Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phụ gia siêu dẻo lên ma sát với thành ống bơm

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của bê tông lên ma sát ở giao diện tiếp xúc ngoài việc giúp dự tính khả năng bơm của một bê tông mà còn cho phép xác định các xu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ BÁ ĐỨC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN

PHỤ GIA SIÊU DẺO LÊN MA SÁT VỚI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực, kết quả nêu trong luận văn

là trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Bá Đức

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

7 Dự kiến cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG 4

1.1 CÔNG NGHỆ BƠM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG BƠM CỦA BÊ TÔNG 4

1.1.2 Giới thiệu chung 4

1.1.2 Các thông số ảnh hưởng đến dòng chảy của bê tông trong ống bơm 7

1.1.3 Ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm 8

1.1.4 Lưu biến của bê tông 12

1.2 HỆ THỐNG BƠM VÀ THIẾT BỊ 13

1.2.1 Hệ thống bơm bê tông - Bơm 13

1.2.2.Ưu và nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông 18

1.3 PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH KHẢ NĂM BƠM 20

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 23

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 24

2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG 24

2.1.1 Xi măng 24

2.1.2 Cát 24

2.1.3 Sỏi 25

2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 26

2.2.1 Mô tả thiết bị đo ma sát (tribomètre) 26

2.2.2 Phương pháp sử dụng thiết bị đo ma sát 27

2.2.3 Khai thác kết quả đo 29

2.2.4 Máy trộn bê tông 31

2.2.5 Phép đo độ sụt bằng côn Abrams 32

2.3 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 34

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 36

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 37

3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN VÀ NGUỒN GỐC PHỤ GIA SIÊU DẺO 37 3.2 MỘT VÍ DỤ ÁP DỤNG 45

3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 47

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

PHỤ LỤC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN

PHỤ GIA SIÊU DẺO LÊN MA SÁT VỚI THÀNH ỐNG BƠM

Học viên : LÊ BÁ ĐỨC

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08 Khóa : K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Hiện nay trong xây dựng các nhà thầu luôn tìm kiếm những phương tiện hỗ

trợ để giúp nâng cao năng suất lao động lại cắt giảm được chi phí sản xuất Cho nên

máy bơm bê tông được ưa thích và sử dụng ngày càng nhiều công nghệ bơm bê tông

này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với kiểu truyền thống nhất là khi quy mô kích

thước công trình càng lớn, thời gian thi công càng ngắn…Tuy nhiên trong khi thi công

máy bơm bê tông cũng có những nhược điểm ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông,

cho nên người ta tìm cách để có biện pháp khắc phục nó Trong số đó là thay đổi thành

phần phụ gia siêu dẻo trong cấp phối bê tông Luận văn này khái quát về công nghệ

bơm bê tông và nghiên cứu về sự ảnh hưởng của thành phần phụ gia siêu dẻo lên ma

sát với thành ống bơm Từ các thông số thành phần cấp phối bê tông phổ biển ta thay

đổi thành phần phụ gia siêu dẻo để từ đó ta thấy được sự thay đổi ảnh hưởng ma sát

của bê tông tác dụng lên thành ống bơm Thí nghiệm được thực hiện từ bê tông có độ

sụt thấp, khó bơm cho tới khi phân tầng Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được và

đưa ra các hướng phát triển tiếp theo

Từ khóa - áp lực bơm; thiết bị đo ma sát; hằng số nhớt; ngưỡng ứng suất cắt giao

diện; thành phần bê tông

RESEARCH INFLUENCE OF THE COMPONENT

SENSOR RELIABILITY ON MAINTAINING WITH PUMPS

Summary - At the moment, contractors are always looking for ways to help increase

productivity and reduce production costs So concrete pumps are preferred and used more and more This concrete pumping technology offers many advantages over the traditional one, especially when the size of the building is larger, the shorter the execution time However, during the construction of concrete pumps there are also The downside affects the ability to pump concrete, so people find ways to take measures to overcome it Among them is the change in the superconducting additives

in concrete mix This essay outlines the concrete pumping technology and studies the effect of superplasticizer on friction with the pump wall From the parameters of the universal concrete mixer, we change the superconducting admixture component so that

we can see the change in friction effect of the concrete effect on the pump wall The experiment was done from low slump concrete, hard to pump until stratification The author has summarized the results achieved and set out the next direction

Keywords - pressure pumping; Friction measuring device; Viscosity constant; Stress

threshold cut interface; Concrete composition

Q Lưu lượng bê tông bơm (m 3 )

T Momen xoắn áp đặt vào xy lanh quay (N.m)

T0 Momen xoắn ban đầu (N.m)

K Hệ số (Nm/s)

V Tốc độ quay xy lanh (Vòng/s)

Emax Khoảng cách tối đa các hạt cốt liệu thô (mm)

elbien Bề dày lớp biên (mm)

D Đường kính lớn nhất của cốt liệu sỏi đá (mm)

g Tỷ lệ thể tích

g* Độ chặt tối đa của hỗn hợp cốt liệu thô

2.6 Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Premia 150(A3) 26 2.7 Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Optima 175 (A4) 26 2.8 Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Optima 100 (A5) 26

2.10 Cấp phối bê tông nghiên cứu theo ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo 35 3.1 Ảnh hưởng của thành phần và nguồn gốc các loại phụ gia siêu dẻo 38

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

1.3 Bê tông ít linh động (hình trái) và linh động (hình phải) 6 1.4 Hệ thống bơm thi công bơm cao 600 mét, đường ống thép D=150

mm,áp lực bơm yêu cầu P=200 bar

6

1.6 Các trạng thái dòng chảy bê tông trong ống bơm 7

1.8 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị [CHAPDELAINE 2007] 10 1.9 Hình tổng quan thiết bị đo trước và trong khi quay xy lanh 10 1.10 Thiết bị đo ma sát phát triển bởi [NGO 2009] 11 1.11 Thiết bị đo thông số lưu biến hàng trên là BML(a); ICAR (b); 13

