Nghiên cứu sử dụng tro tuyến phả lại hàm lượng cao trong bê tông khối lượng thông thường dùng cho đập trọng lực

Nghiên cứu sử dụng tro tuyến phả lại hàm lượng cao trong bê tông khối lượng thông thường dùng cho đập trọng lực, luận án dành cho các bạn nghiên cứu, tìm hiểu cũng như tham khảo trong quá trình học tập.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Vũ Hải Nam

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TUYỂN PHẢ LẠI HÀM LƯỢNG CAO TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG DÙNG CHO ĐẬP TRỌNG LỰC

Chuyên ngành: Vật liệu và Công nghệ vật liệu XD

Mã số: 62 58 80 01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS Nguyễn Như Quý

2 TS Lương Đức Long

Hà Nội - Năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trích dẫn, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, Ngày 16 tháng 06 năm 2012

Tác giả của luận án

Vũ Hải Nam

LỜI CẢM ƠN

Luận án Tiến sỹ kỹ thuật chuyên ngành Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng

với đề tài ‘’Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông

khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’ được hoàn thành với sự hướng

dẫn của PGS.TS Nguyễn Như Quý, Bộ môn Công nghệ Vật liệu Xây dựng, trường ĐHXD và TS Lương Đức Long, Viện Vật liệu Xây dưng, Bộ Xây dựng Trong suốt thời gian 4 năm thực hiện đề tài các thầy giáo hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi vượt qua khó khăn thử thách hoàn thành luận

án đóng kỳ hạn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành Bộ môn Công nghệ Vật liệu Xây dựng, Khoa Vật liệu Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau đại học, trường ĐHXD, Trung tâm Xi măng và Bê tông – Viện Vật liệu Xây dựng, cùng các nhà khoa học các đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này

Tác giả cũng xin bày tỏ sự biết ơn đối với sự động viên nhiệt tình của cơ quan, gia đình và các đồng nghiệp, đó là nguồn động lực mạnh mẽ giúp tôi vượt qua thử thách hoàn thành luận án đúng hạn

Với khả năng có hạn luận án khó tránh khái những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý chân tình của các chuyên gia, các nhà khoa học trong và ngoài ngành cùng các đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, Ngày 16 tháng 06năm 2012

Tác giả luận án

Vũ Hải Nam

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG

DỤNG BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI

LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ

GIỚI

15

1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê

tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới

15

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê

tông khối lớn sử dụng tro bay ở Việt Nam

31

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG

TRONG NGHIÊN CỨU

2.1.5 Phụ gia dẻo hóa Lignosunphonat 47

2.2.2 Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối 48

2.2.4 Phương pháp sàng ướt xác định tổn thất vữa 50 2.2.5 Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông 52

Chương 3 NGHIấN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TT HÀM LƯỢNG CAO ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VỮA TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN

57

3.1 Ảnh hưởng của TT đến tính chất của chất kết dính hỗn hợp

xi măng – tro tuyển

57

3.1.2 Ảnh hưởng của TT đến cường độ chất kết dính 58 3.1.3 Ảnh hưởng của TT đến nhiệt thủy hóa của chất kết dính 60 3.2 Ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến một số tính chất của

vữa trong bê tông khối lớn

64

3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến tính chất cơ lý

của vữa trong bê tông khối lớn có tỷ lệ N/CKD và hệ số dư hồ thay đổi

64

3.2.3 Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của vữa có hàm lượng

TT cao

74

3.3 Ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến một số tính chất của

bê tông khối lớn

75

3.3.1 Khoảng biến thiên trong qui hoạch thực nghiệm trên mẫu bê tông 76 3.3.2 Kết quả cường độ nén của bê tông nghiên cứu 79 3.3.3 Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của bê tông khối lớn TT

hàm lượng cao

82

3.3.4 So sánh sự phát triển cường độ nén trên mẫu vữa và mẫu bê tông 85 3.3.5 Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt 87 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến tăng nhiệt

độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn

3.4.3 Kết quả nghiên cứu nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn có

sử dụng tro tuyển Phả Lại kết hợp phụ gia giảm nước

Lignosunphonat (LS)

103

Chương 4 ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG

KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG SỬ DỤNG TT HÀM

LƯỢNG CAO TRÊN CƠ SỞ CÔNG THỨC

4.2.1 Chỉ dẫn 1- Tính qui đổi cường độ bê tông 116 4.2.2 Chỉ dẫn 2 - Các bước tính cấp phối bê tông có Dmax lớn hơn 37,5

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

1-2 Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới 28 1-3 Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay 29

1-6 Thành phần cấp phối BTKL kiến nghị cho 1m3 công trình thủy

điện Tuyên Quang

35

1-7 Thành phần cấp phối BTĐL kiến nghị cho 1m3 công trình thủy

điện Sơn La

36

1-8 Kết quả thí nghiệm kiểm chứng trên các khối đổ BTKL 36

2-6 Một số tính chất khác của cát vàng Sông Lô và phương pháp thử 47 3-1 Ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của CKD 57 3-2 Kết quả xác định nhiệt thuỷ hóa của XM có sử dụng XND 61 3-3 Hệ số dư hồ  khi thay đổi tỷ lệ C/CKD và N/CKD 66 3-4 Phương trình tương quan giữa  và tỷ lệ C/CKD khi tỷ lệ N/CKD

3-7 Kế hoạch thực nghiệm (X1 là tỷ lệ N/XM gốc , X2 là tỷ lệ TT/CKD,

X3 là hệ số dư hồ )

70

3-9 Phương trình biểu diễn quan hệ giữa cường độ nén (R) với thời

3-11 Kết quả cường độ nén bê tông nghiên cứu và tỷ lệ phát triển cường

độ các ngày tuổi so với tuổi 28 ngày

79

3-12 Hệ số qui đổi cường độ nén của bê tông ở các tuổi về cường độ nén

tuổi 28 ngày, kt

82 3-13 Phương trình quan hệ giữa cường độ nén (R) với thời gian theo Lg(N) 83

3-15 Cấp phối bê tông sử dụng TT cho mẻ trộn 30 lít 88

3-17 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 88 3-18 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 89 3-19 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 89 3-20 Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 89 3-21 Ảnh hưởng nhệt độ bê tông đến tốc độ thủy hóa chất kết dính 96 3-22 Chênh lệch thể tích chất kết dính khi thay thế TT theo khối lượng 97 3-23 Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi kể đến sự chênh lệch nhiệt độ

và chênh lệch thể tích

97

3-25 Kết quả nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT khác

3-27 Kết quả xác định nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có TT kết hợp

phụ gia giảm nước LS

105

4-1 Cường độ chất kết dính tuổi 28 ngày 111

4-3 Thành phần cấp phối bê tông Dmax 37,5 mm 117 4-4 Thành phần cấp phối bê tông Dmax lớn hơn 37,5 mm 118 4-5 Thành phần cấp phối bê tông cho 1m3 Dmax lớn hơn 37,5 mm đã hiệu

chỉnh

119

4-6 Lượng dùng nước cho 1 m3 bêtông vật liệu khô hoàn toàn 120 4-7 Lượng dùng cốt liệu lớn cho 1m3 bê tông 120 4-8 Thành phần các cỡ hạt trong cốt liệu lớn Dmax 37,5 mm 120 4-9 Thành phần các cỡ hạt trong cốt liệu lớn Dmax 75,0 mm 121 4-10 Thành phần các cỡ hạt trong cốt liệu lớn Dmax 150 mm 121

2-1 Thiết bị xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông DTR 10-90-01 54

3-1 Ảnh hưởng của TT đến thời gian đông kết của CKD 58

3-3 Ảnh hưởng của TT đến nhiệt thủy hóa của CKD 60 3-4 Đồ thị tương quan giữa hệ sốvà tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay

3-17 Sự phát triển nhiệt độ của bê tông có hàm lượng TT khác nhau 99 3-18 Sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT

3-20 Sự phát triển nhiệt độ của bê tông có hàm lượng TT khác nhau kết

hợp phụ gia giảm nước LS

104

3-21 Sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT kết

hợp phụ gia giảm nước LS

105

3-22 Sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT khác

nhau kết hợp phụ gia giảm nước LS

106 4-1 Cách chọn tỷ lệ CKD/N từ 3 thành phần bê tông 115

;  : Hệ số dư hồ; Hệ số dư vữa

N,XM,C,D,S : Nước, xi măng, cát, đá, sỏi

KLTT : Khối lượng thể tích

CLSM : Controlled low-strength material

PGSD : Phụ gia siêu dẻo

HVFAC : High volume fly ash concrete

HPVFAC : High performance, High volume fly ash concrete

XND : Xỉ nhiệt điện Phả Lại

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trước nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của Việt Nam, bên cạnh các nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động Trong giai đoạn sắp tới sẽ có thêm nhiều nhà máy nhiệt điện đốt than khác đi vào họat động, [28] Hàng năm các nhà máy này

sẽ thải ra một lượng tro xỉ lớn, [16], lượng tro xỉ này nếu không được xử lý kịp thời sẽ gây ô nhiễm môi trường

Nước ta có tiềm năng thủy điện lớn Cho đến nay các công trình thủy điện qui mô lớn và vừa đã được xây dựng Các công trình qui mô nhỏ đã và đang tiếp tục được xây dựng Do đặc thù kết cấu và khối lượng bê tông nhỏ việc sử dụng BTKL thông thường lèn chặt bằng đầm rung cho các công trình này là phù hợp

Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho cho bê tông khối lớn đã có từ lâu song ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng tro bay cụ thể là tro tuyển Phả Lại (TT) cho bê tông khối lớn (BTKL) cũng mới chỉ bắt đầu từ những thập niên gần đây

Nhờ những ích lợi to lớn của việc sử dụng tro bay trong các công trình BTKL, đề

tài đã chọn hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm

lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong

bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực

3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài gồm

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất cơ lý của bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực

5 Mục đích nghiên cứu của đề tài

1) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của chất kết dính

2) Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao

3) Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao

4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm bằng sàng 37,5 mm

5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn Dmax 75,0 mm hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao

6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn dựa trên

hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Trong nghiên cứu của đề tài đã tiến hành sử dụng các phương pháp nghiên cứu theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước và trên thế giới đồng thời cũng sử dụng thêm các phương pháp phi tiểu chuẩn khác như:

- Phương pháp xác định độ chảy tỏa của vữa dưới tác dụng của trọng lượng bản thân khối vữa

- Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối

- Phương pháp toán qui hoạch thực nghiệm

- Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa

- Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông

7 í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Xác lập được tương quan giữa cường độ của vữa chất kết dính khi có mặt TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng

- Xác lập được tương quan giữa cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng

- Chứng minh tác dụng của TT hàm lượng cao đến khả năng giảm nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn, khi tăng tỷ lệ thay thế TT thì nhiệt thủy hóa chất kế dính giảm tỷ lệ thuận

- Giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn bằng cách sử dụng hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt cho phép đưa vào tính toán cấp phối BTKL không qua khâu trộn và sàng ướt hỗn hợp bê tông với Dmax lớn hơn 37,5

mm

- Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần BTKL sử dụng TT hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa trong cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồng thời có tính đến nhiệt độ tối đa cho phép của khối đổ

8 Đánh giá những điểm mới của đề tài

- Lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu sử dụng TT với hàm lượng đến 50 % khối lượng chất kết dính (tương đương 70 % theo thể tích) dùng cho bê tông khối lớn thông thường trong xây dựng đập trọng lực

- Chứng minh được khi tăng tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT nhiệt thủy hóa chất kết dính giảm tỷ lệ thuận

- Xác lập được qui luật phát triển cường độ của vữa, bê tông tuân theo qui luật logarit thời gian khi sử dụng TT hàm lượng cao với sự hiệu chỉnh tương ứng

- Xác lập được tương quan giữa nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn với các

tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT khác nhau tuân theo qui luật đường thẳng

- Đưa ra phương pháp xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt hỗn hợp BTKL qua sàng 37,5 mm giúp giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thành phần BTKL

- Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt qua sàng 37,5 mm

sử dụng tro bay trên thế giới

Việc nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được thực hiện từ đầu những năm 80 của thế kỷ 20, [64] Trải qua nhiều năm nghiên cứu và phát triển,

đã đạt được những kết quả quan trọng như: chế tạo được bê tông có hàm lượng tro bay cao (High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC), bê tông chất lượng cao có hàm lượng tro bay cao (High Performance, High Volume Fly Ash Concrete – HPVFAC)

1.1.1 Bê tông sử dụng tro bay

Trong các nghiên cứu về bê tông hàm lượng tro bay có một số nghiên cứu đáng chú ý sau:

Tro bay có ảnh hưởng đến một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông đã đóng rắn như: cường độ nén và sự phát triển cường độ, môđun đàn hồi, từ biến, khả năng dính kết của bê tông với cốt thép, khả năng kháng va đập, khả năng chịu mài mòn, khả năng phát sinh nhiệt, bền ở nhiệt độ cao, bền chống đóng băng và tan băng, chống thấm và bảo vệ chống ăn mòn, giảm khả năng nở do phản ứng kiềm- silic, bền sunphát, co khô,v.v…Tro bay có thể ứng dụng trong hầu hết các loại bê tông như: bê tông thương phẩm, bê tông làm đường, bê tông khối lớn, bê tông bơm, bê tông ứng lực trước căng trước và ứng lực trước căng sau, vữa xây, vữa rót,v.v [43]

A.G Zokin, [80], đã nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện và cát nghiền mịn để thay thế xi măng theo thể tích Hàm lượng xi măng sử dụng bằng 200, 240, 285,

475, 400 kg/m3 Khi pha phụ gia khoáng thay thế cát, cường độ bê tông tăng, nhưng khi thay thế xi măng, thì cường độ bê tông giảm Hiệu quả khi thay thế xi

măng bằng tro bay cao hơn khi thay thế cát Khi thay thế xi măng bằng tro bay và cát nghiền mịn đều tồn tại hàm lượng sử dụng tối ưu Qua kết quả nghiên cứu đưa

ra các kết luận sau:

- Cát nghiền mịn không có hoạt tính hóa học, mà chỉ có tác dụng lèn chặt

- Chất lượng của đá xi măng được tăng cường do phản ứng giữa Ca(OH)2 với các thành phần có trong phụ gia khoáng làm cho bề mặt tiếp xúc của đá xi măng được cải thiện rõ rệt

N Bouzoubaâ và B Fourier, [56], 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, 7, 28, 56 ngày, đã kết luận:

- Có thể sử dụng bê tông tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng tro bay đạt đến 50 % khối lượng chất kết dính cho cường độ nén tuổi 28 ngày lớn hơn 40MPa

- Khi thay thế xi măng bằng 30 % tro bay cường độ tuổi 1 ngày thấp hơn, tuy nhiên sau 28 ngày cường độ đạt cao hơn so với bê tông không có tro bay (loại tro bay Sundance) Với tro bay Point Tupper, cường độ tuổi 28 ngày của bê tông tương đương với bê tông đối chứng (tỷ lệ thay thế tro bay 40 %, tổng hàm lượng chất kết dính - 350 kg/m3)

Christine A.Langton, N.Raiendran và Stanley E.Smith, [72], đã nghiên cứu sử dụng tro được thải trong hồ chứa làm chất kết dính trong bê tông cường độ thấp (CLSM) ở Mỹ để thay thế tro bay loại F Yêu cầu chất lượng của loại tro này sử dụng cho CLSM là cường độ nén tuổi 28 ngày từ 0,2 MPa đến 1,0 MPa thời gian đông kết sớm hơn 24 giờ, khả năng bơm và tính công tác tốt Tác giả đã nghiên cứu 3 loại tro bay có lượng mất khi nung lớn hơn 6% Mỗi loại tro được thí nghiệm với 5 cấp phối bê tông khác nhau Sau khi có kết quả thí nghiệm rút ra kết luận:

- Các loại tro này không được sử dụng trong bê tông kết cấu, vì nó không thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM C618

Hiroshi Uchikawa, Shunsuke Hanehara và Hiroshi Hirao, [78], đã nghiên cứu tính chất của bê tông khi thay thế cát bằng phụ gia khoáng như tro bay, xỉ, bột đá vôi, bột silic Thành phần bê tông được nêu ở bảng 1-1

Bảng 1-1 Thành phần bê tông nghiên cứu

Loại PGK

Ký hiệu mẫu

cm

Bọt khí,

Các chỉ tiêu thí nghiệm bao gồm độ sụt, hàm lượng bọt khí, cường độ nén ở tuổi

3, 7, 28 và 91 ngày Từ kết quả thí nghiệm rút ra các kết luận sau:

- Trong bê tông sử dụng tro bay, lỗ rỗng mao quản lớn được lấp đầy bằng hạt tro bay

- Cường độ nén của bê tông thay thế cốt liệu mịn bằng tro bay ở tuổi 91 ngày cao hơn so với bê tông được thay thế cốt liệu mịn bằng bột đá vôi và bột đá silic

- Trong bê tông thay thế cốt liệu mịn bằng tro bay từ biến tăng nhẹ

Rafat Siddique, [76], đã nghiên cứu thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %,

45 %, 50 % theo khối lượng khi tổng hàm lượng chất kết dính là 400 kg/m3 Qua kết quả nghiên cứu đưa ra một số kết luận sau:

- Việc thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50% theo khối lượng 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

- Bê tông thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50 % theo khối lượng 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 ở tất cả các tỷ lệ tro bay sử dụng

L.H Jiang, V.M Malhotra, [61], 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 có tỷ

lệ N/XM = 0,43; lượng xi măng bằng 396 kg/m3 Độ sụt của hỗn hợp bê tông được duy trì bằng 6010 mm, cường độ nén được xác định ở các tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và

91 ngày Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

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

Rafat Siddique, [75], đã nghiên cứu thay thế một phần cốt liệu mịn trong bê tông bằng tro bay loại F Các tỷ lệ thay thế tro bay so với cốt liệu mịn theo khối lượng lần lượt là 0%; 10%; 20%; 30%; 40%; 50% Qua kết quả nghiên cứu đã rút ra kết luận sau:

- Cường độ nén, cường độ ép chẻ, cường độ uốn, môđun đàn hồi của bê tông thay thế cát bằng tro bay cho kết quả cao hơn so với mẫu đối chứng ở tất cả các ngày tuổi Sự phát triển cường độ của bê tông có tro bay và bê tông đối chứng có sự khác biệt nhau rõ rệt từ tuổi 28 ngày

Rawat Bhatta, [59], đã nghiên cứu sử dụng bê tông có hàm lượng tro bay cao để xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ấn Độ, mác bê tông thiết kế M25, M45, hàm lượng tro bay sử dụng 25, 40 và 50 % so với khối lượng chất kết dính Trong nghiên cứu 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 cao thì lượng xi măng sử dụng khoảng 204 kg/m3, như vậy

giảm lượng dùng xi măng là 116kg/m3 bê tông, đồng thời giảm được đáng kể lượng khí thải CO2 do sản xuất xi măng tạo ra Qua các kết quả thí nghiệm rút ra một số kết luận sau:

- Các tính chất của loại bê tông này đều vượt các yêu cầu của hỗn hợp bê tông thông thường; 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

- Có thể đạt được 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- và giảm lượng khí thải

CO2 ra môi trường

V K Mathur và cộng sự, [66], 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 như độ sụt, cường độ nén tuổi 7 và 28 ngày 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, 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

Somnuk Tangtermsirikul, [77], đã nghiên cứu sử dụng tro bay Thái Lan trong chế tạo bê tông, năm 2004 lượng tro bay sử dụng ở Thái Lan là 2,7 triệu tấn Các nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay đến một số tính chất của chất kết dính, vữa,

bê tông như giảm nhiệt thủy hóa của chất kết dính, giảm độ tăng nhiệt độ đoạn

nhiệt của bê tông, giảm độ co khô, giảm vết nứt do nhiệt, giảm khả năng thẩm thấu của Ion Cl-, giảm phản ứng kiềm silic, bền trong môi trường sunphát, tăng khả năng chống mài mòn Trong các nghiên cứu trên thì nghiên cứu về độ co khô

của bê tông khi sử dụng tro bay cho kết quả như trên hình 1-1

Hình 1-1 Độ co khô của bê tông có và không có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng so

với chất kết dính 25%

Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông khi sử dụng tro bay loại F có tác dụng giảm

sự co ngót khô so với bê tông đối chứng không sử dụng tro bay

BS-EN 206-1:2000, [57], hướng dẫn sử dụng tro bay trong chất kết dính, trong tài

liệu hướng dẫn đã đưa ra giá trị k, tỷ lệ N/XM được thay bằng tỷ lệ

) (k TB XM

N



giá trị k phụ thuộc vào loại phụ gia khoáng

Một số đặc điểm khác biệt giữa bê tông truyền thống và bê tông hàm lượng tro bay cao được đưa ra như sau, [68]:

- Dễ dàng đạt độ chảy cũng như khả năng bơm, khả năng lèn chặt

- Có bề mặt sau khi thi công tốt hơn, thời gian thi công nhanh hơn

- Thời gian đông kết chậm hơn

- Cường độ bê tông sẽ đạt được sau tuổi 2890 ngày hoặc muộn hơn

- Có độ ổn định kích thước tốt Ngăn cản các vết nứt do nhiệt, do co tự nhiên, do

co khô

- Sau 3 tháng bảo dưỡng có khả năng chống lại sự xâm nhập ion Cl- cao (thí nghiệm theo ASTM C1202)

- Có độ bền chống mài mòn, phản ứng kiềm – silic, ăn mòn sunphát

- Có hiệu quả kinh tế do giá thành vật liệu đầu vào thấp

- Thân thiện với môi trường, giảm khí thải cácbon, tăng nguồn nguyên vật liệu đầu vào cho ngành xây dựng

V.M Malhotra, [65], trong nghiên cứu tác giả đã thay thế xi măng bằng tro bay tới 60% theo khối lượng 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 7,8 MPa, trong khi ở tuổi 10 năm cường độ bê tông đạt 112,3 MPa Loại bê tông này đã sử dụng thành công ở Canada Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Có thể sử dụng hỗn hợp bê tông có phụ gia siêu dẻo kết hợp với từ 6070 % tro bay 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

- Sử dụng tro bay kết hợp phụ gia giảm nước sẽ đem đến hiệu quả kinh tế cũng như tăng cường độ bền cho bê tông chất lượng cao

R.Rivera, R.Dávila và A.Durán, [74], đã sử dụng hàm lượng xi măng 250 kg/m3

và tro bay được thêm vào từ 10, 45, 80, 115, 150 % theo khối lượng xi măng để chế tạo bê tông Trong các mẫu, lượng cốt liệu mịn giảm khi tăng tỷ lệ sử dụng tro bay Tác giả đã đưa ra được mối quan hệ giữa lượng tro bay thêm vào và lượng tro

bay thay thế theo thể tích, cũng như đường cong quan hệ tối ưu về lượng tro bay thêm vào Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Khi sử dụng bê tông có hàm lượng tro bay cao, cần thiết phải sử dụng phụ gia siêu dẻo Thể tích tối đa của tro bay sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD, tổng lượng nước nhào trộn, tỷ lệ phụ gia giảm nước và chậm đông kết

- Với lượng xi măng sử dụng là 250 kg/m3 cường độ đạt được cao nhất khi tỷ lệ N/CKD = 0,29 và tỷ lệ tro bay thêm vào 80 % theo khối lượng chất kết dính Tarun R Naik, Lihua Wei và Dean M Golden, [69], đã nghiên cứu bê tông tro bay có độ sụt lớn, sử dụng phụ gia dẻo hóa và siêu dẻo, các tính chất của bê tông được khảo sát gồm: tổn thất độ sụt, thời gian đông kết, sự phát triển cường độ bê tông, nhiệt thủy hóa,v.v Qua kết quả nghiên cứu đưa ra một số luận sau:

- Bê tông khối lớn kết hợp phụ gia dẻo hóa và tro bay mịn có tính công tác, tính bơm, khả năng giữ nước tốt Độ sụt có thể đạt được 18  2 cm, thậm chí 1 giờ sau khi trộn độ sụt vẫn đạt trên 10 cm

- Sự phát triển cường độ của bê tông tro bay có xu hướng chậm hơn so với bê tông không tro bay ở tuổi ngắn ngày Khi thay thế 10% xi măng bằng 15% tro bay thì cường độ nén, cường độ kéo, cường độ uốn và khả năng bám dính ở tuổi 28 ngày tương đương với bê tông không sử dụng tro bay Tuy nhiên, môđun đàn hồi của bê tông tro bay thấp hơn so với bê tông không sử dụng tro bay

- Sự có mặt của tro bay làm chậm thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông, giảm nhiệt thủy hóa của xi măng, làm chậm quá trình tỏa nhiệt vì làm giảm lượng dùng

xi măng, giảm co ngót của bê tông khi đóng rắn, đồng thời đảm bảo được chất lượng của bê tông khối lớn

Arun Kumar Chakraborty, [58], 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 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- Qua kết quả nghiên cứu rút ra 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 mác M40, M60 từ chất kết dính chứa đến 50 % tro bay 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 Ion Cl- so với mẫu bê tông đối chứng

S Gopalakrishnan và cộng sự, [60], 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 thí nghiệm 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 cácbon; quan hệ giữa ứng suất và biến dạng; cường độ uốn; cường độ bám dính; khả năng chịu mài mòn Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Giá trị cường độ nén ở tuổi 28 ngày của bê tông thông thường và bê tông hàm lượng tro bay cao 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 lớn 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-, độ 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 cácbon ở tuổi 28 ngày, bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cho kết quả thấm cácbon sâu 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 Lam, YL.Wong, C.S Poon, [62], đã nghiên cứu mức độ thủy hóa của vữa xi măng khi sử dụng hàm lượng tro bay cao Vữa xi măng tro bay được chế tạo với các tỷ lệ N/CKD 0,19; 0,24; 0,30; 0,50 Tro bay được thay thế xi măng ở các tỷ lệ

25% và 45% theo khối lượng với tỷ lệ N/CKD lần lượt là 0,19 và 0,24; tro bay thay thế xi măng ở tỷ lệ 25% và 55% theo khối lượng với tỷ lệ N/CKD lần lượt là 0,30 và 0,50 Mẫu vữa đối chứng được chuẩn bị với cùng tỷ lệ N/CKD như với mẫu xi măng tro bay Phụ gia siêu dẻo được sử dụng ở tỷ lệ N/CKD 0,19 và 0,24 Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Mức độ phản ứng của tro bay trong vữa được xác định bằng quá trình hòa tan Ở tuổi 7 ngày, một phần nhỏ của tro bay được phản ứng Ở các tuổi bảo dưỡng khác nhau mức độ phản ứng của tro bay phụ thuộc vào hàm lượng tro bay và tỷ lệ N/CKD

C.S Poon, L Lam, Y.L Wong, [71], đã nghiên cứu một số tính chất của bê tông cường độ cao với hàm lượng tro bay cao Tỷ lệ N/CKD được chọn 0,24 và 0,19

Tỷ lệ tro bay 0%, 25% và 45% so với khối lượng chất kết dính, dùng phụ gia siêu dẻo, đạt độ sụt 200230 mm Qua nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Bê tông cường độ tuổi 28 ngày bằng 80 MPa có thể đạt được ở tỷ lệ N/CKD 0,24 với hàm lượng tro bay sử dụng 45 % theo khối lượng Bê tông có sự phát sinh nhiệt thấp

- Trong vữa xi măng có sử dụng tro bay ở tỷ lệ N/CKD bằng 0,19 và 0,24 có khoảng 5 % tro bay phản ứng ở tuổi 7 ngày Từ tuổi 790 ngày mức độ phản ứng của tro bay đạt từ 1523 % phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD và tỷ lệ thay thế tro bay

- Trong vữa xi măng poóc lăng và vữa xi măng sử dụng tro bay có tỷ lệ N/CKD 0,19 và 0,24 có khoảng 40 % xi măng và 80 % tro bay vẫn chưa phản ứng ở tuổi

90 ngày Những thành phần chưa phản ứng này sẽ đóng vai trò vi cốt liệu làm tăng

độ đặc chắc, tăng cường độ của bê tông

P.Kumar Mehta, [68], đã nghiên cứu bê tông chất lượng cao, bê tông có hàm lượng tro bay cao cho mục đích phát triển bền vững với môi trường Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Trong xây dựng hiện đại, hàm lượng tro bay sử dụng từ 1520% so với khối lượng chất kết dính khá phổ biến tại Bắc Mỹ, hàm lượng sử dụng cao hơn từ

2530% chỉ sử dụng khi quan tâm đến vết nứt do nhiệt, độ nở do phản ứng kiềm – silic, ăn mòn sunphát

- Khắc phục sự phát triển cường độ chậm ở tuổi sớm của bê tông khi sử dụng hàm lượng tro bay cao bằng cách giảm tỷ lệ nước/chất kết dính, sử dụng phụ gia siêu dẻo, điều chỉnh thành phần hạt hợp lý

- Bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao có ý nghĩa lớn trong sự phát triển kinh tế đối với các nước đang phát triển

1.1.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay

1.1.2.1 Khái niệm về bê tông khối lớn

Theo ACI 116R-00, [40], bê tông khối lớn 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 biến đổi thể tích kèm theo để giảm nứt nhiệt

Theo J Gajda, M Vangeem, [79], có nhiều khái niệm khác nhau về bê tông khối lớn, ví dụ: bê tông khối lớn là bất kỳ kết cấu bê tông nào khi kích thước nhỏ nhất lớn hơn 3ft (0,9 m) Theo định nghĩa này, với một móng lớn có chiều dầy 0,9 m chưa được xem là bê tông khối lớn, mà phải có chiều dầy tối thiểu 1m mới được xem là bê tông khối lớn

1.1.2.2 Khái niệm về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao

V.M Malhotra và P.Kumar Mehta, [64], đã định nghĩa bê tông hàm lượng tro bay cao như sau: Bê tông có hàm lượng tro bay cao là loại bê tông có lượng nước nhào trộn thấp, tối thiểu có 50% khối lượng xi măng poóc lăng được thay thế bởi tro bay loại F theo tiêu chuẩn ASTM C618, cường độ tuổi sớm có thể đạt được bằng cách giảm tỷ lệ N/CKD xuống đến 0,4 thậm chí thấp hơn Vì có lượng nước nhào trộn thấp, cần sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt độ sụt 1520 cm Trong trường hợp cần đạt cường độ tuổi sớm mà không yêu cầu tăng độ sụt, việc sử dụng phụ gia siêu dẻo là không cần thiết Bê tông có hàm lượng tro bay cao cho tính công tác

tốt, tỏa nhiệt thấp, có cường độ tuổi sớm tương đương và cường độ tuổi muộn cao hơn so với bê tông không sử dụng tro bay, độ co khô thấp, có độ bền tốt

Trên cơ sở mục đích nghiên cứu của đề tài và các kiến thức đã thu thập được, đề

tài đề xuất khái niệm ‘’bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ như sau:

Bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao là bê tông khối lớn có hàm lượng tro bay loại F theo ASTM C618 lớn hơn 50% theo thể tích chất kết dính

1.1.2.3 Tính chất của bê tông khối lớn cho đập trọng lực

Các tính chất của bê tông khối lớn gồm cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số Poisson, từ biến, co khô, tăng nhiệt độ đoạn nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt, tính thấm và độ bền, [7], [41]

Cường độ: cường độ bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố trong đó có

loại phụ gia khoáng và hàm lượng sử dụng trong bê tông Cường độ bê tông sử dụng phụ gia khoáng nói chung phát triển cường độ chậm trong thời gian đầu, nhưng sau 28 ngày cho cường độ phát triển tốt hơn Bê tông khối lớn thường yêu cầu cường độ không cao và không yêu cầu ứng suất lớn ban đầu

Độ thấm nước: độ thấm nước của bê tông khối lớn cho đập phụ thuộc vào nhiều

yếu tố trong đó có thành phần puzơlan, theo tài liệu, [41], thì hệ số thấm của bê tông khối lớn cho đập nằm trong khoảng 3,27.10-12 đến 1,83.10-13 m/s/m

Độ bền: độ bền của bê tông sau khi đóng rắn phụ thuộc vào phản ứng giữa các

thành phần bên trong Phản ứng kiềm silic tạo ra các hợp chất mới gây nở thể tích,

do đó không nên dùng cốt liệu chứa SiO2 dễ phản ứng, hoặc phải sử dụng xi măng

có hàm lượng kiềm thấp khi sử dụng cốt liệu loại này Trong quá trình thủy hóa xi măng sinh ra Ca(OH)2, khi có mặt phụ gia khoáng sẽ tham gia phản ứng puzơlanic với Ca(OH)2 tạo khoáng CSH làm giảm ảnh hưởng có hại của Ca(OH)2 đến độ bền của bê tông

Môđun đàn hồi và hệ số Poisson’s: Môđun đàn hồi của bê tông đập thường nằm

trong khoảng 1,9 đến 3,8x104 MPa ở tuổi 28 ngày và đạt giá trị từ 2,6 đến 4,7x104MPa ở tuổi 1 năm Thông thường bê tông có cường độ cao thì giá trị môđun đàn

hồi cũng cao, môđun đàn hồi thường không liên quan đến thành phần bê tông mà chỉ liên quan đến cốt liệu sử dụng Hệ số Poisson’s của các đập thường nằm trong khoảng từ 0,16 đến 0,20 nó giống như môđun đàn hồi, hệ số Poisson’s phụ thuộc vào cốt liệu, vữa chất kết dính và quan hệ giữa hai thành phần này

Từ biến: là biến dạng dẻo của bê tông xuất hiện khi chịu tác dụng lực lâu dài, từ

biến có liên hệ với môđun đàn hồi Bê tông có môđun đàn hồi cao thường có giá trị biến dạng từ biến thấp, vữa xi măng có ảnh hưởng trực tiếp đến từ biến của bê tông Với cùng loại cốt liệu, từ biến của bê tông chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng vữa và tỷ lệ N/CKD

Thay đổi thể tích: thay đổi thể tích của bê tông là do thay đổi hàm lượng ẩm trong

bê tông, thay đổi nhiệt độ, phản ứng hóa học, chịu tác dụng của lực Co khô của bê tông đập thường nhỏ hơn 0,02 % với bê tông độ sụt thấp và cốt liệu chất lượng tốt, lớn hơn 0,1 % với bê tông nhiều vữa hoặc bê tông có chất lượng cốt liệu thấp và lượng nước sử dụng nhiều Co khô của bê tông xảy ra khi bê tông đã đóng rắn do

sự mất nước và do sự thủy hóa của xi măng Khi sử dụng phụ gia khoáng làm tăng

độ co khô ngoại trừ tro bay do giảm được lượng nước nhào trộn Thay đổi thể tích

tự thân do các phản ứng hóa học xảy ra trong bê tông, thay đổi thể tích tự thân của phần lớn bê tông nằm trong khoảng từ 0 đến 150 phần triệu

Tính chất nhiệt: tính chất nhiệt của bê tông khối lớn cho đập thường bao gồm các tính chất như nhiệt dung riêng, tính dẫn nhiệt và khả năng khuếch tán Nhân tố ảnh hưởng đến tính chất nhiệt của bê tông là các thành phần khoáng hóa có trong cốt liệu Phụ gia cuốn khí có tác dụng làm giảm khả năng dẫn nhiệt trong bê tông 1.1.2.4 Một số nghiên cứu về bê tông khối lớn sử dụng tro bay

Một số công trình đập bê tông khối lớn sử dụng tro bay cùng các tính chất được trình bày trong bảng 1-2, [41]

Bảng 1-2 Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới

(Quốc gia)

Năm hoàn thành

3,4 3,4

ra trong khối bê tông, các kết quả được thể hiện trên hình 1-2 và bảng 1-3, [43]

Hình 1-2 Sự phát triển nhiệt độ ở tâm mẫu bê tông 15x15x15cm [43]

Bảng 1-3 Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay [43]

Mẫu Mo có nhiệt độ cao nhất 550C, mẫu M1, M2 với lượng tro bay thay thế xi măng theo khối lượng 70% cho nhiệt độ cao nhất 300C, mẫu M3, M4 với lượng tro bay thay thế xi măng theo khối lượng 50% có nhiệt độ cao nhất 420C Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thay thế xi măng bằng tro bay nhiệt độ đoạn nhiệt giảm Một số kết luận được đưa ra 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 với hàm lượng cao có tác dụng làm chậm quá trình thủy hóa của xi măng

- Bê tông có hàm lượng tro bay cao có thể sử dụng trong thực tế để kiểm soát vết nứt nhiệt khi xây dựng đập, kết cấu móng lớn và đặc biệt trong bê tông xây dựng

lò phản ứng hạt nhân

Andrộ Bisaillon, Michel Rivest và V.M Malhotra, [55], đã nghiên cứu chế tạo bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao để chế tạo các khối bê tông kích thước lớn 2,5x4,0x5,0 m Bê tông có thành phần và tính chất được nêu trong bảng 1- 5

Bảng 1-5 Thành phần cấp phối bê tông cho 1m3

Từ kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Bê tông có hàm lượng tro bay cao cho cường độ tuổi sớm, tuổi muộn tương đương với bê tông làm từ xi măng poóc lăng loại I, tuy nhiên sự phát triển nhiệt độ thấp hơn so với mẫu đối chứng

- Bê tông hàm lượng tro bay cao khi thi công với chiều cao khối đổ từ 15 m phát sinh nhiệt và sự phát triển cường độ của bê tông không còn là vấn đề lớn Vì vậy việc sử dụng bê tông có hàm lượng tro bay cao cho phép tiết kiệm chi phí xây dựng và thời gian thi công

1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn

sử dụng tro bay ở Việt Nam

Việc nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại (TT) trong xi măng và bê tông đã được thực hiện từ cuối những năm 80 của thế kỷ 20 và đã đạt được những kết quả nhất định

1.2.1 Bê tông sử dụng tro bay

TS Nguyễn Như Quý, [20], đã nghiên cứu điểm bão hòa phụ gia siêu dẻo khi sử dụng TT, ảnh hưởng của lượng dùng phụ gia mịn, độ chảy loang của vữa, hệ số dư vữa đến tính chất của hỗn hợp bê tông bơm và bê tông đóng rắn, Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Tỷ lệ sử dụng TT và hệ số dư vữa tỷ lệ nghịch với khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông bơm

- TT làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông bơm, duy trì khả năng bơm được của hỗn hợp bê tông tốt hơn so với hỗn hợp bê tông không sử dụng tro tuyển

ThS Vũ Hải Nam và cộng sự, [14],[17], đã nghiên cứu ảnh hưởng của TT trong chất kết dính với tỷ lệ thay thế đến 50% khối lượng chất kết dính Trong nghiên cứu còn xét ảnh hưởng của tỷ lệ thay thế tro tuyển khác nhau đến khả năng hạn

chế phản ứng Kiềm – Silic; độ bền trong môi trường sunphát Đánh giá ảnh hưởng

TT đến một số tính chất của bê tông có độ sụt 82 cm và 182 cm Nghiên cứu rút

- Có thể sử dụng TT và xi măng poóc lăng để sản xuất xi măng bền sun phát theo ASTM C1157:00 Tỷ lệ pha TT 20 30% cho loại bền sun phát trung bình và từ 40% trở lên cho loại bền sun phát cao

- TT có hiệu quả trong việc hạn chế phản ứng kiềm – cốt liệu, xi măng poóc lăng

có tỷ lệ sử dụng tro bay lớn hơn 30% có khả năng hạn chế phản ứng kiềm – cốt liệu

ThS Vũ Hải Nam và cộng sự, [15], đã nghiên cứu sử dụng một số loại phụ gia khoáng trong chế tạo bê tông đầm lăn, trong đó có TT Nghiên cứu đã rút ra một

số kết luận sau đây:

- TT có tác dụng cải thiện các tính chất của BTĐL như trị số tính công tác Vc; cường độ ở các tuổi dài ngày; khả năng chống thấm

- Có thể thay thế 51,2% TT bằng phụ gia đầy là đá vụi nghiền mịn trong chế tạo BTĐL

TS Nguyễn Như Quý, [22], đã so sánh khả năng tăng dẻo của TT với bột đá vụi trong BTĐL không có phụ gia dẻo hóa Với cùng một giá trị C/CKD độ chảy trên

bàn nhảy của vữa có tro tuyển lớn hơn so với mẫu đối chứng còn bột đá vụi không

có khả năng hóa dẻo

TS Lương Đức Long và cộng sự, [12], đã nghiên cứu tro bay từ lò đốt tầng sôi của nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn – Tỉnh Thái Nguyên cho sản xuất vật liệu xây dựng Nghiên cứu đã đưa ra qui trình xử lý tro bay và sử dụng trong sản xuất xi măng nề Đã sử dụng tro bay Cao Ngạn đến 40% khối lượng chất kết dính trong nghiên cứu Khi tỷ lệ sử dụng tro bay Cao Ngạn tăng thời gian đông kết của chất kết dính tăng, đồng thời cường độ giảm Tác giả đã nghiên cứu sử dụng tro bay Cao Ngạn trong bê tông làm đường sử dụng đến 30% khối lượng chất kết dính Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thay thế tro bay tăng thì khả năng tách nước giảm; thời gian đông kết của bê tông tăng; cường độ nén giảm

TS Thái Duy Sâm và cộng sự, [26], đã nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng cao

có cường độ nén từ 80 MPa đến 100 MPa Nghiên cứu đã sử dụng một số loại phụ gia khoáng hoạt tính như silicafume, TT, mêtacaolanh Tác giả đã tiến hành xác định điểm bão hòa phụ gia siêu dẻo; tổn thất độ sụt; cường độ nén; cường độ uốn của bê tông; độ co khô; từ biến; khả năng chống thấm nước; khả năng chống xâm nhập của Ion Cl-; khả năng chịu mài mòn của bê tông và đồng thời đã nghiên cứu

vi cấu trúc của vùng giao diện chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu trong bê tông Kết quả nghiên cứu đưa ra khuyến nghị chỉ nên sử dụng TT từ 1025% cho chế tạo bê tông chất lượng cao

TS Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự, [30], đã nghiên cứu sử dụng tro tuyển ướt Phả Lại dùng chế tạo bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm, bê tông bền trong môi trường xâm thực Nghiên cứu đã sử dụng từ 13,018,0% tro tuyển so với chất kết dính trong bê tông chất lượng cao để chế tạo bê tông có mác từ 4070 MPa Tác giả đã sử dụng từ 23,045,5% tro tuyển để chế tạo bê tông có mác từ 3060

MPa Khi nghiên cứu độ bền của bê tông trong môi trường sunphát đã sử dụng từ 2030% tro tuyển theo khối lượng chất kết dính kết quả đạt độ bền sunphát thường Khi tăng tỷ lệ tro tuyển đến 4050% kết quả đạt độ bền sunphát cao Ths Trương Thị Thúy và cộng sự, [29], đã nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn Nghiên cứu đã đưa ra trình tự thiết kế cấp phối bê tông tự lèn sử dụng TT Từ kết quả nghiên cứu đưa ra một số kết luận sau:

- Hàm lượng tro tuyển sử dụng từ 2535% so với chất kết dính là phù hợp cho chế tạo bê tông tự lèn

- Khi tăng 5% lượng dùng tro tuyển làm giảm tương ứng 37% cường độ nén của

bê tông

- Các tính chất khác của bê tông tự lèn sử dụng tro tuyển không khác biệt nhiều so với bê tông thông thường

1.2.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay

TS Đào Đạt và cộng sự, [5], đã nghiên cứu sử dụng TT dùng cho công trình đập Tân Giang, tỉnh Ninh Thuận, cao 36,82 m với khối lượng bê tông khoảng 110.000 đến 120.00m3 gồm mác M15 dùng cho lõi đập và mác M20 cho vỏ đập, Dmax 100,

80, 60 và 40 mm Xi măng PCB 30 Hoàng Thạch, PCB 30 Chinfon đã được sử dụng, tổng số gồm 80 cấp phối Nghiên cứu rút ra kết luận sau:

- Sử dụng TT làm phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông khối lớn công trình đập Tân Giang đem lại nhiều hiệu quả kinh tế kỹ thuật như tiết kiệm lượng dùng xi măng, giảm ứng suất nhiệt, giảm ô nhiễm môi trường Tỷ lệ sử dụng của mẫu TT trong bê tông mác M15 là 25%; mác M20 là 20% theo khối lượng thỏa mãn được các yêu cầu về cường độ, dung trọng, khả năng chống thấm nước, tính công tác của bê tông công trình đập Tân Giang

TS Hoàng Phó Uyên và cộng sự, [33], đã nghiên cứu sử dụng TT làm phụ gia khoáng họat tính nhằm tăng tuổi thọ, chống hiện tượng nứt do nhiệt thủy hóa trong

bê tông khối lớn Tác giả đã đưa ra 2 cấp phối bê tông mác M15 và M20 sử dụng

TT với tỷ lệ tương ứng 25% và 20% theo khối lượng chất kết dính Tác giả có nhận xét sau:

- So với mẫu bê tông đối chứng, bê tông sử dụng TT có lượng nước yêu cầu nhỏ hơn

- Cường độ ban đầu của bê tông sử dụng TT phát triển chậm hơn so với bê tông đối chứng, tính chất này phù hợp với yêu cầu nhiệt thủy hóa ban đầu thấp của bê tông, khi thi công bê tông khối lớn đập Tân Giang

- Ở các tuổi muộn cường độ bê tông sử dụng TT phát triển khá nhanh, cho cường

độ tuổi 90 ngày gần bằng cường độ mẫu đối chứng

Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [3], đã thí nghiệm 2 loại

bê tông cho công trình thủy điện Tuyên Quang Bê tông bản mặt Dmax 40 mm, xi măng PC 40 và PCB 40 cường độ thiết kế tuổi 90 đạt M25, mác chống thấm B8 và cường độ thiết kế tuổi 28 ngày đạt M25, mác chống thấm B8, tổng số cấp phối thí nghiệm là 72 cấp phối Bê tông cho đập trọng lực Dmax 150 và 120 mm, xi măng

PC 40 và PCB 40, cường độ thiết kế tuổi 90 ngày đạt mác M15, mác chống thấm B4, tổng số cấp phối bê tông thí nghiệm 40 cấp phối Qua kết quả thí nghiệm đưa

ra kiến nghị về thành phần cấp phối bê tông sử dụng như trong bảng 1-6

Bảng 1-6 Thành phần cấp phối BTKL kiến nghị cho 1m3 công trình thủy điện

Nước, lít

Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [11], đã tiến hành thí nghiệm BTĐL cho công trình thủy điện Sơn La Trong giai đoạn 1 đã tiến hành

thí nghiệm 9 cấp phối BTĐL có tỷ lệ sử dụng tro tuyển loại F từ 30,480,4 % theo khối lượng chất kết dính Giai đoạn 2 tiến hành thí nghiệm 4 cấp phối BTĐL Qua kết quả thí nghiệm đưa ra kiến nghị về thành phần cấp phối bê tông sử dụng như trong bảng 1-7

Bảng 1-7 Thành phần cấp phối BTĐL kiến nghị cho 1m3 công trình thủy điện

TS Nguyễn Như Quý và cộng sự, [23], đã nghiên cứu nhiệt độ đoạn nhiệt trong

bê tông đầm lăn Với cấp phối bê tông đối chứng không sử dụng TT có t = 24,90C, trong đó cấp phối sử dụng 65 kg xi măng + 100kg (120kg) TT có t = 8,10C (8,20C), cấp phối bê tông sử dụng 85kg xi măng + 100kg (120kg) TT có t

= 12,70C (12,80C) Điều này chứng tỏ việc sử dụng TT cho phép giảm nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông đầm lăn nói riêng và bê tông khối lớn nói chung một cách

Trong khối đổ 1x1x1 m, sau 4 ngày đêm nhiệt độ giảm đến nhiệt độ ban đầu, Trong khối đổ 2x2x2 m chỉ sau 7,5 ngày đêm, còn trong khối đổ 3x3x3 m thì sau

8 ngày đêm nhiệt độ bê tông vẫn ở mức 50oC, trong khi nhiệt độ ban đầu của bê tông là 30oC Sau 12 ngày đêm, nhiệt độ bê tông là 40oC của khối đổ 3x3x3 m Điều đó cho thấy nhiệt tích tô trong khối bê tông khuếch tán chậm

TS Đỗ Hồng Hải, [7], đã nghiên cứu sử dụng puzơlan Long Phước (LP) tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu để chế tạo BTKL đập Lòng Sông Trong nghiên cứu đã sử dụng puzơlan Long Phước và TT đến 35% khối lượng chất kết dính Kết quả đo nhiệt

độ bê tông trong khối đổ sử dụng puzơlan và tro tuyển được nêu trong bảng 1-9

Bảng 1-9 Nhiệt độ bê tông tại các khối đổ

Từ các kết quả nghiên cứu rút ra kết luận:

- Có thể thay thế tro tuyển bằng puzơlan thiên nhiên nghiền mịn trộn ở tỷ lệ 35  40% để sản xuất xi măng ít tỏa nhiệt dùng cho đập bê tông trọng lực, phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 6069:2007

TS Lê Quang Hùng và TS Nguyễn Quang Hiệp, [8], [10], đã nghiên cứu sử dụng

TT làm phụ gia khoáng cho chế tạo BTĐL cho đập và mặt đường Nghiên cứu đưa

ra kết luận sau:

- Đối với BTĐL làm đường cường độ nén từ 3050 MPa ở tuổi 28 ngày thì tỷ lệ

TT nên sử dụng từ 1020% so với khối lượng chất kết dính Với BTĐL làm đập cường độ nén từ 1525 MPa ở tuổi 90180 ngày thì tỷ lệ TT nên sử dụng từ 3050% so với khối lượng chất kết dính

- Khi sử dụng TT nhiệt độ bê tông giảm đáng kể (từ T = 25oC xuống còn T =

17oC) Như vậy khi sử dụng TT từ 3050 % cho phép tăng tốc độ thi công mà vẫn khống chế được nhiệt độ khối đổ trong phạm vi cho phép

Sau khi nghiên cứu các công trình nghiên cứu đã công bố về ảnh hưởng của tro bay đến các tính chất của vữa, bê tông, bê tông khối lớn trên thế giới và trong nước có thể rút ra một số nhận xét sau:

 Việc ứng dụng tro bay – một loại phụ gia khoáng hoạt tính vào BTKL đã được nghiên cứu và ứng dụng vào các công trình thủy lợi, thủy điện từ lâu và cũng

đã bước đầu ứng dụng vào các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam, việc ứng dụng này đem lại hiệu quả cao cả về mặt kinh tế và kỹ thuật Như vậy, ý nghĩa thực tiễn của việc ứng dụng tro bay vào BTKL là rất cao, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững của ngành vật liệu xây dựng hiện nay

 Khi có mặt tro bay trong BTKL thì sự phát triển nhiệt thủy hóa chậm và thấp hơn nhiều so với mẫu bê tông không sử dụng tro bay, điều này phù hợp với công tác thi công BTKL vì sẽ hạn chế được các vết nứt do ứng suất nhiệt và

có thể tính toán bố trí khối đổ lớn hơn, tạo điều kiện tăng tiến độ thi công Nhiệt độ tỏa ra trong bê tông tỷ lệ nghịch với hàm lượng tro bay trong khối đổ, tuy nhiên qui luật phụ thuộc giữa chúng chưa rõ ràng

 BTKL khi sử dụng tro bay phát triển cường độ chậm ở tuổi sớm, cường độ bê tông giảm khi tăng hàm lượng tro bay, tuy nhiên ở tuổi muộn thì bê tông vẫn

có cường độ tương đương bê tông không sử dụng tro bay Do công trình thủy lợi, thủy điện thường không yêu cầu cường độ tuổi sớm mà thường yêu cầu cường độ tuổi dài ngày (90 ngày hoặc dài hơn), do đó việc ứng dụng tro bay vào BTKL sử dụng cho các công trình này là rất khả thi

 Khi sử dụng tro bay thì lượng nước nhào trộn của bê tông giảm, điều này tạo

cơ sở cho thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông với tỷ lệ N/CKD thấp hơn mà vẫn giữ được tính công tác hoặc với cùng tỷ lệ N/CKD như bê tông không sử dụng tro bay nhưng khi đó hỗn hợp bê tông sẽ có tính công tác tốt hơn Việc đưa ra chỉ dẫn thiết kế thành phần BTKL khi sử dụng tro bay khi xét đến hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm chưa được đề cập