intTypePromotion=3

Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi đến một số tính chất của bê tông cường độ siêu cao

Chia sẻ: ViEdison2711 ViEdison2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
2
lượt xem
0
download

Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi đến một số tính chất của bê tông cường độ siêu cao

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng từ tro bay, silica fume và nano silica cùng với sợi thép phân tán đến một số tính chất của bê tông cường độ siêu cao như cường độ chịu nén và chịu uốn, tính thấm nước và biến dạng co ngót,... Qua đây có những phân tích, đánh giá kết quả có được và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi đến một số tính chất của bê tông cường độ siêu cao

  1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi đến một số tính chất của bê tông cường độ siêu cao Research on the impact of combination of mineral and fiber additives to some properties of ultra - high strength concrete Đỗ Trọng Toàn, Vũ Hải Nam, Trần Sinh Tóm tắt 1. Đặt vấn đề Bài báo này trình bày kết quả nghiên Trong công trình xây dựng, bê tông là loại vật liệu được sử dụng phổ biến chiếm cứu ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia trên 60% khối lượng công trình. Hiện nay ở Việt Nam các công trình xây dựng dân khoáng từ tro bay, silica fume và nano dụng thường sử dụng bê tông với cường độ nén là 20 ÷ 40 MPa, nên kích thước kết cấu lớn. Bên cạnh đó, cùng với quá trình hội nhập kinh tế quốc tế thì nhu cầu phát silica cùng với sợi thép phân tán đến triển xây dựng trên thế giới cũng như ở Việt Nam là rất lớn, đặc biệt sự phát triển của một số tính chất của bê tông cường độ các công trình nhà cao tầng, siêu cao tầng, các kết cấu chịu ăn mòn, mài mòn, bể xử siêu cao như cường độ chịu nén và chịu lý khí thải hạt nhân, các kết cấu vỏ mỏng, cầu dân sinh, … đòi hỏi sự phát triển của uốn, tính thấm nước và biến dạng co vật liệu mới như bê tông cường độ siêu cao (UHSC). ngót,... Qua đây có những phân tích, đánh giá kết quả có được và đề xuất Việc sử dụng vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng của bê tông. Thực tế cho thấy, ngoài các thành phần cơ bản trong chế tạo như xi măng, cốt liệu và hướng nghiên cứu tiếp theo. nước thì có thể kết hợp sử dụng thêm các loại phụ gia khoáng và sợi để nâng cao chất Từ khóa: Bê tông cường độ siêu cao (UHSC); lượng cho bê tông, đặc biệt là các loại bê tông đòi hỏi chất lượng cao như UHSC. Việc tổ hợp phụ gia khoáng; sợi thép phân tán. kết hợp nhiều loại phụ gia khoáng với nhau tạo thành tổ hợp cùng với sợi thép còn tiết kiệm chi phí vật liệu đầu vào, cải thiện cường độ, tính chống thấm, biến dạng, …. Abstract 2. Vật liệu sử dụng và phương pháp nghiên cứu This paper presents the research results 2.1. Vật liệu sử dụng on the impact of combination of mineral - Xi măng sử dụng trong nghiên cứu là xi măng Nghi Sơn PCB40, các tính chất cơ additives from fly ash, silica fume and lý của xi măng thỏa mãn TCVN 2682-2009; nano silica with scattered steel fibers to - Cát trắng mịn sử dụng thỏa mãn TCVN 7570-2006; some properties of ultra-high strength concrete such as compressive strength and - Sử dụng phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate thế hệ thứ 4 mức độ giảm nước bending strength, water permeability của phụ gia là trên 40%. Tổ hợp phụ gia khoáng tro bay (FA), silica fume (SF) và nano and deformation, shrinkage. Thereof, the silica (NS) có các chỉ số hoạt tính và tính chất phù hợp; obtained results are