1.20 Mô hình dự tính áp lực bơm bởi [KAPLAN 2000] 21

Số hiệu

2.2 Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành 27

2.4 Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen xoắn

theo thời gian

29

2.5 Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh và số đo momen xoắn

theo thời gian

29

3.1 Quan hệ giữa độ sụt - hàm lƣợng phụ gia ứng với 5 loại phụ gia thử

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công nghệ bơm bê tông hiện được sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựng dân dụng, kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với các kiểu truyền thống, nhất là khi quy mô kích thước công trình càng lớn, thời gian thi công ngắn

Bê tông được xem là có khả năng bơm được đòi hỏi phải có độ linh động cần thiết Các thông số chính ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông có thể được chia thành: thông số liên quan điều kiện công trường (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vật liệu làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu ) và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm (thành phần, độ nhớt bê tông…) Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công trường gần như đã được xác định trước, vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến kỹ thuật bơm

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ: sự chuyển động của dòng bê tông trong ống bơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm như trong hình Các đặc tính lưu biến của lớp biên này còn được gọi là các thông

số ma sát bề mặt (gồm hằng số nhớt η và ngưỡng ứng suất cắt giao diện - gọi tắt là ngưỡng trượt τ0t), và khả năng bơm của một bê tông phụ thuộc chính bởi các thông số

ma sát này Ngưỡng trượt τ0t đặc trưng cho tính ì của dòng bê tông trong ống bơm, ngưỡng trượt càng lớn nghĩa là cần phải có một áp lực bơm ban đầu lớn để có thể đẩy

bê tông dịch chuyển trong ống bơm Hằng số nhớt η đặc trưng cho tính ì của bê tông khi bê tông đã dịch chuyển trong ống, thông số này càng nhỏ thì bê tông càng dễ dịch chuyển hay nói cách khác là dễ bơm

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của bê tông lên

ma sát ở giao diện tiếp xúc ngoài việc giúp dự tính khả năng bơm 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

Ở Việt Nam hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về thuộc tính lưu biến của vữa bê tông nói chung và các thông số ma sát của quá trình bơm bê tông chưa thực sự được chú trọng đúng mức Do đó, trong thực tế các phương pháp xử lý thuận tiện cho thi công lại ít nhiều ảnh hưởng đến chất lượng bê tông

Việc bổ sung thành phần phụ gia trong bê tông như chúng ta đã biết là sẽ cải thiện rất nhiều đến chất lượng của bê tông, nhất là tính lưu biến của bê tông khi thi công, giảm được tỉ lệ N/X tránh hiện thượng phân tầng, kéo dài thời gian ninh kết Tuy nhiên việc bổ sung thành phần phụ gia sẽ dẫn đến việc tăng giá thành và cũng có những tác dụng phụ khác cho bê tông

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

phần phụ gia siêu dẻo lên ma sát với thành ống bơm”, trong đó có tính đến hàm

lượng thêm vào cũng như tính chất của loại phụ gia là cần thiết để làm rõ vấn đề nầy

2 Mục tiêu nghiên cứu

-Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phụ gia: hàm lượng bổ sung và tính chất của từng loại phụ gia lên ma sát bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm

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

3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phụ gia siêu dẻo lên ma sát thành ống bơm

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần phụ gia dự kiến cho 5 loại

phụ gia siêu dẻo khác nhau

5 Phương pháp nghiên cứu

-Phân tích lý thuyết

-Thí nghiệm đo ma sát

-Phân tích đánh giá kết quả

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

-Nắm được bản chất của quá trình bơm bê tông

-Xác định được ảnh hưởng của thông số thành phần phụ gia lên thông số ma sát

bề mặt về mức độ cũng như xu hướng

-Xây dựng được 1 cơ sở dữ liệu giúp ích cho các nghiên cứu về lĩnh vực bơm

bê tông sau nầy

7 Dự kiến cấu trúc luận văn

Luận văn gồm phần

MỞ ĐẦU:

1 Lý do chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

4 Phạm vi nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BƠM BÊ TÔNG

1.1 Công nghệ bơm bê tông và các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng bơm của bê tông

1.2 Hệ thống bơm và thiết bị

1.3 Phương pháp dự tính khả năng bơm

1.4 Kết luận chương 1

Chương 2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM - VẬT LIỆU SỬ DỤNG

2.1 Vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông

2.2 Thiết bị thí nghiệm

2.3 Chương Trình thí nghiệm

Chương 3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

3.1 Ảnh hưởng của thành phần và nguồn gốc phụ gia siêu dẻo

3.2 Kết luận chương

KẾT LUẬN CHUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG

1.1 CÔNG NGHỆ BƠM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG BƠM CỦA BÊ TÔNG

1.1.2 Giới thiệu chung

Các công trình xây dựng quy mô ngày càng lớn, cả về mặt bằng cũng như chiều cao Bên cạnh gia tăng khối lượng thi công, trình độ công nghệ từ thiết kế đến thi công cũng có nhiều phát triển vượt bật Ví dụ như công trình tháp Grande arche ở La Défense (Paris - Pháp) cao đến 244 mét (Hình 1.1)

Hình 1.1 Tháp Grande arche ở La Défense

Với những công trình sử dụng vật liệu bê tông cốt thép đổ tại chỗ, việc quản lý chất lượng công trình nói chung và bê tông nói riêng có những phức tạp về mặt kỹ thuật Nhất là khi bê tông sử dụng là loại bê tông đặc biệt có cường độ cao (mà đi cùng với nó là có độ linh hoạt thấp); hay khi chiều cao/kích thước công trình thi công quá lớn gây khó khăn cho quá trình bơm bê tông; hay khi thi công trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt, quá nóng/hay quá lạnh…

Trong quá trình thi công, việc kiểm soát chất lượng bê tông nhìn một các tổng thể phải bắt đầu từ khâu vật liệu đầu vào, thiết kế cấp phối, kiểm soát chất lượng ở các trạm trộn bê tông, quá trình vận chuyển bê tông từ nơi trộn đến nởi đổ, công nghệ bơm

bê tông tại công trường, quá trình thi công bê tông tại công trường (đổ/ san gạt/ đầm/ dưỡng hộ… bê tông) Một hình ảnh trạm trộn bê tông được lắp đặt ngay tại công trường ở công trình bệnh viện đa khoa ở Orleans, phía nam Paris, Pháp như Hình 1.2

