Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu bê tông chịu nhiệt sử dụng cốt liệu tro xỉ nhiệt điện, xi măng poóclăng và các phụ gia khoáng mịn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ "Nghiên cứu bê tông chịu nhiệt sử dụng cốt liệu tro xỉ nhiệt điện, xi măng poóclăng và các phụ gia khoáng mịn" có mục tiêu nhiên cứu sử dụng cốt liệu từ tro xỉ nhiệt điện, chất kết dính từ xi măng poóclăng và hỗn hợp tro bay - bột ngói, tro bay – silica fume chế tạo BTCN có nhiệt độ làm việc đến khoảng 800 0C trên cơ sở vật liệu sẵn có ở Việt Nam hướng đến làm cấu kiện đúc sẵn cho các công trình công nghiệp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu bê tông chịu nhiệt sử dụng cốt liệu tro xỉ nhiệt điện, xi măng poóclăng và các phụ gia khoáng mịn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI Đỗ Thị Phượng NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT SỬ DỤNG CỐT LIỆU TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN, XI MĂNG POÓCLĂNG VÀ CÁC PHỤ GIA KHOÁNG MỊN Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã ngành: 9520309 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2022
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Minh Đức Phản biện 1:………………………………………………………...… ………………………………………………………………………... Phản biện 2: ………………………………………………………...… ………………………………………………………………………... Phản biện 3: ………………………………………………………...… ………………………………………………………………………... Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi giờ ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Bê tông chịu nhiệt (BTCN) có phạm vi ứng dụng rất rộng trong các ngành công nghiệp luyện kim, hoá chất, chế tạo máy và đặc biệt là ngành sản xuất vật liệu xây dựng với các hầm lò, kênh dẫn, ống khói, va gông... Tuy nhiên, nguồn cốt liệu và chất kết dính để chế tạo loại bê tông này ở Việt Nam còn có nhiều hạn chế. Công bố khoa học về loại bê tông này còn ít được thực hiện, đặc biệt là loại bê tông chịu nhiệt sử dụng xi măng poóclăng (PC) và các phế liệu, phế thải công nghiệp. Theo Viện vật liệu xây dựng, phế thải tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện Việt Nam hiện nay chiếm trữ lượng khá lớn, ước tính lượng tro xỉ tồn chứa và thải ra hằng năm khoảng gần 18 triệu tấn gây ô nhiễm đất, nước và không khí, nhưng mới tái sử dụng được khoảng 30% khối lượng. Sử dụng nguồn phế thải này làm cốt liệu và thay thế một phần xi măng PC, kết hợp với các phụ gia khoáng mịn (PGKM) là các vật liệu có sẵn trong nước như bột ngói đất sét nung, silica fume để chế tạo bê tông chịu nhiệt mang lại nhiều ý nghĩa. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu sử dụng cốt liệu từ tro xỉ nhiệt điện, chất kết dính từ xi măng poóclăng và hỗn hợp tro bay – bột ngói, tro bay – silica fume chế tạo BTCN có nhiệt độ làm việc đến khoảng 800oC trên cơ sở vật liệu sẵn có ở Việt Nam hướng đến làm cấu kiện đúc sẵn cho các công trình công nghiệp. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu BTCN sử dụng tro xỉ nhiệt điện, xi măng PC và các PGKM. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Sử dụng chất kết dính từ xi măng PC cùng các phụ gia khoáng mịn như tro bay, hỗn hợp tro bay – bột ngói, tro bay – silica fume. - Sử dụng cốt liệu là tro xỉ nhiệt điện có kích thước đến 5 mm. - Hỗn hợp BTCN có độ sụt 1÷2 cm (tương ứng độ cứng 25÷35s), cường độ chịu nén bê tông ở tuổi 7 ngày (sau sấy 100oC) đạt tối thiểu 20 MPa. - Bê tông có nhiệt độ làm việc đến khoảng 800oC. - Nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm. 4. Cơ sở khoa học - Lý thuyết phản ứng giữa các khoáng của xi măng PC và PGKM,
