Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông mác 60 mpa sử dụng phối hợp tro trấu, tro bay và phụ gia siêu dẻo

các th y, cô giáo tr ng i h c Th y L i, đ c bi t là th y giáo TS Nguy n ình Trinh cùng s tham gia góp ý c a các nhà khoa h c, th y, cô giáo n nay, tác gi

đã hoàn thành lu n v n th c s v i đ tài lu n v n: “Nghiên c u thi t k thành

ph n c p ph i bê tông mác 60 mpa s d ng ph i h p tro tr u, tro bay và ph gia siêu d o”

Tác gi bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo TS Nguy n ình Trinh đã

h ng d n, ch b o t n tình và cung c p các ki n th c khoa h c c n thi t trong quá trình th c hi n lu n v n Xin chân thành c m n các th y, cô giáo thu c B môn

V t Li u Xây D ng, phòng ào t o i h c và Sau i h c tr ng i h c Th y

L i đã t o m i đi u ki n thu n l i cho tác gi hoàn thành t t lu n v n th c s c a

mình

Do trình đ , kinh nghi m c ng nh th i gian nghiên c u còn h n ch nên Lu n

v n khó tránh kh i nh ng thi u sót, tác gi r t mong nh n đ c nh ng ý ki n đóng góp c a quý đ c gi

Xin trân tr ng c m n!

Hà N i, tháng n m 2014

Tác gi lu n v n

Nguy n Th Long

M C L C

M U 1

CH NG 1: T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG D NG BÊ TÔNG C NG CAO TRÊN TH GI I VÀ T I VI T NAM 6

1.1 Khái ni m v bê tông c ng đ cao 6

1.2 Tình hình nghiên c u ng và ng d ng bê tông c ng đ cao trên th gi i 7

1.3 Tình hình nghiên c u ng và ng d ng bê tông c ng đ cao t i Vi t Nam 10

1.4 u nh c đi m c a bê tông c ng đ cao 13

1.5 Thành ph n và c u trúc c a bê tông c ng đ cao 15

1.5.1 Ph gia khoáng trong bê tông c ng đ cao 17

1.5.2 Ph gia hóa h c 23

K t lu n ch ng 1 26

CH NG 2: V T LI U VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 27

2.1 Ph ng pháp nghiên c u: lý thuy t k t h p v i th c nghi m 27

2.1.1 Các ph ng pháp nghiên c u tính ch t v t li u s d ng 27

2.1.2 Các ph ng pháp nghiên c u tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông c ng đ cao 28

2.2 V t li u s d ng trong nghiên c u 31

2.2.1 C t li u nh 31

2.2.2 C t li u l n 31

2.2.3 Xi m ng 32

2.2.4 Ph gia khoáng m n 33

2.2.5 Ph gia siêu d o 34

2.2.6 N c 35

2.3 Các tính ch t c lý c a v t li u s d ng 35

2.3.1 C t li u nh 35

2.3.2 C t li u l n 36

2.3.3 Xi m ng 38

2.3.4 Tro tr u 39

2.3.5 Trobay 40

2.3.6 Ph gia siêu d o 41

K t lu n ch ng 2 42

CH NG 3: K T QU NGHIÊN C U 43

3.1 Yêu c u v ch t l ng c a v t li u dùng đ thi t k bê tông c ng đ cao 43

3.2 Thi t k thành ph n c p ph i bê tông c ng đ cao 43

3.3 Các tính ch t, ch tiêu c lý c a h n h p bê tông và bê tông c ng đ cao 68

3.3.1 Tính công tác c a h n h p bê tông c ng đ cao 68

3.3.2 Kh i l ng th tích c a bê tông 72

3.3.3 C ng đ nén c a bê tông 73

3.3.4 C ng đ kéo khi u n c a bê tông 74

3.3.5 Tính ch ng th m c a bê tông 75

3.4 su t các ph ng án s d ng bê tông c ng đ cao trong xây d ng công trình th y l i 76

K t lu n ch ng 3 76

K T LU N VÀ KI N NGH 77 TÀI LI U THAM KH O

DANH M C CÁC KÍ HI U, C M T VI T T T

HI U TÊN ACI Vi n bê tông M PGSD Ph gia siêu d o

ASTM Hi p h i v t li u và ph ng

pháp th M Rn7 C ng đ nén tu i 7 ngày BTC C Bê tông c ng đ cao Rn28 C ng đ nén tu i 28 ngày BTXM Bê tông xi m ng Rku7

C/CL T l cát trên c t li u TB Tro bay

DANH M C CÁC B NG BI U

B ng 1.1 – Phân c p bê tông c ng đ cao 6

B ng 1.2 M t s c u đ c thi công b ng bê tông c ng đ cao Nh t 8

B ng1.3 M t s c u thi công b ng bê tông c ng đ cao M 9

B ng1.4 M t s mác bê tông đi n hình đã đ c s d ng cho công trình Vi t Nam 12

B ng 1.5: Yêu c u k thu t đ i v i ph gia khoáng cho bê tông 20

B ng 2.1 Các thí nghi m theo tiêu chu n s d ng nghiên c u tính ch t v t li u 27

B ng 2.2 Các thí nghi m theo tiêu chu n nghiên c u tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông 28

B ng 2.3.Ch tiêu th tính ch t h n h p bê tông 30

B ng 2.4 Hàm l ng t i đa cho phép c a mu i hòa tan, ion sunfat, ion clorua và c n không tan trong n c tr n bê tông và v a 35

B ng 2.5: K t qu tính ch t c b n c a cát vàng Sông Lô 36

B ng 2.6.Thành ph n h t c a đá 5-10 và 10-20 37

B ng 2.7 T ng h p m t s tính ch t c lý c a đá d m Ph Lý - Hà Nam 37

B ng 2.8 Thành ph n hóa c a xi m ng PC40 Bút S n 38

B ng 2.9 Thành ph n khoáng c a xi m ng PC40 Bút S n 38

B ng 2.10: K t qu thí nghi m các tính ch t c lý c a Xi m ng 38

B ng 2.11 Thành ph n hóa c a tro tr u 39

B ng 2.12 Các tính ch t hóa lý c a tro tr u 39

B ng 2.13 Các tính ch t c lý c a tro tr u 40

B ng 2.14 Thành ph n hóa h c c a tro tuy n 40

B ng 2.15 Tính ch t c a tro tuy n theo ASTM C618 40

B ng 2.16 M t s tính ch t khác c a tro tuy n 41

B ng 2.17 M t s tính ch t k thu t c a ph gia GLENIUM ACE 388 41

B ng 3.1: S ph thu c đ x p vào ki u s p x p c a h t 45

B ng 3.2 : S ph thu c c a đ r ng vào s ph i h p các c p h t 46

B ng 3.3:K t qu ph i h p c p h t X2 (5 ÷ 10mm) và c p h t X3 (10 ÷ 20mm) 50

B ng 3.4 Thành ph n h t h n h p đá 5-10 và 10-20 sau khi ph i tr n 51

B ng 3.5: K t qu ph i h p c p h t X1 (0 ÷ 5mm) và c p h t X2 và X3 52

B ng 3.6 B ng c l ng l ng dùng n c d a vào đ s t c a h n h p bê tông và

Dmax c a c t li u 56

B ng 3.7 B ng tra t l N/XM d a vào c ng đ nén và kích th c h t c t li u trong các tr ng h p có ho c không có PGSD 57

B ng 3.8 Thành ph n c p ph i g c ch s d ng xi m ng cho 1m3 bê tông 58

B ng 3.9 Thành ph n c p ph i g c ch s d ng xi m ng và có ph gia siêu d o cho 1m3 bê tông 58

B ng 3.10 Kh i l ng v t li u dùng cho 1m3 h n h p bê tông ch có xi m ng sau khi quy đ i 59

B ng 3.11 Thành ph n c p ph i s d ng PGK thay th xi m ng cho 1m3 bê tông (tr c hi u ch nh) 60

B ng 3.12 Thành ph n c p ph i s d ng PGK thay th xi m ng cho 1m3 bê tông (sau hi u ch nh) 60

B ng 3.13: B ng th ng kê l ng dùng v t li u s b cho 1m3 h n h p bê tông c a c p ph i ch có xi m ng (CPG) và c p ph i có ph gia khoáng (CP PGK) 61

B ng 3.14 K t qu thí nghi m c a 2 c p ph i (CPG, CP PGK) s b 61

B ng 3.15: K ho ch thí nghi m b c hai tâm xoay 64

B ng 3.16 : Ma tr n k ho ch thí nghi m b c hai tâm xoay 64

B ng 3.17 B ng thành ph n v t li u dùng cho 1m3 h n h p bê tông 65

B ng 3.18 B ng giá tr hàm m c tiêu 65

B ng 3.19 : B ng thành ph n c p ph i v t li u dùng cho 1m3 bê tông c a c p ph i quy ho ch (CPQH) 67

B ng 3.20 : K t qu ki m tra s b c p ph i quy ho ch (CPQH) 68

B ng 3.21: B ng th ng kê l ng dùng v t li u cho c a các c p ph i kh o sát tính ch t 69

B ng 3.22: K t qu ti n hành xác đ nh đ s t c a h n h p bê tông 70

B ng 3.23 B ng th ng kê k t qu xác đ nh KLTT c a các c p ph i bê tông 72

B ng 3.24: K t qu c ng đ nén c a các c p ph i bê tông 73

B ng 3.25 : K t qu c ng đ kéo khi u n c a các c p ph i bê tông 74

B ng 3.26 : K t qu thí nghi m kh n ng ch ng th m c a bê tông 75

DANH M C CÁC HÌNH V , TH

Hình 1.1.Toàn c nh đ p th y đi n Tam Hi p-Trung Qu c 9

Hình 1.2 p tràn th y đi n Myasage-Nh t B n 9

Hình 1.3 Tòa nhà the Bow cao 236m - n m thành ph Calgary, t nh Alberta, Canada 10

Hình 1.4 Cây c u d n n c Magdeburg c 10

Hình 1.5 C u M Thu n, thành ph V nh Long, Vi t Nam 12

Hình 1.6 Ph i c nh 3D th y đi n S n La 12

Hình 1.7 M i quan h gi a c ng đ ch u nén c a bê tông và t ng chi phí m t đ n v c t v i k t c u nhà 15 t ng 14

Hình 1.8 Hi u qu v v t li u và ti t di n khi s d ng bê tông c ng đ cao 15

Hình 1.9 C ch hoá d o c a ph gia hoá h c 25

Hình 2.1: S đ ph ng pháp xác đ nh đ ch y c a v a 29

Hình 2.2 Lò đ t tr u 34

Hình 3.1 : Các ki u s p x p c a h t c t li u 44

Hình 3.2 th bi u di n nh h ng c a h s đi n đ y đ n đ r ng h n h p CL 50 Hình 3.3 th bi u di n nh h ng c a h s đi n đ y đ n KLTT h n h p CL 51 Hình 3.4 th bi u di n thành ph n h t h n h p đá 5-10 và 10-20 sau khi ph i tr n 52

Hình 3.5 th bi u di n nh h ng c a h s đi n đ y đ n đ r ng h n h p CL 53

Hình 3.6 th bi u di n nh h ng c a h s đi n đ y đ n KLTT h n h p CL 53 Hình 3.7: Quan h gi a c ng đ bê tông và t l N/X theo lo i xi m ng, bi u đ Walz 55

Hình 3.8 Các đ ng đ ng m c bi u di n quan h gi a Yv i A và B 67

Hình 3.9: th bi u di n quan h gi a Yv i A và B 67

Hình 3.10: HHBT khi v a cho t máy tr n t do ra 69

Hình 3.11: Côn th đ s t theo TCVN 3016:1993 69

Hình 3.12 th th hi n tính công tác c a h n h p bê tông 70

Hình 3.13 th th hi n c ng đ nén c a bê tông tu i 7 ngày và 28 ngày 73 Hình 3.14: th th hi n c ng đ kéo khi u n c a bê tông tu i 7 ngày và 28 ngày 74 Hình 3.15 : th th hi n kh n ng ch ng th m c a bê tông 76

M U

I Tính c p thi t c a đ tài

n c ta hi n nay ngày càng đòi h i có thêm nhi u ch ng lo i v t li u xây

d ng m i u vi t nh m nâng cao ch t l ng công trình, đ y nhanh t c đ thi công,

đ ng th i h giá thành xây d ng, đem l i hi u qu kinh t , v.v… Bê tông là m t lo i

v t li u ph bi n trong các công trình xây d ng dân d ng và công nghi p Hi n nay,

n c ta bê tông đã đ c s d ng r t r ng rãi nh ng c n ti p t c nghiên c u và phát tri n đ đáp ng yêu c u ngày càng cao v ch t l ng, nh t là trong xây d ng các công trình đ c bi t

Vi t Nam là n c có b bi n dài ch y d c đ t n c nên vi c xây d ng các

c ng, đê kè đ ph c v nhu c u phát tri n v kinh t , giao l u, thông th ng v i các

n c trên th gi i là r t c n thi t M t khác, Vi t Nam c ng đã và đang có nhi u d

án xây d ng các công trình th y l i, th y đi n đ đáp ng nhu c u phát tri n chung

c a đ t n c Trong đó có lo i công trình r t quan tr ng, không nh ng nh h ng

l n đ n kinh t mà c an ninh, qu c phòng c a đ t n c, đó là các đ p th y đi n

i v i các đ p tr ng l c, bê tông làm l p lõi đ p có yêu c u c ng đ không cao

và quan tr ng nh t ph i gi i quy t v n đ ng su t nhi t do xi m ng th y hóa, do đó

gi i pháp t t nh t là áp d ng công ngh bê tông đ m l n L p v ngoài c a đ p ch u tác đ ng xói mòn (mài mòn, khí th c và n mòn ) [15] tr c ti p c a n c nên bi phá

ho i r t nhanh Theo kinh nghi m c a các n c trên th gi i, vi c s d ng bê tông

c ng đ cao(có t l N/X th p) là bi n pháp t t nh t đ làm t ng tu i th c a các công trình này[22] Tóm l i, trong các công trình th y công v t li u bi phá ho i r t nhanh, đ c bi t là d i tác d ng c a dòng ch y có l u t c l n Vì v y, vi c nghiên

c u ch t o v t li u phù h p v i nh ng công trình quan tr ng này là c n thi t, trong

đó h ng nâng cao ch t l ng bê tông đang s d ng cho các công trình này là r t thi t th c

M t khác, Vi t Nam là m t n c nông nghi p, công nghi p đang phát tri n nên th i ph m c a các ngành này r t l n Th i ph m c a các ngành này đang là v n

đ đ c quan tâm vì nó gây ô nhi m môi tr ng, khó x lí, không có ch ch a… Vì

v y, làm sao đ t n d ng đ c ngu n th i ph m này góp ph n phát tri n kinh t ,

b o v môi tr ng đang đ c nhà n c, các nhà khoa h c, nhà nghiên c u quan tâm, tìm hi u và đ a ra các ph ng pháp gi i quy t h p lí M t trong nh ng h ng

gi i quy t đ a ra đó là t n d ng các ngu n th i ph m này và k t h p v i các nguyên

v t li u s n có đ ch t o lo i v t li u m i đáp ng đ c nhu c u s d ng Tro tr u

và tro bay là hai th i ph m ch y u c a ngành nông nghi p và công nghi p nhi t

đi n T nh ng n m 80 c a th k tr c, trên th gi i c ng nh Vi t Nam ng i ta

đã phát hi n ra r ng khi chúng ta đ t v tr u m t đi u ki n thích h p s thu đ c tro tr u v i hàm l ng SiO2 vô đ nh hình r t cao (kho ng 90%), t c là t ng đ ng

v i hàm l ng SiO2 vô đ nh hình có trong Silicafume hi n đang đ c dùng ph

bi n Và c ng đã có nh ng công trình nghiên c u ch ng minh đ c r ng tro tr u

c a chúng ta hoàn toàn có kh n ng thay th Silicafume trong vi c s n xu t bê tông

c ng đ cao Tuy nhiên, do còn nhi u khó kh n và h n ch nh : quy ho ch ngu n nguyên li u, xây d ng qui trình đ t tr u công nghi p, ki m soát ch t l ng đ t tr u v.v nên hi n nay tro tr u v n ch a đ c ng d ng r ng rãi trên th gi i c ng nh

Vi t Nam M t s nghiên c u g n đây v tro tr u cho th y khi dùng tro tr u đ làm ph gia cho bê tông thì làm cho l ng N/X t ng đáng k , có nh ng nghiên c u

ch ng minh đ c r ng l ng tro tr u t i u dùng cho bê tông kho ng 12,5% so v i

l ng xi m ng ti t ki m l ng xi m ng nhi u h n n a thì ng i ta ngh đ n

vi c ph i h p tro tr u và tro bay đ t ng đ c hàm l ng ph gia so v i xi m ng lên

đ n 20-30% th m chí cao h n Trung bình hi n nay m i ngày Nhà máy nhi t đi n

Ph l i 2 (H i D ng) th i ra 3000 t n tro x , trong đó kho ng 20-30% là than ch a cháy, còn l i là tro bay r t mn Do hàm l ng than ch a cháy th p nên khó t n thu làm nhiên li u đ t, mà th ng đ c th i th ng ra h ch a Cùng v i l ng tro x

t ng đ ng c a Nhi t đi n Ph L i 1, m i ngày nhà máy này đang x l ng ch t

th i kh ng l vào môi tr ng Theo d báo đ n n m 2020 s có thêm 28 nhà máy nhi t đi n đ t than đi vào ho t đ ng Lúc đó l ng tro x th i ra hàng n m vào kho ng 60 tri u t n Vì v y, vi c nghiên c u và ng d ng lo i v t li u này đang

đ c xúc ti n m nh, c th là: dùng tro bay thay th m t ph n xi m ng cho s n xu t

bê tông n ng, s n xu t bê tông t ong, làm ph gia cho xi m ng, làm v t li u xây

d ng đ ng Trong nh ng n m qua các k t qu c a nh ng công trình khoa h c nghiên c u v ng d ng tro tuy n Ph L i và Silicafume trong bê tông đã đem l i

k t qu t t, t o ra các lo i bê tông đ c bi t v i tính ch t đ c tr ng ây là ti n đ đ chúng ta có th kh ng đ nh s k t h p gi a tro tr u và tro bay đ làm ph gia ho t tính cho bê tông là hoàn toàn có c s khoa h c Vì v y, vi c nghiên c u các ng

d ng h n h p ph gia khoáng hai thành ph n tro tr u và tro tuy n Ph L i trong bê tông c ng đ cao là c n thi t đ t o ra lo i bê tông c ng đ cao đáp ng nhu c u ngày càng cao c a ngành xây d ng Th y l i

Hi n nay, vi c nghiên c u thi t k thành ph n bê tông c ng đô cao Viê Nam ch a có nhi u kinh nghi m và c b n v n d a trên c s c a thi t k thành

ph n bê tông thông th ng tài đ xu t ph ng pháp m i thi t k thành ph n bê tông c ng đ cao dùng cho công trình th y công nh m k t h p kinh nghi m c a

n c ngoài nh Vi n Bê tông M [16] hay các ph ng pháp c a hi p h i các s n

ph m đ c bi t châu Âu [17] sau đó đ c t i u hóa b ng qui ho ch th c nghi m thông qua các k t qu thí nghi m th c t t v t li u th c t c a Vi t Nam

II M c đích c a đ tài

Dùng v t li u s n có t i Vi t Nam đ nghiên c u thi t k thành ph n c p

ph i bê tông c ng đ cao đ n 60MPa s d ng cho các k t c u đ c bi t trong công trình th y l i (K t c u c a van, k t c u ch ng mài mòn, công trình ven bi n, m tiêu n ng, bê tông s a ch a ch t o bê tông làm l p b o v c a đ p và có đ l u

đ ng l n dùng cho các công trình thi công ph c t p, c i thi n đi u ki n thi công và

IV N i dung nghiên c u

+ th c hi n m c tiêu k trên, đ tài c n th c hi n các n i dung khoa h c sau: + Nghiên c u t ng quan bê tông c ng đ cao dùng trong các công trình th y công + Xác đ nh tính ch t c a nguyên v t li u dùng cho bê tông c ng đ cao trong các công trình th y công nh : xi m ng, ph gia khoáng, c t li u l n, c t li u

nh , ph gia siêu d o

+ Nghiên c u, thi t k thành ph n bê tông t h n h p ch t k t dính g m: xi

m ng, tro bay, tro tr u và các nguyên v t li u khác đ t yêu c u đ t ra

+ Nghiên c u các tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông c ng đ cao có

s d ng ph gia khoáng (tro bay, tro tr u) v i Dmax = 20mm dùng trong công trình

th y công nh :

+ Nghiên c u tính công tác c a h n h p bê tông

+ Nghiên c u m t s tính ch t c a bê tông c ng đ cao nh : c ng đ nén,

c ng đ kéo khi u n, mô đun đàn h i c a bê tông, tính ch ng th m n c, kh n ng

ch ng mài mòn, xói mòn, co ngót c a bê tông

nh t c a m t trong ba pha trên Do đó đ t ng c ng đ c a bê tông thì ph i tìm

gi i pháp đ nâng cao ch t l ng c a ba pha này

Vi c nghiên c u ch t o bê tông ch t l ng cao d a trên m t s c s sau: Nâng cao ch t l ng c u trúc v mô:

Nâng cao ch t l ng c u trúc vi mô

Gi m l ng khí CO2 do ngành công nghi p xi m ng c ng nh công nghi p

bê tông th i ra Theo s li u th ng kê g n đây nh t, hàng n m chúng ta s n xu t và

tiêu th kho ng 17000 tri u t n bê tông Ngoài vi c s d ng m t l ng l n các ngu n tài nguyên nh cát, đá, n c, công nghi p bê tông còn tiêu th l ng đáng k

xi m ng Quá trình s n xu t xi m ng là m t trong nh ng tác nhân chính làm t ng hàm l ng CO2 trong môi tr ng Riêng trong n m 2005, t ng s n l ng xi m ng

s n xu t trên toàn c u là 2270 tri u t n Theo th ng kê thì m i t n xi m ng s n xu t

ra s làm xu t hi n thêm m t t n CO2 ra ngoài môi tr ng Nh chúng ta đã bi t, khí CO2 là nguyên nhân chính gây ra hi u ng nhà kính, làm cho Trái t m d n lên và làm thay đ i khí h u toàn c u M t trong nh ng bi n pháp h u hi u đ gi m

l ng khí CO2 do ngành công nghi p bê tông c ng nh ngành công nghi p xi m ng

th i ra là s d ng các th i ph m c a ngành công nghi p khác nh tro bay, x lò cao, tro tr u, …thay th m t ph n xi m ng trong công nghi p s n xu t bê tông

T n d ng đ c các ngu n th i ph m c a các ngành khác v a gi m đ c giá thành s n ph m, v a c i thi n đ c m t s tính ch t c a bê tông theo m c đích s

d ng Bên c nh đó còn gi i quy t đ c ch ch a c a các ngu n th i ph m, góp

VI Ph ng pháp nghiên c u

tài nghiên c u d a trên c s lí thuy t k t h p v i th c nghi m

S d ng các ph ng pháp nghiên c u theo tiêu chu n (TCVN, TCXDVN, TCN, ASTM ) và phi tiêu chu n (các ph ng pháp thí nghi m đ xu t)

S d ng các ph ng ti n nghiên c u hi n đ i đ nghiên c u các tính ch t c a nguyên v t li u đ u vào, h n h p bê tông và bê tông c ng đ cao

CH NG 1: T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG D NG BÊ TÔNG C NG CAO TRÊN TH GI I VÀ T I VI T NAM 1.1 Khái ni m v bê tông c ng đ cao

Bê tông c ng đ cao có l ch s phát tri n ch a lâu nh ng đã ch ng minh

đ c nh ng u đi m v t tr i c a mình và kh ng đ nh v trí không th thi u trong các v t li u xây d ng Tuy bê tông c ng đ cao đã đ c nghiên c u và ng d ng khá nhi u trong th c t nh ng v n còn nhi u quan đi m, các đ nh ngh a bê tông

c ng đ cao khác nhau D i đây là m t s đ nh ngh a bê tông c ng đ cao theo quan đi m c a các n c[8]

Bê tông c ng đ cao là lo i bê tông đ c bi t, có c ng đ nén 28 ngày,

h c dài h n (co ngót, t bi n) đ c c i thi n s m, có c ng đ hình thành s m, đ

b n cao, tu i th lâu dài trong môi tr ng kh c nghi t Các nhà khoa h c Nh t B n cho r ng bê tông t đ m (là lo i bê tông có kh n ng ch y và đ m lèn ch b ng t

tr ng, có kh n ng l p đ y không gian thi công mà không c n ngo i l c tác đ ng)

c ng là lo i bê tông c ng đ cao

B ng 1.1 – Phân c p bê tông c ng đ cao [16], [17]

Thông s Bê tông

Thông s Bê tông

ho c còn g i là tính công tác Tuy s d ng l ng xi m ng cao, t l N/X th p nh ng

đ s t c a bê tông c ng đ cao v n đ t t 10-20 cm, gi đ c ít nh t là 60 phút

tr ng thái m m co ngót d o l n và n đ nh th tích cao so v i bê tông th ng Các tính ch t c a bê tông c ng đ cao khi r n ch c nh c ng đ nén, c ng đ ép

ch , bi n d ng, mô đun đàn h i đ c th hi n theo t s v i c ng đ nén đ n tr c

c a m u th hình tr có kích th c 15x30 cm ho c m u th hình l p ph ng 15x15x15 cm tu i 28 ngày Các tính ch t khác nh c ng đ ch u kéo, co ngót, t

bi n, s dính bám v i c t thép c ng đ c c i ti n khic ng đ nén t ng lên

1.2 Tình hình nghiên c u ng và ng d ng bê tông c ng đ cao trên th gi i

Theo tài li u nghiên c u c a PSG.TS Ph m Duy H u t ng k t k t qu nghiên c u c a các n c trên th gi i và Vi t Nam [9] cho th y thì bê tông c ng

đ cao đã đ c s d ng t n m 1975 t i M cho vi c xây d ng các nhà cao t ng

N m 1975- 1976, các ngôi nhà t 43-76 t ng đ u dùng bê tông 62MPa, t n m 1976-1990, các ngôi nhà Chicago v i s t ng 50-70 đ c s d ng bê tông 80MPa T ng t , các ngôi nhà cao t ng Pháp, c (t 40 t ng) đ u s d ng bê tông v i t 70-90MPa Trong xây d ng c u t n m 1970 đ n nay nhi u công trình trên nhi u qu c gia đã áp d ng bê tông c ng đ cao Bê tông c ng đ cao th ng

đ c s d ng cho các d m c u bê tông d ng l c v i m c đích gi m t i tr ng b n thân d m và t ng chi u dài k t c u nh p N m 1970, Nh t bê tông ph bi n (60-120)MPa Pháp, n m 1989 bê tông c u là (60-80)MPa Các c u c, Hà Lan,

