Đề tài Bê tông xỉ thép

làm cốt liệu bê tông cho các công trình xây dựng sẽ mang lại hiệu quả cao về kinh tế và bảo vệ môi trường, đồng thời công trình vẫn đảm bảo chất lượng cao. Hình 1.5. Bê tông cốt liệu xỉ và bê tông thông thường Trong bê tông cốt liệu xỉ, xỉ hoạt động như một chất cách điện tự nhiên, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng trong sản phẩm xây dựng, xỉ còn hoạt động như một chất chống cháy tự nhiên, gia tăng an toàn xây dựng. Khi dùng cốt liệu xỉ, lượng xi măng tốn ít hơn so với cốt liệu đá. Sân vận động Beijing National Indoor Stadium – Trung Quốc phục vụ thế vận hội Olympics 2008 sử dụng 80.000 tấn xỉ thép để xây dựng và công trình này được xem như là một công trình tiêu biểu và nhãn môi trường xanh. Ngoài ra bê tông cốt liệu xỉ còn được dùng cho công trình nhà ga tàu điện ngầm Bắc Kinh – Trung Quốc, đổ bê tông nền kho bãi cảng Montreal – Canada, Tình hình nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép vào Bê tông ở Việt Nam. Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphalt. Năm 2011, nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Vật liệu Xây dựng – Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh do TS. Trần Văn Miền chủ trì kết hợp với Công ty TNHH Lê Phan đã thực hiện nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm cốt liệu thay thế cho đá dăm làm bêtông asphan ứng dụng làm lớp áo đường trong công trình giao thông. Kết quả nghiên cứu các tính chất đạt được có thể tóm tắt như sau: Về dung trọng: ở cùng một hàm lượng nhựa hấp phụ thì dung trọng của hỗn hợp BTN sử dụng xỉ thép làm cốt liệu cao hơn đáng kể so với hỗn hợp BTN sử dụng đá dăm làm cốt liệu. Xu hướng này đúng cho cả cốt liệu hạt mịn và cốt liệu hạt trung sử dụng cho BTN. Độ ổn định nhiệt độ: khi hàm lượng nhựa tăng lên thì độ ổn định tăng lên tương ứng (tuy nhiên với BTN sử dụng cốt liệu xỉ thì xu hướng này không rõ ràng bằng BTN nhựa sử dụng cốt liệu đá dăm). Trong hầu hết các trường hợp thí nghiệm 1h và 24h thì độ ổn định của BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép đều cao hơn của BTN sử dụng đá dăm. Về cường độ chịu nén: BTN sử dụng cấp phối hạt mịn của xỉ thép và đá dăm, khi hàm lượng nhựa tăng từ 4.5%-5.0% thì cường độ nén tăng, tuy nhiên khi hàm lượng nhựa quá 5.0% thì cường độ nén bắt đầu giảm dần suy ra hàm lượng nhựa tối ưu có thể sử dụng cho BTN cấp phối hạt mịn là từ 4.5%-5.0%. BTN sử dụng cấp phối hạt trung của xỉ thép và đá dăm, khi hàm lượng nhựa tăng từ 5.0%-6.0% thì cường độ nén tăng, tuy nhiên khi hàm lượng nhựa quá 6.0% thì cường độ nén bắt đầu giảm dần suy ra hàm lượng nhựa tối ưu có thể sử dụng cho BTN cấp phối hạt mịn là từ 5.5%-6.0%. Khi nghiên cứu cường độ của BTN sử dụng cốt liệu đá dăm, xỉ thép ở hàm lượng nhựa tối ưu thì cường độ chịu nén của BTN sử dụng xỉ thép cao hơn hoặc tương đương BTN sử dụng cốt liệu đá dăm (hình 1.24). Điều này có nghĩa là có thể sử dụng xỉ làm