Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP GIẢM PHÂN TẦNG CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG KERAMZIT TỰ LÈN"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Halinh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

107
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đặt vấn đề Hiện tượng phân tầng cốt liệu nhẹ là một yếu tố bất lợi, đặc biệt đối với hỗn hợp bê tông (HHBT) có độ chảy cao, và bê tông tự lèn. Để đảm bảo điều kiện thi công và nâng cao chất lượng cho sản phẩm cuối cùng, cần phải có các giải pháp khắc phục hiện tượng này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP GIẢM PHÂN TẦNG CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG KERAMZIT TỰ LÈN"

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP GIẢM PHÂN TẦNG CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG KERAMZIT TỰ LÈN NGUYỄN DUY HIẾU Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội TS. TRẦN BÁ VIỆT Viện KHCN Xây dựng GS. TSKH. PHÙNG VĂN LỰ Trường Đại học Xây dựng Hà Nội 1. Đặt vấn đề Hi ện tư ợng phân tầng cốt li ệu nhẹ là m ột yếu tố bất lợi, đặc biệt đối với hỗn hợp b ê tông (HHBT) có độ chảy cao, và bê tông tự lèn. Để đảm bảo điều kiện thi công và nâng cao chất lư ợng cho sản ph ẩm cuối c ùng, c ần phải có các giải pháp khắc phục hiện t ư ợng này. Hi ện tư ợng sa lắng c ủa các hạt vật liệu nặng hay nổi lên c ủa các hạt cốt liệu rỗng (CLR) là một quá trình tự xảy và trị số của nó phụ thuộc vào đ ộ nhớt, tính lưu biến của HHBT, sức căng bề mặt, kích thư ớc hạt, các thông số trạng thái v à cấu trúc của các hạt. Chuyển động t ư ơng đối của các cấu tử có khối lư ợng thể tích hạt khác nhau trong HHBT tuân theo ph ương trình Stocke: [3]. v = 2.r2. .g/9 (1) Trong đó: v - vận tốc chuyển dịch của hạt cốt liệu (m/s); r - bán kính c ủa hạt cốt liệu (m); = /m - h/ (kg/m3); m- kh ối lư ợng thể tích của hồ hoặc vữa xi măng (kg/m3); h - k hối l ư ợng thể tích hạt cốt liệu (kg/m3); g - gia t ốc trọng tr ư ờng (m/s2);  - đ ộ nhớt động lực của hồ hoặc vữa xi măng (Ns/m2). Trên cơ s ở phân tích ph ương trình (1) có th ể đề xuất một số ph ương pháp hạn chế sự phân tầng cố liệu trong bê tông c ốt liệu rỗng (BTCLR) như sau: Giảm kích thư ớc hạt cốt liệu rỗng; Giảm mức chênh lệch khối lư ợng thể tích giữa hạt cốt liệu v à nền vữa/hồ xi măng, = / m - h/ ; T ăng đ ộ nhớt của hồ/vữa xi măng. Sử dụng CLR cỡ hạt nhỏ, có khối l ư ợng thể tích hạt lớn sẽ hạn chế mức ch ênh l ệch  , tuy nhiên sẽ làm tăng khối l ư ợng thể tích của bê tông. Một phương pháp có hi ệu quả để tăng khối lư ợng thể tích hạt mà không làm tăng đáng kể khối lư ợng thể tíc h của BTCLR là cho CLR bão hoà n ư ớc trư ớc khi trộn. L ư ợng n ư ớc dự trữ trong CLR c òn có tác dụng dư ỡng hộ cho bê tông (BT) trong quá trình r ắn chắc v à phát triển c ư ờng độ, bù đắp co hoá học, co tự khô cho nền xi măng,... Tuy nhi ên, khi đó có th ể làm giảm cư ờng độ của BT ở tuổi ngắn ng ày, tuỳ thuộc loại cốt liệu v à h ệ số bão hoà n ư ớc của CLR. D o đó phải tính toán mức độ hút nư ớc phù h ợp cho CLR. Trong ch ế tạo BT chảy nói riêng và BTCLR có độ chảy cao hay tự lèn, vấn đề điều chỉnh độ nhớt động lực của hồ xi mă ng nằm trong một giới hạn nhất định là rất quan trọng. Khả thi nhất vẫn l à bi ện pháp sử dụng phụ gia hoá học kết hợp với điều chỉnh tỷ lệ N/X. V à đ ể ngăn cản hiện tư ợng nổi lên của CLR trong quá tr ình thi công bê tông, có thể sử dụng thêm cốt sợi phân tán n hư m ột phụ gia công nghệ. S ự phân tán ngẫu nhi ên c ủa sợi si êu m ảnh trong bê tông có tác d ụng như m ột mạng lư ới cản trở sự nổi lên của các hạt CLR. Sự có mặt của cốt sợi si êu m ảnh còn có tác dụng giảm biến dạng mềm cho bê tông [2]. Tu ỳ thuộc từng loại sợi c ũng như tỷ lệ hư ớng sợi, với một hàm lư ợng nhất định, sự có m ặt của sợi sẽ không làm tăng đáng kể ứng suất cắt trong BT nhưng lại làm tăng đ ộ nhớt động của vữa xi măng, do đó độ chảy của HHBT vẫn đảm bảo trong khi hiện t ư ợng tách CLR sẽ đ ư ợc hạn chế. 2. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 2.1. Chất kết dính Sử dụng xi măng PCB40 Chinfon, đáp ứng y êu cầu theo ti êu chuẩn TCVN 6260- 1997. 2.2. Cốt liệu nhỏ C ốt liệu nhỏ trong nghi ên cứu là cát vàng Sông Lô, đạt yêu cầu quy định theo TCVN 7570- 2006. 2.3. Phụ gi a kh oáng Tro tuy ển nhiệt điện Phả Lại, đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 6882 - 2001. Để giảm l ư ợng d ùng xi m ăng, trong c ấp phối BT đã thay th ế 15% xi măng, theo khối lư ợng bằng tro bay. V à để tăng l ư ợng
bột mịn trong BT, tăng độ đặc của cốt liệu, đ ã thay thế 3 0% cát vàng theo thể tích, bằng tro bay c ùng lo ại. 2.4. Phụ gia si êu dẻo (PGSD) Gienium S51 trên cơ sở Polymer Cacboxylate Ether của h ãng MBT, lo ại F theo ASTM C494. 2.5. Phụ gi a ổn đị nh độ nhớt C OMBIZELL do Hurcules Asia Pacific s ản xuất, dẫn xuất của Me thylcellululoses, là loại cellulose ether, khi hòa tan trong n ư ớc sẽ tạo nên nh ững tính chất về chức hoá học khác nhau. 2. 6. C ốt s ợ i s i ê u m ản h Sợi polypropylen (PP) Grace của Mỹ và sợi thuỷ tinh bền kiềm ARG của Trung Quốc. Tính chất của sợi siêu mảnh như trong bảng 1. Bảng 1. Tính chất cơ l ý của sợi PP và sợi ARG Trị số Tính chất Phương pháp thí nghi ệm Sợi PP Sợi ARG Khối l ượng ri êng, g/cm3 0,91 2.70 Đường kính trung bình, mm 40-60 13-15 ASTM D578 Chi ều dài trung bình, mm 20 15-17 - Modun đàn hồi, Gpa 3,5 72 JISR 3420 Cường độ duy trì (c ủa sợi tao) trong môi trường - 289 B S EN 14649 : 2005 đá xi măng sau (961)h lão hoá trong nước (801) oC, Mpa Xếp hạng (theo EN 14649:2005) - A B S EN 14649 : 2005 2.7. Cốt liệu rỗng keramzit Sỏi nhẹ keramzit của Bemes với hai cỡ hạt: 5-10 và 3-6 mm, thoả mãn ASTM C330-99 và TCVN 6220-1997. 3. Kết quả nghiên cứu 3.1. Ảnh h ưởng của độ ẩm ban đầu đến độ hút nước của keramzit Đ ộ hút n ư ớc của CLR không những phụ thuộc loại v à cấu trúc rỗng của nó mà còn ch ịu ảnh hư ởng của tình trạng ẩm ban đầu. Đư ờng cong thực nghiệm giữa độ hút n ư ớc gia tăng sau 1 giờ ngâm m ẫu, Hp1, với độ ẩm ban đầu Wi (ở t ình trạng khô mặt), đư ợc thể hiện tr ên hình 1. 12 §é hót níc gia t¨ng Hp1, % 10 8 K: 5-12mm, Hp1 6 K: 3-6mm, Hp1 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 §é Èm ban ®Çu, % Hình 1. Quan hệ giữa độ ẩm ban đầu và độ hút nước của CLR Như vậy: v ới keramzit cỡ hạt 3- 6mm, đ ộ hút n ư ớc sẽ đạt cao nhất ở độ ẩm ban đầu xấp xỉ 3 - 4%. Đ ối với cỡ hạt 5 -12mm, đ ộ hút nư ớc sẽ đạt cao nhất ở độ ẩm ban đầu khoảng 4- 6%. 3.2. Nghiên cứu quá trình mất nước của Keramzit ngậm nước Tính chất hút nư ớc của CLR l à quan tr ọng. Tuy nhi ên, khả năng trả lại nư ớc của CLR ngậm nư ớc ban đầu cho nền bê tông là đặc tính cần đư ợc nghi ên cứu. Q u á trìn h ch uy ể n n ư ớc từ tr on g l ỗ r ỗng c ủa C L R c ho n ền đá xi mă n g xả y ra do sự c h ênh l ệch l ực hú t ma o quả n tr ong l ỗ rỗ ng c ủa đ á xi măn g v à C L R. Đ ộ ẩ m c ủa b ê t ô n g l à m ột h à m t ha y đ ổi t he o t h ờ i g i an k ể t ừ k h i tạ o h ì n h. Tr on g đ ó, s ự chu yển trả n ư ớc từ C L R c ũng ph ụ t hu ộ c t uổ i hay độ ẩ m c ủa n ền đá xi mă n g ba o q ua n h nó .
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 M níc cña keramzit, % 3 ngµy -5.0 7 ngµy -10.0 14 ngµy 28 ngµy -15.0 -20.0 Êt -25.0 §é Èm t¬ng ®èi (RH) cña m«i trêng,% Hình 2. Mất nước của keramzit trong dung dịch muối bão hoà T hí nghi ệm m ất ẩm của sỏi nhẹ keramzit bão hoà nư ớc đư ợc xác định sau các mốc thời gian lưu m ẫu l à 3, 7, 14 và 28 ngày ở n hiệt độ 25- 27oC, lần lư ợt trong các môi tr ư ờng có độ ẩm tương đối là 100%, 97%, 95%, 85% và 0%. Môi trư ờng có độ ẩm tương đ ối 97%, 95% và 85% đư ợc tạo ra bằng cách sử dụng dung dịch muối b ão hoà tương ứ ng là: K2SO4, KNO3 và KCl ở nhiệt độ 25- 27 oC. S ở dĩ ch ọn các môi tr ư ờng này đ ể thí nghiệm là vì từ thực nghiệm cho thấy, độ ẩm tương đối của mẫu bê tông khi r ắn chắc không có sự trao đổi ẩm với môi trư ờng, nằm trong khoảng 85 – 9 9% [4]. Môi trư ờng có độ ẩm t ương đ ối 0% đư ợc thực hiện trong tủ sấy ở nhiệt độ 40 oC. K ết quả thí nghiệm cho th ấy, trong các dung dịch muối b ão hoà với độ ẩm t ương đối từ 85- 97%, sau kho ảng 14 ngày ngâm m ẫu keramzit (với độ h út nư ớc bão hoà ban đầu 23,0- 23,5%), phần lớn nư ớc dự trữ trong keramzit Bemes bão hoà đã chuyển v ào môi trư ờng. Nh ư v ậy n ư ớc dự trữ trong mạng l ư ới lỗ rỗng của keramzit sẽ chuyển dần cho nền xi măng trong quá tr ình đ ông kết và rắn chắc để tiếp tục quá tr ình thuỷ hoá, b ù đắp cho co hoá học và co tự sinh, cải thiện cấu trúc vi mô v à vĩ mô cho đá xi măng và bê tông. 3.3. Thành phần cấp phối của BT Keramzit tự l èn T rê n cơ s ở thiết kế th ành p h ầ n hạt đạt độ đặc lớ n n h ất, c ù ng v ới kết quả ng hi ên c ứu b ằng p h ươn g p háp q uy ho ạch thự c ng hiệm, sau khi giải b ài toán t ối ư u và hi ệu chỉnh kết q u ả bằ ng thực nghiệm, th ành p h ần cấp phối của BT K đạt mác 30 0, kh ối l ư ợng thể t íc h kh ô 1 60 0 - 18 00 k g/ m 3 , đ ư ợc đ ư a ra tron g b ả ng 2. Bảng 2. Thành phần cấp phối BTK và cấp phối bê tông nặng tự l èn Phụ Ký hi ệu Đá Sỏi Hp của Xi Cát Tro Cốt sợi (g) Nước S51 gia cấp măng tuyển dăm nhẹ vàng C LR (Lít) (Lít) HPMC phối (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (%) PP AGR (g) Kd 400 550 210 200 0 500 2.3 0 0 0 0 Kdg 400 550 210 200 0 500 2.3 0 700 0 0 Kw 400 550 210 185 0 500 2.3 0 0 0 11.5 Kwp 400 550 210 185 0 500 2.3 471 0 0 11.5 Kwg 400 550 210 185 0 500 2.3 0 700 0 11.5 Kwv 400 550 210 185 0 500 2.3 0 0 141 11.5 NA 240 775 260 198 780 0 2.0 0 0 0 0 G hi chú: Kd – c ấp phối BT sử dụng Keramzit khô; Kdg – cấp phối BT sử dụng Keramzit khô v à s ợi thuỷ tinh; Kw - cấp phối BT sử dụng Keramzit ư ớt (ngâm n ư ớc 15h); Kwp - cấp phối BT sử dụng Keramzit ướt và sợi PP; Kwg - cấp phối BT sử dụng Keramzit ư ớt và sợi thuỷ tinh; Kwv - cấp phối BT sử dụng Keramzit ướt và phụ gia nhớt; NA - cấp phối BT tự lèn mác M30 sử dụng đá dăm thông thư ờng. 3.4. Tính toán sơ bộ độ hút nước cần thiết của keramzit Lư ợng n ư ớc dự trữ trong CLR chuyển cho nền xi măng để thực hiện sự d ư ỡng hộ b ên trong và tiếp t ục cung ứng nư ớc cho quá tr ình thu ỷ hoá xi măng li ên h ệ với độ co hoá học và lư ợng dùng chất kết dính (CKD) bởi phương trình [5]:
(2) M CLR .S.Hp CLR  CKD.CS.  max Trong đó: MCLR là kh ối lư ợng CLR trong bê tông (kg/m3 BT); C KD – lư ợng xi mă ng hay CKD trong bê tông (kg/m3 BT); CS - đ ộ co hoá học của xi măng hay CKD (gN/g CKD);  max – hệ số thuỷ hoá của xi măng hay CKD; S – hệ số trả lại nước của CLR cho nền CKD (0
800 750 DJ - cÊp phèi Kd §é ch¶y Dj, mm 700 DJ- cÊp phèi Kw DJ- cÊp phèi Kwp 650 DJ- cÊp phãi Kwg 600 DJ - cÊp phèi Kwv 550 DJ- cÊp phèi NA 500 Kdg 450 400 0 30 60 90 120 Thêi gian, phót Hình 5. Độ chảy và tổn thất độ chảy J-ring (Dj) của HHBT 3.5.2. Phân t ầng của HHBT Độ phân tầng của HHBT đư ợc xác định tr ên cơ s ở phương pháp xác định phân tầng của HHBT cốt liệu nhẹ Polistyron theo ti êu chuẩn  OCT P 51263- 99 c ủa Nga. Tuy nhi ên trong thí nghi ệm không sử dụng đầm rung mà chỉ để HHBT tự lèn đầy ca. Kết quả đo phân tầng của HHBT đư ợc minh hoạ bằng hình 6. Phân bố của CLR trong BT Keramzit đư ợc mô tả bằng hình 7. Từ kết quả đo độ phân tầng cốt liệu cũng nh ư ảnh chụp sự phân bố của chúng trong b ê tông cho th ấy các mẫu sử dụng keramzit hút n ư ớc trư ớc có độ đồng nhất cao h ơn đáng kể so với mẫu sử dụng cốt liệu khô. Sự có mặt của sợi siêu m ảnh có tác dụng như m ột mạng l ư ới ngăn cản sự nổi lên c ủa CLR. Do có tỷ lệ hư ớng sợi lớn v à tương thích với hồ xi măng nên s ợi ARG phát huy hiệu quả chống phân tầng tốt hơn s ợi PP. Mẫu sử dụng CLR ngậm n ư ớc kết hợp sợi thuỷ tinh hoặc phụ gia nhớt c ho hi ệu quả rất tốt, giảm đ ư ợc khoảng 50% độ phân tầng cốt liệu so với mẫu sử dụng CLR khô v à không có s ợi. 30 Kd Kdg 25 Kd, 26 Kw §é ph©n tÇng, % Kwp 20 Kw, 21 Kwp, 20 Kwg 15 Kwv Kdg, 16 Kwg, 14 NA Kwv, 13 10 5 NA, 5 0 Hình 6. Độ phân tầng của HHBT (a) (b) ( c) (a)- mặt cắt ngang cách mặt 1cm; (b) - mặt cắt ngang cách đáy 1cm; (c)- cắt dọc mẫu trụ Hình 7. BT Keramzit có sợi ARG 3.5.3. Kh ả năng tự l èn c ủa HHBTK Kh ả năng tự lèn c ủa HHBT đư ợc xác định tr ên cơ s ở thí nghiệm bằng dụng cụ J-ring theo tiêu chuẩn ASTM C 1666/C 1666M – 2 007 và ASTM C1611/C 1611M. Ngoài ra còn xác định thời gian chảy của HHBT qua phễu V và khả năng chảy v ư ợt cốt thép trong hộp L- box. K ết quả thí nghiệm đư ợc minh hoạ bằng hình 8.
60 50 CP Kd Kdg CP kw 40 NA Do-Dj, mm Kdg CP Kwp Kwv NA 30 CP Kwg Kwv Kwg CP Kwv 20 Kwg CP NA Kwp Kwp 10 Kw Kdg Kw Kd 0 Kd 0 30 60 90 120 Thêi gian, phót 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 a) Do – Dj: Thí nghiệm J-ring b) Hệ số tự lèn K=H2/H1: (Thí nghiệm bằng dụng cụ hộp L-box[1]) (ASTM C1621/C1621M) Hình 8. Khả năng tự l èn của HHBT Keramzit Kết quả thí nghiệm cho thấy, cấp phối sử dụng keramzit khô có tổn thất độ chảy theo thời gian rất l ớn, do sự hút nư ớc mạnh của CLR trong hồ xi măng. Cấp phối n ày có lư ợng n ư ớc trộn lớn hơn nên H HBT có xu hư ớng phân tầng cốt liệu và tách vữa mạnh, dẫn đến khả năng tự lèn kém. C ấp phối sử dụng CLR ngâm nư ớc trư ớc khi trộn sẽ giảm đư ợc lư ợng nư ớc trộn, ngăn cản cốt liệu hút n ư ớc tự do trong hồ xi măng nên gi ảm đáng kể tổn thất độ chảy cho HHBT, đồng thời giảm hiện t ư ợng tách vữa và tách CLR, HHBT c ố kết nội bộ tốt h ơn. Đ ộ chảy v à t ổn thất độ chảy của nó tương đương v ới H HBT nặng tự lèn cùng mác. S ử dụng thêm phụ gia ổn định độ nhớt HPMC (cấp phối Kwv) với h àm lư ợng rất nhỏ (0,03- 0,05% CKD) kh ắc phục đư ợc như ợc điểm này. Th ực nghiệm cho thấy cấp phối K wv cho HHBT có đ ộ chảy và tốc độ chảy cao, khả năng tự lèn t ốt, mức độ phân tầng và tổn thất độ chảy cũng rất thấp. Khi giữ nguyên lư ợng nước trộn, sự có mặt của cốt sợi đã làm giảm đáng kể độ chảy của HHBT so với cấp phối không sợi. Hiệu ứng này xảy ra mạnh h ơn đối với sợi ARG. Trong quá tr ình thí nghi ệm nhận thấy rằng, HHBT với sự có mặt của cốt sợi đều l àm tăng tính dễ trộn và hạn chế hiện tượng sa lắng hồ xi măng, và sợi thuỷ tinh cũng thể hiện hiệu ứng n ày tốt h ơn sợi PP. C ó thể đánh giá tính tự lèn c ủa hỗn hợp BT Keramzit theo độ chảy sụt Do v à đ ộ chảy qua vòng J- ring Dj, sau đó tính hiệu số Do- Dj; hoặc độ chảy Do v à hệ số tự lèn H2/H1. Kết quả thực nghiệ m đã chứng tỏ tính thống nhất giữa các phương pháp. Tuy nhiên th ời gian chảy của hỗn hợp BTKTL trong thí nghi ệm V-test l ớn h ơn đáng k ể so với giới hạn quy định cho BTTL thông th ư ờng. Nguyên nhân cơ bản của hiện tư ợng này là BT Keramzit có kh ối lư ợng thể tí ch th ấp, h ơn nữa do CLR nhẹ có xu hư ớng nổi lên trên nên tr ọng tâm của khối vữa bị dịch xuống thấp, do đó thế năng ban đầu của nó nhỏ h ơn đáng kể so với BT thư ờng. 4. Kết luận Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, có thể rút ra một số kết luận sa u: - Trong công ngh ệ chế tạo BTK có độ chảy cao và BTK t ự lèn, nên sử dụng CLR ngậm nư ớc trư ớc. Sử dụng keramzit ngậm n ư ớc trư ớc với độ ẩm ph ù h ợp, cho hiệu quả nhiều mặt so sánh với sử dụng keramzit khô: Giảm phân tầng cho HHBT (khoảng 20%); Tăng khả năn g công tác cho HHBT; Cải thiện vi cấu trúc của BT; - Sử dụng sợi thuỷ tinh hoặc sợi PP si êu m ảnh, c ùng v ới giải pháp cho CLR ngậm nư ớc trư ớc, cho hi ệu quả cao trong việc chống phân tầng cho HH BTK có độ chảy cao và BTK tự l èn. S ợi thuỷ tinh làm gi ảm phân t ầng tốt h ơn s ợi PP; - Sử dụng phụ gia nhớt HPMC với h àm lư ợng hợp lý 0,03% - 0,05% CKD, có tác dụng rất tốt về ch ống phân tầng và tăng kh ả năng tự lèn cho HH BTK. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Xây dựng. Chỉ dẫn kỹ thuật thiết kế và thi công bê tông t ự lèn, 2004. 2. TRẦN BÁ VIỆT và các c ộng tác viên. Nghiên c ứu chế tạo bê tông chất l ượng cao sử dụng cốt sợi nhân tạo dùng cho các công trình ở Hà Nội. Báo cáo kết quả đề t ài NCKH thành phố H à N ội, 2005. 3. SATISH CHANDRA and LEIF BERNTSSON. Lightweight Aggregate Concrete – Science, Techology and Aplications. William Andrew Publishing, Norwich, New York, U.S.A, 2003. 4. A. M NEVILLE. Properties of Concrete. Pitman Publishing, 1985. 5. JOHN P. RIES, THOMAS A. HOLM. High–Performace Structural Lightweight concrete. ACI – SP-218, 2004.