2 sự lèn chặt cấu trúc, chống co ngót trong đá chất kết dính. Hàm lượng phụ gia khoáng mịn/chất kết dính cần thích hợp với từng cấp nhiệt độ tương ứng. - Lý thuyết về tính toán và thiết kế thành phần hạt cốt liệu cho bê tông chịu nhiệt. - Tính toán và lựa chọn thành phần cho bê tông trên cơ sở lượng dùng xi măng và nước/chất kết dính nhỏ, hàm lượng PGKM và thành phần hạt cốt liệu hợp lý. 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu thực nghiệm 6. Ý nghĩa 6.1. Ý nghĩa khoa học - Xác định được lượng dùng PGKM hợp lý nhằm nâng cao tính chịu nhiệt của xi măng PC. - Thiết lập được quy luật biến đổi một số tính chất cơ lý, hóa lý và vi cấu trúc của chất kết dính theo loại, hàm lượng PGKM và nhiệt độ. - Thiết lập được các quy luật ảnh hưởng của thành phần hạt cốt liệu tro xỉ nhiệt điện và tỷ lệ nước/chất kết dính đến một số tính chất của BTCN theo nhiệt độ. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn Các kết quả nghiên cứu của luận án đã khẳng định được khả năng chế tạo BTCN có nhiệt độ làm việc đến khoảng 8000C sử dụng xi măng PC và tro xỉ nhiệt điện, ngói vỡ và silica fume tại Việt Nam, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của một số công trình xây dựng, góp phần xử lý các phế liệu, phế thải tồn đọng. 7. Những đóng góp mới của luận án - Luận án đã lựa chọn thành công cấp phối BTCN hợp lý sử dụng cốt liệu tro xỉ nhiệt điện, chất kết dính hỗn hợp từ xi măng PC và các loại PGKM tro bay, bột ngói, silica fume có nhiệt độ làm việc đến khoảng 800oC. - Thiết lập quy luật ảnh hưởng của loại và hàm lượng các PGKM (tro bay, tro bay – bột ngói, tro bay – silica fume) đến thành phần, tính chất của chất kết dính chịu nhiệt theo nhiệt độ. Đánh giá được hiệu quả của phụ gia khoáng hỗn hợp, vai trò của từng loại phụ gia khoáng mịn ở mỗi khoảng nhiệt độ. Sự xuất hiện của các khoáng mới ở khoảng nhiệt độ 800÷1000oC chứng minh tác dụng của các phụ gia khoáng và
3 khẳng định cơ chế tạo khoáng chịu nhiệt dưới tác dụng của nhiệt độ cao với sự có mặt của các oxyt hoạt tính. - Thiết lập quy luật ảnh hưởng của thành phần hạt cốt liệu tro xỉ nhiệt điện, tỷ lệ nước/chất kết dính đến một số tính chất của BTCN theo nhiệt độ. 8. Cấu trúc của luận án Luận án được trình bày trong 127 trang A4 (không kể phụ lục). Cấu trúc của luận án gồm phần Mở đầu, 5 chương, phần Kết luận, danh mục công trình công bố, tài liệu tham khảo và phần Phụ lục. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT 1.1. Giới thiệu bê tông chịu nhiệt 1.1.1. Khái niệm BTCN là loại vật liệu đá nhân tạo không nung, được hình thành do quá trình rắn chắc hỗn hợp chất kết dính chịu nhiệt với cốt liệu chịu nhiệt, nước và phụ gia (nếu có), có khả năng làm việc ở nhiệt độ từ 200oC đến không quá 1800oC. 1.1.2. Phân loại BTCN được phân loại theo các dấu hiệu: Theo mục đích sử dụng, cấu trúc, loại chất kết dính, các loại phụ gia khoáng mịn, theo loại cốt liệu và nhiệt độ. Luận án nghiên