cốt liệu thay thế đá trong BTN để đạt các chỉ tiêu cơ lý theo yêu cầu. Hình 1.6. So sánh cường độ chịu nén của BTN sử dụng xỉ thép và đá dăm làm cốt liệu Thương số Marshall của BTN sử dụng xỉ thép cao hơn hẳn BTN sử dụng đá dăm. Ở hàm lượng 5% của BTN hạt mịn thì độ chênh lệch chưa cao nhưng ở các hàm lượng còn lại của cả BTN cấp phối hạt mịn và hạt trung thì độ chênh lệch thương số Marshall thể hiện rõ rệt. Modun đàn hồi của BTN sử dụng cốt liệu xỉ thép cao hơn BTN sử dụng cốt liệu đá dăm. Ở hàm lượng nhựa 6.5% của BTN hạt mịn thì modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép là 7.88(kG/cm2) còn của BTN sử dụng đá dăm là 3.52 (kG/cm2). Ở hàm lượng nhựa 5.50% của BTN hạt trung thì modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép là 11.38(kG/cm2) còn của BTN sử dụng đá dăm là 8.14 (kG/cm2) (hình 1.25). Vì vậy, có thể ứng dụng xỉ thép cho việc sản xuất BTN áp dụng vào thực tế. Hình 1.7. So sánh modun đàn hồi của BTN sử dụng xỉ thép và đá dăm làm cốt liệu Nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng cho BTXM trong xây dựng mặt đường giao thông. Năm 2011, đề tài thạc sĩ của Trần Hữu Bằng đã tiến hành nghiên cứu sử dụng xỉ thép làm phụ gia khoáng thay thế hàm lượng xi măng trong thành phần BTXM theo tỉ lệ 10%, 12%, 15% trong thành phần hỗn hợp của cốt liệu. Kết quả cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép thu được có thể tóm tắt theo các bảng sau: Bảng 1.5. So sánh cường độ chịu nén của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép (Slag) và BTXM thông thường (Normal) Ký hiệu mẫu R7 (N/mm2) R14 (N/mm2) R28 (N/mm2) R60 (N/mm2) R90 (N/mm2) 25MPa Normal 19.6 23.3 28.1 30.1 30.8 25MPa Slag 10% 18.9 22.6 27.5 29.0 30.5 25MPa Slag 12% 17.8 21.7 26.5 28.5 29.5 25MPa Slag 15% 15.9 19.8 25.2 27.0 27.2 30MPa Normal 23.8 27.4 33.5 35.9 36.1 30MPa Slag 10% 22.5 26.5 32.5 35.0 35.8 30MPa Slag 12% 21.4 25.9 31.4 34.2 34.4 30MPa Slag 15% 20.2 24.4 30.5 32.7 32.7 35MPa Normal 26.5 31.7 38.5 40.6 40.7 35MPa Slag 10% 25.6 30.5 37.2 39.4 40.4 35MPa Slag 12% 24.8 29.5 36.7 38.9 38.9 35MPa Slag 15% 23.6 28.3 35.5 36.7 36.7 Kết quả cho thấy cường độ của của BTXM phụ gia khoáng xỉ thép có tốc độ phát triển cường độ thấp hơn so với BTXM thông thường, và hàm lượng phụ gia khoáng xỉ thép càng nhiều thì cường độ BTXM càng giảm. Tuy nhiên cường độ của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép sẽ đạt ở tuổi dài ngày hơn. Bảng 1.6. So sánh cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM sử dụng phụ gia khoáng xỉ thép (Slag) và BTXM thông thường (Normal) Ký hiệu mẫu R28 (daN/cm2) R60 (daN/cm2) 25MPa Normal 33.51 34.31 25MPa Slag 10% 32.58 33.64 25MPa Slag 12% 29.38 30.22 25MPa Slag 15% 28.31 29.02 30MPa Normal 38.97 39.78 30MPa Slag 10% 36.28 37.73 30MPa Slag 12% 34.21 35.07 30MPa Slag 15% 32.28 33.02 35MPa Normal 40.60 41.56 35MPa Slag 10% 38.91 40.40 35MPa Slag 12% 36.41 37.73 35MPa Slag 15% 33.56 