Hình 1.2 Trạm trộn bê tông thương phẩm

Bê tông sau khi trộn xong phải đảm bảo có độ “linh động” cần thiết để có thể thi công được: bơm/ đổ/ san gạt/ đầm Để có thể hình dung sơ bộ về độ “linh động” của vữa bê tông, chúng ta có thể xem hình ảnh về sự chảy/trượt của vữa bê tông trong máng ứng với trường hợp vữa bê tông có độ “linh động” nhiều hay ít như hình 1.3 Nói chung, bê tông càng “linh động” càng dễ thi công, tuy nhiên điều đó không phụ thuộc ý muốn chủ quan của người thi công mà hoàn toàn là vấn đề về kỹ thuật mà trong những điều kiện cụ thể là rất khó xử lý, đôi khi nếu xử lý không đúng sẽ dẫn đến những tác hại ảnh hưởng xấu tới chất lượng bê tông và qua đó ảnh hưởng đến chất lượng công trình

Hình 1.3 Bê tông ít linh động (hình trái) và linh động (hình phải)

Công nghệ bơm bê tông hiện được sử dụng rộng rãi trong thi công xây dựng dân dụng, kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn so với các kiểu truyền thống, nhất là khi quy mô kích thước công trình càng lớn, lại đòi hỏi thời gian thi công ngắn

Một hình ảnh (Hình 1.4) giới thiệu hệ thống bơm cho một công trình dân dụng là một công trình cao 800 mét, trong đó phần đổ bê tông cao 600 mét; hệ thống bơm sử dụng đường ống thép D=150 mm, áp lực bơm yêu cầu lên đến P=200 bars;

Hình 1.4 Hệ thống bơm thi công bơm cao 600 mét, đường ống thép D=150 mm,

áp lực bơm yêu cầu P=200 bar

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ: sự chuyển động của dòng bê tông trong ống bơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm theo nghiên cứu của [KAPLAN 2000] như Hình 1.5

Hình 1.5 Dòng chảy của bê tông trong ống bơm

1.1.2 Các thông số ảnh hưởng đến dòng chảy của bê tông trong ống bơm

Các thông số ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông có thể được phân thành hai loại Loại thứ nhất liên quan đến các thông số cơ khí ở hiện trường thi công, có liên quan đến các thiết bị sử dụng cho quá trình bơm và các đặc tính của hệ thống bơm Đó

là vận tốc dòng chảy (hay lưu lượng bơm), các loại máy bơm, chiều dài tính theo phương ngang - phương đứng của hệ thống bơm, đường kính của ống bơm, các dạng vật liệu làm ống bơm (ống cứng, ống linh hoạt, độ nhám bên trong ống ) của chướng ngại vật hình học trên hệ thống bơm (tiết giảm đường ống bơm, sự rẽ nhánh đường ống, ), thời gian và tần số của điểm dừng/ngừng trong quá trình bơm

Loại thứ hai liên quan đến các thông số về đặc tính của vữa bê tông tươi và do đó liên quan với các thành phần cấp phối vữa bê tông Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng dòng chảy trong bơm ống bê tông được thực hiện thông qua một lớp ranh giới được hình thành tại giao diện tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm, còn được gọi là lớp ma sát hay lớp biên [KAPLAN 2000], [MAI et al 2014] Hình 1.6 mô tả trạng thái của dòng chảy bê tông tong ống bơm, có hai khả năng xảy ra:

Hình 1.6 Các trạng thái dòng chảy bê tông trong ống bơm

Một là, khi ứng suất của bê tông ở vùng tiếp xúc với thành ống bơm nhỏ hơn ngưỡng ứng suất cắt (ngưỡng cắt) của bê tông, lúc này dòng chảy của bê tông trong ống bơm như là cái “nút” trượt trong ống bơm nhờ một lớp ma sát tạo ra ở bề mặt tiếp

xúc với thành ống bơm, trong bê tông không có hiện tượng cắt và biểu đồ vận tốc của

dòng chảy bê tông trong ống bơm có dạng như biểu đồ (1) trong Hình 1.6 Ở trạng thái

này, dòng chảy của bê tông trong ống bơm là dòng chảy trượt, và các thông số ma sát

của lớp biên quyết định khả năng bơm của bê tông

Hai là, khi ứng suất của bê tông ở gần thành ống bơm lớn hơn ngưỡng cắt của bê

tông, lúc này ở phần tiếp xúc với thành ống bơm xuất hiện một phần bê tông bị cắt và

biểu đồ vận tốc của dòng bê tông trong ống bơm có dạng như phần (2) trong Hình 1.6 Dòng chảy của bê tông trong ống bơm lúc này vừa phụ thuộc các thông số ma sát

của lớp biên vừa phụ thuộc các thông số lưu biến của bê tông

1.1.3 Ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm

a) Ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm

Ma sát ở giao diện (hay ứng suất cắt ở bề mặt tiếp xúc) đóng một vai trò quan

trọng lên khả năng bơm của bê tông Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ma sát

này được quyết định chủ yếu bởi hai thông số giao diện, cụ thể là ngưỡng ứng suất cắt

giao diện - hay còn gọi là ngưỡng trượt (0t) và hằng số nhớt () Mối quan hệ giữa

chúng được biểu diễn bởi phương trình Eq 1.1 được đề xuất bởi [KAPLAN 2000]

Phương trình Eq 1.1 cho thấy hằng số nhớt là tham số quan trọng nhất để xác

định sự tiến triển của ma sát theo tốc độ dòng chảy bê tông một khi bê tông đã bắt đầu

chảy trong đường ống (> 0)

Để đo được ma sát và sau đó tính toán các thông số giao diện, nhiều thiết bị đo

ma sát được gọi là các "tribometers" đã được phát triển Phần thiết bị trình bày sau này

sẽ tổng hợp các thiết bị đo tribometric tồn tại

b) Thiết bị đo ma sát

Các thiết bị đo ma sát hiện nay được chia thành hai nhóm chính: thisết bị đo ma

sát kiểu quay và thiết bị đo kiểu trượt (chuyển tiếp) Các tribomèter kiểu xoay chỉ được

sử dụng cho bê tông truyền thống (bê tông thường), có thể thực hiện các bài thí nghiệm cả trong phòng thí nghiệm lẫn ở công trường Trong khi những thiết bị đo kiểu chuyển tiếp có thể được sử dụng cho nhiều loại bê tông Tuy nhiên, các tribometer chuyển tiếp chỉ giới hạn để thử nghiệm trong phòng thí nghiệm vì cấu hình cồng kềnh, đòi hỏi rất nhiều sự chính xác và khá phức tạp

* Thiết bị đo của Kaplan (2000)

Các nghiên cứu gần đây trên về các thuộc tính ma sát của bê tông liên quan khả năng bơm được tiến hành tại Pháp bởi Kaplan Sau này đã phát triển một thiết bị đo

ma sát (gọi là tribometer) như Hình 1.7 Thiết bị của Kaplan bao gồm một xi lanh quay trụ thép, quay trong một thùng chứa cố định chứa 13 lít bê tông đường kính thùng chứa là 350mm, chiều cao 200mm Một mặt đệm cao su được đặt ở dưới đáy thùng chứa, đảm bảo độ kín giữa thùng chứa cố định và phần quay (xi lanh) Đường kính xy lanh quay là 150 mm

Hình 1.7 Thiết bị đo ma sát của Kaplan : (a) Các bộ phận cấu thành ; (b)

tribometre ở trạng thái rỗng ; (c) tribometre lấp đầy vữa bê tông [KAPLAN 2000].

Bê tông được đặt ở khoảng hở giữa thùng chứa cố định và xy lanh quay Để đảm bảo bê tông lấp đầy được tốt (xoay xy lanh khoảng 5 vòng) Khi xy lanh xoay trong bê tông, hình thành của một lớp vữa ở ranh giới của giao diện bê tông - thép Các cặp momen xoắn áp đặt lên xy lanh quay theo các mức vận tốc trong phạm vi giữa 0,2 1,6 vòng/s được đo lại Những số đo này cho phép tính toán các thông số giao diện bê tông - thép (tức là hằng số nhớt và ngưỡng giao diện)

Ưu điểm của thiết bị này là có thể sử dụng như một thiết bị cầm tay tại ngay công trường Tuy nhiên, nó có nhược điểm là do có ma sát phụ giữa phần xy lanh quay và thảm cao su mặt đáy Điều này dẫn đến sai số có thể có và cũng là giới hạn của thiết bị

* Thiết bị đo của Chapdelaine (2007)

Để nghiên cứu các tính chất ma sát của bê tông và đo ma sát/ ứng suất giữa bê tông tươi và thành ống bơm thép hoặc cao su, một thisết bị đo ma sát của bê tông được phát triển bởi Chapdelaine [CHAPDELAINE 2007] Phiên bản cuối cùng đã được ghép đồng bộ với thiết bị đo lưu biến IBB Rheometer Một chậu kích thước tương tự như của IBB Rheometer được sử dụng, lưỡi cố định rộng 12 mm được đặt trên các bức tường bên trong của chậu ở phía dưới đó như là côngxon ở trung tâm của chậu để bê tông tươi không di chuyển Hình 1.8 và 1.9 cho thấy một sơ đồ chậu và phần di động (hình trụ rỗng) của tribometer

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị [CHAPDELAINE 2007]

Hình 1.9 Hình tổng quan thiết bị đo trước và trong khi quay xy lanh

trong bê tông [CHAPDELAINE 2007].

Ưu điểm của thiết bị này là giảm thiểu ma sát phụ thêm nhưng việc sử dụng thiết

bị trên công trường là có phần hạn chế kích thước có phần hơn lớn của thiết bị

* Thiết bị đo của Ngo (2009)

Năm 2009, một phiên bản khác của thisết bị đo ma sát kiểu quay đã được phát triển trong phòng thí nghiệm tại L2MGC, Đại học Cergy-Pontoise bởi [NGO 2009] Một thiết bị đo ma sát, trong đó bao gồm ba phần chính:

- Một máy khuấy điện tử để ghi lại các cặp momen xoắn áp đặt lên xy lanh quay

- Một xy lanh hình trụ thép trơn cao 10cm và có đường kính 10,7cm

- Một thùng chứa bê tông 30x20cm hoặc 26x20cm (tương ứng là đường kính và chiều cao của nó)

Máy khuấy điện tử được gắn trên đầu của trục quay xy lanh, trong khi đó xy lanh thì được đặt ngập trong một chậu/thùng chứa bê tông để tránh hiệu ma sát ở đáy thùng chứa Hình 1.10

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đo ma sát này là đo mô-men xoắn ma sát xung quanh trụ xy lanh (thành đứng của xy lanh quay) theo các mức/cấp độ vận tốc quay áp đặt lên xy lanh Tám mức tốc đon quay của xy lanh được áp đặt trong phạm vi 0,2 1,6 vòng/s Để làm điều được điều này, một lượt đo ma sát ở đáy xy lanh và sau đó là

đo ma sát toàn bộ (ma sát ở phía đáy + bề mặt xung quanh xi lanh) được thực hiện với cùng một mức tốc độ quay áp đặt lên xy lanh Các cặp ma sát trung bình thu được bằng chênh lệch giữa hai phép đo này (Hình 1.10)

Hình 1.10 Thiết bị đo ma sát phát triển bởi [NGO 2009]

Những lợi thế của thiết bị này là đơn giản, gọn nhẹ và dễ sử dụng tại chỗ

1.1.4 Lưu biến của bê tông

a) Lưu biến của bê tông

Như chúng ta đã biết, ba tính chất cơ bản nhất của vật liệu xi măng nói chung và

bê tông nói riêng đó là cường độ, tính bền vững và độ linh động (hay tính dễ thi công) Hai tính chất đầu tiên liên quan đến bê tông ở trạng thái đã đóng rắn, còn tính linh động chỉ được nhắc đến khi bê tông ở trạng thái lỏng (bê tông tươi)

