Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh triethanolamine và phụ gia hóa dẻo gốc lignosulfonate – sikament r4 đến độ co và sự phát triển cường độ của bê tông

So với các loại vật liệu xây dựng khác, bê tông có nhiều ưu thế hơn hẳn như chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, giá thành thấp do sử dụngđược nguồn nguyên liệu địa phương, có cường độ nén cao

Trang 1

MỤC LỤC

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt 4

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 8

MỞ ĐẦU 13

1 Lí do chọn đề tài 13

2 Mục tiêu của đề tài 14

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 14

4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu của đề tài 14

5 Nội dung nghiên cứu của đề tài 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG 16

1.1 Khái niệm và phân loại co ngót trong bê tông 16

1.1.1 Co mềm 17

1.1.2 Co hóa học 18

1.1.3 Co nội sinh 18

1.1.4 Co khô 20

1.1.5 Co do cacbonat hóa 21

1.1.6 Một số biện pháp giảm co do mất nước cho bê tông 22

1.2 Tình hình nghiên cứu co ngót trong bê tông trên thế giới 23

1.3 Tình hình nghiên cứu co ngót trong bê tông ở Việt Nam 24

1.4 Vai trò của Phụ gia hóa học Triethanolamine trong bê tông 25

1.4.1 Cơ chế ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine đến quá trình thủy hóa rắn chắc của xi măng và cấu trúc đá xi măng 25

1.4.2 Ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine đến quá trình thủy hóa và rắn chắc của xi măng 26

1.4.3 Ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine đến tính chất cơ lý của bê tông 27

1.5 Vai trò của phụ gia hóa dẻo trong bê tông……….28

1.5.1 Hóa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt.………28

1.5.2 Hóa dẻo do hòa tan hạt xi măng, chống vón tụ……… 28

1.5.3 Hóa dẻo do cuốn khí……… … 29

Chuyên đề thực tập

Trang 2

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 30

2.1 Phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn 30

2.1.1 Xác định tính chất của cốt liệu 30

2.1.2 Xác định tính chất của chất kết dính 31

2.1.3 Xác định tính chất của hỗn hợp Bê tông và Bê tông 31

2.1.3.1 Xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông……….… 31

2.1.3.2 Xác định cường độ nén của bê tông……… 33

2.1.4 Xác định độ co của bê tông 35

2.2 Phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn 37

2.2.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 37

2.2.2 Phương pháp thiết kế thành phần bê tông 42

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU SỬ DỤNG 48

3.1 Nghiên cứu tính chất của cốt liệu 48

3.1.1 Cốt liệu lớn 48

3.1.2 Cốt liệu nhỏ 56

3.2 Nghiên cứu tính chất của xi măng 64

3.3 Nước trộn vữa và bê tông 73

3.4 Phụ gia hóa học Triethanolamine 73

3.5 Phụ gia hóa học Sikament R4……… 74

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA RẮN NHANH TRIETHANOLAMINE VÀ PHỤ GIA HÓA DẺO SIKAMENT R4 ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG 75

4.1 Các bước trong công tác với hỗn hợp bê tông và bê tông……….75

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine và phụ gia hóa dẻo Sikament R4 đến tính công tác của hỗn hợp bê tông 77

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine và phụ gia hóa dẻo Sikament R4 đến sự phát triển cường độ của bê tông 81

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine và phụ gia hóa dẻo Sikament R4 đến độ co của bê tông có tính công tác thay đổi 96

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

5.1 Kết luận 105

Trang 3

Lời cảm ơn !

Chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến THS Ngyễn Trọng Lâm – giáo viênhướng dẫn, người đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.Chúng tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến TS Bùi Danh Đại trưởng phòng,cùng với các thầy ở phòng thí nghiệm LAS XD 115 đã tạo điều kiện về máy móc vàthiết bị, tận tình chỉ bảo để chúng tôi có thể thực hiện đề tài một cách thuận lợi, hoànthiện chuyên đề tốt nghiệp của mình Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đốivới các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vật liệu Xây dựng và các thầy cô giáo trườngĐại học Xây dựng đã nhiệt tình giảng dạy, trang bị kiến thức cho chúng tôi trong suốtnhững năm học tập tại trường

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 6 tháng 1 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Như Quý – giáo viênhướng dẫn, người đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.Chúng tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến TS Vũ Hải Nam– Phó Giám ĐốcTrung tâm Xi măng và Bê tông và KS Phạm Đức Tuấn Phó phòng thí nghiệm Trungtâm Xi măng và Bê tông, Viện Vật Liệu Xây Dựng, Bộ Xây Dựng đã tạo điều kiện vềmáy móc và thiết bị để chúng tôi có thể thực hiện đề tài một cách thuận lợi Chúng tôicũng xin cảm ơn các cán bộ nhân viên phòng thí nghiệm LAS XD 1133, Trung tâm

Bê tông và Xi măng, Viện Vật liệu Xây Dựng đã tận tình chỉ bảo cũng như tạo điều đểchúng tôi hoàn thành nhiệm vụ của đề tài Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chânthành đối với các thầy giáo, cô giáo trong khoa Vật liệu Xây dựng và các thầy cô giáotrường Đại học Xây dựng đã nhiệt tình giảng dạy, trang bị kiến thức cho chúng tôitrong suốt những năm học tập tại trường

Trang 4

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn ba bạn Trần Đức, Vũ Văn Dũng và bạn Vũ TrọngNhân sinh viên lớp 55VL2 đã đồng hành cùng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tàinày.

Hà Nội, ngày 6 tháng 1 năm 2015 Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Linh

Nguyễn Văn Thành

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt

1 ACI American Concrete Institute

2 ASTM American Society of Testing Materials

ĐáNướcChuyên đề thực tập

Trang 5

10 TEA Phụ gia rắn nhanh Triethanolamine

12 R3 Cường độ nén ở tuổi 3 ngày

16 γlt Khối lượng thể tích lý thuyết của hỗn hợp bê

21 SN Độ sụt của hỗn hợp bê tông

22 Dmax Kích thước lớn nhất của cốt liệu

23 SSD Trạng thái bão hòa khô mặt của cát

Danh mục các bảng

1 Bảng 1.1 Độ co hóa học của các khoáng riêng biệt 18

3 Bảng 2.2 Kế hoạch thực nghiệm bậc 2 với biến thực và biến

4 Bảng 2.3 Giá trị tổng bình phương của cột thứ j ứng với hệ số

5 Bảng 2.4 Các số liệu sử dụng trong thiết kế thành phần bê tông 42

6 Bảng 3.1 Thành phần hạt của đá dăm theo TCVN 7572:2006 49

7 Bảng 3.2 Kết quả xác định khối lượng riêng và độ hút nước 50

Trang 6

của đá dăm

8 Bảng 3.3 Kết quả xác định khối lượng thể tích xốp của đá dăm 52

9 Bảng 3.4 Kết quả xác định khối lượng thể tích chọc chặt của

10 Bảng 3.5 Kết quả xác định độ ẩm tự nhiên của đá dăm 54

11 Bảng 3.6 Kết quả xác định hàm lượng bụi, bùn, sét của đá dăm 55

15 Bảng 3.10 Kết quả xác định khối lượng thể tích xốp của cát 62

16 Bảng 3.11 Kết quả xác định khối lượng thể tích chọc chặt của

17 Bảng 3.12 Kết quả xác định độ ẩm tự nhiên của cát 63

18 Bảng 3.13 Kết quả xác định hàm lượng bụi, bùn, sét của cát 64

19 Bảng 3.14 Các tính chất của vát vàng Sông Lô 64

20 Bảng 3.15 Kết quả xác định khối lượng riêng của xi măng PC40

Trang 7

hợp phụ gia TEA và phụ gia hóa dẻo Sikament R4

27 Bảng 4.4

Kết quả nghiên cứu độ sụt của mẫu bê tông đối chứng, có sử dụng TEA và có sử dụng kết hợp phụ gia TEA và Sikament R4

