Theo qui hoạch phát triển ngành điện từ năm 2006 đến 2015 ban hành kèm theo quyết định số 1102007QĐTTg ngày 18 tháng 07 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ, 28, đến năm 2015 tổng công suất các nhà máy nhiệt điện đốt than khoảng 35.000 MW, lượng tro, xỉ thải ra khoảng 27 triệu tấn, trong đó trên 75 % là tro, 16. Nếu lượng tro này không được sử dụng sẽ tốn hàng nghìn hecta đất để làm bãi chứa đồng thời gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng loại phế thải này trong bê tông đầm lăn, bê tông thông thường với hàm lượng sử dụng thấp, việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao trong bê tông thông thường chưa được đề cập. Để tăng cường sử dụng tro bay nhiệt điện trong bê tông cần đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao đến các tính năng của bê tông, đặc biệt là nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường sử dụng cho các đập thủy lợi, thủy điện.Một trong những vấn đề của bê tông khối lớn thông thường dùng trong xây dựng các đập thủy lợi, thủy điện là nứt nhiệt do thủy hóa xi măng. Để khống chế hiện tượng này thường sử dụng các biện pháp truyền thống như: làm mát cốt liệu, trộn nước đá, sử dụng hệ thống ống làm mát, sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp và nhất là sử dụng tro bay, puzơlan thiên nhiên,v.v... 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 tàiMục 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 và phạm vi nghiên cứu của đề tàiĐối 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. 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, gồm những nội dung sau: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.4. Phương pháp nghiên cứu của đề tàiTrong 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 tiêu 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. 5. Ý 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. 6. 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.7. Cấu trúc của luận ánLuận án gồm 4 chương, kết kuận, kiến nghị. 80 tài liệu tham khảo và tài liệu tác giả đã công bố. Nội dung chính của luận án được trình bày trong 130 trang với 52 bảng, 27 hình và 3 phụ lục.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 GIỚI1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới1.1.1 Bê tông sử dụng tro bayViệc nghiên cứu bê tông sử dụng tro bay đã được tiến hành từ đầu thập kỷ 20 và đến những năm 80 của thế kỷ 20 mới nghiên cứu bê tông hàm lượng tro bay cao. Một số nghiên cứu gồm ACI 232.2R96 43, A.G. Zokin, 80, N. Bouzoubaâ, 56, N.Raiendran, 72, Hiroshi Uchikawa, 78, Rafat Siddique, 76, L.H. Jiang, V.M. Malhotra, 61, Rafat Siddique, 75, Rawat Bhatta, 59, V. K. Mathur, 66, Somnuk Tangtermsirikul, 77, BSEN 2061:2000, 57, V.M. Malhotra, 65, R.Rivera, R.Dávila, 74, Tarun R. Naik, 69, Arun Kumar Chakraborty, 58, S. Gopalakrishnan, 60, L. Lam, 62, C.S. Poon, 71, P.Kumar Mehta, 68,1.1.2. Bê tông khối lớn sử dụng tro bay1.1.2.1. Khái niệm về bê tông khối lớnCác công trình nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được ứng dụng trong thực tiễn, tuy nhiên theo tác giả cho đến nay các nghiên cứu về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao trên thế giới và ở Việt Nam còn ít xuất hiện, khái niệm về ‘’Bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ chưa thấy xuất hiện trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trên thế giới cũng như ở Việt Nam trừ bê tông đầm lăn.Theo ACI 116R00, 40, bê tông khối lớn có thể tích đủ lớn và yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với sự phát sinh nhiệt do thủy hóa xi măng diễn ra cùng biến đổi thể tích nhằm giảm nứt nhiệt.1.1.2.2. Khái niệm về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay caoBê tông hàm lượng tro bay cao đã được các tác giả V.M. Malhotra, P.Kumar Mehta đề cập. Xuất phát từ mục đích nghiên cứu của đề tài tác giả đề tài đề xuất ‘’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 lựcTS. Đỗ Hồng Hải, 7, và ACI 207.1R96, 41, các tính chất của bê tông khối lớn là cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số Poisson, ứng suất kéo, 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.1.1.2.4. Một số nghiên cứu về bê tông khối lớn sử dụng tro bayCác nghiên cứu về BTKL sử dụng tro bay là ACI 207.1R96, Cengiz Duran Atis, 52, André Bisaillon, Michel Rivest và V.M. Malhotra, 55.1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại bê tông có chứa tro bay ở Việt Nam1.2.1 Bê tông sử dụng tro bayMột số tác giả đã nghiên cứu về ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại (TT) đến tính chất của xi măng và bê tông như: TS. Nguyễn Như Quý 20, ThS. Vũ Hải Nam và cộng sự 14,17, ThS. Vũ Hải Nam và cộng sự, 15, TS. Lương Đức Long và cộng sự, 12. Trong nghiên cứu đã sử dụng tro bay, tro tuyển PL để chế tạo bê tông, các chỉ tiêu nghiên cứu gồm tính công tác, cường độ nén, phản ứng kiềm – silic, bền sunphat. TS. Thái Duy Sâm và cộng sự, 26,TS. Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự, 30, Ths. Trương Thị Thúy và cộng sự, 29, đã nghiên cứu sử dụng TT trong chế tạo bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm, các chỉ tiêu nghiên cứu là điểm bão hòa phụ gia, độ co khô, từ biến, tổn thất độ sụt, khả năng chống thấm, khả năng chống xâm nhập Ion Cl, khả năng chịu mài mòn, nghiên cứu vi cấu trúc vùng giao diện chuyển tiếp. 1.2.2. Bê tông khối lớn sử dụng tro bayTS. Đào Đạt và cộng sự, 5, TS. Hoàng Phó Uyên và cộng sự, 33, Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, 3, Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, 11, TS. Nguyễn Như Quý và cộng sự, 23, GS.TS Nguyễn Tiến Đích, 6, TS. Đỗ Hồng Hải, 7, TS. Lê Quang Hùng và TS. Nguyễn Quang Hiệp, 8,10. Trong nghiên cứu đã chế tạo các cấp phối bê tông sử dụng cho các đập, khả năng giảm nhiệt của bê tông khi sử dụng TT, nghiên cứu về nhiệt trong bê tông khối lớn.Sau khi nghiên cứu các công trình 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 NCKD thấp hơn mà vẫn giữ được tính công tác hoặc với cùng tỷ lệ NCKD 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.•Các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam mới chỉ đề cập đến việc sử dụng tro bay với hàm lượng khá thấp, ứng dụng thực tế chưa nhiều (đập thủy điện Tuyên Quang sử dụng 24 %, đập thủy lợi Tân Giang sử dụng 25 % theo khối lượng chất kết dính). Định hướng nội dung 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 hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao có Dmax = 75,0 mm.6)Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn thông thường.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
Trang 2Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Như Quý
Người hướng dẫn khoa học 2: TS Lương Đức Long
Phản biện 1: GS.TS Dương Đức Tín
Phản biện 2: TS Lê Quang Hùng
Phản biện 3: PGS.TS Cao Duy Tiến
Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tạiTrường Đại học Xây dựng
Vào hồi 14 giờ 30 phút ngày 10 tháng 07 năm 2012
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc Gia
- Thư viện Trường Đại học Xây dựng
Trang 3MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Theo qui hoạch phát triển ngành điện từ năm 2006 đến 2015 ban hành kèmtheo quyết định số 110/2007/QĐ-TTg ngày 18 tháng 07 năm 2007 của Thủtướng Chính phủ, [28], đến năm 2015 tổng công suất các nhà máy nhiệtđiện đốt than khoảng 35.000 MW, lượng tro, xỉ thải ra khoảng 27 triệu tấn,trong đó trên 75 % là tro, [16] Nếu lượng tro này không được sử dụng sẽtốn hàng nghìn hecta đất để làm bãi chứa đồng thời gây ô nhiễm môi trườngnghiêm trọng Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trìnhnghiên cứu sử dụng loại phế thải này trong bê tông đầm lăn, bê tông thôngthường với hàm lượng sử dụng thấp, việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệtđiện với hàm lượng cao trong bê tông thông thường chưa được đề cập Đểtăng cường sử dụng tro bay nhiệt điện trong bê tông cần đặt ra nhiệm vụnghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng tro bay nhiệtđiện với hàm lượng cao đến các tính năng của bê tông, đặc biệt là nghiêncứu sử dụng tro bay hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường sửdụng cho các đập thủy lợi, thủy điện
