Nghiên cứu ảnh hưởng của hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theo thời gian

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN DUY NHẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ XI MĂNG LÊN TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA BÊ TÔNG THEO THỜI GIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN Mã số:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN DUY NHẬT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỒ XI MĂNG LÊN TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA BÊ TÔNG

THEO THỜI GIAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng, năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS MAI CHÁNH TRUNG

Phản biện 1: TS Lê Khánh Toàn

Phản biện 2: TS Hoàng Tuấn Nghĩa

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 3 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng công trình Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Các công trình xây dựng ngày càng nhiều, quy mô và công nghệ thi công đòi hỏi càng hiện đại Các phương pháp đánh giá chất lượng bê tông ngoài việc kiểm tra chất lượng vật liệu đầu vào, quy trình trộn tại trạm trộn , thì tại hiện trường thi công chủ yếu vẫn là

đo độ sụt của vữa bê tông, lấy mẫu để kiểm tra cường độ sau này

Và thực tế cũng cho thấy rằng dường như, việc chỉ kiểm tra như vậy vẫn chưa đủ để đảm bảo rằng chất lượng bê tông là đạt so với quy định để có thể thi công bơm, đổ, đầm

Hiện nay trên thế giới, nhiều công ty cung ứng bê tông thương phẩm, nhiều nhà thầu chuyên thi công bê tông và các trung tâm nghiên cứu về vật liệu xây dựng đã và đang nghiên cứu chuyên sâu

về lĩnh vực lưu biến bê tông để tìm ra những phương pháp, quy trình, thông số đánh giá khác bổ trợ cho các phương pháp đã có nhằm đánh giá - tiên lượng được chất lượng bê tông đáng tin cậy hơn so với chỉ bằng thông số độ sụt như hiện nay

Để quá trình thi công bê tông được thuận lợi đòi hỏi vữa bê tông phải có độ linh động phù hợp (hiện nay được xác định thông qua thông số độ sụt), trong những điều kiện thi công bất lợi như nhiệt

độ môi trường cao, bê tông có độ sụt thấp (bê tông cường độ cao ), thời gian thi công kéo dài thường độ linh động của bê tông không đáp ứng được, dẫn đến những xử lý không hợp lý ảnh hưởng đến chất lượng bê tông sau này Xem ví dụ về ảnh hưởng của tính chất lưu biến đến thi công như Hình 1

Hình 1 Ảnh hưởng của tính chất lưu biến bê tông

Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng tính chất lưu biến của vữa bê tông thể hiện qua hai thông số (gọi là thông số lưu biến để phân biệt với thông số ma sát): độ nhớt µ (Pa.s) và ngưỡng ứng suất cắt (hay còn gọi là ngưỡng cắt) τ0 (Pa) Mối quan hệ giữa hai thông số này thể hiện tính chất hay hành vi lưu biến của bê tông Một thiết bị đo các thông số lưu biến cho như Hình 2

Hình 2 Thiết bị đo thông số lưu biến

Để có thể đưa ra những biện pháp xử lý đúng, một sự hiểu biết

về tính chất lưu biến của vữa bê tông và những yếu tố ảnh hưởng lên tính chất này là cần thiết

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của cấp phối vữa bê tông lên tính chất lưu biến của bê tông ngoài

việc giúp dự tính được độ “linh động” của một bê tông mà còn cho phép xác định các xu hướng tiến triển của các thông số này khi thay đổi thông số thành phần/cấp phối vữa bê tông

Một số nghiên cứu trước đây đã đề cập đến ảnh hưởng của các thông số thành phần cấp phối lên thông số lưu biến, tuy nhiên chưa xem xét đến yếu tố thời gian, trong khi đó thực tế công trường có những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết nhiều khi là bất khả kháng dẫn đến thời gian chờ/ thời gian thi công bê tông kéo dài Vấn đề này ngoài việc phải đảm bảo tuân thủ thời gian thi công nhỏ hơn thời gian bắt đầu ninh kết bê tông theo quy định, nó còn ảnh hưởng đến

độ linh động của vữa bê tông do mất nước (ví dụ do bay hơi chẳng hạn ) kéo theo việc ảnh hưởng đến quá trình thi công

Chính vì thế, việc đưa ra đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh

hưởng của hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theo thời gian” là cần thiết để làm rõ vấn đề này

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần: khối lượng

hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theo thời gian

- Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm, phân tích đưa ra những kết luận, kiến nghị cần thiết

3 Đối tượng nghiên cứu

Thông số lưu biến của vữa bê tông: độ nhớt và ngưỡng cắt

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần: khối lượng

hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theo thời gian (dự kiến t0; t30; t60; t90)

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích lý thuyết

- Thí nghiệm đo lưu biến

- Phân tích đánh giá kết quả

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nắm được tính chất lưu biến vữa bê tông

- Xác định được ảnh hưởng của các thông số thành phần: khối lượng hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theo thời gian

- Xây dựng được 1 cơ sở dữ liệu giúp ích cho các nghiên cứu

về lĩnh vực lưu biến bê tông sau này

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm các phần: Mở đầu, 03 Chương, Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT LƯU BIẾN BÊ TÔNG 1.1 LƯU BIẾN BÊ TÔNG

1.1.1 Giới thiệu chung

Lưu biến học (Rheology) là một từ có nguồn gốc từ “rheo” tiếng Hy Lạp và “logos”_là các biểu tượng có nghĩa tương ứng là

nghiên cứu về dòng chảy Từ “Rheology” được Eugene Cook Bingham đề xuất năm 1928, được vay mượn từ cụm từ Hy Lạp “Ta Panta Rei”, trong tiếng Pháp là “tout passé” Nó đã được pháp hóa vào năm 1943 [Encyclopidia Universalis]

Lưu biến học - Rheology là một nhánh của vật lý học nghiên cứu dòng chảy hoặc biến dạng của các vật thể dưới tác động của lực tác dụng, thay đổi theo thời gian [PERSOZ 1960]

Trong lĩnh vực xây dựng, cùng với việc phát triển của vật liệu

bê tông và kỹ thuật thi công bê tông bê tông như công nghệ bơm, việc kiểm soát được hành vi lưu biến của bê tông tươi trở nên rất quan trọng để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công

1.1.2 Khái niệm cơ sở về lưu biến

Phần này sẽ trình bày về các thông số cơ bản liên quan đến hành vi lưu biến của vật liệu và mô hình trạng thái lưu biến phổ biến nhất Có một số mô hình trạng thái lưu biến được phân chia thành hai nhóm chính: chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton

b) Chất lỏng phi Newton

Chất lỏng phi Newton (tên tiếng Anh: Non-Newtonian fluid)

là chất lỏng hay chất lưu có độ nhớt không tuân theo định luật Newton

1.2 TRẠNG THÁI LƯU BIẾN CỦA VỮA BÊ TÔNG

Đồ thị biểu diễn trạng thái lưu biến của hai vữa bê tông được minh họa trong Hình 1.6 Việc làm chủ các thông số lưu biến có thể tối ưu hóa quá trình thi công bê tông trên công trường

Hình 1.6 Các trạng thái lưu biến của vữa bê tông tươi

1.3 CÁC PHÉP ĐO LƯU BIẾN

1.3.1 Phép đo độ “linh động”

a) Phép đo độ sụt bằng côn Abrams

b) Phép thử Vébé

1.3.2 Phép đo lưu biến

Nhớt kế (Rheometer) là thiết bị dùng để đo, xác định thuộc tính lưu biến của vật liệu

a) Nhớt kế dạng Couette

b) Nhớt kế dạng Poiseuille

1.3.3 Máy nhớt kế bê tông

Hiện tại, có nhiều máy đo nhớt kế thích hợp cho vữa bê tông với các cấu hình và kích cỡ khác nhau như: BTrheom, Cemagref, Two Point, BML, ICAR,

1.4.4 Ảnh hưởng của yếu tố thời gian

1.4.5 Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Như vậy, bê tông được xem là có khả năng thi công được đòi hỏi phải có độ linh động cần thiết, đảm bảo thực hiện thuận lợi với năng suất cao trong quá trình trộn vữa, vận chuyển, bơm, đổ, san gạt, đầm bê tông Các thông số chính ảnh hưởng đến tính linh động của vữa bê tông có thể được chia thành: thông số liên quan điều kiện công trường (máy trộn bê tông, xe vận chuyển, cự ly vận chuyển, loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vật liệu làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu, .) và thông số liên quan đến công nghệ vật liệu (thành phần cấp phối, độ linh động của vữa bê tông…)

Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công trường gần như đã được xác định trước, vì vậy tính chất lưu biến chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến công nghệ vật liệu

Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng tính chất lưu biến của vữa bê tông thể hiện qua hai thông số (gọi là thông số lưu biến để phân biệt với thông số ma sát): độ nhớt µ (Pa.s) và ngưỡng cắt (ngưỡng ứng suất cắt) τ0 (Pa) Mối quan hệ giữa hai thông số này thể hiện tính chất hay hành vi lưu biến của vữa bê tông

Để vữa bê tông tươi có được độ linh động cần thiết để có thể

“chuyển động” hay thi công được, cần phải có tác động lực/áp lực tối thiểu tương đương với giá trị của ngưỡng cắt Một khi sự xê dịch hay chuyển động được bắt đầu, lực cần thiết để làm biến dạng bê tông sẽ

tỷ lệ thuận với độ nhớt của vữa bê tông Các thông số lưu biến này càng nhỏ, quá trình thi công bê tông càng thuận lợi

Để có thể đưa ra những biện pháp xử lý đúng, một sự hiểu biết

về tính chất lưu biến của vữa bê tông và những yếu tố ảnh hưởng lên tính chất này là cần thiết

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của cấp phối vữa bê tông lên tính chất lưu biến của bê tông ngoài việc giúp dự tính được độ “linh động” của một bê tông mà còn cho phép xác định các xu hướng tiến triển của các thông số này khi thay đổi thông số thành phần/cấp phối vữa bê tông

Một số nghiên cứu trước đây đã đề cập đến ảnh hưởng của các thông số thành phần cấp phối lên thông số lưu biến, tuy nhiên chưa xem xét đến yếu tố thời gian, trong khi đó thực tế công trường có những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết nhiều khi là bất khả kháng dẫn đến thời gian chờ/ thời gian thi công bê tông kéo dài Vấn đề này ngoài việc phải đảm bảo tuân thủ thời gian thi công nhỏ hơn thời gian bắt đầu ninh kết bê tông theo quy định, nó còn ảnh hưởng đến

độ linh động của vữa bê tông do mất nước (ví dụ do bay hơi chẳng hạn ) kéo theo việc ảnh hưởng đến quá trình thi công

Chính vì thế, việc đưa ra đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh

hưởng của hồ xi măng lên tính chất lưu biến của bê tông theo thời gian” là cần thiết để làm rõ vấn đề này

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM

Chương này trình bày các đặc trưng tính chất cơ bản của vật liệu sử dụng, mô tả thiết bị thí nghiệm chính: thiết bị đo các thông số lưu biến cùng quy trình đo, phân tích tính toán kết quả đo Và xác định chương trình thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thành phần tỉ lệ Nước/Xi măng lên các thông số lưu biến theo thời gian

2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG

Cát được sử dụng để chế tạo bê tông là cát sông có nguồn gốc

tự nhiên, tính chất phù hợp với TCVN 7570:2006 (Cốt liệu cho bê

tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật)

2.1.3 Đá

Đá 10/20 được sử dụng để chế tạo bê tông, tính chất phù hợp với TCVN 7570:2006 (Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật)

2.1.4 Nước

Nước là thành phần giúp cho xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ của bê tông tăng lên Nước còn tạo

ra độ lưu động cần thiết để quá trình thi công được dễ dàng

2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm đo các thông số lưu biến sẽ được thực hiện nhờ thiết bị đo lưu biến (Rhéomètre) được phát triển bởi [NGO et al 2010] Cách vận hành, khai thác kết quả

đo sẽ được mô tả như trình bày dưới đây

2.2.1 Thiết bị đo lưu biến (Rhéomètre)

 Một dao khuấy bằng thép cao 15cm, đường kính 10.5cm;

 Và một thùng chứa vữa bê tông cao 25cm đường kính 30cm

Hình 2.1 Thiết bị đo lưu biến (Rhéomètre) theo

a) Dao khuấy

d x h = 10.5cm x 15cm

b) Thùng chứa

D x H = 30cm x 25cm Hình 2.2 Chi tiết dao khuấy và thùng chứa

b) Phương pháp sử dụng thiết bị đo lưu biến

Việc vận hành thiết bị đo lưu biến (Rhéomètre) gồm 5 bước:

Hình 2.3 Cấu tạo thiết bị đo lưu biến và quy trình vận hành

theo Ngo et al [NGO et al 2010]

