Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến phát triển cường độ chịu nén của bê tông

1. Tính cấp thiết của đề tài

Tro bay (tên tiếng Anh là fly ash), phần mịn nhất của tro xỉ than. Gọi là tro bay vì người ta dùng các luồng khí để phân loại tro: khi thổi một luồng khi nhất định thì hạt to sẽ rơi xuống trước và hạt nhỏ sẽ bay xa hơn.

Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: phần xỉ thu được từ đáy lò và phần tro gồm các hạt rất mịn bay theo các khí ống khói được thu hồi bằng các hệ thống thu gom của các nhà máy nhiệt điện. Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịm. Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và bay vào trong không khí. Và thuật ngữ tro bay(fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện[1].

Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người phân loại tro bay theo các loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08- 230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượng canxi cao. Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn(hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao. Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp. Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám. [ 2].

Hiện nay, bê tông vẫn là loại vật liệu phổ biến cho các công trình từ thấp tầng đến cao tầng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nguyên liệu sản xuất hầu hết đến từ tự nhiên như cát, đất sét, đá vôi,… đang dần cạn kiệt, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống như khí thải CO₂ từ sản xuất xi măng gây hiệu ứng nhà kính, mất đất nông nghiệp trong sản xuất gạch, khai thác cát ảnh hưởng dòng chảy gây sạt lở bờ sông… đòi hỏi có những nghiên cứu tối ưu nâng cao cường độ hỗn hợp bê tông nhằm mang lại hiệu quả tối đa, giảm hao tổn kinh tế và tài nguyên sử dụng. [3].

Nhìn chung, hỗn hợp bê tông bao gồm các thành phần: Cốt liệu và chất kết dính. Chất kết dính bao gồm: Xi măng + nước, phụ gia…. Như vậy, với hầu hết bê tông hiện đang sử dụng thì thành phần cơ bản là cốt liệu, xi măng và nước. Cường độ của cốt liệu là cố định, được quy định bởi sự hình thành của tự nhiên, trong quá trình sử dụng vật liệu chúng ta ðã chọn trước nguồn gốc sử dụng cốt liệu. Tuy nhiên, tính năng cơ lý của hỗn hợp bê tông cũng chịu ảnh hýởng trực tiếp từ chất kết dính và các lỗ rỗng giữa các cốt liệu liên kết với nhau. [4].

Vậy cường độ của bê tông chịu ảnh hưởng chủ yếu từ yếu tố chất kết dính và lỗ rỗng giữa các cốt liệu liên kết với nhau… Nhằm mở rộng nghiên cứu vai trò của tro bay ảnh hưởng như thế nào đến cường độ chịu nén của bê tông đã thôi thúc tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến phát triển cường độ chịu nén của bê tông”.

CHƯƠNG 1

TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG, TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG

1.1. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG

1.1.1. Khái niệm thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông

1.1.2. Tính chất cơ học của Bê tông.

Cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo.

1.1.2.1. Cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông. Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để đo cường độ có kích thước 150x150x150mm, được thực hiện theo điều kiện chuẩn trong thời gian 28 ngày.

Bê tông thông thường có R= 5÷30 Mpa. Bê tông có R> 40Mpa là loại cường độ cao. Hiện nay, người ta đã chế tạo được các loại bê tông đặc biệt có R≥ 80Mpa.

Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng lực, bê tông còn bị nở ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá vỡ. Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó. Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc giữa mẫu thử và bàn nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh như hình 1.1. Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự phá hoại xảy ra như trên hình 1.1c. Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường độ của mẫu khối vuông có ma sát.

1.1.2.2. Cường độ chịu uốn

Cườngđộ chịu uốn một thông số đo cường độ chịu kéo của bê tông. Nó được đo trên cơ sở uốn dầm bê tông. Thông thường cường độ chịu uốn bằng khoảng 10-20% cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng của các loại cốt liệu. Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ giữa cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu.