analyzed and evaluated - Sợi thép sử dụng có tiết diện tròn, chiều dài 13 mm, đường kính 0,2 mm; and continued research directions are - Nước sử dụng trong đề tài đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật TCVN 4506 - 2012 đối proposed. với nước trộn vữa và bê tông. Keywords: Ultra High Strength Concrete 2.2. Phương pháp nghiên cứu (UHSC); mineral additives; scattered steel - Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm fibers. - Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tìm phương trình hồi quy và cấp phối thí nghiệm. - Sử dụng phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài. - Sử dụng các phương pháp phi tiêu chuẩn khác. ThS. Đỗ Trọng Toàn 3. Kết quả nghiên cứu Khoa Xây dựng 3.1. Lựa chọn biến và tỷ lệ sử dụng trong qui hoạch thực nghiệm Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: trongtoan007@gmail.com Dựa theo các tài liệu tham khảo và quá trình thí nghiệm thăm dò trong phòng thí nghiệm đề tài lựa chọn các biến và tỷ lệ sử dụng trong qui hoạch thực nghiệm như TS. Vũ Hải Nam Trung tâm Bê tông xi măng sau: Viện Vật liệu xây dựng - X1 (nano silica-NS): tỷ lệ sử dụng 1% ÷ 2% so với xi măng; Email: namvlxd@gmail.com - X2 (tỷ lệ nước/chất kết dính-N/CKD): tỷ lệ sử dụng 0,15 ÷ 0,2 so với chất kết dính; Trần Sinh - X3 (tỷ lệ dùng sợi thép - Sợi): chọn tỷ lệ sử dụng 1% ÷ 3% so với thể tích bê tông. Sinh viên Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội 3.2. Kết quả và đánh giá quy hoạch thực nghiệm Email: transinh9595@gmail.com Tính toán thành phần bê tông dựa trên cơ sở quy hoạch thực nghiệm tính theo nguyên tắc thể tích tuyệt đối, kết quả được cho ở bảng 1. Trên cơ sở kết quả thí nghiệm thu được theo kế hoạch thực nghiệm ở bảng 1, tính toán và thống kê theo phương pháp hồi quy với mức có nghĩa của các hệ số trong phương trình là p=0,05 và bậc tự do lặp f2=5. Trong quá trình tính toán sử dụng phần mềm Design Expert 7.1, phần mềm Excel, và Maple 17 để xử lý số liệu ta thu được phương trình hồi quy mô tả quan hệ giữa các nhân tố ảnh hưởng gồm có tỉ lệ N/CKD, S¬ 27 - 2017 9
  2. KHOA H“C & C«NG NGHª Bảng 1: Cấp phối thí nghiệm và kết quả xác định cường độ chịu nén Biến mã Tỷ lệ thành phần cấp phối Cường độ chịu nén, MPa STT x1 x2 x3 NS N/CKD Sợi Rn1 Rn3 Rn7 Rn28 1 -1 -1 -1 1 0,150 1,000 81,9 104,1 132,1 161,7 2 1 -1 -1 2 0,150 1,000 86,5 109,9 139,5 170,8 3 -1 1 -1 1 0,200 1,000 67,8 86,2 109,3 133,9 4 1 1 -1 2 0,200 1,000 70,5 89,6 113,7 139,2 5 -1 -1 1 1 0,150 3,000 105,5 134,0 170,0 208,2 6 1 -1 1 2 0,150 3,000 110,2 140,1 177,7 217,6 7 -1 1 1 1 0,200 3,000 85,4 108,5 137,7 168,6 8 1 1 1 2 0,200 3,000 92,3 117,3 148,8 182,2 9 -1,68 0 0 0,66 0,175 2,000 87,8 111,6 141,6 173,3 10 1,68 0 0 2,34 0,175 2,000 92,1 117,1 148,6 181,9 11 0 -1,68 0 1,5 0,133 2,000 107,4 136,4 173,1 211,9 12 0 1,68 0 1,5 0,217 2,000 77,0 97,9 124,1 152,0 13 0 0 -1,68 1,5 0,175 0,318 72,0 91,5 116,1 142,2 14 0 0 1,68 1,5 0,175 3,682 100,8 128,2 162,6 199,1 15 0 0 0 1,5 0,175 2,000 86,5 110 139,5 170,8 16 0 0 0 1,5 0,175 2,000 87,4 111,1 140,8 172,5 17 0 0 0 1,5 0,175 2,000 89,8 114,1 144,8 177,3 18 0 0 0 1,5 0,175 2,000 88,2 112,1 142,2 174,2 19 0 0 0 1,5 0,175 2,000 83,5 106,1 134,6 164,9 20 0 0 0 1,5 0,175 2,000 85,7 108,9 138,1 169,1 hàm lượng NS, hàm lượng sợi thép tới hàm mục tiêu dưới Nhận xét chung: dạng biến mã như sau: Cả ba yếu tố (N/CKD, NS, hàm lượng sợi thép) đều ảnh Λ hưởng đến sự phát triển cường độ cho bê tông. Khi một =Y 171,59 + 6,39. X 1 − 28,97. X 2 + 32,87. X 3 + 0,17. X 1. X 2 + 3,07. X 1. X 3 − trong ba yếu tố thay đổi thì cường độ bê tông cũng thay đổi −5,5. X 2 . X 3 + 3,63. X 12 + 7,98. X 22 − 3,39. X 32 theo. Hàm lượng nanosilica ảnh hưởng tỷ lệ thuận với cường Kiểm tra tính tương hợp của mô hình qua chuẩn số Fisher độ chịu nén của bê tông. Khi hàm lượng nanaosilica trong bê với mức có nghĩa là 0,05 và phần mềm Design Expert 7.1 tông tăng, phản ứng puzzơlan do hàm lượng SiO2 hoạt tính cho kết quả mô hình tương hợp với bức tranh thực nghiệm. trong bê tông tăng, làm giảm lượng C-H sinh ra do quá trình thủy hóa xi măng tạo khoáng C-S-H có cường độ cao. Bên Trong UHSC giữa các yếu tố ảnh hưởng luôn có sự cạnh phản ứng puzzơlan, nanosilica cho vào còn giúp điền tương tác qua lại với nhau, xét với hai yếu tố khi cố định hàm đầy vào khoảng trống trong bê tông tạo cho bê tông có cấu lượng của của yếu tố thứ 3, sự thay đổi của một trong hai trúc đặc chắc hơn. yếu tố ảnh hưởng tới hàm mục tiêu khi khảo sát trên miền nghiên cứu của yếu tố còn lại, có thể thấy rõ ảnh hưởng đó Tỷ lệ N/CKD ảnh hưởng rất lớn lên hàm mục tiêu cường thông qua không gian đồ thị x0y. Xét trường hợp giữa hai yếu độ. Khi hàm lượng nước trong bê tông giảm, cường độ bê tố đầu vào là tỷ lệ N/CKD và hàm lượng NS, tương quan ảnh tông tăng. Do vậy khi chế tạo bê tông, việc giảm lượng nước hưởng của hai thành phần với nhau được thể hiện tại các vị sử dụng cho cấp phối bê tông sẽ giúp tăng cường độ cho trí đặc biệt của hệ khi ta cố định hàm lượng sợi thép tại vị trí bê tông. tâm kế hoạch. Sợi thép sử dụng trong bê tông liên kết các vùng đá xi Bảng 2: Tỷ lệ thành phần vật liệu tối ưu từ phương pháp quy hoạch thực nghiệm Kí hiệu THÉP/V PGSD/CKD N/CKD C/X FA/X SF/X NS (%X) mẫu (%V) (%CKD) TUT 0,70 0,10 0,07 1,00 3,00 1,40 0,15 3 Bảng 3: Cấp phối lựa chọn cho 1m bê tông thí nghiệm Kí hiệu THÉP PGSD C (kg) FA (kg) SF (kg) Ns (kg) N (kg) X (kg) V (m3) mẫu (kg) (kg) TUT 819 117 82 12 236 19 195 1169 1 10 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG
  3. 250 70 215 218.3 60 56.7 57.2 200 176.5 50 Cường độ nén, MPa Cường độ uốn, MPa 150 138.5 39.6 40 33.4 105.5 30 25.8 100 20 50 10 0 0 1 3 7 28 60 Ngày tuổi 1 3 7 28 60 Ngày tuổi Hình 1. Cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm ở Hình 2. Cường độ chịu uốn của mẫu thí nghiệm ở tuổi 3 đến 60 ngày tuổi 3 đến 60 ngày Hình 3. Điện lượng truyền qua mẫu thí nghiệm theo Hình 4. Xác định co ngót của mẫu thí nghiệm ở thời gian các tuổi 1, 3, 7, 14, 28 ngày măng trong bê tông, giúp tải trọng khi tác dụng vào cấu trúc chọn hợp lý. bê tông được phân bố đều khắp trong cấu trúc. Cường độ bê 3.3.2. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi thép tông tăng mạnh khi hàm lượng sợi thép sử dụng tăng. Tuy đến mức độ thấm ion clo vậy khi hàm lượng sợi thép sử dụng quá lớn bê tông bị phân Kết quả tính toán thấm ion theo phương pháp điện lượng tầng do những sợi thép cuộn thành từng búi và chìm xuống đối với cấp phối bê tông rút ra từ phương trình hồi quy thực đáy kết cấu. nghiệm được xác định theo TCVN 9337-2012. 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng đến một số tính chất Từ kết quả thu được theo thí nghiệm thấm ion clo ta thấy bê tông cường độ siêu cao cấp phối tối ưu có mức độ thấm ion clo nằm trong khoảng 3.3.1. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi thép dưới 100 culông. Việc sử dụng sợi thép trong cấu trúc bê đến cường độ chịu nén và chịu uốn. tông cho phép dòng điện có thể truyền qua những sợi thép Nhận xét: Kết quả xác định cường độ chịu nén và uốn nhưng kết quả đo sự thấm ion clo của sợi thép vẫn còn rất của mẫu bê tông thí nghiệm cho thấy cường độ của bê tông nhỏ. Kết quả trên cho thấy UHSC sử dụng tổ hợp phụ gia phát triển nhanh và cho cường độ cao. Trong đó cường độ khoáng và sợi thép không những có cường độ cao mà còn chịu nén của bê tông đạt 215MPa ở tuổi nén 28 ngày. Bê có độ đặc chắc rất lớn. Từ đó tăng khả năng chống thấm và tông phát triển cường độ không nhiều từ 28 đến 60 ngày giảm thiểu khả năng ăn mòn vào bên trong bê tông và làm tuổi tăng từ 215MPa lên 218,3MPa. Cường độ chịu uốn tuổi giảm nguy cơ gây ăn mòn đối với cốt thép trong bê tông. một ngày đạt 25,2MPa, đạt yêu cầu đề ra với UHSC là trên Độ đặc chắc lớn cho phép UHSC chế tạo từ tổ hợp phụ gia 15MPa. Cường độ chịu uốn của bê tông đạt 56,7MPa ở tuổi khoáng và sợi thép có thể làm việc trong kết cấu chịu ăn mòn 28 ngày. cao tại môi trường biển, trong các lò hạt nhân và các bể chứa Bê tông sử dụng cốt sợi và tổ hợp phụ gia khoáng cho rác thải nguy hại. phép kết cấu chịu lực có thể làm việc trong thời gian ngắn 3.3.3. Ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi thép nhất sau khi thi công. UHSC thích hợp với công trình yêu đến biến dạng co ngót trên mẫu trụ cầu về thời gian thi công, công trình quân sự, cầu cảng hay Mục đích thí nghiệm này nhằm đánh giá sự biến đổi chiều bể chứa chất thải nguy hiểm. Tuy với chi phí ban đầu tương cao mẫu trụ bê tông có kích thước 150x75mm theo thời gian, đối cao nhưng nếu xét lợi ích về khả năng chịu lực hay thời hỗn hợp bê tông được rót và tự lèn đầy khuôn (không chấn gian sử dụng đánh giá hiệu quả lâu dài thì UHSC là một lựa động) được bảo dưỡng ở điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn, chờ S¬ 27 - 2017 11
  4. KHOA H“C & C«NG NGHª đến khi hỗn hợp bê tông đông kết (khoảng 8 ÷ 12 giờ) thì bắt 3. Chế tạo được UHSC đạt cường độ nén trên 150MPa đầu lắp đồng hồ đo biến dạng co ngót, qua đó đánh giá sự và cường độ uốn trên 15MPa khi sử dụng tổ hợp phụ gia biến dạng trong bê tông ngay từ khi hỗn hợp bê tông đông khoáng bao gồm SF, NS, FA và sợi thép. Trong phạm vi kết tới trạng thái đá xi măng ở tuổi dài ngày. Phương pháp nghiên cứu, đề tài đã chế tạo thành công UHSC đạt cường này dựa theo tiêu chuẩn ASTM-C1090-01. Kết quả theo dõi độ nén và uốn lớn nhất lần lượt là 215MPa và 56,7MPa ở thay đổi chiều cao mẫu trụ được đánh giá theo tuổi bê tông điều kiện dưỡng hộ tiêu chuẩn. 1, 3, 7, 14 và 28 ngày được trình bày theo hình 4. 4. Kết quả thấm ion clo cho thấy UHSC sử dụng tổ hợp Qua quá trình theo dõi co ngót của UHSC nhóm nghiên phụ gia khoáng và sợi thép có mức độ thấm ion clo là không cứu nhận thấy bê tông có mức độ co ngót nhỏ. Sợi thép sử đáng kể (nhỏ hơn 100culong) và biến dạng co ngót của bê dụng trong cấu trúc bê tông là những sợi cứng, sợi thép liên tông là rất nhỏ (nhỏ hơn 0,65 mm/m). kết với vùng đá xi măng sẽ cản co rất tốt. Thời gian co ngót 5. Việc sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng và sợi thép trong mạnh nhất diễn ra trong giai đoạn từ 1 ngày tới tuổi 14 ngày. chế tạo bê tông nói chung và bê tông cường độ siêu cao nói Trong giai đoạn từ khi co mềm đến độ tuổi 7 ngày là khoảng riêng hoàn toàn có thể áp dụng cho các công trình có yêu cầu thời gian bê tông co nhiều nhất chiếm trên 80% chiều dài co đặc biệt cũng như các công trình dân dụng (cầu có nhịp lớn, của bê tông trong vòng 28 ngày tuổi. Từ 14 ngày tuổi đến kết cấu mỏng, cầu dân sinh, cầu vượt tại các khu đô thị hay 28 ngày tuổi bê tông co ngót chậm, thay đổi không đáng kể. các nhà cao tầng khác, …). 4. Kết luận và kiến nghị 4.2. Kiến nghị 4.1. Kết luận 1. Tiếp tục nghiên cứu sự ảnh hưởng của tổ hợp phụ gia 1. Đề tài đã thiết lập được phương trình hồi quy thực khoáng và sợi thép đến một số tính chất khác của UHSC như nghiệm mô tả ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính công tác, khả năng giữ độ lưu động, modun đàn hồi, độ cường độ nén và uốn của UHSC ở tuổi 28 ngày, đưa ra cấp bền lâu, … Đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng vào các kết cấu phối cho 1m3 bê tông như bảng 3. cụ thể trên thực tế. 2. Việc sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng trong cấp phối 2. Nghiên cứu các ứng xử cơ học của UHSC khi sử dụng không những giúp bê tông đạt cường độ cao mà còn cải thiện hàm lượng sợi thép phân tán khác nhau như: từ biến, quá được cường độ ở tuổi ngắn ngày. Khi kết hợp nanosilica trình phát triển và mở rộng vết nứt, khả năng chịu va đập và cùng với phụ gia khoáng giúp nâng cao chất lượng cho bài toán về dao động trên kết cấu để hướng tới các kết cấu UHSC. Hiện nay, trong nước ta chưa có đề tài nào nghiên đặc biệt như chịu tác động nổ, va đập mạnh. cứu ảnh hưởng của nanosilica đến tính chất của UHSC, đây 3. Đánh giá tính kinh tế của tổ hợp phụ gia khoáng và sợi là một bước tiến mới của đề tài. thép khi chế tạo loại bê tông này trong thị trường Việt Nam./. Tài liệu tham khảo 10. Văn Viết Thiên Ân, 2013. “Characteristics of Rice Husk Ash and Application in Ultra - High Performance Concrete”, Luận án 1. ASTM-C1090-01: Tiêu chuẩn - Phương pháp thử - Đo sự thay Tiến Sỹ, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội. đổi chiều cao mẫu trụ hỗn hợp vữa sử dụng chất kết dính xi măng. 11. Bùi Danh Đại, 2010. “Phụ gia khoáng hoạt tính cao cho bê tông chất lượng cao”, Bài giảng dành cho Cao học Vật liệu Xây 2. TCVN 9337-2012: Bê tông nặng - Xác định độ thấm ion clo dựng, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội. bằng phương pháp đo điện lượng. 12. Nguyễn Công Thắng, 2016. “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất 3. TCVN 7572-2006: Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp lượng siêu cao sử dụng phụ gia khoáng và vật liệu sẵn có ở Việt thử. Nam”, Viện Khoa Học Công Nghệ Vật Liệu Xây Dựng, 4. TCVN 4506-2012: Nước cho bê tông và vữa - Yêu cầu kĩ thuật. 13. Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Phạm Hoàng Kiên, Nguyễn 5. TCVN 10302:2014: Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông Thanh Sang, 2011. “Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông có vữa xây và xi cường độ siêu cao ứng dụng trong kết cấu cầu và nhà cao tầng”, 6. TCVN 3121-11:2003: Vữa xây dựng - Phương pháp thử, Phần Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp bộ, B2010-04- 11: Xác định cường độ uốn và nén của vữa đã đóng rắn. 130-TĐ, Đai học Giao Thông Vận Tải. 7. TCVN 2682-2009: Xi măng Poóc lăng - Yêu cầu kĩ thuật. 14. Trần Bá Việt, Uông Hồng Sơn, 2015. “Nghiên cứu ảnh hưởng 8. Phạm Duy Hữu; Nguyễn Ngọc Long; Đào Văn Đông; Phạm Duy của hàm lượng sợi thép và tro trấu đến bê tông cường độ siêu Anh, “Bê tông cường độ cao và chất lượng cao”. cao – UHPSFC”, Tạp trí xây dựng, Bộ xây dựng, Số 1. 9. Nguyễn Minh Tuyển, 2005. “Quy hoạch thực nghiệm”, Nhà xuất 15. Peter Buitelaar, 2004. “Ultra High Performance Concrete: bản Khoa Học và Công Nghệ. Developments And Application During 25 year”, International Symposium on UHPC, Kassel, Germany. 12 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản