CHUYÊN ĐỀ MÔN VẬT LIỆU MỚI, LỚP CAO HỌC CẦU HẦM

+ Được dùng làm phụ gia bê tông sẽ làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,5 – 2 lần; làm tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lổ dễ dàng; “khử vôi tự do CaO” trong xi măng khoả

CHUYÊN ĐỀ MÔN VẬT LIỆU MỚI

CHUYÊN ĐỀ 1:: Anh (Chị) hãy trình bầy về một loại chất thải có khả năng được

tận dụng trong XD gồm vai trò, đặc tính, ý nghĩa và cách sử dụng.

Em xin trình bày về chất thải tro bay sử dụng cho bê tông trong xây dụng:

1 Vai trò của tro bay:

Tro bay là một loại “puzzolan nhân tạo” bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 (chiếm khoảng 84%)… là những tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 0,05 – 50 nanomet (1 nanomet = 1x10-9m) tỉ diện 300 – 600m2/kg

Khói, bụi, tro… ở các nhà máy nhiệt điện thải ra làm ô nhiễm một khu vực rộng lớn, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Trước đây tro bay được xem là

“rác độc hại” nay đã có giải pháp thu hồi và đưa vào sử dụng, rõ ràng là tiến bộ kỹ thuật đã “biến rác thải thành vàng” Ngày nay tro bay được sử dụng rất hiệu quả trong ngành vật liệu xây dựng

+ Được dùng làm phụ gia bê tông sẽ làm tăng cường độ bê tông lên từ 1,5 – 2 lần; làm tăng độ nhớt của vữa giúp bê tông chui vào các khe lổ dễ dàng; “khử vôi tự

do CaO” trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng

bê tông trong môi trường nước

+ Đặc biệt, trong việc đổ những khối bê tông cực lớn ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay, ta có thể đổ bê tông gián đoạn mà không phải đổ liên tục như bê tông thường

+ Bê tông sử dụng tro bay có thể khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 30%, giảm 10% nước trộn bê tông

+ Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sulfat, phụ gia cho bê tông tự đầm đối với công trình đòi hỏi chịu lực cao Với vữa trát tường có thể thay thế 30 – 35% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm

+ Sản xuất gạch blok (gạch không nung) có sử dụng tro bay còn có thể giảm lượng xi măng nhiều hơn nữa Đặc biệt là trong công nghệ bê tông đầm lăn “không thể thiếu phụ gia tro bay”

+ Bê tông sử dụng phụ gia tro bay sẽ tạo nên “bê tông bền sulfat” chịu được chua, mặn, tăng độ bền của cốt thép…

2 Đặc tính của tro bay:

a) Tính chất vật lý:

- Hình thái: Tro bay là phân tử khối cầu thủy tinh

- Mật độ: 1.9 ~ 2.3 (Chiếm khoảng 65% trọng lượng riêng của xi măng)

- Kích thước phân tử: 1.0 ~ 120/μm (Bình quân kích thước đầu vào: 20 ~ 30/μm)

- Độ mịn: 2400 ~ 4000 cm2/g (Độ mịn Blaine)

- Thành phần vật lý:

Chỉ số hoạt tính cường độ %

-b) Tính chất hoá học:

- Thành phần chính: SiO2, Al2O3, Fe2O3

- Tính chất: Alkali

- Các tính chất khác: Hoạt tính Pozzolan (Phản ứng Pozzolan: Là hiện tượng xảy

ra khi xi măng đông đặc thành bê tông, một phần vôi tự do không được phản ứng còn sót lại sẽ kết hợp với nước và thành phần chính của tro bay là Silica gây nên phản ứng chậm, có tác dụng làm tăng cường độ của xi măng kể từ sau 28 ngày)

- Thành phần hóa học:

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3, min% 50 70 - -

Tro bay ảnh hưởng đối với hầu hết các tính chất của bê tông

Ảnh hưởng xấu của hàm lượng than chưa cháy chủ yếu là tăng lượng nước cần thiết, tạo ra những hạt thô trong tro bay và giảm lượng khí trong hỗn hợp

bê tông;

Tro bay loại C nói chung tốt hơn tro bay loại F, riêng về chống Sunfat có kém hơn, ở nước ta hiện nay mới chỉ dùng tro bay Phả Lại thuộc loại F

3 Ý nghĩa của việc sử dụng tro bay:

Việc tận dụng chất thải tro bay có ý nghĩa cực kỳ to lớn: một là ngành xây dựng có phụ gia khoáng hoạt tính pha vào xi măng và bê tông để cải thiện tính chất của nó theo hướng mong muốn giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh cho sản phẩm, hai là nhà máy nhiệt điện có thêm lợi ích và ba là sẽ góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường do phế thải của nhà máy nhiệt điện

4 Cách sử dụng tro bay:

+ Sử dụng tro bay sản xuất bê tông polyme:

+ Trong công nghiệp xi măng, tro thô được dùng để thay thế đất sét, một trong những nguyên liệu chính để chế tạo xi măng, vì tro có thành phần hóa học gần như tương tự đất sét

+ Với vữa trát tường có thể thay thế 30 – 35% xi măng bằng tro bay sẽ tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm

+ Bê tông xi măng sử dụng phụ gia bột Grace BC100 kết hợp với tro bay để sản xuất cống hộp, cống tròn (là một loại bê tông khô); giải pháp đã tiết kiệm xi măng hơn 40%; kết cấu bê tông chắc hơn từ đó giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm chi phí sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh

+ Sử dụng kết hợp chất phế thải tro bay của nhà máy nhiệt điện và chất phụ gia để sản xuất xi măng sợi không amiăng

Một số lưu ý khi sử dung tro bay:

- Tro bay có hàm lượng MKN và hàm lượng SO3 lớn Vì vậy để sử dụng tro bay làm phụ gia cho xi măng và bê tông cần phải xử lý để làm giảm hàm lượng MKN và giảm tác dụng xấu của hàm lượng SO3 Nếu sử dụng tro bay làm cốt liệu mịn chế tạo gạch và bê tông thì không cần xử lý giảm hàm lượng MKN

- Tro đáy có hàm lượng CaOtd và SO3 tương đối lớn và hàm lượng MKN nhỏ Vì vậy chỉ với tác dụng ủ ẩm đã có thể giảm tác động bất lợi của hai nhân tố này đến tính chất của xi măng và bê tông Tro đáy có hoạt tính cường độ cao, có

hoạt tính puzolannic lớn, đặc biệt cũng dễ nghiền và tuỳ theo lượng SO3 trong tro đáy mà có thể không cần sử dụng thạch cao khi sử dụng nó làm phụ gia cho

xi măng Có thể xử lý và sử dụng tro đáy làm phụ gia cho xi măng và bê tông

- Khi sử dụng tro bay đã qua xử lý làm phụ gia cho xi măng thì lượng nước yêu cầu, thời gian đông kết của xi măng tăng Cường độ của xi măng có sử dụng tro giảm đồng biến với việc tăng hàm lượng tro trong xi măng

- Có thể sử dụng đến 20% tro bay hoặc đến 40% tro đáy trong xi măng mà hỗn hợp xi măng – tro vẫn có độ nở thử theo ASTM C1038 đạt yêu cầu Tuy nhiên, do cường độ xi măng giảm khi tăng lượng dùng tro, nên cần chú ý lựa chọn chất lượng clinker để cường độ của hỗn hợp xi măng – tro đạt yêu cầu đặt ra

- Khi sử dụng tro làm phụ gia, có thể không cần dùng thạch cao điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng (cần thí nghiệm cho những trường hợp cụ thể)

CHUYÊN ĐỀ 2: Anh (Chị) hãy trình bày về một loại bê tông (Không truyền thống)

được sử dụng trong XD gồm khái niệm, thành phần, đặc tính, phạm vi áp dụng, tác động đến môi trường và phương pháp thi công.

Em xin trình bày về Bê tông tự đầm:

1 Khái niệm:

Bê tông tự đầm là bê tông có độ linh động tuyệt cao, có thể tự chảy dưới tác dụng của trọng lượng bản thân để lấp đầy hoàn toàn ván khuôn ngay cả khi có mật

độ bố trí cốt thép dày đặc mà không cần đầm rung Đồng thời các thành phần bê tông vẫn giữ nguyên tính đồng nhất trong suốt quá trình vận chuyển và thi công

2 Thành phần:

Nguyên vật liệu để chế tạo bê tông tự đầm gồm xi măng, phụ gia mịn làm đầy, cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn và phụ gia siêu dẻo Chất lượng của bê tông tự đầm phụ thuộc vào chất lượng của các nguyên vật liệu thành phần Hiện nay, nguồn nguyên liệu để chế tạo bê tông ở nước ta rất phong phú Ðể sử dụng chúng một cách hiệu quả, vật liệu trước khi sử dụng cần được lựa chọn và kiểm tra chất lượng Ngoài yêu cầu chất lượng của vật liệu sử dụng cho bê tông thường, trong chế tạo bê tông tự đầm một số chỉ tiêu về vật liệu được yêu cầu ở mức cao hơn

+ Một số chỉ tiêu kỹ thuật đối với vật liệu chế tạo bê tông tự đầm

TT Tên vật liệu Chỉ tiêu kỹ thuật

3 Cốt liệu nhỏ

Mô đun độ lớn 2.6÷3.3

4 Cốt liệu lớn

Thành phần hạt

5 Phụ gia siêu dẻo Cùng loại lô Không sai số

a) Xi măng

Hiện nay, các loại xi măng thông dụng dùng trong bê tông tự đầm là xi măng poóc lăng thông thường, xi măng giàu belite (thành phần C2S = 40-70%), xi măng toả nhiệt thấp có thành phần C3A và C4AF nhỏ Ðặc biệt việc dùng xi măng có thành phần khoáng C3A và C4AF nhỏ trong chế tạo bê tông tự đầm sẽ cho hiệu quả ảnh hưởng phân tán của phụ gia cao

Hàm lượng xi măng được xác định tuỳ thuộc vào các tính chất của bê tông tự đầm yêu cầu, tuỳ thuộc vào hàm lượng hạt mịn cũng như kích cỡ lớn nhất của cốt liệu thô

b) Phụ gia mịn

Trong bê tông tự đầm việc sử dụng phụ gia khoáng có hàm lượng hạt mịn (bột) lớn làm tăng độ nhớt dẻo

của vữa xi măng

Bột khoáng mịn, gồm loại hoạt tính và trơ có nguồn gốc từ thiên nhiên và nhân tạo có cấu tạo hình cầu, dễ phân tán, có nhiều chủng loại như silicafume, tro bay nhiệt điện, xỉ lò cao, bột đá vôi, tro trấu; có tác dụng bao bọc các hạt cốt liệu và làm giảm tương tác giữa các hạt, góp phần làm tăng độ linh động của hỗn hợp bê tông tự đầm

Phụ gia khoáng mịn sử dụng trong chế tạo bê tông tự đầm

• Bột đá vôi: bột của đá vôi nghiền mịn, thành phần chủ yếu là CaCO3 Bột

đá vôi có rất ít hoạt tính trong vai trò chất kết dính Vì vậy nó cũng có thể được xem

là phụ gia trơ hay là thành phần mịn trong bê tông

• Tro nhiệt điện là sản phẩm phụ được thu gom lại thành hỗn hợp vật liệu sau khi đốt than ăngtraxit và than đá tại các nhà máy điện Chúng ở dạng bột có kích thước nhỏ hơn 0,3 mm với khối lượng riêng dao động từ 2,2 ÷ 2,8 g/cm3, khối lượng thể tích xốp khoảng 500÷1000 kg/m3

Ðối với bê tông tự đầm, tro là vật liệu mịn có tính puzơlanic và được đưa thêm vào

để cải thiện tính chất của bê tông

• Xỉ lò cao là loại xỉ thu được khi luyện gang và được làm nguội nhanh để tạo thành dạng hạt pha thuỷ tinh Xỉ lò cao nghiền mịn là chất độn mịn có tiềm năng thuỷ hoá Xỉ lò cao nghiền mịn có thể thêm vào bê tông tự đầm để cải thiện tính chất lưu biến

• Mêta cao lanh là loại phụ gia khoáng với hàm lượng SiO2 + Al2O3 > 90% Meta cao lanh là sản phẩm trung gian của quá trình hình thành mulít từ kaolinít dưới tác dụng của nhiệt độ cao (700-900oC) Sau khi gia công nghiền mịn, có thể sử dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính cho bê tông nhằm cải thiện tính công tác của hỗn hợp

bê tông cũng như làm tăng độ đặc chắc cho bê tông đã đóng rắn

• Tro trấu: là sản phẩm thu được từ quá trình đốt cháy trấu Tro trấu có hàm lượng SiO2 > 85% Sau khi nghiền mịn, cũng như mêta cao lanh, tro trấu có thể sử dụng làm phụ gia cho bê tông Tro trấu cải thiện tính chất của bê tông theo 2 cách: phản ứng với hydroxyt can xi trong bê tông làm tăng số lượng thành phần gel hydrosilicat canxi và lấp đầy khoảng trống giữa các hạt xi măng Ðộ đặc chắc của bê tông được nâng cao

• Silicafume là vật liệu rất mịn, chứa oxit silic vô định hình (85-98%), thu được của quá trình sản xuất xilic và hợp kim silic bằng hồ quang Do có bề mặt hấp phụ lớn nên silicafume có khả năng giữ nước tốt trong hỗn hợp bê tông, cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông Ngoài ra, silicafume còn tham gia phản ứng với các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng cùng với thành phần hạt siêu mịn sẽ lấp đầy các

lỗ rỗng giữa thành phần xi măng làm tăng cường độ, tăng độ đặc chắc cho đá xi măng

c) Phụ gia siêu dẻo

Trong chế tạo bê tông tự đầm, người ta thường sử dụng hai loại phụ gia siêu dẻo: Phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao (30-40% nước trộn) và phụ gia siêu dẻo giảm nước mức độ cao cuốn khí Yêu cầu đối với phụ gia siêu dẻo dùng cho bê tông tự đầm ngoài việc tăng độ chảy của hỗn hợp bê tông còn phải có khả năng duy trì tính công tác theo thời gian Phụ gia cho bê tông tự đầm phải là loại phụ gia đảm bảo có đồng thời hai tính chất, đó là giảm lượng nước trộn xuống tới mức tối thiểu giữ cho hỗn hợp bê tông tự đầm có độ linh động cao ( đường kính chẩy xòe của hỗn hợp bê tông từ 68 ÷ 70 cm ) nhưng không được gây ra sự phân tầng tách nước Các phụ gia cho BTTL thường được sản xuất từ một trong các gốc : Napthalene sulfonat, Melamin sulfonat, polycarboxylate và Amino sulfonat… Hiện nay, phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate cho khả năng duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông tự đầm cao hơn so với các loại phụ gia khác Hay phụ gia SikaViscocrete là loại đặc biệt dùng cho bê tông tự đầm

d) Cốt liệu nhỏ:

Cốt liệu nhỏ dùng trong bê tông tự đầm là các loại cát thạch anh dùng cho bê tông thông thường với mô đun độ lớn 2,6 - 3,3 Bất kỳ một sự thay đổi lượng nước nào cũng ảnh hưởng đến khả năng phân tầng hay tách nước Vì vậy lượng nước trong cát hay độ ẩm của cát trong quá trình sản xuất phải được giữ ổn định Ðộ ẩm của cát sử dụng tương tự như khi thí nghiệm

e) Cốt liệu lớn:

Trong bê tông thường cốt liệu lớn chiếm tỷ lệ 0,37-0,47% thể tích và đóng một vai trò quan trọng đối với chất lượng của bê tông Tuy nhiên trong bê tông tự đầm, để đảm bảo tính chất tự đầm, hàm lượng cốt liệu lớn được dùng ít hơn so với

bê tông thường Khả năng tự chảy, tự đầm của bê tông tự đầm phụ thuộc vào kích thước và hàm lượng cốt liệu lớn trong thành phần bê tông Hình 3 minh họa sự ảnh hưởng của kích thước lớn nhất của cốt liệu tới khả năng chảy qua các thanh cốt thép của hỗn hợp bê tông Khả năng chảy sẽ không đạt được khi kích thước hạt lớn nhất tăng lên quá mức cho phép Cũng giống như cát dùng cho bê tông tự đầm, đá dăm khi sử dụng chế tạo bê tông tự đầm được giữ ở trạng thái bão hoà khô bề mặt nhằm tránh thay đổi lượng nước trộn cho bê tông

f) Hàm lượng nước:

Hàm lượng nước trong bê tông tự đầm ảnh hưởng lớn đến đặc trưng chất lượng của bê tông khi hoá cứng như: cường độ cuối cùng, độ rỗng xốp,v.v Lượng nước trộn trong bê tông tự đầm ( N/CKD ) chỉ nằm trong khoảng từ 0,3÷ 0,4 tùy theo mác bê tông tự đầm do yêu cầu của thiết kế; Nói chung lượng nước trong loại

bê tông có chất lượng thấp và dưới trung bình là vào khoảng 200 lít/m3 bê tông, còn loại bê tông có chất lượn trung bình vào khoảng 180-200 lít/m3 bê tông Bê tông chất lượng cao phải có lượng nước ít hơn 180 lít/m3 bê tông

3 Đặc điểm bê tông tự đầm:

Bê tông tự đầm cũng giống như bê tông thông thường được chế tạo từ các vật liệu cấu thành như chất kết dính xi măng, cốt liệu, nước và phụ gia Sự khác nhau cơ bản trong công nghệ thi công bê tông tự đầm là không có công đoạn tạo chấn động lèn chặt bê tông Ðể làm đầy cốp pha bằng trọng lượng bản thân nó,

bê tông tự đầm cần đạt khả năng chảy cao đồng thời không bị phân tầng Vì vậy đặc trưng cơ bản của loại bê tông này là sự cân bằng giữa độ chảy và sự không phân tầng của hỗn hợp bê tông Ðạt được điều này, bê tông tự đầm cần có các yêu cầu sau:

- Sử dụng phụ gia siêu dẻo để đạt khả năng chảy dẻo cao của hỗn hợp bê tông;

- Sử dụng hàm lượng lớn phụ gia mịn để tăng độ linh động của vữa xi măng;

- Hàm lượng cốt liệu lớn trong bê tông ít hơn so với bê tông thông thường Ngoài các đặc tính cơ bản nói trên, đặc tính chế tạo và thi công của bê tông tự đầm cũng khác so với bê tông thường như sau:

- Sự bắt đầu và kết thúc ninh kết của bê tông tự đầm có khuynh hướng chậm hơn so với bê tông thường

- Khả năng bơm của bê tông tự đầm cao hơn so với bê tông thường

- Do sự nhạy cảm lớn dẫn đến dao động chất lượng và sự cố trong khi trộn của vật liệu nên bê tông tự đầm có yêu cầu về kiểm tra chất lượng, kiểm tra sản xuất và kiểm tra thi công khắt khe hơn bê tông thường

- Do không thực hiện việc rung động làm chặt, yêu cầu quan tâm đến thời gian duy trì chất lượng cũng như độ chảy lớn hơn bê tông thường

- Thi công nhanh, giảm chi phí hoàn thiện bề mặt, giảm chi phí nhân công, thiết bị

- Dễ dàng lấp đầy ván khuôn hẹp, cho phép chế tạo những cấu kiện mỏng cho nên giảm lượng bê tông

- Bề mặt đồng nhất và phẳng

- Không cần đầm rung giảm khả năng bị thấm nước, tăng sức kháng thâm nhập của Clo, giảm mức độ cacbonát hóa và những ảnh hưởng khắc nghiệt khác

- Tăng tuổi thọ công trình

Bê tông tự đầm có 3 loại chính:

+ Bê tông tự đầm dựa trên hiệu ứng của bột mịn, độ linh động và tính năng không phân tầng của hỗn hợp bê tông đạt được bằng cách điều chỉnh phù hợp tỷ

lệ N/B [nước/bột ( xi măng và phụ gia khoáng mịn )];

+ Bê tông tự đầm sử dụng phụ gia để điều chỉnh độ linh động , đó là loại bê tông sử dụng phụ giaVMA ( Viscosity Modifying Admixture ) để cho hỗn hợp bê tông có độ linh động tốt nhưng không bị phân tầng tách nước;

+ Bê tông tự đầm sử dụng hỗn hợp cả hai hiệu ứng là bột mịn và phụ gia điều chỉnh độ linh động

4 Phạm vi áp dụng:

Lĩnh vực sử dụng của bê tông tự đầm có thể bao gồm: các kết cấu đổ tại chỗ; các bộ phận của đường hầm; trụ cầu; các cấu kiện đúc sẵn; cột; tường; bê tông bên ngoài; thi công bê tông khối lượng lớn; vị trí cốt thép dày đặc, vị trí góc cạnh của công trình

Hiện nay, tốc độ xây dựng Việt nam đang phát triển mạnh mẽ Các ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp, thuỷ lợi, cầu đường được mở rộng cùng với sự thiết kế đa dạng, phong phú trong đó có nhiều dạng kết cấu mà ở đó việc đầm bê tông rất khó thực hiện Có thể kể tới như cọc khoan nhồi, cấu kiện có chiều cao lớn, cấu kiện có mật độ cốt thép dày, cấu kiện có hình dạng phức tạp nhiều góc cạnh Việc sử dụng loại bê tông với đặc tính tự đầm chặt trong các trường hợp này cho hiệu quả đặc biệt cao Ngoài ra, khi bê tông tự đầm được sử dụng trong thi công các công trình trong các khu đô thị hoặc các nơi sản xuất cấu kiện đúc sẵn cũng cho hiệu quả kinh tế - xã hội cao

Một số lưu ý khi thi công bê tông tự đầm:

+ Trước khi đổ bê tông tự đầm, cần đảm bảo vị trí cốt thép và ván khuôn Việc lắp đặt ván khuôn đảm bảo ngăn chặn sự mất vữa khi thi công

+ Có thể sử dụng công nghệ bơm tiên tiến từ dưới đáy lên

+ Giới hạn chiều cao đến 5m, Giới hạn chiều ngang của dòng chảy từ nơi bắt đầu đổ là 10m

+ Do bê tông tự đầm có hàm lượng hạt mịn cao nên để hạn chế co ngót và nứt, việc bảo dưỡng ban đầu cho bê tông được thực hiện càng sớm càng tốt

5 Tác động đến môi trường:

- Giảm tiếng ồn, ít gây ảnh hưởng sức khoẻ và an toàn

- Hạn chế đáng kể độ ồn khi thi công xây dựng do không phải sử dụng các thiết bị đầm chặt cho bê tông, nhờ đó giảm ô nhiễm môi trường;