Nghiên cứu sử dụng tro bay trong công nghệ sản xuất bê tông mác 30 MPa”.

Hỗn hợp bê tông cứng là hỗn hợp xốp rời tính liên tục kém gồm các thành phần rời rạc của hạt cốt liệu được gắn kết với nhau bằng keo xi măng đặc, nội lực ma sát khô lớn, nên khi đổ khuô

Đà Nẵng, ngày……, tháng……, năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:

Đà Nẵng, ngày……, tháng……, năm 2019

Giáo viên phản biện

TÓM TẮT

Tên đề tài:

“Nghiên cứu sử dụng tro bay trong công nghệ sản xuất bê tông mác 30 MPa”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Trần Công Phương 107140029 14H1 Kỹ Thuật Hóa Học - Silicat

2 Nguyễn Thị Thúy Hằng 107140012 14H1 Kỹ Thuật Hóa Học - Silicat

1 Tên đề tài đồ án:

“Nghiên cứu sử dụng tro bay trong công nghệ sản xuất bê tông mác 30 MPa”

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Yêu cầu bê tông:

+ Mác (cường độ nén): 30 MPa ở tuổi 28 ngày Mẫu chuẩn (15x15x15) cm + Yêu cầu công nghệ khác: Bê tông dân dụng

+ Đá (sỏi): Đá dăm Hòa Nhơn Đường kính lớn nhất Dmax = 20 mm

+ Phụ gia siêu dẻo Sika Plast - 152 Hàm lượng 1,0 lít/100 kg xi măng

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Lời cảm ơn

Cam đoan

Mục lục

Danh sách các bảng, hình vẽ

Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt

Lời nói đầu

Chương 1: Biện luận đề tài

Chương 2: Tổng quan lý thuyết

Chương 3: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục 2

5 Các bản vẽ, đồ thị:

6 Họ tên người hướng dẫn: ThS.GVC – Nguyễn Dân

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: /05/2019

Đà Nẵng, ngày 19 tháng 02 năm 2019

Trưởng Bộ môn Công nghệ Vật liệu Người hướng dẫn

Lời cảm ơn đầu tiên chúng tôi chân thành gửi đến thầy ThS GVC Nguyễn Dân đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên chúng tôi trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiêp

Chúng tôi chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong Bộ môn Silicat và Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức quý báu giúp đỡ chúng tôi hoàn thành tốt đồ án này

Chúng tôi chân thành cảm ơn các anh chị đồng nghiệp ở công ty TNHH hóa chất xây dựng P.I.C.O – Tổng đại lý phân phối hóa chất Sika tại miền Trung; Trạm bê tông Hòa Cầm; Phòng thí nghiệm Silicat – Khoa Hóa – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng tôi hoàn thành phần thí nghiệm của đồ án trong khoảng thời gian ngắn

Lời cảm ơn sâu sắc nhất dành cho những người thân trong gia đình – những người luôn ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi về tinh thần cũng như vật chất cho chúng tôi Cuối cùng gửi lời cảm ơn đến các bạn, cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và góp ý của các bạn trong thời gian học tập cũng như thực hiện đồ án tốt nghiệp

Chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện

Trần Công Phương Nguyễn Thị Thúy Hằng

Chúng tôi: Trần Công Phương và Nguyễn Thị Thúy Hằng xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sở các

số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng nhóm chúng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào

- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

- Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế nhà trường, chúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Trần Công Phương Nguyễn Thị Thúy Hằng

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn i

Lời cam đoan liêm chính học thuật ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ v

Danh sách các cụm từ viết tắt vi

Trang Chương 1

1.1 1

1.1.1 1.1.2 1.2 7

1.2.1 1.2.2…

1.3 22

Chương 2

2.1…

2.1.1… 2.1.2…

2.2 …

Chương 3 50

3.1…

3.2 ………

BẢNG 1.1 {size 13}

BẢNG 1.2 ……

BẢNG 1.3 ……

…….……

HÌNH 1.1

HÌNH 1.2

HÌNH 1.3

…….……

Ghi chú:

- Mỗi bảng, hình vẽ/ sơ đồ phải được đánh số và có tên;

- Đánh số bảng và đánh số hình vẽ/ sơ đồ riêng Quy luật đánh số như sau:

 Chữ số thứ nhất chỉ tên chương;

 Chữ số thứ hai chỉ thứ tự bảng biểu, sơ đồ, hình,…trong mỗi chương

KÝ HIỆU:

…….……

…….……

…….……

…….……

…….……

…….……

CHỮ VIẾT TẮT: …….……

…….……

…….……

…….……

Ghi chú:

- Ký hiệu: mỗi mục ký hiệu gồm ký hiệu và phần tên gọi, diễn giải ký hiệu

- Cụm từ viết viết tắt là các chữ cái và các ký hiệu thay chữ được viết liền nhau,

để thay cho một cụm từ có nghĩa, thường được lặp nhiều lần trong đồ án

Trong khi đó hàng năm ở nước ta có hàng chục nhà máy nhiệt điện và gang thép

đã thải ra hàng triệu tấn tro bay Với lượng tro bay rất lớn như vậy nếu không được tái

sử dụng có hiệu quả thì sẽ lãng phí nguồn tài nguyên và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống Đặc điểm tro bay là loại vật liệu có hoạt tính puzolan, kích thước hạt rất nhỏ gần bằng kích thước hạt xi măng, nên khi sử dụng trong bê tông, tro bay hoạt động như một chất kết dính, vừa đóng vai trò chèn vào các khe rỗng làm cho bê tông trở nên đặc chắc hơn Vì vậy, nếu tro bay được sử dụng với một tỷ lệ hợp lý trong bê tông

sẽ giúp cải thiện các chỉ tiêu về cường độ, độ bền, giúp giảm giá thành và giải quyết được bài toán về môi trường

Với tính cấp thiết cũng như nhu cầu sử dụng của bê tông việc sử dụng tro bay là vấn đề mang lại hiệu quả kinh tế rất thiết thực Vì vậy, chúng tôi được giao nhiệm vụ

“Nghiên cứu sử dụng tro bay trong công nghệ sản xuất bê tông mác 30 MPa”

Trong quá trình nghiên cứu chúng tôi đã nổ lực rất nhiều cùng với sự chỉ bảo tận tình của giảng viên hướng dẫn Th.S – GVC Nguyễn Dân để hoàn thành đề tài Do thời gian có hạn, kiến thức chuyên ngành và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi thiếu sót nhất định Kính mong các thầy cô trong bộ môn và các bạn trong ngành góp ý, bổ sung để đồ án được hoàn thiện và có tính thuyết phục hơn nữa

Chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2019 Sinh viên thực hiện

Trần Công Phương Nguyễn Thị Thúy Hằng

CHƯƠNG 1: BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ thế kỷ trước, các nhà khoa học đã biết sử dụng tro bay của các nhà máy điện

đốt than để làm phụ gia cho bê tông Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đã khẳng định được “sự kỳ diệu của tro bay” trong công nghệ bê tông, sản xuất xi măng

Tro bay (tên tiếng Anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than Tro bay là bụi khí thải dưới dạng hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá trong các nhà máy nhiệt điện, là phế thải thoát ra từ buồng đốt qua ống khói nhà máy Tro bay được tận thu từ ống khói qua hệ thống nồi hơi tinh luyện loại bỏ bớt các thành phần than (cacbon) chưa cháy hết Thành phần của tro bay thường chứa các silic oxit, nhôm oxit, canxi oxit, sắt oxit, magie oxit, ngoài ra có thể chứa một lượng than chưa cháy

Bê tông xi măng là loại vật liệu rất thông dụng trong đời sống Như chúng ta đã biết, hầu hết các công trình xây dựng đều sử dụng một lượng xi măng rất lớn Bê tông

xi măng được chế tạo từ các loại cốt liệu lớn, cốt liệu bé, chất kết dính, nước và có thể thêm phụ gia, nguyên liệu chất kết dính chủ yếu là xi măng (được sản xuất từ đá vôi, đá sét và quặng sắt, than đốt), cát, đang dần cạn kiệt, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống như: khí thải từ sản xuất xi măng gây hiệu ứng nhà kính Việc khai thác cát ảnh hưởng dòng chảy gây sạt lở bờ sông Chúng ta không thể khai thác, sử dụng mãi các nguồn tài nguyên thiên nhiên được (như cát, đá vôi, ), mà cần tận dụng các loại phế thải công nghiệp trong xây dựng, nhằm mang lại hiệu quả kinh tế tối đa, vừa

xử lý được rác thải công nghiệp, vừa tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên Do đó, việc

sử dụng tro bay là loại phế thải của công nghiệp điện (các nhà máy nhiệt điện) thải ra để dùng làm vật liệu xây dựng là vấn đề cấp bách mang lại hiệu quả kinh tế rất thiết thực Theo Bộ Công thương, hiện nay cả nước có 19 nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) đang vận hành, với tổng công suất phát 14.480 MW, mỗi năm thải khoảng 15 triệu tấn tro, xỉ Trong đó, lượng tro bay chiếm khoảng 75%, còn lại là xỉ than Dự kiến sau năm 2020, con số này sẽ là 43 nhà máy với tổng công suất 39.020 MW, lượng tro bay và xỉ thải ra

dự kiến hơn 30 triệu tấn/năm Lượng tro bay và xỉ thải ra được tích trữ tại các bãi chứa,

hồ chứa từ nhiều năm nay rất lớn, đặt ra yêu cầu cấp thiết phải có giải pháp xử lý đồng bộ.[1]

Hình 1.1 Tro bay Formosa

Hình 1.2 Đổ thải tro bay ra môi trường

Thông qua các kết quả thử nghiệm cho thấy, việc ứng dụng tro bay trong sản xuất

bê tông nghiên cứu nhiều do ưu điểm thân thiện môi trường, đồng thời tạo ra bê tông có khả năng kháng sulfat cao Chính vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng tro bay trong công nghệ sản xuất bê tông rất có ý nghĩa thực tiễn

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của đề tài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

 Construction and Performance of High-Volume Fly Ash Concrete Roads in India- J P Desai - 2004

 Best Practices Guide for High-Volume Fly Ash Concretes: Assuring Properties and Performance - Dale P Bentz, Chiara F Ferraris, Kenneth A Snyder – 2013

 Experimental Study on Performance of High Volume Fly Ash Concrete - International Journal for Innovative Research in Science & Technology (IJIRST) – 2016

 Experimental Study on Use of Fly Ash in Concrete - International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) - 2017

 Performance of High-Volume Fly Ash Concrete Incorporating Lime Water- C Gunasekera, X H Ling, S Setunge, D W Law, and I Patnaikuni – 2018

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

 Đề tài làm luận văn thạc sĩ của học viên Nguyễn Thế Long “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” tại Đại học Thủy Lợi (2015)

 Đề tài làm luận văn thạc sĩ của học viên Nguyễn Văn Vinh “Ảnh hưởng của tỉ lệ tro bay đến phát triển cường độ xi măng” tại Đại học Bách Khoa Đà Nẵng (2018)

 Đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu sử dụng tro trấu làm phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng Portland” GVHD: Th.S-GVC Nguyễn Dân; SVTH: Huỳnh Thị Kiều Quanh và Đoàn Ngọc Toàn; Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng (2017)

1.3 Mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ nghiên cứu

 Tìm hiểu bản chất của tro bay ảnh hưởng đến các tính chất cơ bản của hỗn hợp

bê tông và bê tông

 Tính toán và thực nghiệm để tối ưu hóa hàm lượng tro bay cấp phối để đạt mác

bê tông theo thiết kế 30MPa

 Giải quyết được vấn đề ô nhiễm từ việc đổ thải tro bay ra môi trường Mặt khác, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và đạt hiệu quả kinh tế cao

1.4 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Cơ sở lý luận

 Dựa vào cơ chế cải thiện các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông khi sử dụng tro bay

 Qua việc biết, xác định các tính chất lý, hóa của vật liệu ta thực hiện các tính toán

lý thuyết và thực nghiệm các tỷ lệ cấp phối bê tông tương ứng Sau đó, xác định được tỷ lệ cấp phối tối ưu cho bê tông để có thể đạt được mác bê tông yêu cầu

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp cơ lý: kiểm tra chất lượng cốt liệu

 Xác định thành phần hóa của nguyên vật liệu thí nghiệm theo TCVN 141-2008 (Xi măng portland – phương pháp phân tích hóa học)

 Nghiên cứu các tính chất lý, hóa của tro bay sử dụng trong bê tông

 Sử dụng các tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẫm

 Sử dụng các công cụ toán học cần thiết: vẽ đồ thị, xử lí số liệu thực nghiệm dùng đánh giá chất lượng bê tông

1.5 Địa điểm thí nghiệm

 Phòng thí nghiệm Quá trình và Thiết bị, khoa Hóa, Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

 Phòng thí nghiệm Silicat, khoa Hoá, Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

 Trạm trộn bê tông Hòa Cầm, Thành phố Đà Nẵng

 Thước đo, phễu

 Ngoài ra còn nhiều dụng cụ, thiết bị khác

 Phụ gia siêu hóa dẻo SikaPlast 152

1.8 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

1.8.1 Phạm vi

 Sử dụng cho bê tông dân dụng mác 30 MPa

1.8.2 Giới hạn nghiên cứu

 Chỉ nghiên cứu dựa trên một số loại nguyên liệu có sẵn tại trạm trộn bê tông Hòa Cầm: xi măng Đồng Lâm PCB40, đá Hòa Nhơn, cát Đại Lộc, tro bay Vũng Áng

và phụ gia siêu hóa dẻo SikaPlast – 152

Chương 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1 Hỗn hợp bê tông và bê tông

 Phân loại hỗn hợp bê tông: Dựa vào tính dẻo của hỗn hợp bê tông tươi, có thể chia làm 2 loại sau

Hỗn hợp bê tông dẻo là một hỗn hợp dẻo có tính liên tục về cấu tạo, cốt liệu trong hỗn hợp ở trạng thái lơ lửng trong môi trường liên tục của hồ xi măng, bảo đảm dính kết, không bị phân tầng và hỗn hợp bê tông có tính lưu động cao

Hỗn hợp bê tông cứng là hỗn hợp xốp rời (tính liên tục kém) gồm các thành phần rời rạc của hạt cốt liệu được gắn kết với nhau bằng keo xi măng đặc, nội lực ma sát khô lớn, nên khi đổ khuôn và lèn chặt yêu cầu nhất thiết phải dùng ngoại lực tác động mạnh

2.1.1.2 Yêu cầu của hỗn hợp bê tông

 Bê tông tươi phải thỏa mãn hai yêu cầu sau:

Tính đồng nhất của hỗn hợp bê tông có được khi nhào trộn phải được duy trì trong quá trình vận chuyển, bơm, đổ khuôn, đầm chặt và không bị phân tầng, tách nước Tính công tác tốt phù hợp với phương pháp và điều kiện tạo hình sản phẩm Nếu tính công tác tốt hỗn hợp bê tông sẽ dễ dàng và nhanh chóng lấp đầy khuôn, giữ được tính liên kết toàn khối và sự đồng nhất Tính công tác được đặc trưng bằng khả năng lưu động và mức độ dẻo của hỗn hợp

2.1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tông

 Hàm lượng nước ban đầu của hỗn hợp:

Lượng nước nhào trộn là yếu tố quan trọng quyết định tính công tác của hỗn hợp

bê tông Lượng nước dùng để nhào trộn hỗn hợp bê tông gồm: nước dùng để thủy hóa các khoáng hóa trong xi măng, để hồ dẻo và linh động, nước dùng bôi trơn cốt liệu và nước tự do

Nếu lượng nước ban đầu bé thì chỉ đủ bao bọc mặt ngoài của xi măng và tạo nên màng nước hấp phụ, màng nước này liên kết rất chắc chắng với hạt xi măng và cốt liệu

bằng lực hút phân tử Nếu tăng lượng nước này lên sẽ hình thành nước tự do, nó đi vào các mao quản thông nhau cũng như các hốc của các vật liệu và làm màng nước hấp phụ dày thêm tạo điều kiện thuân lợi cho các hạt vật liệu dịch chuyển, khi đó nội lực ma sát giảm, độ dẻo hỗn hợp bê tông tăng lên

Lượng nước ứng với lúc hỗn hợp bê tông có độ dẻo tốt nhất mà không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông Nó phụ thuộc vào khả năng giữ nước của chất kết dính và các thành phần, hàm lượng phụ gia, độ mịn của chúng có trong chất kết dính

 Loại, lượng dùng và tính chất của xi măng:

Loại xi măng thể hiện ở độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng Khi xi măng có lượng nước tiêu chuẩn lớn thì với một lượng nước nhào trộn nhất định thì độ nhớt của hồ xi măng sẽ tăng và độ lưu động của bê tông sẽ kém

Độ mịn và thành phần khoáng hóa của xi măng ảnh hưởng đến lượng nước tiêu chuẩn Khi độ mịn tăng thì diện tích xung quanh toàn bộ hạt xi măng tăng nên lượng nước tiêu chuẩn tăng, với một lượng nước nhào trộn nhất định làm độ nhớt tăng lên và

độ dẻo của hỗn hợp bê tông kém đi

Ví dụ: So với hồ xi măng poóclăng thì hồ xi măng poóclăng puzolan và hồ xi măng poóclăng xỉ có độ nhớt lớn hơn, vậy nên để hỗn hợp bê tông có cùng một độ lưu động khi dùng PCpuz và PCxỉ thì dùng nhiều nước hơn

 Hàm lượng cốt liệu và tính chất của cốt liệu:

Cỡ hạt, cấp phối hạt, tính chất bề mặt và những đặc trưng chất lượng khác của cốt liệu có ảnh hưởng lớn đến tính chất của hỗn hợp bê tông

Nếu thay đổi cỡ hạt, cấp phối hạt của hỗn hợp cốt liệu, tổng diện tích mặt ngoài của cốt liệu sẽ thay đổi đáng kể, nếu lượng nước nhào trộn không thay đổi tính chất lưu động cả hỗn hợp bê tông sẽ thay đổi rõ ràng

Hình dạng, tính chất, bề mặt, tính hút nước của cốt liệu đều ảnh hưởng đến tính chất lưu động của hỗn hợp bê tông Hỗn hợp bê tông dùng cốt liệu là đá cuội, sỏi có hình dạng hạt tròn, bề mặt nhẵn với cũng một lượng nước nhào trộn sẽ có tính lưu động lớn hơn hỗn hợp bê tông dùng đá dăm bề mặt nhám

Trong hỗn hợp bê tông phần rỗng giữa các cốt liệu lớn với nhau được lấp đầy bằng vữa xi măng và hồ xi măng đóng vai trò bao bọc quanh hạt cát và lấp đầy khoảng rỗng giữa các hạt cát Cấp phối hạt được biểu thị bằng đường tích lũy các cấp hạt Cốt liệu

có cấp phối tốt khi đường tích lũy của các hạt của nó không vượt quá ngoài miền giới hạn theo quy phạm

 Phụ gia hoạt tính bề mặt:

Khi cho PG hoạt tính bề mặt vào hỗn hợp bê tông sẽ làm giảm lượng nước nhào trộn, giảm lượng dùng xi măng, cường độ của bê tông tăng cao, tăng tính chống thấm, tính bền vững và tính chống xâm thực của bê tông Các loại phụ gia hoạt động bề mặt thường dùng là phụ gia ưa nước, phụ gia kị nước, phụ gia tạo bọt và các loại phụ gia hỗn hợp

Phụ gia ưa nước: có nhiều loại, nhưng phổ biến nhất là muối canxi lignosulfonat Khi muối này hấp phụ lên hạt xi măng, sự định hướng của các phân tử nước trên bề mặt hạt xi măng phần nào bị phá hoại và một phần nước đó được giải phóng Ngoài ra còn làm cho hạt xi măng ưa nước, dễ thấm ướt hơn Như vậy khi có phụ gia hồ xi măng cần lượng nước ít hơn, lực dính kết giữa các hạt xi măng giảm, dễ tran trượt lên nhau, làm

độ lưu động của hỗn hợp bêtông tăng

Phụ gia kị nước thường dùng là xà phòng natri (muối natri của axit hữu cơ tan trong nước) Chất này tính kị nước nên không bị thấm ướt Khi hấp phụ trên bề mặt hạt

xi măng, những lốp mỏng của các phân tử định hướng có khả năng trượt lên nhau một cách dễ dàng làm cho độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng lên

Phụ gia tạo bọt khí chủ yếu là xà phòng natri của các axit hữu cơ Khi nhào trộn

bê tông, phụ gia sẽ cuốn theo vào một lượng không khí Các bọt khí sẽ làm giảm sức căng mặt ngoài của chất lỏng ở mặt phân cách khí lỏng Lượng bọt khí nhờ cố các phân

tử phụ gia mà được ổn định trong chất lỏng, dồng thài làm tăng thể tích hổ xi măng, do

đó độ lưu động của hỗn hợp bê tông tăng lên

 Gia công chấn động:

Gia công chấn động là một trong những phương pháp rất có hiệu quả để nâng cao tính lưu động của hỗn hợp bê tông Nó làm cho hỗn hợp bê tông cứng hoặc ít lưu động trở nên dẻo tạo điều kiện khi chế tạo, đổ khuôn và lèn chặt dễ dàng Thực chất của gia công chất động là ở chỗ do tác dụng của dao động kích thích truyền cho các phần tử của hỗn hợp những xung lực bé nhưng thường xuyên và có chu kỳ Thời gian tiến hành đầm phải thích hợp để làm cho hỗn hợp bê tông lèn chặt không tạo ra các lỗ rỗng cho kết cấu

cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ,

độ chống thấm v.v

 Phân loại bê tông:

Theo dạng chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vôi),

bê tông thạch cao, bê tông chất kết dính hỗn hợp, bê tông polime, bê tông dùng chất kết dính đặc biệt

Theo dạng cốt liệu: Bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit)

Theo khối lượng thể tích: Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), bê tông nặng ( ρv = 1800 - 2500 kg/m3), bê tông nhẹ ( ρv = 500 - 1800 kg/m3), bê tông đặc biệt nhẹ (ρv < 500 kg/m3)

Theo phạm vi sử dụng: Bê tông công trình, bê tông công trình cách nhiệt, bê tông thủy công, bê tông làm đường, bê tông ổn định hóa học, bê tông chịu lửa, bê tông trang trí, bê tông nặng chịu bức xạ

2.1.2.3 Các tính chất của bê tông xi măng

a Tính hút nước và bão hòa nước

Trong kết cấu bê tông có mao quản và độ rỗng, nên có thể hút một lượng nước nhất định từ môi trường xung quanh hoặc hút nước đến bão hòa khi trực tiếp tiếp xúc với nước

b Tính thấm nước

Trong bê tông luôn tồn tại hệ thống mao quản và lỗ rỗng Nguyên nhân là do nước

tự do bay lên, do lèn chặt kém, do tính toán cấp phối không hợp lý, do xi măng co ngót hay dãn nở vượt quá giới hạn cho phép gây ứng suất làm xuất hiện vết nứt nên nước và các chất lỏng thấm qua dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh

Để đảm bảo khả năng chống thấm cho kết cấu hay công trình của bê tông có thể dùng ba biện pháp sau:

 Nâng cao độ đặc chắc của bê tông;

 Tăng chiều dày cấu kiện bê tông;

 Nén trước trong quá trình sản xuất cấu kiện để triệt tiêu ứng suất kéo sẽ xuất hiện dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh

c Tính dẫn nhiệt

Là tính chất vật lý quan trọng của bê tông Nó liên quan mật thiết với cấu tạo bê tông và cấu trúc các vật liệu thành phần Tính dẫn nhiệt phụ thuộc vào trạng thái ẩm và nhiệt độ bê tông

d Nhiệt dung và tỉ nhiệt

Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật liệu thu được sau khi bị đốt nóng

Q = C*m*(t2 – t1) Trong đó: Q là nhiệt dung, (Kcal)

m là khối lượng vật bị đốt nóng, (kg)

t1, t2 là nhiệt độ trước và sau khi đốt nóng, (oC)

C là tỉ nhiệt của vật liệu, (Kcal/kg.oC)

Bê tông từ các chất kết dính vô cơ và cốt liệu khoáng ở trạng thái khô, tùy theo mức độ rỗng của cốt liệu có tỉ nhiệt trong phạm vi từ (0.18 – 0.20) Kcal/kg.oC

Tỉ nhiệt trong hỗn hợp bê tông, tùy theo hàm lượng nước có trong hỗn hợp có thể biến đổi trong phạm vi từ (0.28 - 0.33) Kcal/kg.oC

e Hệ số giãn nở nhiệt

Đối với phần lớn các loại bê tông khi đốt nóng đến 100oC, hệ số giãn dài trung bình 10.10-6 gần với hệ số giãn dài của cốt thép 12.10-6 nên khi bê tông cốt thép bị đốt nóng do có độ giãn dài tương đối đồng đều, mối liên kết giữa bê tông và cốt thép không

bị phá hoại

f Cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén là chỉ tiêu quan trọng nhất trong tính chất của bê tông Trong trường hợp chịu tải trọng đơn giản nhất nén trục dọc mẫu bê tông chịu đồng thời biến dạng nén và biến dạng kéo ngang theo phương thẳng góc với chiều tác dụng của lực nén Nguyên nhân cơ bản của sự phá hoại bê tông khi nén là sự vượt quá sức chống đỡ của nó khi biến dạng nở ngang

Cường độ chịu nén của bê tông chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

 Cường độ đá xi măng;

 Độ đặc chắc và cấu trúc của bê tông;

 Chất lượng và tính chất bề mặt của cốt liệu;

 Điều kiện môi trường dưỡng hộ

g Cường độ chịu kéo

Cường độ chịu kéo của bê tông kém thua nhiều so với cường độ chịu nén Với bê tông nặng tỉ lệ so sánh giữa chúng với nhau như sau:

k

R

R (18 – 20) với mác bê tông 50 – 60 MPa

Cường độ chịu kéo của bê tông thường được xác định bằng phương pháp gián tiếp

Ví dụ: Xác định theo cường độ kéo khi uốn của một mẫu bê tông có kích thước tiêu chuẩn và chuyển thành cường độ kéo dọc trục bằng cách nhân với một hệ số chuyển là 0.58

Cường độ kéo khi uốn (Rku) được xác định theo công thức:

Rku =  Pl/ab2Trong đó:  = 1 với mẫu 150 x 150 x 600 mm

 = 0.95 với mẫu 200 x 200 x 800 mm

 = 1.05 với mẫu 100 x 100 x 400 mm

P là tải trọng uốn gãy mẫu, daN

l là khoảng cách giữa hai gối tựa, cm

a là chiều rộng tiết diện ngang của mẫu, cm

b là chiều cao tiết diện ngang mẫu, cm

Cường độ chịu kéo (Rk) được xác định theo công thức: Rk = 0.58Rku

h Sự kết dính giữa bê tông và cốt thép

Sự kết dính giữa bê tông và cốt thép là tính chất quan trọng giúp cho bê tông và cốt thép cùng chịu lực trong kết cấu công trình Với cốt thép trơn và có gờ khác nhau Với cốt thép trơn thì cường độ dính kết tạo nên bởi hai yếu tố:

 Lực dính kết trên bề mặt tiếp xúc giữa xi măng và cốt thép rất tốt

 Lực ma sát xuất hiện giữa bê tông và cốt thép khi chúng dịch chuyển với nhau Trị

số của lực ma sát phụ thuộc và sự bền chắc của tiếp xúc, tính chất vật liệu của bề mặt tiếp xúc và trị số lực theo hướng dịch chuyển tác dụng vào cốt thép

Đối với cốt thép có gờ thì lực ma sát không còn ý nghĩa nữa Do sự móc dính của các gờ trên cốt thép với bê tông

i Tính chất đàn hồi – dẻo của bê tông

Bê tông là vật thể đàn hồi – dẻo Nên biến dạng của nó gồm hai thành phần: Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo ở một mức độ đáng kể dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng

j Từ biến của bê tông

Khi chịu tải trọng tác dụng không đổi trong một thời gian dài biến dạng của bê tông càng ngày càng tăng Người ta gọi đó là hiện tượng từ biến

Nguyên nhân của hiện tượng từ biến có thể là do sự dịch chuyển nước vào thành phần rỗng của gen dưới tác dụng của tải trọng Cùng với sự cứng chắc của gen trong cấu trúc đá xi măng, biến dạng từ từ tắt dần, thường chỉ xảy ra từ 1 – 1,5 năm, sau đó gần như không phát triển

k Biến dạng do co ngót

Co ngót là hiện tượng khi bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí Hiện tượng co ngót xảy ra liên quan đến sự biến đổi lý hóa trong quá trình thủy hóa xi măng, đến sự tổn hao lượng nước do bay hơi

l Biến dạng nhiệt

Đây là loại biến dạng thể tích khi thay đổi nhiệt độ Để hạn chế biến dạng nhiệt nên bố trí các khe co giãn

k Tính bền vững của bê tông

Trong thực tế các công trình không thể tránh khỏi việc tiếp xúc với môi trường xâm thực, do đó chúng ta phải bảo vệ chúng đảm bảo thời gian sử dụng Nhiệm vụ là làm hạn chế khả năng tiếp xúc của môi trường ăn mòn và xâm thực đối với bê tông

2.2 Vật liệu chế tạo bê tông

2.2.1 Xi măng

 Vai trò:

Xi măng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường độ cho bê tông, như vậy chất lượng và hàm lượng xi măng là yếu tố quan trọng quyết định cường độ chịu lực của bê tông

 Yêu cầu kỹ thuật

Khi sử dụng xi măng để chế tạo bê tông ta cần chú ý các yêu cầu sau đây:

Chọn chủng loại xi măng: Để chế tạo bê tông ta có thể dùng ximăng portland, xi măng portland bền sunfat, xi măng portland xỉ hạt lò cao, xi măng portland puzolan, xi măng portland hỗn hợp, xi măng ít tỏa nhiệt và các loại xi măng khác thỏa mãn các yêu cầu quy phạm nhưng phải chọn chủng loại xi măng phù hợp với đặc điểm kết cấu và tính chất môi trường sẽ thi công để đảm bảo tính bền vững lâu dài của kết cấu

Chọn mác xi măng để vừa phải đảm bảo cho bê tông đạt mác thiết kế, vừa phải đảm bảo yêu cầu kinh tế

Nếu dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao thì lượng xi măng sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ nhiều nên không đảm bảo kinh tế

Nếu dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp thì lượng xi măng tính toán ra để sử dụng cho 1m3 bê tông sẽ rất ít không đủ để liên kết toàn bộ các hạt cốt liệu

với nhau, mặt khác hiện tượng phân tầng của hỗn hợp bê tông dễ xảy ra, gây nhiều tác hại xấu cho bê tông

Vì vậy cần phải tránh dùng xi măng mác thấp để chế tạo bê tông mác cao và ngược lại cũng không dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp

Sau khi chọn chủng loại và mác xi măng thì cần kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu như độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn, thời gian đông kết, cường độ chịu lực thực tế v.v…

để sử dụng cho phù hợp theo số liệu tại thời điểm sử dụng

2.2.1.1 Quá trình hóa lí khi xi măng đóng rắn

a Quá trình lý học khi xi măng đóng rắn

Quá trình đóng rắn xi măng chia làm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Gọi là giai đoạn chuẩn bị

- Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn keo hoá hay còn gọi là chu kỳ ninh kết

- Giai đoạn 3: Gọi là giai đoạn kết tinh hay còn gọi là chu kỳ đóng rắn

Hình 2.1: Quá trình hydrat hóa của xi măng

 Giai đoạn 2

Là giai đoạn trực tiếp tạo thành sản phẩm phản ứng ở trạng thái rắn mà không cần thông qua sự hoà tan trung gian của các sản phẩm ban đầu Sản phẩm của phản ứng ở giai đoạn này nằm ở trạng thái rắn không thể bị hoà tan trong pha lỏng đã bão hoà Vì vậy, chúng trực tiếp tách ra thành sản phẩm dạng chất rắn có kích thước hạt vô cùng nhỏ Trạng thái phân tán mịn tạo nên hệ keo dưới dạng các gel Trong suốt quá trình này, bản tính linh động của hồ nhão xi măng dần dần bị ninh kết nhưng chưa tạo cho hồ

xi măng có cường độ Bởi vậy giai đoạn này còn được gọi là chu kỳ ninh kết, còn giai đoạn 1 gọi là quá trình hoá học

 Giai đoạn 3

Những hạt keo dạng gel dần dần mất nước, sít chặt lại tạo nên vữa bắt đầu phát triển cường độ nhưng còn yếu Từ gel mất nước, hạt vật chất vô cùng nhỏ trở thành tâm của những mầm tinh thể vật chất mới bị kết tinh và phát triển kích thước tạo nên vật liệu

xi măng có cường độ phát triển theo thời gian và sự kết tinh toàn khối vật liệu Khi vật liệu kết tinh hết thì kết thúc quá trình đóng rắn làm cho xi măng hoá đá có độ bền rất cao Có thể tóm tắt như sau:

Bảng 2.1 Tóm tắt quá trình đóng rắn của xi măng

Vữa linh động Bắt đầu ninh kết Kết thúc ninh kết Đóng rắn

b Quá trình hóa học khi đóng rắn xi măng

Quá trình hóa học khi đóng rắn xi măng xảy ra hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Gọi là phản ứng sơ cấp Chủ yếu các khoáng xi măng phản ứng thủy phân hay thủy hóa với nước

Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn thứ cấp Các sản phẩm thủy phân, thủy hóa của xi măng tác dụng tương hổ với nhau hay tác dụng với phụ gia hoạt tính trong xi măng

Tóm tắt 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Sản phẩm thủy hóa là Hidro silicat canxi

Khoáng silicat:

2(3CaO.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

2(2CaO.SiO2) + 4H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

2CaO.SiO2.2H2O có thể xảy ra Khoáng nóng chảy:

3CaO.Al2O3 + 6H2O 3CaO.Al2O3.6H2O

3CaO.Al2O3.6H2O + Ca(OH)2 +6H2O 4CaO.Al2O3.13H2O

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + (n+6)H2O 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O CaO.Fe2O3.nH2O + 2Ca(OH)2 3CaO.Fe2O3.6H2O + pH2O

Giai đoạn 2: Tác dụng với phụ gia

- Tác dụng với phụ gia hoạt tính: puzolan, tro, xỉ…

xCa(OH)2 + ySiO2ht +(z - x)H2O xCaO.ySiO2.zH2O

mCa(OH)2 + nAl2O3ht +(p - m)H2O mCaO.nAl2O3.pH2O

- Tác dụng với phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết: thạch cao thiên nhiên (CaSO4.2H2O)

C3A.CaSO4.(10÷12)H2O(1)

C3AH6 + CaSO4.2H2O + nH2O C3A.3CaSO4.(30÷32)H2O (2) (1) Tạo thành khi nồng độ vôi và nồng độ SO42- chưa bão hòa, C3A.CaSO4.(10 ÷ 12)H2O dạng keo sít đặc

(2) Tạo thành khi nồng độ vôi và nồng độ SO42- bão hòa, C3A.3CaSO4.(30 ÷ 32)H2O (ettringit), nó trương nở thể tích từ (2 ÷ 7,5) lần so với dạng 1

Hình 2.3 Hình ảnh chụp SEM của xi măng từ nhão sang đóng rắn

c Các dạng ăn mòn của xi măng

* Bao gồm 3 dạng:

- Ăn mòn dạng 1: Xác định dạng ăn mòn nhã vôi

-Ăn mòn dạng 2: Xác định dạng ăn mòn do quá trình phản ứng với các axit và muối

-Ăn mòn dạng 3: Xác định dạng các muối được tích lũy trong các vết rỗ của đá

xi măng, sự kết tinh của các muối này gây tăng thể tích pha rắn

Ăn mòn dạng 1

- Đá xi măng có cấu trúc không đồng nhất và là một hệ cân bằng không

ổn định.Sau khi gặp nước, xi măng bị thuỷ hóa, thuỷ phân, sản phẩm chủ yếu tạo ra các khoáng: Hydro silicat canxi, hydro aluminat canxi, hydro ferit canxi, hydroxit canxi 2(3CaO.2SiO2) +6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

2(2CaO.2SiO2) +6H2O 3CaO.2SiO2.3H2O+ Ca(OH)2

2CaO.SiO2.2H2O (có thể xảy ra)

- Nồng độ bão hòa của Ca(OH)2 và silicát 2 canxi thủy hóa khoảng 1,3 g/lit Nồng

độ khoảng bão hòa vôi của aluminat 4 canxi thủy hóa là 1,06 –1,08 g/lit, của aluminat 3 canxi là 0,42-0,56 g/lit, của ferrat 4 canxi khỏang 1,06 g/lit, của sufoaluminat canxi thủy hóa là 0,045g/lit

- Khi bê tông (BT) hoặc vữa ngâm trong nước, ban đầu khoáng xi măng hòa tan trong nước giải phóng ra Ca(OH)2, Ca(OH)2 dễ tan trong môi trường nước, đặc biệt là môi trường nước chảy làm cho nồng độ vôi trong môi trường giảm xuống Để lấy lại nồng độ vôi đầu tiên, Ca(OH)2 lại tiếp tục hòa tan Do bị hòa tan liên tục, nên để lại ngày càng nhiều lỗ hổng trong cấu trúc bê tông, các tác nhân xâm thực có điều kiện xâm nhập

sâu và ăn mòn cốt thép Khi nồng độ vôi giảm dần, các sản phẩm của quá trình thủy hóa lần lượt bị tan rã

Ăn mòn dạng 2

* Bản chất: Do sự tác dụng của các sản phẩm trong đá xi măng với các tác nhân môi trường: Axit, muối

- Ăn mòn do sản phẩm Ca(OH)2 tác dụng với axit có gốc CO32-:

Trường hợp 1: H2CO3+ Ca(OH)2 CaCO3+ H2O (không ảnh hưởng đến đá

nCaO.SiO2+pH2SO4+nH2OnCaSO4+mSi(OH)4+nH2O

3CaO.2SiO2.3H2O+3H2SO4+4H2O3CaSO4.2H2O+2Si(OH)4

Các sản phẩm sau khi ăn mòn gồm như Al(OH)3, Fe(OH)3, Si(OH)4 là các hydroxit kết tủa dạng vô định hình không có cường độ, còn CaSO4.2H2O là muối khó hòa tan, khi kết tinh lại liên kết với lượng nước lớn làm tăng thể tích phân tử lên 2,24 lần so với thể tích chất ban đầu, nên gây ra ứng suất nội làm cho cấu trúc bê tông bị phá hủy

Ăn mòn dạng 3

* Bản chất: Ăn mòn sulfat

-Do môi trường chứa các muối khoáng gốc sun phát cao, muối sun phát sẽ có phản ứng với các sản phẩm xi măng thủy hóa sinh ra các hợp chất gây trương nở thể tích quá mức cho phép sinh ra ứng suất Làm kết cấu xi măng, bê tông nứt nẻ Phá hoại các công trình

- Ăn mòn sulfat:

Ca(OH)2+MgSO4+2H2OCaSO4.2H2O+Mg(OH)2

Ca(OH)2+Na2SO4+2H2OCaSO4.2H2O+NaOH

3CaO.Al2O3.6H2O+CaSO4.2H2O+19H2O  3CaO.Al2O3.3CaSO 4.31H2O *Thường 3 dạng ăn mòn sẽ xảy ra đồng thời tùy mức độ khác nhau do môi trường

sử dụng

Biện pháp chống ăn mòn xi măng

*Nhiều nhân tố có thể tác động làm giảm chất lượng của xi măng bê tông Để bảo vệ bê tông khỏi tác nhân tấn công trong môi trường cần có nhiều biện pháp xử lý:

- Chọn xi măng có thành phần khoáng thích hợp

- Dùng các loại phụ gia

- Ngoài ra còn có cách là cách ly môi trường xâm thực và cấu kiện bằng cách phủ

ở mặt ngoài lớp vật liệu kị nước (nhựa đường, sơn, keo ) tùy theo điều kiện cụ thể

2.2.2 Cốt liệu

Cốt liệu trong bê tông là thành phần cơ bản chiếm một thể tích và khối lượng lớn nhất, có ảnh hưởng trực tiếp đến những tính chất của hỗn hợp bê tông, đến lượng nước cần của hỗn hợp, lượng dùng xi măng và các tính chất cơ lý của bê tông Do đó việc lựa chọn cốt liệu về loại, giá thành, đặc tính kỹ thuật có tác dụng quyết định đến chất lượng

và giá thành của bê tông

Khi chọn cốt liệu thường xét 3 đặc trưng:

 Đặc trưng 1: Tính chất cơ lý và cấu trúc cốt liệu:

Xét đến cường độ, độ đặc chắc, tính hút nước, khối lượng thể tích, độ mài mòn và tính chịu ăn mòn trong môi trường xâm thực Với cốt liệu lớn chỉ tiêu cường độ là quan trọng nhất để đánh giá chất lượng cốt liệu lớn

 Đặc trưng 2: Hình dạng, độ lớn và thành phần cỡ hạt:

Độ sạch, hình dạng và tính chất bề mặt, thành phần cỡ hạt ảnh hưởng đến độ bền liên kết giữa xi măng và cốt liệu nên ảnh hưởng cường độ bê tông Thực tế:

+ Đối với cốt liệu lớn đá dăm bảo đảm hơn so với sỏi hoặc đá cuội

+ Đá cuội, sỏi có dạng hình thoi và dẹp ảnh làm giảm cường độ bê tông, vì thế hàm lượng của chúng trong cốt liệu lớn không được vượt quá 15% theo khối lượng

+ Các hạt mềm, yếu bị phong hoá có cường độ thấp nên hàm lượng của chúng trong cốt liệu lớn không được vượt quá 10% theo khối lượng

Thành phần hạt và độ lớn:

+ Thành phần hạt là tỉ lệ phần trăm về khối lượng giữa các cấp hạt to, nhỏ khác nhau và được xác định bằng bộ sàng tiêu chuẩn

+ Khi chọn được thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của cốt liệu sẽ nhỏ nhất Gọi

d1, d2, …, dn là đường kính của các hạt cốt liệu, thực tế tương đối hợp lý giữa các cỡ hạt:

+ Đối với cốt liệu nhỏ (cát) bộ sàng tiêu chuẩn có đường kính các lỗ sàng: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm

 Đặc trưng 3: Hàm lượng tạp chất có hại:

Trong cốt liệu thường lẫn các tạp chất có hại như chất hữu cơ, bụi, sét, các muối sulfat Chúng bám dính trên bề mặt hạt cốt liệu thành một lớp mỏng làm trở ngại cho sự tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu, làm giảm lực dính kết giữa chúng dẫn đến sự hạ thấp cường độ bê tông Thực tế với các điều kiện khác như nhau, cường độ bê tông từ

đá dăm hoặc cuội sỏi được rửa sạch lớn hơn cường độ bê tông từ sỏi, sạn không rửa khoảng (10 ÷ 20)%

a Cốt liệu lớn

 Vai trò:

Đá, sỏi là cốt liệu lớn có cỡ hạt từ 5 - 70mm, chúng tạo ra bộ khung chịu lực cho

bê tông Sỏi có đặc điểm là do hạt tròn nhẵn, độ rỗng và diện tích mặt ngoài nhỏ nên cần

ít nước, tốn ít xi măng mà vẫn dễ đầm, dễ đổ, nhưng lực dính kết với vữa xi măng nhỏ nên cường độ của bê tông thấp hơn bê tông dùng đá dăm Ngoài đá dăm và sỏi khi chế tạo bê tông còn có thể dùng sỏi dăm (dăm đập từ sỏi)

Đối với cốt liệu lớn (đá dăm) thành phần hạt tuân theo TCVN 1771 : 1986

Bảng 2.1 Phạm vi cho phép về thành phần hạt đá dăm theo TCVN 1771-1986 Kích thước lỗ sàng Dmin

2

min max D

D 

Dmax 1,25 DmaxLượng sót sàng tích lũy (%) 90 ÷ 100 40 ÷ 70 0 ÷ 10 0

Hình 2.1 Miền giới hạn thành phần cỡ hạt của đá dăm trong bê tông

Dmax là đường kính lớn nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 10% nhất

Dmin là đường kính nhỏ nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy lớn hơn và gần 90% nhất

Bảng 2.2 Phạm vi cho phép về thành phần hạt cát theo TCVN 1770-1986

Đường kính lỗ sàng ,mm 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 Lượng sót tích luỹ Ai (%) 0 0 ÷ 20 15 ÷ 45 35 ÷ 70 70 ÷ 90 90 ÷ 100

Hình 2.2 Miền giới hạn thành phần cỡ hạt của cát trong bê tông

2.2.3 Nước dùng nhào trộn hỗn hợp bê tông

 Vai trò:

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

 Yêu cầu kĩ thuật:

Nước để chế tạo bê tông phải đảm bảo chất lượng tốt, không gây ảnh hưởng xấu đến thời gian đông kết và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép Nước cung cấp cho quá trình thuỷ hoá các khoáng xi măng và cung cấp nước để hỗn hợp bê tông có độ lưu động cần thiết Nước để nhào trộn hỗn hợp bê tông có thể dùng nước thiên nhiên (trước hết là nước uống được) không chứa muối axit, tạp chất và các chất bẩn, dầu mỡ trong nước thoát ra từ các thành phố, khu công nghiệp Nước có hàm lượng muối lớn hơn 5000mg/l hoặc chứa trên 2700mg/l ion SO42- hay pH < 4 là nước mang tính axit đều không thể nhào trộn bê tông

Lượng nước nhào trộn phụ thuộc vào loại hỗn hợp bê tông, loại và đường kính lớn nhất của cốt liệu lớn, modul độ lớn của cát, loại và lượng xi măng

Miền giới hạn thành phần cỡ hạt của cát trong bê tông

2.2.4 Phụ gia

 Vai trò:

Trong công nghệ chế tạo bê tông hiện nay, phụ gia được sử dụng khá phổ biến Phụ gia thường có tác dụng cải thiện các tính chất cơ bản của hỗn hợp bê tông và bê tông Mỗi loại phụ gia sẽ có tác dụng khác nhau có thể là tăng tính dẻo, giảm lượng nước nhào trộn, chậm đông kết, rắn chắc nhanh v.v…

 Phụ gia khoáng hoạt tính

Có thể khẳng định phụ gia khoáng hoạt tính (PGKHT) là loại phụ gia không thể thiếu được trong bê tông tính năng cao Vai trò chính của PGKHT là bổ sung hạt mịn cho bê tông nhằm tăng tính dính kết giữa các hạt rắn, làm giảm nguy cơ tách nước trong

bê tông, cải thiện tính đồng nhất trong bê tông Ngoài ra, PGKHT còn có tác dụng khác như giảm phản ứng kiềm-cốt liệu PGKHT có thể bao gồm một trong các loại sau: Tro bay (FA), Silica fume (SF), Xỉ lò cao (Slag) Ngoài ra, cũng có thể dùng tro trấu nghiền mịn hoặc meta caolanh

 Phụ gia siêu hóa dẻo

Phụ gia siêu hóa dẻo là các chất phụ gia hóa học được đưa vào hỗn hợp bê tông

để thực hiện hai chức năng chính: giảm lượng nước trong hỗn hợp, vì thế giảm độ rỗng mao mạch của vật liệu xi măng đã đóng rắn, và duy trì khả năng làm việc của bê tông tươi trong một khoảng thời gian hợp lý ngay cả khi tỷ lệ nước trên xi măng thấp

Cơ chế của phụ gia siêu hóa dẻo là làm phân tán các hạt xi măng trong hồ xi măng, phá vỡ cục vón xi măng trong hồ, do vậy giải phóng lượng nước bị cuốn hút bao quanh các cục đó Các hạt xi măng được giải tỏa kết vón lại có thể tham gia kết lắng chặt hơn

so với kết vón tự do Các phân tử phụ gia siêu hóa dẻo bị hấp phụ lên bề mặt của các hạt

xi măng thủy hóa làm cho bề mặt của chúng mang điện tích âm, điện tích bề mặt tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt xi măng liền kề nhau tạo khả năng chống kết vón và phân tán của các hạt này Sự phân tán còn mạnh hơn do sự hỗ trợ bởi lực đẩy hạt – hạt trong phạm vi hẹp của các hạt nhỏ sinh ra đẩy nhau nhờ các hiệu ứng không gian Kết quả tức thời của sự chống kết vón và phân tán nhờ phụ gia siêu hóa dẻo là cải thiện sự tiếp xúc giữa bề mặt các hạt xi măng và nước làm cải thiện sự thủy hóa sớm của xi măng

2.3 Tro bay

2.3.1 Nguồn gốc

Phụ thuộc vào loại than, khối lượng thực tế các tạp chất không bị cháy thường khoảng từ 10% đến 40% trong than có lẫn đất sét, diệp thạch, thạch anh, fenspat, dolomit và đá vôi Hầu hết các nhà máy điện đều dùng lò được đốt bằng bột than có 75% hoặc nhiều hơn các hạt than lọt sàng No.200 ( kích thước lỗ sàng 75 µm) Khi nhiên liệu đi

qua vùng có nhiệt độ cao trong lò, các chất bay hơi và cacbon được đốt cháy trong khi hầu hết các tạp chất khoáng lại bị tách ra theo khí thải ở dạng tro Các hạt tro bị nung chảy trong vùng đốt, tro nóng chảy được làm nguội đột ngột biến thành các hạt rắn hình cầu, dạng thủy tinh Một vài chất bị nung chảy tích tụ lại tạo nên tro đáy, nhưng hầu hết chúng đều bay ra ngoài theo dòng khí thải và được gọi là tro bay Sau đó tro bay được tách ra khỏi khí thải bằng các thiết bị tách cơ học, tiếp theo là bằng tĩnh điện hoặc lọc túi Tỷ lệ tro bay so với tro đáy thường là 70 : 30 Nhờ bị thiêu đốt ở nhiệt độ rất cao trong lò đốt (đạt khoảng 14000C) nên nó có tính puzzolan là tính hút vôi rất cao

Hình 2.1 Các hạt tro bay ở độ phóng đại 2.000 lần

2.3.2 Thành phần hóa học

Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba,

Pb, Cu, Zn, Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá

sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện

Tro bay thu được từ sự đốt cháy than đen mềm (than chứa bitum) có hàm lượng canxi thấp, mặt khác tro than á bitum và tro than non có khoảng trên 10% Cao, ngoài ra trong tro than bitum thường còn có hàm lượng kiềm và sulfat cao hơn so với trong tro than bitum Tro than non có hàm lượng silic và nhôm thấp, nhưng lại thường có lượng lớn sulfat mà hầu hết là sulfat natri Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện đốt than, hiệu suất cao, hiện đại thường có khuynh hướng giảm hàm lượng cacbon chưa cháy

2.3.3 Thành phần khoáng

Tro bay được phân loại theo hàm lượng CaO Theo ASTM, tro bay loại F chứa

silica cao, do vậy chủ yếu là alumosilicat dạng thủy tinh Tro bay canxi cao khác biệt chủ yếu bởi thành phần pha thủy tinh và lượng khoáng tinh thể Sự khác biệt giữa hai loại tro bay là hàm lượng cacbon chưa cháy Tách hoàn toàn cacbon chưa cháy ra khỏi tro bay loại F là khó và sự hiện diện 2-10% cacbon (lượng mất khi nung) là thông dụng Hoạt tính puzzolan của tro bay bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khối lượng và thành phần pha thủy tinh Tro bay từ các nhà máy lớn thường chứa (60-90)% pha thủy tinh, thành phần hóa và hoạt tính của chúng phụ thuộc vào hàm lượng canxi của tro bay Các khoáng kết tinh điển hình tìm thấy trong tro bay hàm lượng canxi thấp là thạch anh, mulit (3Al2O3.2SiO2), silimanit (Al2O3.SiO2), hematit và manhetit Các khoáng này không có đặc tính puzzolan Các khoáng kết tinh điển hình tìm thấy trong tro bay hàm lượng canxi cao là thạch anh, tricanxi aluminat (3Cao.Al2O3), thạch cao khan (CaSO4), vôi tự do, khoáng pericla (MgO tự do) và sulfat kiềm Trừ thạch cao và perica tất cả các khoáng kết tinh còn lại có trong tro bay hàm lượng canxi cao đều dễ dàng phản ứng với nước Vì vậy tro bay hàm lượng canxi cao hoạt tính hơn so với tro bay hàm lượng canxi thấp Tro bay hàm lượng canxi cao có đặc tính xi măng và đặc tính puzzolan, một số loại còn thể hiện khả năng làm tăng nhanh đông kết trừ khi được làm chậm bằng thạch cao hoặc các phụ gia khác

2.3.4 Đặc tính hạt

Các cơ chế mà theo đó phụ gia khoáng gây ảnh hưởng đến tính chất của bê tông tươi và bê tông đã đóng rắn đều phụ thuộc kích thước, hình dạng và cấu tạo bề mặt của các hạt nhiều hơn so với thành phần hóa Ví dụ lượng nước yêu cầu và tính công tác được kiểm soát bởi sự phân bố kích thước hạt, hiệu ứng điền đầy của hạt và độ trơn nhẵn của cấu tạo bề mặt Đặc tính xi măng và puzzolan, có thể điều chỉnh sự phát triển cường

độ và độ thấm của hệ xi măng hỗn hợp, được kiểm soát bởi cả đặc tính khoáng hóa và kích thước hạt tro bay

Điển hình là hoạt tính puzzolan của tro bay Hoạt tính puzzolan của tro bay tỷ lệ với khối lượng các hạt dưới 10 µm, trong khi đó các hạt lớn hơn 45 µm lại không có hoặc có hoạt tính puzzolan rất thấp

2.3.5 Tro bay trong công nghệ sản xuất bê tông

Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng silic tinh ròng (SiO2) có rất nhiều trong tro bay, nên khi kết hợp với ximăng portland hay các loại chất kết dính khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tông với độ cứng vượt trội (mác cao) có khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời gian, không nứt nẻ, giảm độ co gãy, có tính chống kiềm và tính bền sulfat, dễ thao tác, rút ngắn tiến độ thi công do không phải xử lý nhiệt Ngoài ra,

nó còn giảm nhẹ tỉ trọng của bê tông một cách đáng kể

Tro bay được ứng dụng vào thực tiễn của ngành xây dựng một cách rộng rãi và đã

có những công trình lớn trên thế giới sử dụng sản phẩm này như là một phụ gia không thể thiếu Các công trình tiêu biểu đã sự dụng tro bay làm phụ gia là: Đập Tomisato cao 111m ở Nhật Bản được xây dựng từ những năm 1950 đã sử dụng 60% tro bay thay thế

xi măng; Trung Quốc đưa tro bay vào công trình xây dựng đập thủy điện từ những năm 1980; Công trình Azure trị giá 100 triệu USD hoàn thành năm 2005 đã sử dụng 35% tro bay thay thế xi măng Ngoài ra còn có một số công trình xây dựng nổi tiếng như Tháp Castor và Pollux ở Frankfurt (Đức), cây cầu Great Belt East nối Copenhagen (Đan Mạch) với những vùng đất của trung tâm châu Âu

Hình 2.2 Đập Tomisato (Nhật Bản)

Hình 2.3 Cầu Great Belt East (Đan Mạch)

CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên vật liêu

Trong đề tài sử dụng các loại nguyên vật liệu: xi măng Đồng Lâm PCB40, cát Đại Lộc, đá dăm Hòa Nhơn, tro bay Vũng Áng, phụ gia siêu hóa dẻo SikaPlast 152 Chất lượng của bê tông phụ thuộc vào chất lượng của các nguyên vật liêu thành phần Hiện nay, nguồn nguyên vật liêu 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 chon và kiểm tra chất lượng

3.1.1 Xi măng

Các tiêu chuẩn phân tích tính chất cơ lý của xi măng portland hỗn hợp nêu ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Phân tích tính chất cơ lý xi măng

Xi măng

portland hỗn

hợp (TCVN

6260:2009)

Tên phép thử Tên tiêu chuẩn Tên thiết bị thử

Khối lượng riêng TCVN 4030: 2003

Bình khối lượng riêng, dầu hỏa và chậu nước

Độ mịn (trên sàng 0.09

Dùng sàng hoặc dụng

cụ Blaine Lượng nước tiêu chuẩn TCVN 6017: 2015 Dụng cụ vicat Thời gian đông kết TCVN 6017: 2015 Dụng cụ vicat

Độ ổn định thể tích PP Le

Chatelier TCVN 6017: 2015 Dụng cụ Le Chatelier Cường độ nén TCVN 6016: 2011

Máy trộn, khuôn (4x4x16 cm), máy

nén

Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng portland hỗn hợp được quy định trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng portland hỗn hợp

PCB30 PCB40 PCB50 Cường độ nén, mặt phẳng, không nhỏ hơn:

- bắt đầu, không nhỏ hơn

Hàm lượng anhydric sunphuric (SO3), %, không lớn hơn 3,5

- Thước lá kim loại

- Loại sàng có kích thước mắt sàng 5mm

 Chuẩn bị mẫu thử:

Lấy (5 ÷ 10) kg (tuỳ theo lượng sỏi trong cát) mẫu theo TCVN 337 : 1986 rồi sấy đến khối lượng không đổi Sau đó để nguội mẫu đến nhiệt độ phòng rồi sàng qua lưới sàng có kích thước mắt sàng 5mm

 Tiến hành thử:

Lấy cát đã chuẩn bị ở trên, đổ từ độ cao 10 cm vào ống đong sạch, khô và cân sẵn cho đến khi cát tạo thành hình chóp trên miệng ống đong, dùng thước kim loại gạt ngang miệng ống rồi đem cân

m1 - Khối lượng ống đong, tính bằng g

m2 - Khối lượng ống đong chứa cát ngang miệng, tính bằng g

v - Thể tích ống đong, tính bằng cm3

- Tiến hành thử hai lần hai mẫu thử khác nhau Khối lượng thể tích xốp của cát là trung bình cộng kết quả của hai lần thử

- Xác định độ xốp của cát dựa vào kết quả thử khối lượng riêng (ρ) theo TCVN

339 :1986, và khối lượng thể tích xốp (ρv) Độ xốp của cát (Xo) tính bằng % chính xác đến 0,1 % , theo công thức:

𝑋𝑜 = 1 − 𝜌𝑣

𝜌 ∗ 100∗ 100 (%) Trong đó :

ρv - Khối lượng thể tích xốp của cát, tính bằng g/cm3

ρ - Khối lượng riêng của cát, tính bằng g/cm3

b Xác định khối lượng riêng (TCVN 339 : 1986)

 Thiết bị thử:

- Bình khối lượng riêng (Hình 2.1)

- Cân kĩ thuật với độ chính xác 0,01 g

- Bình hút ẩm

- Bếp cách cát hoặc bếp cách thuỷ

 Chuẩn bị mẫu thử: Hình 3.1: Bình khối lượng riêng

- Lấy 30 g mẫu theo TCVN 337 : 1986 rồi sàng mẫu qua sàng có kích thước mắt sàng 5 mm

- Sàng lẫy mẫu thử ở nhiệt độ (105 ÷ 110)oC đến khối lượng không đổi theo TCVN

337 : 1986, sau khi sấy, mẫu được để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi đem trộn đều và chia làm 2 phần để tiến hành thử 2 lần song song nhau

 Tiến hành thử:

- Đổ mỗi mẫu thử vào một bình khối lượng riêng đã rửa sạch, sấy khô và cân sẵn (m1) cân bình khối lượng riêng chứa mẫu cát (m2), đổ nước cất có nhiệt độ phòng mẫu cát và nước đặt hơi nghiêng lên bếp cách cát hay bếp cách thuỷ và đun sôi trong khoảng (15 ÷ 20) phút để đuổi hết bọt khí ra khỏi bình Cũng có thể đuổi hết bọt khí ra khỏi bình bằng cách hút không khí tạo chân không trong bình hút ẩm

- Sau khi đuổi hết bọt khí ra khỏi bình, lau sạch xung quanh bình và để nguội đến nhiệt độ phòng Đổ thêm nước cất vào bình đến vạch định mức ở cổ bình rồi cân bình chứa cát và nước cất (m3) Sau đó đổ mẫu thử ra, rửa sạch bình, đổ nước cất vào đến vạch định mức rồi lại cân (m4)

 Tính kết quả:

- Khối lượng riêng của từng mẫu (r), tính bằng g/cm3 chính xác đến 0,01g/cm3, tính theo công thức:

𝜌 = (𝑚2− 𝑚1) ∗ 𝜌𝑛(𝑚4− 𝑚1) − (𝑚3− 𝑚2)(𝑔/𝑐𝑚

3) Trong đó :

m1 – Khối lượng bình không, tính bằng g

m2 – Khối lượng bình chứa cát, tính bằng g

m3 – Khối lượng bình chứa cát và nước cất, tính bằng g

m4 – Khối lượng bình chứa nước cất, tính bằng g

ρn – Khối lượng riêng của nước cất lấy bằng 1g/cm3

- Khối lượng riêng của cát là trung bình cộng kết quả của hai lần thử, khi kết quả của hai lần thử chênh lệch không quá 0,02 g/cm3

Trường hợp kết quả của hai lần thử chênh lệch quá 0,02 g/cm3 thì phải xác định lần thứ ba và khi khối lượng riêng của cát là trung bình cộng kết quả của hai lần thử có kết quả gần nhau

c Xác định hàm lượng bùn, bụi, sét (TCVN 7572 - 8 : 2006)

 Thiết bị và dụng cụ:

- Cân kỹ thuật có độ chính xác tới 0,1% và cân kỹ thuật có độ chính xác 1%

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ sấy ổn định từ (105 ÷ 110)oC

- Thùng rửa cốt liệu (Hình 2.2)

- Đồng hồ bấm giây

- Tấm kính hoặc tấm kim loại phẳng sạch

- Que hoặc kim sắt nhỏ