Nghiên cứu chế tạo bê tông thương phẩm có hàm lượng tro bay cao trong xây dựng dân dụng luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

- 9 - Trên thế giới, việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện - chất thải công nghiệp thay thế hàm lượng xi măng trong hỗn hợp bê tông xi măng đã được áp dụng và được công nhận.. Mục đích và phạm

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG THƯƠNG PHẨM

CÓ HÀM LƯỢNG TRO BAY CAO TRONG XÂY DỰNG DÂN DỤNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

MÃ SỐ : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.Hồ Chí Minh, 2018

LỜI CAM ĐOAN

Học viên cam kết đã tự nghiên cứu và thực hiện đề tài này, bằng kinh nghiệm làm việc thực tiễn và kiến thức chuyên môn được đào tạo trong quá trình học Đại học và chương trình cao học tại trường Đại học giao thông vận tải, ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dựng và công nghiệp, khóa 24.1, dưới

sự quan tâm, hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Thanh Sang Mọi tham

khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn rõ ràng và có độ chính xác trong phạm vi hiểu biết của tôi Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tp.HCM, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Võ Văn Luật

- 3 -

Lời cảm ơn

Đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông thương phẩm có hàm lượng tro bay cao trong xây dựng dân dụng được thực hiện và hoàn thành tại trường Đại

Học Giao Thông Vận Tải

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới giảng viên hướng dẫn đề tài

PGS.TS.Nguyễn Thanh Sang – giảng viên trường Đại Học Giao Thông Vận

Tải, tập thể Bộ môn vật liệu xây dựng, trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã giúp đỡ hoàn thành nghiên cứu này Tác giả xin chân thành cảm ơn sự đóng góp các ý kiến quý báu của các chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và nhóm nghiên cứu giúp đỡ cho sự thành công của đề tài

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới cán bộ phòng thí nghiệm Trung Tâm

Tư Vấn Kiểm Định Kỹ Thuật Công Trình – 195 Linh Trung, P.Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp.HCM; Công Ty Cổ Phần Xây Dựng Bêtông Huy Hoàng – Quận 9, Tp.HCM; Công Ty TNHH Xây Dựng Phú Minh Cường đã tạo điều kiện

và hỗ trợ tác giả hoàn thành đề tài nghiên cứu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 8

Tính cấp thiết của đề tài 8

Mục đích và phạm vi nghiên cứu 9

Phương pháp nghiên cứu 9

Chương 1: Tổng quan về bê tông xi măng có chứa thành phần tro bay nhiệt điện hàm lượng cao 10

1.1 Cơ sở khoa học của bê tông nhiều tro bay 10

1.1.1 Khái niệm chung 10

1.1.2 Cấu trúc của bê tông nhiều tro bay 10

1.2 Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhiều tro bay trên thế giới 11 1.3 Các nghiên cứu bê tông nhiều tro bay ở Việt Nam 18

1.4 Kết cấu móng nhà cao tầng sử dụng bê tông khối lớn 19

Chương 2: Nghiên cứu thành phần vật liệu của bê tông xi măng có chứa tro bay nhiệt điện 23

2.1 Khái niệm chung 23

2.2 Vật liệu chế tạo bê tông nhiều tro bay 24

2.2.1 Cốt liệu 24

2.2.2 Xi măng 34

2.2.3 Tro bay 37

2.2.4 Ph gi h h 41

2.2.5 N 41

2.3 Thiết kế thành phần của bê tông nhiều tro bay 42

2.3.1 Cá y u u thi t 45

2.3.2 t qu thi t thành ph n t ng i măng nhi u tro y 47

2.4 Kế hoạch thực nghiệm 51

2.4.1 Chuẩn ị vật liệu thí nghiệm 51

2.4.2 Trộn mẫu thí nghiệm 51

2.4.3 Ch tạo mẫu thí nghiệm 52

2.4.4 Ph ơng pháp thử nghiệm 52

- 5 -

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm 53

3.1 Hệ thống tiêu chuẩn áp dụng 53

3.2 Tính công tác và cường độ của bê tông nhiều tro bay 53

3.2.1 Chuẩn ị mẫu thử 53

3.2.2 Trộn mẫu thử 54

3.2.3 Đú mẫu thử 55

3.2.4 B o d ỡng mẫu thử 56

3.2.5 Tính ng tá 57

3.2.6 C ng ộ hịu n n 58

3.2.7 C ng ộ p h 61

3.2.8 Cá tính hất ộ n ủ t ng nhi u tro y 63

Chương 4: Nghiên cứ khả năng ứng dụng của bê tông xi măng có chứa thành phần tro bay nhiệt điện hàm lượng cao 78

4.1 Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông xi măng thương phẩm trong công trình xây dựng 78

4.1.1 Khái niệm chung về bê tông thương phẩm: 78

4.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông xi măng thương phẩm trong công trình xây dựng: 81

4.2 Nghiên cứu khả năng ứng dụng của bê tông xi măng có chứa thành phần tro bay nhiệt điện hàm lượng cao 82

4.2.1 h năng ung ấp ốt liệu 82

4.2.2 Phân tí h ánh giá lợi í h m i tr ng và inh t : 95

Kết luận và kiến nghị 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

PHỤ LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1- Thành phần cấp phối bê tông cho 1m3

theo nghiên cứu của Cengiz Duran

Bảng 2.6 - Thành phần hóa học của xi măng PCB40 Sài Gòn 37 Bảng 2.7 - Thành phần khoáng vật của xi măng PCB40 Sài Gòn 37 Bảng 2.8 - Các tính chất cơ lý của tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ 38 Bảng 2.9- Thành phần hạt của tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ 39 Bảng 2.10- Các chỉ tiêu chất lượng của tro bay theo TCVN 8262:2009 40 Bảng 2.11 - Đặc tính kỹ thuật của phụ gia V-3000-10, SP1 và SP8S 41

Bảng 2.13 - Mối quan hệ giữa cường độ đặc trưng và cường độ yêu cầu 48 Bảng 2.14 - Thành phần bê tông xi măng nhiều tro bay cho 1m3 bê tông 51

Bảng 3.3 - Bảng theo dõi kết quả độ sụt theo thời gian 57 Bảng 3.4 - Kết quả cường độ chịu nén tại các ngày tuổi 60

Bảng 3.6 - Bảng khối lượng mẫu trước và sau khi ngâm trong dung dịch 65 Bảng 3.7 - Bảng cường độ mẫu trước và sau khi ngâm trong dung dịch 66 Bảng 3.8- Đánh giá mức độ thấm ion Cl của bê tông 70 Bảng 3.9 - Kết quả thấm nhập ion Clo ở các mẫu bê tông 70 Bảng 3.10 - Thành phần bê tông cho mỗi mẻ trộn, với thể tích mẫu V = 0,056 m3

71 Bảng 3.11 - Nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông nhiều tro bay 74 Bảng 4.1 - Bảng thống kê những tòa nhà cao nhất hiện nay (2018) 78

- 7 -

Bảng 4.2- Các tính chất cơ lý của một số loại xi măng thông dụng 83 Bảng 4.3 - Lượng nước tiêu chuẩn (%XM) theo TCVN 6017 :1995 84 Bảng 4.4 - Cường độ của các loại xi măng 28 ngày theo TCVN 6016 :1995 84 Bảng 4.5 - Nhu cầu than thực tế của Trung tâm điện lưới Duyên Hải 86 Bảng 4.6 - Diện tích bãi tro xỉ cần của TTĐL Duyên Hải 87 Bảng 4.7 - Diện tích chi tiết của Trung Tâm (TTĐL) Duyên Hải 87

