Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền cho bê tông-bê tông cốt thép của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm tìm ra giải pháp khoa học, kinh tế và có tính khả thi trong điều kiện Việt Nam, nhằm nâng cao độ bền cho BT-BTCT của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền cho bê tông-bê tông cốt thép của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ BỀN CHO BÊ TÔNG – BÊ TÔNG CỐT THÉP CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN VIỆT NAM Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số : 62.58.40.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy Lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Vũ Quốc Vương Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. Ngô Trí Viềng Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Thúc Tuyên, Hội Thủy lợi Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS. Lương Đức Long, Viện Vật liệu Xây dựng – Bộ XD Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Thủy Lợi. Vào hồi 8h30 ngày 16 tháng 9 năm 2016 Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội
MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Việt Nam là quốc gia có đường bờ biển dài hơn 3260km và hiện đang chịu những ảnh hưởng nặng nề do tác động của biến đổi khí hậu, nhất là nước biển dâng gây ra. Các công trình biển nói chung và đê biển nói riêng hiện nay thường dùng đến vật liệu bê tông và bê tông cốt thép (BT-BTCT). Do làm việc trong môi trường biển phải chịu những tác nhân gây ăn mòn phá hủy mạnh đồng thời chịu tác động tổ hợp của nhiều yếu tố nên công trình biển bằng BT- BTCT có độ bền và tuổi thọ thực tế thấp hơn nhiều so với các công trình tương tự trong sông. Thiệt hại do những hư hỏng của các công trình này gây ra là rất đáng kể và nghiêm trọng. Để giảm bớt những tổn thất nặng nề cả về người và của, đẩy mạnh việc phát triển nền kinh tế biển và đảm bảo an ninh quốc phòng, việc tạo ra được các hệ thống đê và công trình bảo vệ bờ biển vững chắc, có độ bền cao và tuổi thọ dài là một vấn đề rất cần được quan tâm và chú trọng. Với ý nghĩa đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao độ bền cho bê tông-bê tông cốt thép của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam”. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Tìm ra giải pháp khoa học, kinh tế và có tính khả thi trong điều kiện Việt Nam, nhằm nâng cao độ bền cho BT-BTCT của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đối với bê tông và bê tông cốt thép các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển thường xuyên chịu tác động của nước biển, sóng và bão; - Tập trung vào nghiên cứu nâng cao độ bền cho bê tông và lấy bê tông để bảo vệ cốt thép, từ đó tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ cho cả bê tông và bê tông cốt thép các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam. 5. Phương pháp nghiên cứu Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, bao gồm cả phần thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường. 1
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Phân tích, đánh giá được những tác động gây nên sự phá hoại kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng BT-BTCT, từ đó lựa chọn giải pháp thích hợp là sử dụng kết hợp các loại phụ gia để tạo ra một loại bê tông mới có độ bền cao dùng cho các công trình này. - Ý nghĩa thực tiễn: Lựa chọn được tỷ lệ phụ gia hợp lý, góp phần tạo ra kết cấu BT–BTCT có độ bền cao và hiệu quả kinh tế, từ đó đáp ứng yêu cầu to lớn trong xây dựng hệ thống đê và công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam. 7. Những đóng góp mới của luận án (1) Trên cơ sở phân tích khoa học đã lựa chọn được tổ hợp phụ gia gồm tro bay, silica fume và phụ gia hóa dẻo để chế tạo bê tông có độ bền cao dùng cho các kết cấu bê tông – bê tông cốt thép bảo vệ mái đê và bờ biển Việt Nam. (2) Bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được tỷ lệ phụ gia hợp lý đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và cải thiện độ bền dưới tác động của các yếu tố hóa học, cơ học của bê tông dùng cho kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển. Đã chế tạo được tấm lát mái theo cấp phối đề xuất và thử nghiệm thành công cho mái đê biển Giao Thủy – Nam Định. (3) Xây dựng được “Phần mềm tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia” tiện dụng, đơn giản giúp cho việc xác định thành phần vật liệu thí nghiệm bê tông nhanh chóng và đảm bảo chính xác. 8. Cấu trúc của luận án: Gồm 4 chương chính Chương 1: Tổng quan về kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng BT-BTCT; Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu; Chương 3: Xác định tổ hợp phụ gia để nâng cao độ bền cho BT-BTCT của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển; Chương 4: Ứng dụng bê tông có độ bền cao cho cấu kiện bảo vệ mái đê biển Giao Thủy – Nam Định. 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN BẰNG BÊ TÔNG – BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1. Hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển bằng BT-BTCT 1.1.1 Khái quát về các dạng kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Dựa vào hình thức mặt cắt ngang đặc trưng, đê biển có thể được phân thành 3 loại: Đê tường đứng; Đê mái nghiêng, có hoặc không có cơ đê ở hai phía; Đê hỗn hợp, trên nghiêng dưới đứng, hoặc trên đứng dưới nghiêng. Trong những bộ phận cấu tạo nên đê biển, phần trực tiếp chịu tác động của sóng, dòng chảy và thủy triều là những điểm xung yếu, dễ bị phá hoại, có ảnh hưởng nhiều đến sự an toàn của mỗi tuyến đê và chiếm tỷ lệ kinh phí đáng kể trong các dự án đê điều hiện nay thường được chế tạo bằng vật liệu BT-BTCT. 1.1.2 Hiện trạng hư hỏng Kết quả khảo sát hiện trạng cho thấy hầu hết các công trình bằng BT-BTCT đều nằm trong tình trạng ăn mòn phá hủy dẫn đến giảm độ bền, tuổi thọ, mặc dù ở mức độ khác nhau. Tình trạng ăn mòn phá hủy các công trình phụ thuộc vào điều kiện môi trường, vị trí của kết cấu công trình nằm chìm trong nước biển, vùng nước lên xuống, sóng đánh hay trên môi trường không khí biển. 1.1.3 Nguyên nhân hư hỏng - Các công trình được xây dựng ở vùng biển hoặc ven biển chịu tác động trực tiếp của những thành phần của môi trường khí hậu biển gồm: Thành phần hóa học của nước biển; Nhiệt độ; Áp lực thủy tĩnh; Thủy triều; Sóng; Sương mù và bụi nước; Băng nổi và sinh vật biển. - Các kết cấu BT-BTCT làm việc trong môi trường biển có thể bị phá hoại dưới các hình thức: Phá hoại bê tông do tác động vật lý và cơ học; Phá hoại bê tông do tác động hóa học và sinh học; Phá hoại cốt thép do tác động hóa học. - Kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển là đối tượng nghiên cứu chính của luận án thuộc vùng nước lên xuống là vùng chịu tác động nguy hiểm nhất của môi trường biển do phải chịu ảnh hưởng đồng thời của cả quá trình ăn mòn cốt thép, tác động mài mòn cơ học va đập và ăn mòn hóa học, vi sinh đối với bê tông, vì vậy sức phá hoại là rất lớn. 3
1.2. Tình hình nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT làm việc trong môi trường biển 1.2.1 Các nghiên cứu trên thế giới Vấn đề nghiên cứu ăn mòn, phá hủy và biện pháp tăng độ bền cho các công trình BT-BTCT nói chung đã được các nước phát triển trên Thế giới quan tâm từ năm 1920. Nhiều nước đã hình thành các trung tâm nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ công trình qui mô lớn, đã có nhiều nhà khoa học Quốc tế chuyên sâu nghiên cứu về vấn đề này, nhiều sách chuyên ngành được phát hành và rất nhiều bài báo khoa học được đăng trên các tạp chí. 1.2.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ công trình biển đã được tiến hành từ năm 1970. Một số đơn vị đã có bề dày trong lĩnh vực nghiên cứu này. Một số hội thảo chuyên đề đã được tổ chức với các báo cáo nghiên cứu chuyên sâu có giá trị. Nhiều đề tài thực hiện ở các cấp, luận án tiến sĩ, thạc sĩ đã tiến hành nghiên cứu về giải pháp nâng cao độ bền cho công trình BT-BTCT trong môi trường biển, hay nghiên cứu cải thiện tính năng của BT-BTCT thường thành loại bê tông chất lượng cao, siêu cao cũng là loại bê tông có khả năng ứng dụng tốt cho các công trình biển. 1.2.3 Phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu đã công bố Nhận xét về các kết quả NC đã công bố được tóm tắt như sau: (1) Chưa có NC nào ứng dụng cụ thể cho BT-BTCT kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển; (2) Số giải pháp NC đã được triển khai áp dụng vào thực tế còn ít; (3) Có NC sử dụng loại XM đặc chủng thay thế XMPo thông thường . Tuy nhiên, các loại XM này thường có giá thành cao hoặc không sẵn trên thị trường dẫn đến công trình có chi phí cao và đôi khi không chủ động được nguồn cung cấp; (4) Có NC chỉ sử dụng một loại PG nên giải pháp đưa ra chưa được toàn diện; (5) Số NC thí nghiệm chỉ tiêu độ mài mòn còn ít, hoặc dùng phương pháp thí nghiệm chưa phù hợp với điều kiện tác động của sóng và dòng chảy biển nên chưa đánh giá đúng tính hiệu quả của giải pháp được chọn; (6) Các thí nghiệm đánh giá độ thấm ion Cl- đều dùng phương pháp gián tiếp mà không đánh giá 4
trực tiếp lượng ion Cl- có trong BT; (7) Hầu hết các NC tiến hành thí nghiệm trong thời đoạn ngắn như 7, 28, 90 ngày; như vậy kết quả đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phụ gia đối với các tác động của môi trường biển chưa được chính xác; (8) Một số NC chế tạo BT cường độ cao hay siêu cao với mác thiết kế lên đến 60-:-100MPa. Các NC này không phù hợp cho BT công trình bảo vệ mái đê và bờ biển vì thực tế các kết cấu này thường chỉ yêu cầu mác 25-:-30MPa. 1.2.4 Định hướng nghiên cứu trong luận án (1) Quan điểm về giải pháp chống ăn mòn cho kết cấu BT-BTCT thực hiện trong đề tài là “nâng cao độ bền cho bê tông, lấy bê tông bảo vệ cốt thép”; (2) Nghiên cứu nâng cao độ bền cho BT cả về mặt cơ học và hóa học; (3) Thí nghiệm chỉ tiêu mài mòn theo đúng điều kiện tác động thực vào kết cấu; (4) Xác định trực tiếp lượng ion Cl- xâm nhập vào BT ở những vị trí khác nhau, sau những khoảng thời gian khác nhau để có cơ sở đánh giá chính xác hơn khả năng bảo vệ cốt thép của BT; (5) NC theo hướng sử dụng nguồn vật liệu sẵn có trong điều kiện Việt Nam, có sự kết hợp của một số loại với nhau nhằm đưa ra một giải pháp toàn diện về mặt kỹ thuật mà vẫn đảm bảo tính kinh tế và khả thi khi áp dụng thực tế. 1.3 Cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT của kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển trong điều kiện Việt Nam 1.3.1 Các giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT công trình biển 1.3.1.1 Giải pháp nâng cao độ bền ăn mòn (1) Thay đổi thành phần khoáng của xi măng; (2) Biến đổi sản phẩm thủy hóa của xi măng; (3) Tăng độ đặc cấu trúc bê tông; (4) Ngăn cách bê tông với môi trường ăn mòn; (5) Ngăn chặn sự xâm nhập ion Cl- vào trong BT. 1.3.1.2 Giải pháp nâng cao độ bền mài mòn (1) Tăng cường độ đá xi măng; (2) Tăng cường độ vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng. 1.3.2 Phân tích lựa chọn giải pháp thích hợp cho BT-BTCT kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển Sau khi xem xét các giải pháp, LA chọn cách dùng kết hợp một số loại phụ gia để thỏa mãn: (1) Biến đổi sản phẩm thủy hóa xi măng để vô hiệu hóa các thành 5
phần gây hại bê tông; (2) Tạo nên những sản phẩm thủy hóa có mức độ kết tinh cao, sắp xếp chặt chẽ; (3) Hạn chế sự khuyếch tán ion Cl-; (4) Nâng cao độ đặc chắc của bê tông, đặc biệt là vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng. 1.3.3 Phân tích lựa chọn tổ hợp phụ gia Sau khi phân tích LA lựa chọn tổ hợp phụ gia cuối cùng dùng cho nghiên cứu gồm: Tro bay+ Silica fume+Phụ gia hóa dẻo giảm nước. Hình 1-26. Sơ đồ tóm tắt vai trò, tác dụng của các loại PG dùng trong NC 1.4 Kết luận chương 1 (1) Làm rõ nguyên nhân , cơ chế phá hủy các kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển là do tác động đồng thời của nhiều tác nhân từ môi trường biển mà hai yếu tố chính là tác động hóa học và tác động cơ học; (2) Chọn được giải pháp nâng cao độ bền cho BT-BTCT kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển là biến đổi các sản phẩm thủy hóa của xi măng, nâng cao độ đặc chắc, giảm độ thấm và khuếch tán ion Cl- vào trong bê tông và dùng bê tông để bảo vệ cốt thép; (3) Làm rõ cơ sở khoa học để đưa ra phương án sử dụng tổ hợp phụ gia gồm tro bay, silica fume và phụ gia hóa dẻo để nâng cao cường độ, độ bền cho BT- BTCT kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển, đảm bảo mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật, kinh tế và có tính khả thi trong điều kiện Việt Nam 6
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu Xi măng Bút Sơn PC40 (TCVN 2682:2009); Tro tuyển Phả Lại (TCVN 10302:2014); Silica fume của hãng Castech (TCVN 8827:2011); Cát Sông Lô (TCVN 7570:2006); Cát tiêu chuẩn:của Viện VLXD (TCVN 6227:1996); Đá dăm Kiện Khê (TCVN7570:2006); Phụ gia hóa dẻo HWR100 của Castech; Dùng nước từ nguồn cấp nước sinh hoạt (TCVN 4506:2012). 2.2. Các phương pháp thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu 2.2.1 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu: TCVN 4030, TCVN 6016, TCVN 6017, TCVN 8827, TCVN 7131, TCVN7572 2.2.2 Các tiêu chuẩn thí nghiệm vữa Đề xuất thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính bằng vữa tươi với độ lưu động được cố định dựa trên độ dẻo của vữa đối chứng chỉ có xi măng. 2.2.3 Các tiêu chuẩn thí nghiệm bê tông - TCVN3105, TCVN3106, TCVN3108, TCVN3113, TCVN 3115, TCVN3118; - Đề xuất dùng 3 phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn nước ngoài gồm: + Xác định tính thấm nước theo phương pháp đo độ thấm xuyên sâu theo EN 12390-8, sau đó dựa vào phương trình Valenta xác định hệ số thấm; + Xác định độ mài mòn theo ASTM C1138 đảm bảo đánh giá đúng thực trạng tác động mài mòn của sóng, dòng chảy và thủy triều có lẫn các hạt rắn; + Xác định độ thấm ion Cl- bằng máy CL-3000 phù hợp với ASTM C1152. 2.2.4 Các phương pháp thí nghiệm hiện đại phi tiêu chuẩn - Thí nghiệm phân tích tia rơnghen X-Ray - Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TGA - Thí nghiệm chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét SEM 2.3 Phương pháp tính toán thành phần bê tông dùng trong nghiên cứu Tính toán thành phần bê tông theo hướng dẫn của Bộ Xây dựng trong cuốn “Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại” có bổ sung thêm phần xét đến đặc thù của bê tông có sử dụng phụ gia để đảm bảo tính chính xác cho kết quả tính toán được cho phần thực nghiệm . 7
Ảnh chụp thí nghiệm thấm theo phương pháp đo độ thấm xuyên sâu như trên hình 2-8. Ảnh chụp thí nghiệm mài mòn bê tông trong nước như trên hình 2-9. Hình 2-8. Mẫu bê tông sau khi ép bửa và đo độ thấm xuyên sâu Hình 2-9. Máy và mẫu thí nghiệm độ mài mòn BT theo tiêu chuẩn ASTM C1138 2.4 Kết luận chương 2 (1) LA sử dụng các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn để xác định những chỉ tiêu cần thiết cho các loại vật liệu sử dụng trong NC; (2) Từ những kết quả phân tích về hạn chế của một số phương pháp thí nghiệm nếu áp dụng cho đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận án, tác giả đề xuất: + Điều chỉnh phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính, phương pháp tính toán thành phần BT khi có sử dụng phụ gia; + Áp dụng 3 tiêu chuẩn nước ngoài mà các nghiên cứu trước đây về bê tông công trình biển chưa sử dụng; Các phương pháp thí nghiệm và tính toán theo đề xuất giúp đánh giá chính xác các chỉ tiêu, thành phần của BT và đảm bảo phù hợp với điều kiện làm việc thực của đối tượng nghiên cứu trong LA là kết cấu bảo vệ mái đê và bờ biển. 8
CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH TỔ HỢP PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ BỀN CHO BT-BTCT CỦA KẾT CẤU BẢO VỆ MÁI ĐÊ VÀ BỜ BIỂN 3.1 Tổng quát - Tiến hành thí nghiệm từ tổ hợp vật liệu nhỏ là xi măng và hỗn hợp chất kết dính, đến tổ hợp vật liệu lớn hơn là vữa, rồi cuối cùng đến tổ hợp vật liệu lớn nhất cũng chính là đối tượng nghiên cứu chính của luận án là bê tông; - Dùng bốn tỷ lệ PGK thay thế xi măng là: 30% tro bay+0% silica fume-T30S0, 25% tro bay+5% silica fume-T25S5, 20% tro bay+10% silica fume-T20S10, 15% tro bay+15% silica fume-T15S15 và bốn tỷ lệ phụ gia hóa dẻo so với lượng dùng chất kết dính để nghiên cứu là 0,3%-P0,3; 0,35%-P0,35; 0,4%-P0,4; và 0,45%-P0,45. 3.2 Xác định các chỉ tiêu của xi măng và chất kết dính 3.2.1 Lượng nước tiêu chuẩn: Kết quả thí nghiệm cho thấy - Về vai trò của phụ gia hóa dẻo giảm nước: Các mẫu có sử dụng phụ gia hóa dẻo thì lượng nước tiêu chuẩn đều nhỏ hơn so với các mẫu không pha phụ gia. - Về ảnh hưởng của lượng tro bay và silica fume: Với cùng tỷ lệ phụ gia hóa dẻo, các mẫu có sử dụng phụ gia khoáng đều tuân theo một qui luật chung, đó là: mẫu chỉ dùng tro bay X-T30S0, thì lượng nước tiêu chuẩn giảm đi; trong khi các mẫu có sử dụng cả tro bay và silica fume, thì với tỷ lệ tro bay giảm dần và silica fume tăng dần thì lượng nước tiêu chuẩn dần tăng lên. 3.2.2 Các chỉ tiêu của đá xi măng 3.2.2.1 Xác định hàm lượng ion Cl- và lượng SO3: Kết quả cho thấy - Lượng thấm ion Cl- và hàm lượng SO3 của các tổ mẫu có pha phụ gia đều giảm so với mẫu đối chứng không pha phụ gia. - Xét về khả năng chống lại sự phá hoại do xâm thực của ion Cl- và sunphat trên các mẫu đá xi măng, thì cấp phối X-T20S10P0,4 được xem là tốt nhất, tiếp sau là cấp phối X-T25S5P0,4. 3.2.2.2 Các thí nghiệm phân tích hiện đại: Thể hiện trên các hình 3-4-:-3-9 Kết quả thí nghiệm trên các mẫu đá xi măng đã phần nào cho thấy hiệu quả sử dụng tổ hợp phụ gia để biến đổi sản phẩm thủy hóa, hạn chế các thành phần gây hại đối với BT-BTCT, đồng thời hạn chế sự xuất hiện các vết nứt do tác động ăn mòn gây ra, là cơ sở để tiếp tục tiến hành các thí nghiệm với vữa. 9
Hình 3-4. X-Ray mẫu X-T0S0P0, 28 ngày Hình 3-5. X-Ray mẫu X-T20S10P0,4 28 ngày Hình 3-6. TGA mẫu X-T0S0P0, 28 ngày Hình 3-7. TGA mẫu X-T20S10P0,4, 28 ngày Hình 3-8. SEM của mẫu X-T0S0P0, 28 và 60 ngày Hình 3-9. SEM của mẫu X-T20S10P0,4, 28 và 60 ngày 10
3.3 Xác định các chỉ tiêu của vữa 3.3.1 Lượng nước tiêu chuẩn của hỗn hợp vữa: Kết quả cho thấy - Khi sử dụng tro bay thay thế xi măng lượng nước yêu cầu tạo hỗn hợp vữa có độ dẻo tiêu chuẩn giảm đi một chút. Khi sử dụng silica fume thay thế xi măng thì lượng nước tiêu chuẩn tăng lên so với mẫu không có phụ gia khoáng và mẫu chỉ dùng tro bay thay thế xi măng. - Kết quả thí nghiệm xác định LNTC của xi măng và vữa phù hợp với lý thuyết đề cập về ảnh hưởng của hình dạng hạt tro bay và kích thước hạt silica fume đối với lượng nước yêu cầu khi dùng trong thành phần bê tông. 3.3.2 Cường độ vữa chất kết dính Dùng LNTC của hỗn hợp vữa để trộn, đúc mẫu xác định cường độ chất kết dính. Kết quả xác định được như ở bảng 3-6 và hình 3-11. Bảng 3-6. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chất kết dính CƯỜNG ĐỘ CHẤT KẾT DÍNH (MPa) TT KH MẪU R3 R28 R60 1 V-T0S0P0 26,1 47,6 48,4 2 V-T30S0P0 19,4 36,7 41,6 3 V-T25S5P0 18,5 35,5 39,6 4 V-T20S10P0 20,3 39,7 43,8 5 V-T15S15P0 17,8 35,6 40,2 Hình 3-11. Sự phát triển cường độ của các tổ mẫu vữa theo thời gian 11
3.3.3 Thí nghiệm chụp ảnh vi điện tử quét SEM Ca(OH)2 Hình 3-12. SEM của mẫu V-T0S0P0, 3 ngày và 28 ngày Hình 3-13. SEM của mẫu V-T20S10P0, 3 ngày và 28 ngày Kết quả cho thấy: Với mẫu không pha phụ gia V-T0S0P0 ở tuổi 28 ngày vẫn còn thấy rõ những tinh thể Ca(OH)2 hình thành dạng tấm, trong khi đó ở các mẫu có pha phụ gia không còn xuất hiện thành phần vôi này nữa, mà thay vào đó là sản phẩm thủy hóa CSH ở các dạng hình kim, kết bông hay tụ thành đám. 3.4 Xác định các chỉ tiêu của bê tông 3.4.1 Các yêu cầu của bê tông (1) Mác bê tông thiết kế là 30MPa; (2) Độ sụt yêu cầu của hỗn hợp bê tông là 5-:-6 cm; (3) Hình thức thi công là dùng máy trộn thủ công, đầm theo công nghệ đầm truyền thống; (4) Đảm bảo tuổi thọ lâu dài khi sử dụng. 3.4.2 Xác định thành phần bê tông 3.4.2.1 Xây dựng phần mềm tính toán thành phần bê tông có sử dụng PG Để thực hiện việc tính toán TPBT nói chung và TPBT có sử dụng phụ gia nói riêng, người tính toán phải mất khá nhiều thời gian khi phải tra nhiều bảng và nội suy các giá trị trong bảng tra. Nhằm giảm khối lượng và thời gian của bước 12
làm này, việc tính toán TPBT có sử dụng phụ gia được số hóa và lập trình theo ngôn ngữ Visual Basic trên cơ sở các bước như đề cập ở phần 2.3. 3.4.2.2 Tính toán thành phần bê tông khi chưa sử dụng phụ gia hóa dẻo Áp dụng “Phần mềm tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia” để tính toán cấp phối lý thuyết cho các tổ mẫu với lượng dùng phụ gia khoáng khác nhau, coi như chưa sử dụng phụ gia hóa dẻo. Kết quả tính toán trong bảng 3-7. Bảng 3-7. Các cấp phối và thành phần vật liệu trong bê tông theo tính toán Khối lượng vật liệu cho 1m3 bê tông (kg) TT KH mẫu N/CKD CKD XM TB SF C Đ N 1 B-T0S0P0 339 339 0 0 706 1224 185 0,545 2 B-T30S0P0 374 262 112 0 661 1203 185 0,495 3 B-T25S5P0 388 272 97 19 650 1199 185 0,477 4 B-T20S10P0 361 253 72 36 666 1206 185 0,512 5 B-T15S15P0 388 272 58 58 647 1198 185 0,477 3.4.2.3 Xác định thành phần bê tông sau khi thí nghiệm có pha PGHD Thí nghiệm kiểm tra độ lưu động để xác định lượng nước thực cần cho cả mẫu có và không có PGHD. Kết quả xác định được như trong bảng 3-8. Bảng 3-8. TPBT sau khi xác định lượng nước thỏa mãn độ lưu động yêu cầu Khối lượng vật liệu cho 1m3 bê tông (kg) N/ TT KH mẫu CKD CKD XM TB SF C Đ PGHD N 1 B-T0S0P0 339 339 0 0 706 1224 0 184 0,54 2 B-T0S0P0,3 339 339 0 0 706 1224 1,02 156 0,46 3 B-T30S0P0,3 374 262 112 0 661 1203 1,12 161 0,43 4 B-T25S5P0,3 388 272 97 19 650 1199 1,16 175 0,45 5 B-T20S10P0,3 361 253 72 36 666 1206 1,08 173 0,48 6 B-T15S15P0,3 388 272 58 58 647 1198 1,16 186 0,48 7 B-T0S0P0,35 339 339 0 0 706 1224 1,19 149 0,44 8 B-T30S0P0,35 374 262 112 0 661 1203 1,31 157 0,42 9 B-T25S5P0,35 388 272 97 19 650 1199 1,36 171 0,44 10 B-T20S10P0,35 361 253 72 36 666 1206 1,26 166 0,46 11 B-T15S15P0,35 388 272 58 58 647 1198 1,36 182 0,47 13
12 B-T0S0P0,4 339 339 0 0 706 1224 1,36 146 0,43 13 B-T30S0P0,4 374 262 112 0 661 1203 1,50 150 0,40 14 B-T25S5P0,4 388 272 97 19 650 1199 1,55 163 0,42 15 B-T20S10P04 361 253 72 36 666 1206 1,45 155 0,43 16 B-T15S15P0,4 388 272 58 58 647 1198 1,55 171 0,44 17 B-T0S0P0,45 339 339 0 0 706 1224 1,53 153 0,45 18 B-T30S0P0,45 374 262 112 0 661 1203 1,68 157 0,42 19 B-T25S5P0,45 388 272 97 19 650 1199 1,75 167 0,43 20 B-T20S10P045 361 253 72 36 666 1206 1,62 159 0,44 21 B-T15S15P0,45 388 272 58 58 647 1198 1,75 175 0,45 3.4.3 Cường độ nén, độ hút nước và khối lượng thể tích Các kết quả xác định 3 chỉ tiêu cường độ nén, độ hút nước và khối lượng thể tích của 21 cấp phối ở các ngày tuổi khác nhau như trong bảng 3-9. Bảng 3-9. Kết quả thí nghiệm cường độ, độ hút nước và khối lượng thể tích của BT Cường độ ở Các chỉ tiêu Các chỉ tiêu T các tuổi (MPa) 28 ngày tuổi 60 ngày tuổi T KH mẫu 3 7 14 KLTT Hp R KLTT Hp R ngày ngày ngày kg/dm3 % MPa kg/dm3 % MPa 1 B-T0S0P0 20,3 25,8 30,4 2,46 6,97 33,8 2,47 7,29 35,4 2 B-T0S0P0,3 18,7 27,5 35,1 2,50 6,30 38,6 2,51 6,28 40,5 3 B-T30S0P0,3 18,5 29,0 35,6 2,46 6,26 39,9 2,46 6,25 43,2 4 B-T25S5P0,3 19,1 28,4 36,1 2,44 6,20 40,2 2,45 6,18 43,3 5 B-T20S10P0,3 21,0 30,2 39,1 2,44 6,16 44,6 2,44 6,17 46,8 6 B-T15S15P0,3 19,7 29,0 36,5 2,42 6,18 41,6 2,42 6,18 44,8 7 B-T0S0P0,35 22,2 29,0 36,2 2,51 5,94 40,5 2,52 5,95 42,4 8 B-T30S0P0,35 21,0 30,5 37,2 2,46 5,92 42,0 2,46 5,94 45,2 9 B-T25S5P0,35 20,6 30,2 36,9 2,44 5,76 41,8 2,45 5,76 44,6 10 B-T20S10P0,35 22,8 32,2 40,5 2,45 5,73 45,7 2,45 5,72 49,1 11 B-T15S15P0,35 21,4 30,8 38,0 2,42 5,80 43,6 2,43 5,81 47,4 12 B-T0S0P0,4 24,3 32,5 40,2 2,51 5,50 44,0 2,51 5,51 45,4 14
13 B-T30S0P0,4 23,9 33,7 40,1 2,47 5,45 45,9 2,47 5,43 49,0 14 B-T25S5P0,4 23,7 32,9 39,7 2,45 5,26 45,0 2,46 5,30 48,5 15 B-T20S10P04 25,8 34,7 43,2 2,46 5,23 49,9 2,47 5,27 52,3 16 B-T15S15P0,4 24,5 33,4 40,5 2,44 5,30 46,9 2,44 5,31 50,1 17 B-T0S0P0,45 23,5 32,0 39,2 2,50 5,55 43,0 2,51 5,56 44,4 18 B-T30S0P0,45 23,0 32,7 39,3 2,46 5,54 44,1 2,46 5,53 46.0 19 B-T25S5P0,45 22,7 32,3 39,6 2,46 5,35 44,8 2,47 5,40 46.8 20 B-T20S10P045 24,9 33,7 42,6 2,50 5,31 48,5 2,51 5,36 50.8 21 B-T15S15P0,45 23,8 33,5 40,5 2,46 5,41 45,8 2,47 5,42 49,4 3.4.4 Tính thấm nước Xác định hệ số thấm tại thời điểm 60 ngày tuổi cho 9 tổ mẫu trong đó có 1 mẫu đối chứng không PG, 8 tổ mẫu có PG. Kết quả thí nghiệm như trong bảng 3-10. Bảng 3-10. Kết quả thí nghiệm hệ số thấm TT KH mẫu N/CKD K (cm/s) TT KH mẫu N/CKD K (cm/s) -10 1 B-T0S0P0 0,54 5,3*10 2 B-T30S0P0,35 0,42 4,5*10-11 6 B-T30S0P0,4 0,40 2,8*10-11 3 B-T25S5P0,35 0,44 3,8*10-11 7 B-T25S5P0,4 0,42 2,5*10-11 4 B-T20S10P0,35 0,46 3,0*10-11 8 B-T20S10P0,4 0,43 2,1*10-11 5 B-T15S15P0,35 0,47 3,7*10-11 9 B-T15S15P0,4 0,44 2,3*10-11 3.4.5 Độ mài mòn Xác định độ mài mòn tại thời điểm 60 ngày tuổi cho 9 tổ mẫu giống thí nghiệm thấm, kết quả như trong bảng 3-11. Bảng 3-11. Kết quả thí nghiệm độ mài mòn TT KH mẫu M(%) TT KH mẫu M(%) 1 B-T0S0P0 6,08 2 B-T30S0P0,35 5,25 6 B-T30S0P0,4 4,80 3 B-T25S5P0,35 5,28 7 B-T25S5P0,4 4,82 4 B-T20S10P0,35 5,18 8 B-T20S10P0,4 4,75 5 B-T15S15P0,35 5,25 9 B-T15S15P0,4 4,79 15
3.4.6 Độ thấm ion Cl- Hình 3-26. Mẫu thí nghiệm và sơ đồ vị trí các điểm lấy mẫu xác định lượng ion Cl- Bảng 3-12. Độ thấm ion Cl- sau 6, 12, 24 tháng tại các vị trí điểm đo khác nhau Nồng độ ion Cl- (%) tại các vị trí T KH mẫu Sau 6 tháng Sau 12 tháng Sau 24 tháng T 0cm 2cm 4cm 0cm 2cm 4cm 0cm 2cm 4cm 1 B-T0S0P0 0,76 0,422 0,141 1,126 0,648 0,198 1,835 0,835 0,278 2 B-T30S0P0,4 0,603 0,304 0,045 0,932 0,405 0,085 1,317 0,432 0,145 3 B-T25S5P0,4 0,584 0,217 0,037 0,814 0,272 0,080 1,226 0,300 0,118 4 B-T20S10P0,4 0,556 0,145 0,028 0,780 0,230 0,074 1,165 0,269 0,105 5 B-T15S15P0,4 0,562 0,178 0,030 0,802 0,254 0,081 1,194 0,275 0,121 3.4.7 Chỉ số pH Bảng 3-13. Chỉ số pH đo được sau 6, 12, 24 tháng tại điểm sâu 4cm TT KH mẫu 6 tháng 12 tháng 24 tháng 1 B-T0S0P0 12,2 11,5 11,4 2 B-T30S0P0,4 11,7 11,6 11,6 3 B-T25S5P0,4 11,6 11,5 11,4 4 B-T20S10P0,4 11,4 11,3 11,3 5 B-T15S15P0,4 11,5 11,4 11,3 3.5 Tính toán hiệu quả kinh tế 3.5.1 Mục đích tính toán hiệu quả kinh tế Mục đích tính toán hiệu quả kinh tế là đưa ra kết quả tính toán sơ bộ để so sánh giá thành vật liệu cho 1m3 BT giữa các phương án sử dụng cấp phối vật liệu 16
khác nhau. Với mục tiêu là đưa ra được một giải pháp hợp lý đảm bảo được cả yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, nên việc tính toán và so sánh sẽ được tiến hành với các phương án sử dụng tổ hợp phụ gia như trong nội dung nghiên cứu đã đề cập và phương án chỉ dùng xi măng pooclăng bền sunphat. 3.5.2 Tính chi phí vật liệu cho các cấp phối khác nhau LA chỉ tính chi phí vật liệu, coi biện pháp thi công áp dụng cho bê tông có và không có phụ gia là như nhau. Đơn giá vật liệu lấy tại thời điểm nghiên cứu. Kết quả tính toán chi phí vật liệu được thể hiện trên biểu đồ hình 3-37. Hình 3-37. Biểu đồ so sánh chi phí vật liệu giữa các phương án khác nhau Kết quả cho thấy: Ngoài cấp phối B-T15S15P0,4 có giá thành cao hơn, còn các cấp phối sử dụng PG đều có lợi hơn so với phương án dùng XMPo bền sunphat. 3.6 Phân tích lựa chọn tỷ lệ phụ gia hợp lý - Xét về mặt kỹ thuật, việc pha trộn phụ gia dù ở tỷ lệ nào đều cải thiện được các đặc tính của BT so với mẫu không có phụ gia. Phương án dùng tổ hợp PG cũng mang lại hiệu quả kỹ thuật tốt hơn so với XMPo bền sunphat là loại chỉ giải quyết được một loại ăn mòn cho BT là ăn mòn sunphat, còn các hình thức ăn mòn và phá hoại khác đối với BT và cốt thép thì chưa giải quyết được; - Xét về tính kinh tế, có 3 tổ hợp vật liệu dùng phụ gia B-T30S0P0,4; B-T25S5P0,4 và B-T20S10P0,4 có giá thấp hơn so với phương án chỉ dùng XMPo bền sunphat nên theo định hướng sẽ lựa chọn trong ba cấp phối này; - Kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của BT như cường độ, độ hút nước, độ chống thấm, độ chống mài mòn và độ thấm ion Cl- cho thấy cấp phối B- 17
T20S10P0,4 là tốt nhất, tiếp sau là cấp phối B-T25S5P0,4 có các chỉ tiêu kỹ thuật kém hơn so với cấp phối B-T20S10P0,4 một chút. Nếu xét về mặt kinh tế thì dùng tổ hợp B-T25S5P0,4 chi phí thấp hơn so với tổ hợp B-T20S10P0,4 nên có thể xem xét sử dụng khi muốn tiết kiệm chi phí. Hai cấp phối trên vừa đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật cho BT yêu cầu độ bền cao vừa đảm bảo chi phí ở mức vừa phải, các loại phụ gia dùng trong bê tông đều có nguồn cung cấp dồi dào và trữ lượng ổn định, hứa hẹn khả năng ứng dụng đại trà có triển vọng tốt. 3.7 Kết luận chương 3 (1) Trong khoảng khảo sát của LA với lượng tro bay từ 10-:-30%, silica fume từ 5-:-15%, phụ gia hóa dẻo từ 0,3-:-0,45%, các chỉ tiêu đạt được đối với xi măng, chất kết dính, vữa và bê tông có thể tóm tắt như sau: + Lượng nước tiêu chuẩn của hồ xi măng và hỗn hợp vữa giảm đi khi dùng tro bay và tăng lên khi dùng silica fume; + Các thí nghiệm phân tích hiện đại với đá xi măng và vữa rắn chắc cho thấy các mẫu dùng phụ gia đều có lượng Ca(OH)2 giảm đi và lượng CSH tăng lên so với mẫu đối chứng; + Lượng ion Cl-, SO3 trong các mẫu có phụ gia đều nhỏ hơn so với mẫu không có phụ gia; Chỉ số pH ở các mẫu có pha phụ gia chênh không nhiều so với mẫu không có phụ gia; + Các chỉ tiêu cơ học và vật lý gồm cường độ, độ hút nước, khối lượng thể tích, độ thấm nước, độ mài mòn đối với bê tông của mẫu có phụ gia đều được cải thiện so với mẫu không có phụ gia giúp cho việc cải thiện độ bền lâu dài cho kết cấu công trình. (2) Xây dựng được “Phần mềm tính toán thành phần bê tông có sử dụng phụ gia” có xét đến sự thay đổi chỉ tiêu vật lý, cơ học của chất kết dính khi sử dụng phụ gia khoáng với các tỷ lệ khác nhau đảm bảo chính xác khi tính toán. (3) So sánh kết quả tính toán sơ bộ chi phí vật liệu khi sử dụng tổ hợp XM Po thường kết hợp cùng PG (tro bay+silica fume+PGHD) với phương án chỉ dùng XM Po bền sunphat cho thấy ngoài tổ hợp B-T15S15P0,4 có chi phí cao hơn còn các tổ hợp khác đều có chi phí thấp hơn. Tổ hợp B-T20S10P0,4 tiết kiệm được 9% và tổ hợp B-T25S5P0,4 tiết kiệm được 17% so với dùng XM Po bền sunphat. (4) Chọn cấp phối tối ưu về kỹ thuật là B-T20S10P0,4. Trong trường hợp muốn tiết kiệm chi phí có thể xem xét sử dụng cấp phối B-T25S5P0,4. 18