1.2. TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA TRO BAY TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG

1.2.1. Khái nệm chung về tro bay

Tro bay là phế thải sinh ra khi đốt các nguyên liệu hóa thạch như than đá, than nâu….Trong các Nhà máy nhiệt điện nơi sử dụng lượng lớn nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện năng thì ngoài lượng tro xỉ nằm lại dưới lò những hạt tro rất nhỏ được cuốn theo các luồn khí trong các ống khói của nhà máy thải ra bên ngoài.

1.2.2. Phân loại tro bay

Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro này thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đã được nghiền mịn . Nhưng ở Mỹ, loại tro này được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khí ống khói và “bay” vào trong không khí. Và thuật ngữ tro bay (fly ash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khí ống khói ở các nhà máy nhiệt điện.

Ở một số nước, tùy vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo các loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượng canxi cao. Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao. Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp. Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám.

Theo cách phân loại của Canada, tro bay được chia làm ba loại:

• • • Loại F: Hàm lượng CaO ít hơn 8%
    • Loại CI: Hàm lượng CaO lớn hơn 8% nhưng ít hơn 20%
    • Loại C: Hàm lượng CaO lớn hơn 20%

Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay ðýợc phân làm hai loại là loại C và loại F [4].

1.2.3. Thành phần hóa học trong tro bay

Tro của các nhà máy nhiệt điện gồm chủ yếu các sản phẩm tạo thành từ quá trình phân hủy và biến đổi của các chất khoáng có trong than đá [5]. Thông thường, tro ở đáy lò chiếm khoảng 25% và tro bay chiếm khoảng 75% tổng lượng tro thải ra. Hầu hết các loại tro bay đều là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO,… với hàm lượng than chưa cháy chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng hàm lượng tro, ngoài ra còn có một số kim loại nặng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn,… Thành phần hóa học của tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá sử dụng để đốt và điều kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện.

1.2.4. Các nguyên tố vi lượng trong tro bay

Quá trình đốt cháy than đá là một trong những nguyên nhân chính làm ô nhiễm không khí và phát tán các kim loại các nguyên tố vi lượng độc hại. Hiểu được sự thay đổi của các nguyên tố vi lượng trong quá trình đốt than đá cũng như hàm lượng của nó có trong tro bay tạo thành là điều rất quan trọng trong vấn đề đánh giá tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện cũng như các ứng dụng tro bay. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng của chúng có trong nguyên liệu ban đầu.

1.2.5. Cấu trúc hình thái của tro bay

1.2.6. Ảnh hưởng của tro bay đến một số đặc tính của bê tông

Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời ( cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Trong quá trình thủy hóa lượng nước bốc hơi tạo ra các lỗ rỗng giữa các cốt liệu làm ảnh hưởng rất lớn đến cường độ trong bê tông. Chính vì vậy để hạn chế các lổ rỗng giữa các cốt liệu ta nên tăng cường độ kết dính.

• Tăng mác vữa xi măng: Tro bay khi trộn với xi măng Portland và cát sạch sẽ tạo vữa xi măng có mác 10 hay 15 Mpa (N/mm2). Hơn nữa, thêm một ưu điểm của Tro bay là nếu được sáy khô trong 12 giờ trở lại (gọi là lưu hóa) thì vữa xi măng có trộn Tro bay sẽ đạt mác 20 hoặc cao hơn.
• Giảm khả năng xâm thực của nước, chống chua mặn: Nước mặn có Clo sẽ ăn mòn cốt thép làm hỏng công trình qua các khe nứt hay lỗ châm kim. Phương pháp khắc phục là trộn vữa Tro bay với xi măng để trám các khe nứt, hạn chế lỗ châm kim. Đây là một giải pháp vừa hiệu quả, vừa kinh tế nhất cho các công trình ở vùng biển, vùng nước mặn.
• Chống rạn nứt, giảm co gảy, cải thiện bề mặt sản phẩm và có tính chống thấm cao: Tính cực mịn của Tro bay có hàm lượng Silic cao hay silic nano tạo ra được tính dẻo của xi măng Portland trong quá trình tạo ra vữa xi măng. Chính tính dẻo làm cho sản phẩm không cong vênh, rạn nứt, tạo hình linh động và giải phóng khuôn nhanh. Ngoài ra Tro bay còn trở thành chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm cứng hơn và bền hơn.
• Tính chịu lực cao của bê tông tự nén với Tro bay: Xi măng portland được trộn với cát và nước tạo ra được một bê tông không nung ở cấp trung bình và tự nén trong thời gian khoảng 03 ngày, đó là điều đang được thực hiện trong ngành công nghiệp xây dựng. Tuy nhiên, nếu trộn thêm Tro bay vào vữa hồ thì bê tông sẽ có tính chịu lực cao. Điều này xảy ra vì các hạt silic nano ðã len vào khe hổng của bê tông và cùng lúc tạo ra một SiO3 nhờ độ PH kiềm của xi măng. Đó là một kết quả vừa được công bố của của một công nghệ mới và tiên tiến của thế kỷ 21. Tro bay là một silic ưu việt, cần được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.
• Chống được sự xâm nhập của ACID SULFURIC của bê tông hiện đại: Khi khói của các nhà máy bay lên thì có lẫn cặn SO2 . Cặn này trộn lẫn với hơi nước của mây tạo thành H2SO4 (Acid Sulfuric), khi mưa sẽ có một lượng nước mưa có vị chua, gọi là mưa acid. Mưa này làm cho bê tông portland bị rỗ mặt và sau đó bị rạn nứt theo thời gian. Nếu là bê tông cốt thép thì lượng thép nằm bên trong sẽ bị hen gỉ. Để chống lại hiện tượng này, dùng Tro bay trộn vào bê tông portland, các hạt nhỏ li ti sẽ lấp đầy các khe nứt và chống được sự xâm nhập của H2SO4 có thể phá hỏng cốt thép.
• Tạo tính bền Sulfat cho bê tông của xi măng Portland: Xi măng portland trộn với cát và nước ngọt tạo ra một bê tông có độ bền đến 50 năm, nhưng khi trộn với nước mặn, độ bền lại không quá 5 năm. Vì khi nung xi măng portland bằng đá vôi và đất sét, bao giờ cũng có một lượng CaO tự do chiếm khoảng 6% trong xi măng. Đất vôi này gặp nước lợ hay nước mặn có gốc sulfat, gốc này kết hợp với vôi để tạo ra một muối thạch cao có cơ tính đặc biệt là hút nước và trương nở. Sự trương nở đó làm khối bê tông portland rạn nứt theo thời gian, và cuối cùng, phá tan cơ cấu bê tông. Muốn cho cơ cấu bê tông portland chống lại sự rạn nứt ấy, gọi là chống sulfat hay bền sulfat, cần pha tro bay nghèo vôi vào với một tỉ lệ rất thấp. Nhờ đó, có thể dùng nước mặn để trộn với xi măng Portland đề làm vữa hồ và khi bêtông đông cứng, có thể ngâm trong nước mặn vẫn được
• Tác dụng của Tro bay đến vấn đề hạ nhiệt cho bê tông: Khi thi công các công trình bê tông khối lớn một vấn đề cấp thiết luôn được đặt ra là làm thế nào để giảm được nhiệt độ trong lòng bê tông. Nhiệt độ trong lòng bê tông có thể lớn hơn 400C gây nguy cơ nứt do ứng suất nhiệt. Nên rất cần giảm xi măng và bổ xung một lượng chất độn mịn là tro bay để đảm bảo tính công tác, tính chống thấm và cường độ RCC. Như vậy việc sử dụng tro bay làm chất độn cho RCC đạt được 3 mục đích: Giảm được lượng nhiệt sinh ra trong lòng bê tông; giảm giá thành bê tông một cách đáng kể; đảm bảo tính dễ thi công và cường độ bê tông. Qua kinh nghiệm của một số nước trên thế giới thì hàm lượng dùng tro bay thay thế xi măng trong bê tông đầm lăn có phạm vi từ 30 – 60%

Một số ứng dụng nổi bật của tro bay:

– Tận dụng giá thành thấp của tro bay, thay thế từ 5% – 15% lượng xi măng đang sử dụng trong phối trộn bê tông làm giảm giá thành sản phẩm.

– Bê tông có sử dụng tro bay làm phụ gia sẽ làm tăng cường độ lên từ 1,5-2 lần; Làm tăng độ trơn của vữa giúp giảm chi phí bơm bê tông lên các tầng cao của công trình và làm cho bê tông chui vào các khe lỗ dễ dàng hơn;

– “Khử vôi tự do CaO” trong xi măng (khoảng 6%) là thành phần gây “nổ” làm giảm chất lượng bê tông trong môi trường nước; đặc biệt trong việc đổ những khối bê tông cực lớn ở các công trình thủy điện, khi có phụ gia tro bay có thể đổ bê tông gián đoạn mà không phải đổ liên tục như bê tông thường;

– Khống chế nhiệt độ ban đầu, giảm ứng suất nhiệt trong khối bê tông, tăng độ bền, kéo dài tuổi thọ công trình, giá thành có thể rẻ hơn đến 30%, giảm 10% nước trộn bê tông.

– Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng bền sulfat, phụ gia cho bê tông tự lèn đối với công trình đòi hỏi chịu lực cao;

– Với vữa trát tường có thể thay thế 30%-35% xi măng, tạo bề mặt mịn, tốt, chống thấm;

– Sản xuất gạch block có sử dụng tro bay còn có thể giảm lượng xi măng nhiều hơn nữa.

1.2.7. Một số công trình ứng dụng tro bay ở Việt Nam

Nước ta hiện đang trong quá trình phát triển xây dựng cầu cống, các công trình thuỷ điện, các đê kè. Theo khảo sát thì các công ty bê tông cung cấp cho thị trường khoảng 15% là bê tông đúc sẵn, 85% còn lại là do các nhà máy xi măng bán thẳng cho chủ đầu tư xây dựng. Tro bay được dùng làm phụ gia bê tông khối lớn cho các công trình đập thuỷ điện áp dụng công nghệ đổ bê tông đầm lăn như nhà máy thuỷ điện Sơn La, Bản Vẽ, Sông Tranh 2,… và một số công trình khác như đập Bái Thượng (Thanh Hoá), đập Tân Giang (Ninh Thuận), đập Lòng Sông (Bình Thuận),… [16]. Tác giả Nguyễn Công Thắng và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao (BTCLSC) sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica và tro bay, cho thấy có thể sử dụng tro bay Việt Nam thay thế một phần xi măng để chế tạo BTCLSC. Việc sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng sẽ cải thiện tính chất của hỗn hợp BTCLSC.

Bộ môn Đường bộ, Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tiến hành nghiên cứu sử dụng tro bay làm chất liên kết để gia cố vật liệu cát, đá làm mặt đường. Kết quả cho thấy, hỗn hợp 80% tro bay và 20% vôi dùng làm chất liên kết để gia cố đường sẽ đạt được độ bền cơ học khá cao. Khi làm mặt đường có thể sử dụng các hỗn hợp sau: đá+vôi+tro bay ẩm; tro bay ẩm+xi măng hoặc tro bay ẩm+vôi +thạch cao. Hiện đã có dự án thử nghiệm xây dựng đường giao thông nông thôn huyện Kim Động, Hưng Yên. Loại đất gia cố bằng tro bay sẽ có cường độ khá cao, loại vật liệu này hoàn toàn có thể sánh với gia cố bằng vôi và một số hoá chất chất khác. Với loại đất gia cố này có thể dùng làm móng đường hoặc gia cố lề, mái dốc ta luy sẽ cho hiệu quả cao.

1.2.8. Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực và công trình trên thế giới

1.2.8.1. Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp

1.2.8.2. Tro bay trong bê tông

1.2.8.3. Tro bay làm đường xá

1.2.8.4. Gạch không nung từ tro bay

1.2.8.5. Sản phẩm gạch ốp lát từ tro bay

1.2.8.6. Làm vật liệu cốt nhẹ

CHƯƠNG 2

VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

2.1.VẬT LIỆU SỬ DỤNG

2.1.1. Cát (Cốt liệu nhỏ)

– Áp dụng theo Tiêu chuẩn TCVN 7570-2006 []. Thành phần hạt của cát thô được sử dụng để chế tạo bê tông quy định trong Bảng 2.1.

– Cát có môđun độ lớn từ 0,7 đến 1,5 có thể được sử dụng chế tạo vữa mác nhỏ hơn và bằng M5.

– Cát môđun độ lớn từ 1,5 đến 2 được sử dụng chế tạo vữa mác M7,5.

– Loại cát sử dụng trong Thí nghiệm là Cát Kỳ Lam (tại huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam). Vì điều kiện thí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của cát Kỳ Lam, mà chỉ sử dụng đúc các mẫu thí nghiệm sau khi được phơi khô trong môi trường không khí để loại bỏ độ ẩm trong cát.

2.1.2. Đá dăm (Cốt liệu lớn)

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt. Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong Bảng 2.3, TCVN 7570-2006 [].

2.1.3. Xi măng

Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2682:2009[5].

– Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng được quy định trong Bảng 2.6.

– Trong chương trình thí nghiệm này, tác giả sử dụng Xi măng Sông Gianh PCB40

2.1.4. Nước

– Nước sử dụng thí nghiệm tuân thủ theo Tiêu chuẩn TCVN 4506 : 2012 yêu cầu nước trộn vữa xi măng, rửa cốt liệu và bảo dưỡng vữa xi măng.

2.1.5. Tro bay

Sử dụng tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại.

– Tro bay dùng cho bê tông và vữa xây cần đáp ứng chỉ tiêu chất lượng quy định tại Bảng 2.11.

2.2. THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO THÍ NGHIỆM

2.2.1.Ván khuôn

– Kích thước ván khuôn: 100x100x100 (mm)

– Một tổ hợp ván khuôn gồm 10 khuôn.

2.2.2. Đầm bê tông

Sử dụng thanh thép (đầm chọc), bàn vỗ (vỗ mặt)

2.2.3. Máy nén: Sử dụng máy hiệu GEW-1000P

2.2.4. Phòng dưỡng hộ mẫu nén: Sử dụng khu thí nghiệm của khoa xây dựng dân dụng và Công nghiệp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

2.2.5. Máy trộn bê tông: sử dụng máy trộn dung tích 300l

CHƯƠNG 3

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA BÊ TÔNG

3.1. GİỚİ THİỆU CHUNG

– Cường độ chịu nén của bê tông được xác định theo Tiêu chuẩn Anh BS EN 12390- 3:2000. “Thí nghiệm bê tông- Phần 3: Cường độ chịu nén của mẫu thí nghiệm”.

3.2. VẬT LİỆU SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHİỆM

– Cát: được xác định theo Mục 2.1.1

– Đá dăm: được xác định theo Mục 2.1.2

– Xi măng: được xác định theo Mục 2.1.3

– Nước: được xác định theo Mục 2.1.4

– Tro Bay: được xác định theo Mục 2.1.5

3.3. CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐİ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG

Thành phần cấp phối của các tổ hợp mẫu được trình bày ở Bảng 3.1. Các mẫu thí nghiệm được chia làm 2 nhóm. Nhóm G1, G2 trong đó mỗi nhóm gồm 4 tổ hợp mẫu với tỉ lệ nước/bột (N/B)=0.42, 0.5 tương ứng, trong đó bột =xi măng +tro bay. Mỗi nhóm tro bay được sử dụng để thay thế một phần xi măng với tỉ lệ tương ứng là 0% (mẫu đối chứng), 10%, 20% và 40%. Trình bày ở bảng 3.1

Bảng 3.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông

3.4. XÁC ĐỊNH ĐỘ SỤT CỦA CÁC THÀNH PHẦN CẤP PHỐİ

– Công tác chuẩn bị

– Độ sụt được đo ngay sau khi trộn hỗn hợp bê tông bằng máy trộn.

Chuẩn bị Côn Abrams

* Quy trình đo độ sụt:

• Đặt chảo trộn trên sàn nhà và làm ẩm nó với một ít nước nhưng không có nước tự do đọng lại. Giữ vững hình nón sụt giảm tại chỗ bằng cách sử dụng 2 chân giữ.
• Chèn hỗn hợp bê tông vào một phần ba hình nón. Sau đó, đầm chặt mỗi lớp 25 lần bằng cách sử dụng các thanh thép trong một chuyển động tròn, và đảm bảo không để khuấy.
• Thêm hỗn hợp đủ hai phần ba, lặp lại 25 lần đầm, đầm chặt vừa vào lớp trước bê tông. Tiếp tục chèn hỗn hợp bê tông sao cho đầy nón sụt, sau đó lặp lại quá trình đầm 25 lần.
• Gạt bỏ hỗn hợp bê tông thừa ở phần trên mở của hình nón sụt bằng cách sử dụng que đầm thép. Từ từ tháo bỏ nón sụt bằng nâng nó theo chiều dọc trong thời gian (5 giây 2 giây) và đảm bảo rằng mẫu bê tông không di chuyển.
• Đợi cho hỗn hợp bê tông sụt. Sau khi bê tông ổn định, đo sự sụt giảm theo chiều cao bằng cách chuyển hình nón ngược sụt xuống đặt bên cạnh các mẫu, đặt que thép trên mặt nón và đo khoảng cách từ thanh đến tâm di dời ban đầu.

3.5. ĐÚC MẪU VÀ DƯỞNG HỘ MẪU

Hỗn hợp bê tông được trộn bằng máy trộn, quy trình trộn bê tông cụ thể như sau:

– Trước hết cho máy chạy không tải một vài vòng, khi trộn mẻ đầu tiên thì đổ một ít nước cho ướt vỏ cối và bàn gạt để không bị mất nước do vỏ cối và bàn gạt hút nước, đồng thời không làm vữa bê tông dính vào cối.

– Tiến hành cân các cốt liệu cho vào cùng một lúc cho cối chạy xoay đều một lúc để các các cốt liệu được trộn đều với nhau, sau đó tiến hành cân nước với tỷ lệ tương ứng ghi trong Bảng 3.1 thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông.

– Đối với thí nghiệm này được chia làm 2 nhóm, mỗi nhóm gồm 4 tổ hợp mẫu. Xong mỗi tổ hợp đều vệ sinh lại máy trộn nhằm hạn chế tối đa tổ hợp sau không thay đổi thành phần cấp phối so với tổ hợp trước đó.

– Sau khi trộn xong, hỗn hợp bê tông được đưa vào khuôn gỗ 100x100x100(mm) và được đầm chặt. Quy trình đúc như sau:

+ Chuẩn bị: 24 khuôn gỗ, búa su nhỏ, bay, thanh đầm

+ Khuôn được lau sạch và bôi 1 lớp luyn mỏng vào mặt trong khuôn

+ Cho hỗn hợp bê tông vào khuôn làm 2 lớp, mỗi lớp đầm 25 cái trên toàn bộ diện tích mặt khuôn.

+ Dùng búa su gõ đều xung quanh để tránh rổ mặt mẫu bê tông

+ Dùng bay xoa phẳng mặt khuôn

+ Dùng bút xóa ghi ngày giờ đúc, tỷ lệ N/B và tỷ lệ tro bay thay thế một phần xi măng với tỷ lệ tương ứng là 0% (mẫu đối chứng), 10%, 20% và 40%.

– Sau khi đúc, mẫu được phủ bạt để chống mất nước từ mặt và đặt trong môi trường không khí tại phòng Thí nghiệm của Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp.

– Sau 20-24(h), tháo ván khuôn, mẫu thí nghiệm thuộc 1 ngày tuổi được đem đi nén, các mẫu còn lại được dưỡng hộ trong nước chờ đến các ngày tuổi còn lại là 7,14,28,56,90 tiến hành nén mẫu.

3.6. THÍ NGHİỆN NÉN MẪU

3.6.1. Quy trình nén mẫu:

• Mẫu được nén bằng máy hiệu GEW-1000P như hình 3.5, tốc độ gia tải trung bình là 6-4 (KN/S), mẫu được lấy ra khỏi bể và lau khô trước khi nén 30 phút.
• Đưa mẫu đã được chuẩn bị vào bàn nén, 2 mặt bên tiếp xúc với 2 mặt bàn nén. Để đảm bảo kích thước bề mặt tiếp xúc giống nhau giữa các mẫu nén, tấm đệm bằng thép đã được gia công sẵn với kích thước 100x100mm được sử dụng đặt giữa bề mặt mẫu và mặt bàn nén.
• Điều chỉnh 2 bàn nén áp sát mặt mẫu nén
• Đóng khóa dầu thủy lực của máy
• Chạy phần mềm nén mẫu, đưa các thông số ban đầu về giá trị 0.
• Mở van áp lực, bắt đầu quá trình gia tải, đến lúc mẫu bị phá hoại thì dừng lại, đọc kết quả trên màn hình.

3.6.2. Tính toán kết quả cường độ chịu nén của mẫu thử

Gọi lực phá hoại là P thì cường độ của mẫu là R được xác định như sau:

R = P/A

A – diện tích tiết diện ngang của mẫu.

– Đơn vị tính của R thƣờng dùng là MPa (Meega Pascan) hoặc kG/cm² 1MPa = 10⁶Pa = 10⁶N/m² = N/mm² = 9,81 kG/cm²

3.7. CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHİỆM VÀ THẢO LUẬN

3.7.1. Độ sụt của hỗn hợp bê tông ướt

Độ sụt của hỗn hợp bê tông được đo và kết quả trình bày ở Bảng 3.2

Độ sụt được đo ngay sau khi trộn hỗn hợp bê tông bằng máy trộn. Dựa vào kết quả Bảng 3.2, chúng ta có thể nhận thấy rằng tro bay góp phần tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông qua đó có thể thấy là tro bay hút nước ít hơn xi măng.

3.7.2. Sự ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến sự phát triễn cường độ chịu nén của bê tông

Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm được trình bày ở Bảng 3.3 và sự tăng hay giảm cường độ chịu nén của mẫu có tro bay thay thế xi măng so với mẫu đối chứng (0%TB) ở Bảng 3.4, sự phát triển cường độ chịu nén của các tổ hợp mẫu theo thời gian thuộc nhóm G1 và nhóm G2 được trình bày ở Hình 3.8 và Hình 3.9.

Bảng 3.3. Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm

Bảng 3.4. Sự tăng hay giảm cường độ chịu nén của mẫu có tro bay thay thế xi măng so với mẫu đối chứng (0%TB)

Hình 3.8. Sự phát triển cường độ chịu nén của mẫu nhóm 1 (N/B=0.42)

Hình 3.9. Sự phát triển cường độ chịu nén của mẫu nhóm 2 (N/B=0.50)

* Nhận xét:

– Nhìn tổng thể, cường độ chịu nén của các mẫu có tro bay thay thế xi măng tiếp tục phát triển sau 90 ngày dưỡng hộ trong môi trường nước. Có thể thấy được rằng cường độ chịu nén của các mẫu tro bay sẽ tiếp tục phát triển mặc dù tốc độ phát triển cường độ chậm hơn so với giai đoạn đầu trước 28 ngày. Tuy nhiên cường độ chịu nén của mẫu đối chứng (0%TB) dường như không phát triển nhiều sau 28 ngày.

– Tro bay làm suy giảm cường độ chịu nén của bê tông ở giai đoạn đầu (trước 56 ngày), tuy nhiên càng về sau 56 ngày, tro bay góp phần gia tăng cường độ chịu nén thậm chí co mẫu có cường độ chịu nén cao hơn mẫu đối chứng. Ví dụ, mẫu 20%TB với tỉ lệ N/B=0.42 có cường độ chịu nén gần bằng mẫu đối chứng cùng nhóm 0%TB, N/B=0.42 tại thời điểm 56 ngày (Hình 3.8). Cường độ chịu nén của mẫu 10%TB khi N/B=0.5 cao hơn cường độ mẫu đối chứng 0%TB, N/B=0.5 tại thời điểm 28 ngày. Khi N/B=0.5(nhóm G2) mặc dù đến 90 ngày cường độ chịu nén của mẫu tro bay 20% và 40% vẫn nhỏ hơn mẫu đối chứng, tuy nhiên xu hướng phát triển cường độ cho thấy đến thời điểm lâu hơn cường độ chịu nén của mẫu tro bay sẽ cao hơn cường độ chịu nén mẫu đối chứng.

– Nhìn chung, khi N/B=0.42 mẫu có hàm lượng tro bay 20% có cường độ chịu nén cao hơn mẫu có hàm lượng 10% và mẫu có hàm lượng 10%Tb có cường độ chịu nén cao hơn mẫu 40%TB. Khi N/B=0.5, trước 56 ngày, mẫu có hàm lượng tro bay 10% có cường độ chịu nén cao hơn mẫu có 20%TB và mẫu 20%TB có cường độ chịu nén cao hơn mẫu có hàm lượng 40%TB.

KẾT LUẬN VÀ KİẾN NGHỊ

Tỷ lệ N/B có ảnh hưởng lớn đến cường độ chịu nén của bê tông

Khi tro bay được sử dụng để thay thế một phần xi măng với tỉ lệ tương ứng là 0% (mẫu đối chứng), 10%, 20% và 40% với tỉ lệ nước/bột (N/B)=0.42, 0.5 tương ứng thì ta thấy tro bay góp phần làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông qua đó có thể thấy là tro bay hút nước ít hơn xi măng.

Nằm trong phạm vi nghiên cứu tỉ lệ tro bay thay thế xi măng là 10%, 20% và 40%, tro bay làm suy giảm cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi trước 56 ngày khi N/B=0.42 và trước tuổi 28 ngày khi N/B=0.5. Sau đó, cường độ chịu nén của các mẫu tro bay thay thế xi măng tiếp tục tăng khi được dưỡng hộ trong môi trường nước, trong khi cường độ chịu nén của mẫu đối chứng (0%TB) dường như không tăng nữa.

Khi tro bay thay thế xi măng ở tỉ lệ 20% và N/B=0.42, cường độ chịu nén lớn hơn mẫu đối chứng ở 56 ngày tuổi và tiếp tục gia tăng

Mặc dù đến 90 ngày cường độ chịu nén của các mẫu tro bay 40% vẫn nhỏ hơn mẫu đối chứng, tuy nhiên xu hướng phát triển cường độ cho thấy đến thời điểm lâu hơn cường độ chịu nén của mẫu tro bay sẽ cao hơn cường độ chịu nén mẫu đối chứng.

Khi tro bay thay thế xi măng ở tỉ lệ 10% và N/B=0.5, cường độ chịu nén lớn hơn mẫu đối chứng ở 28 ngày tuổi và tiếp tục gia tăng.

Tỷ lệ N/B và tỷ lệ tro bay thay thế một phần xi măng cần phải lựa chọn sao cho độ sụt trong bê tông được đảm bảo để cường độ chịu nén trong bê tông đạt tốt nhất và đảm bảo khả năng làm việc của bê tông. Nằm trong giới hạn nghiên cứu của luận văn, tác giả đề xuất sử dụng tỉ lệ tro bay thay thế xi măng là 20%.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\XAY DUNG CONG TRINH DD&DN\DOAN VAN BAO