Nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo và hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao chế tạo bê tông tự đầm cường độ cao

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo và hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao chế tạo bê tông tự đầm cường độ cao.Kết quả cho thấy mẫu bê tông tự đầm sử dụng tỉ lệ ZL/XLC = 3/57 (theo thể tích, thay thế 60% hàm lượng PC) và CNT/CTN = 50/50 cho cường độ nén lên đến 91,37 MPa mà vẫn đảm bảo tốt tính công tác của bê tông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sử dụng cát nhân tạo và hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao chế tạo bê tông tự đầm cường độ cao

378 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁT NHÂN TẠO VÀ HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG ZEOLITE - XỈ LÒ CAO CHẾ TẠO BÊ TÔNG TỰ ĐẦM CƢỜNG ĐỘ CAO Thái Quang Minh1,*, Lê Văn Trí2, Nguyễn Hải Đăng1, Nguyễn Thị Tuyết Mai1 1 Trường Phân hiệu Đại học Huế tại Quảng Trị 2 Trường Đại học Xây dựng Miền Trung * Tác giả chịu trách nhiệm: clapmidou@gmail.com Tóm tắt Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng bê tông tự đầm cường độ cao ngày càng được mở rộng vì các tính năng vượt trội so với bê tông truyền thống. Đặc điểm của bê tông tự đầm là lượng vật liệu dạng bột lớn nên để giảm lượng dùng xi măng cần phải sử dụng phụ gia khoáng với hàm lượng lớn. Điều này mang ý nghĩa lớn về tính kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Cho đến nay, tại Việt Nam, việc sử dụng cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên làm cốt liệu cho bê tông đang ngày càng được đẩy mạnh do sự thiếu hụt dẫn đến tăng giá thành của cát tự nhiên. Trong bài báo này, hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite (ZL) - xỉ lò cao (XLC) thay thế xi măng Porland (PC) với hàm lượng 50, 60% theo thể tích và cát tự nhiên (CTN) thay thế bởi cát nhân tạo (CNT) là 50% theo thể tích. Kết quả cho thấy mẫu bê tông tự đầm sử dụng tỉ lệ ZL/XLC = 3/57 (theo thể tích, thay thế 60% hàm lượng PC) và CNT/CTN = 50/50 cho cường độ nén lên đến 91,37 MPa mà vẫn đảm bảo tốt tính công tác của bê tông. Từ khóa: bê tông tự đầm; zeolite; xỉ lò cao; cát nhân tạo. 1. Đặt vấn đề Bê tông tự đầm (Self Compacting Concrete - SCC) là loại bê tông có độ chảy dẻo cao khi chưa đóng rắn có khả năng chảy dưới tác dụng của trọng lực bản thân và có khả năng tự điền đầy vào mọi góc cạnh của ván khuôn và cả những nơi có mật độ cốt thép dày đặc mà không cần bất cứ tác động cơ học nào nhưng vẫn đảm bảo tính đồng nhất (Hoàng Phó Uyên & nnk., 2012), (Nguyễn Viết Trung & nnk., 2015). Đặc điểm của hỗn hợp bê tông có độ chảy cao là hàm lượng vật liệu dạng bột lớn nên để giảm lượng dùng xi măng cần phải sử dụng phụ gia khoáng với hàm lượng lớn. Bê tông tự đầm bắt đầu được nghiên cứu tại Nhật Bản vào năm 1986 bởi giáo sư Okamura như một dạng của bê tông chất lượng cao và sau đó được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới. Hiện nay trên thế giới sử dụng rất nhiều phương pháp thiết kế thành phần bê tông tự đầm khác nhau như: Phương pháp thiết kế của Hiệp hội bê tông Nhật Bản (JSCE) và EFNARC của Châu Âu, phương pháp thiết kế của giáo sư Okamura và đồng nghiệp… Trong đó, phương pháp thiết kế của giáo sư