34.71 Kết quả cho thấy cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM phụ gia khoáng xỉ thép thấp hơn so với BTXM thông thường, và hàm lượng phụ gia khoáng xỉ thép càng nhiều thì cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM càng giảm. TÌM HIỂU THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG XỈ THÉP THAY THẾ ĐÁ VÀ BÊ TÔNG THƯỜNG: Mẫu xỉ thép thí nghiệm Các mẫu xỉ thép dùng để nghiên cứu trong đề tài này được lấy của Công ty TNHH Vật Liệu Xanh, công ty đã đầu tư xây dựng dự án thu gom xỉ thép từ các nhà máy luyện thép trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, sử dụng công nghệ nghiền sàng di động để tái chế xỉ thép thành các sản phẩm sử dụng vào các mục đích khác nhau. Dự án đã được các Bộ ngành liên quan cho phép, sản phẩm xỉ thép sau khi tái chế bước đầu đã được ứng dụng trong thực tế song mới chỉ mang tính cục bộ, dưới đây là hình ảnh sản phẩm xỉ thép của Công ty Vật Liệu Xanh sau khi tái chế: Hình 2.1. Bãi chứa xỉ thép thành phẩm chưa phân loại của Công ty Vật Liệu Xanh Các mẫu xỉ thép được lấy trực tiếp từ bãi chứa của Công ty Vật Liệu Xanh tuân theo phương pháp lấy mẫu được quy định trong TCVN 7572-1:2006.Mẫu được lấy theo nhiều điểm khác nhau theo chiều cao đống vật liệu từ đỉnh xuống chân, sao cho mẫu lấy là đại diện của cả bãi vật liệu. Sau đó mẫu được đưa về Phòng thí nghiệm chuyên ngành để tiến hành thí nghiệm phân tích. Vật liệu dùng trong các công trình giao thông với các mục đích chính là làm cốt liệu cho bê tông xi măng, làm cốt liệu cho bê tông nhựa và làm cấp phối dùng để thi công các lớp móng đường giao thông. Trong phạm vi đề tài này, các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép được nghiên cứu chủ yếu là các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ cho mục đích làm cốt liệu cho bê tông xi măng và làm cấp phối cho lớp móng đường giao thông. Các kiểm tra chỉ tiêu xỉ thép trước khi đúc mẫu Thành phần hạt của xỉ thép Tiêu chuẩn áp dụng:TCVN 7572 - 06. Các thiết bị, dụng cụ: Cân kỹ thuật; máy lắc sàng; tủ sấy; Bộ sàng tiêu chuẩn bao gồm các kích thước mắt sàng: 40mm; 20 mm; 10mm; 5 mm; Mẫu thử: Mẫu xỉ thép sau khi được lấy từ bãi chứa về được sấy khô đến khối lượng không đổi và để nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm. Sau đó mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư. Khối lượng mẫu thí nghiệm phụ thuộc vào đường kính lớn nhất danh nghĩa Dmax của mẫu. Đối với mẫu xỉ thép, ta chọn khối lượng mẫu thí nghiệm tối thiểu là 10kg. Trình tự thí nghiệm: Cho mẫu vào máy lắc sàng với bộ sàng tiêu chuẩn như trên, tiến hành sàng đến khối lượng không đổi và cân khối lượng còn sót lại trên từng sàng. Tính toán kết quả: Hàm lượng sót trên từng sàng (ai) tính theo công thức: Trong đó: mi : khối lượng trên từng sàng (g); m : tổng khối lượng mẫu thí nghiệm (g); Hàm lượng sót tích lũy (Ai) tính theo công thức: Tỷ lệ lọt sàng theo % khối lượng tính theo công