 Bước 1: Đo momen xoắn áp đặt vào trục dao khuấy khi không

có tải (không có bê tông) MV tương ứng với cấp vận tốc áp đặt lên trục quay của dao khuấy như trong Hình 2.4

 Bước 2: Lấp đầy vữa bê tông trong thùng chứa theo hai lớp

Lớp thứ nhất cao 10cm, lớp thứ hai cao đến mặt thùng chứa Mỗi lớp cần đầm 25 lần bằng que đầm như trong thí nghiệm đo độ sụt bằng côn Abrams

 Bước 3: Đặt dao khuấy thẳng đứng ở tâm thùng chứa Ấn

dao khuấy ngập thẳng đứng vào trong thùng chứa bê tông cho đến khi dao khuấy vừa ngập hết trong bê tông (như vậy dao khuấy còn cách đáy thùng chứa 10cm)

 Bước 4: Đo momen xoắn áp đặt vào trục dao khuấy khi có

tải MT tương ứng với cấp vận tốc áp đặt lên trục quay của dao khuấy như trong Hình 2.4

 Bước 5: Tính toán các chênh lệch (MT - MR) tương ứng với

cấp vận tốc áp đặt lên trục quay của dao khuấy

Hình 2.4 Biểu đồ mức vận tốc xoay trục dao khuấy

c) Khai thác kết quả đo

2.2.2 Máy trộn bê tông

Để thực hiện các bài thí nghiệm đo thông số lưu biến, vữa bê tông được tính toán theo cấp phối được chọn với khối lượng thí nghiệm cần thiết kể cả độ hao hụt và lượng bê tông dùng để kiểm tra

độ sụt, lấy mẫu (nếu cần)

2.2.3 Phép đo độ sụt bằng côn Abrams

Trình tự thực hiện có thể xem như trong Hình 2.9

Hình 2.9 Phép đo độ sụt bằng côn Abrams

2.2.4 Máy nén mẫu bê tông

Một vấn đề nữa mà đề tài cũng muốn đề cập đến là nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố thời gian lưu vữa đến chất lượng của bê tông sau này, thông số được quan tâm ở đây là cường độ chịu nén của mẫu bê tông R28 sau thời gian dưỡng hộ 28 ngày tuổi theo điều kiện tiêu chuẩn (Hình 2.10)

Hình 2.10 Thí nghiệm nén mẫu bê tông

2.3 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM

Vật liệu và quy trình vận hành thiết bị đo lưu biến được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng hồ xi măng Vhoxm(m3

) lên các thông số lưu biến của vữa bê tông theo thời gian

Cấp phối bê tông tham khảo được lấy tương ứng với cấp phối

sử dụng phổ biến trong thực tế thi công trên địa bàn Đà Nẵng Ở đây sau khi tham khảo vật liệu và cấp phối ở các công ty cung ứng vữa

bê tông thương phẩm trên hiện trường (Công ty Đăng Hải, công ty bê

tông Hòa Cầm ), cấp phối vữa bê tông lựa chọn được tổng hợp trong Bảng 2.5

Theo bảng cấp phối được lựa chọn này, gồm có hai cấp phối B1 và B2 có tỉ lệ nước/xi măng thay đổi từ 0.296 đến 0.316 có sử dụng phụ gia Sika Plast 257 Ngoài ra cũng có xét đến cấp phối thí nghiệm B3 ứng với trường hợp không sử dụng phụ gia nhằm nghiên cứu thêm ảnh hưởng của nhân tố này Tất cả các cấp phối thí nghiệm

sẽ được thực hiện đo thông số lưu biến và các thông số liên quan ở các thời điểm 0 phút/ 30 phút/ 60 phút/ 90 phút, để đảm bảo trong thời gian chờ hạn chế tối đa hiện tượng mất nước và “cứng hóa”, vữa

bê tông trong thùng trộn sẽ được che đậy kín bởi các tấm nilon và cứ

15 phút chờ cho khởi động máy trộn trộn lại

Bảng 2.5 Cấp phối bê tông nghiên cứu theo thông số khối lượng hồ

Nước (kg)

Đá (kg)

Cát (kg)

Sika

257 (l/m3)

 Xác định được các đặc trưng, tính chất cơ bản của vật liệu

sử dụng chế tạo bê tông

 Thống nhất được quy trình sử dụng thiết bị đo lưu biến áp dụng trong nghiên cứu này theo đề xuất của [NGO et al 2010]