Okamura và đồng nghiệp lại nghiên cứu cụ thể hơn từ bản chất của bê tông tự đầm theo cách đi từ khả năng chảy của vữa. Phương pháp này sẽ thích hợp hơn khi chế tạo bê tông tự đầm mà tính chất của nguyên vật liệu thay đổi nhiều. Xỉ lò cao hoạt tính là thải phẩm của quá trình luyện gang, có sản lượng lớn và giá thành rẻ do nhiều nhà máy gang thép được xây dựng ở nước ta. Xỉ lò cao có thể được nghiền để làm phụ gia khoáng cho chất kết dính và bê tông (Chao Lung Hwang &nnk., 1986; Thái Quang Minh, 2017). Trong bê tông, xỉ lò cao hạt hóa được sử dụng để thay thế một lượng lớn xi măng, có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa, nâng cao cường độ và tăng khả năng chống khuếch tán ion clo. Nhược điểm của xỉ lò cao hoạt tính là nó làm tăng độ tách nước của hỗn hợp bê tông, làm giảm cường độ ban đầu và tốc độ phát triển cường độ. Zeolite là vật liệu puzollan thiên nhiên có hoạt tính puzollanic. Zeolite khi được cho vào hỗn hợp bê tông tự đầm, zeolite làm giảm sự phân tầng, tách nước nhờ các cải thiện bên trong liên kết của hỗn hợp, ngoài ra zeolite có hoạt tính puzollan nên hút vôi thông qua phản ứng puzollanic tạo thành hợp chất hydro silicat canxi có cường độ và tính bền vững cao (C-S-H) (Ahmadi B & nnk., 2010; Thái Quang Minh, 2018). Độ thấm giảm đáng kể so với hỗn hợp bê
. 379 tông thông thường khi bổ sung zeolite. Ngoài ra, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của tỉ lệ dùng phụ gia zeolite đơn lẻ trong chất kết dính đến tính công tác cũng như cường độ của bê tông (Czapik, 2017). Việc sử dụng các phụ gia khoáng như trên vừa mang lại tính chất kinh tế, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cho bê tông cường độ cao vừa giải quyết vấn đề giảm tải các phế thải công nghiệp ra môi trường. Hiện nay, việc sử dụng cát tự nhiên để sản xuất bê tông ở Việt Nam dẫn đến nhu cầu khai thác cát tự nhiên ngày càng lớn gây cạn kiện nguồn tài nguyên cát tự nhiên này, ảnh hưởng đến môi trường. Vì vậy cần có những giải pháp để hạn chế việc sử dụng nguồn tài nguyên đang dần bị cạn kiệt này. Một trong những giải pháp đó là sử dụng cát nhân tạo để thay thế cát tự nhiên làm cốt liệu trong bê tông. Cát nhân tạo có nhiều điểm vượt trội so với cát tự nhiên, đó là: khả năng gắn kết với đá xi măng được nâng cao làm nâng cao cường độ bê tông do tính chất bề mặt của loại cát này, thành phần hạt có thể được điều chỉnh trong quá trình sản xuất nên có thể giảm lượng xi măng khi sản xuất bê tông vì vậy mà hiệu quả kinh tế cao hơn. 2. Cơ sở lý thuyết và phƣơng pháp nghiên cứu 2.1. Cơ sở lý thuyết Một hỗn hợp bê tông có độ linh động cao luôn luôn tiềm ẩn nguy cơ tách nước, phân tầng. Bên cạnh đó, sử dụng lượng lớn chất kết tính như vậy làm độ co của bê tông tự đầm tăng lên, tạo ra nội ứng suất trong bản thân công trình. Ngoài ra, hàm lượng xi măng lớn trong bê tông làm nhiệt thủy hóa trong bê tông tự đầm cao hơn so với bê tông truyền thống và một số loại bê tông khác. Việc phối hợp sử dụng phụ gia khoáng xỉ lò cao - zeolite cho phép làm tăng hàm lượng phụ gia khoáng sử dụng trong chất kết dính so với khi sử dụng từng loại phụ gia riêng lẻ mà vẫn đảm bảo chất lượng của chất kết dính. Điều này cho phép tăng lượng dùng chất kết dính trong 1 m3 bê tông mà vẫn đảm bảo lượng dùng xi măng