B ng 4.8 - Thống kê các nguồn cát lớn chính 90

B ng 4.9 - Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu chính 90

B ng 4.10 - Kết quả thí nghiệm cát Tân Châu 91

B ng 4.11 - Kết quả thí nghiệm cát sông Tân Ba 91

B ng 4.12 - Kết quả thí nghiệm cát Omxano - Campuchia 92

B ng 4.13 - Bảng tính lượng phát thải GHG cho 1m3

bê tông đang nghiên cứu 95

B ng 4.14 - Bảng tính đơn giá cho 1m3

bê tông đang nghiên cứu 97

MỞ ĐẦU

Để hội nhập với sự phát triển chung của thế giới, phát triển cơ sở hạ tầng phục vụ cho công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đang được Đảng và Nhà Nước coi là nhiệm vụ quan trọng Vật liệu xây dựng đóng góp rất quan trọng trong việc xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng Trong đó bê tông xi măng là loại vật liệu sử dụng phổ biến rỗng rãi trên toàn thế giới kể từ thời kỳ tiền công nghiệp đến nay

Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn hiện nay, bê tông xi măng vẫn là vật liệu chủ đạo trong các công trình xây dựng (làm đường, làm cầu, làm nhà…), khối lượng bê tông chiếm trên 80% khối lượng của các công trình xây dựng Theo thống kê của Hiệp Hội Bê Tông thì hàng năm trên thế giới sử dụng khoảng 2,5 tỷ m3

bê tông các loại Trong thành phần của bê tông xi măng thường và bê tông xi măng chất lượng cao hiện nay nói chung gồm các thành phần như: xi măng, nước, cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn, phụ gia Hỗn hợp cốt liệu được kết hợp với nhau theo tỷ lệ thích hợp - phù hợp cấp vùng tiêu chuẩn thành phần hạt trong tiêu chuẩn, nhằm đạt được độ đặc lớn nhất

Theo đó, hàm lượng xi măng trong thành phần bê tông xi măng chiếm một hàm lượng đáng kể, nhưng các tài nguyên để sản xuất vật liệu xi măng là các nguồn tài nguyên có hạn Vì vậy, nếu có thể thay thế một phần hàm lượng xi măng trong thành phần bê tông xi măng bằng các loại phế phẩm công nghiệp sẽ góp phần quan trọng trong việc giải quyết vấn đề bảo vệ môi trường trong xây dựng và xử lý chất thải công nghiệp

Cùng với sự phát triển đất nước hiện nay, nhu cầu về điện của nước ta đang tăng mạnh qua từng năm Để đáp ứng nhu cầu đó và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, chính phủ đã khởi động rất nhiều dự án nhiệt điện lớn trong vài năm gần đây Cùng với sự mọc lên của hàng chục nhà máy nhiệt điện từ Bắc vào Nam là vấn đề cấp bách trong việc giải quyết khối lượng khổng lồ phế phẩm công nghiệp nhiệt điện – tro xỉ (hơn 16 triệu tấn tro xỉ/năm) để đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp

- 9 -

Trên thế giới, việc sử dụng tro xỉ nhiệt điện - chất thải công nghiệp thay thế hàm lượng xi măng trong hỗn hợp bê tông xi măng đã được áp dụng và được công nhận Ở Việt Nam, hiện nay chúng ta cũng đã công nhận việc thay thế hàm lượng xi măng trong hỗn hợp bê tông xi măng thông qua tiêu chuẩn TCVN 10302:2013 – tro bay cho bê tông, vữa xây dựng Với các lý do trên đề tài

“Nghiên cứu chế tạo bê tông thương phẩm có hàm lượng tro bay cao trong xây dựng dân dụng” là một trong các hướng nghiên cứu để đưa ra giải pháp

khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường và tận dụng phế phẩm công nghiệp trong điều kiện hiện tại ở Việt Nam

Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Sử dụng tro bay nhiệt điện hàm lượng cao từ các nhà máy nhiệt điện để thay thế hàm lượng xi măng trong hỗ hợp bê tông thương phẩm Đánh giá được khả năng áp dụng loại bê tông nhằm làm giảm giá thành và tái chế phế thải công nghiệp bảo vệ môi trường

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm

Khảo sát đánh giá và thống kê thực nghiệm

Chương 1 Tổng quan về bê tông xi măng

có chứa thành phần tro bay nhiệt điện

hàm lượng cao 1.1 Cơ sở khoa học của bê tông nhiều tro bay

1.1.1 Khái niệm chung

Để giảm thiểu khí thải CO2 từ công nghiệp sản xuất xi măng và giảm khối lượng

xi măng dùng trong bê tông, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu, nhiều công trình sử dụng 1 phần tro bay để thay thế xi măng trong hỗn hợp bê tông Hàm lượng tro bay dùng để thay thế xi măng thường chiếm khoảng 10÷25% tổng khối lượng chất kết dính, loại bê tông này được gọi là Bê tông tro bay

Khi sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng thì sản phẩm bê tông có ưu điểm nổi bật là: Giảm nhiệt thuỷ hóa nên thích hợp cho bê tông khối lớn; giảm lượng nước

sử dụng, giảm độ co ngót, cải thiện bề mặt thành phẩm Để giảm thiểu hơn nữa lượng dùng xi măng đồng thời tăng tính ưu việt của bê tông tro bay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và xuất hiện khái niệm bê tông nhiều tro bay (hàm lượng tro bay chiếm trên 25% khối lượng chất kết dính)

Khái niệm bê tông hàm lượng tro bay cao (HVFA) hay gọi là bê tông nhiều tro bay được Malhotra ở CANMET đưa ra từ năm 1988 [12] Bê tông này sử dụng lượng nước rất thấp và có tối thiểu 50% khối lượng tro bay loại F hay loại C được thay thế cho xi măng Tỷ lệ N/X nhỏ hơn 0.4, nhưng vì hàm lượng nước thấp và sử dụng phụ gia siêu dẻo nên độ sụt vẫn đạt từ 15-20cm Khi không yêu cầu độ sụt cao thì không cần sử dụng phụ gia siêu dẻo Bê tông hàm lượng tro bay cao có nhưng ưu điểm nổi bật: tính công tác tốt, giảm đáng kể nhiệt thủy hóa, có thể đạt cường độ sớm và cao nếu có sử dụng phụ gia, giảm co ngót khô, tăng độ bền cho kết cấu bê tông đáp ứng được xây dựng bền vững [11]

1.1.2 Cấu trúc của bê tông nhiều tro bay

Sử dụng tro bay để thay thế một phần xi măng trong bê tông xi măng truyền thống có thể làm tăng độ bền của bê tông [9] Khi ta đưa tro bay vào thành phần của bê tông, thành phần SiO2 vô định hình trong tro bay sẽ tạo ra các phản ứng puzzolan hóa,

- 11 -

hút lượng vôi tự do có trong bê tông; ngoài ra, một phần tro bay sẽ đóng vai trò là vi cốt liệu ch n lấp vào lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn hơn, làm tăng độ đặc cho bê tông, từ đó làm cường độ cũng như độ bền của bê tông được cải thiện Như vậy, khi sử dụng bê tông nhiều tro bay vào các công trình dân dụng, cũng như cầu đường sẽ làm tăng tuổi thọ của các công trình Đặc biệt là đối với các kết cấu thường xuyên chịu ảnh hưởng trực tiếp của các tác nhân xâm thực (ion Cl-, SO42- ) như móng nhà cao tầng,

mố, trụ cầu thì cần quan tâm đến độ bền của vật liệu chế tạo

Trong bê tông thông thường vùng tiếp giáp là vùng có nhiều lỗ rỗng hơn cả và có các hạt dạng keo Ca(OH)2.Vì vậy việc cải thiện cấu trúc của bê tông nhiều tro bay cũng giống như bê tông thường đó là trộn thêm vào bê tông các chất độn mịn để lấp đầy lỗ rỗng nhỏ, đồng thời nên sử dụng chất độn mịn hoạt tính (muội silica SF, tro trấu RHA., mê ta kao lanh) để có thể kết hợp với tro bay phản ứng với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo ra các sợi rắn CSH để tăng cường độ cho bê tông

1.2 Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhiều tro bay trên thế giới

