Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật liệu và Công nghệ vật liệu Xây dựng: Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực

Chia sẻ: Nguyễn Như Long | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài "Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực" là nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật liệu và Công nghệ vật liệu Xây dựng: Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực

1
2 Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Như Quý Người hướng dẫn khoa học 2: TS Lương Đức Long Phản biện 1: GS.TS Dương Đức Tín Phản biện 2: TS. Lê Quang Hùng Phản biện 3: PGS.TS Cao Duy Tiến Luận án đa đ ̃ ược bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Xây dựng Vào hồi 14 giờ 30 phut ngày 10 tháng 07 năm 2012 ́
3 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Theo qui hoạch phát triển ngành điện từ năm 2006 đến 2015 ban hành kèm theo quyết định số 110/2007/QĐTTg ngày 18 tháng 07 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ, [28], đến năm 2015 tổng công suất các nhà máy nhiệt điện đốt than khoảng 35.000 MW, lượng tro, xỉ thải ra khoảng 27 triệu tấn, trong đó trên 75 % là tro, [16]. Nếu lượng tro này không được sử dụng sẽ tốn hàng nghìn hecta đất để làm bãi chứa đồng thời gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng loại phế thải này trong bê tông đầm lăn, bê tông thông thường với hàm lượng sử dụng thấp, việc nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao trong bê tông thông thường chưa được đề cập. Để tăng cường sử dụng tro bay nhiệt điện trong bê tông cần đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của việc thay thế xi măng bằng tro bay nhiệt điện với hàm lượng cao đến các tính năng của bê tông, đặc biệt là nghiên cứu sử dụng tro bay hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường sử dụng cho các đập thủy lợi, thủy điện. Một trong những vấn đề của bê tông khối lớn thông thường dùng trong xây dựng các đập thủy lợi, thủy điện là nứt nhiệt do thủy hóa xi măng. Để khống chế hiện tượng này thường sử dụng các biện pháp truyền thống như: làm mát cốt liệu, trộn nước đá, sử dụng hệ thống ống làm mát, sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp và nhất là sử dụng tro bay, puzơlan thiên nhiên,v.v... Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho cho bê tông khối lớn đã có từ lâu song ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng tro bay cụ thể là tro tuyển Phả Lại (TT) cho bê tông khối lớn (BTKL) cũng mới chỉ bắt đầu từ những thập niên gần đây.
4 Nhờ những ích lợi to lớn của việc sử dụng tro bay trong các công trình BTKL, đề tài đã chọn hướng nghiên cứu: “ Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất cơ lý của bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực, gồm những nội dung sau: 1) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của chất kết dính. 2) Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao. 3) Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao. 4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm bằng sàng 37,5 mm. 5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn Dmax 75,0 mm hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao. 6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn dựa trên hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm. 4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài Trong nghiên cứu của đề tài đã tiến hành sử dụng các phương pháp nghiên cứu theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước và trên thế giới đồng thời cũng sử dụng thêm các phương pháp phi tiêu chuẩn khác như: Phương pháp xác định độ chảy tỏa của vữa dưới tác dụng của trọng lượng bản thân khối vữa. Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối. Phương pháp toán qui hoạch thực nghiệm. Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa. Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5 Xác lập được tương quan giữa cường độ của vữa chất kết dính khi có mặt TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng. Xác lập được tương quan giữa cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng. Chứng minh tác dụng của TT hàm lượng cao đến khả năng giảm nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn, khi tăng tỷ lệ thay thế TT thì nhiệt thủy hóa chất kế dính giảm tỷ lệ thuận. Giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn bằng cách sử dụng hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt cho phép đưa vào tính toán cấp phối BTKL không qua khâu trộn và sàng ướt hỗn hợp bê tông với Dmax lớn hơn 37,5 mm. Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần BTKL sử dụng TT hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa trong cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồng thời có tính đến nhiệt độ tối đa cho phép của khối đổ. 6. Đánh giá những điểm mới của đề tài Lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu sử dụng TT với hàm lượng đến 50 % khối lượng chất kết dính (tương đương 70 % theo thể tích) dùng cho bê tông khối lớn thông thường trong xây dựng đập trọng lực. Chứng minh được khi tăng tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT nhiệt thủy hóa chất kết dính giảm tỷ lệ thuận. Xác lập được qui luật phát triển cường độ của vữa, bê tông tuân theo qui luật logarit thời gian khi sử dụng TT hàm lượng cao với sự hiệu chỉnh tương ứng. Xác lập được tương quan giữa nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn với các tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT khác nhau tuân theo qui luật đường thẳng. Đưa ra phương pháp xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt hỗn hợp BTKL qua sàng 37,5 mm giúp giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thành phần BTKL. Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt qua sàng 37,5 mm.
6 7. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 4 chương, kết kuận, kiến nghị. 80 tài liệu tham khảo và tài liệu tác giả đã công bố. Nội dung chính của luận án được trình bày trong 130 trang với 52 bảng, 27 hình và 3 phụ lục. Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới 1.1.1 Bê tông sử dụng tro bay Việc nghiên cứu bê tông sử dụng tro bay đã được tiến hành từ đầu thập kỷ 20 và đến những năm 80 của thế kỷ 20 mới nghiên cứu bê tông hàm lượng tro bay cao. Một số nghiên cứu gồm ACI 232.2R96 [43], A.G. Zokin, [80], N. Bouzoubaâ, [56], N.Raiendran, [72], Hiroshi Uchikawa, [78], Rafat Siddique, [76], L.H. Jiang, V.M. Malhotra, [61], Rafat Siddique, [75], Rawat Bhatta, [59], V. K. Mathur, [66], Somnuk Tangtermsirikul, [77], BSEN 2061:2000, [57], V.M. Malhotra, [65], R.Rivera, R.Dávila, [74], Tarun R. Naik, [69], Arun Kumar Chakraborty, [58], S. Gopalakrishnan, [60], L. Lam, [62], C.S. Poon, [71], P.Kumar Mehta, [68], 1.1.2. Bê tông khối lớn sử dụng tro bay 1.1.2.1. Khái niệm về bê tông khối lớn Các công trình nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được ứng dụng trong thực tiễn, tuy nhiên theo tác giả cho đến nay các nghiên cứu về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao trên thế giới và ở Việt Nam còn ít xuất hiện, khái niệm về ‘’Bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ chưa thấy xuất hiện trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trên thế giới cũng như ở Việt Nam trừ bê tông đầm lăn. Theo ACI 116R00, [40], bê tông khối lớn có thể tích đủ lớn và yêu cầu phải có biện pháp để đối phó với sự phát sinh nhiệt do thủy hóa xi măng diễn ra cùng biến đổi thể tích nhằm giảm nứt nhiệt. 1.1.2.2. Khái niệm về bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao Bê tông hàm lượng tro bay cao đã được các tác giả V.M. Malhotra, P.Kumar Mehta đề cập. Xuất phát từ mục đích nghiên cứu của đề tài tác giả đề tài đề xuất ‘’bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao’’ là bê tông
7 khối lớn có hàm lượng tro bay loại F theo ASTM C618 lớn hơn 50% theo thể tích chất kết dính. 1.1.2.3. Tính chất của bê tông khối lớn cho đập trọng lực TS. Đỗ Hồng Hải, [7], và ACI 207.1R96, [41], các tính chất của bê tông khối lớn là cường độ nén, cường độ kéo, môđun đàn hồi, hệ số Poisson, ứng suất kéo, từ biến, co khô, tăng nhiệt độ đoạn nhiệt, hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khuếch tán nhiệt, tính thấm và độ bền. 1.1.2.4. Một số nghiên cứu về bê tông khối lớn sử dụng tro bay Các nghiên cứu về BTKL sử dụng tro bay là ACI 207.1R96, Cengiz Duran Atis, [52], André Bisaillon, Michel Rivest và V.M. Malhotra, [55]. 1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các loại bê tông có chứa tro bay ở Việt Nam 1.2.1 Bê tông sử dụng tro bay Một số tác giả đã nghiên cứu về ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại (TT) đến tính chất của xi măng và bê tông như: TS. Nguyễn Như Quý [20], ThS. Vũ Hải Nam và cộng sự [14[,[17], ThS. Vũ Hải Nam và cộng sự, [15], TS. Lương Đức Long và cộng sự, [12]. Trong nghiên cứu đã sử dụng tro bay, tro tuyển PL để chế tạo bê tông, các chỉ tiêu nghiên cứu gồm tính công tác, cường độ nén, phản ứng kiềm – silic, bền sunphat. TS. Thái Duy Sâm và cộng sự, [26], TS. Nguyễn Thanh Tùng và cộng sự, [30], Ths. Trương Thị Thúy và cộng sự, [29], đã nghiên cứu sử dụng TT trong chế tạo bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm, các chỉ tiêu nghiên cứu là điểm bão hòa phụ gia, độ co khô, từ biến, tổn thất độ sụt, khả năng chống thấm, khả năng chống xâm nhập Ion Cl , khả năng chịu mài mòn, nghiên cứu vi cấu trúc vùng giao diện chuyển tiếp. 1.2.2. Bê tông khối lớn sử dụng tro bay TS. Đào Đạt và cộng sự, [5], TS. Hoàng Phó Uyên và cộng sự, [33], Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [3], Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I thuộc tập đoàn EVN, [11], TS. Nguyễn Như Quý và cộng sự, [23], GS.TS Nguyễn Tiến Đích, [6], TS. Đỗ Hồng Hải, [7], TS. Lê Quang Hùng và TS. Nguyễn Quang Hiệp, [8],[10]. Trong nghiên cứu đã chế tạo các cấp phối bê tông sử dụng cho các đập, khả năng giảm nhiệt của bê tông khi sử dụng TT, nghiên cứu về nhiệt trong bê tông khối lớn.
8 Sau khi nghiên cứu các công trình đã công bố về ảnh hưởng của tro bay đến các tính chất của vữa, bê tông, bê tông khối lớn trên thế giới và trong nước có thể rút ra một số nhận xét sau: Việc ứng dụng tro bay – một loại phụ gia khoáng hoạt tính vào BTKL đã được nghiên cứu và ứng dụng vào các công trình thủy lợi, thủy điện từ lâu và cũng đã bước đầu ứng dụng vào các công trình thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam, việc ứng dụng này đem lại hiệu quả cao cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Như vậy, ý nghĩa thực tiễn của việc ứng dụng tro bay vào BTKL là rất cao, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững của ngành vật liệu xây dựng hiện nay. Khi có mặt tro bay trong BTKL thì sự phát triển nhiệt thủy hóa chậm và thấp hơn nhiều so với mẫu bê tông không sử dụng tro bay, điều này phù hợp với công tác thi công BTKL vì sẽ hạn chế được các vết nứt do ứng suất nhiệt và có thể tính toán bố trí khối đổ lớn hơn, tạo điều kiện tăng tiến độ thi công. Nhiệt độ tỏa ra trong bê tông tỷ lệ nghịch với hàm lượng tro bay trong khối đổ, tuy nhiên qui luật phụ thuộc giữa chúng chưa rõ ràng. BTKL khi sử dụng tro bay phát triển cường độ chậm ở tuổi sớm, cường độ bê tông giảm khi tăng hàm lượng tro bay, tuy nhiên ở tuổi muộn thì bê tông vẫn có cường độ tương đương bê tông không sử dụng tro bay. Do công trình thủy lợi, thủy điện thường không yêu cầu cường độ tuổi sớm mà thường yêu cầu cường độ tuổi dài ngày (90 ngày hoặc dài hơn), do đó việc ứng dụng tro bay vào BTKL sử dụng cho các công trình này là rất khả thi. Khi sử dụng tro bay thì lượng nước nhào trộn của bê tông giảm, điều này tạo cơ sở cho thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông với tỷ lệ N/CKD thấp hơn mà vẫn giữ được tính công tác hoặc với cùng tỷ lệ N/CKD như bê tông không sử dụng tro bay nhưng khi đó hỗn hợp bê tông sẽ có tính công tác tốt hơn. Việc đưa ra chỉ dẫn thiết kế thành phần BTKL khi sử dụng tro bay khi xét đến hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm chưa được đề cập. Các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam mới chỉ đề cập đến việc sử dụng tro bay với hàm lượng khá thấp, ứng dụng thực tế chưa nhiều (đập thủy điện Tuyên Quang sử dụng 24 %, đập thủy lợi Tân Giang sử dụng 25 % theo khối lượng chất kết dính). Định hướng nội dung nghiên cứu của đề tài:
9 1) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của chất kết dính. 2) Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao. 3) Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao. 4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có Dmax cốt liệu 75,0 mm bằng sàng 37,5 mm. 5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao có Dmax = 75,0 mm. 6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn thông thường. Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 2.1.1. Xi măng Đề tài sử dụng xi măng PC 40 do Công ty xi măng Bút Sơn sản xuất. Chất lượng của xi măng này thỏa mãn TCVN 2682:2009. 2.1.2. Tro bay Tro bay sử dụng là tro tuyển Phả Lại (TT). Chất lượng của TT thỏa mãn ASTM C618:2003 và TCVN 6882:2001, [36]. 2.1.3. Cốt liệu lớn Trong nghiên cứu sử dụng hai loại cốt liệu: Với cốt liệu có D max = 37,5; sử dụng 3 cỡ hạt: 4,75 12,5 mm; 4,75 19,0 mm; 19,0 37,5 mm. Với cốt liệu có Dmax 75,0 mm; sử dụng 4 cỡ hạt: 4,75 12,5 mm; 4,75 19,0 mm; 19,0 37,5 mm; 37,5 75,0 mm. Các chỉ tiêu chất lượng của cốt liệu lớn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật trong ASTM C33. 2.1.4. Cốt liệu nhỏ Cốt liệu nhỏ sử dụng cho nghiên cứu của đề tài là cát vàng Sông Lô. Các chỉ tiêu chất lượng của cát vàng Sông Lô thỏa mãn yêu cầu theo ASTM C33. 2.1.5. Phụ gia dẻo hóa Lignosunphonat Trong nghiên cứu đề tài sử dụng phụ gia giảm nước kéo dài thời gian đông kết gốc Lignosunfonat (Plastiment 96). Chất lượng của phụ gia Plastiment 96 thỏa mãn loại D theo ASTM C494, [49].
10 2.2. Các Phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp xác định độ chảy của vữa Phương pháp thí nghiệm độ chảy của vữa được tiến hành trên dụng cụ hình nón cụt theo tiêu chuẩn ASTM C230, [48], kích thước D 1=70 mm, D2=100 mm, h=60 mm. 2.2.2. Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối Trong nghiên cứu của đề tài sử dụng phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích. 2.2.3. Phương pháp qui hoạch thực nghiệm 2.2.4. Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa Trong phương pháp sàng ướt để xác định hệ số tổn thất vữa thì khi ta sàng ướt loại bỏ lượng cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồng thời có một lượng vữa bám dính vào, do vậy cần tiến hành thí nghiệm để xác định lượng vữa bám dính này để làm cơ sở cho việc tính toán thành phần BTKL. 2.2.5. Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông Mục đích của phương pháp đo nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông để xác định nhiệt độ thủy hóa lớn nhất do quá trình thủy hóa của chất kết dính tạo ra, từ đó có biện pháp khống chế chênh lệch nhiệt độ giữa tâm khối đổ và nhiệt độ môi trường nằm trong phạm vi cho phép nhằm không gây nứt nhiệt cho bê tông. Qua kết quả nghiên cứu của đề tài về nguyên vật liệu sử dụng trong nghiên cứu cũng như các phương pháp đưa ra trong nghiên cứu tác giả rút ra một số nhận xét sau: Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu của đề tài đáp ứng các yêu cầu và mức chất lượng trong các tiêu chuẩn hiện hành trong và ngoài nước. Phương pháp xác định độ chảy của vữa cho phép xác định ảnh hưởng của tỷ lệ C/CKD đến độ chảy của vữa. Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối bảo đảm giảm ảnh hưởng của việc thay đổi hệ số dư hồ khi thay xi măng bằng TT do thay đổi thể tích tuyệt đối của bột mịn. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn kết hợp phương pháp qui hoạch thực nghiệm cho phép giảm số lượng mẫu thí nghiệm trong nghiên cứu xác định qui luật phát triển cường độ của bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng cao khi thay đổi tỷ lệ N/CKD; TT/CKD; hệ số dư vữa .
11 Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa khi bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm mm cho phép giảm nhẹ công tác chuẩn bị mẫu thử từ bê tông có Dmax lớn hơn 37,5 mm. Phương pháp xác định nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông cho biết khả năng giảm nhiệt thủy hóa của bê tông khi thay thế một phần xi măng bằng TT, đồng thời cho biết lượng dùng chất kết dính đảm bảo giảm nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn cần thiết trong khi giảm cường độ bê tông ở mức cho phép. Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TT HÀM LƯỢNG CAO ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VỮA TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG. 3.1. Ảnh hưởng của TT đến tính chất của chất kết dính hỗn hợp xi măng – tro tuyển Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của chất kết dính được thể hiện trong bảng 31. Bảng 31. Ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của CKD Thờ Cư i ờng gian độ đôn nén TT, Nhiệt thuỷ hoá ở tuổi (ngày), Cal/g STT g (ngà % kết, y), phút MP a BĐ KT 3 7 28 90 3 7 28 1 0 110 160 31,0 40,3 52,2 60,6 70,4 100,4 122,5 2 10 115 180 27,5 37,7 47,4 61,1 62,8 88,2 109,5 3 20 130 205 24,7 32,4 44,0 58,0 56,7 80,3 97,6 4 30 145 220 20,5 28,8 38,7 53,6 48,7 71,7 86,2 5 40 155 235 15,3 22,2 36,1 49,7 42,6 60,3 73,8 6 50 165 250 11,9 18,6 32,5 43,7 35,5 49,8 62,4 Kết quả thí nghiệm cho thấy tỷ lệ thay thế TT tăng thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của chất kết dính cũng tăng. Ở tuổi sớm hệ số tăng cường độ ở các tỷ lệ thay thế TT so với mẫu đối chứng không cao. Đến tuổi 28 ngày hệ số này tăng dần và đến tuổi 90 ngày ở tỷ lệ thay thế TT
12 10% hệ số tăng cường độ cao hơn mẫu đối chứng. Nhiệt thủy hóa giảm tương ứng với tỷ lệ dùng tro tuyển. 3.2. Ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính chất của vữa trong bê tông khối lớn thông thường 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến tính chất cơ lý của vữa trong bê tông khối lớn có tỷ lệ N/CKD và hệ số dư hồ thay đổi. 3.2.1.1. Một số qui luật chi phối tính chất của vữa và bê tông trong nghiên cứu Độ chảy của vữa xi măngcát xác định qua độ chảy của nhớt kế Sutttard cũng thay đổi tỷ lệ nghịch với tỷ lệ C/XM (C/CKD). Liên hệ này tuân theo quy luật đường thẳng: fx = a.x + b (3.6) Trong đó : fx là độ chảy của vữa; x là tỷ lệ C/XM (C/CKD); a, b là hằng số. Mặt khác thì tỷ lệ C/XM (C/CKD) có liên hệ trực tiếp với hệ số dư hồ và tuân theo quy luật Hyperbol: Áp dụng trong đề tài nghiên cứu: (3.7) Trong đó: là hệ số dư hồ; N/CKD là tỷ lệ nước/chất kết dính; rc là độ rỗng của cát ở trạng thái chọc chặt; là khối lượng thể tích của cát ở trạng thái chọc chặt; CKD là khối lượng riêng của chất kết dính được tính như sau: 3.2.1.2. Một số kết qủa nghiên cứu thăm dò trên vữa Đề tài đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ N/CKD và tỷ lệ C/CKD đến hệ số dư hồ trên các mẫu vữa có tỷ lệ N/CKD = 0.6 1.0; tỷ lệ TT/CKD =50% theo thể tích và khảo sát tỷ lệ C/CKD =1.2 4.2. Kết quả tương quan giữa độ chảy và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay đổi hình 34 và hình 35.
13 5.5 300 290 5 280 4.5 270 4 N/CKD=0,6 N/CKD=0,7 260 3.5 N/CKD=0,8 N/CKD=0,85 § é ch¶y CH, mm 250 Alpha N/CKD=0,9 N/CKD=1,0 3 240 2.5 230 2 220 1.5 210 N/CKD=0,6 N/CKD=0,7 N/CKD=0,8 1 200 N/CKD=0,85 N/CKD=1,0 N/CKD=0,9 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 190 Tû lÖC/CKD 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Tû lÖC/CKD Hình 34. Đồ thị tương quan giữa hệ Hình 35. Đồ thị tương quan giữa độ sốvà tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay đổi. chảy và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay đổi 3.2.2. Kết quả thí nghiệm trên mẫu vữa 3.2.2.1. Khoảng biến thiên trong qui hoạch thực nghiệm trên mẫu vữa Từ các thí nghiệm khảo sát trên, trong nghiên cứu của đề tài chọn khoảng biến thiên của các biến trong quy hoạch thực nghiệm như sau: Hệ số dư hồ = 1,65 2,02; thay thế tại tâm là =1,835; ỏ = 0,185 (Biến X3). Tỷ lệ N/CKD =0,653 0,797. Tỷ lệ tại tâm là N/CKDo = 0,725; N/CKD = 0,072 (Biến X1). Hàm lượng tro tuyển thay thế theo thể tích từ 38,44% 61,56%, thay thế tại tâm là TT/CKD0 =50%, TT/CKD =11,56 (Biến X2). Sự phân bố của các điểm thực nghiệm trong không gian nhân tố của kế hoạch thí nghiệm được mô tả trên hình 36
14 X3 14 4 3 13 2 1 17 11 16 9 18 10 X1 19 8 7 12 6 5 X2 15 Hình 36. Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm (X1, X2, X3 là các biến mã hóa). 3.2.2.2. Kết quả thí nghiệm xác định cường độ nén Từ kết quả thí nghiệm xác định cường độ nén đề tài xác định được mối tương quan giữa cường độ nén của vữa ở các ngày tuổi với các biến mã, như sau: R7 = 7,7 – 1,18X1 – 1,54X2 + 0,63X1X2 + 0,43X1X3 + 0,75X2X3 – 0,56X22 – 0,14X32 (3.12) R28 = 13,06 – 1,81X1 – 2,42X2 + 0,61X1X2 + 1,19X2X3 – 0,37X12 – 0,9X22 – 0,48X32 (3.13) R56 = 15,2– 1,94X1– 2,75X2 + 0,66X1X2 + 1,41X2X3 + 0,39X1X2X3 – 0,72X22 (3.14) R90 = 18,28 – 1,83X1 – 3,03X2 + 0,7X2X3 – 0,8X22 – 0,19X33 (3.15) R180 = 23,2 – 2,4X1 – 3,0X2 + 0,7X1X3 + 1,1 X2X3– 0,35X12 – 1,4X22 – 0,55X33 (3.16) 3.2.3. Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của vữa có hàm lượng TT cao Để nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của mẫu vữa sử dụng hàm lượng TT cao, đề tài nghiên cứu trên 2 mẫu M9, M12 có cùng tỷ lệ N/CKD, hệ số dư hồ khác nhau về tỷ lệ sử dụng TT. Kết quả được nêu trong hình 37. 25 2 20 C êng ®é nÐn, N/mm 15 10 TT 50% 5 TT 70% 0 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 Lg (N)
15 Hình 37. Đồ thị biểu diễn sự phát triển cường độ của vữa theo thời gian. Bảng 39. Phương trình biểu diễn quan hệ giữa cường độ nén (R) với thời gian theo Lg(N) % TT Phương trình hồi quy R2 50 R = 10,3.Lg(N) 1,9 0,99 70 R = 6,3.Lg(N) 1,6 0,95 Với mẫu 70% tro tuyển Phả Lại: Với mẫu 50% tro tuyển Phả Lại: Từ kết quả trên có thể kết luận với độ chính xác tương đối, để tính toán xác định cường độ vữa khi sử dụng hàm lượng TT cao có thể dựa vào công thức sau: (3.18) Từ công thức trên cho phép ta có thể biết trước được cường độ nén của vữa ở các tuổi dài ngày khi biết trước được cường độ nén ở các tuổi ngắn ngày. 3.3. Ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến một số tính chất của bê tông khối lớn thông thường 3.3.1. Khoảng biến thiên trong qui hoạch thực nghiệm trên mẫu bê tông Hệ số dư vữa õ = 1.73 2.03, thay thế tại tâm:= 1.88; = 0.15 (Biến X3). Tỷ lệ , Đảm bảo giá trị cánh tay đòn trong ma trận thí nghiệm có tỷ lệ N/CKD từ 0,6 đến 0,85 (Biến X1). Tỷ lệ TT/CKD thay thế xi măng từ 38,44 % đến 61,56 % theo thể tích. Đảm bảo giá trị cánh tay đòn trong ma trận thí nghiệm có tỷ lệ TT/CKD từ 30 70% (Biến X2). 3.3.2. Kết quả cường độ nén của bê tông nghiên cứu Từ kết quả thí nghiệm xác định cường độ nén đề tài xác định được mối tương quan giữa cường độ nén của bê tông ở các ngày tuổi với các biến mã, như sau: R7 = 11,12 0,98X1 1,32X2 0,32X3 0,33X1X3 + 0,19X (3.23) R14= 13,84 1,17X1 1,87X2 0,29X3 + 0,32X+ 0,43X 0,51X1X3 (3.24) R28= 16,22 1,58X1 1,8X2 0,38X3 + 0,75X+ 0,58X 0,12X (3.25) R56= 21,26 2,14X1 2,37X2 + 0,36X3 0,67X+ 0,35X 0,15X 0,66X2X3 0,79X1X2X3 (3.26) R90= 24,66 2,16X1 2,18X2 1,11X 0,49X 0,58X 0,46X2X3 0,79X1X2X3 (3.27) R180= 26,58 2,22X1 2,37X2 1,05X 0,3X 0,39X1X3 0,54X1X2X3 (3.28)
16 R365 = 29,78 – 1,75X1 – 1,4X2 – 0,53X2X3 – 0,56X12 – 0,69X32 (3.29) 3.3.3. Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của bê tông khối lớn TT hàm lượng cao. Dùng kết qủa của 2 mẫu M9, M12 để đánh giá tác dụng của TT tới sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian đến tuổi 365 ngày, kết quả được trình bày trên hình 39. 35 30 C êng ®é nÐn, N/mm2 25 20 15 10 TT 50% TT 70% 5 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 Lg (N) Hình 39. Đồ thị biểu diễn sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian. Bảng 315. Phương trình quan hệ giữa cường độ nén (R) với thời gian theo Lg(N) % TT Phương trình hồi quy R2 50 R = 11,2.Lg(N) + 1,5 0,98 70 R = 9,7.Lg(N) + 0,1 0,98 Mẫu 70% TT: Mẫu 50% TT: Sự chênh lệch đó là không đáng kể có thể bổ qua. Từ đó cho phép kết luận sự phát triển cường độ của bê tông khối lớn hàm lượng tro bay cao tỷ lệ thuận với lôgarit thập phân thời gian theo công thức sau: (3.31) Từ công thức trên cho phép dự báo cường độ nén của bê tông ở các tuổi dài ngày khi biết cường độ nén ở các tuổi ngắn ngày và ngược lại. Thực tiễn chỉ ra là công thức 3.31 chỉ phù hợp cho các nước ôn đới, [70] . Trong điều kiên nhiệt độ ẩm của Việt Nam khi áp dụng công thức này cho kết quả có độ sai lệch đáng kể. Đề tài đã làm rõ là với sự có mặt của TT hàm lượng cao trong BTKL việc sử dụng công thức 3.31 là phù hợp không cần bất kỳ sự hiệu chỉnh nào.
17 3.3.4. So sánh sự phát triển cường độ nén trên mẫu vữa và mẫu bê tông Để xét sự ảnh hưởng của TT đến sự phát triển cường độ của vữa và bê tông, tiến hành nghiên cứu các tỷ lệ TT/CKD 30%, 50%, 70% ở cùng tỷ lệ N/CKD thể hiện trên đồ thị hình 310, hình 311, hình 312. 35 30 30 25 25 20 C êng ®é nÐn, MPa C êng ®é nÐn, MPa 20 15 15 10 10 C êng ®é v÷a TT 30% C êng ®é v÷a TT 50% 5 C êng ®é bª t«ng TT 30% 5 C êng ®é bª t«ng TT 50% 0 Linear (C êng ®é bª t«ng TT 0 50%) 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 0.80 1.00 1.20 1.40 Linear (C1.60 êng ®é v÷a1.80 TT 50%)2.00 Log (N) Log (N) Hình 310. Cường độ vữa, bê tông Hình 311. Cường độ vữa, bê tông khi tỷ lệ TT/CKD=30% khi tỷ lệ TT/CKD=50% 25 20 C êng ®é nÐn, MPa 15 10 5 C êng ®é v÷a TT 70% C êng ®é bª t«ng TT 70% 0 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 Log (N) Hình 312. Cường độ vữa, bê tông khi tỷ lệ TT/CKD=70% Khi sử dụng TT thì khả năng chịu lực của vùng giao diện chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu được cải thiện đáng kể do xảy ra phản ứng puzơlanic giữa sản phẩm thủy hóa xi măng với các thành phần hoạt tính có trong tro tuyển làm tăng cường độ, tăng độ đặc chắc (hiệu ứng tường chắn).
18 Ngoài ra, khi tro tuyển sử dụng trong bê tông còn góp phần cải thiện thành phần phần hạt (hiệu ứng tăng độ đặc chắc) , mặc dù sự cải thiện thành phần hạt có cả ở trong mẫu vữa, tuy nhiên sự cải thiện thành phần hạt trong bê tông diễn ra rõ nét và hiệu quả hơn, điều này thể hiện rõ ở chênh lệch độ cao l giữa đường cường độ vữa và bê tông có xu hướng tăng khi tuổi bê tông và vữa tăng. 3.3.5. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt Xác định tổn thất vữa của mẫu 0% tro tuyển Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm của mẫu không sử dụng tro tuyển được nêu trong bảng 317. Bảng 317. Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm Tên chỉ tiêu m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % Kết quả 13,97 14,65 13,95 13,90 4,47 Xác định tổn thất vữa của mẫu 30% tro tuyển Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm của mẫu 30% tro tuyển được nêu trong bảng 318. Bảng 318. Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm Tên chỉ tiêu m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % Kết quả 13,57 14,09 13,54 13,48 3,60 Xác định tổn thất vữa của mẫu 50% tro tuyển Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm của mẫu 50% tro tuyển được nêu trong bảng 319. Bảng 319. Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm Tên chỉ tiêu m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % Kết quả 13,26 13,76 13,26 13,22 3,16 Xác định tổn thất vữa của mẫu 70% tro tuyển Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm của mẫu 70% tro tuyển được nêu trong bảng 320. Bảng 320. Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm Tên chỉ tiêu m5, kg m6, kg m7, kg m8, kg V37,5 % Kết quả 13,65 14,15 13,63 13,58 3,27 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn 3.4.1. Tính toán nhiệt độ bê tông theo nhiệt thủy hóa chất kết dính
19 Bảng 323. Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi kể đến sự chênh lệch nhiệt độ và chênh lệch thể tích STT Tỷ lệ Tỷ lệ Thời Nhiệt thủy Chệnh Nhiệt thay thế thay gian hóa kể lệch thủy hóa TT theo thế theo lý đến sự thể tích, kể đến sự thể tích, theo thuyết, chênh lệch % chênh % KL, % giờ nhiệt độ, lệch thể kJ/kg tích, kJ/kg 1 0 0 182 425 0 425,0 2 30 20,8 186 345 8,7 375,0 3 50 34,7 185 290 15,5 335,0 4 70 48,5 173 220 22,0 268,4 Nhiệt độ mẫu bê tông sau khi đóng rắn được tính theo công thức: (3.34) Trong đó: To là nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông, oC; Q là nhiệt thủy hóa CKD, kJ/kg; B là hàm lượng chất kết dính trong bê tông, kg/m3; Cc là nhiệt dung riêng (thể tích) của bê tông, kJ/m3 oC. Với mẫu không sử dụng TT Với mẫu sử dụng TT thay thế 30% theo thể tích xi măng Với mẫu sử dụng TT thay thế 50% theo thể tích xi măng Với mẫu sử dụng TT thay thế 70% theo thể tích xi măng 3.4.2. Kết quả nghiên cứu tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn sử dụng TT 3.4.2.1. Tính toán cấp phối bê tông cho nghiên cứu Bảng 324. Cấp phối bê tông có sử dụng tro tuyển Phả Lại trong 1m3 TT, % Tỷ lệ 70 1 : 0,925 : 0,62 : 3,61 : 8,32 50 1 : 0,86 : 0,41 : 3,34 : 7,70 30 1 : 0,80 : 0,23 : 3,12 : 7,20 0 1 : 0,73 : 0 : 2,84 : 6,55 3.4.2.2. Kết quả nghiên cứu tăng nhiệt độ đoạn nhiệt
20 Cấp phối bê tông nghiên cứu được nêu trong bảng 324. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong các hình 317, hình 318, hình 319. 40 65 35 35,6 61,2 60 30 57,2 29,2 55 52,5 25 NhiÖt ®é , oC 24,8 50 NhiÖt ®é , oC 20 19,7 45 45,4 40 15 35 10 0% TT 30% TT 30 5 50% TT 70% TT 0% TT 30% TT 25 50% TT 70% TT 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Thêi gian, giê Thêi gian, giê Hình 317. Sự phát triển nhiệt độ Hình 318. Sự phát triển nhiệt độ của bê tông với hàm lượng tro tuyển đoạn nhiệt của bê tông với hàm Phả Lại khác nhau. lượng tro tuyển Phả Lại khác nhau. 50 35.6 Hình 319. Sự tăng nhiệt NhiÖt ®é (oC) 29.2 (220 kg) 25 24.8 độ đoạn nhiệt của bê tông với (154 kg) 19.7 (110 kg) hàm lượng tro tuyển Phả Lại (66 kg) khác nhau. 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 L î ng dï ng xi m¨ng (kg)