Internal curing of high strength concrete with fine expanded clay aggregate

TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU DƯỠNG HỘ BÊN TRONG CHO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG CÁT KERAMZIT” “INTERNAL CURING OF HIGH-STRENGTH CONCRETE WITH FINE EXPANDED CLAY AGGREGATE” II..

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO THÀNH ĐẠT

NGHIÊN CỨU DƯỠNG HỘ BÊN TRONG CHO BÊ TÔNG

CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG CÁT KERAMZIT

INTERNAL CURING OF HIGH-STRENGTH CONCRETE

WITH FINE EXPANDED CLAY AGGREGATE

Chuyên nghành: Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 8580201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2020

Trang 2

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS Bùi Phương Trinh

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Vũ Quốc Hoàng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Nguyễn Ninh Thụy

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Võ Việt Hải

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 29 tháng 8 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS TS Lê Anh Tuấn

2 PGS TS Trần Cao Thanh Ngọc

3 PGS TS Nguyễn Ninh Thụy

4 TS Võ Việt Hải

5 PGS TS Nguyễn Minh Long

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Cao Thành Đạt MSHV: 1870429

Ngày, tháng, năm sinh: 06/10/1995 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 8580201

I TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU DƯỠNG HỘ BÊN TRONG CHO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

SỬ DỤNG CÁT KERAMZIT”

“INTERNAL CURING OF HIGH-STRENGTH CONCRETE WITH FINE

EXPANDED CLAY AGGREGATE”

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

1 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp dưỡng hộ bên

trong;

2 Đề xuất hệ nguyên vật liệu để chế tạo bê tông cường độ cao và thiết kế cấp phối

bê tông khi sử dụng cát keramzit như vật liệu dưỡng hộ bên trong cho bê tông;

3 Đề xuất các phương pháp thực nghiệm để đánh giá hiệu quả dưỡng hộ bên

trong cho bê tông từ việc thay thế cát sông bằng cát keramzit

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/02/2020

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI PHƯƠNG TRINH

TS VŨ QUỐC HOÀNG

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng là bước cuối cùng trong hành trình hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ Thông qua quá trình thực hiện luận văn, học viên được học thêm kiến thức chuyên môn cũng như nâng cao các kĩ năng về nghiên cứu

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, đặc biệt là thầy cô trong Bộ môn Vật liệu Xây dựng và Phòng thí nghiệm Kết cấu Công trình đã dẫn dắt và truyền đạt cho tôi những kiến thức cũng như là sự hỗ trợ nhiệt tình từ những sinh viên đang theo học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Vật liệu Xây dựng Đặc biệt, tôi xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM đã hỗ trợ thời gian và phương tiện vật chất cho nghiên cứu này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô TS Bùi Phương Trinh, Thầy

TS Vũ Quốc Hoàng và Thầy TS Bùi Đức Vinh Nhờ sự góp ý của Thầy Cô về những vấn đề nghiên cứu đã giúp tôi có được những nhận định đúng đắn cũng như cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự cố gắng của bản thân, tuy nhiên không thể không có những sai sót Mong Thầy Cô góp ý để có thể hoàn thiện luận văn tốt nhất có thể

Tp HCM, tháng 8 năm 2020

HVCH

CAO THÀNH ĐẠT

Trang 5

TÓM TẮT

Bê tông cường độ cao (High – Strength Concrete – HSC) thường có độ co ngót cao; nguyên nhân là do tỉ lệ nước trên chất kết dính (N/CKD) thấp Phương pháp dưỡng hộ bên trong góp phần giảm được sự co ngót bằng cách sử dụng các hạt cốt liệu nhẹ (Lightweight Aggregate – LWA) như các hạt dưỡng hộ bên trong LWA được ngâm bão hòa nước và sau đó, làm khô bề mặt trước khi tiến hành đúc mẫu giúp giảm co ngót cho bê tông một cách hiệu quả nhất Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của phương pháp dưỡng hộ bên trong bằng việc sử dụng cát keramzit (Fine Expanded Clay Aggregate – FECA) như một hạt cốt liệu nhẹ đến các chỉ tiêu

cơ lý như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn, khối lượng thể tích, độ hút nước, thể tích lỗ rỗng và tính co ngót của bê tông cường độ cao Nghiên cứu này

đề xuất việc sử dụng FECA như cốt liệu nhỏ thay thế cho cát sông có cỡ hạt từ 1.25 đến 5 mm với tỉ lệ thay thế lần lượt là 0, 25, 50, 75 và 100% theo thể tích Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thay thế FECA không những cải thiện được cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn mà còn góp phần cải thiện tính co ngót nội sinh mà không ảnh hưởng đến khối lượng thể tích của HSC Khi so sánh giữa hai chế độ dưỡng hộ, cường độ của mẫu được dưỡng hộ hai ngày trong nước, sau đó dưỡng hộ kín bằng tấm polyethylene (Curing type 1-C1) có cường độ cao hơn hơn mẫu được dưỡng hộ kín (Curing type 2-C2) tại 28 ngày tuổi Từ kết quả nghiên cứu, nhận thấy rằng việc thay thế cát sông có cỡ hạt 1.25 đến 5 mm bằng 100% FECA là đạt hiệu tối ưu nhất Nguyên nhân có thể là do hiệu quả của dưỡng hộ bên trong đã vượt qua được những ảnh hưởng tiêu cực từ cấu trúc lỗ rỗng của FECA, giúp cho HSC cải thiện được nhiều tính chất như giảm được tính co ngót nội sinh, cải thiện được cường độ chịu nén và cường độ kéo khi uốn, hạn chế được độ hút nước và thể tích lỗ rỗng trong bê tông tại 28 ngày tuổi

Trang 6

of the bulk density of HSC The compressive strength of the concrete cured in water for two days following by sealed with polyethylene sheet (curing type 1-C1) was higher than that of the concrete cured under sealed condition (curing type 2-C2) at

28 days The optimal mixture in this research was the concrete with 100% FECA replacement This result can be explained that the effectiveness of internal curing exceeded the negative effect in terms of porous structure of FECA, resulting in a reduction of autogenous shrinkage, an improvement of compressive and flexural strengths, a decrease in water absorption and volume of voids in concrete at the age

of 28 days

Trang 7

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ là công trình nghiên cứu được tôi và các cộng sự thực hiện và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Phương Trinh và TS Vũ Quốc Hoàng Các số liệu và những kết luận trong bài nghiên cứu này là hoàn toàn trung thực và chưa từng xuất hiện trên các tài liệu trước đây

Tôi xin cam kết chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan trên

Học viên

Cao Thành Đạt

Trang 8

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

TỔNG QUAN 1

CHƯƠNG 1: 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Phương pháp dưỡng hộ bên trong 2

1.1.1 Cốt liệu rỗng nhẹ 2

1.1.2 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 4

Tình hình nghiên cứu ngoài nước 4

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

1.2.2 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 16

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 17

CƠ SỞ KHOA HỌC 18

CHƯƠNG 2: 2.1 XI MĂNG PORTLAND 18

Thành phần khoáng của PC 18

2.1.1 Quá trình hydrat hóa của PC 20

2.1.2 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CỠ HẠT VÀ TRẠNG THÁI BỀ MẶT HẠT CỐT LIỆU 21

2.3 CO NGÓT NỘI SINH CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO 23

Tổng quát về co ngót 23

2.3.1 Khái niệm về co ngót nội sinh 24

2.3.2 Cơ chế hình thành co ngót nội sinh 27

2.3.3 Nguyên lý xác định co ngót nội sinh 28 2.3.4

Trang 9

2.4 DƯỠNG HỘ BÊN TRONG 29

Tổng quan về dưỡng hộ 292.4.1

Dưỡng hộ bên trong 312.4.2

HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35CHƯƠNG 3:

3.1 HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU 35

Xi măng 353.1.1

Cát 363.1.2

Đá 373.1.3

Nước 383.1.4

Cốt liệu nhỏ keramzit – FECA 393.1.5

Phụ gia 423.1.6

3.2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI 42

Cấp phối bê tông HSC 423.2.1

Quy trình nhào trộn hỗn hợp bê tông 443.2.2

3.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 45

Phương pháp thử độ sụt (TCVN 3106:1993) 453.3.1

Phương pháp thử cường độ chịu nén (TCVN 3118:1993) 473.3.2

Phương pháp thử cường độ chịu kéo khi uốn (TCVN 3119:1993) 483.3.3

Phương pháp xác định co ngót nội sinh 493.3.4

Khối lượng thể tích của bê tông (TCVN 3115:1993) 523.3.5

Kiểm tra độ hút nước của bê tông và thể tích lỗ rỗng hở của bê tông 3.3.6

Trang 10

4.3 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 59

Ảnh hưởng của hàm lượng hạt FECA thay thế 59

4.3.1 Ảnh hưởng của các chế độ dưỡng hộ 69

4.3.2 4.4 CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO KHI UỐN 73

Ảnh hưởng của hàm lượng hạt FECA thay thế 73

4.4.1 Sự tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu nén 76

4.4.2 4.5 TÍNH CO NGÓT NỘI SINH 78

Tính co ngót nội sinh trong 3 ngày tuổi 78

4.5.1 Co ngót nội sinh trong 28 ngày tuổi 79

4.5.2 4.6 ĐỘ HÚT NƯỚC VÀ THỂ TÍCH LỖ RỖNG HỞ 82

Độ hút nước 82

4.6.1 Thể tích lỗ rỗng hở 83

4.6.2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

CHƯƠNG 5: 5.1 KẾT LUẬN 85

5.2 KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC THAM GIA CÁC BÀI BÁO, TẠP CHÍ 93

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 94

Trang 11

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sự thay đổi độ co ngót khi thay đổi tỉ lệ nước/chất kết dính 1

Hình 1.2 Sự di chuyển của nước từ các hạt rỗng trong bê tông 2

Hình 1.3 Bê tông nhẹ cốt liệu keramzit 3

Hình 1.4 Cường độ chịu nén của bê tông ở 1, 3, 7, và 28 ngày tuổi trong nghiên cứu của Suzuki et al 5

Hình 1.5 Ảnh hưởng của PCCA đến tính co ngót nội sinh của bê tông đến 28 ngày tuổi trong nghiên cứu của Suzuki et al 5

Hình 1.6 Cường độ chịu nén của bê tông ở 1, 3, 7, 28, 56 và 91 ngày tuổi trong nghiên cứu của Hwang et al 7

Hình 1.7 Tổng co ngót của bê tông khi sử dụng và không sử dụng LWA trong nghiên cứu của Hwang et al 8

Hình 1.8 Co ngót nội sinh trong nghiên cứu của Ji et al 9

Hình 1.9 ESEM vùng chuyển tiếp giữa hệ nền xi măng và hạt keramzit trong cấp phối A11 (a), A12 (b) và A13 (c) trong nghiên cứu của Ji et al 10

Hình 1.10 Kết quả cường độ chịu nén trong nghiên cứu của Thái et al 12

Hình 1.11 Sự phát triển cường độ nén của bê tông khi dưỡng hộ 2 ngày trong nước, sau đó dưỡng hộ ngoài không khí trong nghiên cứu của Lê 14

Hình 1.12 Độ co ngót nội sinh của các mẫu BTCLSC sử dụng SAP ở trạng thái khô khi trộn ứng với lượng dùng SAP và lượng nước với tác dụng của dưỡng hộ bên trong khác nhau 15

Hình 2.1 Ảnh SEM 256m  200m của phòng thí nghiệm xi măng và bê tông (Cement and Concrete Testing Laboratory) 19

Hình 2.2 Cấu trúc của đá xi măng: (a) cấu trúc của khoáng C-H, C-S-H, lỗ rỗng và (b) cấu trúc của khoáng C-H, C-S-H, hạt chưa phản ứng 21

Hình 2.3 Cấu trúc bề mặt của cốt liệu 22

Hình 2.4 Các trạng thái của cốt liệu 22

Hình 2.5 Sự thoát nước trong bê tông 23

Hình 2.6 Sơ đồ thời gian xuất hiện của các loại co ngót 24

Trang 12

Hình 2.7 Sự co ngót của bê tông 25

Hình 2.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ N/CKD đến độ co ngót nội sinh 26

Hình 2.9 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ co ngót nội sinh 27

Hình 2.10 Ảnh hưởng của số ngày dưỡng hộ trong nước đến cường độ bê tông 29

Hình 2.11 So sánh giữa (a) dưỡng hộ nước và (b) dưỡng hộ nhiệt ẩm 30

Hình 2.12 Sự khác biệt giữa dưỡng hộ bên trong và dưỡng hộ bên ngoài 30

Hình 2.13 Mối quan hệ giữa co ngót và độ ẩm bê trong của bê tông của mẫu C90-OC (a) và C90-IC (b) 31

Hình 2.14 Cấu trúc của hồ xi măng chứa cả 2 loại hạt ở 2 trạng thái khác nhau: (a) hạt ở trạng thái khô và (b) hạt ở trạng thái SSD trong nghiên cứu của Trtik et al 32

Hình 2.15 Ảnh SEM lỗ rỗng trong SAP được bù đắp bằng khoáng C-H trong nghiên cứu của Justs et al 33

Hình 3.1 Xi măng Nghi Sơn PC40 35

Hình 3.2 Cát sông sử dụng trong thí nghiệm 36

Hình 3.3 Thành phần hạt của cát sông 37

Hình 3.4 Đá sử dụng trong thí nghiệm 37

Hình 3.5 Thành phần hạt của đá 38

Hình 3.6 Nước thí nghiệm 39

Hình 3.7 Hạt FECA ở trạng thái khô 39

Hình 3.8 Độ hút nước của FECA theo thời gian 40

Hình 3.9 Thành phần hạt FECA 41

Hình 3.10 Hạt FECA ở trạng thái bão hòa nước khô bề mặt – SSD 41

Hình 3.11 Phụ gia MasterEase 3051 42

Hình 3.12 Thành phần hạt cát tổng hợp sau khi được phối trộn 43

Hình 3.13 Quy trình nhào trộn bê tông 45

Hình 3.14 Máy trộn bê tông dung tích 30 lít 45

Hình 3.15 Côn thử độ sụt 46

Hình 3.16 Thử nghiệm đo độ sụt của hỗn hợp bê tông 47

Trang 13

Hình 3.17 Máy nén bê tông 47

Hình 3.18 Mẫu được đặt trên máy uốn 49

Hình 3.19 Khuôn đo co ngót nội sinh 50

Hình 3.20 Thiết bị cảm biến đo co ngót 50

Hình 3.21 Mô hình đo co ngót nội sinh 50

Hình 3.22 Máy tính ghi nhận kết quả 51

Hình 3.23 Mẫu được xử lý chống thấm 51

Hình 3.24 Kết nối lại cảm biến với máy tính 52

Hình 3.25 Cân mẫu bê tông 53

Hình 3.26 Đo kích thước mẫu bê tông 53

Hình 3.27 Kích thước mẫu lập phương theo TCVN 3115:1993 54

Hình 3.28 Mẫu được đặt trong lò sấy 55

Hình 3.29 Mẫu được ngâm trong nước 56

Hình 3.30 Mẫu đang được đun sôi 56

Hình 3.31 Mẫu được cân trong nước 57

Hình 4.1 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông khi được dưỡng hộ 2 ngày trong nước và dưỡng hộ kín 60

Hình 4.2 Tỉ số cường độ chịu nén của mẫu khi thay thế cát bằng FECA ở trạng thái SSD so với mẫu đối chứng được dưỡng hộ theo chế độ C1 (dưỡng hộ trong nước 2 ngày sau khi tháo khuôn và sau đó dưỡng hộ kín) 62

Hình 4.3 Sự phát triển cường độ nén khi thay thế cát bằng hạt FECA ở trạng thái SSD ở 3, 7 và 28 ngày tuổi so với mẫu 1 ngày tuổi được dưỡng hộ theo chế độ C1 (dưỡng hộ 2 ngày trong nước và sau đó dưỡng hộ kín) 64

Hình 4.4 Sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông khi được dưỡng hộ kín 66

Hình 4.5 Cường độ chịu nén khi thay thế cát bằng hạt FECA ở trạng thái SSD khi so với mẫu đối chứng được dưỡng hộ kín 68

Hình 4.6 Sự phát triển cường độ chịu nén khi thay thế cát bằng FECA ở trạng thái SSD ở 3, 7 và 28 ngày tuổi so với mẫu 1 ngày tuổi và dưỡng hộ kín 69 Hình 4.7 Cường độ chịu nén của bê tông ở hai điều kiện dưỡng hộ tại 3 ngày

Trang 14

tuổi 70

Hình 4.8 Cường độ chịu nén của bê tông ở hai điều kiện dưỡng hộ tại 7 ngày tuổi 71

Hình 4.9 Cường độ chịu nén của bê tông ở hai điều kiện dưỡng hộ tại 28 ngày tuổi 71

Hình 4.10 Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông được dưỡng hộ theo chế độ C1 tại 7 ngày tuổi 74

Hình 4.11 Cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông được dưỡng hộ theo chế độ C1 tại 28 ngày tuổi 75

Hình 4.12 Tốc độ phát triển cường độ chịu kéo khi uốn ở 28 ngày tuổi so với 7 ngày tuổi 76

Hình 4.13 Sự tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu nén của bê tông tại 7 ngày tuổi 77

Hình 4.14 Sự tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu nén của bê tông tại 28 ngày tuổi 77

Hình 4.15 Co ngót nội sinh của bê tông trong thời gian đầu (3 ngày tuổi) 79

Hình 4.16 Co ngót nội sinh của bê tông trong 28 ngày tuổi 80

Hình 4.17 Tốc độ phát triển độ co ngót nội sinh trung bình 81

Hình 4.18 Tỷ lệ độ co ngót nội sinh giữa các mẫu thay thế FECA so với mẫu đối chứng (R00) tại 28 ngày tuổi 81

Hình 4.19 Độ hút nước của bê tông có và không có sử dụng hạt ở FECA ở trạng thái bão hòa nước khô bề mặt Saturated Surface -Dry – SSD 82

Hình 4.20 Sự tương quan giữa cường độ chịu nén và độ hút nước của bê tông tại 28 ngày tuổi 83

Hình 4.21 Thể tích lỗ rỗng hở của bê tông có và không có sử dụng hạt ở FECA ở trạng thái SSD 84

Hình 4.22 Sự tương quan giữa cường độ chịu nén và thể tích lỗ rỗng hở của bê tông tại 28 ngày tuổi 84

Trang 15

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tỷ lệ thành phần hỗn hợp bê tông trong nghiên cứu của Suzuki et al

4

Bảng 1.2 Cấp phối bê tông trong nghiên cứu của Hwang et al 6

Bảng 1.3 Cấp phối được sử dụng trong nghiên cứu Ji et al 8

Bảng 1.4 Tính chất cơ lý của hạt keramzit trong nghiên cứu của Thái et al 11

Bảng 1.5 Thành phần cấp phối trong nghiên cứu của Thái et al 12

Bảng 1.6 Cấp phối cho 1 m3 bê tông trong nghiên cứu của Lê 13

Bảng 1.7 Cấp phối được sử dụng trong nghiên cứu 14

Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý của xi măng 35

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của cát 36

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý của đá 38

Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý của cát keramzit 40

Bảng 3.5 Cấp phối cho 1 m³ bê tông 44

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm độ sụt của hỗn hợp bê tông 58

Bảng 4.2 Khối lượng thể tích 59

Trang 16

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Tiêu chuẩn Mỹ (American Society for Testing and

Materials)

ASTM

Tỉ lệ nước/chất kết dính N/CKD

Bê tông cường độ cao (High Strength Concrete) HSC

Xi măng pooclang (Portland Cement) PC

Trạng thái bão hòa nước khô bề mặt (Saturated

Surface Dry)

SSD

Trạng thái khô tự nhiên (Air Dry) AD

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron

Vùng chuyển tiếp (Interfacial Transition Zone) ITZ

Kính hiển vi điện tử truyền qua môi trường

(Environmental Scanning Electron Microscope)

ESEM

Trang 17

TỔNG QUAN CHƯƠNG 1:

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, bê tông cường độ cao (lớn hơn 55 MPa) [1] đang được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các kết cấu nhà nhiều tầng Bên cạnh ưu điểm giúp giảm diện tích cốt thép của cấu kiện chịu nén như cột, bê tông cường độ cao còn giúp giảm được thời gian thi công và tiết kiệm được chi phí xây dựng do có thể tháo cốt pha sớm hơn [2] Tuy nhiên, bê tông cường độ cao có lượng dùng nước/chất kết dính (N/CKD) thấp và là nguyên nhân chính gây ra co ngót nội sinh [3] Theo Hình 1.1, thấy được tỉ lệ N/CKD càng thấp thì co ngót nội sinh càng cao [4] Để khắc phục vấn đề trên, phương pháp dưỡng hộ bên trong được áp dụng nhằm bù lại lượng nước mất đi bằng lượng nước được chứa trong các hạt cốt liệu rỗng [5] Phương pháp này đã và đang được nghiên cứu ở rất nhiều nước trên thế giới [6]–[10]

Hình 1.1 Sự thay đổi độ co ngót khi thay đổi tỉ lệ nước/chất kết dính [4]

Trang 18

Phương pháp dưỡng hộ bên trong

1.1.1

Đa phần các phương pháp dưỡng hộ hiện nay, nước được đưa từ bên ngoài vào bên trong bê tông nhằm giữ ẩm và tạo điều kiện cho phản ứng hydrat hóa của xi măng Phương pháp dưỡng hộ bên trong là phương pháp tận dụng lỗ rỗng bên trong các hạt cốt liệu rỗng tích lũy nước như một hồ chứa tạm thời (xem Hình 1.2) [11] Khi bê tông thiếu nước trong quá trình hydrat hóa, nước trong hồ chứa này sẽ cung cấp và giúp cho quá trình hydrat hóa tiếp tục diễn ra hoặc thay thế độ ẩm bị mất đi

do bay hơi hoặc tự khô; từ đó, giúp cho phản ứng hydrat hóa xảy ra tối đa, tăng cường độ và giảm được co ngót nội sinh của bê tông [11]

Tuy nhiên, phương pháp này còn bị ảnh hưởng bởi điều kiện dưỡng hộ khác như dưỡng hộ kín hay dưỡng hộ nước đã được báo cáo trong nghiên cứu của Hwang et al [12] Do đó, nghiên cứu này tiến hành áp dụng hai phương pháp dưỡng hộ bên ngoài, bao gồm (1) dưỡng hộ 2 ngày trong nước, sau đó dưỡng hộ kín và (2) dưỡng hộ kín nhằm đánh giá hiệu quả toàn diện được các tác động đến bê tông

Hình 1.2 Sự di chuyển của nước từ các hạt rỗng trong bê tông [13]

Cốt liệu rỗng nhẹ

1.1.2

Các cốt liệu được sử dụng nhiều trong quá trình sản xuất bê tông nhẹ như hạt keramzit, aglôpôrit, peclit, xỉ xốp, xỉ hạt … Trong đó, hạt keramzit được sử dụng phổ biến để làm bê tông nhẹ (xem Hình 1.3) [14]

Trang 19

Hình 1.3 Bê tông nhẹ cốt liệu keramzit [15]

Cốt liệu nhẹ keramzit (Lightweight Expanded Clay Aggregate – LECA) là cốt liệu rỗng nhân tạo chế tạo từ những viên đất sét được nung nở phồng và sau đó, tạo hạt bằng máy quay ly tâm rồi đem nung [16] Cốt liệu keramzit có khối lượng thể tích rời tự nhiên từ 500–1200 kg/m³, cường độ nén dập trong xi lanh 1.4–6.5 MPa, độ hút nước 24 giờ từ 5–20% theo khối lượng vật liệu khô [16]

Nghiên cứu của Ji et al đã chứng minh rằng cốt liệu keramzit có khả năng giảm được sự co ngót nội sinh của bê tông nhẹ [10] Việc sử dụng cốt liệu lớn keramzit thường bị hạn chế do làm cho hỗn hợp bê tông dễ phân tầng [17] Song đó, việc sử dụng các hạt rỗng nhẹ cũng mang đến cho bê tông cường độ cao một vài khuyết điểm như làm ảnh hưởng đến cường độ của bê tông Trong khi đó, cốt liệu nhỏ keramzit được đánh giá là phù hợp cho việc thay thế một phần cát sông trong

bê tông cường độ cao như nghiên cứu của Lê [18] Tuy nhiên, tác giả đã không xét đến độ co ngót nội sinh của bê tông cường độ cao

Vì vậy, trong nghiên cứu này, đề xuất sử dụng hạt keramzit thay thế cho cốt liệu nhỏ đồng thời đánh giá hiệu quả của dưỡng hộ bên trong đến độ co ngót nội sinh trong bê tông

Trang 20

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.2.1

Việc nghiên cứu dưỡng hộ bên trong đã bắt đầu vào giữa năm đầu của thập niên 90 [11] Các vật liệu được sử dụng cho phương pháp dưỡng hộ bên trong rất đa dạng như hạt polymer siêu thấm (Super Absorbent Polymer – SAP) [19], keramzit [20], gạch phế thải [21] Đặc điểm chung của các vật liệu này là có độ rỗng lớn [22] Điều này cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp dưỡng hộ bên trong [23] Các nghiên cứu gần đầy đã nêu ra một phần ảnh hưởng của phương pháp này đến các tính chất của bê tông [15]

Trong nghiên cứu sử dụng gạch ngói phế thải như vật liệu dưỡng hộ bên trong cho bê tông tính năng cao của Suzuki et al [24], tác giả đã sử dụng hệ nguyên vật liệu bao gồm xi măng Portland (OPC), Silicafume, xi măng ít tỏa nhiệt, cát, đá, nước, phụ gia siêu dẻo (SP), với tỉ lệ thành phần cấp phối được thể hiện ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Tỷ lệ thành phần hỗn hợp bê tông trong nghiên cứu của Suzuki et al [24]

Trang 21

Tất cả các cấp phối trên đã được các tác giả thí nghiệm trên mẫu hình trụ 100×200 mm để xác định cường độ chịu nén của mẫu ở các tuổi 1, 3, 7 và 28 ngày Ngoài ra, các tác giả đã sử dụng mẫu 150×200 mm để xác định cường độ chịu kéo gián tiếp thông qua thí nghiệm kéo bửa (Splitting Tensile Strength) của mẫu ở các tuổi 1, 3, 7, và 28 ngày và mẫu 100×100× 400 mm để xác định độ co ngót nội sinh

và vết nứt Kết quả cho thấy cường độ chịu nén (xem Hình 1.4) ở 3 và 7 ngày, mẫu

NC là cao nhất nhưng đến ngày 28, mẫu PC40 có cường độ nén là cao nhất (158 MPa) và có độ co ngót nội sinh ít nhất (xem Hình 1.5) [24] Từ đó, có thể thấy được hiệu quả của dưỡng hộ bên trong đến các tính chất của bê tông

Hình 1.4 Cường độ chịu nén của bê tông ở 1, 3, 7, và 28 ngày tuổi trong nghiên cứu

của Suzuki et al [24]

Hình 1.5 Ảnh hưởng của PCCA đến tính co ngót nội sinh của bê tông đến 28 ngày

tuổi trong nghiên cứu của Suzuki et al [24]

Trang 22

Theo các tác giả, về bản chất, trong thời gian đầu PCCA không ảnh hưởng đến tính chất của bê tông Khoảng thời gian từ 7 đến 28 ngày, nước được chứa trong PCCA thông qua các lỗ rỗng đã được nhả ra và cung cấp cho các phản ứng hydrat hóa của xi măng trong bê tông; từ đó, tiếp tục phản ứng tạo các khoáng C-S-H và tăng cường độ, đồng thời giảm được độ co ngót cho bê tông [24]

Theo một nghiên cứu khác của Hwang et al., LWA được thay thế cốt liệu nhỏ như hạt dưỡng hộ bên trong [12] Nghiên cứu này đã kết hợp với các phương pháp dưỡng hộ khác nhau với hệ nguyên vật liệu được sử dụng bao gồm xi măng loại GUb-SF (gồm 92% xi măng loại GUb-Genenal Use blended là xi măng hỗn hợp thông thường và 8% silicafume), cốt liệu lớn với cỡ hạt lớn nhất 10 mm, tỉ lệ cát trên tổng cốt liệu (S/A) là 0.43, LWA được sử dụng có khối lượng thể tích 720-880 kg/m³, sử dụng phụ gia giảm nước cao (High – Range Water Reducer – HRWR) và phụ gia cuốn khí (Air – Entraining Agent – AEA) Trước khi đúc mẫu, LWA được ngâm nước bão hòa và sau đó, để khô bề mặt (Saturated Surface Dry – SSD) [12] Cấp phối được sử dụng thể hiện ở Bảng 1.2

Bảng 1.2 Cấp phối bê tông trong nghiên cứu của Hwang et al [12]

Trang 23

(R0-0M và R30-0M) cho cường độ cao hơn mẫu được dưỡng hộ ẩm 6 ngày sau khi đúc mẫu (R0-6M và R30-6M) trong 7 ngày đầu nhưng thấp hơn ở 56 và 91 ngày tuổi [12] Nguyên nhân được cho rằng ở trong giai đoạn đầu, các mẫu R0-0M và R30-0M có độ ẩm bên trong thấp hơn so với các mẫu R0-6M và R30-6M dẫn đến cường độ cao hơn trong giai đoạn này Tuy nhiên, nhờ ảnh hưởng của dưỡng hộ bên trong giúp thúc đẩy quá trình hydrat hóa làm tăng cường độ chịu nén của bê tông, dẫn đến các mẫu (R0-6M và R30-6M) có cường độ chịu nén cao hơn các mẫu R0-0M và R30-0M ở độ tuổi về sau, cụ thể ở tuổi 56 và 91 ngày [12]

Hình 1.6 Cường độ chịu nén của bê tông ở 1, 3, 7, 28, 56 và 91 ngày tuổi trong

nghiên cứu của Hwang et al [12]

Kết quả thí nghiệm đo co ngót tổng được thể hiện ở Hình 1.7, các mẫu sử dụng LWA thay thế 30% có độ co ngót nhỏ hơn 30 – 47% so với mẫu không sử dụng LWA Điều này là do lượng nước được cung cấp bởi các LWA vào hệ nền xi măng giúp cho hệ nền xi măng duy trì được độ ẩm tương đối và từ đó làm giảm co ngót tổng của bê tông [12]

Trang 24

Hình 1.7 Tổng co ngót của bê tông khi sử dụng và không sử dụng LWA trong

nghiên cứu của Hwang et al [12]

Trong nghiên cứu khác của Ji et al., ảnh hưởng độ ẩm của keramzit đến co ngót nội sinh của bê tông cốt liệu nhẹ được đánh giá [10] Tác giả đã đánh giá ảnh hưởng của các trạng thái khác nhau của hạt nhẹ và hệ nguyên vật liệu được sử dụng gồm có xi măng, cát, phụ gia siêu dẻo, nước và keramzit Cấp phối được sử dụng trong nghiên cứu được thể hiện ở Bảng 1.3

Bảng 1.3 Cấp phối được sử dụng trong nghiên cứu Ji et al [10]

Thời gian làm ẩm (giờ) 0 24 24

Trang 25

Trong đó, NW là lượng nước nhào trộn; trong khi, TW bao gồm lượng nước nhào trộn và lượng nước chứa trong LWA Theo đó, NWC là tỉ lệ NW/xi măng và TWC là tỉ lệ TW/xi măng Kí hiệu đầu tiên sau chữ A đại diện cho tỉ lệ thay thế 100% keramzit cho cát Kí hiệu thứ 2 sau chữ A bao gồm 1, 2, 3 lần lượt đại diện cho hạt keramzit không được ngâm nước (nhóm 1), bê tông nhẹ có hạt được giữ ẩm trong 24 giờ và có tỉ lệ TWC giữ nguyên giống nhóm 1 (nhóm 2) và mẫu có hạt được ngâm trong 24 giờ nhưng có tỉ lệ NWC giữ nguyên giống nhóm 1 (nhóm 3) Kết quả thí nghiệm đo co ngót nội sinh của tác giả được thể hiện ở Hình 1.8 Kết quả hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử truyền qua môi trường (Environmental Scanning Electron Microscope – ESEM) của các mẫu sau khi sấy khô trong vòng 24 giờ được thể hiện ở Hình 1.9

Hình 1.8 Co ngót nội sinh trong nghiên cứu của Ji et al [10]

Trang 26

Hình 1.9 ESEM vùng chuyển tiếp giữa hệ nền xi măng và hạt keramzit trong cấp phối A11 (a), A12 (b) và A13 (c) trong nghiên cứu của Ji et al [10]

Khi tỉ lệ TWC được giữ nguyên, tổng lượng nước của mẫu A11 (0.35) lớn hơn mẫu A12 (0.30) Khi bê tông ở trạng thái dẻo, nước trong mẫu chứa hạt không được làm ẩm (A11) bị các hạt keramzit hút vào (khoảng 0.034 mL) làm giảm thể tích của vữa và sau đó dẫn đến bê tông có co ngót nội sinh cao hơn Trong khi đó, hạt được làm ẩm trong 24 giờ (A12) thì lượng nước bị hút ít hơn (khoảng 0.016 mL) dẫn đến

co ngót thấp hơn đáng kể (xem Hình 1.8) Trong quá trình bê tông đóng rắn, nước trong các hạt được làm ẩm có xu hướng nhả nhiều nước hơn vào hệ nền so với hạt không được làm ẩm, nhờ đó hiệu quả của dưỡng hộ bên trong cũng được thúc đẩy cao hơn, dẫn đến bê tông giảm được co ngót Kết quả này cũng trùng với kết quả phân tích ảnh ESEM Hình 1.9 (a) và (b) cho thấy rằng vùng ITZ của A12 đặc chắc hơn A11

Trang 27

Khi tỉ lệ NWC được giữ nguyên, lượng nước nhào trộn của mẫu A11 (0.35) nhỏ hơn mẫu A13 (0.40) Khi bê tông ở trạng thái dẻo, mẫu có hạt được ngâm nước trong vòng 24 h (A13) không hút nước từ vữa; do đó đủ nước trong vữa xi măng dẫn đến độ co ngót gần như bằng 0 Trong quá trình bê tông đóng rắn, lượng nước của mẫu A13 nhả ra nhiều hơn so với mẫu A11 dẫn đến hiệu quả của việc dưỡng hộ cũng rõ ràng hơn Từ đó, giúp bê tông giảm được độ co ngót nội sinh Kết quả cũng tương tự với kết quả ESEM cho thấy vùng ITZ của A13 đặc chắc hơn A11 (xem Hình 1.9 (a) và (c))

Dựa trên những nghiên cứu trên, nhận thấy rằng để được hiệu quả tốt nhất cho phương pháp dưỡng hộ bên trong không chỉ phụ thuộc vào cấp phối mà còn phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau như điều kiện dưỡng hộ, trạng thái của hạt cốt liệu

Tình hình nghiên cứu trong nước

1.2.2

Thái et al đã nghiên cứu ảnh hưởng của keramzit đến cường độ chịu nén của

bê tông nhẹ [25] Trong bài nghiên cứu này, hệ nguyên vật liệu được sử dụng bao gồm xi măng, cát, nước, silicafume, phụ gia siêu dẻo, và 2 loại hạt keramzit với tính chất cơ lý được thể hiện ở Bảng 1.4

Bảng 1.4 Tính chất cơ lý của hạt keramzit trong nghiên cứu của Thái et al [25]

Độ nén dập (độ bền nén trong xilanh) (MPa) 1.9 1.6

Nhóm tác giác đã lựa chọn hai loại bê tông cùng thành phần vật liệu được thể hiện ở Bảng 1.5 Tuy nhiên, nhóm tác giả đã sử dụng hai loại sỏi khác nhau Ngoài

ra, phối trộn hai loại sỏi trên với tỷ lệ 50-50 để tạo ra loại sỏi hỗn hợp nhằm chế tạo

ra loại bê tông thứ 3 có cùng thành phần vật liệu như hai loại bê tông trên

Trang 28

Bảng 1.5 Thành phần cấp phối trong nghiên cứu của Thái et al [25]

Kết quả thí nghiệm cường độ nén ở tuổi 28 ngày được thể hiện ở Hình 1.10 Loại sỏi 1 tạo ra bê tông có cường độ tương đương với loại 2 và nhỏ hơn đáng kể so với loại sỏi hỗn hợp Điều này chứng tỏ thành phần hạt của sỏi keramzit có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ nén của bê tông nhẹ

Hình 1.10 Kết quả cường độ chịu nén trong nghiên cứu của Thái et al [25]

Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ chịu nén của bê tông không chỉ phụ thuộc vào cường độ của vữa xi măng mà còn phụ thuộc thành phần hạt của keramzit [25]

Ngoài ra, còn có nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay thế cát bằng hạt FECA ở trạng thái SSD đến độ sụt và cường độ nén của bê tông cường độ cao của Lê [18] Trong bài nghiên cứu này hệ nguyên vật liệu được sử dụng gồm có xi măng (C-Cement), cát (RS-River sand), đá (CS-Crushed Stone), nước (W-Water), phụ gia siêu dẻo (WRA-Water reducing agent), và hạt keramzit ở trạng thái SSD có modul

39.53

01020304050

Loại 1 Loại 2 Loại 3

Trang 29

độ lớn là 3.17 Cấp phối được thể hiện ở Bảng 1.6; trong đó: R00, R05, R10, R20 và R30 là tỉ lệ thay thế FECA cho cát với tỉ lệ lần lượt là 0, 5, 10, 20 và 30% [18]

Bảng 1.6 Cấp phối cho 1 m3 bê tông trong nghiên cứu của Lê [18]

Cấp phối

% FECA thay thế (% thể

Tỷ số thể tích cốt liệu nhỏ trên tổng thể tích cốt liệu Đơn vị (kg/m 3

Trang 30

Hình 1.11 Sự phát triển cường độ nén của bê tông khi dưỡng hộ 2 ngày trong nước,

sau đó dưỡng hộ ngoài không khí trong nghiên cứu của Lê [18]

Trong nghiên cứu sử dụng polime siêu thấm (SAP) để giảm co ngót nội sinh của bê tông chất lượng siêu cao (BTCDSC) của Nguyễn et al [26], tác giả đã sử dụng hệ nguyên vật liệu gồm có xi măng, cát, silicafume, phụ gia siêu dẻo, và SAP ở hai trạng thái khác nhau gồm khô và bán bão hòa Hỗn hợp được trộn theo cấp phối ở Bảng 1.7

Bảng 1.7 Cấp phối được sử dụng trong nghiên cứu [26]

VMA (%)

SAP (%)

N/

CKD thêm

Trạng thái hạt SAP CP-ĐC 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.000 0.00 0.00

CP1 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.40 0.03 Khô

CP2 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.60 0.03 Khô

Trang 31

CP3 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.40 0.05 Khô

CP4 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.60 0.05 Khô

CP5 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.40 0.03 Bán bão hòa

CP6 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.60 0.03 Bán bão hòa

CP7 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.40 0.05 Bán bão hòa

CP8 0.20 1.00 0.90 0.10 1.00 0.005 0.60 0.05 Bán bão hòa Trong đó: N/CKD, C/CKD, XM/CKD, SF/CKD lần lượt là các tỷ lệ Nước/Chất kết dính, Cát/Chất kết dính, Xi măng/Chất kết dính, Silicafume/Chất kết dính tính theo khối lượng, SD là hàm lượng sử dụng phụ gia siêu dẻo tính theo % lượng dùng chất kết dính Trạng thái bán bão hòa của hạt SAP là trạng thái của hạt SAP sau khi hút 1 lượng nước bằng một nửa so với lượng nước bão hòa Kết quả của thí nghiệm co ngót nội sinh được thể hiện Hình 1.12

Hình 1.12 Độ co ngót nội sinh của các mẫu BTCLSC sử dụng SAP ở trạng thái khô khi trộn ứng với lượng dùng SAP và lượng nước với tác dụng của dưỡng hộ bên

trong khác nhau [26]

Kết quả cho thấy việc sử dụng hạt SAP đã cải thiện đáng kể độ co ngót của BTCLSC và hiệu quả phụ thuộc vào trạng thái các hạt SAP khi trộn và lượng nước trộn thêm để bão hòa SAP Các hạt SAP ở trạng thái khô cải thiện độ co ngót ít hơn

so với các hạt SAP ở trạng thái bán bão hòa Bên cạnh đó, hiệu quả giảm co ngót

Trang 32

tăng lên khi lượng nước trộn thêm (nhằm mục đích bão hòa SAP) tăng lên Điều này được tác giả giải thích rằng độ co ngót của BTCLSC được cải thiện thông qua sự dưỡng hộ bên trong của các hạt SAP Trong quá trình hydrat hóa của xi măng, lượng nước trong hệ thống mất đi và gây ra hiện tượng tự khô trong đá xi măng, dẫn đến bê tông bị co ngót Tuy nhiên, trong mẫu có chứa hạt SAP, lượng nước trong các hạt được nhả ra ngoài hệ nền và bù lại độ ẩm bị mất đi trong quá trình hydrat hóa và từ đó đã làm giảm độ co ngót của bê tông [26]

Tóm lại, các nghiên cứu ở Việt Nam chỉ ra rằng, hiệu quả của việc dưỡng hộ bên trong còn phụ thuộc lớn vào vật liệu sử dụng cũng như tính chất của vật liệu Nhưng đa phần các nghiên cứu hiện nay chưa đánh giá tổng quát ảnh hưởng của phương pháp dưỡng hộ bên trong Xem xét toàn diện các tác động mà dưỡng hộ bên trong mang đến cho bê tông là cần thiết để khắc phục hiện tượng co ngót của bê tông cường độ cao cũng như hạn chế các tác động tiêu cực của việc sử dụng LWA

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Dựa trên tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam, mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu về việc sử dụng dưỡng hộ bên trong bằng hạt FECA (Fine expanded clay aggragete-FECA) nhằm đánh giá ảnh hưởng của dưỡng hộ bên trong đến các tính chất cơ lý và độ co ngót nội sinh của bê tông cường độ cao Để đạt được mục tiêu trên, nghiên cứu cần triển khai:

- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của cốt liệu nhẹ như hạt dưỡng hộ bên trong đến các tính chất cơ lý của bê tông như cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn, khối lượng thể tích, độ hút nước và thể tích lỗ rỗng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ dưỡng hộ bên ngoài đến cường độ chịu nén của bê tông nhằm đánh giá hiệu quả của sự kết hợp giữa chế độ dưỡng hộ bên ngoài và bên trong

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng FECA (ở trạng thái bão hòa nước khô bề mặt - SSD) thay thế cát sông đến độ co ngót của bê tông

Trang 33

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Dựa trên mục tiêu được đề ra, nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật liệu Xây dựng và phòng thí nghiệm Kết cấu Công trình, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp HCM về các tính chất cơ học của bê tông, cụ thể:

- Tỉ lệ FECA thay thế cho cát sông có cỡ hạt 1.25 đến 5 mm lần lượt là 0%, 25%, 50%, 75% và 100% theo thể tích

- FECA được chuẩn bị ở trạng thái bão hòa nước khô bề mặt (SSD)

- Mẫu ở các điều kiện dưỡng hộ:

o Curing type 1-C1: dưỡng hộ trong nước 2 ngày sau khi tháo khuôn và sau đó dưỡng hộ kín

o Curing type 2-C2: dưỡng hộ kín hoàn toàn

- Mẫu được kiểm tra khối lượng thể tích, độ hút nước và thể tích lỗ rỗng ở tuổi 28 ngày

- Mẫu được kiểm tra các tính chất cơ học như cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn ở 1, 3, 7 và 28 ngày tuổi

- Mẫu được kiểm tra độ co ngót ở 2 giai đoạn:

o Giai đoạn 1: mục đích xác định độ co ngót nội sinh trong độ tuổi sớm, cụ thể là trong 72 giờ

o Giai đoạn 2: xác định độ co ngót nội sinh của bê tông đến 28 ngày tuổi

Trang 34

CƠ SỞ KHOA HỌC CHƯƠNG 2:

Thành phần khoáng của PC

- Alite có thành phần hóa học thực tế: [3(Ca 0.98 Mg 0.01 Al 0.067 Fe 0.033)] [(Si 0.97 Al 0.03)] O5

- Belite có thành phần hóa học thực tế: [2(Ca 0.975 K 0.01 Na 0.05 Mg 0.01)] [(Si 0.97 Al 0.03)] O3.9

- Ferrite có thành phần hóa học thực tế: Ca2(AlxFe2-x)2 O5 Ví dụ Ca2Al

Fe 0.6 Mg 0.2 Si 0.15 Ti 0.05 O5

- Aluminate có thành phần hóa học thực tế: [3(K 0.03 Na 0.06 Ca 2.76

Mg 0.08 Ti 0.01)] [Fe 0.15 Al 1.725 Si 0.18)] O6 và [3(Na 0.292 Ca 2.792)] [(Fe 0.15 Al 1.725 Si 0.125)]

Trang 35

Hình 2.1 Ảnh SEM 256m  200m của phòng thí nghiệm xi măng và bê tông

(Cement and Concrete Testing Laboratory) [29]

Khi phản ứng với nước, tốc độ phản ứng của các khoáng khác nhau và tạo ra các sản phẩm hydrat khác nhau Các tính chất của khoáng trong xi măng bao gồm [27]:

- Alite là khoáng có hàm lượng cao nhất trong xi măng khi so với các khoáng còn loại Xi măng chứa hàm lượng alite cao sẽ đóng rắn nhanh và cho cường độ cao, đồng thời khi đóng rắn, tỏa nhiệt lớn và ít co ngót thể tích

- Belite đóng rắn tương đối chậm, cho cường độ ban đầu không cao nhưng về sau phát triển cường độ tốt

- Ferrite là khoáng đóng rắn cho cường độ tương đối thấp, nhưng sản phẩm đóng rắn trong môi trường nước và môi trường ăn mòn sunfat

- Aluminate là khoáng đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt và là khoáng không bền trong môi trường nước biển

Chính vì những tính chất khác nhau của mỗi khoáng trong xi măng nên khi thay đổi tỉ lệ các khoáng sẽ ảnh hưởng đến nhiệt hydrat hóa, thời gian ninh kết, sự phát triển cường độ và khối lượng thể tích [29]

Trang 36

Quá trình hydrat hóa của PC

2.1.2

Xi măng Portland là loại chất kết dính chịu nước Quá trình hydrat hóa của PC chỉ thực hiện khi xi măng tác dụng với nước và sản phẩm hydrat hóa chỉ bền trong môi trường không khí ẩm và trong nước [27] Nước có vai quan trọng trong quá trình hydrat hóa của PC và toàn bộ quá trình phát triển cường độ của đá xi măng [27] Quá trình hydrat hóa của PC gồm các giai đoạn được đơn giản hóa như sau: Đầu tiên, các khoáng chính của PC tác dụng với nước tiến hành phản ứng thủy hóa và thủy phân tạo thành các gel hydrosilicat và hydroaluminatcalci theo các phương trình (2.1), (2.2), (2.3), và (2.4) [27]:

Các sản phẩm tiếp tục phản ứng theo các phương trình (2.5) và (2.6):

Các gel này dần dần keo tụ (tách nước) và bao bọc xung quanh hạt xi măng, kìm hãm tốc độ hydrat hóa của hạt xi măng; theo thời gian, các gel dần dần kết tinh thành các tinh thể, tạo cho sản phẩm đóng rắn có cường độ theo phản ứng Mặt khác, khi có mặt thạch cao, sẽ tạo ra các phản ứng phụ (2.7) và (2.8) tạo ra khoáng mới:

 

 MgO + H OMg OH (2.10)

Trang 37

Sau 28 ngày, phần lớn hàm lượng xi măng phản ứng và tạo thành cấu trúc của đá xi măng (xem Hình 2.2(a)) và một lượng xi măng chưa phản ứng trong giai đoạn này (xem Hình 2.2(b)) nhưng vẫn tiếp tục quá trình đóng rắn trong nhiều năm tiếp theo

Hình 2.2 Cấu trúc của đá xi măng: (a) cấu trúc của khoáng C-H, C-S-H, lỗ rỗng và

(b) cấu trúc của khoáng C-H, C-S-H, hạt chưa phản ứng [30]

2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CỠ HẠT VÀ TRẠNG THÁI BỀ MẶT HẠT CỐT LIỆU

Cát sông là cốt liệu mịn đã và đang được sử dụng chủ yếu để chế tạo bê tông Theo TCVN 7570:2006, cốt liệu mịn được định nghĩa là hỗn hợp các hạt có kích thước từ 0.14 đến 5 mm Nhưng hiện nay, bên cạnh cát sông, các loại cốt liệu khác có cùng cỡ hạt cũng có thể được sử dụng để thay thế như cát nghiền, hạt đất sét nung nở phồng, tro bay

Cấu trúc bề mặt và hình dạng của các hạt cốt liệu mịn có ảnh hưởng quan trọng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và của bê tông (xem Hình 2.3) Các hạt có dạng hình cầu hay hình khối cần lượng chất kết dính và nước ít hơn để bao phủ;

do đó, tính công tác tốt hơn, cường độ cao hơn và độ co ngót thấp hơn so với các hạt có hình dạng dài và mảnh Bên cạnh đó, cốt liệu mịn có độ góc cạnh nhiều tuy cần lượng nước bao bọc nhiều hơn cốt liệu mịn ít góc cạnh nhưng làm tăng khả năng bám dính giữa các hạt với hệ nền xi măng [31]

Trang 38

Hình 2.3 Cấu trúc bề mặt của cốt liệu [32]

Trạng thái bề mặt cốt liệu cũng ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của bê tông Hình 2.4 thể hiện các trạng thái của cốt liệu Các hạt cốt liệu ở trạng thái khô hoàn toàn sẽ hút một lượng nước nhào trộn đáng kể từ hỗn hợp bê tông; từ đó, làm giảm tính công tác của bê tông [33] Trong thực tế, cách hiệu quả nhất để giảm hoặc tránh sự hấp thụ nước của cốt liệu trong bê tông là làm ẩm cốt liệu trước khi trộn Nhược điểm của cốt liệu ẩm là làm tăng lượng nước tự do trong bê tông và có thể làm giảm độ bền bê tông [33] Một phương pháp khác được sử dụng để giảm các vấn đề nước hấp thụ là thêm một liều lượng phụ gia siêu dẻo khi nhào trộn [33] Trong khi đó, trạng thái bão hòa nước khô bề mặt được đánh giá là hiệu quả nhất vì không ảnh hưởng đến tính công tác của bê tông cũng như làm tăng lượng nước tự do trong bê tông

Hình 2.4 Các trạng thái của cốt liệu [34]

Góc cạnh

Không góc cạnh

Trang 39

Sự phân bố của cỡ hạt cốt liệu mịn cũng có vai trò quan trọng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông Các hạt cốt liệu mịn được phân bố một cách đồng đều giúp giảm lượng dùng xi măng, tăng khả năng lắp đầy lỗ rỗng trong cấu trúc nền xi măng, giảm phân tầng, từ biến và co ngót cho bê tông [31]

2.3 CO NGÓT NỘI SINH CỦA BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

Tổng quát về co ngót

2.3.1

Khi rắn chắc trong không khí, với một hỗn hợp bê tông mới nhào trộn bão hòa nước, trước tiên, nước ở thể tự do từ các lỗ rỗng lớn và mao quản thoát ra, gây nên sự co ngót [16] Sau đó, sự thoát nước từ các mao quản và lỗ rỗng bé, và sự bốc hơi nước ở các mao quản có đường kính nhỏ hơn 0.1 micron diễn ra và kèm theo sự biến dạng co ngót dưới tác động của áp lực mao dẫn (xem Hình 2.5) [16] Sự co ngót vẫn tiếp tục do nước của các màng liên kết hấp phụ trong các thành gel thoát ra

và làm các hạt rắn chắc của gel xích lại gần nhau [16]

Hình 2.5 Sự thoát nước trong bê tông [35]

Các dạng co ngót bao gồm co ngót nội sinh, co ngót khô và co ngót nhiệt xuất hiện trong giai đoạn bê tông đóng rắn Về giai đoạn sau khi đóng rắn, bê tông còn bị

co ngót do hiện tượng cacbonat hóa (xem Hình 2.6)

Trang 40

Hình 2.6 Sơ đồ thời gian xuất hiện của các loại co ngót [36]

Độ co ngót còn phụ thuộc vào loại xi măng (thành phần hóa và khoáng), cỡ hạt của cát và các nhân tố khác ảnh hưởng đến lượng cần nước của hỗn hợp bê tông Nhân tố nào làm tăng lượng cần nước sẽ làm cho co ngót tăng Ngoài ra, điều kiện dưỡng hộ cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự co ngót [16]

Khái niệm về co ngót nội sinh

2.3.2

Viện Bê Tông Nhật Bản (Japan Concrete Institute-JCI) định nghĩa co ngót nội sinh là sự giảm thể tích vĩ mô của xi măng khi bắt đầu quá trình hydrat hóa [37] Nguyên nhân của co ngót nội sinh là do bê tông sử dụng lượng lớn chất kết dính và tỉ lệ nước/chất kết dính thấp gây ra

Co ngót hóa học là sự thay đổi thể tích của đá xi măng trong thời gian đầu do sự hình thành các sản phẩm hydrat hóa với thể tích nhỏ hơn thể tích ban đầu trước khi đóng rắn [37] Co ngót hóa học là sự giảm thể tích tuyệt đối của bê tông bao gồm co ngót nội sinh và sự thay đổi toàn bộ thể tích của bê tông [37] Mối liên hệ giữa co ngót hóa học và co ngót nội sinh được thể hiện ở Hình 2.7 Trong quá trình hình thành cấu trúc đá xi măng, các phản ứng hydrat hóa tạo ra các sản phẩm đá xi măng và lỗ rỗng Tại giai đoạn này, co ngót nội sinh là nhỏ hơn co ngót hóa học [37]

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	4,1 MB