thức: Kết quả thí nghiệm mẫu xỉ thép được thống kê như sau: Kích thước lỗ sàng Khối lượng tích lũy trên sàng Phần trăm khối lượng tích lũy trên sàng Phần trăm khối lượng lọt sàng tích lũy (mm) (g) (%) (%) 40.0 0 0.0 100.0 20.0 982.5 13.0 87.0 10.0 3465 46.0 54.0 5.0 7234 96.0 4.0 < 5.0 7534 100.0 0.0 Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt của mẫu xỉ thép Khối lượng riêng, khối lượng thể tích của xỉ thép Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-4:2006. Các thiết bị, dụng cụ: Cân kỹ thuật; tủ sấy; bình dung tích; thùng ngâm mẫu; khăn thấm nước; khay chứa;bộ sàng; Mẫu thử: Mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư. Sau đó được đem ngâm trong thùng ngâm trong 24 ± 4h ở nhiệt độ 27 ± 2 oC trước khi tiến hành thí nghiệm. Sau khi ngâm mẫu được đưa về trạng thái bão hòa nước khô bề mặt (dùng khăn bông lau khô bề mặt); Trình tự thí nghiệm: Ngay sau khi làm khô bề mặt mẫu, tiến hành cân một lượng mẫu thử (khoảng 1000g) và cho vào bình thử, cho thêm nước đầy bình rồi tiến hành cân; Sau đó đổ mẫu ra và tiến hành sấy khô mẫu, để nguội đến nhiệt độ phòng rồi cân; Đổ đầy nước vào bình thử cho đầy rồi cân. Tính toán kết quả: Khối lượng riêng ()được tính theo công thức: (g/cm3) Trong đó: m4 : khối lượng mẫu khô sau khi sấy (g); m2 : khối lượng mẫu + bình thử + nước (g); m3 : khối lượng bình thử + nước (g); : khối lượng riêng của nước (g/cm3); Khối lượng thể tích khô ()được tính theo công thức: (g/cm3) Trong đó: m1 : khối lượng mẫu bão hòa nước khô bề mặt (g); Khối lượng thể tích bão hòa nước ()được tính theo công thức: (g/cm3) Kết quả thí nghiệm đối với mẫu xỉ thép được thống kê như sau: Bảng 2.1. Kết quả thí nghiệm về khối lượng riêng, khối lượng thể tích xỉ thép STT Tên mẫu KL riêng (g/cm3) KL thể tích khô (g/cm3) KL thể tích bão hòa (g/cm3) 1 Mẫu 1 3.44 3.31 3.35 2 Mẫu 2 3.62 3.42 3.48 3 Trung bình 3.53 3.37 3.41 Khối lượng thể tích xốp của xỉ thép Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-6:2006. Các thiết bị, dụng cụ: Thùng đong bằng kim loại, hình trụ, dung tích 20 lít, đường kính 294mm, chiều cao 294 mm; Cân kỹ thuật độ chính xác 1%; bộ sàng tiêu chuẩn, theo TCVN 7572-2 : 2006; tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ đạt nhiệt độ sấy ổn định từ 105 oC đến 110 oC; thước lá kim loại; thanh gỗ thẳng, nhẵn, đủ cứng để gạt cốt liệu lớn ; Phễu chứa vật liệu (xem hình); Hình 2.3. Mô tả dụng cụ xác định khối lượng thể tích xốp Chú dẫn: 1. Phễu chưa vật liệu 2. Cửa quay 3. Giá đỡ 4. Thùng đong 5. Vật kê Kích thước tính bằng miliimét Mẫu thử: Mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư. Sấy khô mẫu đến khối lượng không đổi, sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng trước khi tiến hành thí nghiệm. Trình tự thí nghiệm Mẫu thử được đổ vào phễu chứa, đặt thùng đong dưới cửa quay, miệng thùng cách cửa quay 100mm theo chiều cao. Xoay cửa quay cho vật liệu rơi tự do xuống thùng