V.M Malhotra [14] trong nghiên cứu cho rằng có nhiều yếu tố bất lợi khi sản xuất xi măng, do vậy cần tăng cường việc sử dụng các nguyên vật liệu thay thế xi măng như tro bay, xỉ hạt lò cao, puzơlan tự nhiên, tro trấu, silicafume,v.v…nhằm giảm lượng tiêu thụ clanke Vì vậy tác giả đã đặc biệt chú ý về vai trò của tro bay như một nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất xi măng

Trong nghiên cứu này tác giả đã thay thế xi măng bằng tro bay tới 60% với tỷ lệ N/CKD 0,30 trong đó lượng xi măng sử dụng là 150 kg/m3, tro bay 200 kg/m3, lượng nước nhào trộn là 120 lít/m3 Tác giả đã nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông đến tuổi 10 năm Bê tông ở tuổi 1 ngày mới chỉ đạt 7,8MPa trong khi ở tuổi 10 năm cường độ bê tông đạt 112,3 MPa Loại bê tông này đã sử dụng thành công ở một vài dự án ở Canada Nhóm nghiên cứu đã đưa ra những kết luận:

- Do nguồn khí thải CO2 từ công nghiệp sản xuất xi măng gây ô nhiễm môi trường, vì vậy nguyên liệu thay thế xi măng như tro bay, xỉ hạt lò cao,v.v…được sử dụng để thay thế xi măng pooclăng trong sản xuất bê tông cho phép giảm sản lượng clanke gián tiếp làm giảm lượng khí thải CO2 Tác giả đưa ra công nghệ sản xuất bê tông với hàm lượng tro bay cao Kết quả nghiên cứu này sẽ giúp cho các nước đang phát triển có thể lắp đặt các nhà máy xi măng công suất nhỏ hơn và việc thiếu hụt công suất này sẽ được bù bằng sử dụng các nguyên liệu thay thế Theo tác giả với yêu cầu

phát triển bền vững thì việc sử dụng nguyên liệu thay thế trong công nghiệp sản xuất

xi măng là cần thiết vì cùng lúc có thể đạt 3 mục tiêu kinh tế, môi trường và xã hội

- Có thể sử dụng hỗn hợp bê tông có phụ gia siêu dẻo kết hợp với từ 6070 % tro bay hoặc xỉ hạt lò cao theo khối lượng cho kết quả cường độ cao ở tuổi sớm, với tỷ lệ thay thế này sẽ mang lại giá trị kinh tế, tiêu tốn năng lượng thấp, tăng độ bền lâu,v.v Vì vậy trong tương lai việc sử dụng các nguyên liệu thay thế một phần trong sản xuất xi măng là điều bắt buộc

- Sử dụng nguyên liệu thay thế kết hợp sử dụng phụ gia giảm nước sẽ đem đến hiệu quả kinh tế cũng như tăng cường độ bền cho bê tông chất lượng cao, giúp giải quyết sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp Việc sử dụng công nghệ mới giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính đồng thời đáp ứng được nghị định thư TOKYO về giảm lượng khí thải ra môi trường Trong nghiên cứu này chưa có các đánh giá về

việc tỷ lệ N/CKD ảnh hưởng đến lượng dùng tro bay như thế nào

N Bouzoubaâ và B Fourier [17] đã sử dụng tro bay loại F để nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông với tỷ lệ thay thế xi măng từ 3050 % theo khối lượng, hàm lượng chất kết dính từ 300400 kg/m3, cường độ nén được xác định ở các tuổi 1,

Rafat Siddique [20] đã nghiên cứu thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40%,

45 %, 50 % trên tổng hàm lượng chất kết dính là 400 kg/m3 Từ kết quả nghiên cứu tác giả đưa ra nhận xét: mức độ tăng cường độ ở tuổi 91 ngày so với tuổi 28 ngày thấp hơn so với mức độ tăng cường độ ở tuổi 365 ngày so với tuổi 28 ngày Tác giả đưa ra một số kết luận sau:

- Việc thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50 % làm giảm cường độ nén, cường độ uốn, cường độ ép chẻ, môđun đàn hồi của bê tông ở tuổi 28 ngày, tuy nhiên, sau 28 ngày tình hình được cải thiện

- 13 -

- Bê tông thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50 % có cường

độ thiết kế tuổi 28 ngày cho phép sử dụng trong kết cấu chịu lực

- Khả năng chịu mài mòn của bê tông phụ thuộc vào cường độ nén và hàm lượng tro bay sử dụng Khả năng chịu mài mòn của bê tông tăng khi tuổi của bê tông tăng với tất cả các tỷ lệ tro bay sử dụng

V K Mathur và cộng sự [22] đã nghiên cứu sử dụng tỷ lệ thay thế tro bay trong

bê tông từ 3050% theo khối lượng chất kết dính để chế tạo bê tông M20, M30, M40 Sau khi đánh giá các chỉ tiêu chất lượng như độ sụt, cường độ nén tuổi 7 và 28 ngày, tác giả đưa ra một số kết luận sau:

- Có thể chế tạo bê tông mác M30 và M40 với lượng dùng xi măng thấp khi sử dụng tro bay với tỷ lệ thay thế phù hợp

- Bê tông M20, M30, M40 có thay thế một phần xi măng bằng tro bay với hàm lượng cao ở tuổi 28 ngày cho cường độ nén tương đương với mẫu đối chứng không sử dụng tro bay

- Khả năng chống xâm nhập của Ion Cl- trong bê tông có tro bay được cải thiện

và khả năng thấm nước giảm

- Giá thành của bê tông tro bay thấp hơn do vậy sự có mặt của tro bay trong bê tông vừa cải thiện được độ bền vừa giảm giá thành sản phẩm

Arun Kumar Chakraborty [23] đã nghiên cứu chế tạo bê tông có hàm lượng tro bay cao sử dụng cho kết cấu Tác giả đã nghiên cứu chế tạo bê tông mác M20, M40, M60 trên cơ sở sử dụng hai loại xi măng poóc lăng thường và xi măng poóc lăng puzzơlan với các tỷ lệ tro bay thay thế 30, 40, 50, 55% theo khối lượng chất kết dính Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: độ sụt hỗn hợp bê tông, cường độ nén tuổi 1, 3, 7, 28,

56 và 91 ngày, cường độ uốn, cường độ ép chẻ, khả năng thấm Cl- Từ kết quả đạt được đi đến kết luận sau:

- Đối với bê tông có cùng độ sụt, cùng hàm lượng chất kết dính và cường độ thì lượng nước yêu cầu và tỷ lệ N/CKD giảm khi lượng dùng tro bay tăng

- Có thể chế tạo bê tông từ chất kết dính chứa đến 50 % tro bay có mác M20, M40, M60 Tuy vậy cường độ bê tông ở tuổi sớm đạt thấp, cường độ ở tuổi dài ngày tăng mạnh và làm tăng khả năng chống thấm Cl- so với mẫu bê tông đối chứng

- Đối với bê tông có cùng lượng dùng chất kết dính và tỷ lệ tro bay khi chế tạo từ

xi măng poóc lăng puzzơlan lượng dùng phụ gia dẻo hóa, phụ gia siêu dẻo sẽ tăng

hoặc tỷ lệ N/CKD tăng để đạt được cùng tính công tác so với bê tông sử dụng xi măng poóc lăng

S Gopalakrishnan và cộng sự [24] đã nghiên cứu chế tạo bê tông mác M30 với hàm lượng tro bay thay thế xi măng lên đến 50% theo khối lượng, độ sụt bê tông yêu cầu 100 mm Các chỉ tiêu khảo sát là cường độ nén tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và 90 ngày; khả năng thấm Cl-; khả năng ăn mòn cốt thép; khả năng thấm cacbon; quan hệ giữa ứng suất và biến dạng; cường độ uốn; cường độ bám dính; khả năng chịu mài mòn Một số kết luận được rút ra như sau:

- Cấp phối bê tông có cường độ thiết kế tuổi 28 ngày sử dụng hàm lượng tro bay cao cũng được thiết kế tương tự như bê tông thông thường Giá trị cường độ nén ở tuổi

28 ngày của hai loại bê tông là tương đương nhau, tuy nhiên bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cho cường độ tuổi dài ngày cao hơn so với bê tông thường

- Cường độ uốn của bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cao hơn bê tông thường trong khi đó cường độ bám dính của hai loại bê tông là tương đương nhau

- Bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cho tính thấm Cl-, hút nước thấp và giảm tính thấm nước so với bê tông thông thường Các tính chất này được cải thiện ở các tuổi dài ngày của bê tông

- Trong thí nghiệm thấm cacbon ở tuổi 28 ngày, bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cho kết quả thấm cacbon thấp hơn so với bê tông thông thường

- Khả năng chống mài mòn của bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao tốt hơn so với bê tông thông thường

L.H Jiang, V.M Malhotra [25] đã nghiên cứu sự thay đổi lượng nước yêu cầu của bê tông khi sử dụng hàm lượng tro bay cao, trong nghiên cứu tác giả đã sử dụng 8 loại tro bay Tỷ lệ TB/CKD 55% được giữ cố định Mẫu đối chứng tỷ lệ N/XM 0,43 lượng xi măng 396 kg/m3 Độ sụt hỗn hợp bê tông được duy trì 6010 mm, cường độ nén xác định ở các tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và 91 ngày Tác giả rút ra các kết luận như sau:

- Khi sử dụng tro bay trong bê tông với hàm lượng cao cho phép giảm 8,819,4

% lượng dùng nước

Cengiz Duran Atis [26] đã nghiên cứu sự tỏa nhiệt trong bê tông có hàm lượng tro bay cao Thành phần bê tông sử dụng trong nghiên cứu được nêu trong Bảng 1.1

- 15 -

Bảng 1.1- Thành ph n ấp phối t ng ho 1m 3

theo nghi n ứu ủ Cengiz Duran Atis

TT Xi măng, kg Tro bay

(kg)

Cát (kg)

Sỏi (kg)

Nước (lít)

Tỷ lệ N/XM tối ưu

Tỷ lệ N/CKD thực tế

PGSD SP/ lít

độ cao nhất là 420C Từ những kết quả nghiên cứu này cho thấy khi thay thế xi măng bằng tro bay nhiệt độ đoạn nhiệt giảm Tác giả có một số kết luận như sau:

- Việc thay thế xi măng bằng tro bay với hàm lượng cao cho phép giảm sự phát triển nhiệt độ trong bê tông

- Phụ gia siêu dẻo có tác dụng làm chậm sự phát triển nhiệt độ của bê tông theo thời gian, khi sử dụng ở hàm lượng lớn có tác dụng làm chậm quá trình thủy hóa của

đã được nhiều tác giả trên thế giới đề cập, với nghiên cứu này tác giả cho thấy tro bay

có tác dụng trong việc giảm phát sinh nhiệt trong bê tông Tuy nhiên trong nghiên cứu

này chưa đề cập đến sự phát triển cường độ của bê tông tro bay theo thời gian

Rawat Bhatta trong CII, II, HCC [32] đã nghiên cứu sử dụng bê tông có hàm lượng tro bay cao để xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ấn Độ, hàm lượng tro bay sử dụng 25, 40 và 50 % so với khối lượng chất kết dính, mác bê tông thiết kế M25, M45 các tính chất nghiên cứu cường độ nén tuổi 7, 28, 56, 91, 180 và 365 ngày, thấm ion

Cl- ở các tuổi 28, 91, 365 ngày, khả năng thấm nước tuổi 28 ngày, môđun đàn hồi tuổi

28, 91 ngày Tác giả cũng đã đánh giá việc giảm thiểu khí CO2 khi sử dụng tro bay trong bê tông Ví dụ, mác M25 xi măng poóc lăng sử dụng khoảng 320 kg/m3, trong

khi bê tông với hàm lượng tro bay lớn thì lượng xi măng sử dụng khoảng 204 kg/m3 Như vậy tiết kiệm được 0,116 tấn CO2 cho một m3 bê tông, với lượng dùng bê tông của toàn bộ dự án (khoảng 45.000 m3

bê tông) sẽ làm giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường khoảng 5.000 tấn

Tác giả đã đưa ra kết luận: việc sử dụng bê tông với hàm lượng tro bay cao là phù hợp và đem lại lợi ích kinh tế cao Các tính chất của loại bê tông này đều vượt các yêu cầu của hỗn hợp bê tông thông thường, chúng dễ bơm, dễ thi công, giảm tổn thất

độ sụt, giảm nhiệt thủy hóa, giảm sự rủi ro do các vết nứt nhiệt gây ra Cho cường độ lớn hơn 50 MPa ở tuổi 56 và 91 ngày Đây là loại bê tông có khả năng giảm sự thấm của Cl-, giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường Đây là nghiên cứu sử dụng cho công trình trọng điểm vì vậy các nghiên cứu khá tỷ mỷ và công phu Tuy nhiên nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu cho mác bê tông thiết kế là M25 và M45 do vậy đã hạn chế nhiều đến khả năng sử dụng hàm lượng tro bay cao trong bê tông

Các ứng dụng bê tông nhiều tro bay trong xây dựng nhà

C ng trình tổ hợp văn phòng há h sạn ở H lif – C n d ợ ây dựng năm 1988

Bê tông nhiều tro bay sử dụng có thành phần cấp phối như sau:

Xi măng pooc lăng loại I : 180 kg/m3

Tro bay (ASTM loại F) : 220 kg/m3

Cốt liệu lớn (Dmax =19mm) : 1100 kg/m3

Cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên) : 800 kg/m3

Nước : 110 L/m3

Phụ gia siêu dẻo (gốc Naptalen) : 6 L/m3

 Cường độ nén yêu cầu của bê tông làm cột nhà ở tầng thấp, dầm và sàn là 50MPa ở tuổi 120 ngày

 Khối lượng bê tông thi công là 26.000 m3

- 17 -

Hình 1.1 C ng trình P r L ne Hotel/Offi e Comple , sử d ng B t ng nhi u

tro y làm ột nhà - Canada 1988 [9]

C ng trình n ng Purdy Wh rf - Canada 1990

Bê tông nhiều tro bay sử dụng có thành phần cấp phối như sau:

Xi măng pooc lăng loại I : 180 kg/m3

Tro bay (ASTM loại F) : 220 kg/m3

Cốt liệu lớn (Dmax =19mm) : 1000 kg/m3

Cốt liệu nhỏ (cát tự nhiên) : 900 kg/m3

Nước : 112 L/m3

Phụ gia siêu dẻo (gốc Naptalen) : 7 L/m3

• Công trình bao gồm một tòa nhà văn phòng 22 tầng

• Cường độ nén ở 28 ngày là 45MPa

• Bê tông nhiều tro bay đã được lựa chọn cho một phần dự án này; cường độ nén theo ngày là 32MPa và 51Mpa tương ứng 7 và 28 ngày

Hình 1.2 C ng trình ây dựng B n ng Purdy

Đối với bê tông nhiều tro bay trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu và hàm lượng tro bay trên tổng số chất kết dính giao động từ 30÷60% và cấp bê tông có thể đạt được là M20, 30, 40 ở tuổi 28 ngày ngoài ra còn có một số kết luận chính như sau:

- Có thể sử dụng bê tông tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng tro bay đạt đến 50 % cho cường độ nén tuổi 28 ngày lớn hơn 40MPa (theo nghiên cứu của N Bouzoubaâ và B Fourier [17])

- Bê tông thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50 % có cường

độ thiết kế tuổi 28 ngày cho phép sử dụng trong kết cấu chịu lực (nghiên cứu của Rafat Siddique [20])

