Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam

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

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam" là xác định sự thay đổi của thể tích lỗ rỗng theo thời gian để phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic; Đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn đối với kết cấu bê tông muội silic và bê tông xi măng Poóc lăng thường ở môi trường biển Việt Nam; Ứng dụng thiết kế cấp phối bê tông muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam thông qua đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn.

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 có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN LONG KHÁNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO SỬ DỤNG MUỘI SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ở MÔI TRƢỜNG BIỂN VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt Mã số: 958.02.06 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ H Nội – 2023
2 Công trình được hoàn thành tại: TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh 2. GS. TS. Phạm Duy Hữu Phản biện 1: GS. TSKH. Nguyễn Đông Anh Phản biện 2: PGS. TS. Khúc Đăng Tùng Phản biện 3: TS. Đỗ Hữu Thắng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi giờ ngày tháng năm 2023. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin – Thƣ viện, Đại học Giao thông vận tải
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề t i Độ bền của kết cấu bê tông trong môi trường biển là một vấn đề được quan tâm trong nhiều thập kỷ qua, do nước biển có tính xâm thực không chỉ đối với cốt thép mà còn cả đối với bê tông. Trên thế giới trong những năm 1970, vấn đề về độ bền ăn mòn kết cấu bê tông đã bắt đầu được đưa ra nghiên cứu. Tuy nhiên đến năm 2005, Hà Lan mới bắt đầu một chương trình nghiên cứu chính thức, thực hiện dưới sự giám sát của Ủy ban B23 của CUR (Hội đồng nghiên cứu sau đại học toàn cầu), thực hiện khảo sát sáu mươi kết cấu ở nhiều độ tuổi khác nhau. Nghiên cứu cho thấy nguyên nhân lớn nhất gây ảnh hưởng tới độ bền kết cấu bê tông là sự ăn mòn cốt thép do xâm nhập ion Cl-, chủ yếu trong các kết cấu cũ với lớp bê tông bảo vệ tương đối thấp [Wiebenga 1980]. Việt Nam là quốc gia có hơn 3.200 km bờ biển. Trước yêu cầu cấp thiết của công cuộc xây dựng và bảo vệ biển đảo, Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm đến sự phát triển kinh tế - xã hội các vùng ven biển, hải đảo với nhiều chính sách ưu tiên phát triển, trong đó có phát triển cơ sở hạ tầng. Thực tế cho thấy, vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ của các công trình bê tông xây dựng ở vùng biển hoặc ven biển chủ yếu là giải quyết bài toán nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong kết cấu công trình. Từ những phân tích trên, Luận án lựa chọn đề tài “Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam” nhằm nghiên cứu, phân tích và thí nghiệm loại bê tông sử dụng phụ gia muội silic để tăng cường độ bền chống thấm ion Cl- cho kết cấu bê tông ở môi trường biển. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của Luận án là nghiên cứu sử dụng bê tông muội silic có độ bền ăn mòn cao cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam, cụ thể như sau: Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ Nước/Chất kết dính (N/CKD), hàm lượng muội silic tới cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl-, hệ số khuếch tán ion Cl- để đánh giá về cường độ chịu nén, độ bền chống thấm ion Cl- của bê tông muội silic trong môi trường biển. Xác định quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl- để làm cơ sở xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền chống thấm ion Cl-. Xác định sự thay đổi của thể tích lỗ rỗng theo thời gian để phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic. Đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn đối với kết cấu bê tông muội silic và bê tông xi măng Poóc lăng thường ở môi trường biển Việt Nam. Ứng dụng thiết kế cấp phối bê tông muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam thông qua đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn. 3. Đối tƣợng v phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là bê tông sử dụng muội silic có cường độ đặc trưng > 60 MPa và có độ thấm ion Cl-
2 Phương pháp lý thuyết dựa trên kết quả, nội dung của các nghiên cứu trên thế giới và trong nước, từ đó lựa chọn các phương pháp, số liệu phù hợp đưa vào nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp Taguchi cho quy hoạch, xử lý số liệu thí nghiệm, kết hợp với sử dụng phần mềm Life-365 để đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu công trình ở môi trường biển Hải Phòng. Phương pháp thí nghiệm là phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm dựa trên Tiêu chuẩn Việt Nam và nước ngoài nhằm xác định các đặc tính về độ bền, thể tích lỗ rỗng của bê tông. 5. Ý nghĩa khoa học v thực tiễn Ý nghĩa khoa học: (1) Đưa ra các minh chứng làm rõ hơn ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic tới độ bền của bê tông (cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl-, hệ số khuếch tán ion Cl-); (2) Thiết lập mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl - của bê tông muội silic. Qua đó đề xuất phương pháp thiết kế bê tông muội silic có xét đến độ bền chống thấm ion Cl-; (3) Đánh giá ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng đến độ bền của bê tông muội silic theo thời gian; (4) Đề xuất cấp phối bê tông muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam đáp ứng yêu cầu về độ bền. Ý nghĩa thực tiễn: (1) Góp phần hoàn thiện phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic trong môi trường biển nhằm nâng cao độ bền chống thấm ion Cl-; (2) Thúc đẩy việc tận dụng nguồn vật liệu muội silic từ sản phẩm công nghiệp cho việc xây dựng các công trình hạ tầng giao thông khu vực biển góp phần giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế kỹ thuật. 6. Bố cục luận án Luận án gồm phần mở đầu, 04 chương chính, phần kết luận, kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo, tài liệu tham khảo và phụ lục. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO TRONG MÔI TRƢỜNG BIỂN 1.1. Khái quát về ảnh hƣởng của môi trƣờng biển tới độ bền bê tông 1.1.1. Khái niệm về môi trƣờng biển Theo nghiên cứu của K. Mehta (Pháp), ăn mòn trong môi trường biển được chia làm ba vùng chính [94] : Vùng thường xuyên ngập nước; Vùng thủy triều lên xuống (gồm cả phần sóng đánh); Vùng khí quyển trên biển và ven biển. Môi trường biển có chứa rất nhiều các yếu tố gây tác động xấu đến chất lượng, độ bền của bê tông, gây suy giảm tuổi thọ của các công trình. Thực tế có hơn 50% bộ phận kết cấu bê tông, bê tông cốt thép bị ăn mòn, hư hỏng nặng hoặc bị phá hủy chỉ sau 10- 30 năm sử dụng. Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bền công trình bê tông, bê tông cốt thép chủ yếu như sau: + Quá trình cacbonat hóa + Quá trình thấm ion SO42- vào trong bê tông + Quá trình khuếch tán ô xi, ion Cl- và hơi ẩm vào bê tông + Quá trình ăn mòn do vi sinh vật, do sóng, ăn mòn rửa trôi...  Trên thế giới Diện tích bề mặt trái đất được bao phủ 71% bởi các vùng nước và trong đó gần 96,5% được bao phủ bởi nước biển.  Ở nƣớc ta
3 Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3200 km từ 8o37’ đến 21o32’ Bắc với điều kiện nóng ẩm mang tính đặc thù của khí hậu Việt Nam [40]. 1.1.2. Ảnh hƣởng của môi trƣờng biển tới độ bền bê tông Môi trường biển có nhiều tác động có hại tới độ bền bê tông, tuy nhiên có thể khái quát những ảnh hướng chính như sau:  Hiện tƣợng ăn mòn cốt thép do ion Cl- gây ra Khảo sát thực tế cho thấy các công trình BTCT sau một thời gian sử dụng đều có dấu hiệu gỉ cốt thép ở mức độ khác nhau, dẫn đến không đảm bảo về tuổi thọ công trình  Ảnh hƣởng do quá trình hydrat hóa Các sản phẩm chính của quá trình hydrat hóa xi măng Poóc lăng dễ bị phân hủy bởi các thành phần của nước biển như CO2, MgCl2 và MgSO4.  Ảnh hƣởng do hiện tƣợng cacbonat hóa Các phản ứng cacbon hóa với tất cả các sản phẩm xi măng ngậm nước có thể dẫn đến sự hư hỏng bê tông  Ảnh hƣởng do muối ma giê Hàm lượng MgCl2 điển hình của nước biển là 3200 ppm, đủ để gây ra sự suy giảm khả năng làm việc của xi măng Poóc lăng do sự xâm hại của ion Mg 2+.  Ảnh hƣởng do xâm hại sunfat Các ion sunfat từ nước biển phản ứng với các sản phẩm hydrat của xi măng Poóc lăng và gây ra sự hư hỏng của cấu kiện bê tông. 1.1.3. Các yêu cầu tăng cƣờng độ bền bê tông trong môi trƣờng biển  Yêu cầu về lựa chọn vật liệu đầu vào  Yêu cầu về thiết kế, thành phần bê tông  Yêu cầu về công nghệ chế tạo và thi công [40] 1.2. Khái quát về độ bền của bê tông 1.2.1. Độ bền bê tông Theo ASTM E 632, độ bền “durability” là khả năng duy trì khả năng sử dụng của một sản phẩm, cấu kiện, kết cấu trong một thời gian xác định. Khả năng sử dụng “service life” được xem là khả năng của các cấu kiện để thực hiện chức năng mà chúng được thiết kế và xây dựng. Độ bền của bê tông được chia làm 2 nhóm chính là độ bền cơ lý (sói mòn, rửa trôi, đóng băng/tan băng...) và độ bền hóa học (ăn mòn cốt thép do ion Cl-, ăn mòn bê tông do hiện tượng cacbonat hóa, xâm hại sunfat...) 1.2.2. Nghiên cứu về ăn mòn cốt thép do ion Cl- gây ra Đặc trưng của ăn mòn cốt thép do ion Cl- là tạo ra các “lỗ” trên bề mặt kim loại (micropilc), làm tỉ lệ diện tích catot/anot lớn nên mật độ dòng ăn mòn cục bộ rất cao. Chỉ có ion ion Cl- ở dạng tự do mới gây ra ăn mòn cốt thép và sự khuếch tán của chúng trong cấu trúc xốp của bê tông. Quá trình này được minh họa trong Hình 1.7. Từ đó hình thành các chất Fe2O3 và Fe(OH)3.3H2O là sản phẩm của quá trình điện hóa. Hình 1.7: Cơ chế ăn mòn điện hóa thép trong bê tông khi có mặt ion Cl - [21]
4 Theo Nielsen A. (1985), Fe2O3 có thể tích gấp 2 lần thép mà nó thay thế. Nhưng khi chuyển thành Fe(OH)3.3H2O nó nở thể tích gấp đến 6,5 lần gây ra nứt và vỡ bê tông bảo vệ. 1.2.3. Nghiên cứu về cơ chế ảnh hƣởng của lỗ rỗng tới độ bền của bê tông Ion Cl- xâm nhập vào bê tông qua các lỗ rỗng và vết nứt vi mô. Hơn nữa, bê tông là một vật liệu không đồng nhất, các đặc tính xốp liên quan trực tiếp đến tính thấm của bê tông [127], bao gồm cấu trúc lỗ rỗng, cường độ, điều kiện đóng rắn và yếu tố môi trường [77] . Vì vậy, lỗ rỗng của bê tông cũng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ bền của kết cấu. 1.3. Khái quát về bê tông muội silic có độ bền ăn mòn cao ở môi trƣờng biển 1.3.1. Khái niệm về bê tông có độ bền ăn mòn cao ở môi trƣờng biển Bê tông có độ bền ăn mòn cao về bản chất là bê tông chất lượng cao. So với bê tông thông thường, trong thành phần của bê tông chất lượng cao còn có một thành phần không thể thiếu là phụ gia khoáng. Có nhiều loại phụ gia khoáng có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo (muội silic, tro bay, xỉ lò cao..). Tuy nhiên muội silic là một trong những loại puzơlan phổ biến nhất, việc bổ sung chúng vào hỗn hợp bê tông giúp độ xốp, độ thấm và mức độ tách nước thấp hơn vì các oxit của chúng (SiO2) phản ứng với Ca(OH)2, được tạo ra từ quá trình thủy hóa xi măng Pooc lăng thông thường tạo ra sản phẩm C-S-H là thành phần chính tạo nên cường độ của bê tông. 1.3.2. Vai trò của muội silic trong bê tông Muội silic là một loại phụ gia khoáng puzơlan, có một số tính chất đặc trưng như cỡ hạt rất nhỏ (khoảng 0,1µm), dạng hình cầu, cấu trúc vô định hình và có hàm lượng SiO2 lớn. Các công trình nghiên cứu về muội silic [54], [59] cho thấy ảnh hưởng của muội silic tới các tính chất của bê tông được tạo nên bởi hai hiệu ứng hóa học và vật lý. Hiệu ứng hóa học liên quan đến khả năng tạo thành sản phẩm hydro silicat canxi CSH, là chất kết dính tạo cường độ cho bê tông. Mặt khác hiệu ứng vật lý của muội silic là hiệu ứng vi cốt liệu để điền đầy các khoảng trống giữa các hạt cốt liệu và giữa các hạt xi măng làm cho bê tông đặc, chắc hơn. Đây là những ảnh hưởng chính của muội silic đến đặc tính cường độ và độ bền của bê tông. Những nghiên cứu trước đây liên quan đến việc sử dụng muội silic trong bê tông đã đưa ra hàm lượng muội silic sử dụng tuối ưu là từ 5% - 15% khối lượng xi măng để đạt được yêu cầu về độ bền [110]. 1.3.3. Tình hình nghiên cứu về bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic Trên thế giới, nghiên cứu ăn mòn, các giải pháp tăng độ bền cho các công trình bê tông – bê tông cốt thép nói chung được quan tâm rất sớm từ đầu thế kỷ 19. Ở những nước phát triển tại Châu Âu, Châu Mỹ và các nước thuộc khu vực Bắc Âu. Có thể kể tên một số nhà khoa học nổi tiếng trong lĩnh vực liên quan đến ăn mòn kết cấu bê tông – bê tông cốt thép trong môi trường biển như P.K. Mehta, V.M. Malhotra, J. P. Olivier… [94], [89] với nhiều công bố khoa học, nhiều sách tham khảo, chuyên khảo về độ bền, chống ăn mòn bê tông. Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu về bê tông có độ bền chống ăn mòn cao cũng đã được nghiên cứu trước đây. Có thể kể đến những nghiên cứu của Đào Văn Dinh [15], Hồ Văn Quân [33], Hồ Xuân Ba [11], Ngô Văn Thức [33]. Tuy nhiên các tác giả mới chỉ tập trung nghiên cứu, đánh giá về khả năng chống thấm ion Cl - của bê tông sử dụng phụ gia khoáng muội silic, chưa có những nghiên cứu chuyên sâu về hệ số khuếch tán
5 ion Cl- và ảnh hưởng của muội silic tới lỗ rỗng và độ bền bê tông theo thời gian. Cũng như chưa đưa ra phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền. 1.3. Kết luận Chƣơng 1 - Ở Việt Nam, đặc điểm điều kiện khí hậu biển nóng ẩm chứa hàm lượng ion Cl- cao, do đó kết cấu bê tông cốt thép thường bị ăn mòn và suy thoái với tốc độ khá nhanh. Do đó, đối với bê tông dùng làm các kết cấu trong môi trường biển ở Việt Nam đòi hỏi phải có những yêu cầu cao hơn về mặt cường độ và độ bền chống thấm ion Cl-. - Xâm nhập ion Cl- và SO42- được cho là hai nguyên nhân chính gây ra các hiện tượng phá hủy kết cấu BTCT. Tuy nhiên hiện tượng ăn mòn do ion SO42- diễn ra sau thời gian dài, do đó ăn mòn do thấm ion Cl- là đe dọa lớn nhất gây suy giảm tuổi thọ đối với các kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển. - Từ phân tích tổng quan, Luận án tập trung vào hướng nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố thành phần, thể tích lỗ rỗng tới độ bền chống xâm nhập ion Cl - của bê tông muội silic. Đề xuất phương pháp thiết kế bê tông muội silic có xét đến độ bền chống xâm nhập ion Cl- và đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn của công trình bê tông cốt thép ở môi trường biển. 1.5. Định hƣớng nghiên cứu của Luận án Từ những phân tích ở Chương I, Luận án đã xác định được định hướng nghiên cứu cụ thể như sau: Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố thành phần là tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic tới cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic. Xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền chống thấm ion Cl-. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần muội silic tới thể tích lỗ rỗng của bê tông. Qua đó phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của kết cấu bê tông theo thời gian. Đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn của các công trình khi sử dụng bê tông muội silic và bê tông thông thường trong môi trường biển. Từ đó đề xuất cấp phối phù hợp với yêu cầu thời gian khởi đầu ăn mòn là 100 năm đối với các công trình trong môi trường biển. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC 2.1. Cơ sở lý thuyết đánh giá sức kháng xâm nhập ion Cl- của bê tông muội silic 2.1.1. Sức kháng xâm nhập ion Cl- của bê tông Ion Cl- có thể có mặt trong các thành phần vật liệu cấu thành bê tông đặc biệt là cát và nước. Theo Tiêu chuẩn EN 206-1 (2001) [141] của Châu Âu, hàm lượng ion Cl- so với khối lượng của xi măng không được vượt quá 0,4% đối với bê tông cốt thép hoặc bê tông có lõi thép. Ion Cl- có thể có mặt trong bê tông ở dạng ion trong pha lỏng. 2.1.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm sức kháng xâm nhập ion Cl- của bê tông  Thí nghiệm d i hạn: Thí nghiệm ngâm muối (Salt Ponding Test – AASHTO T259); Thí nghiệm khuếch tán khối (Bulk Diffusion Test – ASTM C1556)  Thí nghiệm d i hạn: Thí nghiệm thấm nhanh Clo (Rapid Chloride Permeability Test – ASTM C1202); Kỹ thuật điện di; Thí nghiệm điện di nhanh Clo (The Rapid Clorua Migration Test - AASHTO TP64). 2.2. Cơ sở lý thuyết đánh giá ảnh hƣởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền bê tông
6 2.2.1. Ảnh hƣởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, độ rỗng chính là khoảng không giữa các C-S-H và các lỗ rỗng mao quản nhỏ không gây nên thấm cho bê tông chất lượng cao. Ngược lại, khi tăng mức độ thủy hóa, mặc dù tăng đáng kể thể tích rỗng do khoảng trống giữa các lớp C-S-H và rỗng mao quản, nhưng tính thấm giảm mạnh. Do vậy, tồn tại mối quan hệ trực tiếp giữa tính thấm và thể tích lỗ rỗng lớn hơn 100 nm. Điều này có thể do đối với hệ thống lỗ rỗng bao gồm nhiều lỗ rỗng nhỏ có xu hướng gián đoạn (không liên tục) nên ảnh hưởng tới độ bền của bê tông. 2.2.2. Phƣơng pháp xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông Thể tích lỗ rỗng của bê tông được xác định bằng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (phương pháp Brunauer – Emmett – Teller/BET). Phương pháp này được sử dụng để xác định một số tính chất của vật liệu mao quản như: diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, phân bố kích thước mao quản cũng như tính chất bề mặt. Từ kết quả của phương pháp BET, áp dụng phương pháp Barret – Joyner – Halenda (BJH) để xác định phân bố thể tích lỗ rỗng và kích cỡ lỗ rỗng qua đó xác định được phân bố lỗ rỗng trong bê tông. 2.3. Giới thiệu phƣơng pháp Taguchi 2.3.1. Thiết kế thí nghiệm theo phƣơng pháp Taguchi Phương pháp Taguchi kết hợp quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu nhằm đưa ra mối quan hệ giữa biến đầu vào và hàm mục tiêu. Trong đó, thiết kế ma trận thí nghiệm đơn giản, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, cho hiệu quả cao. Các ma trận thí nghiệm được thiết kế dựa vào các ma trận trực giao cố định. Quá trình được thực hiện như sau: Xác định các thông số Xác định các mức của mỗi thông số Lựa chọn mảng trực giao OA phù hợp Gán các thông số vào các cột của mảng trực giao Tiến hành thí nghiệm Phân tích dữ liệu 2.3.2. Xây dựng phƣơng trình hồi quy theo phƣơng pháp Taguchi Trong phương pháp Taguchi để xây dựng quan hệ giữa hàm mục tiêu và các biến đầu vào, việc phân tích phương sai mô hình, xem xét hệ số tương quan của mô hình và xác định các số hạng trong mô hình được hỗ trợ bằng phần mềm Minitab [23]. Phương trình hồi quy tổng thể có dạng như sau [23]: q y  b0   b j x j   b ju x j xu  .....   b1,2,3...k x1 x2 ...xk (2.38 j 1 j u  q Trong đó: y là hàm giả định xj, xu là các biến giả thuyết
7 bju: là các hệ số ước lượng sự thay đổi của hàm giả định đối với mỗi đơn vị thay đổi của các biến giả thuyết. 2.4. Kết luận Chƣơng 2 - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sức kháng xâm nhập ion Cl- và ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông, nghiên cứu các phương pháp xác định độ thấm, hệ số khuếch tán ion Cl- và thể tích lỗ rỗng của bê tông. - Lựa chọn phương pháp xác định hệ số khuếch tán ion Cl- thông qua phương pháp thấm nhanh Cl- và phương pháp điện di nhanh. - Lựa chọn phương pháp Taguchi kết hợp với phần mềm Minitab để phân tích số liệu, xây dựng mối tương quan giữa tỷ lệ N/CKD với hàm lượng muội silic cường độ, độ thấm ion Cl-. - Lựa chọn phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ (BET/BJH) để xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông. CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ THÀNH PHẦN TỚI ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC 3.1. Thiết kế chế tạo bê tông muội silic 3.1.1. Tiêu chuẩn áp dụng và cơ sở khoa học lựa chọn thành phần thiết kế bê tông muội silic  Tiêu chuẩn áp dụng Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 10306:2014 về Bê tông cường độ cao – Thiết kế thành phần mẫu hình trụ [9] và các tiêu chuẩn quốc gia khác quy định về chỉ tiêu kỹ thuật đối với các thành phần bê tông.  Cơ sở khoa học lựa chọn thành phần trong thiết kế bê tông xi măng muội silic Thiết kế thành phần bê tông muội silic có cường độ chịu nén ở 28 ngày lớn hơn 60 MPa (mẫu hình trụ) và độ thấm ion Cl- < 1000 Cu lông. 3.1.2. Vật liệu chế tạo bê tông xi măng muội silic  Cốt liệu thô (đá dăm) - Nguồn gốc: mỏ đá Sunway – Lương Sơn – Hòa Bình. - Cường độ được xác định tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT.  Cốt liệu nhỏ (cát vàng) - Nguồn gốc: sông Hồng (Việt Trì). - Các chỉ tiêu cơ lý của cát được xác định tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT.  Xi măng Xi măng Bút Sơn PC40 theo TCVN 2682 – 2009. Các chỉ tiêu kỹ thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất.  Phụ gia khoáng muội silic Sản phẩm gốc silicafume Sikacrete PP1 của hãng Sika, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C1240-03.  Phụ gia siêu dẻo Sika Viscocrete 3000-20 của Hãng Sika, loại G, đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C494  Nƣớc dùng đổ bê tông
8 Nguồn nước máy của hệ thống cấp nước sinh hoạt của Hà Nội đạt chất lượng theo TCVN 4506 : 2012 – Nước cho bê tông và vữa. 3.1.3. Tính toán thiết kế thành phần và chế tạo bê tông muội silic  Lựa chọn thông số đầu vào Dựa trên các phân tích nghiên cứu trước đây trên thế giới và trong nước, Luận án lựa chọn thông số đầu vào trong nghiên cứu như sau: - Hàm lượng muội silic thay thế: 8% – 10 % – 12% - Tỷ lệ N/CKD: 0,25 – 0,30 – 0,35  Thiết kế thí nghiệm theo phƣơng pháp Taguchi - Hàm mục tiêu: Cường độ chịu nén và độ thấm ion Cl- - Thông số đầu vào:  Hàm lượng muội silic thay thế: 8% – 10 % – 12%  Tỷ lệ N/CKD: 0,25 – 0,30 – 0,35  Bố trí thí nghiệm theo phƣơng pháp Taguchi Theo sổ tay kỹ thuật chất lượng Taguchi [117], trường hợp khảo sát 2 yếu tố, mỗi yếu tố 3 mức, lựa chọn quy hoạch loại L9 với 9 cấp phối thí nghiệm, tổ hợp các thí nghiệm được bố trí trực giao.  Thiết kế cấp phối thành phần bê tông xi măng muội silic Trong phạm vi nghiên cứu, Luận án không xem xét đến vấn đề ảnh hưởng của cốt liệu mà chỉ tập trung nghiên cứu về thành phần cấu tạo nên chất kết dính trong bê tông muội silic gồm: Thành phần cấu tạo nên chất kết dính và Hàm lượng nước sử dụng. Áp dụng Tiêu chuẩn TCVN 10306:2014 với hàm lượng muội silic (8 % - 10% - 12%) và tỷ lệ N/CKD (0,25 - 0,30 - 0,35), tính toán thiết kế thành phần các cấp phối bê tông như sau: Bảng 3.13: Tổng hợp thành phần BT muội silic sử dụng nghiên cứu X N MS C Đ PG Kí hiệu BT N/CKD %MS (kg) (lít) (kg) (kg) (kg) (lít) 8MS 0,25N/CKD 8 552 150 48 612 1100 8,3 10MS 0,25N/CKD 0,25 10 540 150 60 612 1100 8,1 12MS 0,25N/CKD 12 528 150 72 612 1100 7,9 8MS 0,30N/CKD 8 460 150 40 692 1100 6,9 10MS 0,30N/CKD 0,30 10 450 150 50 692 1100 6,8 12MS 0,30N/CKD 12 440 150 60 692 1100 6,6 8MS 0,35N/CKD 8 395 150 34 745 1100 5,9 10MS 0,35N/CKD 0,35 10 386 150 43 745 1100 5,8 12MS 0,35N/CKD 12 377 150 52 745 1100 5,7 0MS 0,30N/CKD 0,30 0 500 150 00 692 1100 6,8 Ngoài những cấp phối sử dụng muội silic, Luận án lựa chọn thêm 01 cấp phối không sử dụng muội silic với tỷ lệ N /CKD=0,30 làm mẫu đối chứng. Ghi chú: X: Xi măng; N: Nước; MS: Muội silic; C: Cát; Đ: Đá dăm; N/CKD: Tỉ lệ Nước/Chất kết dính; PG: Phụ gia siêu dẻo.  Chế tạo bê tông muội silic Bảng 3.14: Tổng hợp số lƣợng mẫu thí nghiệm
9 Số lƣợng mẫu trụ kích Số lƣợng mẫu trụ kích thƣớc 100 x 50 (mm) STT N/CKD %MS thƣớc 150 x 300 (mm) (cho thí nghiệm xác (cho thí nghiệm nén) định độ thấm) 1 8 9 12 2 0,25 10 9 12 3 12 9 12 4 8 9 12 5 0,30 10 9 12 6 12 9 12 7 8 9 12 8 0,35 10 9 12 9 12 9 12 10 0,30 0 9 12 Tổng số 90 120 Hình 3.5. Hình ảnh quá trình trộn và bảo dƣỡng bê tông 3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố thành phần tới cƣờng độ chịu nén của bê tông muội silic 3.2.1. Thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén của bê tông muội silic - Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 3118 : 1993 tại Phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT. - Kết quả cường độ chịu nén được tính trung bình từ kết quả đo 9 mẫu thử/cấp phối ở 28 ngày tuổi, như sau: Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm xác định cƣờng độ chịu nén Cƣờng độ chịu nén Kí hiệu bê tông xi măng MS TT N/CKD trung bình ở 28 muội silic (%) ngày tuổi (MPa) 1 8MS 0,25N/CKD 8 80,2 2 10MS 0,25N/CKD 10 84,5 0,25 3 12MS 0,25N/CKD 12 83,2 4 8MS 0,30N/CKD 8 68,5 5 10MS 0,30N/CKD 10 72,4 0,30 6 12MS 0,30N/CKD 12 71,1
10 7 8MS 0,35N/CKD 8 61,2 8 10MS 0,35N/CKD 10 65,3 0,35 9 12MS 0,35N/CKD 12 63,2 10 0MS 0,30N/CKD 0,30 0 55,5 3.2.2. Phân tích ảnh hƣởng yếu tố thành phần đến cƣờng độ chịu nén của bê tông muội silic Dựa trên kết quả thí nghiệm, xây dựng được biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén của bê tông muội silic (Hình 3.6). Hình 3.6: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, h m lƣợng muội silic với cƣờng độ chịu nén Nhận xét: - Bê tông muội silic đáp ứng yêu cầu bê tông cường độ cao, cường độ chịu nén đạt trên 62 MPa. - Cường độ chịu nén của bê tông muội silic tỷ lệ nghịch với hàm lượng N/CKD, đạt giá trị lớn nhất khi tỷ lệ N/CKD = 0,25. - Cường độ chịu nén tỷ lệ thuận với hàm lượng muội silic trong khoảng từ 8%-10% nhưng tỷ lệ nghịch với hàm lượng muội silic trong khoảng từ 10%-12%, đạt giá trị lớn nhất khi sử dụng hàm lượng muội silic là 10%. 3.2.3. Xây dựng phƣơng trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lƣợng muội silic với cƣờng độ chịu nén của bê tông muội silic bằng phƣơng pháp Taguchi Xây dựng phương trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén bằng phần mềm Minitab. Phương trình như sau: N N 2 2 R  135,19  738, 0.  14,80.MS  906, 7.( )  0, 7083.MS (3.1) n CKD CKD  Đánh giá sự phù hợp của phƣơng trình hồi quy bằng phần mềm Minitab Bảng 3.19: Kết quả phân tích phƣơng sai mô hình tƣơng quan Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 4 600,498 150,124 1777,79 0,00001 N/CKD 1 18,868 18,868 223,43 0,00012 MS 1 17,465 17,465 206,82 0,00014 (N/CKD)2 1 10,276 10,276 121,68 0,00038 2 MS 1 16,056 16,056 190,13 0,00016 Trong đó: Adj SS là tổng bình phương hiệu chỉnh; Adj MS là bình phương trung bình hiểu chỉnh; F- Value là giá trị thống kê F; P-Value là giá trị thống kê P.
11 Giá trị P-Value của các yếu tố N/CKD; MS; (N/CKD)2; MS2 đều nhỏ hơn 0,05, cho thấy các yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể trong mô hình hồi quy. Bảng 3.20: Hệ số tƣơng quan của PTHQ cƣờng độ chịu nén S R-sq(adj) R-sq(pred) R-sq (Độ lệch (Hệ số tương quan điều (Hệ số tương quan (Hệ số xác định) chuẩn) chỉnh) dự đoán) 0,290593 99,94% 99,89% 99,72% Các hệ số tương quan của PTHQ, R-sq = 99,94%, R-sq(adj) = 99,89%, R-sq(pred) = 99,72% (Bảng 3.44) cho thấy phương trình hồi quy có sự tương quan chặt chẽ với số liệu thí nghiệm. Do đó, có thể sử dụng phương trình này để dự đoán cường độ chịu nén của bê tông muội silic. b. Đánh giá sự phù hợp của phƣơng trình hồi quy thông qua kết quả thí nghiệm Bảng 3.21: So sánh cƣờng độ chịu nén thí nghiệm v cƣờng độ chịu nén dự đoán theo Phƣơng pháp Taguchi Rn28 thí Rn28 theo Sai lệch Tên cấp MS nghiệm Phƣơng pháp STT N/CKD giữa phối (%) (MPa) Taguchi (MPa) (1) và (2) (1) (2) 1 T01 8 80,2 80,43 + 0,29% 2 T02 0,25 10 84,5 84,53 + 0,04% 3 T03 12 83,2 82,96 - 0,29% 4 T04 8 68,5 68,46 - 0,06% 5 T05 0,30 10 72,4 72,56 + 0,22% 6 T06 12 71,1 71,00 - 0,14% 7 T07 8 61,2 61,03 - 0,28% 8 T08 0,35 10 65,3 65,13 - 0,26% 9 T09 12 63,2 63,57 + 0,58% Kết quả tính từ phương trình hồi quy thu được tương đồng với kết quả thí nghiệm, sai lệch trong khoảng từ -0,29% tới + 0,58%.  Đánh giá sự phù hợp của phƣơng trình hồi quy thông qua các nghiên cứu khác So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy, phương trình hồi quy rút ra của Luận án tương đồng với các kết quả nghiên cứu của Sanjay Kumar, Baboo Rai (2020) [81]; M. Shafieyzadeh (2013) [112]. 3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố thành phần tới khả năng chống thấm ion Cl- của bê tông muội silic 3.3.1. Thí nghiệm xác định độ thấm ion Cl- Thí nghiệm xác định độ thấm ion Cl- được thực hiện theo Tiêu chuẩn TCVN 9337:2012 tại Phòng thí nghiệm của Trường Đại học Công nghệ GTVT Kết quả thấm ion Cl- được tính trung bình từ kết quả đo 9 mẫu thử/cấp phối ở 28 ngày tuổi. Bảng 3.23: Kết quả thí nghiệm xác định độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic
12 Điện lƣợng trung TT Kí hiệu bê tông xi măng N/CKD MS (%) bình (Cu lông) 1 8MS 0,25N/CKD 8 107,11 2 10MS 0,25N/CKD 10 90,00 0,25 3 12MS 0,25N/CKD 12 82,22 4 8MS 0,30N/CKD 8 211,44 5 10MS 0,30N/CKD 10 151,11 0,30 6 12MS 0,30N/CKD 12 110,22 7 8MS 0,35N/CKD 8 250,00 8 10MS 0,35N/CKD 10 196,67 0,35 9 12MS 0,35N/CKD 12 140,00 10 0MS 0,30N/CKD 0,30 0 1070,00 3.3.2. Phân tích ảnh hƣởng của các yếu tố thành phần tới độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic Kết quả thí nghiệm ở Bảng 3.23 được mô tả trong đồ thị Hình 3.9 sau đây: Hình 3.9: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, h m lƣợng muội silic v độ thấm ion Cl- - Độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic được cải thiện rõ rệt so với bê tông thông thường. Mức độ thấm ion Cl- đều được xếp ở mức độ thấm rất thấp, thậm chí với tỷ lệ N/CKD = 0,25 điện lượng truyền qua mẫu nhỏ hơn 100 Cu lông. - Từ Hình 3.9 cho thấy, độ thấm của ion Cl- tỷ lệ nghịch với hàm lượng muội silic. - Khi sử dụng tỷ lệ N/CKD = 0,25, độ thấm ion Cl- đạt giá trị thấp nhất, sự chênh lệch về giá trị điện lượng truyền qua bê tông khi thay đổi tỷ lệ hàm lượng muội silic không đáng kể. Điều này cho thấy khi sử dụng tỷ lệ N/CKD = 0,25 bê tông muội silic đạt được chất lượng tốt nhất dẫn đến độ thấm ion Cl- ở mức không đáng kể. 3.3.3. Xây dựng phƣơng trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, h m lƣợng muội silic với độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic bằng phƣơng pháp Taguchi Xây dựng PTHQ mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic bằng phần mềm Minitab. Phương trình như sau: N N Q  600  3152.  44, 2.MS  212, 8.( ).MS (3.2) CKD CKD  Đánh giá sự phù hợp của phƣơng trình hồi quy thông qua phần mềm Minitab Kết quả phân tích các hệ số tương quan và phương sai của phương trình hồi quy bằng phần mềm Minitab được tổng hợp ở bảng 3.26 và 3.27 như sau:
13 Bảng 3.26: Hệ số tƣơng quan của PTHQ độ thấm ion Cl- S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) (độ lệch (Hệ số xác (Hệ số tương quan điều (Hệ số tương quan dự chuẩn) định) chỉnh) đoán) 12,7364 97,07% 95,31% 88,26% Bảng 3.27: Kết quả phân tích phƣơng sai mô hình tƣơng quan Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Regression 3 26845,2 8948,4 55,16 0,00030 N/CKD 1 3871,4 3871,4 23,87 0,00453 MShq 1 850,8 850,8 5,25 0,05063 (N/CKD).MS 1 1810,9 1810,9 11,16 0,02053 Các hệ số tương quan của PTHQ, R-sq = 97,07%; R-sq(adj)= 95,31%; R-sq(pred) = 88,26% (Bảng 3.26) cho thấy mối quan hệ giữa phương trình hồi quy có sự tương quan chặt chẽ với số liệu thí nghiệm. Do đó, có thể sử dụng phương trình này để dự đoán độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic.  Đánh giá sự phù hợp của phƣơng trình hồi quy thông qua kết quả thí nghiệm Bảng 3.28: So sánh độ thấm ion Cl- thí nghiệm v độ thấm ion Cl- dự đoán theo Phƣơn gphaps Taguchi Q28 theo Phƣơng Q28 thí nghiệm Sai lệch MS pháp Taguchi STT N/CKD (Cu lông) giữa (%) (Cu lông) (1) (1) và (2) (2) 1 8 107,11 116,00 +7,66% 2 0,25 10 90,00 98,00 +8,16% 3 12 82,22 80,00 -2,78% 4 8 211,44 198,48 -6,52% 5 0,30 10 151,11 149,20 -1,28% 6 12 110,22 109,82 -0,27% 7 8 250,00 260,96 +4,20% 8 0,35 10 196,67 200,40 +1,86% 9 12 140,00 139,84 -0,84% Kết quả thí nghiệm đo điện lượng truyền qua bê tông và theo công thức rút ra từ phương pháp Taguchi tương đồng lẫn nhau (sai lệch từ -6,52% tới + 8,16%). 3.3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố th nh phần tới hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic Giá trị hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic (D28) được tính theo công thức của Berke và Hicks [56] từ kết quả thí nghiệm nghiệm xác định độ thấm ion Cl- bằng phương pháp điện lượng (Q28). D28 = 1,03 x 10-14(Q28)0,84 (m2/s) (3.3) Áp dụng công thức (3.3) xác định hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic. Kết quả được tổng hợp trong Bảng 3.29 dưới đây.
14 Bảng 3.29: Kết quả xác định hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic Kí hiệu bê tông xi MS Q28 TT N/CKD D28 (m2/s) măng (%) (Cu lông) 1 8MS 0,25N/CKD 8 107,11 5,22E-13 2 10MS 0,25N/CKD 10 90,00 4,51E-13 0,25 3 12MS 0,25N/CKD 12 82,22 4,18E-13 4 8MS 0,30N/CKD 8 211,44 9,25E-13 5 10MS 0,30N/CKD 10 151,11 6,97E-13 0,30 6 12MS 0,30N/CKD 12 110,22 5,35E-13 7 8MS 0,35N/CKD 8 250,00 1,06E-12 8 10MS 0,35N/CKD 10 196,67 8,70E-13 0,35 9 12MS 0,35N/CKD 12 140,00 6,54E-13 10 0MS 0,30N/CKD 0,30 0 1070,00 3,61E-12 Từ kết quả thí nghiệm, xây dựng biểu đồ quan hệ theo Hình 3.11 dưới đây: Hình 3.11: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, h m lƣợng muội silic v hệ số khuếch tán ion Cl- - Biểu đồ Hình 3.11 cho thấy, hệ số khuếch tán ion Cl - tăng khi hàm lượng N/CKD tăng. Khi sử dụng tỷ lệ N/CKD = 0,25 bê tông muội silic có giá trị hệ số khuếch tán ion Cl- thấp nhất. - Với cùng một tỷ lệ N/CKD, hệ số khuếch tán ion Cl - giảm khi tăng hàm lượng muội silic trong bê tông. Hệ số khuếch tán ion Cl - đạt giá trị nhỏ nhất khi hàm lượng muội silic sử dụng là 12%. 3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic 3.4.1. Xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic Luận án sử dụng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ (BET/BJH) bằng khí Nitơ ở nhiệt độ 77K để xác định thể tích lỗ rỗng (diện tích bề mặt, kích thước và phân bố lỗ rỗng). Thí nghiệm được tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Kết quả thí nghiệm BET/BJH xác định thể tích lỗ rỗng trong bê tông muội silic được trình bày ở Bảng 3.30. Bảng 3.30: Kết quả thí nghiệm đo thể tích lỗ rỗng của bê tông Tuổi Thể tích lỗ rỗng BET/BJH (cm3/g) Tổng thể tích lỗ bê Loại bê tông rỗng BET/BJH
15 ngày 8MS 0,30N/CKD 0,0007 0,0039 0,0039 0,0085 10MS 0,25N/CKD 0,0010 0,0058 0,0075 0,0144 12MS 0,30N/CKD 0,0014 0,0055 0,0046 0,0115 10MS 0,35N/CKD 0,0016 0,0055 0,0051 0,0122 0MS 0,30N/CKD 0,0005 0,0032 0,0095 0,0132 8MS 0,30N/CKD 0,0006 0,0047 0,0055 0,0108 06 10MS 0,25N/CKD 0,0010 0,0048 0,0069 0,0127 tháng 12MS 0,30N/CKD 0,0015 0,0053 0,0055 0,0122 10MS 0,35N/CKD 0,0014 0,0049 0,0057 0,0120 Tiến hành thí nghiệm đo các chỉ tiêu : Khối lượng tự nhiên, thể tích mẫu, độ ẩm tự nhiên theo hướng dẫn của Tiêu chuẩn ASTM C642. Từ đó tính toán ra các các chỉ tiêu khối lượng thể tích, thể tích rỗng của bê tông (Bảng 3.31). Bảng 3.31: Khối lƣợng thể tích v thể tích lỗ rỗng của bê tông Thể tích lỗ rỗng theo Thể Tổng Khối BET/BJH (%) tích thể tích Tuổi lƣợng rỗng lỗ rỗng bê Loại bê tông thể tích
16 So sánh thể tích lỗ rỗng của bê tông giữa 2 thời điểm (28 ngày và 6 tháng tuổi): + Thể tích lỗ rỗng có đường kính từ 10 ~ 50 nm: Tăng 12% (12MS 0,30 N/CKD đến 45% (8MS 0,30 N/CKD) + Thể tích lỗ rỗng có đường kính từ 50 ~ 200 nm: Tăng từ 50% (8MS 0,30 N/CKD đến 90% (12MS 0,30 N/CKD). + Thể tích lỗ rỗng có đường kính >200 nm: Giảm từ 1,47 – 2,12 lần. Phù hợp với kết quả nghiên cứu của Hooton (1993): muội silic có tác dụng làm giảm kích thước lỗ rỗng của bê tông thông qua cơ chế điền đầy các lỗ rỗng. Thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic phụ thuộc vào thời gian theo hướng mịn đi.  Ảnh hƣởng của thể tích lỗ rỗng tới hệ số khuếch tán ion Cl - của bê tông muội silic Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic tại thời điểm 6 tháng tuổi được thực hiện theo phương pháp điện di nhanh (AASHTO TP64) tại Trường Đại học GTVT. Kết quả thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 3.34: Bảng 3.34: Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion Cl- v phân bố thể tích lỗ rỗng Phân bố thể tích lỗ rỗng Q (%) Tuổi Loại bê tông D (m2/s) (Culông) S10-50 S50-200 S200 0MS 0,30N/CKD 1070,00 3,61E-12 18 39 40 8MS 0,30N/CKD 211,44 9,25E-13 22 22 53 28 10MS 0,25N/CKD 90,00 4,51E-13 21 27 47 ngày 12MS 0,30N/CKD 110,22 5,35E-13 25 21 47 10MS 0,35N/CKD 196,67 8,70E-13 25 23 44 0MS 0,30N/CKD - 1,87E-12 15 45 38 8MS 0,30N/CKD - 3,10E-13 31 36 25 6 10MS 0,25N/CKD - 4,03E-13 32 33 25 tháng 12MS 0,30N/CKD - 4,84E-13 29 34 32 10MS 0,35N/CKD - 5,13E-13 28 40 26  So sánh hệ số khuếch tán ion Cl của bê tông muội silic ở thời điểm 28 ng y - v 6 tháng tuổi. Hình 3.15: Hệ số khuếch tán ion Cl- ở thời điểm 28 ng y v 6 tháng
17 Sau 06 tháng tuổi, thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic trở nên ổn định hơn so với thởi điểm 28 ngày tuổi. Thể tích lỗ rỗng macro giảm, dẫn đến hệ số khuếch tán ion Cl - giảm, không có sự biến đổi so với thời điểm 28 ngày tuổi. Phù hợp với nghiên cứu của Barbara Lothenbach, Hotoon, Scrivener (2011) về ảnh hưởng của thời gian tới các phản ứng hóa học của muội silic do giảm độ pH trong lỗ rỗng. 3.4.3. Phân tích tƣơng quan ảnh hƣởng lẫn nhau của các yếu tố th nh phần tới độ bền v thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic Hình 3.16: Ma trận tƣơng quan giữa các yếu tố th nh phần v độ bền ion Cl-, thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic Ma trận tương quan được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng qua lại giữa các đặc tính độ bền và ảnh hưởng giữa các yếu tố thành phần bê tông muội silic lẫn nhau. 3.5. Xây dựng phƣơng pháp thiết kế th nh phần bê tông muội silic có xét đến độ bền 3.5.1. Phƣơng pháp thiết kế th nh phần bê tông muội silic có xét đến độ bền Dựa theo Tiêu chuẩn TCVN 10306:2014 về Bê tông cường độ cao – Thiết kế mẫu hình trụ, kết hợp với 02 phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa đặc tính cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl- và các yếu tố thành phần (tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic), Luận án đề xuất phương thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền chống xâm nhập ion Cl- gồm 11 bước. . 3.5.2. Phân bố xác suất của h m mục tiêu thiết kế bê tông theo các yếu tố th nh phần Hình 3.17: Phân bố xác suất của độ Hình 3.18: Phân bố xác suất của cƣờng thấm ion Cl- đối với các loại bê tông. độ đối với các loại bê tông. • Ứng với mức xác suất có độ tin cậy 90%, khi sử dụng hàm lượng muội silic là 8% thì độ thấm ion Cl- đạt giá trị < 445 Cu lông và cường độ chịu nén > 46 MPa. • Ứng với mức xác suất có độ tin cậy 90%, khi sử dụng hàm lượng muội silic là 10% thì độ thấm ion Cl- đạt giá trị < 330 Cu lông và cường độ chịu nén > 50 MPa.
18 • Ứng với mức xác suất có độ tin cậy 90%, khi sử dụng hàm lượng muội silic là 8% thì độ thấm ion Cl- đạt giá trị < 220 Cu lông và cường độ chịu nén > 48,5 MPa. 3.5.3. Thiết kế bê tông muội silic theo yêu cầu cƣờng độ chịu nén đặc trƣng Mục tiêu: Thiết kế bê tông muội silic có cường độ chịu nén đặc trưng (f’c > 60 MPa) và độ thấm ion Cl- < 1000 Cu lông. Hình 3.19: Mối quan hệ giữa Hình 3.20: Mối quan hệ Hình 3.21: Mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD v cƣờng độ giữa tỷ lệ N/CKD v cƣờng tỷ lệ N/CKD v cƣờng độ chịu nén đặc trƣng, điện độ chịu nén đặc trƣng, điện chịu nén đặc trƣng, điện lƣợng truyền qua bê tông lƣợng truyền qua bê tông lƣợng truyền qua bê tông khi khi sử dụng 8% muội silic khi sử dụng 10% muội silic sử dụng 12% muội silic Kết quả tính toán cho thấy, để thiết kế thành phần bê tông muội silic đạt f’c > 60 MPa và Q28 < 1000 Cu lông) cần lựa chọn chọn tỷ lệ N/CKD từ 0,25 – 0,26 và hàm lượng muội silic từ 8% - 12%. 3.6. Kết luận Chƣơng 3. Dựa trên kết quả thí nghiệm, rút ra được một số nội dung sau: - Cường độ chịu nén tăng từ 8% - 10%, nhưng sẽ giảm khi hàm lượng muội silic tăng từ 10% - 12%. Đạt giá trị lớn nhất là 84,5 MPa khi hàm lượng muội silic là 10% và tỷ lệ N/CKD là 0,25. - Độ thấm ion Cl- và hệ số khuếch tán ion Cl- giảm khi hàm lượng muội silic tăng và khi tỷ lệ N/CKD tăng. Hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông nhỏ nhất khi sử dụng hàm lượng muội silic là 12% và tỷ lệ N/CKD = 0,25. Phương trình quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và cường độ chịu nén: N N 2 2 R  135,19  738, 0.  14,80.MS  906, 7.( )  0, 7083.MS (3.1) n CKD CKD Phương trình quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và độ thấm ion Cl -: N N Q  600  3152.  44, 2.MS  212, 8.( ).MS (3.2) CKD CKD Từ 02 PTHQ, xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền (11 bước) - Hệ số khuếch tán ion Cl- giảm đi theo thời gian. Phương pháp điện di nhanh có thể sử dụng đo trực tiếp hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông nhanh gọn, hiệu quả. Qua đó giúp giảm thiểu sự sai số trong quá trình tính toán khi sử dụng các công thức thực nghiệm. - Phân tích thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic cho thấy, thể tích lỗ rỗng mao dẫn tăng lên theo thời gian ở các cấp độ meso, micro. Thể tích lỗ rỗng mao dẫn ở cấp độ macro giảm đi kể từ sau 28 ngày cho đến 6 tháng tuổi. Thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic được phân bố lại theo thời gian theo hướng nhỏ đi. Sự thay đổi về thể tích lỗ