đong cho tới khi thùng đong đầy có ngọn. Dùng thanh gỗ gạt bằng mặt thùng rồi đem cân. Tính toán kết quả: Khối lượng thể tích xốp () xác định theo công thức: (kg/m3) Trong đó: m1 : khối lượng thùng đong (kg); m2 : khối lượng mẫu + thùng đong (kg); V : thể tích thùng đong (m3); Kết quả thí nghiệm đối với 6 mẫu xỉ thép được thống kê như sau: Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm về khối lượng thể tích xốp của xỉ thép STT Tên mẫu Khối lượng thể tích xốp (kg/m3) 1 Mẫu 1 1874 2 Mẫu 2 1842 3 Trung bình 1858 Các chỉ tiêu hóa học của xỉ thép Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7131-2002; ISO 11535-2007; ISO 2598-2007; Mẫu xỉ thép được gửi phân tích tại Phòng thí nghiệm hóa nước của trung tâm thí nghiệm kỹ thuật 3 (Quatest 3), kết quả phân tích được tổng hợp như sau: Bảng 2.3. Thành phần hóa học trung bình của xỉ thép STT Thành phần Hàm lượng (%) 1 Hàm lượng Oxit Silic (SiO2) 13 - 19 2 Hàm lượng Nhôm Oxit (Al2O3) 6 - 9 3 Hàm lượng Sắt Oxit (Fe2O3) 34 - 39 4 Hàm lượng Canxi Oxit (CaO) 22 - 29 5 Hàm lượng Magie Oxit (MgO) 4 - 13 6 Hàm lượng các chất khác 3 - 11 Cường độ và hệ số hóa mềm Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-11:2006 Cường độ và hệ số hóa mềm của xỉ thép được xác định thông qua thí nghiệm xác định độ nén dập trong xi lanh. Các dụng cụ, thiết bị: Bao gồm: máy nén thủy lực; xi lanh bằng thép; cân kỹ thuật; bộ sàng tiêu chuẩn theo 7572-2:2006; tủ sấy và thùng ngâm mẫu. Mẫu thử: Mẫu được lấy đến khối lượng cần thiết theo phương pháp chia tư. Mẫu xỉ thép thí nghiệm là các cỡ hạt bao gồm: từ 5mm đến 10mm; từ 10mm đến 20mm và từ 20mm đến 40mm. Xác định độ nén dập trong xi lanh, được tiến hành cả cho mẫu ở trong trạng thái khô hoặc trạng thái bão hòa nước. Mẫu thử ở trạng thái khô thì mẫu được sấy đến khối lượng không đổi. Mẫu thử ở trạng thái bão hòa nước thì ngâm mẫu trong nước hai giờ. Sau khi ngâm, lấy mẫu ra lau các mặt ngoài rồi thử ngay. Tiến hành thí nghiệm: - Dùng xi lanh thép đường kính 75 mm cho cỡ hạt 5mm – 10mm, 10mm – 20mm; xi lanh đường kính 150mm cho cỡ hạt 20 – 40mm; - Dùng xi lanh 75mm thì cân khoảng 400g mẫu, xi lanh đường kính 150mm thì cân khoảng 3000g mẫu đã chuẩn bị ở trên, đổ vào xi lanh ở độ cao 50 mm; - Sau đó dàn phẳng, đặt pittông sắt vào và đưa xi lanh lên máy ép. Tăng lực nén của máy ép với tốc độ từ 1 kN đến 2 kN trong một giây và dừng tải trọng ở 50 kN đối với xi lanh 75mm và 200kN đối với xi lanh đường kình 150mm; - Mẫu nén xong đem sàng bỏ hạt lọt qua sàng tương ứng các cỡ hạt như sau: cỡ hạt từ 5-10mm dùng sàng đường kính 1.25mm, cỡ hạt từ 10-20mm dùng sàng đường kính 2.5mm, cỡ hạt từ 20-40mm dùng sàng đường kính 5mm; - Đối với mẫu thử ở trạng thái bão hòa nước, sau khi sàng phải rửa phần mẫu còn lại trên sàng để loại bỏ hết các bột dính, sau đó lau các mẫu bằng khăn khô rồi mới cân. Mẫu thử ở trạng thái khô, sau khi sàng, cân ngay số hạt còn lại trên sàng; Tính toán kết