cứu BTCN kết cấu, cấu trúc đặc, sử dụng xi măng poóclăng cùng một số phụ gia khoáng mịn (tro bay, bột ngói, silica fume) và cốt liệu tro xỉ nhiệt điện với nhiệt độ làm việc đến khoảng 800oC. 1.1.3. Tính chất của bê tông chịu nhiệt BTCN là loại vật liệu mang các tính chất của bê tông và vật liệu chịu lửa. Luận án nghiên cứu BTCN có nhiệt độ làm việc đến khoảng 800oC có thể sử dụng làm các cấu kiện đúc sẵn cho các công trình công nghiệp (như hầm sấy, ống khói, kênh dẫn khí nóng, móng lò công nghiệp, lớp lát va gông…), các tính chất đặc trưng cho chất lượng của bê tông chủ yếu là các chỉ tiêu cơ lý (khối lượng thể tích, độ co ngót, độ hút nước, cường độ nén) và độ bền nhiệt. 1.1.4. Vật liệu chế tạo Chất kết dính chịu nhiệt (CKDCN) bao gồm loại chất kết dính rắn trong môi trường nước như xi măng alumin, cao alumin, bari alumin; chất kết dính rắn trong môi trường không khí như thủy tinh lỏng,
4 phosphat và magie; xi măng poóclăng xỉ, xi măng poóclăng puzolan. Xi măng PC cũng được đưa vào nghiên cứu chế tạo BTCN, tuy nhiên cần sử dụng PGKM. Các cốt liệu sử dụng cho BTCN như sa mốt, cốt liệu caoalumin, corun, magie thiêu kết, dolomit thiêu kết, quặng cromit, cacbua silic, forsterit, cordierit, cordierit – mulit, periclazo, các cốt liệu nhẹ. Phụ gia tăng dẻo đôi khi được sử dụng cho BTCN. Nước sử dụng cho BTCN dùng xi măng PC cần có những yêu cầu kỹ thuật như đối với bê tông thông thường. 1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCN trên thế giới Bê tông làm việc ở nhiệt độ cao đã được nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới từ những năm 40-50 của thế kỷ XX. Một số vấn đề liên quan được các nhà nghiên cứu quan tâm gần đây như: ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến thành phần và tính chất của bê tông; ảnh hưởng của PGKM đến các tính chất của đá CKDCN, BTCN sử dụng xi măng PC; ảnh hưởng của cốt liệu đến các tính chất của BTCN. BTCN được ứng dụng trước hết tại CHLB Nga, Cộng hòa Ba Lan, Cộng hòa Séc và CHLB Đức và chủ yếu dưới dạng các blốc, cấu kiện lắp ghép đúc sẵn trong các ngành công nghiệp luyện kim, hoá dầu, năng lượng, chế tạo máy và công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng. 1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng BTCN ở trong nước BTCN đã được nghiên cứu từ những năm 70 của thế kỷ XX ở Việt Nam. Các loại bê tông nặng chịu nhiệt, bê tông nhẹ chịu nhiệt – cách nhiệt do nhóm nghiên cứu tại trường Đại học xây dựng thực hiện đã thu được một số kết quả khả quan. Và BTCN đã được ứng dụng tại một số đơn vị sản xuất vật liệu xây dựng như lát mặt va gông lò nung tuyen, dầm đỡ và tấm lát chụp lò đứng nung xi măng, kênh dẫn khí nóng, ống rót nhiên liệu. 1.3. Những vấn đề cần nghiên cứu của luận án trong điều kiện ở Việt Nam Nguồn cốt liệu và chất kết dính chế tạo BTCN ở trong nước không phổ biến. Luận án nghiên cứu chế tạo BTCN sử dụng vật liệu sẵn có trong nước. Nghiên cứu ảnh hưởng của loại, lượng PGKM TB, TB- BN, TB-SF đến các tính chất cơ lý, hoá lý, vi cấu trúc của chất kết dính sử dụng xi măng PC ở khoảng 100÷1000oC. Nghiên cứu thành phần hạt cốt liệu từ tro xỉ nhiệt điện. Nghiên cứu thành phần và đánh giá các tính chất cơ lý, nhiệt và vi cấu trúc của BTCN ở khoảng 100÷800oC.