ở mức thấp. Zeolite và xỉ lò cao khi được phân tán tốt trong hồ xi măng có thể nâng cao độ đặc chắc của đá xi măng nhờ hiệu ứng puzollanic và hiệu ứng điền đầy. Sự phối hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - zeolite, cùng với phụ gia siêu dẻo có khả năng làm cho hỗn hợp bê tông có độ chảy cao mà không bị tách nước, phân tầng (Thái Quang Minh, 2017): - Zeolite làm giảm sự tách nước, làm tăng độ nhớt của hồ xi măng và độ liên kết của hỗn hợp bê tông, tăng cường độ bê tông, tăng độ chống thấm cho bê tông. - Xỉ lò cao hạt hóa được sử dụng để thay thế một lượng lớn xi măng, có tác dụng giảm nhiệt thủy hóa, nâng cao cường độ dài ngày và tăng khả năng chống thấm của bê tông. - Phụ gia siêu dẻo cho phép chế tạo bê tông có độ chảy cao và cường độ cao với tỉ lệ nước trên bột (N/B) thấp. - Cát nhân tạo là một loại vật liệu nghiền, vì vậy chúng có hình dạng góc cạnh và bề mặt nhám ráp. Khi sử dụng làm cốt liệu trong bê tông cho phép hồ xi măng thâm nhập lên bề mặt hạt cốt liệu, nhờ vậy lớp tiếp giáp giữa đá xi măng và hạt cốt liệu khi bê tông rắn chắc trở nên bền vững hơn so với lớp tiếp xúc giữa đá xi măng và hạt cát tự nhiên với bề mặt phẳng nhẵn. Bởi vậy sử dụng cát nhân tạo thay thế cát tự nhiên làm cốt liệu cho bê tông sẽ nâng cao cường độ cũng như độ đặc của bê tông. - Việc phối hợp cốt liệu nhỏ với một lượng hồ lớn tạo thành từ hỗn hợp xi măng, xỉ lò cao, zeolite, nước và phụ gia siêu dẻo làm tăng thể tích vữa dẫn đến giảm nội ma sát trong hỗn hợp bê tông. 2.2. Nguyên vật liệu sử dụng Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng nguyên vật liệu sẵn có trên thị trường Việt Nam: - Xi măng (XM) Poóc lăng PC40 Bút Sơn. Tính chất cơ lý của xi măng được trình bày trong bảng 1.
380 - Cát vàng (C) có nguồn gốc từ sông Hiếu. Cát nhân tạo (CNT) và đá dăm (D) có nguồn gốc từ Cam Lộ. Tính chất của cát vàng và đá dăm được trình bày trong bảng 2 và bảng 3. Thỏa mãn TCVN 7570-2006. Tính chất của cát nhân tạo được trình bày trong bảng 2. Thỏa mãn TCVN 9205-2012. - Xỉ lò cao (XLC) sử dụng trong nghiên cứu có nguồn gốc từ Nhà máy gang thép Hòa Phát, đây là loại xỉ hạt hóa, màu trắng bạc. Chỉ số hoạt tính của xỉ lò cao xác định theo TCVN 11586:2016. Chỉ số độ mịn và khối lượng riêng được xác định theo TCVN 4030:2003. - Zeolite (ZL) được sử dụng trong nghiên cứu này có xuất xứ từ Công ty Nitto Funka của Nhật Bản. Chỉ số hoạt tính của zeolite được xác định thông qua TCVN 6882:2001. Chỉ số độ mịn và khối lượng riêng được xác định theo TCVN 4030:2003. Các tính chất của zeolite và xỉ lò cao được thể hiện trong bảng 4. - Phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate, có tên thương phẩm là Viscocrete 3000-20M. - Nước có nguồn gốc từ Nhà máy nước sạch Đông Hà. Loại nước này thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 4506:2012 đối với nước trộn vữa và bê tông. Bảng 1. Tính chất cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn Tiêu chuẩn quy STT Tính chất Phương pháp thử Đơn vị Kết quả định Độ mịn: 1 Lượng sót sàng No 009 TCVN 4030:2003 % ≤ 10 3,6 Độ mịn Blaine cm2/g ≥ 2800 3240 2 Lượng nước tiêu chuẩn TCVN 6017:2015 % - 29,0 Thời gian đông kết: 3 - Bắt đầu TCVN 6017:2015 Phút ≥ 45 115 - Kết thúc Phút ≤ 375 200 Cường độ nén: 4 - Sau 3 ngày TCVN 6016:2011 MPa ≥ 18 26,4 - Sau 28 ngày MPa ≤ 40 47,3 5 Khối lượng riêng TCVN 4030:2003 g/cm3 - 3,11 Bảng 2. Thành phần hạt và tính chất cơ lý của cát vàng và cát nhân tạo dùng trong nghiên cứu Đơn Kết quả STT Tính chất vị Cát vàng Cát nhân tạo 1 Khối lượng riêng g/cm3 2,67 2,78 2 Khối lượng thể tích ở trạng thái khô g/cm3 2,64 2,73 3 Độ hút nước % 1,15 0,68 4 Tạp chất sét, bụi % 0,22 0,33 5 Môđun độ lớn - 2,67 2,82 Bảng 3. Một số tính chất cơ lý của đá dăm dùng trong nghiên cứu STT Tính chất Đơn vị Kết quả 3 1 Khối lượng riêng g/cm 2,79 3 2 Khối lượng thể tích xốp kg/m 1440 Khối lượng thể tích ở trạng thái bão hòa trong, 3 g/cm3 2,76 khô bề mặt 4 Hàm lượng hạt thoi dẹt % 8,2 5 Độ hút nước % 0,42
. 381 Bảng 4. Một số tính chất kỹ thuật của phụ gia khoáng Giá trị STT Các chỉ tiêu Đơn vị Xỉ lò cao Zeolite 1 Khối lượng riêng g/cm3 2,83 2,26 2 Độ mịn (Lượng sót trên sàng 90 µm) % 2,0 0,5 3 Chỉ số hoạt tính với xi măng tuổi 28 ngày % 106 108 2.3. Nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông Trong nội dung nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp thiết kế của giáo sư Okamura và đồng nghiệp thay thế xi măng bằng hàm lượng phụ gia khoáng mịn trên cơ sở thay thế về thể tích. Trong cả hai trường hợp xi măng được thay thế 50% và 60% theo thể tích bằng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - zeolite, tác giả lựa chọn tỉ lệ dùng theo thể tích giữa hai loại phụ gia khoáng xỉ lò cao và zeolite là 80:20; 85:15; 90:10 và 95:5 (%), đưa ra tỉ lệ dùng phụ gia siêu dẻo là 0,75; 0,8; 0,9; 1,0 (%) so với khối lượng bột và lựa chọn tỉ lệ nước trên bột (N/B) trong khoảng 0,3 - 0,4 để khảo sát. Quy trình sẽ thay đổi tỉ lệ thể tích nước trên thể tích bột (VN/VB) và hàm lượng phụ gia siêu dẻo (PGSD) nhằm đạt được mục đích độ chảy loang của vữa 245 mm theo phương pháp thiết kế thành phần bê tông tự đầm (Hajime Okamura và Masahiro Ouchi, 2003), thể hiện trong bảng 5. Bảng 5. Tỉ lệ vật liệu các cấp phối đạt độ chảy loang của vữa Tỉ lệ Thể tích cát Ký hiệu PGSD (%) Tỉ lệ VN/VB Tỉ lệ N/B XM:ZL:XLC trong vữa (%) CP1 50:10:40 0,75 1,06 0,36 40 CP2 50:7,5:42,5 0,8 0,98 0,33 40 CP3 50:5:45 0,9 0,97 0,32 40 CP4 50:2,5:47,5 0,8 1,02 0,34 40 CP5 40:12:48 0,9 0,95 0,33 40 CP6 40:9:51 1,0 0,92 0,32 40 CP7 40:6:54 1,0 0,90 0,31 40 CP8 40:3:57 1,0 0,88 0,30 40 Theo khuyến cáo của giáo sư Okamura và đồng nghiệp, thì tỉ lệ giữa thể tích cát trên thể tích đá (VC/VD) nằm trong khoảng 0,82 - 1,08. Dựa vào đó, tác giả lựa chọn sơ bộ giá trị VC/VD là 0,93 (Hajime Okamura và Masahiro Ouchi, 2003). Nghiên cứu sử dụng phương pháp thể tích tuyệt đối để tính toán thành phần bê tông tự đầm. Trên cơ sở đó ta thiết lập được các phương trình sau: VH +VC +VD +VSD +VA =1000  VH +VC +VD =1000-(VA +VSD ) (1) Nghiên cứu không sử dụng phụ gia cuốn khí nên sơ bộ chọn VA = 10 - 20 lít (1,0 - 2,0%) (2) VC VC Mặt khác ta đã biết được mối quan hệ: VC +VH (3) và V =0,93 (4) D Trong đó: VH, VC, VD, VSD, VA, VXM, VXLC, VZL, VN là phần thể tích tương ứng của hồ, cát, đá, phụ gia siêu dẻo, không khí, xi măng, xỉ lò cao, zeolite và nước. Giải hệ 3 phương trình 3 ẩn ta tính được phần thể tích VH, VC và VD. Trong thành phần VH ta đã biết tỉ lệ về thể tích giữa các thành phần bột VXM, VXLC, VZL và tỉ lệ VN/VB nên từ đó tính được thành phần cấp phối của bê tông tự đầm. Từ kết quả trên cho thấy thành phần cấp phối CP6 - CP8 có tỷ lệ N/B từ 0,3 - 0,32 thấp hơn các cấp phối còn lại sẽ cho cường độ nén tốt hơn