Các thuộc tính ở trạng thái tươi của bê tông đóng một vai trò quan trọng và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cũng như tính chất của bê tông khi đã đóng rắn Người ta tính rằng chi phí thi công của bê tông (bao gồm nhân công, thiết bị) cũng bằng chi phí của vật liệu để chế tạo bê tông Chính vì vậy những nghiên cứu về tính chất của bê tông ở trạng thái tươi ngày càng được chú ý trên thế giới, số lượng các công trình khoa học tập trung vào vấn đề này ngày càng nhiều, nhất là khi phụ gia hóa học được sử dụng rộng rãi hiện nay và được ứng dụng vào bê tông tự lèn hay vữa xi măng tự chảy Nghiên cứu về tính chất của vật liệu xi măng ở trạng thái tươi liên quan đến một

số khái niệm về tính ổn định, độ chặt, tính linh động hay nói khái quát nhất đó là tính chất “lưu biến” Theo định nghĩa, lưu biến học (rheology) là ngành khoa học nghiên cứu biến dạng và dòng chảy của một loại vật chất dưới tác dụng của ứng suất Nói một cách cụ thể hơn, lưu biến học nghiên cứu mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất tác dụng tương ứng của một chất lỏng Mối quan hệ này được gọi là tính chất lưu biến (rheological behavior) và thường được biểu diễn bằng mối quan hệ giữa ứng suất tiếp τ và vận tốc biến dạng trượt

Để xác định các thông số lưu biến người ta dung lưu biến kế và đường cong biểu thị mối quan hệ giữa τ - µ được gọi là đồ thị lưu biến (rheogram) Để nghiên cứu tính chất lưu biến của bêtông thì đơn giản nhất là bắt đầu từ hỗn hợp chất kết dính xi măng và nước (vữa xi măng - VXM) Có thể khẳng định rằng tính chất của bê tông phụ thuộc phần lớn vào tính chất của VXM tạo ra nó Ngoài ra hiện nay VXM có rất nhiều ứng dụng trong thực tế như vữa sửa chữa kết cấu bị nứt, vữa bơm ống gen của cáp ứng lực trước…

b) Thiết bị đo lưu biến

Một số thiết bị đo thông số lưu biến như Hình 1.11

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g)

Hình 1.11 Thiết bị đo thông số lưu biến hàng trên là BML(a); ICAR (b);

Essetelé et al (c); Two-point (d), hàng dưới Cemagref (e); BTrhéom (f); IBB (g)

Nguyên tắc chung của các thiết bị đo thông số lưu biến là tìm cách để cho các lớp

bê tông trượt lên nhau, có thể trượt theo kiểu xoay hay thẳng… nhằm xác định ma sát giữa các lớp bê tông này, từ đó xác định được các thông số lưu biến của vữa bê tông

1.2 HỆ THỐNG BƠM VÀ THIẾT BỊ

1.2.1 Hệ thống bơm bê tông - Bơm

a) Hệ thống bơm bê tông

Hệ thống bơm bê tông là hệ thiết bị dùng để vận chuyển và trút đổ bê tông có tính linh động cao và có thể vận chuyển bê tông lên cao đến 120 mét hay cao hơn và bơm xa tới 500 mét bằng một đường ống chất liệu thép Nếu muốn bơm cao và xa hơn thì phải có thêm các đường ống lắp nối tiếp Thiết bị còn được tận dụng để bơm vữa trong xây dựng

Dựa theo đặc tính hoạt động người ta chia hệ thống bơm thành hai loại: hệ bơm

di động và hệ bơm cố định (bơm tĩnh)

 Bơm cố định (máy bơm dòng, máy bơm đường ống):

Chỉ gồm phần máy bơm chính không kèm theo hệ đường ống bơm, đấu trực tiếp

vào đường ống bơm đặt sẵn tại công trình Máy bơm tĩnh không tự di chuyển được mà phải gắn vào các loại xe tải khác để kéo đến công trường

Hình 1.12 Máy bơm cố định

Máy bơm tĩnh dù không có hệ cần nhưng với nhà cao tầng hay siêu cao tầng nó lại thường được sử dụng để bơm chuyền lên từng độ cao nhà theo từng đợt đường ống đứng Một máy bơm cố định với công suất 40m3/h như Hình 1.12

Hình 1.13 Máy bơm tự hành

b) Bơm bê tông

Hiện nay có hai hệ thống khác nhau được sử dụng để bơm: máy bơm bêtông kiểu piston và máy bơm bêtông kiểu rotor

 Máy bơm kiểu piston:

Loại máy bơm này cấp/tốc độ bơm cao Hầu hết các máy bơm bê tông hiện đại

đa phần là loại bơm piston Bê tông được gửi vào phễu của máy bơm và sau đó thông qua một khe hở đặt ở dưới cùng của phễu, bê tông bị hút vào một xi lanh bằng trọng lực và lực hút được tạo ra bởi các piston Sau đó, một hệ thống van điều kiển kết nối với ổ cắm của máy bơm và piston đẩy bê tông Máy bơm bê tông gồm hai piston luân phiên hoạt động:một piston cung cấp bê tông trong ống bơm và một piston khác đẩybê tông trong phễu (Hình 1.14)

Hình 1.14 Máy bơm kiểu piston

 Máy bơm kiểu rotor

Đây là loại bơm phù hợp hơn để bơm các loại bê tông "nhạy cảm" đặc biệt như

bê tông nhẹ, bê tông tự đầm, Một vòi linh hoạt được đặt dưới chân không trong một buồng hình trụ Một cánh quạt với hai hoặc ba con lăn quay linh hoạt, qua đó đẩy bê tông vào ống

Công suất của máy bơm rotor là thấp hơn so với máy bơm piston, nhưng dòng chảy do nó thu được có lợi thế hơn Khi dùng máy bơm này phải thay đổi đường ống sau khoảng 100 giờ tuỳ theo tính chất của bê tông bơm (Hình 1.15)

Hình 1.15 Máy bơm kiểu rotor

Cơ chế di chuyển piston trong máy bơm piston có thể cơ khí hoặc thủy lực Bơm

cơ khí được sử dụng chủ yếu ở các nước thuộc Liên Xô cũ Các nước khác thường sử dụng các máy bơm piston thủy lực hoặc máy bơm luân phiên Piston bơm cơ khí có một bất lợi lớn đối với các máy bơm thủy lực: trong thời gian xả, máy bơm cơ khí truyền gia tốc lớn lên bê tông trái ngược với bơm thủy lực (kìm nén bê tông với một tốc độ không đổi)

* Chọn một máy bơm tốt

Sự lựa chọn giữa một máy bơm piston thủy lực và một máy bơm rotor thực sự là chưa rõ ràng, nó thường phụ thuộc vào đặc tính của từng máy, điều kiện thi công cụ thể trên công trường và bản chất của bê tông bơm Để chọn loại máy bơm và công suất phù hợp với nhu cầu thi công nó thường được dựa trên áp lực các loại máy bơm có thể cung cấp,lưu lượng dòng chảy mong muốn, các đặc tính của bê tông tươi

c) Ống bơm

Là một hệ thống đường ống, thường làm bằng thép dùng để vận chuyển bê tông tươi kết hợp với một máy bơm đến vị trí của ván khuôn Các đường ống thép sử dụng cho bơm bê tông thường có đường kính 65, 100, 125 và 150 mm Các ống có chiều dài

1, 2 hoặc 3 m được nối với nhau qua kẹp nối Những chiếc kẹp nối Hình 1.16 cho phép kết nối nhanh và đáng tin cậy

Hình 1.16 Kẹp nối

d) Hộp số và khuỷu tay

Hộp số của máy trộn được thiết kế theo cơ cấu truyền động bánh răng, có sức chịu tải trọng lớn, cường độ làm việc liên tục, động cơ được lai từ dây cu loa ra puli hộp số, đầu ra của hộp số máy trộn được gắn bởi hai bánh răng đầu trục, hai bánh răng này lại được gắn vào hai bánh răng của máy trộn, bên trong máy là hai trục có hai đầu gối đỡ và những cánh đảo, bàn tay đảo để khi máy chạy thì những bánh răng hộp số sẽ truyền động làm cho những cánh đảo bên trong thùng trộn quay, và đảo bê tông làm cho bê tông nhanh đều hơn chất lượng bê tông tốt hơn

Khuỷu tay được sử dụng để thay đổi hướng của ống Hình 1.17

Hình 1.17 Hộp số và khuỷu tay

e) Vòi ống bơm

Bê tông chạy từ ống bơm đến điểm đổ bê tông được thao tác bởi một vòi linh hoạt Qua ống này, bê tông chảy liên tục vào vị trí cuối cùng của nó và vẫn giữ được tính đồng nhất của bê tông Trường hợp đổ bê tông sâu trong ván khuôn, vòi su mềm giúp đưa bê tông tớivị trí thấp của ván khuôn, sau đó nó được nâng lên dần dần lấp đầy cốp pha, cho phép để tránh sự phân tầng trong bê tông (Hình 1.18)

Hình 1.18 Vòi bơm bê tông

1.2.2 Ưu và nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông

a) Ưu điểm của kỹ thuật bơm bê tông

 Tốc độ thi công nhanh (tùy thuộc vào công suất của máy bơm được sử dụng, lắp đặt bơm và tính chất của bê tông)

 Đưa được vữa bê tông vào những nơi khó tiếp cận, giúp cho bê tông dễ có được trạng thái đồng nhất hơn trong quá trình thi công

 Giảm thời gian vận chuyểnvà đổ bê tông tại công trường xây dựng,mang lại hiệu quả kinh tế, giảm hao phí lao động và tạo điều kiện công việc nhẹ nhàng hơn

 Cải thiện vấn đề an toàn trên công trường xây dựng

Tất cả những lý do trên giải thích việc sử dụng bơm bê tông ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới

b) Nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông

Khi bê tông dừng bơm có thể hình thành nút nghẽntrong đường ống Vì vậy cần thiết tháo rời các đường ống và thông các tắc nghẽn này Động tác này khá là tốn thời gian, ảnh hưởng kinh tế và ảnh hưởng đến tiến độ Sự xuất hiện các nút nghẽn trong các đường ống xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau

Có hai loại nguyên nhân: thứ nhất liên quan đến lỗi của con người (kết nối ống sai, sử dụng thiết bị điều khiển sai hoặc không phù hợp, ); thứ hai liên quan trực tiếp đến các tính chất lưu biến của bê tông

Các hình thức nghẹt:

• Nghẹt khi khởi đông (95%);

• Nghẹt khi bơm;

• Nghẹt khi tái khởi động;

• Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đường ống không tốt;

* Giai đoạn khởi động bơm:

Trong công nghệ bơm bê tông, giai đoạn khởi động là rất quan trọng Giai đoạn này, trạng thái đường ống chuyển tiếp từ chân không sang lấp đầy bằng bê tông Sự xuất hiện nghẽn bê tông giai đoạn này là rất phổ biến nhất (95% tắc nghẽn tìm thấy trên các công trường xây dựng xảy ra vào lúc bắt đầu)

Nói chung, để giảm thiểu nghẽn khi khởi động trước khi bắt đầu bơm thực tế, một hỗn hợp “bôi trơn” của xi măng và nước được tạo trước trong ống bơm ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm, với tỷ lệ Nước/Xi măng khoảng từ 0,5  0,8 theo nhu cầu thực sự tại công trường và chuyên môn các kỹ thuật viên điều khiển máy bơm Vai trò của hỗn hợp này là bằng cách nào đó bôi trơn các thành ống Trong giai đoạn đó, nó sẽ

để lại một lớp biên - hay lớp ma sát ở mặt biên trên thành ống

Hình sau minh họa hai mẫu bê tông lấy trực tiếp từ các đường ống đầu ra, cắt theo chiều dọc và ngang (Hình 1.19)

Hình 1.19 Trái: trạng thái bê tông khi bị nghẽn,

phải: trạng thái khi bê tông trượt trong ống bơm

* Nghẹt trong quá trình bơm bê tông :

Khi bê tông vượt qua giai đoạn khởi động mà không bị nghẽn, dòng chảy bê tông trong ống bơm đi vào giai đoạn thứ hai: trạng thái chảy ổn định Số lượng tắt nghẽn dòng chảy bê tông trong ống bơm gặp trong giai đoạn này thường là rất thấp Với những quan sát thực tế trên công trường xây dựng và trong thực nghiệm theo Kaplan, chúng ta có thể xác định được nguyên nhân gây nghẹt bê tông trong quá trình bơm

- kích thước cốt liệu quá lớn (>1/4 đường kính ống bơm);

- gia tăng tốc độ bơm quá lớn và nhanh;

- sự phân tầng của bê tông ở phểu cung cấp vữa cho máy bơm, điều này có thể làm thay đổi các thông số ma sát trong đường ống bơm;

- xuất hiện các yếu tố cá biệt khác trong bê tông (đá lớn, mảnh dây,….)