5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT 2.1. Cơ sở khoa học nghiên cứu CKDCN 2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến tính chất của đá xi măng PC Sự mất nước của đá xi măng PC cũng như phân hủy các khoáng thủy hóa có vai trò quan trọng trong sự phá hủy kết cấu bê tông ở nhiệt độ cao. Đầu tiên là sự bay hơi nước trong các lỗ rỗng gel, lỗ rỗng mao quản của đá xi măng ở nhiệt độ 105oC. Ở nhiệt độ lớn hơn, quá trình mất nước vật lý, hóa học và phân hủy các sản phẩm của đá xi măng xảy ra. Độ rỗng của đá xi măng tăng lên. Và đá xi măng nóng chảy ở khoảng 1350oC. 2.1.2. Cơ sở sử dụng phụ gia khoáng mịn trong CKDCN Để hạn chế thành phần canxi hydroxyt (CH) cũng như CaO tự do có trong đá xi măng là nguyên nhân gây nở thể tích do thuỷ hoá chậm, cần sử dụng các PGKM. Thành phần hoạt tính SiO2, Al2O3 có trong PGKM sẽ xảy ra phản ứng với CH có trong đá xi măng. Kết quả là gel C-S-H, C-A-S-H hình thành cùng với tỷ lệ CaO/SiO2 thấp hơn. Ở khoảng nhiệt độ 800÷900oC, xảy ra sự phân hủy các sản phẩm thủy hóa của đá CKDCN hình thành các khoáng mới như wollastonit (CS), gehlenit (C2AS), larnit (βC2S), harturit (C3S). Ngoài ra, ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng pha rắn giữa các thành phần khoáng hình thành khoáng C2AS và khoáng anorthit (CAS2) ở nhiệt độ 1100÷1200oC. 2.1.3. Cơ sở lựa chọn PGKM TB-BN, TB-SF chế tạo CKDCN Thành phần của tro bay (TB) có chứa Al2O3 và SiO2 vô định hình. TB có thể tăng khả năng chịu nhiệt của xi măng PC ở khoảng nhiệt độ 200÷400oC, thậm chí đến 600oC nhưng ở nhiệt độ cao có sự hình thành pha nóng chảy. Sự bổ sung bột ngói đất sét nung (BN) làm giảm tương đối sự co của đá xi măng ở nhiệt độ cao. Silica fume (SF) có thể lấp đầy trong các lỗ rỗng, tăng độ đặc. SF có hàm lượng SiO2 vô định hình lớn nên có khả năng phản ứng với CH để tạo ra C-S-H về cơ bản nâng cao cường độ. SF không những loại trừ hàm lượng CaO tự do có trong đá xi măng mà kể cả có trong TB. Vì vậy sự phối hợp giữa TB – SF sẽ tăng cường độ nén cũng như khả năng chịu nhiệt cho đá xi măng. 2.1.4. Ảnh hưởng của PGKM TB-BN, TB-SF đến tính chất của CKDCN
6 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của CKDCN như loại, hàm lượng PGKM, độ mịn PGKM, lượng nước nhào trộn. 2.2. Cơ sở khoa học nghiên cứu cốt liệu chịu nhiệt 2.2.1. Cơ sở sử dụng tro xỉ nhiệt điện làm cốt liệu cho BTCN Tro xỉ nhiệt điện (TX) là sản phẩm phụ của công nghiệp nhiệt điện, do đã qua khâu nung luyện nên ổn định về cấu trúc hơn so với các cốt liệu tự nhiên. Ngoài ra, nếu thành phần của TX chứa hàm lượng Al2O3 cao sẽ tăng tính chịu nhiệt cho BTCN. Tuy nhiên cần lưu ý về thành phần SO3, CaO, MgO tự do cũng như thành phần mất khi nung (MKN) trong tro xỉ nhiệt điện khi sử dụng làm cốt liệu cho BTCN. Ảnh hưởng của cốt liệu TX đến tính chất của BTCN như độ lớn, hình dạng hạt, tính chất bề mặt hạt, thành phần hạt. 2.2.2. Cơ sở thiết kế thành phần hạt cho BTCN Luận án nghiên cứu BTCN cấu trúc đặc, việc thiết kế thành phần hạt dựa theo mật độ sắp xếp các cỡ hạt với số điểm tiếp xúc lớn nhất dựa theo nguyên tắc của P.Y. Bozenov và Y.O. Cainarski. Khi hỗn hợp có nhiều cấp hạt, khả năng lấp đầy các khoảng trống càng lớn, độ rỗng giảm, tăng mật độ, dẫn tới tăng cường độ, độ ổn định thể tích cho