Nghiên cứu sử dụng chất thải bùn đỏ và tro bay để làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn

Trong kỹ thuật bê tông tự lèn hiện nay việc nghiên cứu sử dụng hàm lượng bột để thay thế xi măng, chẳng những làm giảm hàm lượng xi măng sử dụng mà còn góp phần cải tiến các tính chất củ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ

VÀ TRO BAY ĐỂ LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN

Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Mã số : 60.58.80

Giáo Viên HD : PGS.TS Nguyễn Văn Chánh

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2012

Tp, HCM, ngày tháng năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VLXD

Mã số ngành : 60.58.80

1 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẤT THẢI BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐỂ LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN

2 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

Chương 01 : Tổng quan tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn

Chương 02 : Cơ sở khoa học làm nền tảng nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn Chương 03 : Đặc tính kỹ thuật của hệ nguyên vật liệu sử dụng và thiết kế

thành phần hỗn hợp

Chương 04 : Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến các tính chất kỹ

thuật của bê tông tự lèn

Kết luận và kiến nghị

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: tháng 06 năm 2011

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : tháng 06 năm 2012

5 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH PGS.TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Ký và ghi rõ họ tên)

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn với tất cả quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa, khoa Kỹ thuật Xây dựng đặc biệt là quý Thầy Cô bộ môn Vật liệu Xây dựng

đã hết lòng truyền đạt kiến thức cho em trong suốt những năm học Đại học cũng như Cao Học vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Chánh, Chủ nhiệm bộ môn Vật liệu Xây dựng và cũng là Cán bộ hướng dẫn chính của em Với lòng nhiệt huyết cộng với một phương pháp giảng dạy và hướng dẫn đề tài rất đặc biệt, Thầy

đã chỉ cho em những hướng giải quyết để đề tài có được chiều rộng và chiều sâu, giúp đỡ để em hoàn thành đề tài đúng thời hạn qui định

Xin cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã luôn bên cạnh và giúp đỡ tôi

Xin cảm ơn các cộng sự của trung tâm kiểm định chất lượng công trình xây dựng TP Mỹ Tho – Tiền Giang Đặc biệt là Ông Huỳnh Công Phúc giám đốc trung tâm đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể nghiên cứu và hoàn thành Luận văn Thạc

sĩ này

Mặc dù luận văn đã được hoàn thành với tất cả sự nỗ lực của bản thân nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận được sự cảm thông và chỉ bảo của quý Thầy Cô để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình

Ngày 1 tháng 6 năm 2012 Học viên thực hiện: Trần Hoàng Duy

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực

sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển,

nghiên cứu thực hành trên cơ sở nguyên vật liệu địa phương khu vực Thành phố Hồ

Chí Minh và lân cận Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực,

chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào Nội dung luận văn có tham

khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và

các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Trần Hoàng Duy

Trong kỹ thuật bê tông tự lèn hiện nay việc nghiên cứu sử dụng hàm lượng bột để thay thế xi măng, chẳng những làm giảm hàm lượng xi măng sử dụng mà còn góp phần cải tiến các tính chất của bê tông tự lèn Trong luận văn này đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột (bùn đỏ và tro bay) để thay thế xi măng, và tỉ lệ bùn đỏ và tro bay chứa trong hàm lượng bột để thay thế đó đến các tính chất về độ dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn và các tính chất cơ lý của bê tông tự lèn Với tỉ lệ khảo sát là : hàm lượng bột thay thế xi măng dao động trong khoảng [25-35]% và tỉ lệ bùn đỏ:tro bay chứa trong bột là [1:5-1:1] Từ đó chọn ra hàm lượng bột (bùn đỏ và tro bay) và tỉ lệ bùn đỏ, tro bay chứa trong bột để thay cho xi măng Từ kết quả thực nghiệm cho thấy có thể sử dụng hàm lượng bột thay thế xi măng là 30% và tỉ lệ tro bay và bùn đỏ chứa trong hàm lượng bột đó dao động theo

tỉ lệ BD:TB=[1:5-1:4] thì hỗn hợp bê tông tự lèn đạt được các tính chất như sau

- Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông tự lèn đạt được từ 67.0 cm đến 68.0 cm

- Thời gian hỗn hợp bê tông đạt được độ chảy xòe có đường kính 50 cm (T50)

- Cường độ chịu nén cao khoảng 52.7 đến 55.6 MPa (TCVN-3118:1993)

- Sau 7 ngày tuổi thì cường độ chịu nén đạt được gần 90% so với cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi

ABSTRACT

In self-compacting concrete techniques currently used to study the amount of cement powder to replace, not only reduces the amount of cement used, but also contributes to improve the properties of self-compacting concrete In this thesis research has focused on the effects of powder concentration (red mud and fly ash)

to replace cement, and the rate of red mud and fly ash contained in the content of the dough to replace it to the properties of viscosity of self-compacting concrete mix and the mechanical properties of self-compacting concrete Researching is to replace the amount of cement powder within the range [25-35]% and the rate of sludge: fly ash powder is contained in [1:5-1:1] From there, select the content of flour (red mud and fly ash) and the rate of red mud, fly ash contained in the flour to replace the cement From experimental results show that the amount can be used to replace cement powder is 30% and the rate of fly ash and sludge contained in the content of flour that the ratio of BD oscillation: TB = [1:5-1 4], the self-compacting concrete mix to achieve the following properties

- The Slumflow of self-compacting concrete mix achieved from 67.0 to 68.0 cm

- Time to achieve concrete mixture flow spread diameter 50 cm is 4.0 to 4.4s

- The difference in height of the concrete mix between inside and outside the Ring test (ΔH) of 0.6 cm - 1.0 cm

J Time to concrete mixture flowing in all experiments speculum V” 9.4s J 10.0 s

- The difference in time (ΔT) in the funnel experiment V after 5 min time period ranging from 2.0s - 2.3s

- Compressive strength of about 52.7 to 55.6 MPa (TCVN-3118: 1993)

- After 7 days of age, the compressive strength reached nearly 90% compared with the compressive strength at 28 days old

MỤC LỤC

Danh mục các hình vẽ và bảng biểu 3

Danh mục các ký hiệu viêt tắt 7

CHƯƠNG 01: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG TỰ LÈN 1.1 Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài 9

1.2 Lịch sử phát triển của bê tông tự lèn 10

1.3 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn 12

1.3.1 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn trên thế giới 12

1.3.2 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn ở Việt Nam 16

1.4 Tổng quan về tình hình tận dụng chất thảy bùn đỏ 24

1.4.1 Các phương pháp xử lý bùn đỏ trên thế giới 24

1.4.2 Các phương pháp xử lý bùn đỏ ở Việt Nam 26

1.5 Mục tiêu của đề tài 28

1.6 Nhiệm vụ đề tài 28

CHƯƠNG 02: CƠ SỞ KHOA HỌC LÀM NỀN TẢNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN 2.1.Tính lưu biến 29

2.2.Sự phân tầng và không đồng nhất trong bê tông 43

2.3 Phương pháp nghiên cứu các tính chất bê tông tự lèn 44

2.3.1 Quá trình tạo mẫu 44

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu tính dẻo của hỗn hợp bê tông 47

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu các tính chất cơ lý của bê tông tự lèn 50

CHƯƠNG 03: ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHÀN HỖN HỢP 3.1 Bùn đỏ 54

3.2 Tro bay 55

3.3 Xi măng 57

3.4 Lượng nước trộn 58

3.5 Phụ gia siêu dẻo 59

3.6 Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn 60

3.7 Thiết kế cấp phối bê tông tự lèn 62

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT KỸ THUẬT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG TỰ LÈN 4.1.1.Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến khả năng lắp đầy của hỗn hợp bê tông qua thí nghiệm Slump Flow: 66

4.1.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến khả năng năng lắp đầy và đánh giá tính phân tầng của bê tông qua thí nghiệm V_funnel 69

4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của bùn đỏ và tro bay đến khả năng chảy vượt qua rào cản J-Ring của hỗn hợp bê tông tự lèn 72

CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BÙN ĐỎ VÀ TRO BAY ĐẾN TÍNH CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG TỰ LÈN 5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến cường độ chịu nén của bê tông tự lèn 75

5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến cường độ chịu kéo của bê tông tự lèn 81

5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tro bay và bùn đỏ đến độ co ngót 82

5.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng đến độ co ngót của bê tông tự lèn 82

5.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng bùn đỏ đến độ co ngót của bê tông tự lèn 83

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Bảng 1.1 Hệ nguyên vật liệu được sử dụng làm bê tông tự lèn (SCC)tại Nhật Bản

Bảng 1.2 Nguyên vật liệu bê tông tự lèn (SCC)

Bảng 1.3 Đặc tính của hỗn hợp bê tông tự lèn

Bảng 1.4 Thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn khi cho thêm 10-25% vào hỗn hợp

Bảng 1.5 Tổng hợp kết quả kiểm tra

Bảng 1.6 Thành phần hỗn hợp bê tông

Bảng 1.7 Đặc tính của hỗn hợp bê tông tự lèn

Bảng 1.8 cấp phối của hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn:

Bảng 1.9 kết quả kiểm tra tính dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn: Bảng 1.10 Sự phát triển cường độ của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn:

Bảng 1.11 Cấp phối bê tông tự lèn mác bê tông được thiết kế M25 áp dụng vào tho công van cống Ngọc Hùng – Nam Định

Bảng 1.12 Lượng vật liệu cho 1m3 bê tông tự lèn dùng để chế tạo đập xà lan

Bảng 1.13 Thành phần cấp phối bê tông tự lèn kg/m3

Bảng 1.14 Tính công tác và cường độ của SCC

Bảng 1.15 Kết quả thí nghiệm cường độ nén và tính công tác của SCC

Bảng 1.16 Cấp phối bê tông tự lèn trong xây dựng đường ô tô, sân bay

Bảng 1.17 bảng kết quả tính dẻo và cường độ trong xây dựng đường ô tô, sân bay:

Bảng 1.18 Bảng thành phần cấp phối chế tạo bê tông tự lèn mác 200

Bảng 1.19 Bảng kết quả độ dẻo bê tông tự lèn mác 200:

Bảng 2.1 Phạm vi của giới hạn chảy (σ0) và độ nhớt dẻo (ηpl) cho hồ xi măng, vữa, bê tông thông thường (bê tông thường và bê tông chảy), và bê tông tự lèn (SCC), xác định bởi các mô hình Bingham

Hình 2.1 Tính chất Hooken trong ứng suất là tỉ lệ với biến dạng Tính chất Newton trong ứng suất tỉ lệ với tốc độ cắt

Hình 2.2 Sơ đồ minh họa các hạt của thuộc 1 nhóm kích thước đã biết dưới tác dụng lực (trục x) trong huyền phù, trong điều kiện của độ nhớt, khả năng chảy cần thiết của chất

tính

Hình 2.3 Minh họa thế năng như hàm số khoảng cách giữa các hạt,

Hình 2.4 Khi cho huyền phù vào hỗn hợp của các kích cỡ hạt, các lực tương tác với nhau Hình minh hoạ làm cách nào để cân bằng các nhóm lực khác nhau (x-axis) ảnh hưởng đến độ nhớt, khả năng chảy và lượng nước (y-axis) Các đại lượng chỉ liên quan với mỗi đặc tính

Hình 2.5 Minh họa các loại dòng chảy dưới dạng đường cong và đặc điểm hình dạng của chúng

Hình 2.6 Xác định giới hạn chảy cố định (σs), bằng một phép đo ứng suất – biến dạng, hoặc từ những điểm mà tại đó giới hạn dẻo bị lệch khỏi đường tuyến tính của nó, hay ở đỉnh ứng suất

Hình 2.7 Xác định giới hạn chảy rõ ràng (σ0 và σapp) bằng cách ngoại suy từ đường cong điều chỉnh, và bằng cách áp dụng một mô hình lưu biến Sơ đồ minh họa này trong một đa thức bậc 3 điều chỉnh đường cong, và mô hình Bingham được áp dụng để đo trong một dòng chảy cong

Hình 2.8 Đo giá trị của độ chảy xòe và đặc trưng lưu biến, riêng lẻ cho 550 hỗn hợp với một phạm vi rộng của độ sệt

Hình 2.9 Khoảng chảy xòe (hỗn hợp với khoảng cách < 500 mm bị loại trừ) và tham sô lưu biến Bingham (giới hạn chảy và độ nhớt dẻo) cho SCC từ bào cáo I, bổ sung các giá trị tiêu biểu cho SCC

Hình 2.10 Thí nghiệm Slump Flow

Hình 2.11 Kích thước V khi kiểm tra vữa

Hình 2.18 Mô hình thực nghiệm tính co ngót của bê tông

Hình 3.1 Quy trình Bayer

Hình 3.2 Biểu đồ nhiễu xạ X-ray của mẫu bùn đỏ từ nhà máy hóa chất Tân Bình

Hình 3.3 Các hạt tro bay

Hình 3.4 Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch, Đồng Nai

Hình 3.5 Kết quả phân tích X-ray: Kết quả phân tích X-ray cho thấy tro bay có chứa các pha tinh thể chính là quartz và mulit Ngoài ra còn có lượng nhỏ các pha tinh thể

hematite và magnetite

Hình 3.6 Đường biểu diễn thành phần hạt của xi măng Portland PC50

Hình 3.7 So sánh giữa cốt liệu lớn dùng trong bê tông thông thường và bê tông tự lèn Bảng 3.1 Thành phần hóa của xi măng Portland PC50

Bảng 3.2 Đặc tính cơ lý của xi măng Portland PC50

Bảng 3.3 Thành phần hạt của cát

Bảng 3.4 Lượng sót trên sàng của cốt liệu đá:

Bảng 3.5 Cấp phối cho 1 m3 bê tông khi tỉ lệ N/B=0.28 và hàm lượng bột thay thế xi măng thay đổi (TB+BD)/X=[0.25-0.35] tỉ lệ BD:TB=[1:5-1:1]

Bảng 3.6 Cấp phối cho 1 m3 bê tông khi tỉ lệ N/B=0.30 và hàm lượng bột thay thế xi măng thay đổi (TB+BD)/X=[0.25-0.35] tỉ lệ BD:TB=[1:5-1:1]

Bảng 4.1: Bảng kết quả thí nghiệm đo độ chảy xòe (Slumflow) của hỗn hợp bê tông tự lènBảng 4.2: Kết quả khả năng chảy qua phễu V của hỗn hợp bê tông tự lèn

Bảng 4.3: Kết quả khả năng chảy vượt qua rào cản J-Ring của hỗn hợp bê tông tự lèn

Hình 4.1 Những hình ảnh bê tông có mật độ cốt thép dày đặc gây khó khăn cho thi công khi dùng bê tông thông thường nhưng lại rất dễ thi công khi dùng bê tông tự lèn

Hình 4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến độ chảy xòe khi tỉ lệ nước/bột lần lượt là :N/B=0.28, N/B=0.30,

Hình 4.3 Ảnh hưởng của khi tỉ lệ nước/bột và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến độ chảy xòe khi hàm lượng bột thay thế xi măng(B+T)/X lần lượt là : 0.25, 0.30, 0.35

đến khả năng chảy qua phễu V khi tỉ lệ nước/bột lần lượt là :N/B=0.28, N/B=0.30

Hình 4.5 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến hiệu số ∆T khi tỉ lệ nước/bột lần lượt là :N/B=0.28, N/B=0.30

Hình 4.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/bột và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến khả năng chảy qua phễu V khi hàm lượng bột thay thế xi măng lần lượt là: 0.25, 0.30, 0.35

Hình 4.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/bột và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến khả năng chảy qua phễu V hàm lượng bột thay thế xi măng lần lượt là: 0.25, 0.30, 0.35

Hình 4.8 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột khả năng chảy vượt qua rào cản J-Ring khi tỉ lệ nước/bột lần lượt là:N/B=0.28, N/B=0.30

Hình 4.9 Ảnh hưởng của tỉ lệ N/B và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột khả năng chảy vượt qua rào cản J-Ring khi tỉ lệ nước/bột lần lượt là :N/B=0.28, N/B=0.30

Bảng 4.10 phương pháp kiểm tra tính công tác của SCC (EFNARC, 2002)

Bảng 5.1: Bảng kết quả cường độ chịu nén của bê tông tự lèn khi dưỡng hộ nước 28 ngày Bảng 5.2.Khảo sát sự phát triển cường độ của bê tông tự lèn theo thời gian khi (N/B=0.28 và (B+T)/X=0.30):

Bảng 5.3 Kết quả cường độ chịu kéo khi bửa của BTTL

Hình 5.1 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến cường độ chịu nén của bê tông khi tỉ lệ N/B = 0.28 khi dưỡng hộ nước 28 ngày hình 5.2 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng và tỉ lệ bùnđỏ/trobay chứa trong bột đến cường độ chịu nén của bê tông khi tỉ lệ N/B = 0.30 khi dưỡng hộ nước sau 28 ngày Hình 5.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ N/B đến cường độ chịu nén của bê tông

ở điều kiện dưỡng hộ nước sau 28 ngày

Hình 5.4 Ảnh hưởng sự phát triển cường độ chịu nén của BTTL theo thời gian

Hình 5.5 Ảnh hưởng của (B+T)/X và (BD/TB) đến cường độ chịu kéo

Hình 5.6 Mô hình thực nghiệm tính co ngót của mẫu bê tông

Hình 5.7 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng đến độ co ngót của BBTL

Hình 5.8 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thay thế xi măng đến độ co ngót của BTTL

ASMT :

BTTL : Bê tông tự lèn

Mdl : Module độ lớn

X : Hàm lượng xi măng

γX : Khối lượng riêng của xi măng

TB : Hàm lượng tro bay

γTB : Khối lượng riêng của tro bay

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

BD:TB : tỉ lệ bùn đỏ so với tro bay trong hỗn hợp (tro bay bùn đỏ)

(B+T)/X : Hàm lượng tro bay và bùn đỏ dùng để thay thế xi măng

ĐCX : Giá trị trung bình của hai đường kính theo hai phương vuông góc (cm) T500 : Thời gian hỗn hợp bê tông chảy đạt được đường kính D = 500 mm B0T1 : Mẫu thí nghiệm ứng với tỉ lệ bùn đỏ và tro bay là 0:1

B1T4 : Mẫu thí nghiệm ứng với tỉ lệ bùn đỏ và tro bay là 1:4

B1T3 : Mẫu thí nghiệm ứng với tỉ lệ bùn đỏ và tro bay là 1:3

B1T2 : Mẫu thí nghiệm ứng với tỉ lệ bùn đỏ và tro bay là 1:2

B1T1 : Mẫu thí nghiệm ứng với tỉ lệ bùn đỏ và tro bay là 1:1

TV : Thời gian để hỗn hợp bê tông tự lèn chảy hết qua phễu V

T5 : Thời gian để hỗn hợp bê tông tự lèn chảy hết qua phễu V sau 5 phút

∆T= T5-TV : Độ chênh lệch thời gian chảy sau 5 phút

Δh : Sự chênh lệch giữa chiều cao bên trong và bên ngoài vòng tròn J-Ring

Rn : Cường độ chịu nén của bê tông tự lèn

Rk : cường độ chịu kéo của bê tông tự lèn

Φ'max : Lực tương tác lớn nhất giữa các hạt

σ0* : Giới hạn chảy Bingham

CHƯƠNG 01: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG TỰ LÈN

1.1 Ý nghĩa và tính cấp thiết của đề tài:

Trong các công trình xây dựng, khi thi công các kỹ sư xây đã gặp phỉ rất nhiều khó khăn khi thi công các kết cấu bê tông có hình dạng phức tạp, cốt thép dầy đặc,

có nhiều góc cạnh và thật không dễ để tìm ra phương pháp đầm hỗn hợp bê tông một cách hoàn chỉnh Trong thực tế thì việc đầm những kết cấu như thế thường dẫn đến kết quả là kết cấu bê tông không được đầm chặt sau khi đóng rắn sẽ gây ra các

lỗ rỗng, giảm độ đặc chắc, độ chống thấm nước, và không đạt cường độ như thiết

kế yêu cầu

Chính vì thực tế này đòi hỏi cần có một loại bê tông có khả năng tự lèn đầy khuôn của kết cấu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hỗn hợp nhưng phải đảm bảo luôn luôn đồng nhất và không bị phân tầng, tách nước

Bê tông tự lèn là một loại bê tông có đầy đủ các tính năng ưu việt dùng để thay thế cho bê tông thông thường tại những nơi có kết cấu phức tạp và cốt thép dày đặc

Bê tông tự lèn được nghiên cứu ở Nhật Bản từ năm 1983 và sử dụng từ năm

1988 với mục đích tăng độ bền cho kết cấu công trình Hiện nay loại bê tông này đã được sử dụng rộng rãi trên các công trình với quy mô lớn trên toàn thế giới

Bê tông tự lèn là loại bê tông có khả năng lắp đầy khuôn của kết cấu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hỗn hợp nhưng phải đảm bảo luôn luôn đồng nhất và không bị phân tầng, tách nước thích hợp dùng trong các kết cấu phức tạp Tuy nhiên

để chế tạo bê tông tự lèn thì cần phải có một hàm lượng bột lớn

Tro bay từ các nhà máy nhiệt điện thải ra được xem là kẻ huỷ diệt không khí và sức khoẻ con người vì có chứa một số phóng xạ như uranium, thorium nên việc xử

lý các chất này không hề đơn giản và rất tốn kém Ở nước ta, các nhà máy nhiệt điện như Nhơn Trạch (Đồng Nai), Thủ Đức hàng năm đã thải ra hàng triệu tấn tro bay Lượng tro bay này mới được tái sử dụng rất ít, lượng còn lại tương đối lớn, gây

ô nhiễm môi trường và cản trở sản xuất

Bùn đỏ là tên gọi một sản phẩm chất thải của công nghệ Bayer, phương pháp chủ yếu được áp dụng trong quá trình tinh luyện bauxite để sản xuất nhôm Nó bao gồm một hỗn hợp các tạp chất rắn và kim loại, và là một trong những vấn đề về chất thải quan trọng nhất của ngành luyện nhôm Bùn đỏ không thể dễ dàng xử lý, trong hầu hết các quốc gia mà bùn đỏ được tạo ra, nó được bơm vào ao bùn đỏ Những

"ao" chỉ đơn giản là khu vực đầy bùn đỏ gây ô nhiễm rất nhiều cho môi trường Ở Lâm Đồng Việt Nam Lượng bùn đỏ thải ra từ chế biến quặng bauxite chiếm tới 30% tổng lượng khai thác Vì vậy hằng năm, riêng ở Lâm Đồng đã cho ra lò ra hàng triệu tấn bùn đỏ gây ra nguy hại cho môi trường

Chính vì vậy, việc nghiên cứu tro bay và bùn đỏ như một phụ gia và đồng thời giảm lượng xi măng để tạo ra loại bê tông tự lèn mà chất lượng không hề thua kém các loại bê tông thông thường, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cả về mặt kinh tế lẫn khoa học, do vừa xử lý được lượng chất thải gây ô nhiễm, vừa tạo ra được vật liệu

có nhiều ứng dụng trong công nghiệp

1.2 Lịch sử phát triển của bê tông tự lèn:

Trong nhiều năm kể từ năm 1983, độ bền của các cấu trúc bê tông là một chủ đề lớn gây nhiều sự quan tâm chú ý tại Nhật Bản Để có được cấu trúc bê tông có độ bền theo yêu cầu thì cần phải có nhiều công nhân lành nghề Tuy nhiên, do số lượng công nhân có tay nghề trong ngành công nghiệp xây dựng ở Nhật Bản đang giảm dần dẫn đến làm giảm chất lượng của các công trình xây dựng Một trong những giải pháp để đạt được các kết cấu bê tông có độ bền mà không phụ thuộc vào chất lượng thi công công trình là bê tông tự lèn Bê tông tự lèn là bê tông có thể gắn kết

ở tất cả các góc của ván khuôn chỉ bằng trọng lượng của chính nó mà không cần đến các thiết bị đầm nén Okamura là người đầu tiên đề xuất về sự cần thiết của bê tông tự lèn vào năm 1986 Ozawa và Waekawa đã tiến hành việc nghiên cứu bê tông tự lèn cả về cơ sở và khả năng làm việc thực tế của nó

Mẫu bê tông tự lèn đầu tiên được chế tạo vào năm 1988 bằng cách sử dụng các loại vật liệu sẵn có trên thị trường Mẫu này với các tính chất về độ khô, độ co cứng,

sự toả nhiệt của phản ứng thuỷ hoá, độ lèn chặt sau khi cứng và một số đức tính khác đã làm hài lòng các nhà khoa học

Đầu những năm 1990, Nhật đã phát triển và sử dụng SCC mà không cần đầm rung nhưng vẫn đạt được sự lèn chặt Năm 2000, lượng SCC được sử dụng trong sản xuất cấu kiện đúc sẵn và bê tông trộn sẵn ở Nhật khoảng 400 000 m3.[1]

Bê tông tự lèn lần đầu tiên được Ozawa giới thiệu tại hội nghị lần thứ 2 của khu vực Đông Á Thái Bình Dương về kết cấu kỹ thuật và xây dựng vào tháng 1 năm

1989 Việc giới thiệu bê tông tự lèn của Oza tại hội nghị quốc tế CANMET & ACI, Istanbul ', tháng 5 năm 1992 đã làm cho bê tông tự lèn được biết đến nhiều hơn trên thế giới Sau cuộc hội thảo ACI vào tháng 11-1994, bê tông tự lèn trở nên phổ biến đối với các nhà nghiên cứu và kỹ sư trên thế giới, những người rất quan tâm tới độ bền của bê tông và các hoạt động nghiên cứu trên thế giới cũng được bắt đầu

Hiện nay các cuộc nghiên cứu vẫn được Aictin tiến hành ở Canada Tháng

1-1997 một uỷ ban về bê tông tự lèn của RILEM được thành lập Tháng 8-1998, cuộc hội thảo đầu tiên về bê tông tự lèn được tổ chức ở Kochi, Nhật Bản[2]

Kể từ khi mẫu bê tông tự lèn đầu tiên được chế tạo, hoạt động nghiên cứu đã được bắt đầu ở nhiều nơi, đặc biệt là ở các viện nghiên cứu của các công ty xây dựng và kết quả là bê tông tự lèn được sử dụng ở trong các cấu trúc thực tế ứng dụng đầu tiên của bê tông tự lèn là ở tháp của cầu dây văng bê tông dự ứng lực năm

1991 Độ nhẹ của bê tông tự lèn được sử dụng trong dầm chính của cầu dây văng năm 1992, mặc dù nó đã được lên kế hoạch từ năm 1990 Từ đó thì bê tông tự lèn được sử dụng nhiều hơn trong các công trình [2]

1.3 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn:

1.3.1 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn trên thế giới:

1.3.1.1 Nghiên cứu về đặc tính chảy của bê tông tự lèn:

Bảng1.1 Hệ nguyên vật liệu được sử dụng làm bê tông tự lèn (SCC)tại Nhật Bản [3]

Nguyên vật liệu

M i x J 1 powder-type

Mix J2 (VMA-type)

Mix J3 (Combined- type)

- Trong hỗn hợp MixJ1 ta nhận thấy rằng hỗn hợp đã tận dụng tro bay và phụ gia

siêu dẻo làm để gia tăng độ chảy xòe trong điều kiện không có phụ gia tạo nhớt,

kết quả cho thấy độ chảy xòe là 625mm

- Trong hỗn hợp MixJ2 ta nhận thấy rằng hỗn hợp đã giảm hàm lượng xi măng

xuống rất thấp chỉ còn 220 Kg và tổng lượng bột là 440 đồng thời dùng cả 2 loại

phụ gia siêu dẻo và phụ gia tạo nhớt đã tạo ra hỗn hợp có độ chảy xòe là 600mm

- Hỗn hợp MixJ3 là hỗn hợp sử dụng tro bay lên đến 206 Kg và tổng hàm lượng

bôt mịn chỉ có 504 Kg nhỏ hơn nhiều so với hỗn hợp MixJ1 và lượng cốt liệu

lớn là 871 Kg tuy nhiên trong hỗn hợp này vừa sử dụng hiệu ứng bột mịn và sử

dụng phụ gia siêu dẻo lẫn phụ gia tạo nhớt nên đã tạo ra hỗn hợp có độ chảy xòe

660 mm cao nhất trong 3 hỗn hợp

Bảng1 2 Nguyên vật liệu bê tông tự lèn (SCC) [4]

Cát lbs/cu.yd

Nước lbs/cu.yd

Phụ gia oz/cwt

VSI Phễu

V(s)

Phễu V(s) T-5

- Nghiên cứu cũng cho thấy sử dụng phụ gia siêu dẻo khuấy trộn trong 2 – 3 phút

có thể cải thiện được đặc tính chảy của bê tông

1.3.1.2 Phát triển bê tông từ lèn có độ bền cao [5]

Bảng 1.4 Thành phần hỗn hợp bê tông tự lèn khi cho thêm 10-25% vào hỗn hợp [5]

Thêm tro bay (%)

Cốt liệu thô (kg/m3)

Cốt liệu mịn (kg/m3)

Nước (kg/m3)

Phụ gia (kg/m3)

Bảng 1.5 Tổng hợp kết quả kiểm tra[5]

nén sau 28 ngày (MPa)

Cường độ nén sau 49 ngày (MPa)

Các kết quả thí nghiệm được thể hiện trong các bảng dưới đây:

Bảng 1.6 biểu điễn độ chảy và khả năng tách nước khi tăng hàm lượng tro bay (từ hỗn hợp A tới hỗn hợp D) Có một sự giảm đáng kể về khả năng tách nước bằng độ chảy và tăng tính dính kết của hỗn hợp khi hàm lượng tro bay tăng

Bảng1.7 Đặc tính của hỗn hợp bê tông tự lèn [6]

Hỗn hợp Khối lượng

riêng (kg/m3)

Độ chảy xòe (mm/s)

Độ phân tầng (%)

xi măng và kết quả là cho cường độ thấp hơn ở tuổi ban đầu với hỗn hợp có chứa tro bay

Hình 1.1 Cường độ nén của bê tông SCC [6]

và cải thiện được tính dính kết của bê tông tươi

- Chất lượng của SCC trong độ bền nén được tốt hơn, khi hỗn hợp có cả đá vôi và tro bay thay vì chỉ sử dụng 1 đá vôi như bột khoáng Thêm vào đó với các vật liệu đã được nghiên cứu Trong quá trình sấy độ co của SCC kiểm tra là trong cùng điều kiện cường độ như cho bê tông thông thường

1.3.2 Tình hình nghiên cứu bê tông tự lèn ở Việt Nam:

1.3.2.1 Nghiên cứu về vai trò của cốt liệu bột mịn trong hỗn hợp bê tông tự

lèn:[7]

Bảng 1.8 cấp phối của hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn:

Ký hiệu cấp phối bê tông tự lèn

SP 2,0 2,0 2,3 2,3 2,2 2,2 2,2 2,2 2,4 2,2 2,2 2,2 2,2

Bảng 1.9 Tính dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn:

Ký hiệu cấp phối bê tông tự lèn

Bảng 1.10 Sự phát triển cường độ của bê tông tự lèn sử dụng cốt liệu bột mịn:

Ký hiệu cấp phối bê tông tự lèn Cường độ

- Cốt liệu mịn có mặt trong hỗn hợp bê tông tự lèn đã có tác dụng tăng

tính công tác, hạn chế hiện tượng phân tầng, tăng tính đồng nhất và đảm bảo

tính tự lèn;

- Cốt liệu mịn sử dụng trong bê tông tự lèn với hàm lượng khác nhau có

tác dụng thúc đẩy sự phát triển cường độ;

- Khi sử dụng cốt liệu mịn xuất hiện hiệu ứng làm tăng cường độ của bê tông tự

lèn lên đáng kể nhất là khi lượng dùng xi măng thấp, mức vượt trội này giảm

dần khi tăng lượng dùng xi măng

1.3.2.2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn vào công trình thủy lợi [8]

Bảng 1.11 Cấp phối bê tông tự lèn mác bê tông được thiết kế M25 áp dụng vào tho

công van cống Ngọc Hùng – Nam Định:

Nước lit

Viscpcrete

HE – 10

Stabiliser – 4R

Mác bê tông được thiết kế M25:

Xi măng: 380kg; Cát : 913 kg; Đá: 980 kg; Tro bay: 100 kg; Puzolan: 100 kg;Silica fume: 20kg; Nước ; 190 lít; Phụ gia: Viscpcrete HE – 10 = 1,45 lít/100kgCKD;

1.3.2.3 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tông tự lèn trong thi công đập xà

lan di động cho các công trình thủy lợi vùng triều: [9]

Bảng 1.12 Lượng vật liệu cho 1m3 bê tông tự lèn dùng để chế tạo đập xà lan

- Bê tông tự lèn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu để chế tạo đập xà lan di động phục

vụ công tác ngăn sông vùng ven biển Kết quả nghiên cứu này đã áp dụng thi

công các công trình ngăn mặn giữ ngọt tại tỉnh Cà Mau (Cống Minh Hà- huyện

Trần Văn Thời )

- Khi thi công bê tông tự lèn cần chú ý tuân thủ nghiêm ngặt các quy định và yêu

cầu quản lý chất lượng trong quy trình kỹ thuật thi thi công của từng công trình

đập xà lan di động

1.3.2.4 Nghiên cứu một số cấp phối và các tính chất chủ yếu của bê tông tự lèn

dùng cát nghiền:[10]

Bảng 1.13 Thành phần cấp phối bê tông tự lèn kg/m3

Thành phần cấp phối (kg/m 3 ) Vật liệu N/CKD Bột đá

R28

Kết luận

- Giới thiệu phương pháp thí nghiệm tính công tác của bê tông tự lèn Thiết kế

được ba cấp phối bê tông tự lèn dùng hoàn toàn cát nghiền thay cát tự nhiên với

mác thiết kế là 400, 500 và 600

- Xét ảnh hưởng của bột đá đến tính công tác và cường độ của SCC tìm ra được tỷ

lệ bột đá pha trộn tố nhất là 18%

- Xét ảnh hưởng của bột đá đến tính co ngót của SCC

1.3.2.5 Nghiên cứu ứng dụng bê tông tự lèn trong xây dựng đường ô tô, sân

Cường độ R7

Cường độ R14

Cường độ R21

Cường độ R28

Cấp Phối

SCC

SF (mm)

T50 (s)

Rn (Mpa)

Rku (Mpa)

Rn (Mpa)

Rku (Mpa)

Rn (Mpa)

Rku (Mpa)

Rn (Mpa)

Rku (Mpa)

CP 1

M55/6,5

1.3.2.5 Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn (SCC) mác 200: [12]

Bảng 1.18 Bảng thành phần cấp phối chế tạo bê tông tự lèn mác 200

- Giải bài toán quy hoạch thực nghiệm đã tìm được cấp phối tối ưu với mục tiêu DCX = 76cm, KNTL = 1; R28 = 26.2MPa cho 1m3 bê tông như sau: Xi măng:

186kg, Tro bay: 121kg, Đá vôi: 182kg, Nước: 170 lít, SP8S: 9,78kg, Đá: 756kg, Cát: 887kg

1.4 Tổng quan về tình hình tận dụng chất thảy bùn đỏ:

Bùn đỏ là sản phẩm thải của quá trình khai thác và chế tạo Al(OH)3 theo phương pháp Bayer Bùn đỏ là hỗn hợp phức tạp mà thành phần hóa và cấu tạo khoáng chất của nó rất đa dạng, phụ thuộc vào nguồn boxit và các thông số của quá trình kỹ thuật chế tạo Bùn đỏ bao gồm các thành phần không thể hòa tan, trơ, không biến chất và tồn tại mãi mãi như hematite (Fe2O3), natri silica aluminate, ferit titanat, monohydrate nhôm (Al2O3.H2O), trihydrate nhôm (Al2O3.3H2O), SiO2, TiO2, Na2O và CaO và một lượng nhỏ những kim loại hiếm như V, Ga, Cr, P, Mn,

Cu, Cd, Ni, Zn, Pb, Mg, Zr, Hf, Nb, U, Th, K, Ba, Sr Mỗi loại bùn đỏ có thể được cấu thành từ 14 đến 21 loại khoáng chất

Đặc tính của bùn đỏ là các hạt rất mịn, phần lớn <40um, tỷ trọng 2.7-3.2 tấn/m3 Nếu lấy tỷ trọng trung bình là 3 tấn/m3 thì thể tích 1 tấn bùn đỏ khô là 0.33

m3 Bùn đỏ thường được bơm ra khỏi nhà máy trong dạng huyền phù với nồng độ chất rắn 200-350 g/l, sau đó cho lắng và nén đến nồng độ chất rắn chiếm 40-60% thể tích chất thải Trong trường hợp bùn được lọc thì nồng độ chất rắn chiếm 60-70%, nước chiếm 30-40% chất thải

Nếu không được tận dụng khai thác hợp lý thì bùn đỏ có thể gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước một cách nghiêm trọng Kinh nghiệm của Nhà máy Hóa chất Tân Bình cho thấy, cứ sản xuất một tấn alumin thì thải ra 1,3m3 bùn đỏ có tính kiềm Vì vậy, khối lượng bùn thải trong quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy là rất lớn

Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với khối lượng lớn trong thời gian dài và làm thay đổi cơ cấu của đất và tiêu diệt các loại thực vật chung quanh bãi chứa Ở một số nước trên thế giới, trước đây người ta thường bơm bùn xuống đáy sông, đáy biển hay ngăn một phần vịnh biển để chứa bùn thải Tuy nhiên, hiện nay các biện pháp này đều bị nghiêm cấm vì nó phá

hủy hoàn toàn môi trường sống của các sinh vật đáy thủy vực [14] Vì thế nguy cơ

về ô nhiễm môi trường từ bùn đỏ trong quá trình sản xuất quặng Boxit là rất lớn

1.4.1 Các phương pháp xử lý bùn đỏ trên thế giới:

Để xem xét khả năng xử lý bùn đỏ, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu Có thể chia các phương án đề xuất xử lý bùn đỏ thành các phương pháp sau: Theo phương pháp tồn trữ và thải bỏ [15, 16]: theo phương pháp này bùn đỏ được tách để lấy phần rắn Phần rắn này sẽ được dùng để san lấp nền đất hoặc đem thải vào sa mạc (thường sử dụng ở các nước châu Phi) Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là bùn đỏ còn có thể gây sa mạc hóa đất trồng do trong phần rắn bùn đỏ vẫn còn một hàm lượng NaOH

Dùng bùn đỏ như một phụ gia trong công nghệ sản xuất gốm sứ: do trong bùn

đỏ chứa một lượng oxit sắt rất cao cho nên bùn đỏ được sử dụng làm cải thiện màu sắc của gạch và làm phụ gia trong sản xuất bột màu vô cơ [17] Bùn đỏ còn được dùng như phụ gia giảm nhiệt độ nung Tuy nhiên, phương pháp này chỉ sử dụng một lượng bùn đỏ rất nhỏ nên không giải quyết triệt để được vấn đề

Xử lý bùn đỏ bằng cách trung hòa pH: Để nâng cao giá trị của chất thải, phương pháp này được đưa ra bởi công ty Virotec- Úc Theo phương pháp này, bùn

đỏ có độ pH rất lớn sẽ được trung hòa bằng cách trộn nước biển Do trong nước biển có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ khi thêm vào bùn đỏ sẽ làm giảm độ pH của bùn đỏ do quá trình tạo thành của các [Mg(OH)6], [Mg3Al2CO3(OH)6.4H2O], [Ca2Al(OH)7.3H2O] và [Ca2Al2(3H2O] lắng xuống làm giảm độ pH trong bùn đỏ Vấn đề khó khăn nhất của phương pháp này chính là sự điều khiển hàm lượng Ca2+,

Mg2+ trong nước để hiệu quả lắng đạt cao nhất

Dùng bùn đỏ làm các lớp phủ bề mặt cường độ cao cho các vật liệu ceramics

và kim loại [18] Lớp phủ được tạo thành bằng cách phun plasma bùn đỏ lên các bề mặt vật liệu cần xử lý một lớp rất mỏng Lớp phủ này có tác dụng làm tăng độ cứng

và các tính chất bề mặt của sản phẩm

Sản xuất bột màu vô cơ: Sản phẩm bùn đỏ được ứng dụng làm bột màu cho thủy tinh, gốm sứ, vật liệu bêtông, sơn Trước tiên, bùn đỏ được tách silic, titan rồi trộn với NaOH rắn & thiêu kết, sau đó tách dung dịch nhôm Phần rắn thu được là Fe(OH)3 được nung ở các nhiệt độ khác nhau để thu được bột màu có màu sắc mong muốn

Sử dụng bùn đỏ để làm các chất keo tụ, lọc nước [19]: theo phương pháp này dùng acid sunfuric để làm giảm pH của bùn đỏ (pH =0) Sau khi trung hòa, phần rắn được tách bằng phương pháp lọc ép hoặc lọc ly tâm Sản phẩm này dùng loại bỏ một phần kim loại nặng trong nước bằng cách tạo geo Tuy nhiên, vẫn còn nguyên lượng bùn cần giải quyết

1.4.2 Các phương pháp xử lý bùn đỏ ở Việt Nam:

Ở Việt Nam, nhà máy sản xuất oxit nhôm theo phương pháp Bayer lớn nhất là nhà máy hóa chất Tân Bình Ở đây, bùn đỏ thải ra được xử lý bằng cách chuyển bùn

đỏ sang bãi chứa bằng hệ thống đường ống Ở bãi chứa, bùn đỏ được làm giảm hàm lượng kiềm bằng cách rửa nước Huyền phù sau rửa được trung hòa bằng axit sufuric và sau đó được lắng trong các hồ lắng Bùn lắng được phơi khô tự nhiên và dùng để san lấp hoặc bán cho các cơ sở sản xuất bột màu, vật liệu xây dựng… Phần nước lỏng được tách riêng ra và được trung hòa thêm Lượng nước này được thải ra kênh Tham Lương Phương pháp này xử lý không triệt để, không hiệu quả và hiện nay trong bãi chứa của nhà máy còn một lượng rất lớn chất thải này

1.5 Mục tiêu của đề tài:

Trên cơ sở tổng quan về tình hình nghiên cứ và ứng dụng bê tông tự lèn, tro bay, bùn đỏ trên thế giới cũng như trong nước có thể thấy việc nghiên cứu nghiên cứu sử dụng chất thải bùn đỏ, tro bay làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn là một vấn

đề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn: kỹ thuật cao, kinh tế, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý và các tính chất của hỗn hợp

bê tông tự lèn Thông qua kết quả thí nghiệm đó, tiến hành đánh giá và thiết kế hỗn

hợp bê tông tự lèn trên cơ sở tận dụng bùn đỏ và tro bay làm phụ gia

1.6 Nhiệm vụ đề tài:

- Xây dựng cơ sở khoa học dựa trên các hệ nguyên vật liệu sẵn có ở trong nước kết hợp với các nghiên cứu về bê tông tự lèn để làm nền tảng nghiên cứu sử dụng chất thảy bùn đỏ và tro bay để làm phụ gia chế tạo bê tông tự lèn

- Trên cơ sở thực nghiệm đánh giá

• Sự ảnh hưởng của bùn đỏ, tro bay đến tính dẻo của hỗn hợp bê tông tự lèn

• Sự ảnh hưởng của bùn đỏ, tro bay đến các tính chất cơ lý hỗn hợp bê tông tự lèn

CHƯƠNG 02: CƠ SỞ KHOA HỌC LÀM NỀN TẢNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ LÈN

ở 1 khía cạnh khác, có thể được mô tả như vật liệu đàn hồi Vật liệu đàn hồi lý tưởng chứa tất cả các năng lượng biến dạng lớn, và sẽ phục hồi nên hoàn toàn dựa trên sự giảm ứng suất Nhưng một số lượng lớn, nguyên liệu đều là nhớt đàn (cả nhớt và đàn hồi), nghĩa là chúng lưu trữ một vài năng lượng biến dạng trong cấu trúc của chúng trong khi một số bị mất do dòng chảy Mô hình đơn giản nhất mô tả một đặc điểm chảy của chất lỏng lý

tưởng, và các cơ sở cho cơ học

chất lưu cổ điển, là mô hình

Newton - với quan hệ tuyến tính

giữa ứng suất cắt (σ) và tốc độ cắt

(γ ), và ứng suất 0 tại tốc độ 0

Tính chất này tương tự tính chất

của Hookean cho chất rắn (Hình

2.1) Tuy nhiên, nhiều chất lỏng

quan trọng, chẳng hạn như

Polymer, máu, thực phẩm, mỹ

phẩm, và bê tông , xem như trạng

Hình 2.1 Tính chất Hooken trong ứng suất là

tỉ lệ với biến dạng Tính chất Newton trong ứng suất tỉ lệ với tốc độ cắt [20]

thái dẻo phi Newton, trong đó dòng chảy chỉ bắt đầu trên một số mức ứng suất (ví

dụ như ứng suất chảy), và một dòng chảy bắt đầu mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt là tuyến tính hoặc ko tuyến tính

Một số nguyên vật liệu cũng phụ thuộc thời gian do kết thành dạng vi cấu trúc, nơi dòng chảy bị ảnh hưởng bởi lực cắt Các loại vật liệu thường được định nghĩa như tính xúc biến hay phản xúc biến

Huyền phù với một loạt các kích cỡ hạt gồm có sự phức tạp về cân bằng lực giữa các hạt (ví dụ như, ma sát, keo tụ, keo, van der Waals, và lực tĩnh điện), mà tạo

ra phụ thuộc thời gian và tính nhớt dẻo phi - Newton [20-23]

Các yếu tố khác có ảnh hưởng tới tính chảy là nhiệt độ, áp lực, và độ pH Nó là

mô tả chung để duy trì ở mức độ không đổi và xuyên suốt một phương pháp thí nghiệm, và điều này thường được thực hiện.[20]

Đặc tính lưu biến của vật liệu có tính xi măng (hồ xi măng, vữa và bê tông) chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau: [24-29]

a) Hàm lượng nước

b) Giữa bột mịn và cốt liệu, hình dạng hạt, cấu trúc bề mặt, độ rỗng, kích thước, và thành phần cỡ hạt, và đường cấp phối hạt, diện tích bề mặt riêng c) Loại và hàm lượng xi măng và xi măng thay thế

d) Hàm lượng khí bị cuốn vào và kích thước bọt khí

e) Sự có mặt và công dụng của phụ gia đến đặc tính của lớp nước hấp phụ và

sự phân tán hạt

h) Thời gian sau khi trộn i) Phương pháp trộn

Ở đây, hàm lượng nước và diện tích bề mặt riêng là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới đặc tính lưu biến của vật liệu có tính xi măng.[24][27]

Mục tiêu của chương này là giới thiệu tính lưu biến của chất huyền phù và các yếu tố ảnh hưởng đến nó Tính chảy, đặc điểm lưu biến, mô hình, phương pháp và cách thức để đo lường tính lưu biến của vật liệu có tính xi măng

để mô tả đầy đủ các mối quan hệ giữa hàm lượng cỡ hạt và độ nhớt, đưa vào xem xét những cỡ hạt tối đa của những hạt rắn (φm) và hình dạng của hạt rắn bằng cách

áp dụng một tham số nối (x), nơi mà các mối quan hệ Krieger-Dougherty (Eq 2) thường được sử dụng cho keo huyền phù.[30]

(1 / ) x m

ϕ

η η= −ϕ ϕ − (Eq.2) Cho tập trung cao keo huyền phù với sự kết hợp của các hạt có đặc tính khác nhau (kích thước, hình dạng và đặc tính bề mặt), chẳng hạn như những vật liệu có tính xi măng, độ nhớt có xu hướng phức tạp hơn khi được mô tả toán học Đối với các loại nguyên vật liệu có một số hạt mịn cân bằng giữa các lực phân tán các hạt (ví dụ như lực hút van der Waals, tĩnh điện và lực đẩy không gian, lực ma sát, ….) gây ra độ nhớt chảy phi –Newton [20][31]

Ảnh hưởng của tỉ lệ w/c độ nhớt của hồ thường được xác định bởi các phương trình Krieger-Dougherty (Eq 2), trong khi ảnh hưởng của w / c trên ứng suất chảy (σy) có thể được mô tả bởi các định luật:

' ax 2

B

y A m Pa r

Hình 2.2 Sơ đồ minh họa các hạt của thuộc 1 nhóm kích thước đã biết dưới tác dụng lực (trục x) trong huyền phù, trong điều kiện của độ nhớt, khả năng chảy cần thiết của chất lỏng, và lực hút / lực đẩy (trục y) Các độ lớn chỉ liên quan trong

phạm vi của mỗi đặc tính .[20]

Ở cấp độ vĩ mô có lực ma sát, và ở cấp độ vi mô có sự cân bằng giữa lực hút và đẩy Các lực hút được gọi chung là Van Der Waals (đôi khi được gọi là lực phân tán London), là một điện từ tầm ngắn và lực tương tác tương đối yếu giữa hai độ nhớt Các Van Der Waals phát sinh từ sự phân cực của phân tử hay các hạt vào hai cực Cái này bao gồm các lực mà phát sinh từ góc độ cố định hay giữa 2 cực (lực Keesom) và tự do hoặc 2 cực xoay (lực Debey) cũng như di chuyển trong đám mây electron (lực London).[21][32]

Kết quả lực hút và đẩy của các hạt lơ lửng tạo ra một hàng rào năng lượng khi chúng tiếp cận nhau Các thế năng, như là một chức năng chính của khoảng cách giữa các hạt (r), được minh họa trong Hình 2.3 Tại một khoảng phân tầng nhỏ (r = r0), thế năng ở phần trũng gặp nhau, nơi các lực tổng hợp bằng không và các hạt đang ở một khoảng cách cân bằng riêng, nguyên nhân của nền keo tụ Tới r nhỏ hơn hoặc lớn hơn ro một sự tiêu tán hay lực nén phải được áp dụng Tùy thuộc vào cán cân của lực, một cực tiểu thứ hai, với lực tổng hợp bằng 0, có thể tồn tại ở một khoảng cách lớn hơn giữa các

hạt (r = r0 ') [29] Vào lúc này,

các hạt keo tụ có thể dễ dàng

hơn được phân cách bằng một

lực cắt Tuy nhiên, nếu cực

tiểu thứ hai đủ sâu, một lực

tương đối mạnh có thể được

hình thành Đây được coi là sở

cho tính lưu biến của huyền

phù

Khi tỷ lệ của bề mặt với khối lượng là tỉ lệ nghịch về kích thước theo chiều dài, ảnh hưởng của lực hút và lực đẩy cũng tăng lên khi các hạt nhỏ hơn và diện tích bề mặt của chúng tăng lên

Vật liệu có tính xi măng trong một hệ hỗn hợp với một phạm vi rộng về kích cỡ các hạt (từ 10-7 đến 30 mm cho bê tông), ở đó hỗn hợp bao gồm một sự phức tạp cân bằng lực tương tác giữa các hạt tạo ra huyền phù nhớt dẻo phi - Newtonian Tất

Hình 2.3 Minh họa thế năng như hàm số khoảng cách giữa các hạt, [20]

cả các lực tương tác phụ thuộc vào hình dạng của các hạt, kích cỡ của chúng, tập trung, và cấu tạo bề mặt , nhưng cũng trên hàm lượng nước của huyền phù Cho vật liệu gốc xi măng cân bằng giữa sự keo tụ và lực keo hoạt động giữa các hạt trong phạm vi kích thước từ 0,1 mm xuống còn 1 µm

Trong một nền cơ bản của các hạt nhỏ nhất, độ nhớt tốt kèm theo độ chảy tốt (xem Hình 2.4) Trong một hệ thống với một loạt các kích thước hạt và tất cả các lực làm việc với nhau, với những hạt nhỏ nhất với khả năng chảy tốt của chúng là nguyên nhân của sự lắng đọng các hạt lớn hơn trong nền của chất lỏng, và như vậy, tổng khối có độ nhớt kém Vì vậy, cho độ nhớt tối ưu với sự keo tụ mạnh mẽ, khả năng chảy là thấp Khả năng chảy này có thể tăng bằng cách tăng thêm nhiều nước cũng như bằng cách tăng thêm hàm lượng các hạt nhỏ, nhưng độ nhớt giảm Như vậy, có một sự thỏa hiệp giữa độ chảy và độ nhớt Hình 2.4 minh hoạ cách từng nhóm kích thước hạt bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác, độ nhớt, khả năng chảy và lượng nước cần thiết

Vì vậy, cho một hỗn hợp bê tông vữa hoặc, khả năng chảy có thể được điều chỉnh ở cấp vĩ mô bằng cấp phối, hình dạng và hàm lượng nước vv; trên cấp vi mô

tỷ lệ giữa sự keo tụ và lực keo Lực keo mạnh mẽ hơn và độ nhớt nhỏ hơn tạo ra khả năng chảy tốt hơn, một năng lượng lèn nhỏ hơn và xu hướng phân tầng lớn hơn

Hình 2.4 Khi cho huyền phù vào hỗn hợp của các kích cỡ hạt, các lực tương tác với nhau Hình minh hoạ làm cách nào để cân bằng các nhóm lực khác nhau (x- axis) ảnh hưởng đến độ nhớt, khả năng chảy và lượng nước (y-axis) Các đại lượng

chỉ liên quan với mỗi đặc tính [20]