Nghiên cứu chế tạo vữa lỏng trộn sẵn dùng để xử lý mối nối trong công trình cầu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU VY KHA NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LỎNG TRỘN SẴN DÙNG ĐỂ XỬ LÝ MỐI NỐI TRONG CÔNG TRÌNH CẦU Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU VY KHA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LỎNG TRỘN SẴN DÙNG ĐỂ XỬ LÝ MỐI NỐI TRONG CÔNG TRÌNH CẦU

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 8580205

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH PHƯƠNG NAM

Phản biện 1: TS VÕ DUY HÙNG

Phản biện 2: PGS TS NGUYỄN THẾ DƯƠNG

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của phụ gia Cebex 100 trong thiết kế cấp phối vữa lỏng đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý phù hợp cho việc xử lý mối nối trong công trình cầu

3 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là vữa lỏng chất lượng cao có sử dụng phụ gia CEBEX 100 của hãng Fosroc, Vương quốc Anh Sản phẩm được cung cấp bởi Công ty TNHH Fosroc Việt Nam

4 Phạm vi nghiên cứu:

Vữa lỏng chất lượng cao có sử dụng phụ gia Cebex 100

- Cường độ chịu uốn ở độ tuổi 7 ngày R u 7 ≥ 5 MPa

- Cường độ chịu nén ở độ tuổi 7 ngày R n 7 ≥ 50 MPa

- Độ chảy theo phương pháp thử ASTM C230: ≥ 18 cm

5 Phương pháp nghiên cứu: lý thuyết và thực nghiệm

6 Bố cục của luận văn:

Bố cục của luận văn được tổ chức thành 3 chương:

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI TRONG CÔNG TRÌNH CẦU CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VỮA XI MĂNG KHÔ TRỘN SẴN KHÔNG CO, VỮA XI MĂNG LỎNG VÀ PHỤ GIA CEBEX 100 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LỎNG TRỘN SẴN DÙNG ĐỂ XỬ LÝ MỐI NỐI TRONG CÔNG TRÌNH CẦU

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MỐI NỐI TRONG CÔNG TRÌNH CẦU

1.1 Các dạng mối nối trong công trình cầu:

1.1.1 Giới thiệu các loại mối nối trong công trình cầu:

1.1.1.1 Mối nối bằng bê tông đổ tại chỗ có cốt thép chờ (mối nối loại 1):

Mối nối dạng này được tạo thành bằng bê tông đổ tại chỗ có cốt thép chờ từ các đốt lắp ghép trước đó Chiều dày của mối nối dạng này từ 20-60cm

1.1.1.2 Mối nối bằng bê tông hạt mịn không có cốt thép chờ (mối nối loại 2): Đây là mối nối dạng ướt bằng bê tông hạt mịn không có cốt thép chờ, chiều dày mối nối từ 7 ÷ 12 cm

1.1.1.3 Mối nối bằng vữa xi măng (mối nối loại 3):

Đây là mối nối dạng ướt bằng vữa xi măng có chiều dài từ 2-5 cm

1.1.1.4 Mối nối bằng keo epoxy (mối nối loại 4):

Đây là mối nối dạng ướt sử dụng keo epoxy có chiều dày từ < 3mm

1.1.1.5 Mối nối khô (mối nối loại 5):

Mối nối khô là mối nối không dùng vật liệu chèn lấp giữa bề mặt tiếp xúc giữa các phân đoạn lắp ghép

1.1.2 Tình hình ứng dụng các dạng mối nối trong công trình cầu:

1.1.2.1 Tình hình áp dụng mối nối trong công trình cầu ở các nước trên thế giới

1.1.2.2 Tình hình áp dụng mối nối trong công trình cầu ở Việt Nam:

1.2 Vật liệu dùng để xử lý mối nối trong công trình cầu

1.2.1 Bê tông hạt mịn (mối nối loại 2)

Khi sử dụng bê tông hạt mịn để làm mối nối thì trước hết, bê tông mối nối phải đạt cường độ bằng hoặc cao hơn cường độ bê tông dầm

1.2.2 Vữa xi măng (mối nối loại 3)

Vữa xi măng thường được kết hợp với rất nhiều loại phụ gia nhằm giảm co ngót, tăng cường độ,…để tạo ra những loại vữa có chất lượng cao đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý phù hợp cho việc xử lý mối nối trong công trình cầu

1.2.3 Keo epoxy (mối nối loại 4)

Sau khi hoàn thành cầu, keo epoxy đóng góp vào cường độ của kết cấu bằng việc truyền lực nén và lực cắt qua mối nối Đồng thời, keo epoxy cũng có tác dụng ngăn ngừa hơi ẩm xâm thực vào trong các ống chứa cáp

1.2.4 Phân tích lựa chọn vật liệu dùng để xử lý mối nối trong công trình cầu

Đối với những liên kết phân đoạn nằm tại vị trí hợp long hoặc trên trụ mà tại

đó độ rộng hợp long tương đối lớn từ 30cm đến 50cm thì nên sử dụng bê tông hạt mịn hoặc vữa xi măng mác cao làm mối nối

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Toàn bộ nội dung chương I là tổng quan về mối nối trong công trình cầu Sau khi nghiên cứu về các loại mối nối trong công trình cầu hiện nay, tác giả có những kết luận như sau:

- Nhằm nâng cao khả năng chịu lực và độ bền khai thác của mối nối, cần phải

sử dụng loại vật liệu cấu tạo nên mối nối phù hợp

- Bên cạnh các vật liệu như bê tông, keo epoxy,… thì vữa xi măng có sử dụng phụ gia nhằm giảm co ngót, tăng cường độ,…để tạo ra những loại vữa có chất lượng cao đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý phù hợp cho việc xử lý mối nối trong công trình cầu

- Việc sử dụng vữa xi măng với nhiều ưu điểm về bảo vệ môi trường, giảm thời gian thi công, tiết kiệm chi phí nguyên vật liệu, chi phí nhân công, thao tác đơn giản, độ linh hoạt cao nên dễ dàng điền đầy vào các chi tiết nhỏ, phức tạp

Xuất phát từ những lý do trên, tác giả sẽ tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu chế tạo

01 loại vữa xi măng đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, dùng để xử lý mối nối trong công trình cầu

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VỮA XI MĂNG KHÔ TRỘN SẴN KHÔNG

CO, VỮA XI MĂNG LỎNG VÀ PHỤ GIA CEBEX 100

2.1 Vữa xi măng khô trộn sẵn không co

2.1.1 Định nghĩa

2.1.2 Phân loại và ký hiệu quy ước

2.1.3 Yêu cầu kỹ thuật

2.1.4 Ghi nhãn, bao gói, vận chuyển và bảo quản

2.2 Vữa xi măng lỏng

2.2.1 Định nghĩa

2.2.2 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu thành phần tạo nên vữa xi măng lỏng 2.2.2.1 Xi măng

a Xi măng poóc lăng

Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng được quy định trong TCVN 2682:2009

b Xi măng poóc lăng hỗn hợp

Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng hỗn hợp được quy định trong TCVN 6260:2009

Độ chảy của vữa lỏng được xác định theo phương pháp thử tại ASTM C230

2.2.3.2 Cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén

Cường độ chịu uốn và chịu nén của vữa đã đóng rắn được xác định theo

L là khoảng cách giữa 2 gối uốn, tính bằng mm (100mm)

b, h là chiều rộng, chiều cao mẫu thử, tính bằng mm (40mm)

- Cường độ chịu nén của mẫu thử (RN) tính bằng N/mm2, chính xác đến 0.05N/mm2 , theo công thức :

N N

P R A

=Trong đó : PN là lực nén phá hủy mẫu, tính bằng N

A là diện tích tiết diện nén của mẫu, tính bằng mm2

Tính toán độ trương nở và độ tách nước của vữa, và độ trương nở kết hợp với

độ tách nước của vữa theo tỷ lệ với thể tích vữa ban đầu theo các công thức như sau :

V1 là thể tích mẫu khi bắt đầu thử nghiệm, tính bằng ml

V2 là thể tích mẫu tại khoảng thời gian quy định, đo trên bề mặt trên của lớp nước, tính bằng ml

Vg là thể tích phần vữa trong mẫu tại khoảng thời gian quy định, đo trên bề mặt trên của vữa, tính bằng ml

 =

- Cebex 100 là hỗn hợp phụ gia dạng bột dùng cho vữa xi măng và bê tông

- Phụ gia này bao gồm hóa chất tăng dẻo và hóa chất trương nở

2.3.1 Công dụng, ưu điểm và các thông số kỹ thuật của phụ gia Cebex 100 Công dụng:

Có tác dụng kết nối các thành phần hóa dẻo, không co ngót, cho phép giảm tỷ

lệ nước/xi măng, cường độ cao và tính công tác tốt

Ưu điểm:

- Hệ thống khí trương nở bù co ngót khi đông cứng và lún trong vữa xi măng

- Giảm tỉ lệ nước/xi măng đảm bảo tính thẩm thấu và thời gian hiệu quả cao

- Độ chảy loãng cao khi tỉ lệ nước/xi măng thấp, dễ dàng rót hoặc bơm

- Không chứa thành phần kim loại gây ăn mòn, han gỉ hoặc xuống cấp do sự phát triển của gỉ sắt trong vữa, không chứa clorít

Bảo dưỡng:

Sau khi hoàn thành công tác rót hoặc bơm vữa, những khu vực nhìn thấy không được khôi phục nên được bảo dưỡng bằng nước Sử dụng màng bảo dưỡng hoặc vỏ bao bì ẩm

Bảo quản:

Cebex 100 có thời hạn sử dụng 12 tháng nếu giữ trong điều kiện khô ráo và đóng gói nguyên vẹn

KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Toàn bộ nội dung chương II được trình bày trên đây là cơ sở lý thuyết về vữa

xi măng khô trộn sẵn, vữa xi măng lỏng và tổng quan về phụ gia Cebex 100 Đồng thời, tại Chương II, tác giả cũng đã trình bày các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu thành phần tạo nên hỗn hợp vữa, các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp vữa như độ chảy, cường độ chịu uốn, cường độ chịu nén, độ tách nước, độ trương nở và độ co ngót, cụ thể như sau:

- Các yêu cầu kỹ thuật của xi măng poóc lăng theo TCVN 2682:2009 và xi

măng poóc lăng hỗn hợp theo TCVN 6260:2009

- Các yêu cầu kỹ thuật của cát theo TCVN 7570:2006

- Các yêu cầu kỹ thuật của nước theo TCVN 4056:2012

- Độ chảy của vữa xác định theo phương pháp thử tại ASTM 230

- Cường độ chịu uốn, cường độ chịu nén của vữa xác định theo phương pháp thử tại TCVN 3121:2003

- Độ tách nước và độ trương nở của vữa xác định theo phương pháp thử tại ASTM 940

- Độ co ngót của vữa xác định theo phương pháp thử tại TCVN 9204:2012

Dựa trên cơ sở lý thuyết, các yêu cầu kỹ thuật và các phương pháp thử đã được trình bày tại chương II, tác giả sẽ tiến hành thực hiện các thí nghiệm,

tổng hợp, phân tích kết quả trong chương III

CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VỮA LỎNG TRỘN SẴN DÙNG

ĐỂ XỬ LÝ MỐI NỐI TRONG CÔNG TRÌNH CẦU

3.1 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu thành phần

3.1.1 Xi măng

Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng Sông Gianh PCB40 do nhà sản xuất cung cấp

và được xác định thông qua các kết quả thí nghiệm, đảm bảo các yêu cầu kỹ

thuật được thể hiện trong Bảng 3.1 và Bảng 3.2 sau đây

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng Sông Gianh PCB40

do nhà sản xuất cung cấp

2682:2009

Sông Gianh PCB40

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng Sông Gianh PCB40

xác định thông qua các kết quả thí nghiệm

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị thí nghiệm Kết quả Phương pháp thử

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu cơ lý của cát trắng Duy Xuyên

vị

Kết quả thí nghiệm

Phương pháp thử

Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của cát trắng Duy Xuyên

- Tăng khả năng chảy của vữa trong tỉ lệ nước/xi măng thấp

- Tăng cường độ chịu nén và độ bền của vữa

- Hai thành phần hóa học chính trong Cebex100 là Calcium Ligno Sulphonate (C20H24CaO10S2) và cát siêu mịn silic - SiO2 > 98%

3.1.4 Nước

- Nước dùng để chế tạo vữa lỏng đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 4506:2012

3.2 Thiết kế cấp phối vữa lỏng

Cấp phối vữa lỏng có sử dụng phụ gia Cebex 100 được lựa chọn theo Bảng 3.4 và Bảng 3.5 sau đây:

Bảng 3.4 Cấp phối vữa với tỷ lệ CB100/X = 0.45%, các tỷ lệ N/X thay đổi

xi măng (g)

Khối lượng cát (g)

Lượng nước trộn (lít)

Khối lượng Cebex100 (g)

Tỉ lệ N/X

Tỉ lệ CB100/X (%)

xi măng (g)

Khối lượng cát (g)

Lượng nước trộn (lít)

Khối lượng Cebex100 (g)

Tỉ lệ N/X

Tỉ lệ CB100/X (%)

3.3 Quy trình trộn vữa

- Bước 1: Định lượng các vật liệu thành phần: xi măng, cát trắng, nước và phụ

gia Cebex 100

- Bước 2: Trộn hấp phụ hóa học bằng cách trộn đồng đều xi măng và phụ gia

Cebex 100 trong 15 giây

- Bước 3: Trộn khô bằng cách trộn đồng đều cát trắng với hỗn hợp xi măng và

phụ gia Cebex 100 trong 30 giây

- Bước 4: Trộn hỗn hợp vữa bằng cách đỏ từ từ nước vào hỗn hợp đã được

trộn khô ở bước 3 Thời gian trộn bằng máy từ 3 đến 5 phút

3.4 Phân tích ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến độ chảy, cường độ chịu uốn, chịu nén của vữa lỏng

Tỉ lệ N/X là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cường độ và

độ chảy của vữa lỏng khi tỉ lệ CB100/X = 0.45% không thay đổi

Bảng 3.6 Sự ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến độ chảy và cường độ của vữa lỏng

Tỷ lệ

C/X

Tỷ lệ CB100/X

(%)

Tỷ lệ N/X

Độ chảy (cm)

Cường độ chịu nén (MPa)

Cường độ chịu uốn (MPa)

3 ngày 7 ngày 7 ngày

1.00 0.45

0.38 18.7 44.2 55.2 5.3 0.40 19.5 42.8 53.6 5.1 0.42 20.5 40.6 50.4 4.7 0.44 22.0 39.3 47.8 4.3 0.46 23.0 35.7 42.8 3.9 0.48 24.5 27.3 40.0 3.5 0.50 25.0 22.5 37.5 2.5

Hình 3.17 Biểu đồ kết quả độ chảy ban đầu của vữa

với tỷ lệ CB100/X = 0.45% và các tỷ lệ N/X thay đổi

Hình 3.18 Biểu đồ kết quả cường độ chịu uốn của vữa ở tuổi 7 ngày

với tỷ lệ CB100/X = 0.45% và các tỷ lệ N/X thay đổi

Hình 3.19 Biểu đồ kết quả cường độ chịu nén của vữa ở tuổi 3 và 7 ngày

với tỷ lệ CB100/X = 0.45% và các tỷ lệ N/X thay đổi

3.4.2 Cường độ chịu uốn

Cường độ chịu uốn của vữa ở tuổi 7 ngày khi các tỷ lệ N/X thấp (0.38 và 0.40) Ru7 > 5MPa, thỏa mãn mục tiêu của Luận văn Cường độ chịu uốn của vữa ở tuổi 7 ngày Ru7 giảm dần từ 5.3MPa xuống 2.5MPa khi tỷ lệ N/X tăng dần từ 0.38 đến 0.50

3.4.3 Cường độ chịu nén

Tỷ lệ N/X càng thấp, từ 0.38 đến 0.42, cường độ chịu nén của vữa ở tuổi 7 ngày Rn7 > 50MPa, thỏa mãn mục tiêu của Luận văn Đối với các tỷ lệ N/X

càng cao, từ 0.44 đến 0.50, cường độ chịu nén của vữa ở tuổi 7 ngày Rn7 < 50MPa

Từ đó, rút ra nhận xét rằng, với tỷ lệ CB100/X = 0.45% theo khuyến cáo của Nhà sản xuất, tỷ lệ N/X ≤ 0.42, cường độ chịu nén của vữa đạt yêu cầu

3.5 Phân tích ảnh hưởng của tỉ lệ CB100/X đến độ chảy, cường độ chịu uốn, chịu nén của vữa lỏng

Tỉ lệ CB100/X là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cường độ

và độ chảy của vữa lỏng khi tỉ lệ N/X theo khối lượng là 0.4 không thay đổi

Bảng 3.7 Sự ảnh hưởng của tỉ lệ CB100/X đến độ chảy và cường độ

Độ chảy (cm)

Cường độ chịu nén (Mpa)

Cường độ chịu uốn (Mpa)

3 ngày 7 ngày 7 ngày

Hình 3.20 Biểu đồ kết quả độ chảy ban đầu của vữa

với tỷ lệ N/X = 0.40 và các tỷ lệ CB100/X thay đổi

Hình 3.21 Biểu đồ kết quả cường độ chịu uốn của vữa ở tuổi 7 ngày

với tỷ lệ N/X = 0.40 và các tỷ lệ CB100/X thay đổi

Hình 3.22 Biểu đồ kết quả cường độ chịu nén của vữa ở tuổi 3 và 7 ngày

với tỷ lệ N/X = 0.40 và các tỷ lệ CB100/X thay đổi

Tuy nhiên, độ chảy của hỗn hợp vữa lỏng vẫn phụ thuộc chính vào tỷ lệ N/X

3.5.2 Cường độ chịu uốn

Cường độ chịu uốn của vữa ở tuổi 7 ngày tăng dần theo tỷ lệ thuận với tỷ lệ CB100/X và đạt yêu cầu cường độ chịu uốn của vữa ở tuổi 7 ngày Ru7 > 5MPa tại tỷ lệ CB100/X ≥ 0.46%

Tóm lại, tỷ lệ CB100/X có ảnh hưởng lớn tới cường độ chịu uốn của vữa

3.5.3 Cường độ chịu nén

Khi tăng tỷ lệ CB100/X, cường độ chịu nén của vữa tăng và đặc biệt tại giá trị CB100/X = 0.50 % cao hơn khuyến cáo của Nhà sản xuất là CB100/X =

0.45%, cường độ chịu nén của vữa ở tuổi 7 ngày Rn7 > 55MPa

Thành phần hóa học chính trong CB100 là Calcium Ligno Sulphonate (C20H24CaO10S2) đã phản ứng với thành phần hóa học của xi măng là khoáng Tricanxi Silicat 3CaOSiO2 (C3S – Alit) và nước H – O – H tạo thành các tinh thể dạng sợi C – S – B (Tobermorit) đan xen vào nhau, làm thúc đẩy quá trình phát triển nhanh và cao về cường độ của vữa

3.6 Lựa chọn cấp phối vữa lỏng

Bảng 3.8 Cấp phối vữa được lựa chọn

Tỷ lệ C/X

Tỷ lệ N/X

Tỷ lệ CB100/X (%)

1.00 0.40 0.46

3.7 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vữa theo cấp phối lựa chọn

Hình 3.31 Biểu đồ kết quả độ chảy của vữa theo cấp phối lựa chọn

Sau khi thực hiện các thí nghiệm, các kết quả các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp

vữa theo cấp phối lựa chọn được thể hiện trong Bảng 3.10 sau đây:

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vữa

theo cấp phối lựa chọn

TT Các chỉ tiêu cơ lý vị tính Đơn Kết quả pháp thử Phương

3 Độ trương nở sau 03 giờ % 1.2 ASTM C940