BTCN cấu trúc đặc. Để tăng khả năng tiếp xúc giữa các hạt có thể phối hợp các cỡ hạt khác nhau và áp dụng chế độ công nghệ như đầm rung. 2.3. Cơ sở khoa học nghiên cứu thành phần BTCN Thành phần BTCN hợp lý phải cho giá trị khối lượng thể tích lớn, độ co ngót bé, độ hút nước nhỏ và cường độ phải đảm bảo để làm việc, độ bền nhiệt lớn để kéo dài thời gian làm việc của thiết bị. BTCN cần có thành phần hạt cốt liệu, tỷ lệ phụ gia/chất kết dính phù hợp, hàm lượng xi măng nhỏ, tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) thấp, hỗn hợp bê tông có độ dẻo thấp, phù hợp với công nghệ tạo hình các cấu kiện đúc sẵn. CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Vật liệu sử dụng 3.1.1. Chất kết dính Vật liệu gồm xi măng PC40 Sông Gianh cùng TB1 (Vĩnh Tân 2 – Bình Thuận), TB2 (Duyên Hải 3 – Trà Vinh), BN (Đại Hưng – Quảng Nam) và SF (Sika). 3.1.1. Cốt liệu
7 Nghiên cứu cốt liệu từ tro xỉ nhiệt điện TX1 (Vĩnh Tân 2) và TX2 (Duyên Hải 3). 3.1.3. Nước và phụ gia hoá học Nước dùng trong nghiên cứu có các chỉ tiêu đảm bảo theo tiêu chuẩn TCVN 4506 : 2012. Phụ gia siêu dẻo ADVA® CAST 5388V của hãng Grace gốc polymer có tỷ trọng 1,08 kg/l được sử dụng. 3.2. Phương pháp nghiên cứu thành phần, tính chất CKDCN 3.2.1. Thiết kế thành phần CKDCN Bốn nhóm CKD được đưa ra nghiên cứu gồm: - Nhóm 1 hoàn toàn là xi măng PC (PC); - Nhóm 2 gồm xi măng PC cùng phụ gia TB (T1, T2): với tỷ lệ phụ gia/xi măng (PG/XM) lần lượt là 20/80; 25/75; 30/70; 35/65; 40/60; 45/55 và 50/50; - Nhóm 3 gồm xi măng PC cùng phụ gia 1 (PG1) là TB và phụ gia 2 (PG2) là BN (T1N, T2N): với tỷ lệ PG1/PG2/XM lần lượt là 10/10/80; 20/10/70; 30/10/60; 40/10/50; 10/20/70; 10/30/60 và 10/40/50; - Nhóm 4 gồm xi măng cùng PG1 là TB và PG2 là SF (T1S, T2S): với tỷ lệ PG1/PG2/XM lần lượt là 15/5/80; 25/5/70; 35/5/60; 45/5/50; 10/10/80; 20/10/70; 30/10/60 và 40/10/50. 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất hỗn hợp CKDCN Lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết xác định theo TCVN 6017:2015. 3.2.3. Phương pháp chế tạo mẫu CKDCN Mẫu được chế tạo với kích thước 20x20x20 mm. Bảo dưỡng mẫu bằng cách để mẫu trong điều kiện 27±2oC, độ ẩm không nhỏ hơn 95% trong 20h và chưng hấp (nhiệt độ 100oC với thời gian 4h kể từ khi sôi) 3.2.4. Phương pháp nghiên cứu chế độ gia công nhiệt mẫu CKDCN Sấy mẫu ở 100oC đến khối lượng không đổi rồi nung ở các cấp nhiệt độ 200, 400, 600, 800 và 1000oC. Thời gian hằng nhiệt là 2h, tốc độ nâng nhiệt không quá 5oC/ph. 3.2.5. Phương pháp nghiên cứu tính chất CKDCN 3.2.5.1. Khối lượng thể tích (KLTT) CKDCN Xác định bằng phương pháp cân và đo 3.2.5.2. Độ co ngót CKDCN Xác định độ co thể tích bằng phương pháp đo, từ đó tính độ co dài của mẫu.
8 3.2.5.3. Cường độ nén CKDCN a) Cường độ nén ở nhiệt độ thường b) Cường độ nén của đá CKDCN sau nung Có thể đánh giá cường độ nén của đá CKDCN ở nhiệt độ làm việc qua giá trị cường độ nén còn lại hay cường độ suy giảm so với ở 100oC. 3.2.5.4. Phân tích hoá lý, vi cấu trúc CKDCN Áp dụng các phương pháp phân tích nhiệt (DSC, TGA), phân tích Rơnghen (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). 3.3. Phương pháp nghiên cứu thành phần hạt cốt liệu chịu nhiệt 3.3.1. Thiết kế thành phần hạt cốt liệu 𝑑 Theo công thức Andersen: 𝑌𝑖 = ( 𝑖)𝑛 . 100, %. Trong đó: Yi là hàm 𝐷 lượng các cỡ hạt có kích thước nhỏ hơn giá trị di cho trước (%); D là kích thước lớn nhất của hạt (mm); n = 0,33÷0,5. 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu khối lượng thể tích của hỗn hợp hạt cốt liệu Xác định KLTT của hỗn hợp hạt tương ứng các chế độ đầm rung 0s, 30s, 60s, 90s và 120s. 3.3.3. Phương pháp nghiên cứu độ rỗng thực tế của hỗn hợp hạt cốt liệu Áp dụng phương pháp thể tích nước tuyệt đối xác định độ rỗng hở và độ rỗng giữa hạt 3.4. Phương pháp nghiên cứu thành phần, tính chất BTCN 2.4.1. Thiết kế thành phần BTCN Theo phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm. Cấp phối sơ bộ được tính theo công thức của P.P.Melnhicop đề xuất. 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất hỗn hợp BTCN Xác định tính công tác của hỗn hợp BTCN theo TCVN 3107:1993, khối lượng thể tích theo TCVN 3108:1993 3.4.3. Phương pháp chế tạo mẫu BTCN Mẫu được đúc trong khuôn kích thước 70,7x70,7x70,7 mm và cho rung 25÷35 s. Dưỡng hộ mẫu 7 ngày (1 ngày trong khuôn và 6 ngày trong nước) ở nhiệt độ 27 ± 2oC, độ ẩm trên 95%. 3.4.4. Phương pháp nghiên cứu chế độ gia công nhiệt mẫu BTCN Mẫu sấy ở 100oC đến khối lượng không đổi rồi nung ở các cấp nhiệt độ 200, 400, 600 và 800oC trong lò điện. Thời gian hằng nhiệt là 2h. Tốc độ nâng nhiệt không quá 5oC/ph. 3.4.5. Phương pháp nghiên cứu tính chất BTCN
9 3.4.5.1. Khối lượng thể tích của BTCN Xác định bằng phương pháp cân đo 3.4.5.2. Độ co ngót của BTCN Xác định bằng phương pháp đo 3.4.5.3. Độ hút nước của BTCN Xác định bằng phương pháp cân sau khi ngâm bão hoà trong nước và sấy khô đến khối lượng không đổi 3.4.5.4. Cường độ nén của BTCN Có thể đánh giá cường độ nén của BTCN ở nhiệt độ làm việc qua giá trị cường độ nén còn lại hay cường độ nén suy giảm so với ở 100oC. 3.4.5.5. Độ bền nhiệt của BTCN Mẫu BTCN được đốt nóng đến 800oC và làm lạnh nhanh trong nước ở nhiệt độ 20oC  2 được tính là 1 chu kỳ trao đổi nhiệt 3.4.5.6. Phân tích vi cấu trúc BTCN: Sử dụng phương pháp SEM 3.5. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu thành phần tối ưu BTCN Sử dụng kế hoạch bậc hai tâm xoay của Box và Hunter. CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA CKDCN SỬ DỤNG TRO BAY, BỘT NGÓI VÀ SILICA FUME 4.1. Ảnh hưởng của PGKM đến lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết của hỗn hợp CKDCN Lượng nước tiêu chuẩn giảm dần theo mức độ tăng của hàm lượng TB. Mẫu chứa TB – BN có lượng nước tiêu chuẩn cao hơn mẫu chứa TB – SF và mẫu chứa phụ gia đơn TB. Thời gian đông kết giảm dần với mẫu chứa nhiều BN, SF và kéo dài với mẫu chứa nhiều TB. 4.2. Ảnh hưởng của PGKM đến KLTT của CKDCN ở các cấp nhiệt độ
10 Hình 4.1. KLTT các mẫu CKDCN ở các cấp nhiệt độ 4.3. Ảnh hưởng của PGKM đến độ co ngót của CKDCN ở các cấp nhiệt độ
11 Hình 4.3. Độ co ngót các mẫu CKDCN ở các cấp nhiệt độ 4.4. Ảnh hưởng của PGKM đến cường độ chịu nén của CKDCN ở các cấp nhiệt độ Hình 4.4. Cường độ chịu nén các mẫu CKDCN ở các cấp nhiệt độ
12 4.5. Phương trình hồi quy cường độ chịu nén của CKDCN ở 800oC Kết quả thực nghiệm cho thấy, mẫu PC bị phá huỷ hoàn toàn ở 1000oC, các mẫu chứa PGKM có cường độ chịu nén suy giảm lớn. So với ở 1000oC, cường độ chịu nén mẫu chứa PGKM ở 800oC cao hơn khoảng 1,6÷4,0 lần. Nên khả năng làm việc thích hợp của các mẫu đá CKDCN là khoảng 800oC. Để tìm mối quan hệ thống kê giữa cường độ chịu nén và hàm lượng PGKM để dự đoán cường độ chịu nén ở 800oC, phân tích hồi quy được áp dụng. Sử dụng công cụ (mã nguồn mở) Matlab 2016 để thiết lập phương trình và phân tích phương sai để đánh giá độ tin cậy của mô hình. Trong phần này, dữ liệu để phân tích hồi quy gồm hàm mục tiêu là cường độ chịu nén của 44 cấp phối CKDCN, các biến là hàm lượng PGKM gồm tro bay TB1, tro bay TB2, bột ngói, silica fume. a. Phương trình hồi quy cường độ chịu nén CKDCN sử dụng TB ở 800oC Lựa chọn mô hình hồi quy có dạng yRn = bo + b1x + b2x2 với x là hàm lượng TB. Các phương trình (4.1) và (4.2) thể hiện mối quan hệ giữa cường độ nén ở 800oC và hàm lượng tro bay TB1 và TB2. Mức độ dự đoán biến phụ thuộc mô hình là tốt, trên 85%: R2 = 0,896 cho phương trình (4.1) và 0,871 cho phương trình (4.2), các hệ số F lần lượt là 81,9 và 64,4 với hệ số p lần lượt là 4,55e-10 và 3,44e-09 < 0,05. yRnT1 = 20,2541 + 0,8629x – 0,0171x2 (4.1) yRnT2 = 19,1390 + 0,7798x – 0,0152x 2 (4.2) b. Phương trình hồi quy cường độ chịu nén đá CKDCN sử dụng TB – BN, TB – SF ở 800oC Lựa chọn mô hình hồi quy có dạng yRn = bo + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b1x12 + b2x22 với x1 là hàm lượng tro bay, x2 là hàm lượng bột ngói/silica fume. Các phương trình (4.3), (4.4), (4.5) và (4.6) thể hiện mối quan hệ giữa cường độ chịu nén ở 800oC và hàm lượng PGKM hỗn hợp TB1 – BN, TB2 – BN, TB1 – SF và TB2 – SF. Kết quả phân tích hồi quy cho thấy mức độ dự đoán biến phụ thuộc mô hình là tốt, trên 80%: R2 = 0,937 cho phương trình (4.3), 0,837 cho phương trình (4.4), 0,893 cho phương trình (4.5) và 0,933 cho phương trình (4.6), các hệ số F lần lượt là 165; 56,4; 97,8 và 164 với hệ số p lần lượt là 7,08e-26; 9,3e-17; 3,62e-22 và 5,43e-27 đều nhỏ hơn 0,05. yRnT1N=18,7002+1,15574x1 + 0,2984x2 – 0,0354x12 – 0,0121x22 (4.3) yRnT2N=17,7795+1,16648x1 + 0,19314x2 – 0,0406x12 – 0,0101x22 (4.4)
13 yRnT1S = 22,3275 + 0,9508x1 + 7,9709x2 – 0,0298x12 – 0,7479x22 (4.5) yRnT2S = 24,1772 + 0,4328x1 + 7,5983x2 – 0,0198x12 – 0,6669x22 (4.6) Hàm lượng hợp lý các PGKM (khối lượng, so với CKDCN) và cường độ nén ở 800oC thể hiện trong Bảng 4.2. Bảng 4.2. Thành phần và cường độ chịu nén CKDCN ở 800oC ST Thành phần CKDCN, % Rn theo lý Mẫu T TB BN SF PC thuyết, MPa 1 T1 25,2 - - 74,8 31,1 2 T2 25,6 - - 74,4 29,1 3 T1N 22,0 12,3 - 65,7 37,7 4 T2N 20,5 9,5 - 70,0 35,8 5 T1S 16,0 - 5,3 78,7 51,2 6 T2S 11,0 - 5,7 83,3 48,2 4.6. Ảnh hưởng của loại PGKM đến tính chất của CKDCN ở các cấp nhiệt độ a) b) Hình 4.1. Ảnh Hình4.7. hưởngcủa Ảnh hưởng của cáccác PGKM loạiloại PGKM đến cường đến cường độ chịu độ nénchịu nén củaở của CKDCN CKDCNcác ở các cấp nhiệt cấp nhiệt độ độ Đốt nóng đến 200oC, cường độ chịu nén của các mẫu đá CKDCN đều tăng a) do quáđộ Cường trình chịu“tự nén;chưng hấp” b) Cường độ và chịucónén thểcòn dolại phản ứng so với củaoCthành ở 100 phần CH trong đá xi măng với thành phần hoạt tính có trong PGKM làm tăng cường độ ban đầu. Từ 200÷800oC, cường độ chịu nén và KLTT các mẫu giảm, độ co ngót tăng lên. Mẫu PC suy giảm cường độ chịu nén mạnh, các mẫu chứa PGKM thì tốc độ suy giảm cường độ chậm hơn.
14 a) b) Hình 4.8. Ảnh hưởng của các loại PGKM đến KLTT của CKDCN ở các cấp nhiệt độ Phụ gia khoáng mịn hỗn hợp cải thiện tính chất của xi măng PC tốt hơn phụ gia đơn, đặc biệt là hệ TB – SF nâng cao cường độ cho các mẫu đá CKDCN ở hầu hết các cấp nhiệt độ, gấp 1,1÷1,6 lần so với mẫu chứa TB, chứng tỏ vai trò của phụ gia SF. Hệ TB – BN cho độ co ngót cũng như sự mất khối lượng của mẫu đá CKDCN nhỏ nhất ở hầu hết các cấp nhiệt độ, cường độ Hình 4.9. Ảnh hưởng của các chịu nén của mẫu cao hơn mẫu chứa loại PGKM đến độ co ngót của TB ở 600÷800 C khoảng 1,2 lần, o CKDCN ở các cấp nhiệt độ chứng tỏ vai trò của phụ gia BN đặc biệt ở khoảng nhiệt độ lớn hơn 600oC. Ở khoảng 200÷800oC, các mẫu chứa TB1 cho giá trị cường độ chịu nén, KLTT còn lại so với ở 100oC cao hơn và độ co ngót nhỏ hơn so với các mẫu chứa TB2. Hàm lượng CaO trong TB2 cao hơn có thể là nguyên nhân dẫn đến các tính chất cơ lý của đá CKD suy giảm. 4.7. Phân tích hóa lý, vi cấu trúc CKDCN Nghiên cứu về biến đổi hoá lý và vi cấu trúc thực hiện trên các mẫu chứa phụ gia TB1, gồm mẫu T1 (chứa 25,2% TB1), mẫu T1N (chứa 22,0% TB1 và 12,3% BN), mẫu T1S (chứa 16% TB1 và 5,3% SF) và đối chứng với mẫu PC. 4.7.1. Phân tích nhiệt
15 Hình 4.10. Kết quả phân tích DSC và DTG mẫu CKDCN Hình 4.11. Kết quả phân tích TGA mẫu CKDCN 4.7.2. Phân tích Rơnghen Hình 4.12. Phân tích XRD mẫu CKDC Hình 4.13. Phân tích XRD mẫu T1S ở ở các cấp nhiệt độ các cấp nhiệt độ (1=CH; 2=CaCO3; 3=C-S-H; 4=C3S; (1=CH; 2=CaCO3; 3=C-S-H; 4=C3S; 5=C2S; 6=CaO; 7=SiO2; 8=CS; 5=C2S; 6=CaO; 10=C2ASH8) 9=C2AS) 4.7.3. Phân tích kính hiển vi điện tử quét
16 Hình 4.14. Ảnh SEM mẫu CKDCN ở 25oC và 800oC
17 Hình 4.15. Ảnh SEM mẫu T1S ở các cấp nhiệt độ Kết hợp với kết quả phân tích DSC, DTG, XRD và SEM, các khoáng trong đá CKDCN mà đại diện là mẫu T1S biến đổi theo nhiệt độ như sau: Từ 25÷100oC trong mẫu có các khoáng xuất hiện với cường độ mạnh như CH, βC2S, C3S, CaCO3, C-S-H. Từ 100÷200oC, có sự xuất hiện của khoáng C2ASH8, CH, C-S-H khử nước một phần, CaCO3, βC2S, C3S. Từ 200÷400oC bổ sung khoáng C-S-H biến tính và C-S-H mất nước (nesosilicat mới). Từ 400÷600oC xảy ra sự tách nước của CH, mẫu có CaO, C-S-H biến tính và C-S-H mất nước (nesosilicat mới), C2ASH8 và các pha khan. Từ 600÷800oC, mẫu có
18 các khoáng CH, C-S-H, pha khan (βC2S, C3S), CaCO3, CS và C2AS. Từ 800÷1000oC, các khoáng như βC2S, C3S, CS và C2AS xuất hiện với cường độ mạnh hơn. Như vậy, phản ứng giữa các khoáng của đá xi măng PC và thành phần hoạt tính trong PGKM đã hạn chế thành phần CH cũng như CaO tự do, tạo ra các khoáng mới bền nhiệt hơn, làm ổn định cấu trúc đá CKDCN ở nhiệt độ cao. CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG CHỊU NHIỆT 5.1. Thiết kế thành phần hạt cốt liệu cho BTCN 5.1.1. Thành phần hạt của cốt liệu tính toán theo công thức Andersen Chỉ số n tăng từ 0,33 đến 0,50 thì hàm lượng cỡ hạt thô tăng dần, làm trị số Mđl tăng đáng kể và tăng khá đồng đều. 5.1.2. Khối lượng thể tích, độ rỗng thực của hỗn hợp hạt tương ứng với các chế độ công nghệ làm chặt Hình 5.1. Tính chất của hỗn hợp hạt TX1 ứng với các chế độ làm chặt Luận án lựa chọn loại TX1 để chế tạo BTCN. Ở chế độ đầm rung 90s, cốt liệu TX1 có n = 0,33÷0,37 cho KLTT hỗn hợp hạt tăng và độ rỗng giảm, nhưng khi n > 0,37 thì KLTT lại giảm và độ rỗng tăng lên. Với n = 0,33÷0,50 thì hỗn hợp cốt liệu TX1 có độ rỗng trong hạt thay đổi từ 5,5÷6,2% và độ rỗng giữa hạt từ 44,6÷47,2% 5.1.3. Phương trình hồi quy tính chất hỗn hợp hạt cốt liệu Phương trình hồi quy KLTT của hỗn hợp hạt được thiết lập dựa trên công cụ (mã nguồn mở) Matlab 2016, nhân tố ảnh hưởng là n. 𝑦𝛾𝑜𝑇𝑋1 = 737,45 + 1317,7x – 1869,9 x2 (5.1)