77

28 Bảng 4.5 Kết quả nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê

tông không sử dụng phụ gia ở tuổi 3, 7 và 28 ngày 81

tông sử dụng TEA ở tuổi 3, 7 và 28 ngày 85

30 Bảng 4.7 Kết sự phát triển cường của độ bê tông sử dụng TEA

kết hợp Sikament R4 ở tuổi 3, 7 và 28 ngày. 89

tông không sử dụng phụ gia ở tuổi 3, 7 và 28 ngày 93

tông sử dụng TEA ở tuổi 3, 7 và 28 ngày 93

33 Bảng 4.10 Kết sự phát triển cường của độ bê tông sử dụng TEA

kết hợp Sikament R4 ở tuổi 3, 7 và 28 ngày 94

34 Bảng 4.11 Kết quả khảo sát độ co của mẫu bê tông không sử

35 Bảng 4.12 Kết quả khảo sát độ co của mẫu bê tông sử dụng phụ

36 Bảng 4.13 Kết quả khảo sát độ co của mẫu bê tông có sử dụng

TEA kết hợp Sikament R4, điểm 5 ÷ 13 97

Trang 8

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

1 Hình 1.1 Các vết nứt mặt do co mềm sau ít giờ 17

3 Hình 1.3 Mối quan hệ giữa co hóa học và co nội sinh 19

4 Hình 1.4 Ảnh hưởng của loại xi măng tới co nội sinh của vữa

Trang 9

từ 3 đến 28 ngày

8 Hình 2.1 Dụng cụ xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông 32

9 Hình 2.2 Các bước trong công tác thử độ sụt hỗn hợp bê tông 33

10 Hình 2.3 Máy nén bê tông và hình dạng mẫu lập phương bị

11 Hình 2.4 Khuôn và núm đo co ngót của bê tông 36

14 Hình 2.7 Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm với hai yếu tố N/X và β 39

15 Hình 3.1 Mô tả dụng cụ xác định khối lượng thể tích xốp của

20 Hình 3.6 Dụng cụ ViCat và các kim đo thời gian đông kết, độ

21 Hình 4.1

Bề mặt biểu hiện hàm mục tiêu độ sụt của hỗn hợp bê tông không chứa phụ gia theo biến mã X 1 (hệ số dư vữa β) và X 2 (tỷ lệ N/X)

78

22 Hình 4.2

Đường đồng mức hàm mục tiêu độ sụt của hỗn hợp

bê tông không chứa phụ gia theo biến mã X 1 (hệ số

24 Hình 4.4 Đường đồng mức hàm mục tiêu độ sụt của hỗn hợp

bê tông có chứa TEA theo biến mã X 1 (hệ số dư vữa

79Chuyên đề thực tập

Trang 10

Đường đồng mức hàm mục tiêu độ sụt của hỗn hợp

bê tông có chứa TEA và Sikament R4 theo biến mã X 1

86

34 Hình 4.14

Đường đồng mức hàm mục tiêu cường độ bê tông có phụ gia TEA ở tuổi 3 ngày theo biến mã X 1 (hệ số dư 86Chuyên đề thực tập

Trang 11

phụ gia TEA ở tuổi 7 ngày theo biến mã X 1 (hệ số dư vữa β) và X 2 (tỷ lệ N/X)

36 Hình 4.16

Đường đồng mức hàm mục tiêu cường độ bê tông có phụ gia TEA ở tuổi 7 ngày theo biến mã X 1 (hệ số dư vữa β) và X 2 (tỷ lệ N/X)

90

40 Hình 4.20

Bề mặt biểu hiện hàm mục tiêu cường độ bê tông có phụ gia TEA kết hợp Sikament R4 ở tuổi 3 ngày theo biến mã X 1 (hệ số dư vữa β) và X 2 (tỷ lệ N/X)

90

41 Hình 4.21

91

42 Hình 4.22

91

43 Hình 4.23

92

44 Hình 4.24

Trang 12

gia TEA

47 Hình 4.27 Sự phát triển cường độ của bê tông có sử dụng phụ

48 Hình 4.28 Sự phát triển độ co của các mẫu bê tông không sử

49 Hình 4.29 Sự phát triển độ co của các mẫu bê tông có sử dụng

50 Hình 4.30 Sự phát triển độ co của các mẫu bê tông có sử dụng

phụ gia TEA ketesn hợp Sikament R4 99

51 Hình 4.31 So sánh ảnh hưởng của TEA tới độ co của mẫu bê

Trang 13

MỞ ĐẦU

Bê tông là loại vật liệu chủ yếu chiếm khối lượng lớn trong các công trình xây dựng.Theo ước tính hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 2 tỉ m3 bê tông các loại, bê tông làmột trong những loại vật liệu xây dựng cơ bản nhất, chúng quyết định phần nào mức

độ phát triển của văn minh nhân loại So với các loại vật liệu xây dựng khác, bê tông

có nhiều ưu thế hơn hẳn như chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, giá thành thấp do sử dụngđược nguồn nguyên liệu địa phương, có cường độ nén cao, bê tông bền nước và ổnđịnh với các tác động của môi trường, có môđun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tôngcốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực, v.v Từ những thập kỉ cuối thế kỉ 20 người ta

đã bắt đầu sử dụng phụ gia để cải tiến các tính chất của bê tông làm phong phú hơntính năng và đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trong xây dựng, chỉ cần lượng dùngnhỏ các loại phụ gia khác nhau đem lại những hiệu quả nhất định tới tính chất của bêtông, viêc ứng dụng phụ gia để cải thiện tính chất của bê tông đang là hướng nghiêncứu được nhiều nhà khoa học quan tâm

1 Lí do chọn đề tài

Trang 14

Bê tông là một loại vật liệu có nhiều tính ưu việt song cũng có một số nhược điểm,hạn chế Trong số đó phải kể đến tính ổn định thể tích kém, dễ tổn thương và bị pháhoại khi phơi lộ trực tiếp dưới các tác nhân xâm thực.

Trong bê tông luôn xảy ra sự thay đổi thể tích ngay từ khi chế tạo xong và trong thờigian bảo dưỡng, sử dụng Sự thay đổi thể tích gồm co ngót và trương nở Sự co ngótchủ yếu do bay hơi nước tự do, do phản ứng hydrat hóa của xi măng hoặc do phảnứng cacbonnat hóa Sự trương nở xảy ra khi bê tông phơi lộ trong môi trường nước,trong môi trường nhiệt độ cao hoặc nhiệt do hydrat hóa chất kết dính trong khối đổ cóthể tích lớn Co ngót của bê tông là tính chất quan trọng bởi ảnh hưởng nhiều tới tính

ổn định của kết cấu nhất là với những công trình khối lớn Các loại co ngót khôngdiễn ra độc lập mà diễn ra đồng thời, đáng kể nhất là co ngót do mất nước hay còn gọi

là co khô làm giảm thể tích của bê tông, tạo thành ứng suất kéo gây nứt trong bê tông,

ảnh hưởng tới độ bền và tuổi thọ công trình Khi lượng nước trong bê tông càng caothì hiện tượng co ngót diễn ra càng mạnh Các loại bê tông khác nhau hiện tượng congót xảy ra khác nhau Triethanolamine là một loại phụ gia thường được sử dụng nhưchất trợ nghiền trong quá trình nghiền xi măng, ở lượng dùng hợp lí có tác dụng thúcđẩy thủy hóa của các khoáng trong xi măng ở thời kì đầu giúp tăng cường độ ở tuổisớm ngày [2,17] và độ chống thấm do giảm kích thước lỗ rỗng vi mô trong bê tông.Phụ gia hóa dẻo Sikament R4 là một chất siêu hóa dẻo hiệu quả cao, có tác dụng kéodài thời gian đông kết để sản xuất bê tông có độ dẻo cao trong điều kiện khí hậu nóng

là tác nhân giảm nước đáng kể, làm tăng cường độ ban đầu và cường độ cuối cùngtrong bê tông Cùng với đề tài thực hiện trước đó đã cho thấy Triethanolamine vàSikament R4 còn có tác dụng giảm co ngót trong bê tông ở các tuổi sớm và dài ngày

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine và phụ gia hóa dẻo gốc lignosulfonate – Sikament R4 đến độ co và sự phát triển cường độ của bê tông” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Như Quý và TS Vũ Hải Nam là một

trong những nghiên cứu thăm dò nhằm làm rõ ảnh hưởng của Triethanolamine vàSikamnet R4 tới co ngót của bê tông từ đó đưa ra cơ sở ứng dụng các loại phụ gia hỗnhợp giảm co ngót chứa TEA và Sikament R4 trong thực tế, nâng cao chất lượng vàtuổi thọ cho các công trình xây dựng

2 Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt Triethanolamine và phụ gia hóadẻo gốc lignosulfonate – Sikament R4 tới độ co ngót của bê tông có độ sụt thay

Trang 15

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và phụ gia hóa dẻo gốclignosulfonate – Sikament R4 tới sự phát triển cường độ của bê tông ở các tuổi 3,

7, 28 ngày

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là bê tông nặng cốt liệu đặc chắc có mác M300 – M500, sửdụng vật liệu như xi măng PC40, đá dăm cacbonnat, cát vàng cỡ hạt trung bình, phụgia hóa học Triethanolamine (TEA), phụ gia hóa dẻo gốc lignosulfonate – SikamentR4

Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu độ co ngót khi mất nước, sự phát triển cường độcủa bê tông trong điều kiện phòng thí nghiệm

4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu của đề tài

Cách tiếp cận của đề tài là kết hợp lý thuyết với thực tiễn nhằm mục đích nghiên cứuảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt Triethanolamine và phụ gia hóa dẻo SikamentR4 đến độ co của bê tông phù hợp với trình độ khoa học công nghệ cũng như điềukiện sẵn có của Việt Nam

Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Trong quá trình nghiên cứu đã sử dụng cácphương pháp tiêu chuẩn hóa của Việt Nam và Mỹ, v.v…hiện hành để nghiên cứu cáctính chất vật liệu, nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia hóa học Triethanolamin và phụgia hóa dẻo Sikament R4 đến sự co ngót do mất nước và một số tính chất khác của bêtông kết hợp sử dụng các phương pháp phi tiêu chuẩn như phương pháp toán quyhoạch thực nghiệm đa nhân tố, phương pháp thiết kế thành phần bê tông, v.v… làmtăng tính khoa học và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu

5 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu tổng quan về co ngót của bê tông, tác dụng của phụ gia rắn nhanhTEA và phụ gia giảm nước tầm cao gốc Lignosulfonate

- Nghiên cứu các tính chất vật liệu sử dụng

- Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu

- Nghiên cứu sự phát triển cường độ và độ co cuả bê tông thường có cường độ từ 30– 50 Mpa và tính công tác SN = 5 – 20cm

Trang 16

- Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine đến sự phát triểncường độ và độ co của bê tông thường có cường độ trong khoảng 30 – 50 Mpa vàtính công tác SN = 5 – 20cm.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine kết hợp với phụ giahóa dẻo gốc Lignosulfonate - Sikament R4 đến sự phát triển cường độ và độ cocủa bê tông thường có cường độ trong khoảng 30 – 50 Mpa và tính công tác SN =

5 – 20cm

- Các kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm và phân loại co ngót trong bê tông

Trong quá trình chế tạo, cứng rắn, sử dụng bê tông thường xảy ra sự thay đổi thể tích,xuất hiện sự biến dạng Trị số của chúng phụ thuộc vào cấu trúc của bê tông, tính chấtcác vật liệu và thành phần của nó, đặc điểm của công nghệ và những yếu tố khác Cáctính chất biến dạng của bê tông được tính đến trong khi thiết kế kết cấu, chúng ảnhhưởng rất lớn đến chất lượng và độ vĩnh cửu của các công trình bê tông cốt thép.Biến dạng của bê tông có thể phân chia thành các dạng sau:

- Biến dạng riêng của hỗn hợp bê tông và bê tông (hiện tượng co ngót và giãn nởcủa bê tông) chúng xuất hiện dưới tác động của các quá trình hóa lí xảy ra trong bêtông

- Biến dạng dưới tác động của tải trọng cơ học: biến dạng do tác động tức thời củatải trọng và tác động của tải trọng lâu dài – từ biến của bê tông

Trang 17

Kể từ khi đổ khuôn, lèn chặt, bảo dưỡng và sử dụng trong bê tông luôn xảy ra quátrình tự biến dạng thể tích Quá trình này kèm theo nhiều tác hại trong bê tông nhất làhiện tượng co ngót do mất nước vì bê tông chịu kéo kém hơn nhiều so với chịu néndẫn đến nứt trong bê tông ảnh hưởng tới tính ổn định và tuổi thọ công trình Các vếtnứt hình thành do co ngót tạo ra các khe hở trong bê tông gây ăn mòn cốt thép, ănmòn vi sinh vật, v.v… do vậy cần tìm hiểu rõ cơ chế của các loại co ngót Theo cácnhà khoa học trên thế giới phân chia co ngót trong bê tông thành 5 loại đó là:

- Co mềm (plastic shrinkage)

- Co hóa học (chemical shrinkage)

- Co nội sinh (autogeneous shrinkage)

- Co do phản ứng cacbonat hóa (carbonation shrinkage)

- Co khô (drying shrinkage)

Các loại co ngót khác nhau thường diễn ra đồng thời tại mọi tuổi của bê tông trong đóđáng kể nhất là co khô do mất nước

1.1.1 Co mềm

Hiện tượng thay đổi thể tích của bê tông khi chưa có cường độ hoặc cường độ còn rấtthấp quá trình này diễn ra trong khoảng 8-10h đầu sau khi tạo hình do sự mất nước từ

bề mặt hở của bê tông

Diễn biến của co mềm trong bê tông phụ thuộc điều kiện thời tiết và bản thân bê tông,trong đó đáng kể là tác động của quá trình mất nước tự do và phản ứng “tự co”củachất kết dính trong bê tông

Co mềm có thể được hạn chế bằng giải pháp sau:

- Giảm bay hơi nước mặt của bê tông (bằng cách giảm nhiệt độ bê tông, phủ nilonlên sản phẩm sau khi đổ , không để mẫu phơi lộ trực tiếp dưới ánh nắng hay nơi cógió thổi, nhiệt độ cao, v.v…);

- Giảm lượng dùng xi măng (bằng cách tối ưu lượng hồ xi măng và vật liệu thànhphần);

- Sử dụng phụ gia giảm co;

Trang 18

- Nếu co mềm xảy ra trước khi bê tông kết thúc đông kết có thể tái hoàn thiện bềmặt;

- Sử dụng cốt sợi phi kim loại

Trang 20

Hình 1.3:Mối quan hệ giữa co hóa học và co nội sinh [27]