M , Trung Qu c đ u đã s d ng bê tông v i c ng đ nén kho ng t 60MPa đ n

100MPa Các c u ki n bê tông và bê tông l p ghép trong k t c u h t ng đô th c ng

đ u s d ng bê tông có c ng đ nén không nh h n 20MPa

Các nghiên c u v bê tông c ng đ cao đã kh ng đ nh vi c s d ng bê tông

c ng đ cao cho phép t o ra các s n ph m có tính kinh t h n, cung c p kh n ng

gi i quy t đ c nhi u v n đ k thu t h n ho c đ m b o c hai y u t trên Các nghiên c u c a n c ngoài cho th y có th ti t ki m đ c 30% kh i l ng bê tông,

gi m 30% tr ng l ng k t c u, gi m 10 – 15% t ng giá tr công trình K t c u b n

bê tông c t thép d ng l c có th gi m 30% chi u cao, 40% kh i l ng xây l p

Bê tông c ng đ cao t ra r t hi u qu , có nhi u ti m n ng khi đúc các d m

c u, đ c bi t là các d m kh u đ l n Nh t, M , Canada, c, Pháp ng i ta đã xây d ng nhi u c u b ng bê tông c ng đ cao (c ng đ 55 ÷ 79 MPa) đ đúc các

d m bê tông c t thép nh p l n Nh t B n, c u Akaski - Kaikio có chi u dài nh p k

l c th gi i là 1991m M t s c u đ ng s t đ c đúc b ng bê tông có c ng đ t i

76 MPa trong khi đó m t s n i M nh Huntington, West Virginia, Ohio bê tông

c ng đ cao dùng cho c u có c ng đ nén đ t 55MPa M t s c u đi n hình Nh t

B n đ c thi công b ng bê tông c ng đ cao đ c trình bày trong b ng 1.2

B ng 1.2 M t s c u đ c thi công b ng bê tông c ng đ cao Nh t

M , n u tr c nh ng n m 80, bê tông c ng đ cao c ng đã đ c

s d ng ch y u trong xây d ng nhà cao t ng thì sau nh ng n m 80 tr l i đây, bê tông c ng đ cao đ c coi nh lo i v t li u không th thi u trong ngành xây d ng

c u đ ng Nh vi c s d ng bê tông c ng đ cao mà nh ng cây c u có nh p k t

c u dài t i vài tr m mét đã đ c xây d ng n c này

B ng1.3 M t s c u thi công b ng bê tông c ng đ cao M

2 East Huntington W Virginia 1984 274 55

2003 Trên toàn b m t đ p ng i ta s d ng bê tông ch t l ng cao v i c ng đ nén 60-80 MPa có kh n ng ch u xói mòn t t

Hình 1.1.Toàn c nh đ p th y đi n Tam

Hi p-Trung Qu c

Hình 1.2 p tràn th y đi n

Myasage-Nh t B n

p Myagase-Nh t b n đ c xây trên sông Nakataku v i chi u dài đ nh đ p

là 400m, chi u cao đ p là 156m, th tích thân đ p kho ng 2.000.000 m3

s d ng trên m t đ p bê tông có c ng đ nén trên 80 MPa và kh n ng ch u mài mòn t t

Hình 1.3 Tòa nhà the Bow cao 236m -

n m thành ph Calgary, t nh Alberta,

Canada

Hình 1.4 Cây c u d n n c Magdeburg

c

1.3 Tình hình nghiên c u ng và ng d ng bê tông c ng đ cao t i Vi t Nam

trong n c, trong nh ng n m g n đây bê tông c ng đ cao đã chi m m t

v trí quan tr ng trong các công trình xây d ng c u, đ ng, nhà và công trình th y

đi n quy mô l n nh các công trình nhà cao t ng các thành ph l n (Hà N i, TP

H Chí Minh, à N ng), các công trình c u có chi u dài nh p L > 30m, h m qua đèo H i Vân hay h m Th Thiêm t i TP H Chí Minh Tuy v y, các nghiên c u chuyên sâu v bê tông c ng đ cao ch a nhi u, đ c m t s ít nhà khoa h c đ u

t nghiên c u nh :

"Nghiên c u ng d ng công ngh ch t o bê tông c ng đ cao (đ n 100MPa) cho các k t c u xây d ng" do KS ng Hoàng Huy - H i công nghi p bê tông Vi t Nam làm ch nhi m đ tài (2010)

"Nghiên c u s n xu t oxit silic tinh khi t vô đ nh hình cao t ngu n tr u và tro tr u đ làm ph gia cho bê tông c ng đ cao và siêu cao đ t c ng đ 110MPa" c a TS.KHKT Tr n Bình (2008)

Báo cáo NCKH B GD- T “Bê tông ch t l ng cao” c a PGS.TS Ph m Duy H u làm ch nhi m đ tài (2000)

c bi t, nh ng nghiên c u, ng d ng bê tông c ng đ cao cho các k t c u

h t ng k thu t đô th nói chung, h th ng thoát n c nói riêng h u nh ch a đ c quan tâm đúng m c (Ch có 01 đ tài Nghiên c u công ngh ch t o bê tông c t

thép thành m ng cho h th ng c p thoát n c do KS Hoàng c Th o (Công ty thoát n c và phát tri n đô th t nh Bà R a- V ng Tàu) ch trì đã đ c trao gi i

th ng Sáng t o KHCN Vi t Nam nh ng gi b n quy n, không ph bi n r ng rãi)

Vi t Nam, trong nh ng n m g n đây, vi c nghiên c u ng d ng bê tông

c ng đ cao, bê tông ch t l ng cao đã đ c quan tâm m t cách thích đáng nh m đáp ng nhu c u ngày càng cao c a xây d ng c b n và đã đ t đ c nh ng thành

t u đáng k n n m 1990 các k t c u bê tông c t thép ch y u s d ng bê tông có

c ng đ đ n 30MPa M t s công trình đ c bi t quan tr ng dùng bê tông có c ng

đ đ n 50 ÷ 60MPa nh L ng Ch t ch H Chí Minh, Khách s n Th ng Long 11

t ng, c u Th ng Long, c u Ch ng D ng, đ ng h m đèo H i Vân, m t s công trình nhà cao t ng nh Keangnam City landward tower v.v N u nh tr c kia bê tông trong các k t c u bê tông c t thép th ng dùng có c ng đ là 20MPa, thì đ n nay c ng đ th ng dùng là 30MPa Các công trình v n n c ngoài ho c do n c

ngoài đ u t đã s d ng bê tông c ng đ đ n 60MPa

Các nhà máy xi m ng Tam i p, H i Phòng m i đ c thi t k theo công ngh c a an M ch đ u dùng bê tông c p A, B, C hay C45, C40 và C35 - t ng

đ ng bê tông có mác M60 (60MPa), M50 (50MPa) và M40 (40MPa) c a Vi t Nam M t s công trình nhà cao t ng do n c ngoài đ u t đã đ c s d ng bê tông

c ng đ cao mác M50 làm k t c u ch u l c nh Khách s n Lê Lai 14 t ng thành

ph H Chí Minh do H ng Kông đ u t xây d ng Công ty Quen Hing H ng Kông cung c p h n h p bê tông trong đó s d ng xi m ng Yu Feng Brand Trung Qu c Công trình Hà N i Tower Center do công ty Sanyong làm ch th u, h n h p bê tông do công ty bê tông Chèm cung c p

M t s c u v t sông đ c xây d ng m i g n đây nh c u M Thu n, c u

Qu ng c ng đã s d ng bê tông mác M50 (50MPa) các k t c u ch u l c chính nh

tr , d m d ng l c

Hình 1.5 C u M Thu n, thành ph

V nh Long, Vi t Nam

Hình 1.6 Ph i c nh 3D th y đi n S n La

Tuy nhiên, các công trình này th ng s d ng bê tông có đ l u đ ng th p

ch g n đây m t s công trình đã đòi h i bê tông có đ l u đ ng cao đ thu n ti n trong quá trình thi công nh ng còn g p nhi u khó kh n khi tri n khai nh c u Pá uôn S n La Nh ng t i nh ng công trình này yêu c u k thu t c ng ch là d ng l i

đ s t 18÷20 cm M t s mác bê tông đã s d ng cho công trình Vi t Nam trong

m t s n m g n đây đ c nêu b ng 1.4

B ng1.4 M t s mác bê tông đi n hình đã đ c s d ng cho công trình Vi t Nam

bê tông đ m l n s d ng là 3,2 tri u m3

và g n 2 tri u m3 bê tông th ng Toàn b thân đ p đ c s d ng bê tông đ m l n, b m t đ p ng i ta s d ng bê tông ch t

l ng cao có c ng đ nén 50-80 MPa có kh n ng ch u xói mòn, mài mòn t t

1.4 u nh c đi m c a bê tông c ng đ cao

Bê tông c ng đ cao ra đ i cho phép chúng ta phát tri n nh ng công trình xây d ng mà tr c đó bê tông thông th ng và các v t li u khác ch a đáp ng

đ c Vì bê tông c ng đ cao có r t nhi u u đi m so v i v t li u bê tông thông

th ng Bê tông c ng đ cao có nhi u ng d ng trong các công trình xây d ng khác nhau nh : xây d ng dân d ng, c u đ ng, th y đi n… tài đi sâu nghiên

c u bê tông c ng đ cao dùng cho các công trình th y công nên đ tài nh n m nh

u đi m khi s d ng bê tông c ng đ cao dùng cho công trình th y đi n Vi c s

d ng bê tông c ng đ cao ch u xói mòn, mài mòn trong các công trình xây d ng,

đ c bi t là các công trình th y đi n mà còn mang l i nhi u u đi m, c th :

Gi m không gian chi m ch , ti t ki m th i gian thi công: do gi m kích

th c c u ki n, gi m ph n gia công c t thép…Ngoài ra,khi s d ng bê tông c ng

đ cao trong các k t c u cho phép gi m đ c kích th c ti t di n, t ng đ b n cho

Kh n ng ch u mài mòn, xói mòn c a bê tông: bê tông c ng đ cao có đ

đ c cao, c ng đ đá xi m ng l n, s d ng c t li u có c ng đ cao khi đó s làm

t ng kh n ng ch u mài mòn, xói mòn cho bê tông

Bê tông c ng đ cao có đ đ c cao và do đó làm t ng kh n ng ch ng th m

n c và khí cho k t c u Ngoài ra, nó làm h n ch kh n ng xâm nh p và khu ch tán vào trong bê tông c a các tác nhân xâm th c làm t ng kh n ng ch ng xâm

th c cho k t c u

Bê tông c ng đ cao có mô đun đàn h i l n h n nhi u so v i bê tông

th ng

T ng kh n ng bám dính gi a bê tông và c t thép

Làm gi m tính co ngót c a bê tông: theo m t s nghiên c u th c nghi m cho

th y đ i v i bê tông c ng đ cao 60 – 80 MPa, t ng đ co ngót c a lo i bê tông này ch b ng m t n a đ co ngót t ng c ng c a bê tông th ng

Có tính công tác t t phù h p v i công ngh thi công và ch t o các k t c u

t ng kh u đ nh p t 14 lên 28 m, chuy n đ i mác bê tông t 43,4MPa lên 72,1MPa

và khi đó l i gi m giá t 163 xu ng còn 130USD/m2

M t ví d khác c a Skarendahl [19] đã so sánh hi u qu khi s d ng bê tông

c ng đ 45MPa (kí hi u M45) và 85MPa (kí hi u M85) trên hình 1.8 Có th th y

n u gi nguyên ti t di n c t (1m×1m) thì t l c t thép s d ng bê tông 85MPa gi m

xu ng t 4% xu ng còn 1,23%, ngh a là t l c t thép trong c t khi s d ng bê tông M85 gi m t i g n 70% so v i tr ng h p s d ng bê tông 45MPa N u gi nguyên

t l c t thép là 4% thì v i bê tông 85MPa, s l ng thanh thép gi m g n 40% (t

64 thanh d28 còn 40 thanh d28) do ti t di n c t gi m t 1m×1m xu ng còn 1m×0,64m

Hình 1.8 Hi u qu v v t li u và ti t di n khi s d ng bê tông c ng đ cao

Trung Qu c là n c láng gi ng có nhi u đ c đi m t ng t Vi t Nam đã có

nh ng nghiên c u và ng d ng th nghi m lo i bê tông này Trong các nghiên c u

v bê tông c ng đ cao Trung Qu c thì các ch tiêu đ b n lâu: Ch ng xâm th c,

đ b n u n…đ c đ c bi t quan tâm C ng đ bê tông th ng ph bi n t 30 đ n

50 MPa (k c v i k t c u chính c a công trình ph c v Th v n h i th 28 t i B c Kinh), m c c ng đ cao h n là t 50 đ n 60 MPa cho k t c u ph n d i nhà cao

t ng, d m c u… Tuy nhiên, các nhà khoa h c Trung Qu c c ng đã nghiên c u và

ng d ng th bê tông có mác 80 MPa t i vi n H i D ng h c B c Kinh t nh ng

n m 90 Xi m ng cao belit Trung Qu c th ng đ c s d ng trong ch t o bê tông

c ng đ cao nh m c i t o c ng đ nén b a, u n, gi m l ng nhi t th y hóa trong

bê tông V i bê tông mác 90MPa th ng s d ng ph gia khoáng silicafume

Nh c đi m c a bê tông c ng đ cao: Hi n nay trong tính toán k t c u các công trình ch a đ a bê tông c ng đ cao vào, v n tính theo k t c u c u c d n đ n giá thành

c a công trình t ng gây khó kh n trong vi c đ a bê tông c ng đ cao vào s d ng

1.5 Thành ph n và c u trúc c a bê tông c ng đ cao

có đ c nh ng tính n ng v t tr i trên, trong thành ph n bê tông c ng

đ cao th ng không th thi u hai c u t đó là ph gia siêu d o (PGSD) và ph gia

khoáng m n Trong bê tông truy n th ng đ đ m b o cho vi c th y hóa c a xi m ng

và t o ra tính d thi công c n thi t thì t l n c trên xi m ng (N/XM) ph i có giá tr cao (N/XM = 0.4 ÷ 0.55) Trong khi đó l ng c n n c cho vi c th y hóa xi m ng

ch yêu c u 0.2 ÷ 0.25 l n l ng xi m ng Do đó, trong bê tông thông th ng luôn

t n t i m t l ng n c d th a L ng n c d th a này là nguyên nhân làm cho

bê tông xi m ng có c u trúc vi mô x u ngay t ban đ u (c u trúc r ng do n c th a

b c h i), là nguyên nhân gây ra các hi n t ng n t co ngót, bi n d ng m m d i tác

đ ng c a môi tr ng khi x y ra quá trình m t n c trong th i k đ u sau khi t o hình bê tông PGSD đ c dùng đ c i thi n tính công tác c a h n h p bê tông mà không c n t ng l ng n c nhào tr n, nh đó gi m đ c t l N/XM trong bê tông (N/XM = 0.21 ÷ 0.35) T l N/XM đ c gi m t i g n giá tr c a t l N/XM c n cho xi m ng th y hóa do đó gi m đáng k đ c l ng n c d th a trong bê tông

Nh đó c u trúc c a bê tông c ng đ cao đ c c i thi n rõ r t và nh v y c i thi n

đ c các đ c tính xây d ng c a bê tông

M t thành ph n khác th ng đ c s d ng trong bê tông c ng đ cao là

ph gia khoáng ho t tính Ph gia khoáng ho t tính: là các lo i v t li u vô c thiên nhiên ho c nhân t o, có ch a các thành ph n ho t tính (SiO2 ho t tính , Al203 ho t tính) có kh n ng k t h p v i Ca(OH)2 (th i ra trong quá trình hydrat hoá các khoáng clinker xi m ng poocl ng) ho c qua quá trình ho t hoá t o thành các c u t

b n v ng - hydrosilicat, hydroaluminat, hydroferoaluminat, hydrogranat ) B i

v y, d ng nghi n m n, chúng có tính ch t puzolan ho c tính ch t thu l c, ngh a

là h n h p c a chúng v i vôi ho c các ch t ho t hoá t c ng đ c trong môi tr ng

n c nhi t đ bình th ng Ph gia ho t tính s d ng trong công ngh xi m ng là các lo i puzolan ( thiên nhiên ho c nhân t o ) và các lo i x luy n kim (x lò cao, x thép ) Các lo i puzolan thiên nhiên g m có puzolan ngu n g c núi l a ( tro núi

l a, đá b t, tuff, tras ) và puzolan g c tr m tích (diatomit) Puzolan nhân t o bao

g m tro bay, các lo i sét nung Trong các lo i x luy n kim thì x lò cao ho t hoá

d i d ng h t đ c dùng nhi u nh t, chúng là s n ph m thu đ c khi làm ngu i x

l ng ra kh i lò b ng vòi n c phun m nh Ph gia khoáng ho t tính có tác d ng

gi m l ng dùng xi m ng, c i thi n tính công tác c a h n h p bê tông, t ng đ đ c

ch c và đ b n c a bê tông

1.5.1 Ph gia khoáng trong bê tông c ng đ cao

1.5.1.1 T ng quan v ph gia khoáng

đi u ch nh m t cách tích c c c u trúc và thành ph n c a h n h p bê tông, thì ngoài vi c s d ng các lo i ph gia hóa h c (PGHH) ng i ta còn s d ng ph gia khoáng (PGK) Các lo i ph gia khoáng này d ng b t có b n ch t khoáng khác nhau, thu đ c chúng t nguyên li u thiên nhiên ho c ph th i (tro, x nghi n

và đá núi, silicafum v.v…) Khi cùng phân b v i xi m ng trong các l r ng c a

c t li u, chúng lèn ch t c u trúc c a bê tông, trong nhi u tr ng h p cho phép gi m chi phí xi m ng N u đánh giá PGK theo nh h ng c a chúng đ n c u trúc và các tính ch t c a xi m ng và bê tông thì ph thu c vào đ m n có th phân PGK ra thành: PGK – ch t pha xi m ng và PGK – ch t lèn ch t PGK – ch t pha xi m ng (b m t riêng 0,2 - 0,5m2/g) PGK – lèn ch t (thí d nh silicafum), có các h t nh

h n h t xi m ng g n 100 l n (b m t riêng 20-30 m2

/g) và là ph gia có hi u qu

h n, b i vì chúng có kh n ng l p đ y các l r ng gi a các h t xi m ng, và có kh

n ng t ng ph n ng

Ph gia khoáng ho t tính là các ph gia có ngu n g c thiên nhiên hay nhân

t o, mà b n thân chúng không có ho c có r t ít ho t tính thu l c, nh ng khi đ c nghi n m n và trong môi tr ng m thì chúng có kh n ng ph n ng hoá h c v i hyđrôxit canxi Ca(OH)2 và v i n c nhi t đ th ng, t o thành các s n ph m có tính ch t k t dính

Ph gia khoáng ho t tính có kh n ng làm t ng c ng đ và đ b n trong môi tr ng n c c a các s n ph m ch t o nên t xi m ng poóc l ng ch a ph gia khoáng ho t tính

Ph gia khoáng ho t tính (PGKHT) khi có n c có kh n ng tác d ng v i Ca(OH)2 nhi t đ th ng t o thành h p ch t có tính k t dính Khi đ a chúng vào

bê tông chúng tác d ng v i Ca(OH)2 – là s n ph m đ c t o thành khi th y hóa xi

m ng poóc l ng M t s PGKHT, thí d x lò cao nghi n m n, có kh n ng đóng r n

đ c l p, quá trình này đ c ho t hóa h n khi cho vôi vào thêm Thành ph n h t c a PGKHT, chúng đ c xác đ nh b ng b m t riêng và t ng ng là kh n ng ph n

ng ho c kh n ng lèn ch t c u trúc c a bê tông, có nh h ng đáng k đ n các tính

ch t c a PGK

Các ph gia tr (PGT), thí d nh cát th ch anh nghi n m n, khi nhi t đ

th ng không tham gia ph n ng v i các thành ph n c a xi m ng, tuy nhiên khi

đi u ki n nh t đ nh các ph gia này có th xu t hi n kh n ng ph n ng (thí d nh khi gia công nhi t avtoclav) trong đa s các tr ng h p các ph gia tr đ c s

d ng đ đi u ch nh thành ph n h t và đ r ng c a pha r n c a bê tông: c t li u – xi

m ng – ph gia khoáng, v i m c đích đi u ch nh các tính ch t c a h n h p bê tông

và bê tông

Các lo i ph gia khoáng th ng đ c s n xu t t t nhiên ho c nhân t o: Các ph gia khoáng thiên nhiên ch t o b ng cách nghi n m n các đá khác nhau (tup, đá trax , tro b i) ho c có ngu n g c tr m tích (điatomít, trêpen, opoka) PGK có ngu n g c phun trào ho c tr m tích có c u t o ch y u t SiO2 vô đ nh hình và nhôm ôxýt (70-90%), chúng quy t đ nh đ ho t tính c a PGK Lo i ph gia này đ c s d ng r ng rãi h n c trong s n xu t xi m ng H n ch c a chúng là

l ng c n n c l n

PGK t nguyên li u ph th i: tro, x nghi n, silicafum và các ch t khác có thành ph n khoáng và đ m n khác nhau, chúng xác đ nh hi u qu s d ng chúng trong xi m ng và bê tông cao

D a vào c ch liên k t v i Ca(OH)2, có th phân các ph gia khoáng thành hai nhóm là ph gia puz lan và ph gia x

Ph gia puz lan bao g m các các lo i ph gia khoáng ngu n g c thiên nhiên hay nhân t o, l i đ c chia thành 3 nhóm:

c a c SiO2, Al2O3 và meta cao lanh Al2O3.2SiO2 Các thành ph n ho t tính c a

ph gia khoáng tham gia ph n ng v i Ca(OH)2 t o thành các s n ph m d ng hyđrôsilicát canxi và hyđrôghelenhít- 2CaO.Al2O3.SiO2.8H2O Nhóm này bao g m các ph gia khoáng nh đ t sét nung, meta cao lanh, v.v

Nhóm 3: bao g m các ph gia ngu n g c núi l a nh túp, trass, đá b t… mà

b n ch t ho t tính c a nó ph thu c vào d ng thu tinh hyđrát và thu tinh không hyđrát trong ph gia Ph thu c vào n ng đ Ca(OH)2 có trong h n h p v i ph gia

mà s n ph m t o thành có th là các khoáng hyđrôaluminát canxi hay hyđrôghelenhít C4AHx, C2ASH8

V i ph gia tro, x , ph thu c vào thành ph n hoá h c và hàm l ng pha thu tinh và pha tinh th mà nó có đ ho t tính khác nhau ho t tính c a tro, x càng cao khi hàm l ng pha thu tinh càng l n Khi nghi n m n và nhào tr n v i

n c, h u h t các thành ph n c a x nghi n m n không b hyđrát hoá, tuy nhiên khi

có m t Ca(OH)2 thì các thành ph n khoáng c a x l i có kh n ng hyđrát hoá Vì

v y có th coi Ca(OH)2 là ch t ho t hoá ki m c a x

Tro, x nhiên li u c a các nhà máy nhi t đi n nói chung có đ ho t tính

nh h n x lò cao h t hoá C ng t ng t nh x lò cao h t hoá, các thành ph n ho t tính trong tro, x nhi t đi n s có kh n ng hyđrát hoá khi có m t hyđrôxit canxi

Nh v y đ làm cho các lo i ph gia khoáng ho t tính k t h p đ c v i

n c và r n ch c thì trong h n h p ph i có m t hyđrôxit canxi Khi tr n xi m ng poóc l ng có ch a ph gia khoáng ho t tính v i n c thì s xu t hi n Ca(OH)2 đ c sinh ra b i quá trình thu hoá c a các khoáng silicát canxi trong clanhke

Các lo i ph gia khoáng ho t tính cao

Kh n ng liên k t v i Ca(OH)2 c a ph gia nhi t đ th ng khi có n c

đ c g i là ho t tính puz laníc ho t tính c a ph gia khoáng ph thu c vào thành ph n hoá, thành ph n khoáng, đ nghi n m n c a ph gia, và nhi t đ c a môi

tr ng

ho t tính c a ph gia khoáng th ng đ c đánh giá thông qua đ hút vôi và ch s ho t tính v i xi m ng poóc l ng

Tiêu chu n M ASTM C618 quy đ nh các yêu c u đ i v i tro bay và puz lan

t nhiên s d ng làm ph gia khoáng cho bê tông nh sau (B ng 1.5)

B ng 1.5: Yêu c u k thu t đ i v i ph gia khoáng cho bê tông

l n các thành ph n có kh n ng ph n ng m nh v i Ca(OH)2 nh pha thu tinh

ho c các ôxit silic, ôxit nhôm vô đ nh hình, có kích th c h t r t nh và t di n tích

b m t l n

Ph gia khoáng ho t tính cao có ho t tính puz lanic cao h n so v i các ph gia khoáng nêu trong tiêu chu n ASTM C618 Ví d đ hút vôi c a tro bay ch đ t kho ng 100-200 mgCaO/g ph gia, còn c a silica fume t 500-600 mgCaO/g, c a meta cao lanh có th đ t t i 1000 mg/g Ph gia khoáng ho t tính th p khi s d ng

th ng làm gi m c ng đ c a bê tông tu i s m, còn các ph gia ho t tính cao không có nh c đi m này Tuy nhiên, do các ph gia khoáng ho t tính cao có t

di n tích b m t l n nên làm t ng l ng n c yêu c u vì v y chúng ch phát huy

hi u qu t t khi s d ng k t h p v i ph gia siêu d o

Silica fume, tro tr u và meta cao lanh là ba lo i ph gia khoáng có ho t tính cao r t đ c quan tâm Silica fume là th i ph m c a công nghi p, m t s n ph m có giá thành cao, tuy đ c qu ng cáo r ng nh ng các nhà cung c p (s n xu t chính) r t

h n ch , ch t p trung các qu c gia có công nghi p luy n kim phát tri n Trong khi

đó, tro tr u là s n ph m t th i ph m nông nghi p nên vi c s d ng tro tr u có th coi là s d ng m t s n ph m “xanh’’

1.5.1.2 Vai trò c a ph gia khoáng ho t tính trong ch t o bê tông c ng đ cao

Ph gia khoáng ho t tính cao có m t s tính ch t đ c tr ng nh c h t r t

nh , c u trúc vô đ nh hình, và hàm l ng SiO2 l n PGK đ c s d ng ch y u đ

ch t o bê tông khi ph i h p v i ph gia siêu d o Do tác đ ng t ng h c a 2 ph gia này nên l ng n c yêu c u c a h n h p bê tông đ c gi m đáng k , vì v y có

th ch t o h n h p bê tông l u đ ng, v i t l N/CKD r t th p Mà t l N/CKD

th p, chính là chìa khoá đ đ t c ng đ cao

Các công trình nghiên c u v PGK cho th y nh h ng có l i c a PGK đ i

v i các tính ch t c a bê tông đ c t o nên b i hai hi u ng hoá h c và v t lý

Hi u ng hóa h c:

Hi u ng hoá h c liên quan đ n kh n ng ph n ng hoá h c c a PGK v i hyđrôxit canxi Khi xi m ng poóc l ng thu hoá, trong s các h p ch t hyđrát hình thành có hai thành ph n chi m th tích l n trong đá xi m ng và nh h ng quy t

đ nh t i tính ch t c a nó là hyđrôxit silicat canxi (CSH) và hyđrôxit canxi (CH) S hình thành c a các h p ch t này có th bi u di n b ng ph n ng thu hoá các khoáng silicat canxi sau:

Xi m ng + n c = CSH + Ca(OH)2

Hyđrô silicat canxit (CSH) là ch t k t dính t o c ng đ cho bê tông Hyđrôxit canxi (15 - 25 % kh i l ng s n ph m thu hóa) là v t li u có kh n ng hoà tan trong n c và có c ng đ th p nên không đóng vai trò quan tr ng trong

vi c t ng c ng đ và đ b n c a bê tông

Khi PGK có m t trong quá trình thu hoá xi m ng poóc l ng thì SiO2 ho t tính c a PGK s ph n ng v i hyđrôxit canxi và n c t o thành hyđrôsilicat canxit

SiO2 (trong PGKHT) + Ca(OH)2 + H2O = CSH (ph n ng puz lanic)

Nh v y, nh ph n ng puz lanic này mà hàm l ng hyđrôxit canxi không

có tính k t dính gi m, trong khi đó hàm l ng CSH (s n ph m đem l i c ng đ và

đ b n cho bê tông) l i t ng lên ây là m t trong các hi u ng ch y u c a PGK

nh h ng t i c ng đ và đ b n c a bê tông

Hi u ng v t lý:

Hi u ng v t lí g m 4 hi u ng sau: Hi u ng t ng ch n (Wall Effect), hi u

ng bi (Ball Bearing Effect), hi u ng phân tán (Dispersion Effect), hi u ng t ng

đ đ c ch c vi c u trúc (Increased Packing Density)

Trong bê tông ch t l ng cao s d ng h n h p ph gia khoáng tro tr u và tro bay, do hàm l ng SiO2 trong tro bay th p h n nhi u so v i tro tr u nên nh h ng

c a tro bay đ n tính ch t c a bê tông ch t l ng cao ch y u là do các hi u ng v t

lý mang l i[11]

+ Hi u ng t ng ch n (Wall Effect):

Khi xi m ng th y hóa, s n ph m th y hóa là Ca(OH)2 s l ng đ ng trên b

m t h t c t li u làm cho vùng giao di n chuy n ti p gi a c t li u và đá xi m ng b

r ng x p làm gi m s bám dính gi a chúng C ch này có th gi i thích nh sau: Trên b m t h t xi m ng có đ đ m đ c c a các ion cao h n trên b m t h t c t li u, các ion s chuy n d ch t b m t xi m ng lên b m t h t c t li u theo c ch khu ch tán b i gradien n ng đ Vì v y, khi s d ng tro bay có thành ph n SiO2 ho t tính chúng s nhanh chóng tác d ng v i s n ph m th y hóa có trên b m t h t c t li u

t o ra các s n ph m CSH làm t ng c ng đ , t ng đ đ c ch c vùng giao di n

chuy n ti p, làm t ng đ bám dính gi a đá xi m ng và c t li u Chính vì v y, đ i

v i bê tông ch s d ng xi m ng pooclang thì kh n ng ch ng th m c a bê tông

th ng th p h n so v i bê tông có s d ng PGK ho t tính i u này có th gi i thích là do b m t ti p xúc gi a đá xi m ng và c t li u là vùng ti p xúc y u d b

th m n c Khi pha ph gia khoáng ho t tính, thì s liên k t c a l p ti p xúc này

+ Hi u ng bi (Ball Bearing Effect):

Khi thay th xi m ng b ng tro bay, do các h t tro bay có d ng hình c u nên chúng có tác d ng bôi tr n, làm t ng tính công tác cho h n h p bê tông hay đ đ t

đ c cùng tính công tác thì h n h p bê tông s d ng tro bay s c n l ng n c nhào tr n ít h n h n h p bê tông không s d ng tro bay

+ Hi u ng phân tán (Dispersion Effect):

Trong h n h p bê tông s d ng tro bay, các h t tro bay s xâm nh p vào trong

gi a các h t xi m ng và tách các h t xi m ng ra làm cho b m t các h t xi m ng này

ti p xúc nhi u h n v i n c t ng nhanh quá trình th y hóa c a các h t xi m ng

+ Hi u ng t ng đ đ c ch c vi c u trúc (Increased Packing Effect):

Tro bay s d ng trong bê tông b sung thành ph n h t còn thi u trong xi

m ng làm cho d i h t tr nên liên t c, làm gi m l r ng trong đá xi m ng Các h t tro bay m t ph n tham gia ph n ng puzzolanic t o khoáng có c ng đ , m t ph n tham gia đi n đ y c u trúc vi mô làm cho đá xi m ng tr nên đ c ch c

1.5.2 Ph gia hóa h c

Ph gia hoá h c là v t li u b t bu c s d ng trong ch t o bê tông c ng đ cao Ngoài m c đích gi m t l N/CKD chúng còn thúc đ y phát tri n c ng đ Và đây còn là gi i pháp kinh t b ng bi n pháp gi m nhu c u c n n c thay cho vi c

t ng hàm l ng ch t k t dính trong bê tông[11]

Thông th ng, ph gia gi m n c có kh n ng gi m l ng c n n c c a h n

h p bê tông vào kho ng 10-15% c bi t v i ph gia siêu d o có kh n ng gi m hàm l ng n c trong h n h p t i 30% ho c cao h n Các ph gia siêu d o đã đ c nghiên c u ch t o nh : ph gia siêu d o (Superplastcizer), ph gia siêu hoá l ng (Superfluidifier) L ng dùng thông th ng dao đ ng trong kho ng 0,1-5% theo

kh i l ng c a xi m ng (tính theo đ n v lít/kg)

Vi c s d ng ph gia t ng d o còn có l i ích làm ch m quá trình t n th t đ

s t, ti n l i cho vi c v n chuy n h n h p bê tông đi xa và thi công các k t c u ph c

t p ng th i làm t ng r n ch c khi các công trình có yêu c u c ng đ s m

1.5.2.2 C ch ho t đ ng

C ch ho t đ ng c a ph gia t ng d o là do đ c phân ly trong n c thành các nhóm phân c c m nh các nhóm hyđrocacbon (−

OH), (−COOH), (−CHO) và

g c cacbon còn l i d ng cao phân t phân c c y u Các nhóm phân c c m nh có tác d ng làm dung d ch huy n phù t ng tính linh đ ng còn nhóm cao phân t có s c

c ng b m t kém h n nên h p ph b m t ph gia làm t ng tính nh t Ngoài ra trong chúng t n t i d ng axit lignnosulfuric có tác d ng cu n khí t o ra b t bám xung quanh các h t xi m ng làm gi m di n tích ti p xúc gi a các h t do đó làm gi m l c

r n tr t lên nhau d dàng nh c v i màng n c phân cách có chi u dày nh h n

Khi đó l ng n c tr n dôi ra s làm t ng đ d o h n h p bê tông Ph gia có s c

c ng b m t càng nh thì kh n ng hóa d o càng cao

Hóa d o do hòa tan h t xi m ng, ch ng k t t

C ch hòa tan h t xi m ng c a ph gia siêu d o chia thành hai nhóm:

D a trên l c đ y t nh đi n;

D a trên l c đ y không gian

Hình 1.9 C ch hoá d o c a ph gia hoá h c

Ph gia siêu d o d a trên l c đ y t nh đi n g m có naphthalene sulfonate, melamine sulfonate và amino sulfonate, t t c đ u có nhóm sulfonic trong phân t Khi phân t ph gia bám hút trên b m t các pha r n, các anion có kh n ng b tách

ra kh i nhóm sulfonic m nh h n so v i nhóm carboxy đ a đ n s thay đ i đi n tích

âm c a h t xi m ng (pha r n) Các pha r n trong h n h p bê tông đ u tích đi n âm nên s đ y tách nhau ra d n đ n hi u qu phân tán và hóa d o c a h n h p bê tông

C ch hòa tan d a trên l c đ y không gian (s b trí các nguyên t trong không gian) thu c v các ph gia siêu d o g c polycarboxylate và t t c các ph gia siêu d o có polyme m ch vòng có nhánh ethylene oxide M ch ethylene oxide có

kh n ng gi n c r t t t Nh có l p h p th m nh nên các phân t ph gia t o

đ c màng n c m ng trên b m t các h t xi m ng L p h p th m ng này sinh ra

l c đ y không gian cao

L c đ y t nh đi n và l c đ y không gian cao s làm cho h t xi m ng không dính b t vào mà phân tán và th m đ u n c, các h t tách kh i nhau d dàng và phân tích đ u trong h n h p bê tông