Một trong những vấn đề của bê tông khối lớn thông thường dùng trong xâydựng các đập thủy lợi, thủy điện là nứt nhiệt do thủy hóa xi măng Đểkhống chế hiện tượng này thường sử dụng các biện pháp truyền thống như:làm mát cốt liệu, trộn nước đá, sử dụng hệ thống ống làm mát, sử dụng ximăng tỏa nhiệt thấp và nhất là sử dụng tro bay, puzơlan thiên nhiên,v.v 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 trotuyển Phả Lại (TT) cho bê tông khối lớn (BTKL) cũng mới chỉ bắt đầu từnhững 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 caotrong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông khối lớn thông thường dùng chođập trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển PhảLại hàm lượng cao đến một số tính chất cơ lý của bê tông khối lớn thôngthường dùng cho đập trọng lực, gồm những nội dung sau:
Trang 41) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một sốtính chất của chất kết dính.
2) Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàmlượng tro tuyển Phả Lại cao
3) Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng trotuyển Phả Lại cao
4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốtliệu 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 lớndựa trên hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm
4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Trong nghiên cứu của đề tài đã tiến hành sử dụng các phương pháp nghiêncứu theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước và trên thế giới đồng thờicũng sử dụng thêm các phương pháp phi tiêu chuẩn khác như:
- Phương pháp xác định độ chảy tỏa của vữa dưới tác dụng của trọng lượngbản 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
5 Ý 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 tươngứng
- Xác lập được tương quan giữa cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàmlượng 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 độđoạn nhiệt trong bê tông khối lớn, khi tăng tỷ lệ thay thế TT thì nhiệt thủyhóa chất kế dính giảm tỷ lệ thuận
- Giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớnbằng cách sử dụng hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt cho phép đưa vào tínhtoán 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 hàmlượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa trong cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồngthời có tính đến nhiệt độ tối đa cho phép của khối đổ
Trang 56 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 bêtông 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 hóachất kết dính giảm tỷ lệ thuận
- Xác lập được qui luật phát triển cường độ của vữa, bê tông tuân theo quiluật logarit thời gian khi sử dụng TT hàm lượng cao với sự hiệu chỉnhtương ứng
- Xác lập được tương quan giữa nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớnvới các tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT khác nhau tuân theo qui luật đườngthẳng
- Đưa ra phương pháp xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt hỗn hợpBTKL qua sàng 37,5 mm giúp giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định cáctính chất của bê tông khối lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kếthành 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 37,5mm
7 Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 4 chương, kết kuận, kiến nghị 80 tài liệu tham khảo và tàiliệu tác giả đã công bố Nội dung chính của luận án được trình bày trong
130 trang với 52 bảng, 27 hình và 3 phụ lục
TÔNG THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới
1.1.1 Bê tông sử dụng tro bay
Việc nghiên cứu bê tông sử dụng tro bay đã được tiến hành từ đầu thập kỷ
20 và đến những năm 80 của thế kỷ 20 mới nghiên cứu bê tông hàm lượngtro bay cao Một số nghiên cứu gồm ACI 232.2R-96 [43], A.G Zokin, [80],
N Bouzoubaâ, [56], N.Raiendran, [72], Hiroshi Uchikawa, [78], RafatSiddique, [76], L.H Jiang, V.M Malhotra, [61], Rafat Siddique, [75],Rawat Bhatta, [59], V K Mathur, [66], Somnuk Tangtermsirikul, [77], BS-
EN 206-1:2000, [57], V.M Malhotra, [65], R.Rivera, R.Dávila, [74], Tarun
R Naik, [69], Arun Kumar Chakraborty, [58], S Gopalakrishnan, [60], L.Lam, [62], C.S Poon, [71], P.Kumar Mehta, [68],
Trang 61.1.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay
1.1.2.1 Khái niệm về bê tông khối lớn
Các công trình nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được ứngdụng trong thực tiễn, tuy nhiên theo tác giả cho đến nay các nghiên cứu về
bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao trên thế giới và ở Việt Nam còn ít
xuất hiện, khái niệm về ‘’Bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ chưa
thấy xuất hiện trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trên thế giới cũngnhư ở Việt Nam trừ bê tông đầm lăn
Theo ACI 116R-00, [40], bê tông khối lớn có thể tích đủ lớn và yêu cầuphải có biện pháp để đối phó với sự phát sinh nhiệt do thủy hóa xi măngdiễn ra cùng biến đổi thể tích nhằm giảm nứt nhiệt
1.1.2.2 Khái niệm về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao
Bê tông hàm lượng tro bay cao đã được các tác giả V.M Malhotra,P.Kumar Mehta đề cập Xuất phát từ mục đích nghiên cứu của đề tài tác giả
đề tài đề xuất ‘’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 thểtích chất kết dính
1.1.2.3 Tính chất của bê tông khối lớn cho đập trọng lực
TS Đỗ Hồng Hải, [7], và ACI 207.1R-96, [41], các tính chất của bê tôngkhối lớn là cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số Poisson, ứngsuất kéo, từ biến, co khô, tăng nhiệt độ đoạn nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt, nhiệtdung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt, tính thấm và độ bền.1.1.2.4 Một số nghiên cứu về bê tông khối lớn sử dụng tro bay
Các nghiên cứu về BTKL sử dụng tro bay là ACI 207.1R-96, Cengiz DuranAtis, [52], André Bisaillon, Michel Rivest và V.M Malhotra, [55]
1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại bê tông có chứa tro bay ở Việt Nam
1.2.1 Bê tông sử dụng tro bay
Một số tác giả đã nghiên cứu về ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại (TT) đếntính chất của xi măng và bê tông như: TS Nguyễn Như Quý [20], ThS VũHải Nam và cộng sự [14[,[17], ThS Vũ Hải Nam và cộng sự, [15], TS.Lương Đức Long và cộng sự, [12] Trong nghiên cứu đã sử dụng tro bay,tro tuyển PL để chế tạo bê tông, các chỉ tiêu nghiên cứu gồm tính công tác,cường độ nén, phản ứng kiềm – silic, bền sunphat
TS Thái Duy Sâm và cộng sự, [26], TS Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự,[30], Ths Trương Thị Thúy và cộng sự, [29], đã nghiên cứu sử dụng TTtrong chế tạo bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm, các chỉ tiêu nghiêncứu là điểm bão hòa phụ gia, độ co khô, từ biến, tổn thất độ sụt, khả năngchống thấm, khả năng chống xâm nhập Ion Cl-, khả năng chịu mài mòn,nghiên cứu vi cấu trúc vùng giao diện chuyển tiếp
Trang 71.2.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay
TS Đào Đạt và cộng sự, [5], TS Hoàng Phó Uyên và cộng sự, [33], Công
ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [3], Công ty Tư vấn Xâydựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [11], TS Nguyễn Như Quý và cộng sự,[23], GS.TS Nguyễn Tiến Đích, [6], TS Đỗ Hồng Hải, [7], TS Lê QuangHùng và TS Nguyễn Quang Hiệp, [8],[10] Trong nghiên cứu đã chế tạocác cấp phối bê tông sử dụng cho các đập, khả năng giảm nhiệt của bê tôngkhi sử dụng TT, nghiên cứu về nhiệt trong bê tông khối lớn
Sau khi nghiên cứu các công trình đã công bố về ảnh hưởng của tro bay đếncác tính chất của vữa, bê tông, bê tông khối lớn trên thế giới và trong nước
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 liệuxây dựng hiện nay
Khi có mặt tro bay trong BTKL thì sự phát triển nhiệt thủy hóa chậm vàthấp hơn nhiều so với mẫu bê tông không sử dụng tro bay, điều này phùhợp với công tác thi công BTKL vì sẽ hạn chế được các vết nứt do ứngsuất nhiệt và có thể tính toán bố trí khối đổ lớn hơn, tạo điều kiện tăngtiến độ thi công Nhiệt độ tỏa ra trong bê tông tỷ lệ nghịch với hàm lượngtro bay trong khối đổ, tuy nhiên qui luật phụ thuộc giữa chúng chưa rõràng
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 bêtông vẫn có cường độ tương đương bê tông không sử dụng tro bay Docông 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 đóviệc ứng dụng tro bay vào BTKL sử dụng cho các công trình này là rấtkhả thi
Khi sử dụng tro bay thì lượng nước nhào trộn của bê tông giảm, điều nàytạo cơ sở cho thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông với tỷ lệ N/CKD thấphơn mà vẫn giữ được tính công tác hoặc với cùng tỷ lệ N/CKD như bêtông không sử dụng tro bay nhưng khi đó hỗn hợp bê tông sẽ có tính côngtác tốt hơn Việc đưa ra chỉ dẫn thiết kế thành phần BTKL khi sử dụng trobay khi xét đến hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm chưađược đề cập
Trang 8 Các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam mới chỉ đề cập đến việc sử dụngtro bay với hàm lượng khá thấp, ứng dụng thực tế chưa nhiều (đập thủyđiện Tuyên Quang sử dụng 24 %, đập thủy lợi Tân Giang sử dụng 25 %theo khối lượng chất kết dính)
Định hướng nội dung nghiên cứu của đề tài:
1) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một sốtính chất của chất kết dính
2) Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàmlượng tro tuyển Phả Lại cao
3) Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng trotuyển Phả Lại cao
4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốtliệu 75,0 mm bằng sàng 37,5 mm
5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn hàmlượng tro tuyển Phả Lại cao có Dmax = 75,0 mm
6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớnthông thường
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
2.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
2.1.4 Cốt liệu nhỏ
Cốt liệu nhỏ sử dụng cho nghiên cứu của đề tài là cát vàng Sông Lô Cácchỉ tiêu chất lượng của cát vàng Sông Lô thỏa mãn yêu cầu theo ASTMC33
2.1.5 Phụ gia dẻo hóa Lignosunphonat
Trong nghiên cứu đề tài sử dụng phụ gia giảm nước kéo dài thời gian đôngkết gốc Lignosunfonat (Plastiment 96) Chất lượng của phụ gia Plastiment
96 thỏa mãn loại D theo ASTM C494, [49]
Trang 92.2 Các Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp xác định độ chảy của vữa
Phương pháp thí nghiệm độ chảy của vữa được tiến hành trên dụng cụ hìnhnón cụt theo tiêu chuẩn ASTM C230, [48], kích thước D1=70 mm, D2=100
mm, h=60 mm
2.2.2 Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối
Trong nghiên cứu của đề tài sử dụng phương pháp thay thế xi măng bằng
TT theo thể tích
2.2.3 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm
2.2.4 Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa
Trong phương pháp sàng ướt để xác định hệ số tổn thất vữa thì khi ta sàngướt loại bỏ lượng cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồng thời có một lượng vữabám dính vào, do vậy cần tiến hành thí nghiệm để xác định lượng vữa bámdính này để làm cơ sở cho việc tính toán thành phần BTKL
2.2.5 Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông
Mục đích của phương pháp đo nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông để xác địnhnhiệt độ thủy hóa lớn nhất do quá trình thủy hóa của chất kết dính tạo ra, từ
đó có biện pháp khống chế chênh lệch nhiệt độ giữa tâm khối đổ và nhiệt
độ môi trường nằm trong phạm vi cho phép nhằm không gây nứt nhiệt cho
do thay đổi thể tích tuyệt đối của bột mịn
Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn kết hợp phương phápqui hoạch thực nghiệm cho phép giảm số lượng mẫu thí nghiệm trongnghiên cứu xác định qui luật phát triển cường độ của bê tông khối lớn sửdụng TT hàm lượng cao khi thay đổi tỷ lệ N/CKD; TT/CKD; hệ số dưvữa
Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa khi bám dính vào cốtliệu lớn hơn 37,5 mm mm cho phép giảm nhẹ công tác chuẩn bị mẫu thử
từ bê tông có Dmax lớn hơn 37,5 mm
Phương pháp xác định nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông cho biết khả nănggiảm nhiệt thủy hóa của bê tông khi thay thế một phần xi măng bằng TT,
Trang 10đồng thời cho biết lượng dùng chất kết dính đảm bảo giảm nhiệt độ đoạnnhiệt của bê tông khối lớn cần thiết trong khi giảm cường độ bê tông ởmức cho phép.
Chương 3: NGHIÊN 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 THÔNG THƯỜNG.
3.1 Ảnh hưởng của TT đến tính chất của chất kết dính hỗn hợp xi măng – tro tuyển
Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của chất kếtdính được thể hiện trong bảng 3-1
Bảng 3-1 Ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của CKD
ở các tỷ lệ thay thế TT so với mẫu đối chứng không cao Đến tuổi 28 ngày
hệ số này tăng dần và đến tuổi 90 ngày ở tỷ lệ thay thế TT 10% hệ số tăngcường độ cao hơn mẫu đối chứng Nhiệt thủy hóa giảm tương ứng với tỷ lệdùng tro tuyển
3.2 Ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của vữa trong bê tông khối lớn thông thường
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.
3.2.1.1 Một số qui luật chi phối tính chất của vữa và bê tông trong nghiêncứu
Trang 11Độ chảy của vữa xi măng-cát xác định qua độ chảy của nhớt kế Sutttardcũng thay đổi tỷ lệ nghịch với tỷ lệ C/XM (C/CKD) Liên hệ này tuân theoquy luật đường thẳng:
fx = a.x + b (3.6)Trong đó : fx- là độ chảy của vữa;
x- là tỷ lệ C/XM (C/CKD);
a, b - là hằng số
Mặt khác thì tỷ lệ C/XM (C/CKD) có liên hệ trực tiếp với hệ số dư hồ
và tuân theo quy luật Hyperbol:
Áp dụng trong đề tài nghiên cứu:
(3.7) Trong đó: - là hệ số dư hồ;
N/CKD - là tỷ lệ nước/chất kết dính;
rc- là độ rỗng của cát ở trạng thái chọc chặt;
- là khối lượng thể tích của cát ở trạng thái chọc chặt;
CKD - là khối lượng riêng của chất kết dính được tính như sau:
3.2.1.2 Một số kết qủa nghiên cứu thăm dò trên vữa
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD và tỷ lệ C/CKDđến hệ số dư hồ trên các mẫu vữa có tỷ lệ N/CKD = 0.61.0; tỷ lệTT/CKD =50% theo thể tích và khảo sát tỷ lệ C/CKD =1.24.2
Kết quả tương quan giữa độ chảy và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay đổi hình3-4 và hình 3-5
190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
CKD C r CKD N
c o c CKD
c
0
Trang 12Hình 3-4 Đồ thị tương quan giữa hệ số
và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay đổi chảy và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thayHình 3-5 Đồ thị tương quan giữa độ
đổi
3.2.2 Kết quả thí nghiệm trên mẫu vữa
3.2.2.1 Khoảng biến thiên trong qui hoạch thực nghiệm trên mẫu vữa
Từ các thí nghiệm khảo sát trên, trong nghiên cứu của đề tài chọn khoảngbiến thiên của các biến trong quy hoạch thực nghiệm như sau:
Hệ số dư hồ = 1,652,02; thay thế tại tâm là =1,835; ỏ = 0,185(Biến X3)
Tỷ lệ N/CKD =0,6530,797 Tỷ lệ tại tâm là N/CKDo = 0,725; N/CKD = 0,072 (Biến X1)
Hàm lượng tro tuyển thay thế theo thể tích từ 38,44%61,56%, thay thếtại tâm là TT/CKD0 =50%, TT/CKD =11,56 (Biến X2)
Sự phân bố của các điểm thực nghiệm trong không gian nhân tố của kếhoạch thí nghiệm được mô tả trên hình 3-6
1
3 4
2
14 13
9 17
16 18 19 8 12
15
7 10 11
R7 = 7,7 – 1,18X1 – 1,54X2 + 0,63X1X2 + 0,43X1X3 + 0,75X2X3 – 0,56X2 –0,14X3 (3.12)
R28 = 13,06 – 1,81X1 – 2,42X2 + 0,61X1X2 + 1,19X2X3 – 0,37X1 – 0,9X2 –0,48X3 (3.13)
Trang 13Để nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của mẫu vữa sử dụng hàmlượng TT cao, đề tài nghiên cứu trên 2 mẫu M9, M12 có cùng tỷ lệ N/CKD,
hệ số dư hồ khác nhau về tỷ lệ sử dụng TT Kết quả được nêu trong hình 7
3-0 5 10 15 20 25
Với mẫu 50% tro tuyển Phả Lại:
Từ kết quả trên có thể kết luận với độ chính xác tương đối, để tính toán xácđịnh cường độ vữa khi sử dụng hàm lượng TT cao có thể dựa vào công thứcsau:
(3.18)
Từ công thức trên cho phép ta có thể biết trước được cường độ nén của vữa
ở các tuổi dài ngày khi biết trước được cường độ nén ở các tuổi ngắn ngày
3.3 Ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến một số tính chất của bê tông khối lớn thông thường
3.3.1 Khoảng biến thiên trong qui hoạch thực nghiệm trên mẫu bê tông
Hệ số dư vữa õ = 1.732.03, thay thế tại tâm: = 1.88; = 0.15 (Biến
X3)
186 , 0 3 , 6 6 , 1 ) (a
Lg
184 , 0 3 , 10 9 , 1 ) (a
Lg
2,0)(
2,0)(
m Lg
n Lg R
R m v
n v
0
Trang 14Tỷ lệ , Đảm bảo giá trị cánh tay đòn trong ma trận thínghiệm có tỷ lệ N/CKD từ 0,6 đến 0,85 (Biến X1).
Tỷ lệ TT/CKD thay thế xi măng từ 38,44 % đến 61,56 % theo thể tích Đảmbảo giá trị cánh tay đòn trong ma trận thí nghiệm có tỷ lệ TT/CKD từ3070% (Biến X2)
3.3.2 Kết quả cường độ nén của bê tông nghiên cứu
Từ kết quả thí nghiệm xác định cường độ nén đề tài xác định được mốitương quan giữa cường độ nén của bê tông ở các ngày tuổi với các biến mã,như sau:
R7 = 11,12 - 0,98X1 - 1,32X2 - 0,32X3 - 0,33X1X3 + 0,19X (3.23)
R14= 13,84 - 1,17X1 - 1,87X2 - 0,29X3 + 0,32X + 0,43X - 0,51X1X3 (3.24)
R28= 16,22 - 1,58X1 - 1,8X2 - 0,38X3 + 0,75X + 0,58X - 0,12X (3.25)
R56= 21,26 - 2,14X1 - 2,37X2 + 0,36X3 - 0,67X + 0,35X - 0,15X - 0,66X2X3 - 0,79X1X2X3 (3.26)
R90= 24,66 - 2,16X1 - 2,18X2 - 1,11X - 0,49X - 0,58X - 0,46X2X3 0,79X1X2X3 (3.27)
797.0653