- Việc thay thế xi măng bằng tro bay với hàm lượng cao cho phép giảm sự phát triển nhiệt độ trong bê tông trong nghiên cứu của Cengiz Duran Atis [26]

- Sau 28 ngày cường độ bê tông nhiều tro bay lớn hơn so với bê tông thường không sử dụng tro bay để thay thế xi măng

- Ngoài ra giá thành tro bay rẻ hơn xi măng nên bê tông nhiều tro bay giảm giá

và đưa lại các lợi ích môi trường hơn bê tông thường

1.3 Các nghiên cứu bê tông nhiều tro bay ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam các nghiên cứu về tro bay để làm bê tông xi măng, chủ yếu

là bê tông để làm đập thủy điện được thực hiện ở các Viện chuyên ngành như Viện khoa học thủy lợi, Viện Vật liệu xây dựng của Bộ xây dựng Tuy nhiên các nghiên cứu

về bê tông nhiều tro bay và bê tông nhiều tro bay để làm bê tông đầm lăn trong xây dựng đường ở Việt Nam chưa có nhiều báo cáo

Các công trình sử dụng bê tông có tro bay ở Việt Nam có thể kể đến như công trình thủy điện Sơn La, Bản Vẽ, Định Bình, PleiKrong, thủy điện Đồng Nai .Tuy nhiên đặc điểm của các đập thủy điện là từ khi thi công đến khi bê tông chịu tác dụng của tải trọng là tương đối dài do đó các thành phần và cấp phối bê tông của các công trình này hầu hết đang tính toán ở tuổi 90 ngày hoặc 365 ngày

Công ty xây dựng thủy lợi 47 thuộc bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã ứng dụng tro bay trong thi công xây dựng đập bê tông Tân Giang cao 40m ở Bình Định để nâng cao chất lượng đập bê tông và giảm giá thành công trình đã sử dụng tro bay của nhà máy nhiệt điện Phả Lại làm phụ gia và thay thế một phần xi măng trong thi công đập bê tông, việc sử dụng tro bay khi thi công đập bê tông đã làm giảm sự thoát nhiệt do thủy hóa xi măng chất lượng công trình đã được nâng cao rõ rệt

- 19 -

Nhận xét:

Các nghiên cứu và ứng dụng bê tông có sử dụng tro bay ở Việt Nam mới dừng lại ở dạng Bê tông tro bay (sử dụng hàm lượng tro bay thấp) Đối với bê tông nhiều tro bay thì đến nay chưa có nhiều nghiên cứu cũng như có công trình cụ thể ứng dụng công nghệ này

1.4 Kết cấu móng nhà cao tầng sử dụng bê tông khối lớn

Theo ACI 116R bê tông khối lớn (BTKL) là một thể tích bê tông đủ lớn và yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với sự phát sinh nhiệt do sự thủy hóa xi măng cũng như sự biến đổi thể tích k m theo để giảm sự nứt do ứng suất nhiệt

Theo J.Gajda, M.Vangeem có nhiều khái niệm khác nhau về BTKL, ví dụ: BTKL là bất kì kết cấu bê tông nào có kích thước nhỏ nhất lớn hơn 3ft ( hay 0.9m) Theo định nghĩa này, với một móng lớn có chiều dầy 0.9m chưa được xem là BTKL

Mà phải có chiều dày tối thiểu là 1m mới được xem là bê tông khối lớn Một số tài liệu khác đưa ra kích thước tối thiểu phải từ 0.46÷2.0m mới được coi là khối lớn, trong trường hợp này hàm lượng chất kết dính không được xem xét trong bê tông

Tiêu chuẩn TCXDVN 305:2004 đưa ra khái niệm về BTKL như sau: Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là khối lớn khi có kích thước đủ để gây ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt thủy hóa của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông, do đó phải có biện pháp phòng ngừa vết nứt

Các yếu tố gây nứt của bê tông khối lớn đó là do:

+ Độ chênh nhiệt độ T giữa các điểm hoặc các vùng trong khối bê tông

sử dụng được

Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi là khối lớn khi có kích thước đủ

để gây ra ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệt thuỷ hoá của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông, và do đó cần phải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt Trong điều kiện khí hậu Việt Nam thì bê tông được coi là khối lớn khi cạnh nhỏ nhất và chiều cao lớn hơn 2m Đồng thời với việc thi công bê tông khối lớn thì khối bê tông của móng nhà cao tầng còn phải đảm bảo có cường độ, độ đặc chắc và khả năng chống thấm và không bị nứt do hiệu ứng nhiệt thủy hóa của xi măng trong bê tông gây ra

Mối quan tâm lớn nhất về thiết kế cấp phối bê tông khối lớn là kích thước và hình dáng kết cấu hoặc các bộ phận của nó Khi đổ bê tông với khối lượng đủ lớn yêu cầu phải đo và kiểm tra nhiệt thuỷ hoá và kết quả là thay đổi thể tích của khối bê tông

vì vậy phải khống chế nhiệt thuỷ hoá Trong một hướng dẫn thiết kế thành phần sơ bộ của ACI211, sự hydrat hoá của xi măng làm tăng nhiệt độ của khối bê tông từ 10 - 15 F/100 lb xi măng/yd3 trong 18 - 72 giờ Nếu sự tăng nhiệt độ của khối bê tông không được giữ ở mức độ tối thiểu và nhiệt cho phép thoát ra ở mức độ hợp lý hoặc nếu bê tông phải chịu sự thay đổi nhiệt độ hoặc gradien nhiệt nhiều thì vết nứt sẽ xuất hiện Các phương pháp điều khiển nhiệt độ gồm có: hạ thấp nhiệt độ của khối bê tông khi bắt đầu đổ, giảm lượng dùng chất kết dính, dùng hệ thống nước lạnh, đồng thời cách ly

bề mặt bê tông có thể được yêu cầu để điều chỉnh những điều kiện và môi trường thay đổi này Cần chú ý là bê tông khối lớn không nhất thiết là bê tông cốt liệu lớn và cần quan tâm về nhiệt thuỷ hoá vượt quá lượng nhiệt trong bê tông không bị giới hạn cho các đập bê tông lớn hoặc các kết cấu móng lớn Nhiều kết cấu đủ lớn cần xem xét đến lượng nhiệt sinh ra, đặc biệt là khi kích thước mặt cắt ngang của khối bê tông khoảng 2 đến 3 ft hoặc khi hàm lượng xi măng vượt quá vượt quá 360 kg/m3 bê tông

Một số công trình nhà cao tầng ở Việt Nam đã áp dụng giải pháp dùng xi măng ít

tỏa nhiệt để hạ nhiệt độ của bê tông Dự án lớn về nhà cao tầng điển hình như Riviera Point Project là khu phức hợp ở Quận 7 thành phố Hồ chí Minh với diện tích tổng thể

408.500m2, 40 tầng với tổng mức đầu tư là 206 triệu USD Khối móng của dự án 967m2 cao 3 m, có thể tích là 2.901m3, đây là khối móng bê tông khối lớn vậy câu hỏi đặt ra là cần đổ khối bê tông này như thế nào? Nếu như chia nhiều khối đổ thì cần rất nhiều thời gian vì vậy dự án này đã đề xuất sử dụng xi măng ít tỏa nhiệt Kết quả so sánh của bê tông sử dụng xi măng thông thường và xi măng ít tỏa nhiệt đo được nhiệt

- 21 -

độ của khối bê tông được dự án trình bày ở Hình 1.3 là biểu đồ mối quan hệ giữa nhiệt độ (oC) và thời gian (h)

Hình 1.3 Mối qu n hệ nhiệt ộ ( o C) do thủy h i măng và th i gi n (h)

Ngoài ra dự án này cũng đã kiểm soát sự chêch lệch nhiệt độ của khối đổ sử dụng ván khuôn có lớp xốp cách nhiệt, bảo dưỡng khối đổ bằng lớp nhựa PVC và lớp xốp cách nhiệt

Theo ACI 232.2R [13], việc nghiên cứu giảm nhiệt thủy hóa trong bê tông khi sử dụng tro bay đã được nghiên cứu từ đầu những năm 80 của thế kỷ trước, trong nghiên cứu đã sử dụng hàm lượng tro bay lớn hơn 50% theo khối lượng chất kết dính, các kết quả nghiên cứu đã chứng minh việc sử dụng tro bay trong bê tông có tác dụng giảm nhiệt tỏa ra trong khối bê tông, các kết quả được thể hiện trên Hình 1.4 và Bảng 1.2

Hình 1.4 Sự phát triển nhiệt ộ theo th i gi n ở tâm mẫu t ng 15 15 15 m

Bảng 1.2- Nhiệt thủy h ủ hất t dính hi và h ng tro y

TB/CKD, % Nhiệt thủy hóa, Cal/g

Tuổi 3 ngày Tuổi 7 ngày Tuổi 28 ngày

Trong báo cáo này trình bày về nghiên cứu bê tông nhiều tro bay có liều lượng tro bay thay thế xi măng từ 25-40% chế tạo bê tông có độ sụt từ 10-12 cm và cường độ chịu nén từ 30-40MPa để làm lớp móng của nhà cao tầng Các nghiên cứu về độ bền

và nhiệt cũng được quan tâm trong nghiên cứu này

- 23 -

Chương 2

Nghiên cứu thành phần vật liệu của bê tông xi măng

có chứa tro bay nhiệt điện

2.1 Khái niệm chung

Bê tông xi măng là vật liệu chủ yếu sử dụng phổ biến trên thế giới có thể sử dụng tro bay đến 25% theo khối lượng chất kết dính, và các nghiên cứu gần đây đã dần dần thay thế bớt một phần chất kết dính trong loại bê tông này bằng các phụ gia khoáng trong đó tro bay là loại phụ gia khoáng phổ biến

Tro bay có thể thay thế lên tới 70% khối lượng xi măng trong thành phần của bê tông, do đó góp phần quan trọng trong việc giảm lượng xi măng, giảm đáng kể lượng khí thải CO2 do quá trình sản xuất xi măng [12] Hơn nữa, thay thế một phần xi măng bằng tro bay sẽ làm giảm đi lượng dùng xi măng nên dẫn đến làm giảm nhiệt thủy hóa

và giá vật liệu tro bay rẻ hơn giá xi măng nên sẽ làm giảm giá thành của bê tông Do vậy, khi chế tạo bê tông khối lớn thì tính chất làm giảm nhiệt độ trong bê tông cũng là một tính chất quan trọng của tro bay

Trong chương này sẽ trình bày nghiên cứu về vật liệu để chế tạo bê tông xi măng nhiều tro bay: đá dăm, cát, xi măng, tro bay, nước và phụ gia siêu dẻo; bê tông sử dụng chất thay thế chất kết dính là tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ

Với nghiên cứu này các mẫu được chế tạo bao gồm: các mẫu đối chứng và mẫu thay thế tro bay so với chất kết dính là 20, 30, 40 % Bê tông được sử dụng với tỷ lệ N/CKD ≤ 0.40, đây là tỷ lệ thông thường để chế tạo bê tông dùng cho kết cấu xây dựng dân dựng và công nghiệp

Phương pháp nghiên cứu trong đề tài là phương pháp lý thyết kết hợp với thực nghiệm Thiết kế thành phần bê tông nhiều tro bay được sử dụng là phương pháp thiết

kế theo tiêu chuẩn ACI 211.1 và có hiệu chỉnh thành phần khi thay đổi tỷ lệ tro bay

Các tiêu chuẩn áp dụng trong nghiên cứu:

- TCVN 7572:2006 và TCVN 7570:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa

- TCVN 6260: 2009 Tiêu chuẩn xi măng Pooc lăng hỗn hợp

- ASTM C168:99 Standard Specification for Coal Fly Ash anh Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete

- ASTM C494 Standard Specification for Chemical Admixturé for Concrete

- ACI 211.1-91 Tiêu chuẩn thiết kế bê tông nặng và bê tông khối lớn theo Viện bê tông Mỹ

- TCVN 3105 – 93: Tiêu chuẩn chế tạo mẫu và bảo dưỡng mẫu thử trong phòng thí nghiệm

- TCVN 3118-1993: Phương pháp xác định cường độ chịu nén cho bê tông

- TCVN 3120-1993: Phương pháp xác định cường độ chịu ép chẻ cho bê tông

- TCXDVN 354 – 2005: Bê tông nặng – phương pháp xác định hàm lượng sunphate trong bê tông

- ASTM C88: Standard Test Method for soundness of Agfregates by Use of sodium Sulfate or Magnesium Sulfate

- ASTM C1202: Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration

- Và một số tài liệu tham khảo khác

2.2 Vật liệu chế tạo bê tông nhiều tro bay

2.2.1 Cốt liệu

Cốt liệu lớn chiếm tới 5665% tổng thể tích của bê tông xi măng Loại cốt liệu, thành phần hạt của cốt liệu ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông như: tính công tác của hỗn hợp bê tông, cường độ, tính chống thấm, độ bền Cốt liệu ở các địa phương khác nhau, giá thành của bê tông cũng khác nhau Bởi vậy thiết kế hỗn hợp cốt liệu là một khâu quan trọng khi lựa chọn tối ưu hỗn hợp bê tông xi măng Nguyên tắc xác định thành phần của hỗn hợp cốt liệu: dùng đường cong cấp phối hợp lý hoặc dùng giá trị độ đặc của hỗn hợp cốt liệu

Đá dăm dùng trong bê tông đóng vai trò là khung cốt liệu ảnh hưởng lớn tới cường

độ và tính đồng nhất của bê tông, vì vậy đá dăm sử dụng trong bê tông phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo quy định

- 25 -

Hình 2.1 Đá dăm h tạo t ng nhi u tro y

Đá dăm sử dụng trong nghiên cứu được lấy từ Xí Nghiệp đá 3 tháng 2 – Bình Dương, với đường kính danh định lớn nhất Dmax = 20mm Kết quả thí nghiệm với cốt liệu đá dăm theo TCVN 7572:2006

Xác định thành phần hạt của cốt liệu lớn

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-2:2006

- Trình tự tiến hành thí nghiệm: Khối lượng lấy mẫu thử phụ thuộc vào kích thước hạt cốt liệu, được cho trong bảng sau:

Bảng 2.1 hối l ợng mẫu thử ph thuộ vào í h th hạt

Dmax cốt liệu, mm Khối lượng mẫu thử, không nhỏ hơn (kg)

Xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ hút nước của đá

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN7572-4:2006

- Chuẩn bị mẫu: Lấy 1kg cốt liệu lớn đã loại bỏ hạt có kích thước nhỏ hơn 5mm Chuẩn bị 2 mẫu song song

- Tiến hành mẫu thử:

Mẫu được ngâm vào nước trong 24h 4h, ở nhiệt độ 27O

C Trong thời gian ngâm

cứ khoảng 1-2h khuấy nh cốt liệu để loại bỏ bọt bám trên bề mặt Sau đó làm khô bề mặt đưa về trạng thái bão hòa khô bề mặt Sau khi làm khô bề mặt cân mẫu và ghi (m1)

- 27 -

Từ từ đổ mẫu vào bình, xoay lắc cho bọt khí thoát hết Đổ thêm nước đầy bình, đặt

nh tấm kính lên bề mặt sao cho không còn không khí bám trên bề mặt

Dùng khăn lau khô ngoài bình, cân khối lượng bình + nước + tấm kính + mẫu thử (m2)

Đổ mẫu vào nước qua sàng 140µm, tráng sạch bình đến khi không còn mẫu đọng

Đổ đầy nước vào bình rồi lặp lại thí nghiệm cân khối lượng: binh + nước + tấm kính được m3Sấy mẫu đến khối lượng không đổi cân được (m4)

Công thức tính kết quả thí nghiệm:

Xác định khối lượng thể tích xốp của vật liệu

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-1: 2006

Bảng 2.3- Dung tí h thùng ong ph thuộ vào í h th hạt

Kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu, mm Thể tích thùng đong, lít

Mẫu thử được đổ đầy phễu, đặt thùng đong dưới cửa quay, miệng thùng cách cửa quay 100mm, xoay cửa vật liệu rơi xuống cho tới khi có ngọn, dùng thanh gỗ gạt bằng rồi đem cân

- Công thức tính kết quả thí nghiệm:

Khối lượng thể tích xốp của cốt liệu được tính bằng công thức:

Trong đó: m1: Khối lượng thùng đong, (kg)

m2: Khối lượng thùng đong có chứa cốt liệu, (kg)



 

Trong đó : x: Khối lượng thể tích xốp, (kg/cm3)

vk: Khối lượng thể tích xốp ở trạng thái khô, (kg/cm3)

Xác định hàm lượng hạt thoi dét trong cốt liệu lớn

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-13:2006

- Trình tự thí nghiệm:

Hàm lượng hạt thoi d t của cốt liệu lớn được xác định riêng cho từng cỡ hạt Đối với cỡ hạt chỉ chiếm nhỏ hơn 5 % khối lượng vật liệu thì không cần phải xác định hàm lượng hạt thoi d t của cỡ hạt đó

Quan sát và chọn ra những hạt thấy rõ ràng chiều dày hoặc chiều ngang của nó nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài Khi có nghi ngờ thì dùng thước k p để xác định lại một cách chính xác, bằng cách đặt chiều dài viên đá vào thước k p để xác định khoảng cách L; sau đó cố định thước ở khoảng cách đó và cho chiều dày hoặc chiều ngang của viên đá lọt qua khe d Hạt nào lọt qua khe d thì hạt đó là hạt thoi d t

Cân các hạt thoi d t và cân các hạt còn lại, chính xác đến 1g

- 29 -

Trong đó:

m1: là khối lượng các hạt thoi d t, tính bằng gam (g)

m2: là khối lượng các hạt còn lại, tính bằng gam (g)

Kết quả hàm lượng hạt thoi d t của mẫu là trung bình cộng theo quyền (bình quyền) của các kết quả đã xác định cho từng cỡ hạt

Xác định độ nén dập và hệ số hóa mềm của cốt liệu lớn

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7575-11:2006

- Chuẩn bị mẫu:

Sàng cốt liệu lớn các kích thước: từ 5 mm đến 10 mm; từ 10 mm đến 20mm qua các sàng tương ứng với cỡ hạt lớn nhất và nhỏ nhất của từng loại đá dăm (sỏi) Mẫu được lấy trên các sàng nhỏ Nếu dùng xi lanh đường kính trong 75 mm thì lấy mẫu không ít hơn 0,5kg Nếu dùng xi lanh đường kính trong 150 mm thì lấy mẫu không ít hơn 4 kg Xác định độ nén dập trong xi lanh, được tiến hành cả cho mẫu ở trong trạng thái khô hoặc trạng thái bão hòa nước Mẫu thử ở trạng thái khô thì mẫu được sấy đến khối lượng không đổi Mẫu thử ở trạng thái bão hòa nước thì ngâm mẫu trong nước hai giờ Sau khi ngâm, lấy mẫu ra lau các mặt ngoài rồi thử ngay

Trong đó: m1: Khối lượng mẫu bỏ vào xi lanh, g;

m2: Khối lượng mẫu trên sàng sau khi sàng, g

Trường hợp nén mẫu ở trạng thái bão hòa nước thì phải dùng vòi nước rửa hết bột dính vào hạt sót trên sàng, lau khô mặt rồi mới cân

Hệ số hóa mềm của cốt liệu lớn xác định theo công thức:

'

d m d

N K N

Hệ số hóa mềm của cốt liệu K m=1,025

K t qu thí nghiệm một số y u u ỹ thuật ủ ốt liệu l n nh sau:

Đá Dmax 20mm (3/2 Bình Dương) có: mô đun độ lớn Mk=3.91; khối lượng riêng 2.712 (g/cm3); khối lượng thể tích đổ đống là 1.431 (g/cm3); độ rỗng của cát là 47.23%; tỷ lệ hạt thoi d t 6.87%, độ hao mòn LA là 21.67%; nén dập trong xi lanh là 11.27%; lượng bụi bùn sét là 0.41%; phản ứng kiềm cốt liệu nằm trong vùng vô hại

Cốt liệu nhỏ

Cát là loại cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp cốt liệu cho bê tông, nó đóng vai trò ch n đầy thêm vào khung rỗng của cốt liệu thô, và nó ảnh hưởng đến tính công tác của hỗn hợp

bê tông, cũng như độ chặt của hỗn hợp bê tông hạt nhỏ

Cát sử dụng trong bê tông là hỗn hợp 2 loại cát: cát mịn tự nhiên (Miền Tây) và cát nghiền Đồng Nai Cốt liệu nhỏ có tác dụng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá dăm) đồng thời làm tăng tính công tác cho hỗn hợp bê tông

 x100 Trong đó: mi: Khối lượng phần còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng i, g: m: Tổng khối lượng mẫu thử, g

Lượng sót tích lũy của cốt liệu nhỏ trên sàng kích thước mắt sàng i tính theo công thức:

Ai=ai+……… +a2.5

Trong đó: ai: Lượng sót riêng trên sàng có kích thước mắt sàng i, %;

a2.5: Lượng sót trên sàng có kích thước mắt sàng 2.5, %

Modul độ lớn của cát:

Mdl= 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14

100

Trong đó: A2.5; A1.25; A0.63; A0.315; A0.14 là lượng sót tích lũy trên sàng có kích thước tương ứng 2.5 mm; 1.25mm; 0.63mm; 0.315mm; 0.14mm

Hình 2.3a Thành ph n hạt ủ át nghi n Đ ng N i

Hình 2.3b Thành ph n hạt ủ át mịn mi n Tây

Xác định khối lượng riêng ở trạng thái bão hòa khô mặt của cát

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-4:2006

- Trình tự thí nghiệm:

Gạn nước khỏi thùng ngâm mẫu hoặc đổ mẫu vào sàng 140µm Rải cốt liệu lên khay và phơi khô Trong thời gian chờ cốt liệu khô, thỉnh thoảng thử độ ẩm cốt liệu bằng côn thử theo trình tự sau: đặt côn thử trên nền phẳng nhẵn không thấm nước Đổ đầy cốt liệu qua phễu thử, dùng que chọc đầm nh 25 lần trong thời gian chọc thì đổ cốt liệu vào Nhấc nh côn và so sánh với hình dạng nếu như hình tiêu chuẩn thì cát đã đạt đến trạng thái bão hòa khô bề mặt Ngay sau khi làm khô bề mặt, cân mẫu và ghi

m1 Từ từ đổ mẫu vào bình thử Đổ thêm nước xoáy và lắc để bót khí không còn đọng lại Đổ thêm nước đầy bình, đặt nh tấm kính lên miệng bình đảm bảo bọt khí không đọng lại trên bề mặt

Dùng khăn lau khô bề mặt ngoài bình, cân bình + mẫu + nước + tấm kính, ghi lại

m2

Đổ nước và mẫu trong bình qua sàng 140µm, tráng sạch bình đến khi không còn mẫu đọng lại Đổ đầy nước vào bình lặp lại thí nghiệm, lau khô và cân bình + nước + tấm kính, ghi lại m3

Sấy mẫu đến khi khối lượng không đổi và cân ghi lại m4

- Công thức xác định khối lượng riêng của cốt liệu:

m2: khối lượng bình + nước + mẫu + tấm kính, g;

m3 : khối lượng bình + nước + tấm kính, g;

m4: khối lượng mẫu ở trạng thái khô hoàn toàn, g;

Xác định khối lượng thể tích xốp của cát

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-6:2006

- Trình tự tiến hành thí nghiệm:

Cát được sấy đến khối lượng không đổi rồi sàng qua sàng 5mm Cát thử được đổ đầy phễu chứa, đặt thùng đong dưới cửa quay, miệng thùng cách cửa quay 100mm,

xoay cửa cho vật liệu rơi xuống cho tới khi có ngọn dùng thanh gỗ gạt bằng rồi đem cân

- Công thức xác định khối lượng thể tích xốp được tính theo công thức:

Trong đó: m1: Khối lượng thùng đong, (kg)

m2: Khối lượng thùng đong có chứa cát, (kg)

V : Thể tích thùng đong, (m3)

Xác định hàm lượng bụi, bùn, sét với cát

- Phương pháp thí nghiệm: Theo TCVN 7572-8:2006

- Trình tự thí nghiệm:

Cân 1000g mẫu cát đã được sấy khô, cho vào thùng và đổ nước sạch vào cho tới khi chiều cao lớp nước nằm trên mẫu khoảng 200mm, ngâm trong 2h, thỉnh thoảng khuấy đều 1 lần

Khuấy mạnh 1 lần cuối rồi để yên trong 2 phút, sau đó gạt nước đục ra và chỉ để lại trên mẫu 1 lớp nước khoảng 30 mm Đổ nước vào rửa mẫu theo quy trình trên cho đến khi nước gạn ra không còn vẩn đục nữa

- Công thức tính toán hàm lượng bùn sét:

1

c

m m S

m



 x100%

Trong đó: m: Khối lượng của mẫu khô trước khi rửa, g;

m1: Khối lượng mẫu khô sau khi rửa, g;

Một số t qu thí nghiệm ủ h i loại át ã sử d ng trong nghi n ứu:

Cát nghiền Đồng Nai có: mô đun độ lớn Mk=3.91; khối lượng riêng 2.697 (g/cm3); khối lượng thể tích đổ đống là 1.489 (g/cm3), độ rỗng của cát là 44.79%; lượng bụi bùn sét là 0.00%

Cát mịn miền Tây có: mô đun độ lớn Mk=1.28; khối lượng riêng 2.634 (g/cm3); khối lượng thể tích đổ đống là 1.305 (g/cm3), độ rỗng của cát là 50.46%; lượng bụi bùn sét là 2.53%

2.2.2 Xi măng

Xi măng sử dụng để chế tạo bê tông nhiều tro bay cũng như xi măng dùng chế tạo

bê tông truyền thống Lựa chọn xi măng dựa trên cường độ của nó, hoạt tính chất thủy

- 35 -

lực, ảnh hưởng do tác động của môi trường Hiện nay ở Việt nam chủ yếu sản suất xi măng pooc lăng hỗn hợp (PCB) Vì vậy thành phần phụ gia khoáng trộn vào trong xi măng cũng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của bê tông

Xi măng của Mỹ và Canada theo tiêu chuẩn ASTM C150 về xi măng Pooc lăng có

5 loại xi măng như sau:

+ Loại I: xi măng tiêu chuẩn

+ Loại II: xi măng bền sulphate và nhiệt thủy hóa trung bình

+ Loại III: xi măng cường độ sớm cao

+ Loại IV: xi măng nhiệt thủy hóa thấp

+ Loại V: xi măng bền sulphate

Và theo ASTM C 595 cho xi măng Pooc lăng hỗn hợp (PCB)

Trong phạm vi nghiên cứu, loại xi măng sử dụng là Ximăng PCB40 Sài Gòn theo TCVN 6260-2009 có các chỉ tiêu kỹ thuật của loại xi măng dùng trong nghiên cứu được ghi trong bảng kết quả dưới đây

Ximăng PCB40 Sài Gòn có khối lượng riêng là 2,93g/cm3, có tỷ diện tích bề mặt đạt 3690 (cm2/g) và có thành phần hóa học và khoáng vật ghi trong Bảng 2.6 và bảng 2.7

Tro bay là sản phẩm đốt than bột, thu được bằng phương pháp tĩnh điện hoặc cơ học

từ khí bay ra ở nhà máy nhiệt điện Đây là một loại puzơlan nhân tạo khá phổ biến hiện nay Hạt tro bay có dạng hình cầu, nên sẽ giảm được lượng nước nhào trộn, ngoài

ra các hạt tro bay có kích thước khá nhỏ, đường kính hạt trung bình nằm trong khoảng 1-100µm, diện tích bề mặt trung bình khoảng 250-600m2/kg Việc đánh giá độ mịn của tro bay bằng phương pháp đo diện tích bề mặt riêng không có độ chính xác cao, vì các hạt tro bay có dạng hình cầu nên sắp xếp chặt chẽ hơn các loại puzơlan khác và

ngăn cản luồng khí đi qua tốt hơn Vì vậy, sự thoát khí qua khối tro bay không phản ứng đúng độ mịn của nó

Tro bay có thành phần chủ yếu là SiO2 sản xuất từ việc đốt than chứa bitum được gọi là tro bay loại F, còn tro bay có hàm lượng CaO cao (có thể lên tới 24%) hình thành từ việc đốt than linhit được gọi là tro bay loại C Hoạt tính của tro bay loại F tốt hơn, nhưng cần phải quan tâm đến độ mịn và hàm lương của than chưa cháy hết trong tro bay Các hạt cacbon trong tro bay sẽ làm tro bay thô hơn và có màu thẫm hơn Tiêu chuẩn Anh (BS3892-Phần 1- 1993) quy định lượng sót sàng 45µm không quá 12% Trong tro bay loại C, một phần SiO2 và Al2O3 đã kết hợp với vôi nên không còn nhiều

để tác dụng với hàm lượng Ca(OH)2 tự do tạo thành khi xi măng thủy hóa Mặt khác tro bay loại C cũng nhạy cảm với nhiệt độ trong bê tông khối lớn, nên khi nhiệt độ tăng lên, chưa chắc cường độ sẽ tăng lên Tiêu chuẩn Mỹ ASTM C618 quy định hàm lượng than chưa cháy biểu thị bằng lượng mất khi nung (MKN) không vượt quá 6%, nhưng cũng có thể lên đến 12% nếu qua thí nghiệm thấy rằng tro bay vẫn có thể dùng được

Đề tài lựa chọn tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ để nghiên cứu Bê tông có sử dụng tro bay có ưu điểm trong việc hạn chế nhiệt thủy hóa do giảm lượng dùng xi măng, nhiệt thủy hóa trong xi măng sử dụng tro bay tỷ lệ nghịch với hàm lượng pha tro bay Chính nhờ ưu điểm này mà nhiều nước đã sử dụng tro bay để sản xuất xi măng ít tỏa nhiệt sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn

Bảng 2.8 - Cá tính hất ơ lý ủ tro y Nhiệt Điện Phú Mỹ

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Tro bay

- 39 -

Bảng 2.9- Thành ph n hạt ủ tro y Nhiệt Điện Phú Mỹ

Tro bay Lượng lọt sàng ở các kích thước hạt (m)

Tỷ lệ % lọt sàng 5% 17,03% 51,53% 84,67% 94,65%

Đánh giá tro bay theo TCVN 8262:2009

Mẫu tro bay Nhiệt Điện Phú Mỹ được kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật quy định trong tiêu chuẩn TCVN 8262:2009 Kết quả thí nghiệm được trình bày ở Bảng 2.10

Bảng 2.10- Cá hỉ ti u hất l ợng ủ tro y theo TCVN 8262:2009

Từ các kết quả thí nghiệm trên, mẫu tro bay đã tuyển có chỉ số hoạt tính cường độ ở

mức cao, các chỉ tiêu chất lượng phù hợp với quy định trong tiêu chuẩn TCVN

8262:2009 loại F hoặc theo tiêu chuẩn châu Âu đạt loại B