

2.3.2 Xây dựng phương trình hồi quy theo phương pháp Taguchi

Trong phương pháp Taguchi để xây dựng quan hệ giữa hàm mục tiêu và các biến đầu vào, việc phân tích phương sai mô hình, xem xét hệ số tương quan của mô hình và xác định các số hạng trong mô hình được hỗ trợ bằng phần mềm Minitab [23]

Phương trình hồi quy tổng thể có dạng như sau [23]:

7

bju: là các hệ số ước lượng sự thay đổi của hàm giả định đối với mỗi đơn vị thay đổi của các biến giả thuyết

2.4 Kết luận Chương 2

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sức kháng xâm nhập ion Cl- và ảnh hưởng của thể tích

lỗ rỗng tới độ bền của bê tông, nghiên cứu các phương pháp xác định độ thấm, hệ số khuếch tán ion Cl-

và thể tích lỗ rỗng của bê tông

- Lựa chọn phương pháp xác định hệ số khuếch tán ion Cl- thông qua phương pháp thấm nhanh Cl- và phương pháp điện di nhanh

- Lựa chọn phương pháp Taguchi kết hợp với phần mềm Minitab để phân tích số liệu, xây dựng mối tương quan giữa tỷ lệ N/CKD với hàm lượng muội silic cường độ,

độ thấm ion Cl-

- Lựa chọn phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ (BET/BJH) để xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ THÀNH PHẦN

TỚI ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC 3.1 Thiết kế chế tạo bê tông muội silic

3.1.1 Tiêu chuẩn áp dụng và cơ sở khoa học lựa chọn thành phần thiết kế bê tông muội silic

 Tiêu chuẩn áp dụng

Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 10306:2014 về Bê tông cường độ cao – Thiết kế thành phần mẫu hình trụ [9] và các tiêu chuẩn quốc gia khác quy định về chỉ tiêu kỹ thuật đối với các thành phần bê tông

 Cơ sở khoa học lựa chọn thành phần trong thiết kế bê tông xi măng muội silic

Thiết kế thành phần bê tông muội silic có cường độ chịu nén ở 28 ngày lớn hơn 60 MPa (mẫu hình trụ) và độ thấm ion Cl- < 1000 Cu lông

3.1.2 Vật liệu chế tạo bê tông xi măng muội silic

 Cốt liệu thô (đá dăm)

- Nguồn gốc: mỏ đá Sunway – Lương Sơn – Hòa Bình

- Cường độ được xác định tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT

 Cốt liệu nhỏ (cát vàng)

- Nguồn gốc: sông Hồng (Việt Trì)

- Các chỉ tiêu cơ lý của cát được xác định tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT

Xi măng Bút Sơn PC40 theo TCVN 2682 – 2009

Các chỉ tiêu kỹ thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất

 Phụ gia khoáng muội silic

Sản phẩm gốc silicafume Sikacrete PP1 của hãng Sika, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C1240-03

 Phụ gia siêu dẻo

Sika Viscocrete 3000-20 của Hãng Sika, loại G, đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C494

 Nước dùng đổ bê tông

8 Nguồn nước máy của hệ thống cấp nước sinh hoạt của Hà Nội đạt chất lượng theo TCVN 4506 : 2012 – Nước cho bê tông và vữa

3.1.3 Tính toán thiết kế thành phần và chế tạo bê tông muội silic

 Lựa chọn thông số đầu vào

Dựa trên các phân tích nghiên cứu trước đây trên thế giới và trong nước, Luận án

lựa chọn thông số đầu vào trong nghiên cứu như sau:

- Hàm lượng muội silic thay thế: 8% – 10 % – 12%

- Tỷ lệ N/CKD: 0,25 – 0,30 – 0,35

 Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi

- Hàm mục tiêu: Cường độ chịu nén và độ thấm ion Cl-

- Thông số đầu vào:

 Hàm lượng muội silic thay thế: 8% – 10 % – 12%

 Tỷ lệ N/CKD: 0,25 – 0,30 – 0,35

 Bố trí thí nghiệm theo phương pháp Taguchi

Theo sổ tay kỹ thuật chất lượng Taguchi [117], trường hợp khảo sát 2 yếu tố, mỗi

yếu tố 3 mức, lựa chọn quy hoạch loại L9 với 9 cấp phối thí nghiệm, tổ hợp các thí nghiệm được bố trí trực giao

