Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu và silica Fume làm phụ gia cho bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các đặc trưng cường độ, mô đun đàn hồi, độ thấm ion clo, độ mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), độ thấm nước và chiều sâu thấm của các loại BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia kết hợp NS+SF. Đề suất khả năng ứng dụng của BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia kết hợp NS+SF trong thiết kế và thi công áo đường cứng khu vực miền Tây Nam Bộ.

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 vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu và silica Fume làm phụ gia cho bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ

1 1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu Bê tông xi măng là vật liệu quan trọng và phổ biến nhất trong ngành xây dựng, đồng thời tiêu thụ hầu hết xi măng được sản xuất ra trên thế giới. Sử dụng khối lượng lớn xi măng làm tăng khí thải CO2 và hậu quả là phát sinh hiệu ứng nhà kính. Phương pháp để hạn chế thành phần xi măng trong hỗn hợp bê tông là sử dụng silica hạt mịn. Một trong những loại bột silica có tiềm năng thay thế xi măng và phụ gia cho bê tông đó là nano SiO2 (NS) được điều chế từ tro trấu và sự kết hợp hai loại phụ gia nano SiO2 + silica Fume (SF). Tuy nhiên, hiệu quả thương mại của NS và SF là tổ hợp của nhiều yếu tố phức tạp, bao gồm quá trình làm sạch và sản xuất phức tạp đã khiến cho tính ứng dụng của loại vật liệu này vào ngành công nghiệp xây dựng còn hạn chế. Từ lâu, vật liệu silica được biết đến với những ứng dụng tuyệt vời như làm vật liệu xúc tác, vật liệu điện môi, chất hấp phụ khí, hấp phụ ion kim loại nặng, chất vô cơ... [62]. Để chế tạo loại vật liệu này có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như Sol-gel, kết tủa hóa học, phương pháp vi nhũ tương và kỹ thuật thủy nhiệt [85]. Việt Nam nói chung và khu vực miền Tây Nam Bộ nói riêng là quốc gia sản xuất gạo đứng thứ hai trên thế giới với sản lượng gạo ước tính trung bình đạt khoảng 42 triệu tấn trên năm [81]. Trấu sau khi cháy, các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu silica nhất đạt khoảng 85% đến 98% về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu Silica. Nguồn tro trấu khu vực miền Tây Nam Bộ là phế phẩm nông nghiệp hiện nay rất nhiều và đang gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng nguồn tro trấu để điều chế thành phụ gia NS ứng dụng vào trong BTXM cũng đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Nhưng sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF sẽ làm tăng các chỉ về mặt cơ học và hóa học của BTXM làm mặt đường ô tô thì chưa có nghiên cứu chuyên sâu ở Việt Nam. Do vậy Luận án “Nghiên cứu vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu và silica Fume làm phụ gia cho bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án - Thông qua quá trình điều chế vật liệu tro trấu thành sản phẩm phụ gia NS. Qua đó ứng dụng vật liệu nano SiO2 vào trong thành phần vữa xi măng và bê tông xi măng. - Xác định tỉ tệ hợp lý sử dụng phụ gia NS và sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF trong thiết kế thành phần BTXM theo yêu cầu về cường độ. - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các đặc trưng cường độ, mô đun đàn hồi, độ thấm ion clo, độ mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), độ thấm nước và chiều sâu thấm của các loại BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia kết hợp NS+SF. - Đề suất khả năng ứng dụng của BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia kết hợp NS+SF trong thiết kế và thi công áo đường cứng khu vực miền Tây Nam Bộ.
2 3. Phạm vi nghiên cứu của luận án - Tính toán thiến kế thành phần mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2. - Tính toán thiết kế thành phần bê tông xi măng sử dụng các phụ gia nano SiO2 và phụ gia kết hợp NS+SF. - Thí nghiệm xác định các đặc trưng cường độ, khả năng chống mài mòn, mô đun đàn hồi, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), độ chống thấm ion clo, chống thấm nước, của các loại bê tông sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF. - Tính toán các dạng kết cấu mặt đường BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF ứng dụng mặt đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ theo QĐ 3220 [28]. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. - Phương pháp phân tích đánh giá. 5. Bố cục của luận án Luận án gồm có phần Mở đầu, tiếp theo là 4 Chương, phần Kết luận và Kiến nghị, danh mục các công trình tác giả đã công bố, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục. 6. Những đóng góp mới của luận án - Tận dụng nguồn phế thải tro trấu của các nhà máy sản xuất gạch khu vực miền Tây Nam Bộ, thông qua quá trình điều chế thu được sản phẩm nano SiO2 thích hợp cho việc làm chất phụ gia vữa xi măng và BTXM. - Nghiên cứu đề xuất bảng cấp phối của vữa xi măng theo tỉ lệ NS (0.5 ÷ 2.0)%, tìm ra phương trình hồi quy Rn, Rku ở tuổi 28 ngày và biến tỉ lệ phụ gia NS max lớn nhất, làm cơ sở lựa chọn tỉ lệ thích hợp trong phạm vi thực nghiệm BTXM. - Đã thí nghiệm để đưa ra các thông số chủ yếu về cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, độ mài mòn, khả năng chống thấm ion clo, hệ số thấm và độ thấm sâu của BTXM; tính công tác của BTXM cấp C35 sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF trong kết cấu mặt đường ô tô; đề xuất cấu tạo các dạng kết cấu mặt đường ô tô BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF. Kiến nghị và phạm vi áp dụng. - Thực nghiệm tìm ra hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của bê tông xi măng cấp C35 sử dụng phụ gia NS là 10,408.10-6/0C; BTXM kết hợp phụ gia NS+SF là 7,967.10- / C; BTXM thông thường là 10,797.10-6/0C. 6 0 - Đề xuất ứng dụng kết cấu mặt đường BTXM khu vực miền Tây Nam Bộ: + Chiều dài tấm khi dùng BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM sử dụng kết hợp phụ gia NS+SF cho mặt đường BTXM có thể lên đến 5m, tăng 10% so với qui định hiện hành; + Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của tấm BTXM có sử dụng phụ gia NS và tấm BTXM có sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF có ảnh hưởng đến kết quả tính toán ứng suất nhiệt gây mỏi [σtr]. Hệ số này có khả năng làm giảm ứng suất nhiệt trong tấm, giảm vết nứt và tăng chiều dài tấm BTXM.
3 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Tận dụng vật liệu phế thải tro trấu của ngành nông nghiệp khu vực miền Tây Nam Bộ là góp phần làm giảm ô nhiểm môi trường, việc sử dụng sản phẩm phụ gia NS được điều chế từ tro trấu vào vữa xi măng và BTXM mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn. - Mặt đường BTXM khi có sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF sẽ làm giảm nhiệt thủy hóa, giảm ứng suất nhiệt trong tấm nên có thể ứng dụng làm lớp BTXM cho đường có qui mô giao thông cấp III trở xuống. - Xây dựng các công thức thành phần vật liệu và dạng kết cấu áo đường bằng BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS+SF có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư thiết kế, trong tương lai sẽ có nhiều công trình đường quốc lộ và đường cao tốc được xây dựng bằng vật liệu BTXM. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO SiO2 VÀ SILICA FUME LÀM PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Trong phần tổng quan trình bày các quy định chung đối với vật liệu BTXM làm mặt đường ô tô; khái quát về BTXM sử dụng phụ gia NS và phụ gia NS, ảnh hưởng của phụ gia khoáng đến các đặc tính của bê tông và các công trình nghiên cứu ứng dụng BTXM sử dụng hai loại phụ gia này trên thế giới và Việt Nam. 1.1 Tổng quan về vật liệu nano và ứng dụng vật liệu nano trong bê tông 1.1.1 Định nghĩa vật liệu nano Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, sẽ cần đến nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực Công nghệ, vật liệu nano để nâng cao đời sống xã hội. 1.1.2 Phân loại vật liệu nano + Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano); Ví dụ: Đám nano, Hạt nano... Hình 1.1 - Vật liệu nano không chiều + Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano ví dụ dây nano, ống nano,... Hình 1.2 - Vật liệu nano một chiều + Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do ví dụ: màng mỏng,...
4 Hình 1.3 - Vật liệu nano 2 chiều 1.2 Nghiên cứu ứng dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume cho bê tông xi măng 1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume trên thế giới 1.2.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano SiO2 vào trong bê tông Bê tông là một loại vật liệu composite. Như là một kết quả, sự vận động ở cấp độ nano trong bê tông có thể dẫn đến các tác động quan trọng đến tính chất của bê tông ở cấp độ vĩ mô. Nói một cách khác những thay đổi ở cấp độ nano ảnh hưởng đến tính chất của công trình sử dụng vật liệu khối [57]. Hình 1.4 dưới đây cho thấy sự phân bố kích thước hạt có trong bê tông thông thường so với các bê tông HPC/HSC và bê tông thiết kế có chứa nano SiO2 [66]. Hình 1.4 - Sự tương quan giữa kích thước hạt và diện tích bề mặt trong bê tông Mitchell et.al [70] đã kết luận rằng chỉ có những thay đổi nhỏ trong các mẫu 7 ngày, và sự hình thành CHS một cách rộng rãi chỉ bắt đầu từ 120 ngày. Theo Li [68] lượng muội silic phản ứng chậm, sau 90 ngày chỉ là 75%. Sự ảnh hưởng của nano SiO2 đến tính chất đông cứng được chỉ ra bởi Ye et.al [87]. Ye [87] cũng đã nghiên cứu dưới kính hiển vi bề mặt của hỗn hợp vữa-cốt liệu. Thấy rằng kích thước lớn nhất của tinh thể hạt CH trong các mẫu giảm từ 10µm ( mẫu vữa đối chứng) xuống còn 4 µm (mẫu vứa với 3% nano silica). Một vài các nghiên cứu khác cũng chỉ ra sự gia tăng đặc tính cường độ của vật liệu sử dụng xi măng khi sử dụng nano SiO2 như là vật liệu thay thế xi măng, và các tính năng đều cao hơn khi so sánh với sử dụng muội silic [63][69]. Nghiên cứu của Jo [63] đã cho thấy cường độ chịu nén của vữa gia tăng đáng kể với chất phụ gia nano SiO2 so với muội silic. Li et.al [68] thông qua phân tích dưới kính hiển vi SEM của các mẫu đá xi măng, đã đưa đến kết luận rằng nano SiO2 cải thiện được cấu trúc vi mô của đá xi măng. Hình 1.5 (a) và hình 1.5 (b) là hình ảnh dưới kính hiển vi của đá xi măng đã thủy hóa không có và có nano SiO2, được trích từ Li et al [68].
5 Hình 1.5 - Cấu trúc vi mô của BTXM không có nano SiO2 (a) và BTXM có nano SiO2 (b) (1,2,3 chỉ thị tinh thể CH, cụm CSH, và lỗ mao dẫn). Mondal et.al [71] rút ra kết luận được đưa ra là nano SiO2 không ảnh hưởng tới môđun đàn hồi và độ cứng của 2 loại CHS. Tuy nhiên tỉ lệ thể tích của CHS có độ cứng cao tăng lên 50% khi mà nano SiO2 thay thế 18% khối lượng xi măng. Kết quả này trong một loại đá xi măng cường độ cao hơn và bền hơn [71]. Tính thấm nước và lượng nước hấp phụ của bê tông là hai đặc tính ảnh hưởng đến độ bền. Đặc tính thấm nước của bê tông sử dụng nano SiO2 đã được nghiên cứu bởi Ji [61]. Theo nghiên cứu, khi các hạt nano SiO2 được phân tán không tốt trong đá xi măng, chúng sẽ tích tụ hoặc tạo thành đám [69]. + Mô hình tính năng của bê tông nano; Lý thuyết đồng nhất; Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). K. Sobolev nhận ra rằng bằng cách sử dụng vật liệu nano SiO2, độ bền, độ cứng của bê tông xi măng có thể được tăng lên. Gần đây nhất là Brian Green đã sử dụng nano SiO2 để giảm tính thấm và tăng cường độ chịu nén của bê tông xi măng [53]. Một số tính chất của xi măng Portland III được thay thế bằng nano silica với tỷ lệ phần trăm 1, 3, 5 và 10% đã được đánh giá. Kết quả cho thấy nano SiO2 từ 5% bắt đầu có ảnh hưởng tích cực đến cường độ của vữa và với 10% cải thiện cường độ nén so đối với mẫu đối chứng [49]. Mostafa và Brown [50] cho rằng, vai trò chủ yếu của xi măng Portland đang trở nên ít hơn và đã dần dần nhường chỗ cho xi măng hỗn hợp, điều này chủ yếu là vì lý do môi trường, kinh tế và công nghệ. 1.2.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu silica Fume vào trong bê tông P.Vinayagam (2012) đã tiến hành thí nghiệm với SF thay thế xi măng từ 0 đến 15% và phụ gia siêu dẻo cho bê tông tính năng cao [75]. Hooton (Hooton, 1993) đã tiến hành các thí nghiệm bằng việc thay thế xi măng bằng SF và thí nghiệm nghiên cứu tính chất cơ lý và độ bền của bê tông khi đóng băng và băng tan, độ bền Sunphát và phản ứng kiềm-silica [59]. Yogendran và Langan (Yogendran và Langan, 1982) đã khảo sát về bê tông cường độ cao sử dụng Silica Fume với tỷ lệ (N/X = 0,34) [82]. Annadurai và Ravichandran, (2014), kết quả thí nghiệm cho thấy việc bổ sung SF tăng cường độ nén và giảm độ sụt của bê tông [47].
6 Theo Shanmugavalli [78], cấp phối sử dụng 10% silica Fume thay thế xi măng sẽ cải thiện đáng kể khả năng chịu nén của bê tông do có hàm lượng pozzolanic tự nhiên cao, giúp phản ứng với calcium hydroxide để hình thành thể gel calcium silicat hydrate tăng cường cơ học cho bê tông. 1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume ở Việt Nam 1.2.2.1 Phụ gia khoáng silica từ tro trấu và nano SiO2 từ tro trấu Vỏ gạo sau khi cháy các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO2 nhất, đạt khoảng 80 đến 90% về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu SiO2 [81]. Luận án tiến sĩ Trần Thị Thu Hà (2010) giảng viên bộ môn đường bộ - Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội, cũng đã nghiên cứu thành công tro trấu ứng dụng làm “Bê tông xi măng sử dụng đá vôi và các chất độn có chứa hàm lượng ôxít silic cho điều kiện Việt Nam” [8]. TS. Đào Văn Đông (2008) “Ảnh hưởng của phụ gia tro trấu đến các tính chất của bê tông cường độ cao [5]. TS. Đào Văn Đông “Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia tro trấu ở Việt Nam” [6]. PGS.TS Đào Văn Đông “Nghiên cứu đánh giá chất lượng và khả năng sử dụng một số loại phụ gia tro trấu cho bê tông xi măng cường độ cao ở Việt Nam” [7] Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Phạm Duy Hữu, Vũ Việt Cường, Vương Đặng Lê Mai, Đặng Thị Thanh Lê, cũng cho kết quả: nano SiO2 làm tăng cường độ chịu nén của bê tông xi măng 40% tro bay, đặc biệt ở tuổi sớm 3 ngày. Mức tăng này tỉ lệ với hàm lượng sử dụng, cụ thể 15,9% với 1% nano SiO2 và 46,8% với 2% nano SiO2 [14]. ThS. Nguyễn Tiến Trung (2008) đã nghiên cứu độ thấm ion clo bằng phương pháp điện lượng của các loại bê tông sử dụng kết hợp 5% tro trấu (TT) và 15% TB, bê tông dùng 4%MS và 20%TB [23]. ThS. Ngọ Văn Toản – Viện Khoa học và Công nghệ Xây dựng, cũng đã công trình “Nghiên cứu ảnh hưởng của Tro trấu và phụ gia siêu dẻo tới tính chất của hồ, vữa bê tông xi măng” [25]. 1.2.2.2 Phụ gia khoáng silica Fume Khi sử dụng phụ gia khoáng silica Fume, hàm lượng 10% silica Fume là tối ưu để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao, khi đó cường độ nén đạt được lớn nhất là 152MPa và 160MPa [21]. GS.TS. Phạm Duy Hữu và cộng sự (2008) nghiên cứu độ thấm ion clo của bê tông cấp 60 và 80 MPa sử dụng kết hợp 15%TB và 7%MS [11]. TS. Phan Đức Hùng, TS. Lê Anh Tuấn công bố công trình khoa học “Cường độ chịu nén của bê tông sử dụng sợi Poly-Propylene và silica Fume” trình bày ảnh hưởng của sợi poly-propylene và silica Fume đến cường độ nén của bê tông [15]. Tác giả Nguyễn Quang Phú - Trường Đại học Thủy Lợi (2015) “Thiết kế bê tông tính năng cao sử dụng siluca Fume và phụ gia siêu dẻo” [20].
7 1.3 Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông xi măng cho thiết kế kết cấu mặt đường ô tô ở Việt Nam 1.3.1 Cường độ của bê tông xi măng 1.3.2 Mô đun đàn hồi 1.3.3 Độ co ngót và hệ số giãn nở nhiệt tấm bê tông xi măng 1.3.4 Độ mài mòn 1.4 Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu. Chương 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA SILICA FUME VÀ NANO SiO2 ĐIỀU CHẾ TỪ TRO TRẤU CHO VỮA - BÊ TÔNG XI MĂNG Sản phẩm nano SiO2 có diện tích bề mặt khoảng 258,3 m2/gam, phân tích cho thấy SiO2 là thành phần chính trong tro trấu và chiếm tỉ lệ về khối lượng khá cao 85,40%. Việc sử dụng kết hợp hai loại phụ gia NS+SF. Phụ gia silica Fume và phần vô định hình của nano SiO sẽ phản ứng với Ca(OH)2 được tạo ra do thuỷ hoá xi măng. Phản ứng tạo ra gel CHS (CaO.H2O.SiO2) liên kết chặt chẽ hơn với cốt liệu và đồng thời làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 không có lợi sinh ra trong thuỷ hoá xi măng. Tuy nhiên hạt NS cực mịn nên lấp đầy các khe kẻ nhỏ nhất làm cho vữa và bê tông xi măng đặc chắc hơn. Thực nghiệm tìm ra được phương trình hồi quy mẫu vữa 28 ngày tuổi Rn, Rku và giá trị biến tỉ lệ phụ gia NS max lớn nhất. Cơ sở lựa chọn tỉ lệ thích hợp trong phạm vi nghiên cứu thực nghiệm cho BTXM sử dụng phụ gia NS (0.5 ÷ 2.0)%. 2.1 Nghiên cứu các loại phụ gia cho bê tông xi măng 2.1.1 Khái niệm phụ gia 2.1.2 Phân loại phụ gia 2.2 Quá trình thủy hóa của xi măng pooclăng 2.3 Giới thiệu tro trấu và kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu khu vực miền Tây Nam Bộ 2.3.1 Giới thiệu tro trấu Tro trấu được lấy mẫu từ nhà máy gạch khối Tân Kỷ Nguyên tọa lạc tại khu công nghiệp Thịnh Phát, huyện Bến Lức, tỉnh Long An. Công suất lò hơi tiêu thụ lượng trấu khoảng 20 tấn trấu/ngày và thải môi trường khoảng 4 tấn tro/ngày. Để chế tạo loại vật liệu nano SiO2 từ tro trấu có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như sol-gel, kết tủa hóa học.. [85]. Hình 2.1- Lò hơi công nghiệp nhà máy Hình 2.2 - Mẫu tro trấu được lấy từ nhà Gạch Khối Tân Kỷ Nguyên máy Gạch Khối Tân Kỷ Nguyên
8 2.3.2 Kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu Nano SiO2 sử dụng trong luận án được chế tạo từ tro trấu tại Phòng Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Hóa và Môi trường - Trung tâm Nghiên cứu Phát triển & Chuyển giao Công nghệ - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Nano SiO2 thu được ở dạng bột, màu trắng rất mịn [16][17]. Hình 2.3- Mẫu tro trấu trước khi điều chế Hình 2.4 – Sản phẩm thu được nano SiO2 - EDX (Phổ tán sắc năng lượng tia X) Nano SiO2 sử dụng trong luận án được phân tích EDX tại Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, kết quả như hình 2.9 cho thấy, vật liệu SiO2 điều chế được có thành phần nguyên tử chủ yếu là Si (28,78%) và O (57,92%), tỷ lệ % nguyên tử Si/O xấp xỉ 1/2 003 1000 900 OKa SiKa 800 700 Element (keV) Mass% Atom% 600 C K 0.277 8.44 13.31 Counts 500 O K 0.525 48.91 57.92 Si K 1.739 42.66 28.78 400 Total 100.00 100.00 CKa 300 200 100 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Hình 2.5 - Phổ EDX và thành phần các nguyên tố trong mẫu SiO2 - XRD (Kỹ thuật nhiễu xạ tia X) Nano SiO2 sử dụng trong luận án được phân tích nhiễu xạ tia X tại Viện khoa học vật liệu ứng dụng Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phồ Hồ Chí Minh. Hình 2.6 - Giản đồ XRD của mẫu SiO2 Giản đồ XRD của mẫu bột SiO2 được thực hiện ở hình 2.6. Từ kết quả XRD cho thấy, mẫu tồn tại chủ yếu ở dạng pha tinh thể SiO2 thuộc hệ mạng một nghiêng monoclinic, đỉnh pic đặc trưng ứng với góc 2 khoảng 19,760. Bên cạnh pha tinh thể mẫu SiO2 còn lẫn một ít pha SiO2 vô định hình.
9 - SEM (Kính hiển vi điện tử quét) Mẫu nano SiO2 trong luận án được thí nghiệm SEM tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung Ương, kết quả như hình 2.7. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM của mẫu bột SiO2 được chụp trên thiết bị Hitachi-S4800. Ảnh TEM được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL-Nhật Bản). - TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua) Mẫu nano-silica trong đề tài được thí nghiệm TEM tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung Ương, kết quả ảnh TEM thu được như hình 2.8 Ảnh TEM cho thấy xuất hiện hạt tinh thể rõ ràng, các hạt rất nhỏ (khoảng 10 đến 20 nm) và phân bố khá đồng đều. Hình 2.7 - Ảnh SEM của mẫu SiO2 Hình 2.8 - Ảnh TEM của mẫu SiO2 - BET (Brunauer-Emmett-Teller ) Kết quả BET trên vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu sử dụng trong luận án được chụp tại Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh có tỉ diện tích bề mặt rất lớn khoảng 258,3 m2/gam. 2.4 Cơ sở khoa học kết hợp hai loại phụ gia nano SiO2 và silica Fume 2.4.1 Ảnh hưởng của các hạt nano SiO2 tăng cường độ của bê tông xi măng 2.4.1.1 Đặc tính của nano SiO2 (NS) Nano SiO2 là một dạng vật liệu silica tinh thể và vô định hình với kích thước hạt nhỏ hơn 100 nm, có nghĩa là kích thước hạt của nó nhỏ hơn muội silic. Các lý thuyết trong trong phần trình bày tác giả chỉ nghiên cứu với NS có đường kính từ 7-40 nm và độ tinh khiết khoảng 85,4% SiO2. 2.4.1.2 Tác động của nano SiO2 đến hồ xi măng, vữa và bê tông Nghiên cứu của Qing (2007) đã chỉ ra rằng cường độ của đá xi măng, và của vữa sử dụng NS tăng nhiều hơn so với sử dụng cùng một lượng muội silic [73]. Belkowitz và Armentrout (2009) đã chỉ ra rằng NS làm tăng cường độ chịu nén của đá xi măng hiệu quả hơn so với muội silic, đặc biệt là ở tuổi sớm [64]. Nghiên cứu của Li (2004) cũng đã chỉ ra với 5% lượng xi măng được thay thế bằng NS (đường kính 15±5 nm), cường độ chịu nén ở 7 và 28 ngày cũng tăng tương ứng là 20 và 17% [69]. Jo (2007) cũng đưa ra được kết quả tương tự [63]. Schoepfer và Maji (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của silica với đa dạng kích thước hạt (150, 100, 40, 12, 7 nm) đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông với hàm lượng nhỏ (18% của tro bay) [79]. 2.4.1.3 Phân tán hạt nano Silica Wang và cộng sự [83], Kết quả là tạo thành các luồng chất lỏng tốc độ cao và ứng suất cơ học giữa các hạt, điều này sẽ phá vỡ lực hấp dẫn giữa các hạt nano như hình 2.9, như vậy sự phân tán và phân tách các đám ngưng tụ hiệu quả hơn.
10 Hình 2.9 - Sự phân tán và tan ngưng tụ của các hạt nano (a) trước khi trộn siêu âm (b) sau khi trộn siêu âm Hình 2.10 - Kết quả phân tán bằng phương pháp siêu âm của các hạt silica trong nước * Nhận xét: Từ các phân tích trên có thể nhận xét các hạt nano SiO2 làm gia tăng hàm lượng màng C-H-S bằng cách là hạt trung tâm cho các sản phẩm thủy hóa và bằng phản ứng puzơlan. Việc sử dụng NS cũng làm giảm số lượng, định hướng và kích thước tinh thể CH tại bề mặt cốt liệu bằng phản ứng puzơlan.. Ngoài tác dụng là chèn khe nhỏ nhất, NS còn có khả năng phản ứng puzơlan và tác động cải thiện vi cấu trúc tốt hơn so với muội silic và kết quả là NS giúp tăng cường độ chịu nén của bê tông cao hơn so với muội silic. 2.4.2 Ảnh hưởng của các hạt silica Fume đến cường độ của bê tông xi măng 2.4.2.1 Đặc tính của silica Fume (SF) Các hạt SF có dạng hình cầu, bề mặt trơn phẳng, kích thước trung bình của hạt SF vào khoảng 0.1-0.2µm, tức là vào khoảng 1:50-1:100 kích thước hạt xi măng hoặc tro bay, tỷ diện bề mặt hạt silica fume vào khoảng từ 13000-25000m2/kg [88]. Bột SF có khối lượng đơn vị ở trạng thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng 0,15- 0,22 tấn/m3 SF có hàm lượng ôxit silíc hoạt tính cao vào khoảng 85-98% [89]. 2.4.2.2 Tác động của silica Fume đến hồ xi măng, vữa và bê tông * Tính dẻo của vữa và bê tông [88][89]. * Sự phát triển cường độ của bê tông [77][89]. * Tính thấm của bê tông [84]. * Khả năng bảo vệ cốt thép [89]. 2.4.2.3 Phân tán hạt silica Fume [88] * Nhận xét: Silica Fume đóng vai trò chất kết dính vì silica Fume có kích thước hạt nhỏ hơn kích thước hạt xi măng và có khả năng lấp đầy các lỗ rỗng do nước tự do thoát ra trong xi măng. Độ siêu mịn cho phép silica Fume lấp đầy các lỗ rỗng vi mô giữa các hạt xi măng, iệu quả của vi chất lấp đầy này là làm giảm mạnh khả năng thấm nước và tăng mạnh liên kết giữa cốt liệu với hồ xi măng của bê tông silica Fume so với bê tông thông thường. Phụ gia silica Fume phản ứng với Ca(OH)2 được tạo ra do thuỷ hoá xi măng. Phản ứng tạo ra gel CHS liên kết chặt chẽ hơn với cốt liệu và đồng thời làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 không có lợi sinh ra trong thuỷ hoá xi măng.
11 2.5 Nghiên cứu thực nghiệm nano SiO2 để nâng cao tính năng của vữa xi măng 2.5.1 Giới thiệu Luận án nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ phần trăm NS tới sự phát triển cường độ chịu nén và chịu kéo uốn của mẫu vữa xi măng, thiết kế theo TCVN 3121-11:2003 [34]. Hàm lượng của NS thay đổi (0, 0.5, 1.0, 1.5 và 2.0) % theo khối lượng của xi măng. Hình 2.11 - Công tác chuẩn bị mẫu vật liệu thí nghiệm vữa xi măng 2.5.2 Thiết kế thành phần chế tạo của vữa xi măng theo tỉ lệ nano SiO2 Trên cơ sở thiết kế thực nghiệm (DoE), tác giả đã ứng dụng phần mềm Minitab sử dụng dạng mặt đáp ứng, thiết kế hỗn hợp tâm xoay với biến phụ thuộc R ku, Rn cường độ 28 ngày tuổi và 3 biến độc lập liên tục tâm xoay (N/X, NS/X và C/X), hệ số alpha=1 (Tâm xoay mặt) [4], 2.5.3 Thiết bị, dụng cụ và phương pháp thử Thực nghiệm tại Phòng Rectie - Trường Đại học Bách Khoa Tp_HCM Hình 2.20 - Kiểm tra Dxòe Hình 2.22 - Thí nghiệm Hình 2.23 - Thí của mẫu vữa xi măng cường Rku của mẫu nghiệm Rn của mẫu 2.5.4 Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng Trong phạm vi nghiên cứu thực nghiệm, đã tìm ra được các biến tỉ lệ đạt được cường độ kéo uốn và nén cao nhất của vữa xi măng ở tuổi 28 ngày và phương trình hồi qui Rku và Rn. Kết quả được tổng hợp theo bảng 2.4 Bảng 2.4 - Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng Tên mẫu Tỉ lệ nano SiO2 Cường độ Rn Cường độ Rku vữa (%) (MPa) (MPa) N0 0,00 49.44 6.06 N1 0,50 53.54 6.32 N2 1,00 55.51 6.63 N3 1,50 54.98 6.59 N4 2,00 52.45 6.48
12 2.5.4.1 Phân tích cường độ chịu kéo uốn bằng phần mềm Minitab Response Surface Regression: Rku (28days) versus N/X, NS/X, C/X Analysis of Variance (Phân tích phương sai) Hình 2.24 - Biểu đồ phân tích phần dư ANOVA Đồ thị Normal Probability Plot Đồ thị cho thấy các số dư phân bố rất gần so với phân phối chuẩn. Đồ thị Histogram hiển thị tần suất xuất hiện các số dư. Đồ thị Verus Fits. Các điểm phân bố ngẫu nhiên không theo quy luật nào khác ngoài các N/X, NS/X,C/X. Đồ thị Versus Order biểu diễn quan hệ các số dư và thứ tự các điểm dữ liệu. Các điểm phân bố không ngẫu nhiên, chứng tỏ dữ liệu Rku đã nhập không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời gian (chẳng hạn, càng về sau giá trị càng lớn). Phân tích ANOVA hệ số xác định điều chỉnh R2đc = 96.08%, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số P-Value
13 Phương trình hồi qui thực nghiệm Rn và Rku mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia NS Rn(28days) = -800 + 10826 N/X + 2338 NS/X - 1224 C/X - 13406 N/X*N/X - 38002 NS/X*NS/X + 127.6 C/X*C/X + 875 N/X*C/X - 437.5 NS/X*C/X (2.11) Rku(28days) = -1445 + 3150 N/X + 662 NS/X + 437 C/X - 2585 N/X*N/X - 3913 NS/X*NS/X - 57.0 C/X*C/X - 575 N/X*NS/X - 183.3 N/X*C/X - 90.3 NS/X*C/X (2.12) Gía trị tỉ lệ cường độ Rn và Rku cao nhất của mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia NS N/X = 0.505, NS/X = 0.010 và C/X = 3.030 (2.13) 2.5.5 Cấu trúc của vữa xi măng có sử dụng phụ gia nano SiO2 Hình 2.34 - SEM của mẫu vữa xi măng a) thông thường và SEM mẫu vữa xi măng b) sử dụng nano SiO2 * Nhận xét: Hình 2.34 ảnh SEM độ phóng đại của mẫu chụp lên 10.000 lần cho thấy các cấu trúc của nano SiO2 là đồng nhất ảnh (b) và chặt chẽ hơn so với mẫu vữa thông thường (a). Các hạt nano SiO2 có thể hoạt động như một tác nhân trong cấu trúc gel C-H-S, hạt nano SiO2 cực mịn lấp đầy các khe kẻ nhỏ nhất tăng độ đặc sít trong cấu trúc của mẫu vữa, đẩy nhanh sự hình thành và kết dính chặt hơn các hạt thành phần của nó, giúp nâng cao tính chất cơ học [76]. 2.6 Kết luận chương 2 Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤ GIA NANO SiO2 + SILICA FUME NÂNG CAO TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG Trong chương này tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu Rn và Rku của BTXM sử dụng phụ gia NS và sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF. Nghiên cứu thực nghiệm phân tích thống kê xử lý số liệu thiết kế thực nghiệm DoE Kết quả tìm ra được phương trình hồi qui thực nghiệm Rn và Rku của BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM kết hợp phụ gia NS+SF. Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống mài mòn, mô đun đàn hồi nén tĩnh, độ thấm ion clo, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), hệ số thấm và độ thấm sâu của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF. Kiến nghị BTXM BTXM cấp 35 sử dụng 1.0% NS hoặc cấp 35 sử dụng đồng thời 1.0% NS+10%SF làm mặt đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ. 3.1 Các yêu cầu của xi măng và bê tông xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô 3.1.1 Các yêu cầu đối với xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô Xi măng dùng trong xây dựng lớp mặt BTXM đường ô tô là xi măng poóc lăng có cường độ và các chỉ tiêu hóa, lý được qui định theo QĐ-BGTVT số 1951 ngày 17/08/2012 [27]. 3.1.2 Đối với BTXM dùng trong xây dựng mặt đường ô tô Theo QĐ-BGTVT số 3230 ngày 14/12/2012 [28], cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu của bê tông dùng trong xây dựng mặt đường ô tô R ku và theo QĐ-BGTVT số 1951 ngày 17/08/2012 [27].
14 3.2 Vật liệu chế tạo vữa xi măng và bê tông xi măng 3.2.1 Xi măng Xi măng dùng trong luận án là loại PC40 của Hà Tiên phù hợp với tiêu chuẩn theo TCVN 2682:2009 [36] và QĐ: 1951/BGTVT/2012 [27]. 3.2.2 Phụ gia khoáng 3.2.2.1 Nano SiO2 điều chế từ tro trấu Như kết quả phân tích thực nghiệm chương 2. Những chất vật lý chung của hạt nano SiO2 tro trấu sử dụng được thể hiện trong bảng 3.6. Bảng 3.6 - Các tính chất vật lý chung của hạt nano SiO2 Kích Độ tinh Diện tích bề Khối lượng thước khiết Dạng hình thù Màu sắc mặt riêng thể tích xốp hạt (%) 15±3 Tinh thể + Vô >86 258,3 m2/g
15 C30 417,9 185 2,10 420 1046,5 750 0,44 - NS0,5 C30 415,8 185 4,20 420 1046,5 746 0,44 - NS1,0 C30 413,7 185 6,30 420 1046,5 743 0,44 - NS1,5 C30 411,6 185 8,40 420 1046,5 740 0,44 - NS2,0 Bê tông 35 MPa Sika Kí hiệu X N NS CKD Đ C N/CKD Viscocrete Bê tông (kg) (lít) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 3000 – 20 (lít) C35 NS0 440 185 0 440 1046,5 736 0,42 - C35 437,8 185 2,20 440 1046,5 732 0,42 - NS0,5 C35 435,6 185 4,40 440 1046,5 729 0,42 - NS1,0 C35 433,4 185 6,60 440 1046,5 725 0,42 - NS1,5 C35 431,2 185 8,80 440 1046,5 722 0,42 - NS2,0 Bê tông 40 MPa Sika Kí hiệu X N NS CKD Đ C N/CKD Viscocrete Bê tông (kg) (lít) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 3000 – 20 (lít) C40 NS0 454 168 0 454 1159,2 661,20 0,37 3,15 C40 417 168 2,27 454 1159,2 657,65 0,37 3,66 NS0,5 C40 415,8 168 4,54 454 1159,2 654,10 0,37 3,78 NS1,0 C40 413,7 168 6,81 454 1159,2 650,58 0,37 3,99 NS1,5 C40 411,6 168 9,08 454 1159,2 647,05 0,37 4,18 NS2,0 Bảng 3.19 - Thành phần bê tông cấp 35MPa sử dụng phụ gia nano SiO 2 và silica Fume Bê tông 35 MPa Sika Kí hiệu X N NS SF CKD Đ C N/CKD Viscocrete Bê tông (kg) (lít) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) 3000 – 20 (lít) C35 415,8 185 2,2 22 440 1046,5 730 0,42 3,960 NS0,5SF5,0 C35 393,8 185 2,2 44 440 1046,5 724 0,42 4,620 NS0,5SF10 C35 371,8 185 2,2 66 440 1046,5 719 0,42 4,840 NS0,5SF15 C35 413,6 185 4,4 22 440 1046,5 729 0,42 4,180 NS1,0SF5,0 C35 391,6 185 4,4 44 440 1046,5 723 0,42 4,480 NS1,0SF10 C35 369,6 185 4,4 66 440 1046,5 718 0,42 5,060 NS1,0SF15 3.3.3 Tính toán lượng vật liệu dùng cho một mẻ trộn bê tông 3.3.4 Công tác đúc mẫu và bảo dưỡng các mẫu bê tông 3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của BTXM Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ kéo uốn của bê tông cấp C30, C35 và C40 theo tỷ lệ NS ở các ngày tuổi.
16 Sử dụng phần mềm Minitab18 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) phân tích kết quả. Biến đầu vào của thiết kế thực nghiệm: 3 biến a. Phân tích thống kê cường độ nén Rn Biểu đồ cường độ nén Rn-C30 95% CI for the Mean 70 49.6967 48.0733 47.2433 60 45.6567 46.85 42.7933 42.6767 45.15 44.81 40.8233 40.9233 40.6067 39.4333 38.5533 36.8833 36.2067 50 35.8633 33.9467 35.68 32.59 40 Rn 30 20 10 0 NS 0.0 0.5 3 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 7 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 28 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 60 1.0 1.5 2.0 Tuổi Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Hình 3.11 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C30 95% CI. Biểu đồ cường độ nén Rn-C35 95% CI for the Mean 70 52.4267 54.1533 49.9567 49.4267 48.1067 48.0433 48.0067 47.2133 60 45.7033 49.54 40.0033 39.8633 39.4633 41.14 50 35.7733 35.4367 35.1567 38.93 35.0667 33.23 40 Rn 30 20 10 0 NS 0.0 0.5 3 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 7 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 28 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 60 1.0 1.5 2.0 Tuổi Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Hình 3.12 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C35 95% CI. Biểu đồ cường độ nén Rn-C40 95% CI for the Mean 70 58.07 56.797 53.9467 53.0133 54.0867 50.9233 53.76 53.06 51.56 50.34 60 43.3267 42.1367 41.8433 50 36.1633 35.9967 35.4133 40.2 36.77 35.59 40 40 Rn 30 20 10 0 NS 0.0 0.5 3 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 7 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 28 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 60 1.0 1.5 2.0 Tuổi Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Hình 3.13 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C40 95% CI. * Nhận xét: Kết quả các hình 3.11, hình 3.12 và hình 3.13 là biểu đồ cường độ nén của bê tông các cấp 30, 35 và 40 MPa với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy các kết quả đảm bảo độ chụm, có sự khác biệt cường độ nén theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0% thì cường độ nén cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác định với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value
17 b. Phân tích thống kê cường độ kéo uốn Rku Hình 3.18 - Biểu đồ cường độ kéo uốn Rku bê tống cấp C30, C35 và C40 95% CI. * Nhận xét: Kết quả hình 3.18 là biểu đồ cường độ kéo uốn của bê tông các cấp C30, C35 và C40 với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy có sự khác biệt cường độ kéo uốn theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0% thì cường độ kéo uốn cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác định với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value
18 * Nhận xét: Kết quả hình 3.23 biểu đồ cường độ chịu nén Rn của bê tông cấp 35 MPa với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy các kết quả đảm bảo độ chụm, có sự khác biệt cường độ nén theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0%+SF=10% thì cường độ nén Rn cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác định với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value
19 Phương trình hồi quy tìm được Ens = 3134 Rn0.631 (3.31) * Xây dựng mô hình Rku và Rn Hệ số Lack of Fit = 0.898 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy tìm được Rnsku = 0,426(Rn)0.685 (3.33) b) BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume * Xây dựng mô hình E và Rn Hệ số Lack of Fit = 0.548 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy tìm được Enssf = 20554. Rn0,163 (3.34) * Xây dựng mô hình Rku và Rn Hệ số Lack of Fit = 0.12 > 0.05 nên mô hình có ý nghĩa thống kê. Phương trình hồi quy tìm được Rnssfku = 2.293(Rn)0.257 (3.35) Bảng 3.23 - Các mối quan hệ cường độ chịu độ chịu kéo uốn và mô đun đàn hồi với cường độ chịu nén của bê tông sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume Cường độ chịu kéo uốn theo kết quả Mô đun đàn hồi theo kết quả Cường độ chịu nén Nghiên cứu Technical Theo QĐ Nghiên cứu trong Theo QĐ trong luận án luận án ACI 318 (fc) MPa Report34 3230/Bộ 3230/Bộ [42] (NS) (NS+SF) [86] GTVT (NS) (NS+SF) GTVT [28] 36 5,4 5,8 4,1 4,5 30.069 36.862 28.380 29.000 42 5,9 6,0 4,6 5,0 33.141 37.799 30.650 31.000 49 6,6 6,3 5,1 5,5 36.526 38.761 33.110 33.000 3.5.2 Khả năng chống mài mòn của bê tông xi măng - BTXN C30NS0,5; C30NS1,0; C30NS1,5; C30NS2,0 lần lượt là 8,98%; 14,49%; 12,46%; 8,40% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn BTXM C30NS0; - BTXM C35NS0,5; C35NS1,0; C35NS1,5; C35NS2,0 lần lượt là 9,46%; 16,72%; 13,88%; 11,04% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn với C35NS0; - BTXM C40NS0,5; C40NS1,0; C40NS1,5; C40NS2,0 lần lượt là 7,14%; 13,95%; 10,20%; 8,84% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn với C40NS0; - BTXM C35NS0,5SF5,0; C35NS0,5SF10; C35NS0,5SF15; C35NS1,0SF5,0; C35NS1,0SF10; C35NS1,0SF15; lần lượt là 16,40%; 22,72%; 18,93%; 19,87%; 25,55%; 22,39% khả năng chống mài mòn cao hơn và độ mài mòn thấp hơn C35NS0SF0. 3.5.3 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng (CTE) được xác định theo tiêu chuẩn AASHTO T336-15 [41], được tính theo công thức sau: CTE = (ΔL / L0) / ΔT (3.37)
20 3.5.4 Thí nghiệm xác định độ chống thấm nước và độ thấm sâu của BTXM Thực nghiệm theo TCVN 3116- 1993 [33] và tiêu chuẩn Nga (Liên Xô cũ) TOCT 12730.5-84, Châu Âu BS EN 12390-8:2009 [48]. - Kết quả thí nghiệm xác định cấp chống thấm cho thấy khi mẫu có pha phụ gia nano SiO2. Tỉ lệ N/CKD từ 0,44 – 0,37 thì độ thấm nước của BTXM NS0% đạt được từ (6-10) at, độ thấm sâu Hmax (29-50) mm; của BTXM NS0,5% từ (8-12) at, độ thấm sâu Hmax (12-45) mm; của BTXM NS1,0% từ (10-12) at, độ thấm sâu Hmax (8-0) mm; của bê tông xi măng NS1,5 từ (8-12) at, độ thấm sâu Hmax (10- 15) mm; của BTXM NS2,0% từ (8-12) at, độ thấm sâu Hmax (8-18) mm; - Kết quả thí nghiệm xác định cấp chống thấm cho thấy khi mẫu có pha phụ gia nano SiO2 và silica Fume. Tỉ lệ N/CKD 0,42 thì độ chống thấm nước của bê tông xi măng C35NS0SF0 đạt W8 độ thấm sâu 33mm; C35NS0,5SF5,0 đạt W12 độ thấm sâu 15mm; C35NS0,5SF15 đạt W12 độ thấm sâu 5mm và C35NS0,5SF10; C35NS1,0SF5,0; C35NS1,0SF10; C35NS1,0SF15 đạt W12 mức độ không thấm. 3.5.5 Thí nghiệm độ thấm ion clo của bê tông xi măng Thử nghiệm thấm ion clo được tiến hành tại Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng – LAS–XD 143 Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam. Kết quả của các loại BTXM sử dụng phụ gia NS cấp C30, C35, C40 và BTXM sử dụng phụ gia kết hợp NS+SF ở tuổi 28 ngày được tổng hợp ở bảng 3.31. Nhận xét kết quả từ bảng 3.31 và hình 3.42 - Tỉ lệ N/CKD từ 0,44 – 0,37 thì độ thấm ion clo bê tông xi măng NS0 từ (2501- 1730) cu lông; của BTXM NS0,5% từ (2274-1541) cu lông; của BTXM NS1,0% từ (2131-1204) cu lông; của BTXM NS1,5% từ (1870-1132) cu lông; của BTXM NS2,0% từ (1732-985) cu lông; của BTXM NS0,5%SF10% là 817 cu lông và của BTXM NS1,0%SF10% là 680 cu lông. + BTXM cấp 30 sử dụng phụ gia NS0,5% giảm 9,07% điện lượng, NS1,0% giảm 14,79% điện lượng, NS1,5% giảm 25,23% điện lượng và NS2,0% giảm 30,75% so với BTXM thông thường. + BTXM cấp 35 sử dụng phụ gia NS0,5% giảm 9,21% điện lượng, NS1,0% giảm 15,97% điện lượng, NS1,5% giảm 22,95% điện lượng và NS2,0% giảm 31,46% so với BTXM thông thường. + BTXM cấp 40 sử dụng phụ gia NS0,5% giảm 10,92% điện lượng, NS1,0% giảm 30,40% điện lượng, NS1,5% giảm 34,57% điện lượng và NS2,0% giảm 43,06% so với BTXM thông thường. + BTXM khi kết hợp hai loại phụ gia NS0,5%SF10% giảm 64% điện lượng đếm được và khi sử dụng NS1,0%SF10% giảm 70% điện lượng đếm được so với BTXM không sử dụng phụ gia. - Nano SiO2 và silica Fume làm tăng phản ứng pozolan nên làm giảm Ca(OH)2 và làm tăng C-H-S dẫn đến làm tăng độ đặc, giảm các lỗ rỗng vi mô nên làm tăng khả năng chống thấm ion clo. Mức độ giảm độ thấm ion clo lớn nhất khi dùng nhiều nano SiO2 nhất. 3.6 Kết luận chương 3