382 hơn các cấp phối còn lại, trong đó thành phần cấp phối CP8 có tỷ lệ N/B là nhỏ nhất (N/B = 0,3), nên sơ bộ đánh giá cấp phối này sẽ cho cường độ nén mẫu tuổi 28 ngày là cao nhất. Ngoài ra, Zeghichi và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của cát tự nhiên và cát nhân tạo đến tính chất của bê tông tự đầm (L. Zeghichi và nnk., 2014), với tỉ lệ thành phần trong đó cát nhân tạo được sử dụng thay thế cát tự nhiên với tỷ lệ tương ứng là 0%, 50%, 100% theo thể tích. Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng cát nhân tạo tăng lên, tính công tác của hỗn hợp bê tông tự đầm giảm đi rõ rệt và đối với tỷ lệ 100% cát nhân tạo thì hỗn hợp bê tông không còn đạt tính công tác yêu cầu đối với bê tông tự đầm. Từ đó, tác giả tiến hành tính toán CP9-CP11 thông qua CP6-CP8 qua việc thay thế hàm lượng cát tự nhiên bằng cát nhân tạo với tỉ lệ 50% theo thể tích. Kết quả được thống kê trong bảng 6. Bảng 6. Thành phần vật liệu tính toán cho 1 m3 bê tông tự đầm STT X (kg) ZL (kg) XLC (kg) C (kg) CNT (kg) Đ (kg) N (lít) PGSD CP1 310 45 226 723 - 814 212 0,75% CP2 323 35 250 721 - 816 203 0,8% CP3 324 24 266 720 - 811 202 0,9% CP4 355 12 274 715 - 808 208 0,8% CP5 259 57 286 720 - 815 200 0,9% CP6 266 44 309 718 - 811 197 1% CP7 269 29 331 717 - 814 195 1% CP8 272 15 353 712 - 811 192 1% CP9 266 44 309 359 371 811 197 1% CP10 269 29 331 358 370 814 195 1% CP11 272 15 353 356 368 811 192 1% 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn. Các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn của Việt Nam như các thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của phụ gia khoáng, cốt liệu, chất kết dính, phương pháp bảo dưỡng mẫu bê tông, tính chất cơ lý của bê tông. Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn như thí nghiệm độ chảy loang, thời gian chảy qua thiết bị Vbox theo đặc điểm kỹ thuật cho bê tông tự đầm (EFNARC, 2002). 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông tự đầm 3.1.1. Độ chảy của hỗn hợp bê tông tự đầm bằng côn Quá trình thí nghiệm khả năng chảy của bê tông tự đầm bằng côn sẽ đánh giá được các thông số như: độ chảy loang, thời gian T50, đồng thời cũng cho thấy được dấu hiệu của sự tách nước từ hỗn hợp bê tông tự đầm. Kết quả thí nghiệm được thống kê trong bảng 7. Bảng 7. Độ chảy loang và thời gian T50 của bê tông tự đầm Kí hiệu cấp phối Chỉ tiêu CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 Độ chảy 613 637 667 681 608 612 676 708 610 615 700 loang (mm) Thời gian 4,1 4,0 3,9 3,6 5,3 5,1 4,5 3,8 5,1 4,7 4,2 T50 (s)
. 383 750 Độ chảy loang ( mm ) 708 700 700 681 676 667 650 637 613 608 612 610 615 600 550 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 Hình 1. Độ chảy loang của hỗn hợp bê tông tự đầm bằng côn. 3.1.2. Khả n ng chảy của hỗn hợp bê tông tự đầm qua thiết bị Vbox Qua thí nghiệm này có thể đánh giá được khả năng điền đầy của bê tông theo phương thẳng đứng, đặc biệt thông qua thí nghiệm thời gian chảy sau thời gian 5 phút có thể đánh giá được khá chính xác khả năng phân tầng của bê tông. Kết quả thí nghiệm được thống kê trong bảng 8 và thể hiện qua hình 2. Bảng 8. Khả năng chảy của hỗn hợp bê tông tự đầm qua thiết bị Vbox Kí hiệu cấp phối Chỉ tiêu CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 Thời gian chảy 14,3 13,0 11,7 9,7 16,7 13,8 11,3 10,2 14,4 11,4 10,5 qua Vbox (s) Thời gian chảy qua Vbox sau 5 18,2 15,7 14,8 11,5 20,8 17,4 13,5 12,3 18,1 14,2 13,3 phút (s) Chênh lệch thời 3,9 2,7 3,1 1,8 4,1 3,6 2,2 2,1 3,7 2,8 2,8 gian chảy (s) 40 Thời gian chảy qua Vbox (s) 20.8 35 18.2 17.4 18.1 30 15.7 25 14.8 13.5 14.2 12.3 13.3 20 11.5 15 16.7 14.3 13 13.8 14.4 10 11.7 11.3 10.2 11.4 10.5 9.7 5 0 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 Ban đầu Sau 5 phút Hình 2. Khả n ng chảy của hỗn hợp bê tông tự đầm qua thiết bị Vbox. 3.1.3. Nhận xét về khả n ng chảy của hỗn hợp bê tông tự đầm Từ kết quả trong bảng 7 và bảng 8 cho thấy: - Thời gian T50 có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng zeolite và tăng hàm lượng cốt liệu. Khi thay thế cát tự nhiên bằng cát nhân tạo thì tính công tác của bê tông tự đầm giảm đi. Nguyên nhân được giải thích như sau: + Phụ gia zeolite có cấu trúc xốp rỗng, có khả năng hút nước vào bên trong đó làm giảm lượng nước tự do dẫn đến làm tăng độ nhớt của hồ chất kết dính và độ quánh của hỗn hợp bê tông làm giảm
384 đáng kể khả năng chảy loang đồng thời cũng làm giảm tốc độ chảy loang của bê tông. + Ở các cấp phối chứa cát nhân tạo do nội ma sát của hệ hạt lớn hơn nên tính công tác của các cấp phối này thấp hơn so với các cấp phối sử dụng cát tự nhiên. - Sự chênh lệch về thời gian chảy qua phễu chữ V tại thời điểm ban đầu và thời điểm sau 5 phút của các cấp phối có thể sơ bộ đánh giá được mức độ đồng nhất của hỗn hợp bê tông là cao. Tuy nhiên khi sử dụng cấp phối chứa cát nhân tạo và tăng hàm lượng zeolite lên cao thì khả năng chảy qua phễu chữ V giảm đi. 3.2. Ảnh hƣởng của hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao đến cƣờng độ nén mẫu bê tông tự đầm Mẫu bê tông được đúc trong khuôn có kích thước 15×15×15cm. Quy trình ngâm mẫu được thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN3105:1993. Quy trình nén mẫu được thực hiện theo TCVN 3118:1993. Cường độ nén của mẫu bê tông và mẫu vữa được tiến hành ở tuổi 3,7 và 28 ngày. Kết quả thí nghiệm được thống kê trong bảng 9 và hình 3. Bảng 9. Cường độ nén mẫu bê tông tự đầm ở tuổi 3, 7 và 28 ngày Kí hiệu cấp phối Chỉ tiêu CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 Cường độ nén ở tuổi 3 25,45 28,18 33,01 34,75 27,62 32,15 39,88 41,87 35,04 43,87 46,06 ngày (MPa) Cường độ nén ở tuổi 7 38,82 37,81 45,15 43,45 44,83 48,42 50,09 52,23 53,26 54,61 57,45 ngày (MPa) Cường độ nén ở tuổi 60,12 64,97 67,91 64,38 62,09 68,65 72,58 81,24 73,54 80,56 91,37 28 ngày (MPa) Tỉ lệ 64,57 69,72 66,49 62,49 72,20 70,53 69,02 64,43 72,24 67,79 62,88 R7/R28(%) 91.37 3 ngày 7 ngày 28 ngày 81.24 80.56 73.54 72.58 Cường độ nén ( MPa ) 68.65 67.91 64.97 64.38 62.09 60.12 57.45 54.61 53.26 52.23 50.09 48.42 46.06 45.15 44.83 43.87 43.45 41.87 39.88 38.82 37.81 35.04 34.75 33.01 32.15 28.18 27.62 25.45 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP7 CP8 CP9 CP10 CP11 Hình 3. Cường độ nén mẫu bê tông tự đầm ở tuổi 3, 7 và 28 ngày. Từ kết quả thí nghiệm cho thấy: - Sử dụng phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao làm tăng cường độ của bê tông tự đầm do hiệu ứng hóa học và hiệu ứng điền đầy. - Do hình dạng góc cạnh của cát nhân tạo bê ứng suất trượt giữa hạt cát nhân tạo và đá xi măng lớn vì vậy các cấp phối chứa cát nhân tạo có cường độ cao hơn hẳn so với cát tự nhiên. - Cường độ nén của mẫu bê tông CP11 ở tuổi 3 ngày, 7 ngày và 28 ngày là cao nhất do có tỉ lệ N/B thấp nhất, điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết.
. 385 - Tỉ lệ R7/R28 ở các cấp phối đều cao cho thấy tốc độ phát triển cường độ nén ở tuổi sớm ngày tốt. Trong đó, tốc độ phát triển cường độ của mẫu bê tông tăng lên khi tăng tỉ lệ zeolite và giảm tỉ lệ xỉ lò cao trong thành phần cấp phối. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết do đặc tính của phụ gia zeolite là làm tăng và phụ gia xỉ lò cao làm giảm tốc độ phát triển cường độ nén của mẫu bê tông ở tuổi sớm. 4. Kết luận Qua kết quả thu được từ nghiên cứu có thể đưa ra một số kết luận sau: - Hoàn toàn có thể sử dụng cát nhân tạo và hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao kết hợp với phụ gia siêu dẻo để thiết kế bê tông tự đầm có các chỉ tiêu thí nghiệm về tính công tác (độ chảy loang, thời gian T50, thời gian chảy qua Vbox, thời gian chảy qua Vbox sau 5 phút) đạt yêu cầu kỹ thuật (EFNARC, 2002). - Khi sử dụng cấp phối chứa cát nhân tạo thì tính công tác của hỗn hợp bê tông tự đầm giảm đi nhưng cho cường độ nén cao hơn các cấp phối sử dụng 100% cát tự nhiên. - Hàm lượng zeolite tăng lên sẽ làm giảm khả năng phân tầng, tách nước của hỗn hợp bê tông tự đầm, nhưng cũng làm giảm khả năng tự lèn của hỗn hợp bê tông (tăng thời gian chảy qua thiết bị Vbox và tăng thời gian đạt T50). - Các cấp phối bê tông tự đầm thiết kế trong nghiên cứu có cường độ nén ở tuổi 28 ngày đều lớn hơn 60 MPa. Trong đó CP11 tối ưu nhất khi vẫn đảm bảo được tính công tác và cho cường độ nén tuổi 28 ngày cao nhất (91,37 Mpa). Việc phối hợp xỉ lò cao và zeolite không những làm giảm đáng kể lượng dùng xi măng trong hỗn hợp bê tông cường độ cao (đến 60% theo thể tích chất kết dính) còn cho phép sử dụng cát nhân tạo làm cốt liệu nhỏ thay thế cho cát tự nhiên (thay thế 50% cát tự nhiên) mà vẫn đảm bảo bê tông tự đầm có tính năng cao (tính công tác tốt, cường độ nén cao,…) mang lại hiệu quả kinh tế cũng như tính thân thiện cho môi trường. - Từ nguồn nguyên vật liệu sẵn có ở thị trường Việt Nam (xỉ lò cao hạt hóa, zeolite, phụ gia siêu dẻo Sika Viscoconcre 3000 - 20M, cát nhân tạo, cát vàng, đá dăm, nước) hoàn toàn có thể chế tạo được bê tông tự đầm có khả năng tự đầm tốt, có độ đồng nhất tốt, cường độ nén đạt được ở tuổi 28 ngày có thể đạt trên 90 MPa. Tài liệu tham khảo Ahmadi B, Shekarchi M, 2010. Use of natural zeolite as a supplementary cementitious material. Cement and Concrete Composites, 32(2), 134 - 141. Przemyslaw Czapik, 2017. Effects of natural zeolite particle size on the cement paste properties. Structure and Environment, 9(3), 180 - 190. Hoàng Phó Uyên, Vũ Quốc Vương, 2012. Công nghệ bê tông tự lèn, Nhà xuất bản Xây dựng. Chao Lung Hwang, Chao Yin Lin, 1986. Strengh development of blended blast furnace slag cement mortars. Journal of the Chinese Institute of Engineers, 9(3), 233 - 239. Kamal H. Khayat, G.D.S, 2014. Mechanical Properties of Self-Compacting Concrete: Springer. L. Zeghichi, Z.B., L. Baali, 2014. The effect of the kind of sands and additions on the mechanical behaviour of S.C.C. Physics Procedia, 55: p. 485-492 Nguyễn Viết Trung, Phạm Duy Anh, 2015. Bê tông tự đầm, Nhà xuất bản Xây dựng. Hajime Okamura, Masahiro Ouchi, 2003. Self-compacting concrete. Journal of Advanced Concrete Technology, 1(1), 5-15. M.Ouchi, 1998. History of Development and Application of Self Compacting Concrete. Proceedings of The International Workshop on Self Compacting Concrete, Kochi, Japan, 1-10. P. Nanthagopalan, M.S, 2011. Fresh and hardened properties of self-compacting concrete produced with manufactured sand. Cement & Concrete Composites, 33: p. 353-358.
386 Recommendation for Self Compacting Concrete, 1999. Japan Societ of Civil Engineers, Japan. Specification and Guidelines for Self Compacting Concrete, 2002. EFNARC, Association House, 99 West Street, Farnham, Surey GU 97 EN, UK. Thái Quang Minh, 2017. Nghiên cứu chế tạo bê tông tự lèn cường độ cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng xỉ lò cao - zeolite. Luận v n thạc sĩ, Đại học Xây dựng. Thái Quang Minh, 2018. Ảnh hưởng của hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao đến tính chất cơ lý của bê tông tự đầm cường độ cao. Tạp chí Xây dựng, 9, 276 - 280. Thái Quang Minh, Lê Văn Trí, Trần Thị Như Thảo, Võ Trung Kiên, Phạm Ngọc Minh, 2019. Nghiên cứu chế tạo vữa nền cường độ cao cho bê tông tự đầm sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng zeolite - xỉ lò cao. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Toàn Quốc VIETGEO 2019, NXB Khoa học và Kỹ thuật, trang 38 - 43. Research on use of manufactured sand and a mixture of zeolite - blast furnace slag to produce high strength - self compacting concrete Thai Quang Minh1,*, Le Van Tri2, Nguyen Hai Dang1, Nguyen Thi Tuyet Mai1 1 Hue University - Quang Tri Branch 2 Mien Trung University of Civil Engineering * Corresponding author: clapmidou@gmail.com Abstract In recent years, the research and application of high-strength self-compacting concrete is increasingly expanding because of its superior features compared to traditional concrete. The characteristic of self-compacting concrete is a large amount of powdered material, so to reduce the amount of cement, it is necessary to use mineral additives in large quantities. This has great technical, economic, and environmental implications. Until now, in Vietnam, the use of manufactured sand to replace natural sand as aggregate for concrete is increasingly being promoted due to the shortage leading to an increase in the cost of natural sand. In this paper, a mixture of mineral additives zeolite (ZL) - blast furnace slag (XLC) replaces Portland cement (PC) with the content of 50, 60% by volume, and natural sand (CTN) is replaced by manufactured sand (CNT) is 50% by volume. The results showed that the self-compacting concrete samples used the ratio ZL/XLC = 3/57 (by volume, replacing 60% of PC content) and CNT/CTN = 50/50 for compressive strength up to 91.37 Mpa while still ensuring good workability of concrete. Keywords: Self-compacting concrete, zeolite, blast furnace slag, manufactured sand.