Co do tự khô (self – desiccation) là kết quả của phản ứng hydrat hóa các khoáng trong

xi măng lấy đi nước trong các lỗ rỗng mao quản trong bê tông Kết quả sự co ngót xảy

ra khi bị mất nước ngay chính trong khối bê tông chứ không phải do bay hơi ra môitrường Quá trình thủy hóa chất kết dính diễn ra trong suốt quá trình bê tông rắn chắcnên co nội sinh cũng diễn ra song song làm tăng mức độ co ngót của bê tông, trênthực tế, đối với bê tông thường có tỉ lệ N/X = 0,43 – 0,63 lượng co này rất nhỏ vàkhông đáng kể so với co do mất nước

Co nội sinh ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ yếu sau:

- Tốc độ thủy hóa của chất kết dính: phản ứng thủy hóa càng nhanh tốc độ co ngótnội sinh càng nhiều hay nói cách khác phụ thuộc loại xi măng, xi măng chứa nhiềuC3A và C4AF thì co nội sinh tăng [26];

- Tỉ lệ N/CKD : tỉ lệ này càng nhỏ, co nội sinh càng nhiều;

- Lượng dùng chất kết dính: lượng dùng xi măng càng nhiều thì co nội sinh cànglớn;

- Độ mịn của xi măng, nhiệt độ môi trường cao sẽ tăng độ co nội sinh

Hình 1.4: Ảnh hưởng của loại xi măng tới co nội sinh của vữa ximăng [27].

Trang 21

Hình 1.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ N/CKD tới co nội sinh của vữa xi măng [27].

1.1.4 Co khô

Xảy ra do sự bay hơi nước trên bề mặt và trong các mao quản của bê tông đã rắn chắc,bản chất của co khô cũng giống co mềm nhưng xảy ra khi bê tông đã rắn chắc

Mức độ co khô của bê tông phụ thuộc vào:

- Cấu trúc và các kích thước mao quản ;

- Điều kiện môi trường xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió…

- Lượng nước tự do trong bê tông ;

- Tính chất và lượng dùng cốt liệu;

- Tỉ lệ N/CKD và tỉ lệ CL/CKD;

- Loại và lượng dùng phụ gia khoáng, phụ gia hóa;

- Độ mịn xi măng và tốc độ hydrat hóa ;

- Kích thước mẫu ;

- Hình dạng và kích thước và vị trí của cấu kiện bê tông trong công trình ;

Mức độ ảnh hưởng của lượng dùng cốt liệu đến co khô của bê tông được biểu thị quacông thức sau [28];

Sc = (1 – Va )k [1.2]

Trong đó:

Trang 22

Sc : co ngót của bê tông

Va : thể tích của cốt liệu trong bê tông

k : hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào modun đàn hồi E của cốt liệu, k = 1,2 ÷ 1,7

1.1.5 Co do cacbonat hóa

Hiện tượng co do phản ứng cabonnat hóa của CO2 và Ca(OH)2 tạo ra CaCO3 có thể

tích nhỏ hơn Ca(OH)2 gây nên co ngót trong bê tông

Phản ứng chỉ xảy ra khi có sự thâm nhâp của CO2 vào trong các lỗ rỗng chứaCa(OH)2, tỷ lệ thâm nhập của khí CO2 cũng phụ thuộc vào độ ẩm của bê tông và độ

ẩm tương đối của môi trường xungquanh, lượng CO2 càng tăng sẽ gia tăng trọnglượng rắn và co ngót của bê tông

Trên thực tế phản ứng trên làm tăng thể tích bê tông, cơ chế chính xác của hiện tượng

co ngót này cũng chưa được thiết lập Một vài giả thuyết cho rằng Ca(OH)2 là thànhphần của bê tông dưới dạng tinh thể có tác dụng ngăn chặn sự phá vỡ cấu trúc gelCSH Tuy nhiên, khi phản ứng cacbonat hóa xảy ra CH bị hòa tan dẫn tới phá vỡ cấutrúc CSH gây nên co ngót

Cacbonat hóa làm tăng mức độ co khô khi ở độ ẩm tương đối 50%, ở nơi có độ ẩmcao > 80% quá trình hấp thu CO2 trở nên khó khăn ở các lỗ rỗng đã bão hòa, ở nơi có

độ ẩm rất thấp ~30% hòa tan CH không xảy ra, từ đó cũng không có co ngót docacbonat hóa

Cacbonat hóa làm tăng cường độ và chống thấm trong bê tông, tuy nhiên do tính kiềmcủa bê tông giảm khiến bê tông dễ bị ăn mòn.[28]

Trang 23

Hình 1.6 : Quá trình co ngót tương đối của bê tông theo thời gian[28]

1.1.6 Một số biện pháp giảm co do mất nước cho bê tông

Trong thực tế có thể áp dụng nhiều biện pháp giảm thiểu co do mất nước của bê tông.Cho đến nay việc kiểm soát nứt do co ngót (chủ yếu là co khô) có thể được thực hiệntrong giai đoạn thiết kế, khi thi công và trong quá trình sử dụng kết cấu bê tông Đó là:

- Giảm nước tự do trong HHBT bằng cách sử dụng phụ gia hóa dẻo và siêu dẻo;

- Sử dụng cốt sợi phân tán tăng khả năng kháng nứt cho lớp mặt bê tông;

- Tăng độ đặc vi cấu trúc bằng cách sử dụng phụ gia khoáng;

- Tăng lượng cốt liệu sử dụng trong bê tông;

- Sử dụng phụ gia nở trung hòa co ngót bê tông trong giai đầu của quá trình rắnchắc;

- Tạo khe co ngót nhân tạo trong khối bê tông ;

- Tăng thời gian bảo dưỡng bê tông trước khi sử dụng;

- Bảo đảm chế độ bảo dưỡng ẩm, tránh mất nước do bay hơi và lựa chọn biện phápbảo dưỡng phù hợp cho từng điều kiện môi trường khí hậu, v.v…

1.2 Tình hình nghiên cứu co ngót trong bê tông trên thế giới

Trang 24

Điểm qua kết quả nghiên cứu và các kết luận của một số nhà khoa học ngoài nước chothấy tro bay có nhiều ưu việt so với khi sử dụng 100% xi măng như cải thiện tínhcông tác, tính bơm, giảm nhiệt thủy hóa, giảm co nội sinh và co khô (giảm co khô khiđược bảo dưỡng tốt) tăng cường độ tuổi dài ngày, giảm tính thấm, hạn chế xâm nhậpclo, tăng tính bền sunphat natri, giảm khả năng phản ứng kiềm cốt liệu Tuy nhiên sự

có mặt của tro bay cũng có thể làm chậm tốc độ rắn chắc, giảm cường độ tuổi sớm, độbền chống cácbônát hóa và độ bền chống ăn mòn sunphat manhê [15]

Các nhà khoa học Mỹ cho rằng vết nứt trong bê tông có thể hình thành do nhiềunguyên nhân nhưng chủ yếu vẫn là do co khô bị kiềm chế vì vậy các yếu tố ảnh hưởngđến co khô đã và đang được nghiên cứu suốt hơn 80 năm qua Liên quan đến việc sửdụng tro bay trong bê tông kết quả nghiên cứu [16] cho rằng sự có mặt của tro baylàm tăng co ngót so với mấu đối chứng sử dụng 100% xi măng dù bảo dưỡng theo chế

độ 7 ngày hay 14 ngày

Đối với chế độ bảo dưỡng bê tông, trong cùng điều kiện bảo dưỡng ở nhiệt độ 23 ± 2

0C và độ ẩm tương đối 50 ± 4% cho thấy khi bảo dưỡng ở tuổi ít ngày, cụ thể là 3ngày và 7 ngày độ co khô trong bê tông là lớn nhất trong khi đó bảo dưỡng ở các tuổi

14 và 28 ngày cho độ co khô trong bê tông là thấp nhất [16]

Hình 1.7: Độ co khô của các mẫu bê tông bảo dưỡng ở các tuổi từ 3 đến 28 ngày.

Đối với phụ gia dẻo hóa, theo nhận định chung của các nhà khoa học có thể sử dụngcho nhiều mục đích cùng lúc như tăng dẻo khi giữ không đổi lượng dùng nước, tăngcường độ khi giữ nguyên tính công tác, hay giảm lượng dùng chất kết dính khi giữ

Trang 25

Đối với phụ gia rắn nhanh, phần lớn có tác dụng thức đẩy sự thủy hóa và rắn chắc ximăng trong thời kỳ đầu, chủ yếu tăng độ hòa tan của các khoáng xi măng cũng nhưtăng khối lượng các sản phẩm thủy hóa tạo thành trong giai đoạn đầu, làm tăng bãohòa một số ion trong môi trường lỏng do đó thúc đẩy quá trình kết tinh sản phẩm thủyhóa xi măng Một số phụ gia rắn nhanh như TEA thường được sử dụng như một thànhphần của phụ gia hóa dẻo nhằm trung hòa tác dụng chậm rắn của chúng, ví dụ trongphụ gia giảm nước có nguồn gốc lignosunphonat [2,17].

1.3 Tình hình nghiên cứu co ngót trong bê tông ở Việt Nam

Cho đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu vềtính công tác và sự phát triển cường độ của bê tông khi có mặt phụ gia khoáng và phụgia hóa học đặc biệt là ở các loại bê tông cường độ cao.Một số tác giả đã nghiên cứuảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại đến tính chất của xi măng và bê tông như: PGS.TSNguyễn Như Quý, TS Vũ Hải Nam và cộng sự, TS Lương Đức Long và cộng sự…trong nghiên cứu đã sử dụng tro tuyển Phả Lại, phụ gia rắn nhanh để chế tạo bê tông,các chỉ tiêu nghiên cứu gồm có tính công tác, cường độ nén, phản ứng kiềm si-líc,phản ứng bền sunphat

Tuy nhiên chưa có nhiều công trình khoa học nghiên cứu sâu về co do mất nước của

bê tông được công bố Việc thiếu các thiết bị dùng cho công tác nghiên cứu cũng nhưcác chuyên gia hàng đầu trong lĩnh việc này cản trở công tác triển khai các công trìnhnghiên cứu khoa học ngang tầm với các nước trong khu vực Tuy nhiên sau sự cố nứt

bê tông đầm lăn Công trình Thủy điện Sơn La, mà co do mất nước của bê tông đượccho là nguyên nhân chủ yếu thì vấn đề này đã thu hút được sự chú ý của các nhànghiên cứu Tác giả [10] đã nghiên cứu co do mất nước của bê tông có cấp phối hạtcốt liệu gián đoạn và kết luận: Với bê tông có Dmax = 40 mm có thành phần hạt giánđoạn, không chứa cấp hạt 10 – 20 mm, bê tông có độ co khô thấp hơn nhiều so với bêtông có thành phần hạt liên tục Lý do với thành phần cấp phối hạt gián đoạn, khi cócùng tính công tác, độ đặc của bộ khung gồm các hạt cốt liệu lớn đạt giá trị cao nhất.Tác giả [11,12] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia khoáng tro tuyển PhảLại và puzơlan Gia Quy đến co khô của bê tông khối lớn (Dmax = 75 mm), kết quảnghiên cứu cho thấy trong điều kiện bảo dưỡng tự nhiên có nhiệt độ môi trường và độ

ẩm không khí.Sự có mặt của phụ gia khoáng làm tăng co khô của bê tông không sửdụng phụ gia khoáng Sự có mặt của Tro tuyển Phả Lại co khô nhiều hơn so với phụgia puzơlan thiên nhiên Gia Quy

Trang 26

Tác giả [13] cũng đi tới kết luận, việc sử dụng kết hợp phụ gia rắn nhanh không ănmòn cốt thép Triethanolamine (TEA) với phụ gia hóa dẻo gốc lignosulfonate –Sikament R4 cho thấy, độ co của bê tông thấp hơn 13% so với mẫu bê tông đối chứng.Kết quả trên càng củng cố rằng, phụ gia rắn nhanh TEA và phụ gia hóa dẻo gốclignosulfonate – Sikament R4 có tác dụng giảm co ngót trong bê tông, cơ chế và mức

độ ảnh hưởng của hai loại phụ gia này ra sao cần làm sáng tỏ thêm

1.4 Vai trò của Phụ gia hóa học Triethanolamine trong bê tông

Phụ gia rắn nhanh Triethanolamine (TEA) là một chất hoạt động bề mặt, khi tan trongnước làm giảm sức căng bề mặt của nước và đặc biệt là loại phụ gia không ăn mòn cốtthép cho bê tông Triethanolamine được sản xuất từ ôxýt êtylen và amôniac, có côngthức hóa học(CH2–CH2–OH)3–N, là một chất lỏng nhớt đông đặc ở nhiệt độ 21,2oC

Tỷ trọng ρ=1,124 g/cm3 Phân tử lượng M=149,2,Triethanolamine hòa tan vô hạntrong nước

1.4.1 Cơ chế ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine đến quá trình thủy hóa rắn chắc của xi măng và cấu trúc đá xi măng.

Từ những năm 1958 người ta đã phát hiện ra rằng Fe3+ kết tủa trong quá trình thủy hóa

xi măng bao bọc pha silicat và pha aluminat dưới dạng màng relatin khó thấm từ ôxýtsắt ngậm nước Fe(OH)3 do đó làm chậm thủy hóa của các khoáng này Hiện tượngnày xảy ra là do khi nghiền ckanke với thạch cao các pha phân bố xen giữa pha silicat

có độ cứng thấp hơn pha silicat do vậy sự phá hoại xảy ra dễ dàng hơn Kết quả làhàm lượng pha này trên bề mặt hạt xi măng cao hơn so với bên trong Trong khi đómột phần pha trung gian này lại chủ yếu chứa C4AF Khi C4AF bắt đầu thủy hóa, sắttrong hợp chất phản ứng chậm do có độ hòa tan kém tức là sự khuyếch tán ion sắt từ

bề mặt xảy ra chậm và ion sắt bị kết tủa trên bề mặt các hạt xi măng dưới dạng màngôxýt sắt ngậm nước Fe(OH)3 khó thấm

Để thúc đẩy thủy hóa pha silicat và pha aluminat trong trường hợp này cần phải đẩynhanh mức độ hòa tan của ion sắt

TEA là chất có khả năng làm tăng tính hòa tan của một số ion kim loại trong môitrường kiềm mạnh (PH>12) trong đó có Fe3+ thông qua phản ứng tạo phức theoChaberek và Martell được mô phỏng theo sơ đồ sau:

Trang 27

Do đó sự có mặt của TEA làm tăng tính tan của ion sắt Fe3+ đã trực tiếp làm tăng hoạttính của khoáng C4AF làm khoáng này thủy hóa tương tự khoáng C3A đồng thời làmgiảm mức độ tạo thành Fe(OH)3 bao bọc bề mặt hạt xi măng do vậy trực tiếp làm tăngmức độ thủy hóa của pha silicat và pha aluminat làm cho cường độ đá xi măng pháttriển nhanh.

Ngoài ra TEA cũng thúc đẩy sự hòa tan của ion Al3+ do tính hấp phụ hóa học có chọnlọc của TEA bởi các ion nhôm bề mặt có tính axít mạnh Đồng thời phụ gia TEA cũng

có khả năng bị hấp phụ hóa học bởi các ion canxi bề mặt chứa một nhóm –OH là mộtbazơ mạnh Cơ chế này có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Mặt khác Triethanolamine làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho quá trìnhthấm ướt hạt xi măng và quá trình hòa tan các thành phần hoạt tính cao trở nên dễdàng hơn Nước với sức căng bề mặt giảm dễ dàng thâm nhập đến bề mặt hạt xi măng

có bao bọc màng sản phẩm thủy hóa ban đầu, góp phần thúc đẩy thủy hóa hầu như tất

kể thủy hóa của các khoáng clanke và của xi măng, cụ thể là:

- Quá trình thủy hóa khoáng C3A khi có mặt Triethnolamine

Triethanolamine thúc đẩy quá trình thủy hóa của C3A tạo thành sản phẩm hydroaluminat canxi khối sáu mặt (C4AH13) đồng thời thúc đẩy sự chuyển hóa chất nàythành hydro aluminat canxi dạng lập phương (C3AH6) Tốc độ thủy hóa C3A tăng tỷ lệ

Trang 28

thuận với nồng độ Triethanolamine, ngoài ra sự có mặt của Triethanolamine có tácdụng thúc đẩy sự hình thành ettingite trong hệ C3A – thạch cao.

- Quá trình thủy hóa khoáng C3S và khoáng C2S khi có mặt Triethnolamine

Khi có mặt Triethanolamine các đặc trưng thủy hóa của khoáng C3S, khoáng C2S thayđổi một cách đáng kể Lượng Ca(OH)2 tạo ra ở các tuổi 1, 3, 7 và 28 ngày tỷ lệ thuậnvới hàm lượng phụ gia TEA Sự có mặt của TEA đồng thời thúc đẩy sự hình thànhCSH với tỷ lệ C/S cao và tăng cường việc tạo ra Ca(OH)2 dạng đông kết tinh

- Quá trình thủy hóa xi măng Pooclăng khi có mặt Triethnolamine

Các mẫu chứa TEA nồng độ hợp lí đều hình thành ettringite và mức độ chuyển hóacủa khoáng này sang dạng đơn sunphát tăng tỷ lệ với hàm lượng TEA

1.4.3 Ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh Triethanolamine đến tính chất

cơ lý của bê tông

- Ảnh hưởng của Triethanolamine đến sự phát triển cường độ của bê tông

Khi sử dụng phụ gia rắn nhanh TEA với nồng độ hợp lý cho phép tăng cường độ củamẫu bê tông so với mẫu không sử dụng phụ gia TEA, đặc biệt tỷ lệ tăng cường độ đạtcao nhất ở các tuổi 3, 7, 14 ngày và phụ gia TEA không gây ảnh hưởng bất lợi đến sựphát triển cường độ bê tông trong thời gian dài.Bên cạnh đó phụ gia TEA không cótác dụng hóa dẻo đối với hỗn hợp bê tông

- Ảnh hưởng của Triethanolamine đến tính chất rỗng của bê tông

Phụ gia TEA có tác dụng giảm độ rỗng mao quản của bê tông trong khi đó lại làmtăng độ rỗng co ngót và độ rỗng gel Hay nói cách khác sự có mặt của phụ gia TEAlàm giảm độ rỗng vĩ mô và làm tăng độ rỗng vi mô

- Ảnh hưởng của Triethanolamine đến khả năng chống thấm của của bê tông

Do sự có mặt của TEA làm tăng độ đặc chắc của bê tông, giảm đáng kể thể tích các lỗrỗng mao quản vĩ mô, mặc dù chúng làm tăng độ rỗng vi mô của đá xi măng nhưngtrên thực tế các lỗ rỗng này không cho nước thấm qua Vì vậy sự có mặt của phụ giaTEA giúp tăng khả năng chống thấm của bê tông, đồng thời có ý nghĩa thực tế quantrọng giúp tăng tuổi thọ của các kết cấu bê tông cốt thép chịu tác động của khí hậuvùng ven biển

1.5 Vai trò của phụ gia hóa dẻo trong bê tông

Trang 29

Cơ chế hoạt động của phụ gia tăng dẻo là do sự phân li trong nước thành các nhómphân cực mạnh như các nhóm hidrocacbon (OH-), (COOH-), (CHO-)… và gốc cacboncòn lại ở dạng cao phân tử phân cực yếu Các nhóm phân cực mạnh có tác dụng làmdung dịch huyền phù tăng tính linh động; còn nhóm cao phân tử có sức căng bề mặtkém hơn nên hấp phụ bề mặt phụ gia làm tăng tính nhớt Ngoài ra trong chúng còn tồntại dạng axit lignosunphuric có tác dụng cuốn khí tạo ra bọt bám xung quanh các hạt

xi măng làm giảm diện tích tiếp xúc giữa các hạt do đó làm giảm lực ma sát và dẫnđến làm tăng tính linh động giữa các hạt xi măng Khi hấp thụ lên bề mặt các hạt ximăng phụ gia còn có tác dụng kiềm chế tốc độ thủy hóa Chúng được chia làm 3 loạichính như sau:

1.5.1 Hóa dẻo do làm giảm sức căng bề mặt

Phụ gia hóa dẻo là chất hoạt động bề mặt, khi cho vào nước chúng làm giảm sức căng

bề mặt của dung dịch Nồng độ phụ gia càng cao thì sức căng bề mặt của dung dịchgiảm càng nhiều Khi cho phụ gia hóa dẻo vào hỗn hợp bê tông các phân tử của phụgia bám vào bề mặt các pha rắn (hạt xi măng, tro, cát, đá, sản phẩm thủy hóa của ximăng…) Các phân tử phụ gia nói trên nằm trên bề mặt phân chia giữa pha rắn-lỏng

và làm giảm sức căng bề mặt của nước bao quanh pha rắn, làm chiều dày màng nướcbao quanh pha rắn giảm đi Hay nói cách khác 2 pha rắn trượt lên nhau dễ dàng như

cũ với màng nước phân cách có chiều dày nhỏ hơn Khi đó lượng nước trộn dư ra sẽlàm tăng độ dẻo cho hỗn hợp bê tông Phụ gia có sức căng bề mặt càng nhỏ thì khảnăng hóa dẻo càng cao

1.5.2 Hóa dẻo do hòa tan hạt xi măng, chống vón tụ

Cơ chế hòa tan hạt xi măng của phụ gia hóa dẻo chia thành 2 nhóm:

- Dựa trên lực đẩy tĩnh điện

- Dựa trên lực đẩy không gian

Phụ gia siêu dẻo dựa trên lực đẩy tĩnh điện gồm có naphtalen sunphonat, melaminsunphonat và amino sunphonat, tất cả đều có nhóm sunphonic trong phân tử Khi phân

tử phụ gia bám hút trên bề mặt các pha rắn,các anion có khả năng bị tách ra khỏinhóm sunphonic mạnh hơn so với nhóm cacboxyl đưa đến sự thay đổi điện tích âmcủa hạt xi măng (pha rắn) Các pha rắn trong hỗn hợp bê tông đều tích điện âm nên sẽđẩy tách nhau ra dẫn đến hiệu quả phân tán và hóa dẻo của hỗn hợp bê tông

Cơ chế hòa tan dựa trên lực đẩy không gian thuộc về các phụ gia siêu dẻo gốcpolycacboxylate và tất cả các phụ gia siêu dẻo có polymer mạch vòng có nhánhethylene oxyde Mạch ethylene oxyde có khả năng giữ nước rất tốt Nhờ có lớp hấp

Trang 30

thụ mạnh nên các phân tử phụ gia tạo được màng nước mỏng trên bề mặt các hạt ximăng Lớp hấp thụ mỏng này sinh ra lực đẩy không gian cao.

Lực đẩy tĩnh điện và lực đẩy không gian cao sẽ làm cho các hạt xi măng không dínhkết vào nhau mà được thấm đều nước, các hạt tách khỏi nhau dễ dàng và phân tán đềutrong hỗn hợp bê tông

1.5.3 Hóa dẻo do cuốn khí

Trong bê tông thường, phụ gia hóa dẻo và phụ gia siêu dẻo làm giảm sức căng bề mặtcủa nước cũng sẽ làm tăng khả năng cuốn khí vào Các bọt khí cuốn vào kích thướcrất bé, phân bố đều trong hỗn hợp bê tông, có tác dụng như các lớp đệm mà trên đócác pha rắn sẽ trượt lên nhau dễ dàng hơn

Trang 31

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn

Trong quá trình nghiên cứu sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)

và tiêu chuẩn Mỹ (ASTM) được trình bày dưới đây để nghiên cứu tính chất vật liệu,vữa, hỗn hợp bê tông và bê tông

2.1.1 Xác định tính chất của cốt liệu

- Xác định tính chất của đá dăm cacbonat

Đá dăm dùng trong nghiên cứu là đá cacbonat Dmax = 20mm, đáp ứng yêu cầu củaTCVN 7570 : 2006 và ASTM C33-08 Chất lượng của đá dăm được đánh giá theoTCVN 7572 : 2006 gồm các chỉ tiêu chính như:

- Thành phần cỡ hạt;

- Khối lượng riêng và độ hút nước;

- Khối lượng thể tích xốp và độ rỗng xốp;

- Độ ẩm tự nhiên;

- Hàm lượng bụi, bùn, sét trong đá dăm;

Ngoài việc sử dụng chỉ tiêu trong TCVN 7572 : 2006 còn sử dụng chỉ tiêu khác theoASTM như:

- ASTM C29/C29M – 07: Xác định khối lượng thể tích chọc chặt và độ rỗng chọcchặt của đá dăm

Kết quả nghiên cứu được trình bày ở chương 3

- Xác định tính chất của cát vàng Sông Lô

Cát dùng trong nghiên cứu là cát vàng Sông Lô đáp ứng yêu cầu của TCVN 7570 :

2006 và ASTM C33 – 08 Chất lượng của cát được đánh giá theo TCVN 7572 : 2006gồm các chỉ tiêu chính như:

Trang 32

Ngoài việc sử dụng chỉ tiêu trong TCVN 7572 : 2006 còn sử dụng chỉ tiêu khác theoASTM như:

- ASTM C29/C29M – 07: Xác định khối lượng thể tích chọc chặt và độ rỗng chọcchặt của cát

2.1.2 Xác định tính chất của chất kết dính

Xi măng được dùng là xi măng PC40 Bút Sơn đáp ứng các yêu cầu của TCVN 2682 :

2009 Các tính chất chủ yếu của xi măng được đánh giá theo TCVN 4030 :2003,TCVN 6016:2011 và TCVN 6017:1995 gồm những chỉ tiêu chính sau:

- Khối lượng riêng;

- Khối lượng thể tích xốp;

- Độ mịn;

- Lượng nước tiêu chuẩn;

- Thời gian đông kết;

- Cường độ nén của vữa;

2.1.3 Xác định tính chất của hỗn hợp Bê tông và Bê tông

Đối với hỗn hợp bê tông và bê tông trong quá trình nghiên cứu tiến hành xác định haitính chất điển hình là độ sụt của hỗn hợp bê tông theo TCVN 3016 : 1993 và cường

độ nén của bê tông theo TCVN 3118 : 1993, các chỉ tiêu được trình bày dưới đây:

2.1.3.1 Xác định độ sụt của hỗn hợp Bê tông

Độ sụt là độ giảm chiều cao của hỗn hợp bê tông hình côn tiêu chuẩn sau khi nhấckhuôn, tính bằng cm Quy trình thí nghiệm như sau:

Dụng cụ thí nghiệm:

 Côn tiêu chuẩn (d × D × h = 100 ×200 ×300mm );

 Que chọc ( = 16 × 600 mm ), thước đo;

 Bàn phẳng, bay và dụng cụ xúc

Trang 33

Hình 2.1: Dụng cụ xác định độ sụt hỗn hợp bê tông.

Tiến hành thí nghiệm :

Làm sạch, lau ẩm các dụng cụ, đặt côn lên bàn phẳng

Hỗn hợp bê tông sau khi trộn trong máy được đổ ra khay, trộn đều lại bằng tay rồiđược xúc vào côn

Đổ hỗn hợp bê tông vào côn tiêu chuẩn chia làm ba lớp, mỗi lớp chọc 25 cái theo hìnhxoắn ốc từ ngoài vào trong, mũi que chọc chỉ đến lớp trước 2-3cm Lớp thứ 3 vừa đổvừa chọc đến khi đầy côn Dùng bay làm gạt phẳng đến bê mặt côn

Sau đó từ từ nhấc côn lên theo phương thẳng đứng trong 5 – 10 giây Quay ngược cônđặt cạnh mẫu, để que chọc ngang lên côn

Dùng thước thép đo khoảng cách trung bình từ đỉnh mẫu tới que chọc Độ dài đo được

là độ sụt của hỗn hợp bê tông

Trang 34

Hình 2.2: Các bước trong công tác thử độ sụt bê tông.

2.1.3.2 Xác định cường độ nén của bê tông

Cường độ nén được định nghĩa là giới hạn cường độ khi phá hoại mẫu hay còn gọi làsức bền nén, cường độ nén phản ánh độ đặc của bê tông và thông qua đó người ta cóthể xác định được hầu hết các chỉ tiêu tính chất khác của bê tông

Phương pháp xác định theo TCVN 3118 : 1993

Cường độ nén của bê tông được xác định bằng giới hạn cường độ (MPa) khi nén củamẫu bê tông chuẩn hình lập phương kích thước 150×150×150 mm được chế tạo từhỗn hợp bê tông thi công trong khuôn kim loại và thử ở tuổi 28 ngày sau khi đóng rắntrong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 27±2oC, độ ẩm tương đối của không khí 95-100%) và được xác định theo công thức :

Trang 35

: hệ số tính đổi kết quả nén các viên mẫu bê tông có kích thước khác viênchuẩn về cường độ viên chuẩn 150150150 mm Giá trị  lấy tùy theo kích thước

và hình dạng viên mẫu

Việc chọn kích thước mẫu phụ thuộc vào Dmax cốt liệu: Ví dụ Dmax=20 mm mẫu thửlập phương là 100100100 mm hay mẫu trụ 100  h200 mm Dmax = 40 mm mẫuthử lập phương là 150150150 mm hay mẫu trụ 150  h300 mm, v.v…

Quá trình nghiên cứu thực hiện trên khuôn lập phương kích thước 150 × 150 × 150

Trong trường hợp tổ mẫu chỉ có hai viên thì cường độ nén của bê tông được tính bằngtrung bình cộng kết quả nén của hai mẫu

Hình 2.3: Máy nén bê tông và Hình dạng mẫu lập phương bị phá hoại.

Trang 36

2.1.4 Xác định độ co của bê tông

Mục đích chính của đề tài là xác định độ co của bê tông theo tiêu chuẩn

ASTMC157/C157M–08 Tuy nhiên độ co khô của bê tông còn được quy định rõ trong

tiêu chuẩn ASTM C596 – 07, phương pháp được trình bày dưới đây:

Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm theo ASTM C490 - 04:

- Khuôn đúc mẫu hình lăng trụ kích thước 75 × 75 × 285mm;

- Núm đo mẫu đường kính mm, dài 22,5 ± 0,1mm;

- Tấm kính phẳng;

- Bộ thiết bị đo co ngót (thanh chuẩn, đồng hồ đo có độ chính xác 0,001mm);

- Tủ khí hậu;

Trình tự thí nghiệm:

Chuẩn bị khuôn và lắp các núm đo vào khuôn;

Đổ bê tông và vữa vào khuôn thành 1 lớp, dùng que chọc đường kính 10mm, dài500mm chọc 25 cái, gạt phẳng mặt, lắc thêm vài cái nữa để loại hết bọt khí tạo ra khiđầm, gạt phẳng miệng khuôn và đặt tấm kính lên;

Đưa mẫu vừa đúc xong vào phòng dưỡng hộ, tháo mẫu ra sau khi đúc 24h (hoặc 48hnếu chưa đạt cường độ) sau đó ngâm mẫu trong thùng đựng nước vôi bão hòa 2 ngàynữa (hoặc 1 ngày nếu thời gian bảo dưỡng trong khuôn là 48 giờ) rồi đem ra đo cokhô Vớt mẫu ra, lau khô và đo chênh lệch chiều dài với thanh chuẩn ngay tại thờiđiểm đó làm gốc, cân mẫu ngay tại thời điểm đó để xác định độ tổn thất ẩm trong suốtquá trình bảo dưỡng Sau đó bảo dưỡng trong điều kiện trên không khí 23 , độ ẩm50% (trong tủ khí hậu) sau 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 25, 28 ngày tiến hành đo tiếp vàsau 8, 16, 32 và 64 tuần

Thao tác đo:

Mở đồng hồ đo, đặt thanh chuẩn vào giá đo và bấm về giá trị 0,000 mm đưa thanhchuẩn ra và đặt mẫu lên giá đo nhẹ nhàng, đọc trị số trên máy đo chính là chênh lệchchiều dài giữa thanh chuẩn và mẫu

Chú ý: nên đánh dấu chiều đo trên mẫu để đảm bảo độ chính xác cao cho kết quả đo.

Tính toán kết quả:

Trang 37

, (×10-6 mm/mm) [2.2]Trong đó:

: biến thiên chiều dài mẫu bê tông so với thanh chuẩn ở ngày đầu tiên, mm

: biến thiên chiều dài mẫu bê tông so với thanh chuẩn ở ngày thứ i, mm

l0: chiều dài ban đầu của mẫu, mm

Tổn thất khối lượng ẩm của mẫu vữa và bê tông tính bởi công thức:

Trong đó:

Wi : độ ẩm tương đối của mẫu ở ngày thứ i, %

m0 : khối lượng mẫu ở thời điểm ban đầu, g

mi : khối lượng mẫu ở ngày thứ i, g

Trang 38

Hình 2.6 : Tủ khí hậu

2.2 Phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn

Trong quá trình thực hiện đề tài ngoài các phương pháp nghiên cứu tiêu chuẩn ra còn

sử dụng các phương pháp nghiên cứu phi tiêu chuẩn như: phương pháp quy hoạchthực nghiệm, phương pháp thiết kế thành phần bê tông

2.2.1 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Quy hoạch thực nghiệm là một phương pháp nghiên cứu khoa học có tính ưu việt đólà:

- Cho phép giảm đáng kể số lượng thí nghiệm, tiết kiệm được thời gian và kinh phí;

- Cung cấp một lượng thông tin lớn, cụ thể hơn nhờ đánh giá được một cách tươngđối toàn diện ảnh hưởng của các nhân tố đến hàm mục tiêu;

- Cho phép xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm giúp đánh giá được bức tranhthực nghiệm theo các tiêu chuẩn thống kê qua đó cho phép xem xét ảnh hưởng củacác thông số đến hàm mục tiêu với mức độ tin cậy cần thiết;

- Cho phép xác định điều kiện tối ưu đa nhân tố của đối tượng nghiên cứu một cách

Trang 39

Để xây dựng mô hình toán học biểu thị ảnh hưởng của phụ gia hóa Triethanolamineđến các tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông trong đề tài này đã sử dụngphương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao tâm xoay bậc hai với hai nhân tố.HHBT là một loại vật liệu composite hai thành phần gồm hồ CKD và cốt liệu Tínhcông tác và cường độ cũng như co ngót do mất nước của bê tông chủ yếu bị chi phốibởi hai yếu tố tỷ lệ N/X và hệ số dư vữa (β) Do đó đề tài chọn hai yếu tố này làm biếnđộc lập trong nghiên cứu các tính chất của HHBT và bê tông đã rắn chắc.

Hệ số dư vữa β và tỷ lệ N/X hay : biến thực biểu thị hệ số dư vữa (β); : biến thựcbiểu thị tỷ lệ N/X Sau khi mã hóa ta có: : biến mã biểu thị hệ dư vữa β; : biến mãbiểu thị tỷ lệ N/X

Trên trục tọa độ lấy các điểm: 1(-1,-1) ; 2(+1,-1) ; 3(-1,+1) ; 4(+1,+1) ; 5(-1.414 ,0) ;6(+1.414, 0) ; 7(0, -1.414) ; 8(0 , +1.414) ; 9(0,0); 10(0,0) ; 11(0,0) ; 12(0,0) ;

13(0,0)

Hàm mục tiêu là độ sụt SN, độ co khô và cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày.Quy hoạch thực nghiệm hai mức bậc 2 có phương trình hồi quy dạng sau:

Y = bo + b1X1 + b2X 2 + b12X1X2 +b11X12+b22X12 [2.4]Trong đó :

b0, b1,b2, b12, b11, b22: hệ số hồi quy;

X1, X2: biến mã

Nhiệm vụ đặt ra cho đề tài là nghiên cứu chế tạo bê tông thường có cường độ nén tuổi

28 ngày đạt 30 – 50 MPa và độ sụt của hỗn hợp bê tông SN = 5 ÷ 20 cm, hàm lượngcát cao để có thể bơm được bằng máy bơm bê tông Do đó để xây dựng kế hoạch thựcnghiệm cần có một số thí nghiệm thăm dò nhằm mục đích xác định khoảng biến thiêncủa β và tỷ lệ N/CKD, cùng với việc thiết kế sơ bộ thành phần bê tông thường theophương pháp đường thành phần hạt liên tục (đường số 3), nhóm nghiên cứu đề tài đãtham khảo kết quả nghiên cứu thực hiện trước đó của một vài cấp phối cho thấy cùngmột loại vật liệu sử dụng thì khoảng biến thiên của β = 2,34 – 2,80 và tỷ lệ N/CKD =0,46 - 0,60 cho kết quả R28 ≥ 30 MPa Đề tài đã tiến hành thí nghiệm tại 2 điểm đặcbiệt [ 1(-1,-1) ] và [ 4(+1 ;+1) ] với điều kiện hỗn hợp bê tông thăm dò này phải có độ

Trang 40

sụt nằm trong khoảng SN = 5 ÷ 20 cm Với cách tiếp cận này đề tài đã xây dựng được

kế hoạch thí nghiệm như nêu ở hình 2.7 và bảng 2.1

Hình 2.7: Sơ đồ kế hoạch thực nghiệm với hai yếu tố β và tỷ lệ N/CKD.

Trong kế hoạch thực nghiệm trên vùng biến thiên của các biến:

no = 5

N = 2k + 2k + no; k= 2

N = 22 + 2x2 + 5 = 13

α = k = 2 = 1,414

Bảng 2.1: Vùng biến đổi của các biến

Giá trị của biến thực ứng với biến mã

Tiêu đề	Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia rắn nhanh triethanolamine và phụ gia hóa dẻo gốc lignosulfonate – sikament r4 đến độ co và sự phát triển cường độ của bê tông
Tác giả	Nguyễn Văn Thành, Vũ Hải Nam, Vũ Văn Linh
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Như Quý
Trường học	Trường Đại Học Xây Dựng
Chuyên ngành	Vật Liệu Xây Dựng
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	3,93 MB