* Nghẹt trong quá trình tái khởi động bơm bê tông:

Trong quá trình bơm, không thể tránh khỏi giai đoạn tạm dừng bơm phát sinh từnhiều nguyên nhân khác nhau: thay đổi vị trí, cao độ trong quá trình bơm, làm sạch đường ống hoặc xe, hoặc do sự đáp ứng giữa quá trình bơm và năng suất của tổ đội thi công bê tông…

Nếu dừng kéo dài lâu, bê tông mất tính đồng nhất của nó do sự phân tầng bê tông dưới tác dụng của trọng lực Do đó, ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống trở nên lớn và bê tông bị lắng xuống đáy phần đường ống, lớp biên ma sát không còn tồn tại, từ đó gây ra nghẹtkhi khởi động lại, áp suất bơm trong giai đoạn này là không đủ để thắng lực ma sát với thành ống bơm, thậm chí còn có thể gây vỡ đường ống bơm

* Nghẹt do giai đoạn vệ sinh đường ống không tốt:

Làm sạch ống bơm là giai đoạn cuối cùng để thực hiện quá trình bơm Hiện tại

có hai kỹ thuật làm sạch sử dụng trên công trường xây dựng: làm sạch bằng khí nén và làm sạch bằng nước

- Làm sạch bằng khí nén: kỹ thuật này đòi hỏi các vấn đề liên quan đến an toàn trong thi công, nhưng hiếm khi gây ra sự tắt nghẽn

- Làm sạch bằng nước: kỹ thuật này được khuyến cáo là nên sử dụng hơn so với

kỹ thuật làm sạch bằng khí nén, nhưng nó hay gây nên các nút nghẽn và các nút tắt nghẽn này lại rất khó xử lý

1.3 PHƯƠNG PHÁP DỰ TÍNH KHẢ NĂM BƠM

Khả năng bơm của bê tông được gọi là "dễ dàng" hoặc "khó khăn" phụ thuộc ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm Ma sát này càng lớn thì áp lục bơm cần thiết cũng cần phải lớn theo tương ứng đề có thể bơm đáp ứng được lưu lượng yêu cầu Vì vậy, đối với một tốc độ bơm yêu cầu, một bê tông mà tạo ra ít ma sát với thành ống sẽ dễ dàng bơm hơn là bê tông tạo ra một ma sát lớn Hay nói cách khác, hoàn toàn có thể để dự đoán khả năng bơm bê tông dựa trên một trong hai thông số: dựa trên thông số ma sát hoặc dựa trên áp lực bơm

Có nhiều phương pháp dự tính áp lực bơm, đơn giản nhất là dựa theo các bảng tra hoặc đồ thị để xác định áp lực bơm cần thiết Hoặc cũng có thể dựa vào các mô hình tính: mô hình của [KAPLAN 2000] là thuận lợi nhất và được sử dụng phổ biến nhất

Mô hình này được thiết lập từ các phép đo lưu biến (thực hiện bởi Rheometer BTRhéom) và các phép đo ma sát (thực hiện bởi tribometer) Kết quả cho thấy ma sát

ở giao diện phụ thuộc tuyến tính vào tốc độ bơm (Eq 1.2):

đo lưu biến của bê tông trong mô hình

Mô hình này cho thấy sự tiến triển của áp lực bơm - lưu lượng theo hai trang thái

(1) và (2) khác nhau như Hình 1.20

Hình 1.20 Mô hình dự tính áp lực bơm bởi [KAPLAN 2000]

Phần đầu tiên của mô hình (1) được mô tả đầy đủ ở Hình 1.7(1), lúc này dòng chảy của bê tông trong ống bơm là dòng chảy trượt nhờ lớp ma sát tạo ra ở lớp biên,

áp lực bơm phụ thuộc chủ yếu vào các thông số ma sát ở bề mặt (hằng số nhớt và ngưỡng trượt) theo công thức Eq 1.3:

Q R

r

t k R

Lúc này áp lực bơm vừa phụ thuộc các thông số ma sát vừa phụ thuộc các thông

số lưu biến của bê tông xác định như công thức Eq 1.5

34

3600

R R

k R Q R

L P

i r

Q (m³/h) : lưu lượng bơm trung bình

Kr : hệ số lấp đầy (kr = 0,8 với bơm cố định, kr = 0,7 với bơm di động

[KAPLAN 2000], [KAPLAN et al 2005]

0i(Pa) ngưỡng trượt (đo bởi thiết bị đo ma sát)

(Pas/m) hằng số nhớt (đo bởi thiết bị đo ma sát)

0 (Pa) : ngưỡng ứng suất cắt của bê tông (đo bởi thiết bị đo lưu biến)

(Pas)  độ nhớt của bê tông (đo bởi thiết bị đo lưu biến)

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Như vậy, bê tông được xem là có khả năng bơm được đòi hỏi phải có độ linh động cần thiết Các thông số chính ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông có thể được chia thành: thông số liên quan điều kiện công trường (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vật liệu làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu ) và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm (thành phần, độ nhớt bê tông…) Nói chung, các thông số liên quan đến điều kiện công trường gần như đã được xác định trước, vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến kỹ thuật bơm

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ: sự chuyển động của dòng bê tông trong ống bơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm Các đặc tính lưu biến của lớp biên này còn được gọi là các thông số ma sát bề mặt (gồm hằng số nhớt  và ngưỡng ứng suất cắt giao diện - gọi tắt là ngưỡng trượt 0t), và khả năng bơm của một bê tông phụ thuộc chính bởi các thông số ma sát này Ngưỡng trượt0t đặc trưng cho tính ì của dòng bê tông trong ống bơm, ngưỡng trượt càng lớn nghĩa là cần phải có một áp lực bơm ban đầu lớn để có thể đẩy bê tông dịch chuyển trong ống bơm Hằng số nhớt  đặc trưng cho tính ì của bê tông khi bê tông đã dịch chuyển trong ống, thông số này càng nhỏ thì bê tông càng dễ dịch chuyển hay nói cách khác là dễ bơm

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần của cấp phối vữa bê tông lên ma sát ở giao diện tiếp xúc ngoài việc giúp dự tính khả năng bơm 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

Chính vì thế, việc đưa ra đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vữa hồ xi măng và tỉ lệ Nước/Xi Măng lên ma sát với thành ống bơm” 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 ma sát cùng quy trình đo, tính kết quả đo Và xác định chương trình thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần lên các thông số ma sát, qua đó xác định khả năng bơm của bê tông

2.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG

2.1.1 Xi măng

Xi măng được sử dụng để sản xuất bê tông là loại xi măng Calcia - CEM I 52.5N

CE CP2 NF có các đặc trưng theo mô tả trong [CEM] và trong phụ lục số 1.1, có thể tóm tắt một số thông tin chính như trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Đặc trưng của xi măng Calcia - CEM I 52.5N CE CP2 NF

Xi măng Calcia - CEM I 52.5N CE CP2 NF Thành phần đặc trưng Đơn vị Khối lượng

2.1.4 Phụ gia siêu dẻo

Có 5 loại phụ gia thử nghiệm: 3 loại (A1, A2, A5) có gốc từ “polycarboxylate modifié”, 1 loại (A3) có gốc từ “phostphonate modifié” và 1 loại (A4) với cả 2 gốc trên Các đặc trƣng chính của 5 loại phụ gia này đƣợc trình bày trong các bảng tử Bảng 2.4 đến Bảng 2.8 và trong phụ lục 2.1

Bảng 2.4 Các đặc trưng của GLENIUM SKY 537 (A1)

Các đặc trƣng của GLENIUM SKY 537 (A1)

Bảng 2.5 Các đặc trưng của GLENIUM ACE 456 (A2)

Các đặc trƣng của GLENIUM ACE 456 (A2)

Bảng 2.6 Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Premia 150(A3)

Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Premia 150

Bảng 2.7 Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Optima 175 (A4)

Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Optima 175 (A4)

Bảng 2.8 Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Optima 100 (A5)

Các đặc trưng của CHRYSO Fluid Optima 100 (A5)

Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm đo ma sát sẽ được thực hiện nhờ thiết bị

đo ma sát (tribomètre) 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 Mô tả thiết bị đo ma sát (tribomètre)

Thiết bị đo ma sát gồm có 3 phần chính như Hình 2.1:

 Một máy khuấy điều khiển tốc độ quay và đọc được momen xoắn điện tử;

 Một xy lanh hình trụ thép tròn trơn cao 10cm, đường kính 10,7cm;

 Và một thùng chứa vữa bê tông cao 20cm đường kính 30cm

Hình 2.1 Thiết bị đo ma sát - Tribomètre

Xy lanh quay, phần trục trên được gắn vào máy khuấy điện tử, phần xy lanh bằng trụ thép tròn trơn thì được đặt “ngập” trong vữa bê tông Cấu hình này cho phép giảm thiểu ma sát ở vùng biên (đáy và thành thùng chứa) lên xy lanh quay so với các thiết bị tương tự khác

Đồng thời việc vận hành cũng khá đơn giản, có thể thực hiện ở phòng thí nghiệm hay ngay tại công trường và giúp giảm chi phí đầu tư thiết bị Toàn bộ hoạt động của thiết bị được điều khiển nhờ phần mềm được cài trong máy tính để điều khiển máy khuấy

2.2.2 Phương pháp sử dụng thiết bị đo ma sát

Việc vận hành thiết bị đo ma sát (tribomèter) gồm 5 bước:

(a) (b) (c)

Hình 2.2 Cấu tạo thiết bị đo ma sát và quy trình vận hành: (a) cấu tạo thiết bị ; (b)

bước đo thứ nhất; (c) bước đo thứ hai theo Ngo et al.[NGO et al 2010]

 Bước 1: Cho vữa bê tông vào một nữa thùng chứa và đầm 25 lần như Hình

2.2(b)

 Bước 2: Định vị xy lanh ở trung tâm của thùng chứa và để cho xy lanh “đứng” trên

bề mặt bê tông bởi trọng lượng của nó, xy lanh sau đó được cố định với trục máy khuấy

 Bước 3: Đo momen xoắn ma sát ở đáy xy lanh tương ứng với cấp vận tốc áp

đặt lên trục quay như trong Hình 2.3

 Bước 4: Sau khi bước 3 xong, đổ tiếp lớp bê tông thứ hai lên trên lớp thứ nhất

đến đầy thùng chứa và đầm 25 lần như Hình 2.2(c)

 Bước 5: Lặp lại bước 3 và ghi lại các kết quả mới

Hình 2.3 Biểu đồ mức vận tốc xoay xy lanh

Momen xoắn ma sát giao diện có được bằng cách trừ kết quả ở bước 5 cho bước

3 Với mỗi cấp tốc độ xoay áp đặt, ma sát giao diện trung bình trên diện tích xung quanh xy lanh có được khi tốc độ quay không đổi Momen xoắn ma sát giao diện được ghi nhận theo hướng tốc độ giảm như hình 2.4 để xác định các thông số bơm

Hình 2.4 Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh

và số đo momen xoắn theo thời gian

Một ví dụ hình ảnh thu được từ máy tính các biểu đồ mức momen xoắn/ tốc độ quay áp đặt lên xy lanh theo thời gian như hình 2.5

Hình 2.5 Sự tiến triển của tốc độ áp đặt lên xy lanh

và số đo momen xoắn theo thời gian

2.2.3 Khai thác kết quả đo

Một ví dụ về kết quả của phép đo tribomèter được minh họa như trong Hình 2.6 Các kết quả thí nghiệm có thể được xấp xỉ bằng một hàm tuyến tính thực nghiệm dưới dạng như phương trình (Eq 2.1) và Hình 2.5(a) như sau: