Nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong môi trường nước biển và nước ngọt

TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Học viên: Phan Nhật Long Mã số: 60.58.02.08 Chuyên ngành: Kỹ th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



PHAN NHẬT LONG

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ

CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH

TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT

LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG

VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



PHAN NHẬT LONG

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ

CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH

TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phan Nhật Long

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN v

DANH MỤC KÝ HIỆU vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG 3

1.1 THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG 3

1.1.1 Thành phần của bê tông 3

1.1.2 Cấu trúc của bê tông 3

1.1.3 Các loại bê tông 5

1.2 VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ 6

1.2.1 Phân loại thủy tinh 6

1.2.2 Tính chất cơ lý của thủy tinh 6

1.3 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG 8

1.3.1 Cường độ chịu nén 8

1.3.2 Cường độ chịu kéo 10

1.3.3 Nhân tố quyết định cường độ của bê tông 11

1.3.4 Sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian 12

1.4 GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ GIÁ TRỊ TIÊU CHUẨN CỦA CƯỜNG ĐỘ 14

1.4.1 Giá trị trung bình 14

1.4.2 Độ lệch quân phương, hệ số biến động 14

1.4.3 Giá trị đặc trưng 15

1.4.4 Giá trị tiêu chuẩn 15

1.4.5 Giá trị tính toán 15

1.5 CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC CỦA BÊ TÔNG 15

1.5.1 Mác theo cường độ chịu nén 15

1.5.2 Mác bê tông theo cường độ chịu kéo 16

1.5.3 Cấp độ bền chịu nén B 16

1.5.4 Cấp độ bền chịu kéo Bt 16

1.5.5 Mác theo khả năng chống thấm 16

1.5.6 Mác theo khối lượng riêng 16

1.6 ĂN MÒN HÓA HỌC BÊ TÔNG 17

1.6.1 Ăn mòn hòa tan 17

1.6.2 Ăn mòn cacbonic 18

1.6.3 Ăn mòn axit 18

1.6.4 Ăn mòn magie 18

1.6.5 Ăn mòn phân khoáng 18

1.6.6 Ăn mòn sulphate 18

1.6.7 Ăn mòn của các chất hữu cơ 19

1.6.8 Ăn mòn do kiềm 19

1.7 KẾT LUẬN 19

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG 20

2.1 VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG 20

2.1.1 Xi măng 20

2.1.2 Nước trộn bê tông 21

2.1.3 Cốt liệu mịn 22

2.1.4 Cốt liệu thô (thay đá dăm bằng thủy tinh) 25

2.2 TÍNH CHẤT VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG 26

2.2.1 Tính công tác của hỗn hợp bê tông 26

2.2.2 Cường độ của bê tông 30

2.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG THEO TCVN 3118-1993 31

2.3.1 Thiết bị thử 31

2.3.2 Chuẩn bị mẫu thử 32

2.3.3 Tiến hành thử 33

2.4 KẾT LUẬN 33

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 34

3.1 THÍ NGHIỆM THÀNH PHẦN CỐT LIỆU 34

3.1.1 Thành phần cát 34

3.1.2 Cốt liệu thuỷ tinh 35

3.1.3 Nước biển (sử dụng để bảo dưỡng) 39

3.1.4 Thành phần cấp phối đúc mẫu thí nghiệm 40

3.2 QUI TRÌNH ĐÚC MẪU, BẢO DƯỠNG, THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ 41

3.2.1 Quy trình đúc mẫu bê tông 41

3.2.2 Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm (TCVN 8828-2011) 41

3.2.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông 42

3.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 43

3.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU BÊ TÔNG THUỶ TINH 46

3.5 NHẬN XÉT 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

TÓM TẮT LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CỐT LIỆU THỦY TINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT

Học viên: Phan Nhật Long

Mã số: 60.58.02.08

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và công nghiệp Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Bê tông là loại vật liệu đang được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân

dụng, xây dựng cầu, đường Thông qua chất lượng bê tông có thể đánh giá chất lượng của toàn bộ công trình Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày càng có nhiều nghiên cứu chế tạo ra các loại bê tông khác nhau, phù hợp với đặc tính của từng kết cấu công trình, môi trường làm việc… trong đó có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông

từ các nguồn rác thải tái chế Việc sử dụng bê tông cốt liệu thủy tinh (nguồn chất thải rắn trong đó có thủy tinh y tế) là loại vật liệu sẽ đóng góp đáng kể cho việc xử lý môi trường chất thải Vấn đề đặt ra hiện nay là xác định sự phát triển cường độ của vật liệu này trong các môi trường khác nhau để từ đó có sự lựa chọn sử dụng phù hợp trong thực tế xây dựng

Từ khóa - bê tông thuỷ tinh; rác thải thuỷ tinh; tái chế thuỷ tinh; cường độ bê tông; sự phát

triển cường độ bê tông

RESEARCH THE DEVELOPMENT STRENGTH OF GLASS CONCRETE IN

SEAWATER AND FRESHWATER

Abstract - Concrete is a popular material using in civil engineering, bridge and road

construction The construction quality can be evaluated by concrete performance Nowadays, there are the high developments in Science and Technology to study and apply many kinds of concrete which are suitable with structure and environment of constructions include reusing the waste materials The use of glass in concrete (including medical glass)

as aggregate will significantly contribute to reduce the impact to environment The problem is that determining the strength development of this material in different environments to make suitable choice for this material in the real construction

Key words - glass concrete; waste glass; recycle glass; strength of concrete; the

development strength of concrete

DANH MỤC KÝ HIỆU

R 3 ; R 7 ; R 14 ; R 28 Cường độ mẫu thử tại thời điểm 3 ngày, 7 ngày, 14 ngày, 28

ngày

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu

3.9 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng thể tích cốt liệu thuỷ

Số hiệu

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay bê tông là một trong những loại vật liệu đang được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng dân dụng, xây dựng cầu, đường Tỷ lệ sử dụng bê tông trong xây dựng nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đường khoảng 15% tổng khối lượng bê tông Thông qua chất lượng bê tông có thể đánh giá chất lượng của toàn bộ công trình Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày càng có nhiều nghiên cứu chế tạo ra các loại bê tông khác nhau, phù hợp với đặc tính của từng kết cấu công trình, môi trường làm việc… trong đó có việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu bê tông từ các nguồn rác thải tái chế

Trong điều kiện Việt Nam, hiện nay lượng chất thải rắn sinh hoạt là rất lớn, ước tính khoảng 12,8 triệu tấn/năm, trong đó lượng rác thải thủy tinh đặc biệt là lượng rác thải rắn thủy tinh y tế tại các bệnh viện là rất lớn, chiếm khoảng 0,4 – 5% Lượng rác thải thủy tinh không nhiều như các loại rác thải khác nhưng việc thu hồi và tái chế thủy tinh mang lại nhiều lợi ích như: tái sử dụng nguyên liệu, tiết kiệm năng lượng, giảm diện tích bãi chôn lấp

Việc sử dụng bê tông cốt liệu thủy tinh (nguồn chất thải rắn trong đó có thủy tinh

y tế) là loại vật liệu sẽ đóng góp đáng kể cho việc xử lý môi trường chất thải

Vấn đề đặt ra hiện nay là xác định sự phát triển cường độ của vật liệu này trong các môi trường khác nhau để từ đó có sự lựa chọn sử dụng phù hợp trong thực tế xây

dựng Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy

tinh trong môi trường nước biển và nước ngọt” là cần thiết

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xác định sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong 2 môi trường nước biển và nước ngọt

- So sánh, nhận xét kết quả

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Bê tông sử dụng cốt liệu thủy tinh y tế bảo dưỡng trong môi trường nước biển

và nước ngọt

- Nghiên cứu về tính chất cơ lý của bê tông cốt liệu thủy tinh

- So sánh, nhận xét các kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bê tông và thủy tinh

- Nghiên cứu thực nghiệm (thí nghiệm các mẫu bê tông cốt liệu thủy tinh được bảo dưỡng trong 2 môi trường nước biển và nước ngọt)

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học của đề tài là nghiên cứu, so sánh sự phát triển cường độ của bê tông cốt liệu thủy tinh trong các môi trường làm việc khác nhau

Nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở để so sánh các đặc tính của vật liệu trong môi trường làm việc thực tế Từ đó rút ra kết luận kiến nghị làm cơ sở khoa học để lựa chọn và áp dụng vật liệu bê tông cốt liệu thủy tinh trong các công trình xây dựng

6 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Luận văn gồm những nội dung chính như sau:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BÊ TÔNG

1.1 THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG

1.1.1 Thành phần của bê tông

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được bằng cách đổ khuôn và làm rắn chắc một hỗn hợp hợp lí bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm v.v

Hỗn hợp nguyên liệu mới nhào trộn gọi là hỗn hợp bê tông

Hỗn hợp bê tông sau khi cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi là bê tông Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Hồ chất kết dính bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, chúng là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống và liên kết giữa các hạt cốt liệu Sau khi cứng rắn, hồ chất kết dính gắn kết các hạt cốt liệu thành một khối tương đối đồng nhất và được gọi là bê tông

Chất kết dính có thể là xi măng các loại, thạch cao, vôi và cũng có thể là chất kết dính hữu cơ (polime) Trong bê tông xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, còn xi măng chiếm 10 - 20% khối lượng

Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng vì chúng có những ưu điểm sau: Cường độ chịu lực cao, có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng

và tính chất khác nhau Giá thành rẻ, khá bền vững và ổn định đối với mưa nắng, nhiệt

độ, độ ẩm

Tuy vậy chúng còn tồn tại những nhược điểm:

- Khối lượng riêng lớn (ρv = 2200 - 2400kg/m3)

- Thời gian thi công lâu: bê tông cần thời gian để đông cứng, trong thời gian này chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết, môi trường Nhược điểm này

có thể khắc phục bằng cách sử dụng bê tông đúc sẵn lắp ghép hoặc bán lắp ghép

- Khả năng tái sử dụng thấp: việc tháo dỡ, vận chuyển và tái sử dụng bê tông sau khi sử dụng rất tốn kém và tiêu hao nhiều công sức

- Tốn chi phí cho hệ thống dàn giáo, ván khuôn

1.1.2 Cấu trúc của bê tông

1.1.2.1 Sự hình thành cấu trúc của bê tông

Sau khi tạo hình các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xếp chặt chẽ hơn Cùng với sự thuỷ hoá của xi măng, cấu trúc của bê tông được hình thành Giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thành cấu trúc Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hoá học Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ nước-xi măng

không lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn Việc dùng xi măng và phụ gia rắn nhanh rút ngắn giai đoạn hình thành cấu trúc Trong trường hợp cần duy trì tính công tác của hỗn hợp bê tông trong lúc vận chuyển cũng như thời tiết nóng có thể dùng phụ gia chậm cứng rắn

Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau,

sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi)

Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng

Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính

dẻo

1.1.2.2 Cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô

Cấu trúc vĩ mô: Bê tông là loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp Trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu Vcl, thể tích

hồ xi măng Vh và thể tích lỗ rỗng khí Vk: Vcl + Vh+ Vk= 1

Khi thi công nếu đầm nén tốt thể tích lỗ rỗng khí sẽ giảm đi, điều đó cho phép tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm và cải thiện nhiều tính chất kỹ thuật khác Cần lưu ý đến tỷ lệ N/X, lượng nước, lượng xi măng phải thích hợp để đảm bảo cấu trúc của bê tông được đặc chắc

Cấu trúc vi mô của bê tông được đặc trưng bằng cấu trúc của vật rắn, độ rỗng và đặc trưng của lỗ rỗng trong từng cấu tử tạo nên bê tông (cốt liệu, đá xi măng) cũng như cấu tạo của lớp tiếp xúc giữa chúng

Lượng nước nhào trộn một phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần dùng để tạo thành hồ của đá xi măng, còn một phần bị cốt liệu rỗng hút vào Vì vậy hỗn hợp bê tông dẻo sau khi đổ khuôn còn có xảy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa

Độ bền của mối liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng phụ thuộc vào bản chất của cốt liệu, vào độ rỗng, độ nhám của bề mặt, độ sạch của cốt liệu, cũng như vào loại xi măng và độ hoạt tính của nó; vào tỷ lệ N/X và điều kiện rắn chắc của bê tông

Độ rỗng trong bê tông bao gồm những lỗ rỗng nhỏ li ti và lỗ rỗng mao quản Độ rỗng của nó có thể lên tới 10 -15% và bao gồm:

- Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gen, lỗ rỗng mao quản, lỗ rỗng do khí cuốn vào);

- Lỗ rỗng trong cốt liệu;

- Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu (khoảng không gian giữa các hạt cốt liệu không được chèn hồ xi măng)

Để nâng cao độ đặc của bê tông trong quá trình thi công cần lưu ý các biện pháp kỹ thuật để hạn chế tối đa lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu, nhờ đó có thể cải thiện cấu trúc của bê tông theo hướng có lợi

1.1.3 Các loại bê tông

1.1.3.3 Theo khối lượng thể tích

Bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kg/m3), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho những kết cấu đặc biệt

Bê tông nặng ( ρv = 2200 - 2500 kg/m3), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường dùng cho kết cấu chịu lực

Bê tông tương đối nặng (ρv = 1800 - 2200 kg/m3), dùng chủ yếu cho kết cấu chịu lực

Bê tông nhẹ ( ρv = 500 - 1800 kg/m3), trong đó gồm có bê tông nhẹ cốt liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt), chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ)

Bêtông đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng

Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè

Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ)

Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ

1.2 VẬT LIỆU THỦY TINH VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

1.2.1 Phân loại thủy tinh

Thành phần loại thông thường được dùng làm cửa kính, chai, lọ, là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và silic đioxit, có thành phần gần đúng viết dưới dạng các oxit là Na2O.CaO.6SiO2Na2O.CaO.6SiO2 Thủy tinh loại này được sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở 14000C

Thủy tinh không có cấu trúc tinh thể mà là chất vô định hình, nên không có nhiệt

độ nóng chảy xác định Khi đun nóng nó mềm dần rồi mới chảy, do đó có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý muốn

Thủy tinh phân làm 2 loại chính Đó là thủy tinh vô cơ và thủy tinh hữu cơ

1.2.1.1 Thủy tinh vô cơ

Được chia làm các loại cơ bản như sau:

- Thủy tinh đơn nguyên tử: là loại thủy tinh có chứa một nguyên tố hóa học thuộc bảng 5, 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn S, Se, P Để có được thủy tinh, người ta làm lạnh nhanh các chất nóng chảy

- Thủy tinh oxit : là loại thủy tinh từ một loại oxit hoặc các oxit Để xác định lớp thủy tinh nào đó chú ý đến lớp tạo thành thủy tinh: B O SiO GeO2 2; 2; 2;

- Thủy tinh halogen: hai halogen có khả năng tạo thủy tinh là BeF ZnCl2; 2; Trên cơ sở đó tạo nên nhiều loại thủy tinh

- Thủy tinh hancon : là loại thủy tinh làm từ các hợp chất của S, Se, Te

- Thủy tinh hỗn hợp : đi từ hỗn hợp các chất có khả nẵng tạo tủy tinh như Oxit- halogen, Oxit – hancon, Halogen – Khancon

- Thủy tinh kim loại : là một hệ hơn 2 cấu tử Trong đó một cấu tử điển hình : Fe

Pb, … còn cấu tử kia là nguyên tố chiếm vị trí trung gian giữa kim loại và chất điện môi (Si, P)

1.2.1.2 Thủy tinh hữu cơ

Là một loại nhựa tổng hợp thủy tinh Nó bao gồm các hợp chất phân tử hữu cơ

mà không tuân theo bất kì nguyên tắc bố trí nào nên nó có cấu trúc vô định hình

1.2.2 Tính chất cơ lý của thủy tinh

1.2.2.1 Độ cứng của thuỷ tinh

Thủy tinh khác nhau có độ bền nén, kéo, uốn khác nhau và dao động trong một khoảng khá rộng Độ bền nén dao động từ 3000-12000 kG/cm2 Độ bền kéo và uốn xấp xỉ nhau vì 2 dạng này có liên quan chặt chẽ nhau, thường nhỏ hơn bền nén khoảng 10-15 lần Độ chịu va đập của thủy tinh biểu hiện một tính chất rất đặc trưng của nó là tính giòn và được đo bằng công cần thiết để phá hủy 1 đơn vị mẫu thử

Độ cứng của thủy tinh dao động từ 5-7 theo thang Mohs và thủy tinh thạch anh là thủy tinh có độ cứng lớn nhất, mềm nhất là thủy tinh giàu PbO

Các tính chất cơ học này của thủy tinh phụ thuộc mạnh vào trạng thái bề mặt của mẫu thử, hình dạng mẫu, kích thước mẫu, nhiệt độ thí nghiệm và tốc độ tăng tải trọng khi thử Nói chung độ bền cơ học của thủy tinh theo các nhà nghiên cứu khác nhau thường không giống nhau

1.2.2.2 Tính chất nhiệt của thuỷ tinh

Thủy tinh là loại vật liệu dẫn nhiệt rất kém, đây là một trong những nguyên nhân gây ra ứng suất phá hủy thủy tinh khi đốt nóng hay làm lạnh đột ngột Thành phần hóa ảnh hưởng rất ít đến độ dẫn nhiệt Phần lớn thủy tinh có độ dẫn nhiệt trong khoảng 0,0017 - 0,0032Cal/cm.s.oC ở nhiệt độ thường Thủy tinh thạch anh có độ dẫn nhiệt tốt nhất, khi thêm các ôxyt khác vào độ dẫn nhiệt sẽ giảm Ngược với độ dẫn nhiệt, tỉ nhiệt của thủy tinh phụ thuộc vào thành phần hóa và vào nhiệt độ Trong phạm vi nhiệt

độ thường thủy tinh có tỉ nhiệt vào khoảng 0,08 - 0,25Cal/g.oC

Thông thường độ chịu nhiệt được xác định bằng hiệu số nhiệt độ làm lạnh đột ngột mà thủy tinh không bị phá hủy Để đặc trưng cho độ chịu nhiệt của thủy tinh cũng

có thể dùng hệ số K xác định bằng biểu thức:

p K

1.2.2.3 Các tính chất khác

Thủy tinh có rất nhiều tính chất cơ lý khác nhau Phụ thuộc vào môi trường sử dụng đặc thù mà người ta có thể thay đổi tính chất chủa nó cho phù hợp:

Chịu nhiệt: một số loại thủy tinh được tạo ra từ các chất như cát silic và oxit

boric khi nung ở nhiệt độ cao Thủy tinh loại này có thể chịu được nhiệt độ cao khoảng

500 -1000oC tùy theo vật liệu chế tạo nên nó

Không thấm: Phân lớn thủy tinh đều ngăn cách với chất lỏng hay không cho chất

lỏng xuyên qua do đặc tính liên kết cao và dày của các nguyên tử cấu thành Sử dụng thích hợp để chứa chất lỏng

Chịu lực: Giống như một số vật liệu chịu lực khác Nếu thêm các chất phụ gia

hay được chế tạo đặc biệt thì thủy tinh có khả năng chịu lực rất tốt Mỗi nguyên vật

liệu tạo nên thủy tinh cho nó một khả năng chịu lực riêng, có thể lên đến 900- 1000kg/m2

Chống ăn mòn: Khả năng nầy được ứng dụng tốt trong y tế Đa phần được sử

dụng làm vật chứa các dung môi đặc biệt là dung môi có tính ăn mòn cao như axit, bazơ, dễ bay hơi như chât khử khuẩn, cồn,…

Cách âm: Thủy tinh còn có khả năng cách âm nhờ vào cấu tạo đặc biệt khi sản

xuất Đó là tạo nên nhiêu lỗ rỗng trong lòng thỷ tinh và được tổng hợp bởi các hợp chất đặc biệt như sét, xỉ,… Nhưng loại thủy tinh này lại không có khả năng chịu lực cao

Tính dẻo: Nếu thay đổi cấu trúc các phân tử cấu thành nên thủy tinh bằng các

phân tử mang tính đàn hồi thì thủy tinh lại có khả năng mới; khả năng uốn dẻo

Tính chất này kết hợp với tính chịu lực sẽ tạo nên loại vật liệu chông va đập cực cao Ứng dụng trong chế tạo các bộ phận bảo vệ

Khả năng tái chế: Đa phần các loại thủy tinh đều có khả năng tái chế được nếu

nung nóng đến khi nóng chảy Sau đó lại được dùng tái chế thành sản phẩm khác, việc này giúp bảo vệ môi trường rất lớn vì thủy ting không phân hủy trong môi trường tự nhiên

1.3 CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG

Cường độ là chỉ tiêu quan trọng, là một đặc trưng cơ bản thể hiện khả năng chịu lực của bê tông

Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó Để xác định cường độ của bê tông người ta đi thí nghiệm mẫu Thí nghiệm phá hoại là phương pháp xác định cường độ 1 cách trực tiếp và phổ biến nhất Ngoài ra còn có thể dùng các phương pháp gián tiếp không phá hoại mẫu thử như: dùng sóng siêu âm, ép lõm viên bi trên bề mặt bê tông

1.3.1 Cường độ chịu nén

Trong kết cấu xây dựng, bê tông chịu nhiều tác động khác nhau: chịu nén, uốn, kéo, trượt, trong đó chịu nén là ưu thế lớn nhất của bê tông Do đó, người ta thường lấy cường độ chịu nén là chỉ tiêu đặc trưng để đánh giá chất lượng bê tông

Theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam (TCVN 3105:1993, TCVN 4453:1995), mẫu dùng để đo cường độ là một mẫu bê tông hình lập phương có kích thước 150 mm

× 150 mm × 150 mm, được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn quy định trong TCVN 3105:1993, trong thời gian 28 ngày sau khi bê tông ninh kết Sau đó được đưa vào máy nén để đo ứng suất nén phá hủy mẫu (qua đó xác định được cường độ chịu nén của bê tông), đơn vị tính bằng MPa (N/mm²) hoặc daN/cm² (kg/cm²)

Hình 1.1 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén

mm Khi khoan mẫu từ kết cấu có sẵn thường lấy mẫu trụ tròn có đường kính D = 50 ÷

150 mm; chiều cao h = (1÷1,5)D

Thí nghiệm bằng máy nén Tăng lực nén từ từ cho đến khi mẫu bị phá hoại Gọi lực phá hoại là P thì cường độ của mẫu là R được xác định như sau:

P R A

A – diện tích tiết diện ngang của mẫu

Bê tông thông thường có R = 5 ÷ 30 MPa Bê tông có R > 40MPa là loại cường

độ cao Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R ≥ 80MPa Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng của lực, bê tông còn bị nở ngang Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn máy nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như Hình 1.2 Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông có ma sát

Hình 1.2 Sự phá hoại mẫu thử khối vuông

1 – mẫu; 2 – bàn máy nén; 3 – ma sát; 4 – bê tông bị ép vụn;

5 – hình tháp phá hoại; 6 – vết nứt dọc trong mẫu

Vì ma sát làm cản trở biến dạng ngang mà với mẫu khối vuông khi tăng cạnh a thì R giảm và cường độ của mẫu hình trụ thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông

Các phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông gồm 2 phương pháp

chính :

- Phương pháp trực tiếp: là lấy mẫu thử tại công trình cần xác định bằng cách

khoan trực tiếp hay đúc riêng mẫu (các số liệu của mẫu đúc đều giống với mẫu ở công trình), sau đó đưa vào phòng thí nghiệm để kiểm tra Ở phương pháp này gây phá hoại trực tiếp mẫu thí nghiệm và cho kết quả chính xác với sai số nhỏ

- Phương pháp gián tiếp: là dùng các thiết bị chuyên dụng như: máy bắn bê

tông, máy đo cường độ nén, để tiến hành đo trực tiếp cường độ bê tông tại chỗ Phương pháp này có độ chính xác thấp hơn phương pháp trực tiếp

1.3.2 Cường độ chịu kéo

Cường độ chịu kéo của bê tông được xác định bằng cách lấy bằng cường độ chịu kéo trung bình Rm của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị (kG/cm2)

Mẫu chịu kéo uốn tiết diện chữ nhật cạnh b, h (thường a= 10cm; b= h=15cm) hoặc mẫu trụ tròn Sơ đồ đặt tải trọng xem Hình 1.3:

Hình 1.3 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu kéo

Các giá trị Mác chịu kéo theo quy phạm:

1.3.3 Nhân tố quyết định cường độ của bê tông

1.3.3.1 Thành phần và cách chế tạo bê tông

Chất lượng và số lượng xi măng: Với cường độ bê tông đã dự kiến, khi dùng xi măng chất lượng cao hơn thì số lượng sẽ ít hơn Trong một giới hạn nào đó khi tăng lượng xi măng cũng sẽ tăng cường độ bê tông nhưng nói chung hiệu quả không cao và thường làm tăng biến dạng co ngót gây hậu quả xấu Khi cần có bê tông cường độ cao nên dùng xi măng mác cao với số lượng hợp lý

Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối): Khi chọn được cấp phối hợp lí không những tăng được cường độ bê tông mà còn sử dụng xi măng một cách tiết kiệm

Tỉ lệ nước - xi măng: Khi tỉ lệ này tăng lên thì cường độ và độ đặc chắc của bê tông đều bị giảm và biến dạng do co ngót tăng

Chất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đổ khuôn và điều kiện bảo dưỡng

1.3.3.2 Điều kiện thí nghiệm

Khi bị nén ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực tác dụng, bê tông còn bị nở ngang, chính sự nở ngang quá mức làm bê tông bị phá vỡ Hạn chế sự nở ngang sẽ làm tăng khả năng chịu nén của bê tông

Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn bề mặt tiếp xúc thì ma sát tại mặt tiếp xúc hạn chế sự nở ngang của bê tông cho nên cường độ khi nén sẽ lớn hơn khi ta bôi trơn bề mặt tiếp xúc Cũng do ma sát nên mẫu bé có cường độ lớn hơn

Tốc độ gia tải có ảnh hưởng đến giá trị cường độ thu được Tốc độ gia tải quy định là 0.2MPa/giây thì cường độ đạt được là R Khi gia tải rất nhanh cường độ của bê tông có thể đạt được (1.15 ÷ 1.2)R, còn khi gia tải rất chậm cường độ chỉ đạt được (0.85 ÷ 0.9)R

Thí nghiệm nén một mẫu bê tông đến ứng suất vượt quá 0.9R (nhưng ≤ 0.95R) rồi giữ nguyên lực nén trong thời gian dài thì đến một lúc nào đó mẫu sẽ bị phá hoại

Đó là hiện tượng bê tông bị giảm cường độ khi tải trọng tác dụng dài hạn

Điều kiện thí nghiệm chuẩn: không bôi trơn, tốc độ gia tải 0,2MPa/giây

1.3.4 Sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian

1.3.4.1 Bê tông thông thường

Tuổi của bê tông là thời gian t (tính bằng ngày) kể từ khi chế tạo đến khi thí nghiệm mẫu Kết quả thí nghiệm cho biết quan hệ giữa R và t của bê tông dưỡng hộ trong điều kiện bình thường thể hiện trên Hình 1.4

Hình 1.4 Đồ thị sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian

Trong quá trình khô cứng cường độ tăng dần lên, thời gian đầu tăng nhanh, sau tăng chậm dần Với bê tông dùng xi măng Pooclăng chế tạo và bảo dưỡng bình thường cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu

Để biểu diễn sự tăng R theo t có thể dùng công thức thực nghiệm của B.G Xkramtaep theo quy luật logarit, dùng được khi t = 7 ÷ 300 ngày

Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dương, độ ẩm cao) sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể

Dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng bê tông cũng như dùng phụ gia tăng cường độ

có thể làm cường độ tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu nhưng sẽ làm cho bê tông giòn hơn và có cường độ cuối cùng (sau vài năm) thấp hơn so với bê tông được bảo dưỡng trong điều kiện tự nhiên và không dùng phụ gia

1.3.4.2 Bê tông bảo dưỡng nước biển

(Akshat Dimri, 2015) [9] Đối với bê tông thông thường và bảo dưỡng trong môi

trường nước biển, trong 7 ngày đầu tiên cường độ không bị ảnh hưởng, tuy nhiên cường độ (kéo, nén, uốn) bị giảm dần theo thời gian (28 và 90 ngày)

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông trong môi trường nước biển là:

cốt liệu có hoạt tính kiềm ở trong bê tông

(Vicat, 1812) và (Prascal, 2006) [15] đã phân tích: Phản ứng hóa học của nước

bị ăn mòn nhanh hơn bởi chất clorua có trong nước biển làm chậm sự trương nở thế tích, đặc trưng của ăn mòn sulphate là nước biển trở nên trắng hơn, việc ăn mòn khiến

bê tông cốt thép bị giãn nở dẫn tới nứt Bê tông tiếp tục bị ăn mòn và suy giảm cường

độ Trong giai đoạn đầu, cường độ của bê tông có xu hướng gia tăng khi bị ăn mòn, nhưng sau đó theo sau là giảm cường độ trước sự gia tăng của phản ứng Tương tự như vậy, kali và magnesium sulphate (KS, MgS) có trong nước muối có thể gây ra các phản ứng sulphate trong bê tông do chúng dễ dàng phản ứng với hydroxit canxi Ca(OH)2 trong xi măng thông qua quá trình hydrat hóa C3S và C2S theo các phản ứng :

1.4 GIÁ TRỊ TRUNG BÌNH VÀ GIÁ TRỊ TIÊU CHUẨN CỦA CƯỜNG ĐỘ 1.4.1 Giá trị trung bình

Khi thí nghiệm n mẫu thử của cùng một loại bê tông thu được các giá trị cường

độ của các mẫu thử là R1, R2,…, Rn Các giá trị đó có thể giống hoặc khác nhau Giá trị trung bình cường độ của các mẫu thử ký hiệu là Rm, gọi tắt là cường độ trung bình được tính theo công thức sau:

1

n i i m

R n

1.4.2 Độ lệch quân phương, hệ số biến động

Đặt  i R iR m và gọi là độ lệch Với số lượng mẫu n đủ lớn (n ≥ 15) tính độ lệch quân phương σ theo công thức:



Dùng hệ số biến động υ để đánh giá mức độ đồng nhất của bê tông Giá trị υ càng

bé thì bê tông có độ đồng nhất càng cao va ngược lại Quy trình công nghệ, điều kiện chế tạo bê tông có ảnh hưởng quyết định đến υ

Với công nghệ ổn định, có kiểm tra chặt chẽ về thành phần của bê tông và chất lượng thi công có thể lấy υ = 0,135 Với điều kiện thi công bình thường mà thiếu số liệu thống kê thì có thể lấy υ = 0,15

1.4.3 Giá trị đặc trưng

Giá trị đặc trưng của cường độ (gọi tắt là cường độ đặc trưng) được xác định theo xác suất đảm bảo 95% (có nghĩa là trung bình khi thí nghiệm 100 mẫu thì có 95 mẫu

1.4.4 Giá trị tiêu chuẩn

Giá trị tiêu chuẩn cường độ của bê tông, gọi tắt là cường độ tiêu chuẩn, được lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử Rch nhân với hệ số γkc Hệ số này kể đến sự làm việc của bê tông thực tế trong kết cấu có khác với sự làm việc của mẫu thử

Cường độ tiêu chuẩn về nén Rbn, về kéo Rbtn

Hệ số γkc được lấy bằng 0,7 ÷ 0,8 tùy thuộc vào Rch

Cường độ tiêu chuẩn về nén Rbn có thể lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu hình trụ với h = 4a và thường được gọi là cường độ lăng trụ

γbc, γbt: hệ số độ tin cậy của bê tông khi chịu nén và kéo

γbc= 1,3÷1,5; γbt=1,3÷2,3 tùy loại bê tông

1.5 CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC CỦA BÊ TÔNG

1.5.1 Mác theo cường độ chịu nén

Đây là khái niệm theo tiêu chuẩn cũ TCVN 5574 – 1991 Mác bê tông, kí hiệu bằng chữ M, là con số lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn

và thí nghiệm theo điều kiện chuẩn to= 27± 20oC, độ ẩm không nhỏ hơn 95%

Theo TCVN 5574 – 1991 có các mác M50; M75; M100; M150; M200; M250; M300; M350; M400; M450; M500; M600,…

1.5.2 Mác bê tông theo cường độ chịu kéo

bình Rm của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị (kG/cm2)

- Các giá trị Mác chịu kéo theo quy phạm:

+ Bê tông nặng: K10, K15, K20, K25, K30, K40

+ Bê tông nhẹ: K10, K15, K20, K25, K30

1.5.3 Cấp độ bền chịu nén B

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCXDVN356 – 2005 qui định phân biệt chất lượng bê tông theo cấp độ bền chịu nén, ký hiệu là B Đó là con số lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính bằng đơn vị MPa Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a = 15cm Theo TCXDVN356 – 2005 bê tông có các cấp độ bền B3.5; B5; B7.5; B10; B12.5; B15; B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B60

* Tương quan giữa M và B:

- Tương quan giữa mác M và cấp độ bền B của cùng một loại bê tông được thể hiện

- Trong đó:

+  - Hệ số đổi đơn vị từ kG/cm2 sang (MPa; N/mm2), lấy =0,1

1.5.4 Cấp độ bền chịu kéo B t

Cấp độ bền chịu kéo Bt là con số lấy bằng cường độ đặc trưng về kéo của bê tông theo đơn vị MPa Theo TCXDVN 356 – 2005 bê tông có các cấp độ bền chịu kéo như sau: Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2.0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6; Bt4,0

1.5.5 Mác theo khả năng chống thấm

Kí hiệu: W; Được lấy bằng áp suất lớn nhất (atm) mà mẫu chịu được để nước không thấm qua Sử dụng cho các công trình có yêu cầu chống thấm cao: thủy lợi, thủy điện

1.5.6 Mác theo khối lượng riêng

Kí hiệu: D

Đối với kết cấu yêu cầu về cách nhiệt thì mới cần quy định Mác theo khối lượng riêng

1.6 ĂN MÒN HÓA HỌC BÊ TÔNG

Đá xi măng là loại vật liệu có cường độ chịu lực cao, khá bền vững trong môi trường, tuy nhiên sau một thời gian sử dụng đá xi măng thường bị ăn mòn làm giảm chất lượng của công trình

Đá xi măng bị ăn mòn chủ yếu là do sự tác dụng của các chất khí và chất lỏng lên các bộ phận cấu thành xi măng đã rắn chắc (chủ yếu là Ca(OH)2 và CaO.Al2O3.6H2O) Trong thực tế có rất nhiều chất gây ra ăn mòn đá xi măng Mặc dù các chất gây ăn mòn rất đa dạng, nhưng có thể phân ra 3 nguyên nhân cơ bản sau đây:

- Sự phân rã các thành phần của đá xi măng, sự hòa tan và rửa trôi hyđroxit canxi

- Tạo thành các muối dễ tan do hyđroxit canxi và các thành phần khác của đá

xi măng tác dụng với các chất xâm thực và sự rửa trôi các muối đó (ăn mòn axit, ăn mòn magiezit)

- Sự hình thành những liên kết mới trong các lỗ rỗng có thể tích lớn hơn thể tích của các chất tham gia phản ứng tạo ra ứng suất gây nứt bê tông (ăn mòn sunpho-aluminat)

(Trương Hoài Chính, 2008) [8] Các yếu tố gây ăn mòn tác động tương hỗ lẫn

nhau trong quá trình ăn mòn phá huỷ vật liệu Trong quá trình xâm thực, phá huỷ cốt

4

SO  và Cl là quá trình xảy ra thường

4

ra sự thay đổi cấu trúc vi mô và làm giản nở bê tông, sinh ra các vết nứt, chính các vết nứt này tăng cường sự thâm nhập của các tác nhân xâm thực khác và phá hủy cốt thép

trình sử dụng vật liệu, thi công, thì quá trình thâm nhập thông qua lớp bê tông bảo vệ

cốt thép, khơi mào cho quá trình ăn mòn và phá hủy Bên cạnh đó, sự phá huỷ BT và

đặc chắc kém, sự có mặt của CO2 kết hợp với Ca(OH)2 có trong bê tông tạo ra một vùng có pH thấp và đưa đến sự phá hoại cốt thép trong bê tông Nước biển là một trong những môi trường có độ xâm thực mạnh do chứa nhiều tác nhân gây ăn mòn và

1.6.1 Ăn mòn hòa tan

Do sự tan của Ca(OH)2 xảy ra nhanh mạnh dưới sự tác dụng của nước mềm (chứa ít các chất tan) như nước ngưng tụ, nước mưa, nước sông, nước đầm lầy Sau 3 tháng rắn chắc hàm lượng Ca(OH)2 vào khoảng 10-15% (tính theo CaO) Khi hàm

lượng Ca(OH)2 có trong đá xi măng tới 15-30% thì cường độ của đá xi măng giảm đến 40-50%

1.6.2 Ăn mòn cacbonic

thường sẽ làm vỡ màng cacbonat để tạo thành bicacbonat axit canxi dễ tan theo phản ứng: CaCO3+ CO2+ H2O = Ca(HCO3)2

1.6.3 Ăn mòn axit

Xảy ra trong dung dịch axit, có pH< 7 Axit tự do thường có trong nước thải công nghiệp và cũng có thể được tạo thành từ khí chứa lưu huỳnh trong các buồng đốt, trong không gian của các xí nghiệp công nghiệp, ngoài SO2 còn có thể có các anhyđrit của các axit khác, còn có clo và các hợp chất chứa clo

Khi chúng hòa tan vào nước bám trên bề mặt kết cấu bê tông cốt thép sẽ tạo nên các axit, ví dụ như HCl; H2SO4 axit tác dụng với Ca(OH)2 trong đá xi măng tạo ra những muối tan (CaCl2), muối tăng thể tích (CaSO4.2H2O )

2HCl + Ca(OH)2= CaCl2+ 2H2O

H2SO4+ Ca(OH)2 = CaSO4.2H2O Ngoài ra axit có thể phá hủy cả silicat canxi

1.6.4 Ăn mòn magie

Gây ra do các loại muối chứa magie trong nước biển, nước ngầm, nước chứa muối khoáng tác dụng với Ca(OH)2 tạo ra các sản phẩm dễ tan (CaCl2 và CaSO4.2H2O

MgCl2+ Ca(OH)2= CaCl2+ Mg(OH)2

1.6.5 Ăn mòn phân khoáng

NH4NO3+ Ca(OH)2+ 2H2O = Ca( NO3)2.4H2O + 2NH3 Nitrat canxi tan rất nhiều trong nước nên dễ bị rửa trôi Phân kali gây ra ăn mòn

đá xi măng là do làm tăng độ hòa tan của Ca(OH)2 Supephotphat là chất xâm thực mạnh do trong thành phần của nó có chứa Ca(H2PO4)2, thạch cao và cả axit photphoric

1.6.6 Ăn mòn sulphate

4

SO ):

3CaO.Al2O3.6H2O + 3CaSO4+ 25H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O

Sự hình thành trong các lỗ rỗng đá xi măng loại sản phẩm ít tan etringit với thể tích lớn hơn hai lần sẽ gây áp lực tách lớp bê tông bảo vệ làm cốt thép bị ăn mòn Ăn

mòn sulphate luôn luôn xảy ra đối với công trình ven biển, công trình tiếp xúc với nước thải công nghiệp và nước ngầm

Nếu trong nước có chứa Na2SO4 thì đầu tiên nó tác dụng với vôi sau đó mới tác dụng etringit: Na2SO4+ Ca(OH)2  CaSO4+ 2NaOH

1.6.7 Ăn mòn của các chất hữu cơ

Các loại axit hữu cơ cũng gây phá hủy các công trình bê tông xi măng Các axit béo (olein, stearin, pannmitin) khi tác dụng với vôi gây ra rửa trôi Dầu mỏ và các sản phẩm của nó (xăng, dầu hỏa, dầu mazut) sẽ không có hại cho bê tông xi măng nếu chúng không chứa các loại axit hữu cơ và các chất lưu huỳnh

1.6.8 Ăn mòn do kiềm

Ăn mòn do kiềm có trong đá xi măng xảy ra ngay trong lòng khối bê tông giữa các cấu tử với nhau Bản thân clinke luôn chứa một lượng các chất kiềm Trong khi đó trong cốt liệu bê tông, đặc biệt là trong cát, lại hay gặp hơn chất silic vô định hình (opan, chanxeđon, thủy tinh núi lửa) Chúng có thể tác dụng với kiềm của xi măng ở ngay nhiệt độ thường làm cho bề mặt hạt cốt liệu nở ra một hệ thống vết nứt, bạc màu

Sự phá hoại này thường xảy ra khi thi công xong từ 10 - 15 năm

1.7 KẾT LUẬN

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo, có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều

Cường độ là chỉ tiêu quan trọng, là một đặc trưng cơ bản thể hiện khả năng chịu lực của bê tông Cường độ của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau trong đó có thành phần cốt liệu và môi trường làm việc

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG – PHƯƠNG PHÁP XÁC

ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

2.1 VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG

2.1.1 Xi măng

2.1.1.1 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

2.1.1.2 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 xi măng pooclăng, xi măng pooclăng bền sunfat, xi măng pooclăng xỉ hạt lò cao, xi măng pooclăng puzolan,

xi măng pooclăng 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

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

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 Theo kinh nghiệm nên chọn mác xi măng theo mác bê tông như sau là thích hợp:

Bảng 2.1 Bảng chọn mác xi măng theo mác bê tông

Trong trường hợp dùng xi măng mác cao để chế tạo bê tông mác thấp thì cần khống chế lượng xi măng tối thiểu cho 1m3 bê tông (kg) phải phù hợp với quy định được cho trong (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Khống chế lượng xi măng tối thiểu cho 1m 3 bê tông

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

2.1.1.3 Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của xi măng pooc lăng

Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của xi măng pooc lăng hỗn hợp được quy định trong TCVN 6260:1997

Bảng 2.3 Các chi tiêu cơ lý của xi măng pooc lăng hỗn hợp

2 – Thời gian đông kết

- Bắt đầu, phút, không nhỏ hơn

- Kết thúc, giờ, không lớn hơn

- Phần còn lại trên sàng 0,08mm; %, không lớn hơn

- Bềmặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine,

cm2/g, không nhỏ hơn

2.1.2.2 Yêu cầu kỹ 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 dùng được là loại nước dùng cho sinh hoạt như nước máy, nước giếng Các loại nước không được dùng là nước đầm, ao, hồ, nước cống rãnh, nước chứa dầu mỡ,

đường, nước có chứa sunfat lớn hơn 0,27% (tính theo hàm lượng ion ), lượng hợp chất hữu cơ vượt quá 15mg/l, độ pH nhỏ hơn 4 và lớn hơn 12,5

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước biển, nếu tổng các loại muối không vượt quá 35g trong 1 lít nước biển Tuỳ theo mục đích sử dụng hàm lượng các tạp chất khác phải thoả mãn TCVN 302:2004

2.1.3 Cốt liệu mịn

2.1.3.1 Vai trò

Là cốt liệu nhỏ cùng với xi măng, nước tạo ra vữa xi măng để lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn (đá, sỏi, thủy tinh) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn tạo ra khối bê tông đặc chắc Cốt liệu mịn cũng là thành phần cùng với cốt liệu lớn tạo

ra bộ khung chịu lực cho bê tông Cốt liệu mịn dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm

2.1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật (TCVN 7570:2006)

Chất lượng của cát để chế tạo bê tông nặng phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất, đó cũng là những yêu cầu kỹ thuật đối với cát Thành phần hạt cát có thành phần hạt hợp lý thì độ rỗng của nó nhỏ, lượng xi măng sẽ

ít, cường độ bê tông sẽ cao

Thành phần hạt của Cát được xác định bằng cách lấy 1000g cát (đã sấy khô) lọt dưới sàng có kích thước mắt sàng 5 mm để sàng qua bộ lưới sàng có kích thước mắt sàng lần lượt là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 mm

Sau khi sàng cát trên từng lưới sàng có kích thước mắt sàng từ lớn đến nhỏ ta xác định lượng sót riêng biệt và lượng sót tích lũy trên mỗi sàng Lượng sót riêng biệt: ai(%) đó là tỷ số giữa lượng sót trên mỗi sàng so với toàn bộ lượng cát đem thí nghiệm:

100(%)

i i

m a m

Trong đó:

- mi : lượng cát còn sót lại trên sàng i, g

- m : lượng cát đem sàng, g Tính lượng sót tích lũy : ai (%) trên mỗi sàng, là tổng lượng sót riêng biệt kể từ sàng lớn nhất a2.5 đến sàng cần xác định ai

 0 1,25

Từ yêu cầu về thành phần hạt theo TCVN 7570:2006 ta xây dựng biểu đồ chuẩn Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt

Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại cát đó có

đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt để chế tạo bê tông

Hình 2.1 Biểu đồ quy định thành phần hạt của cát

 Độ lớn

Độ lớn của cát có ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng và được biểu thị bằng

3.Lượng hạt nhỏ hơn 0,14 mm

Hình 2.2 Biểu đồ xác định nhóm cát

 Lượng tạp chất

Cát càng sạch thì chất lượng của bê tông càng tốt

Đối với bê tông mác 400 trở lên hàm lượng bùn, bụi sét không được lớn hơn 1% khối lượng cát

Khi cát ẩm thể tích của nó bị biến đổi, ở độ ẩm 5 - 7% thể tích của cát có thể tăng lên 20 ÷ 30% Vì vậy nếu định lượng cát theo thể tích thì cần phải hiệu chỉnh lại thể tích của nó theo độ ẩm thực tế

2.1.4 Cốt liệu thô (thay đá dăm bằng thủy tinh)

2.1.4.1 Vai trò

Thủy tinh là cốt liệu lớn có cỡ hạt từ 5 - 70mm, chúng tạo ra bộ khung chịu lực cho bê tông

2.1.4.2 Yêu cầu kỹ thuật (TCVN 7570:2006)

Chất lượng hay yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu lớn được đặc trưng bởi các chỉ tiêu thành phần hạt, độ lớn và hàm lượng tạp chất Thành phần hạt Thành phần hạt của cốt liệu lớn được xác định thông qua thí nghiệm sàng 3 kg thủy tinh khô trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng lần lượt là 70; 40; 20; 10; 5 mm Sau khi sàng người ta xác định lượng sót riêng biệt (ai) và lượng sót tích lũy (Ai), đồng thời cũng xác định đường kính lớn nhất Dmax và đường kính nhỏ nhất Dmin của cốt liệu Dmax là đường kính lớn nhất của cốt liệu tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần

sót tích lũy lớn hơn và gần 90% nhất Thành phần hạt của thuỷ tinh phải thỏa mãn theo TCVN 7570:2006

Bảng 2.6 Yêu cầu thành phần hạt cốt liệu lớn

Từ yêu cầu về thành phần hạt theo tiêu chuẩn trên người ta xây dựng biểu đồ chuẩn Sau khi sàng phân tích và tính kết quả lượng sót tích lũy, ta vẽ đường biểu diễn cấp phối hạt Nếu đường biểu diễn cấp phối hạt nằm trong phạm vi cho phép thì loại thủy tinh đó có đủ tiêu chuẩn về thành phần hạt để chế tạo bê tông