Qua quá trình tìm hi u và nghiên c u h c viên đã n m đ c tình hình nghiên c u và

ng d ng bê tông c ng đ cao trên th gi i và Vi t Nam, bê tông c ng đ cao

có r t nhi u u đi m, tuy nhiên do hi n nay trong tính toán k t c u các công trình

ch a đ a bê tông c ng đ cao vào, v n tính toán theo k t c u c d n đ n giá thành

c a bê tông t ng đáng k

Comment [h1]: k t lun ch ng 1

CH NG 2: V T LI U VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U

2.1 Ph ng pháp nghiên c u:

tài s d ng ph ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m Trong quá trình nghiên c u, đ tài đã s d ng các ph ng pháp thí nghi m phân tích hoá lý, c lý theo tiêu chu n và phi tiêu chu n đ đánh giá, l a ch n nguyên v t

li u và nghiên c u tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông Ngoài ra còn s d ng

ph ng pháp quy ho ch th c nghi m đ nghiên c u nh h ng c a m t s nhân t

đ n các tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông

2.1.1 Các ph ng pháp nghiên c u tính ch t v t li u s d ng

Các ph ng pháp thí nghi m tiêu chu n đ c s d ng đ xác đ nh các tính

ch t k thu t c a v t li u s d ng trong nghiên c u Các nghiên c u này đ c ti n hành nh m thu th p thông tin c n thi t trên c s đó l a ch n nguyên v t li u s

d ng và đánh giá nh h ng c a các nguyên li u thành ph n t i các tính ch t c n quan tâm c a đ i t ng nghiên c u Các thí nghi m đ c s d ng ch y u d a theo tiêu chu n Vi t Nam M t s thí nghi m ch a có trong tiêu chu n Vi t Nam đ c

th c hi n theo tiêu chu n M ASTM Danh m c các thí nghi m theo tiêu chu n s

d ng trong nghiên c u đ c th ng kê trong b ng 2.1

B ng 2.1 Các thí nghi m theo tiêu chu n s d ng nghiên c u tính ch t v t li u

8 Kh i l ng riêng, kh i l ng th tích (tr ng thái khô và tr ng

thái bão hòa), đ hút n c c a c t li u Ph ng pháp th

TCVN 7572-4:06

9 Xác đ nh hàm l ng bùn, b i, sét trong c t li u và hàm l ng

STT Tên thí nghi m Tiêu chu n

12 Xác đ nh hàm l ng h t thoi d t trong c t li u l n Ph ng

2.1.2 Các ph ng pháp nghiên c u tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông

c ng đ cao

Khi nghiên c u các tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông c ng đ cao,

đ tài đã s d ng các ph ng pháp tiêu chu n c a Vi t Nam và n c ngoài Danh

m c các tiêu chu n đ c th ng kê b ng 2.2

B ng 2.2 Các thí nghi m theo tiêu chu n nghiên c u tính ch t c a h n h p bê tông

và bê tông

1 Bê tông n ng úc m u, b o d ng m u bê tông TCVN 3105:93

2 Bê tông n ng Kh i l ng th tích c a h n h p bê tông TCVN 3108:93

3 H n h p bê tông n ng Ph ng pháp th đ s t TCVN 3106:93

4 Bê tông n ng Ph ng pháp xác đ nh c ng đ nén TCVN 3118:93

5 Bê tông n ng Ph ng pháp xác đ nh c ng đ kéo khi u n TCVN 3119:93

6 Ph ng pháp xác đ nh tính ch ng th m c a bê tông TCVN3116:1993 Ngoài ra, đ tài còn s d ng m t s ph ng pháp khác ch a đ c tiêu chu n hóa đ xác đ nh tính công tác c a h n h p bê tông c ng đ cao là:

2.1.2.1 Ph ng pháp quy ho ch th c nghi m

nghiên c u s nh h ng c a các t l v t li u thành ph n đ n tính ch t

c a h n h p bê tông và bê tông c ng đ cao, đ tài đã s d ng ph ng pháp toán quy ho ch th c nghi m đ nghiên c u

N i dung c a quy ho ch th c nghi m là áp d ng các ph ng pháp toán h c,

đ c bi t là ph ng pháp bình ph ng bé nh t, lý thuy t th ng kê toán, và lý thuy t quy ho ch toán h c đ l p các ph ng án thí nghi m nh m thu đ c các s li u c n thi t v m t h th ng nào đó r i x lý các s li u đó đ xây d ng m t mô hình

th ng kê c a h th ng đó có kèm theo các đánh giá v m c đ tin c y c a các k t

qu Trình t ph ng pháp quy ho ch th c nghi m nh sau:[16]

Xác đ nh các bi n kh o sát và kho ng bi n thiên c a chúng cho mô hình quy ho ch

m c T đó rút ra các nh n xét và k t lu n c ng nh các quy lu t nh h ng c a các nhân t đ n hàm m c tiêu

2.1.2.2 Ph ng pháp xác đ nh l ng dùng ph gia siêu d o h p lý cho h n h p

bê tông [12]

N i dung c a ph ng pháp là kh o sát s thay đ i đ ch y loang c a h n

h p cát và ch t k t dính b ng côn tiêu chu n xác đ nh l ng c n n c c a cát S

đ thí nghi m nh hình 2.1

Côn tiêu chu n là hình nón c t có các kích th c: d = 70 mm, D = 100 mm,

h = 60 mm ch y (D) c a bê tông đ c bi u th b ng đ ng kính ch y loang c a

h n h p bê tông ch a đ y trong côn d i tác d ng c a tr ng l c b n thân và đ

nh t c a h n h p bê tông,

2

2

1 D D

( cm)

Hình 2.1: S đ ph ng pháp xác đ nh đ ch y c a v a

Trình t thí nghi m xác đ nh đ ch y loang c a v a nh sau:

Chu n b nguyên v t li u g m: ch t k t dính, cát, n c, PGSD cho m tr n kho ng 300ml và ti n hành tr n v a b ng máy tr n v a Ele ki u hành tinh Quy trình tr n nh sau: cho kho ng 70% l ng n c vào trong c i tr n, sau đó đ cát vào Tr n khô h n h p xi m ng, tro tr u và tro bay ngoài, sau đó đ a vào trong

c i tr n, tr n ch m t (1,5÷2) phút Sau đó hòa n c vào c c ch a PGSD, sao cho

v n còn m t l ng n c nh t đ nh đ tráng c c và đ vào trong c i tr n Ti n hành

tr n thêm t (2÷ 3) phút V a tr n xong đ c đ vào côn đ t trên t m g ch hoa (côn

và t m g ch đã đ c lau m tr c khi đ v a vào), ti p theo dùng th c thép g t

ph ng b ng mi ng côn r i hai tay nh nhàng nh c côn lên theo ph ng th ng đ ng

đ cho v a trong côn ch y loang trên m t viên g ch H n h p v a ch y có d ng hình tròn, t i mép hình tròn không có hi n t ng tách n c Khi h n h p v a ng ng

ch y thì ti n hành đo hai đ ng kính vuông góc nhau, l y giá tr trung bình hai k t

qu này và bi u th đ ch y c a h n h p v a b ng cm

Vi c kh o sát đ ch y và xác đ nh đi m bão hoà ph gia siêu d o b ng cách xét đ ch y đ m b o tính công tác cho bê tông ch t l ng cao (D= 15÷30 cm), hàm

l ng b t khí là ít nh t và quan sát th i đi m xu t hi n hi n t ng tách n c trên b

m t c a h n h p bê tông nh m đ m b o c ng đ c a bê tông sau này

2.1.2.3 Ph ng pháp xác đ nh tính ch t c a h n h p bê tông và bê tông

Các ch tiêu đánh giá nghiên c u h n h p bê tông nh đ l u đ ng, đ d o,

đ tách n c, và kh i l ng th tích h n h p bê tông theo các TCVN hi n hành sau:

B ng 2.3.Ch tiêu th tính ch t h n h p bê tông

1 L y m u, ch t o và b o d ng m u th TCVN 3105-1993

3 Xác đ nh kh i l ng th tích c a h n h p bê tông TCVN 3108-1993 Các ch tiêu đánh giá nghiên c u nh xác đ nh c u trúc đá bê tông, xác đ nh

c ng đ , xác đ nh kh i l ng th tích theo các tiêu chu n TCVN hi n hành

c ng đ nén c a bê tông Cát có nhi m v k t h p v i ph n ch t k t dính t o thành

h n h p v a l p đ y ph n r ng do c t li u l n đ l i, làm ch t và đ ng nh t h n h p

bê tông t o kh n ng nâng cao c ng đ L ng ng m n c c a cát nh h ng tr c

ti p đ n hàm l ng n c tr n bê tông Ch ng h n l ng n c tr n t ng kho ng 2,5 lít n c/m3 c ng có th làm h n h p bê tông b phân t ng Do v y, cát đ c dùng trong bê tông c ng đ cao th ng đ c gi tr ng thái bão hòa b m t (bão hòa

n c) v i m c đích n đ nh l ng n c tr n c a bê tông M t s nghiên c u cho

th y r ng v i bê tông có c ng đ cao hàm l ng ch t k t dính xi m ng và ph gia khoáng ho t tính siêu m n l n Do đó, n u cát có hàm l ng h t nh nhi u s không

có l i cho c ng đ bê tông Hi p h i c t li u qu c gia M đã khuy n cáo, c t li u dùng cho bê tông c ng đ cao nên gi m hàm l ng h t nh (l t sàng 50 và sàng

100 – ASTM C33) đ n m c th p nh t Tuy nhiên, nó v n ph i phù h p v i đ ng bao thành ph n h t nh m duy trì tính công tác t t cho h n h p bê tông M t nghiên

c u khác c ng cho th y, thành ph n h t c a cát c ng không nh h ng nhi u đ n

c ng đ bê tông tu i ít ngày Nh ng tu i dài ngày cát có thành ph n h t liên

t c s cho c ng đ bê tông cao h n so v i cát có thành ph n h t gián đo n

tài s d ng c t li u là cát vàng sông Lô, đây là lo i c t li u ph bi n

th dùng c t li u có c ng đ th ng ch t o bê tông c ng đ cao mi n là c t li u

s d ng tho mãn yêu c u nhà thi t k đ ra S đ ng đ u v kích th c c ng nh