 Thiết kế cấp phối thành phần bê tông xi măng muội silic

Trong phạm vi nghiên cứu, Luận án không xem xét đến vấn đề ảnh hưởng của cốt liệu mà chỉ tập trung nghiên cứu về thành phần cấu tạo nên chất kết dính trong bê tông muội silic gồm: Thành phần cấu tạo nên chất kết dính và Hàm lượng nước sử dụng Áp dụng Tiêu chuẩn TCVN 10306:2014 với hàm lượng muội silic (8 % - 10% - 12%) và tỷ

lệ N/CKD (0,25 - 0,30 - 0,35), tính toán thiết kế thành phần các cấp phối bê tông như sau:

Bảng 3.13: Tổng hợp thành phần BT muội silic sử dụng nghiên cứu

(kg)

N (lít)

MS (kg)

C (kg)

Đ (kg)

PG (lít)

8MS 0,25N/CKD

0,25

8 552 150 48 612 1100 8,3 10MS 0,25N/CKD 10 540 150 60 612 1100 8,1 12MS 0,25N/CKD 12 528 150 72 612 1100 7,9 8MS 0,30N/CKD

0,30

8 460 150 40 692 1100 6,9 10MS 0,30N/CKD 10 450 150 50 692 1100 6,8 12MS 0,30N/CKD 12 440 150 60 692 1100 6,6 8MS 0,35N/CKD

0,35

8 395 150 34 745 1100 5,9 10MS 0,35N/CKD 10 386 150 43 745 1100 5,8 12MS 0,35N/CKD 12 377 150 52 745 1100 5,7 0MS 0,30N/CKD 0,30 0 500 150 00 692 1100 6,8 Ngoài những cấp phối sử dụng muội silic, Luận án lựa chọn thêm 01 cấp phối không sử dụng muội silic với tỷ lệ N /CKD=0,30 làm mẫu đối chứng

Ghi chú: X: Xi măng; N: Nước; MS: Muội silic; C: Cát; Đ: Đá dăm; N/CKD: Tỉ lệ

Nước/Chất kết dính; PG: Phụ gia siêu dẻo

 Chế tạo bê tông muội silic

Bảng 3.14: Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm

9

Số lượng mẫu trụ kích thước 150 x 300 (mm) (cho thí nghiệm nén)

Số lượng mẫu trụ kích thước 100 x 50 (mm) (cho thí nghiệm xác định độ thấm)

Hình 3.5 Hình ảnh quá trình trộn và bảo dưỡng bê tông

3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thành phần tới cường độ chịu nén của

bê tông muội silic

3.2.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông muội silic

- Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 3118 :

1993 tại Phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT

- Kết quả cường độ chịu nén được tính trung bình từ kết quả đo 9 mẫu thử/cấp phối ở

28 ngày tuổi, như sau:

Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

TT Kí hiệu bê tông xi măng

MS (%)

Cường độ chịu nén trung bình ở 28 ngày tuổi (MPa)

3.2.3 Xây dựng phương trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén của bê tông muội silic bằng phương pháp Taguchi

Xây dựng phương trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén bằng phần mềm Minitab Phương trình như sau:

135,19 738, 0 N 14, 80 906, 7.( N ) 0, 7083

 Đánh giá sự phù hợp của phương trình hồi quy bằng phần mềm Minitab

Bảng 3.19: Kết quả phân tích phương sai mô hình tương quan

11 Giá trị P-Value của các yếu tố N/CKD; MS; (N/CKD)2; MS2 đều nhỏ hơn 0,05, cho thấy các yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể trong mô hình hồi quy

Bảng 3.20: Hệ số tương quan của PTHQ cường độ chịu nén

dự đoán)

Các hệ số tương quan của PTHQ, R-sq = 99,94%, R-sq(adj) = 99,89%, R-sq(pred) = 99,72% (Bảng 3.44) cho thấy phương trình hồi quy có sự tương quan chặt chẽ với số liệu thí nghiệm Do đó, có thể sử dụng phương trình này để dự đoán cường độ chịu nén của bê tông muội silic

b Đánh giá sự phù hợp của phương trình hồi quy thông qua kết quả thí nghiệm Bảng 3.21: So sánh cường độ chịu nén thí nghiệm v cường độ chịu nén dự đoán

theo Phương pháp Taguchi

MS (%)

R n 28 thí nghiệm (MPa) (1)

R n 28 theo Phương pháp Taguchi (MPa) (2)

Sai lệch giữa (1) và (2)

 Đánh giá sự phù hợp của phương trình hồi quy thông qua các nghiên cứu khác

So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy, phương trình hồi quy rút ra của Luận án tương đồng với các kết quả nghiên cứu của Sanjay Kumar, Baboo Rai (2020) [81]; M Shafieyzadeh (2013) [112]

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thành phần tới khả năng chống thấm ion Cl - của bê tông muội silic