quả: - Độ nén dập của xỉ thép (Nd) xác định theo công thức: (%) Trong đó: m1 : khối lượng mẫu cho vào xilanh (g); m2 : khối lượng mẫu còn lại trên sàng sau khi sàng (g); - Nễu mẫu là hỗn hợp của nhiều cỡ hạt thì giá trị Nd chung cho cả mẫu, được lấy bằng trung bình cộng theo quyền (bình quyền) của các kết quả thu được khi thử từng cỡ hạt. - Hệ số hóa mềm (Km) xác định theo công thức: Trong đó: N’d : là độ nén dập của cốt liệu lớn ở trạng thái khô hoàn toàn (%); Nd : là độ nén dập của cốt liệu lớn ở trạng thái bão hòa nước (%). Kết quả thí nghiệm thu được như sau: Bảng 2.4. Kết quả thí nghiệm về độ nén dập của xỉ thép Tên mẫu Trạng thái nén KL mẫu bỏ vào xilanh (g) KL mẫu còn lại sau khi sàng (g) Độ nén dập từng cờ hạt (%) Độ nén dập bình quyền (%) Hệ số hóa mềm Mẫu 1 Mẫu khô 403.40 345.72 14.3 11.0 1.00 405.07 372.37 8.10 Mẫu bão hòa 408.65 349.02 14.6 11.0 404.24 375.31 7.20 Mẫu 2 Mẫu khô 401.50 340.89 15.1 8.1 0.96 400.32 351.82 12.1 Mẫu bão hòa 406.77 344.06 15.4 8.4 405.41 350.16 13.6 Mẫu 3 Mẫu khô 402.57 354.74 11.9 8.5 1.00 403.90 350.79 13.1 Mẫu bão hòa 406.75 356.61 12.3 8.5 402.67 361.56 10.2 Bảng 2.5. Kết quả thí nghiệm về cường độ của xỉ thép thông qua độ nén dập Tên mẫu Trạng thái nén Độ nén dập (%) Quy về cường độ (MPa) Mẫu 1 Mẫu khô 11.0 120 Mẫu bão hòa 11.0 120 Mẫu 2 Mẫu khô 8.1 140 Mẫu bão hòa 8.4 140 Mẫu 3 Mẫu khô 8.5 140 Mẫu bão hòa 8.5 140 Chỉ tiêu về độ góc cạnh của xỉ thép : Hàm lượng hạt thoi dẹt : Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-13:2006 - Hạt thoi dẹt là những hạt chiều dày hoặc chiều ngang của nó nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài. Các dụng cụ, thiết bị: Để xác định hạt có phải là hạt thoi dẹt hay không, người ta sử dụng thước kẹp cải tiến; Hình 2.4. Thước kẹp cải tiến Ngoài ra còn sử dụng các dụng cụ thiết bị như: cân kỹ thuật; bộ sàng tiêu chuẩn theoTCVN 8859 - 2011; tủ sấy. Mẫu thí nghiệm: Mẫu trước khi thí nghiệm được sấy khô đến khối lượng không đổi, sàng theo từng cỡ hạt và lấy khối lượng tối thiểu được lấy theo phương pháp chia tư tương ứng theo bảng sau: Bảng 2.6. Khối lượng mẫu thử hàm lượng thoi dẹt theo cỡ hạt Kích thước hạt (mm) Khối lượng mẫu tối thiểu (kg) Từ 4 đến 20 Từ 20 đến 10 Từ 10 đến 5 0.25 1.00 5.00 Tiến hành thí nghiệm: - Dùng thước kẹp cải tiến để chọn ra những hạt thoi dẹt của từng cỡ hạt và cân lại khối lượng; Tính toán kết quả: - Hàm lượng hạt thoi dẹt (Td) của mỗi cỡ hạt được xác định theo công thức: (%) Trong đó: m1 : khối lượng mẫu ban đầu (g); m2 : khối lượng các hạt dẹt (g); - Hàm lượng hạt thoi dẹt của toàn mẫu được lấy bằng trung bình cộng theo quyền (bình quyền) của các kết quả thu được khi thử từng cỡ hạt. Kết quả thí nghiệm thu được như sau: Bảng 2.7. Kết quả thí nghiệm về hàm lượng thoi dẹt của xỉ thép STT Tên mẫu Hàm lượng thoi dẹt(%) 1 Mẫu 1 0 2 Mẫu 2 0 3 Trung bình 0 Chỉ tiêu cơ học của xỉ thép : Độ hao mòn Los – Angeles : Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 7572-12:2006 - Đây là phương pháp đánh giá sự hao mòn khối lượng của các hạt cốt liệu lớn khi chịu tác dụng va đập và mài mòn trong máy Los Angeles. Các dụng cụ thiết bị: - Để thí nghiệm, người ta sử dụng máy mài mòn Los – Angeles: có kết cấu bằng thép, hình ống trụ rỗng, hai đầu bịt kín, có kết cấu cửa vững chắc ở thân ống để đưa cốt liệu vào. Chiều dài lòng ống khoảng 500 mm, đường kính trong khoảng 700 mm, chiều dày thành ống không nhỏ hơn 12 mm. Máy được đặt trên một trục nằm ngang, quay tròn quanh trục theo vận tốc xác định; Hình 2.5. Máy mài mòn Los – Angeles - Ngoài ra còn có các dụng cụ thiết bị như: bi thép - khối lượng từ mỗi viên từ 390g đến 445g; cân kỹ thuật; bộ sàng kích thước 37.5 mm, 25 mm, 19 mm, 12.5 mm, 9.5 mm, 6.3 mm, 4.75 mm, 2.36 mm và 1.7 mm; tủ sấy. Mẫu thí nghiệm: - Mẫu thử phải được rửa sạch và sấy đến khối lượng không đổi, theo phương pháp chia tư chọn mẫu đến khối lượng cần thiết của thí nghiệm sau đó sàng thành các cỡ hạt có cấp phối theo bảng sau: Bảng 2.8. Khối lượng xỉ thép thí nghiệm độ hao mòn theo cỡ hạt Kích thước mắt sàng (mm) Khối lượng các cỡ hạt (g) Từ 19 đến 12.5 2500 Từ 12.5 đến 9.5 2590 Tổng 5090 Tiến hành thí nghiệm: - Cho mẫu thử và các viên bi thép vào máy thử. Số lượng viên bi thép tương ứng vật liệu loại A là 12 viên với khối lượng 5000 ± 25g; - Cho máy quay 500 vòng với tốc độ từ 30 vòng đến 33 vòng trong 1 phút. Sau đó lấy vật liệu ra khỏi máy, sàng qua sàng có kích thước 1,7 mm để loại bớt hạt to; - Phần lọt sàng 1,7 mm được coi là tổn thất khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm. Toàn bộ phần cốt liệu trên sàng 1.7 mm được rửa sạch, sấy đến khối lượng không đổi và cân với độ chính xác tới 1g; Tính toán kết quả: - Độ hao mòn Los - Angeles (Hm) được xác định theo công thức: (%) Trong đó: m : khối lượng mẫu ban đầu (g); m1 : khối lượng mẫu còn lại trên sàng 1.7mm (g); Kết quả thí nghiệm thu được như sau: Bảng 2.9. Kết quả thí nghiệm về độ hao mòn của xỉ thép STT Tên mẫu Độ hao mòn(%) 1 Mẫu 1 21.66 2 Trung bình 21.66 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép Bảng 2.10. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của xỉ thép STT Chỉ tiêu cơ lý Đơn vị tính Kết quả Tiêu chuẩn áp dụng 1 Thành phần hạt - - TCVN 7572-2006 2 Khối lượng riêng g/cm3 3.53 TCVN 7572-4:2006 3 Khối lượng thể tích khô g/cm3 3.37 TCVN 7572-4:2006 4 Khối lượng thể tích bão hòa nước g/cm3 3.41 TCVN 7572-4:2006 5 Khối lượng thể tích xốp kg/m3 1858 TCVN 7572-6:2006 6 Các chỉ tiêu hóa học Hàm lượng SiO2 Hàm lượng Al2O3 Hàm lượng FexOy Hàm lượng CaO Hàm lượng MgO % % % % % 13-19 6 – 9 34 – 39 22 – 29 4 - 13 ISO 2598-1:2007 ISO 11535:2007 ISO 11535:2007 ISO 11535:2007 ISO 11535:2007 7 Cường độ và hệ số hóa mềm Độ nén dập Hệ số hóa mềm Cường độ % % MPa 9.17 0.99 133.33 TCVN 7572-11:2006 TCVN 7572-11:2006 TCVN 7572-11:2006 8 Hàm lượng hạt thoi dẹt % 0.00 TCVN 7572-13:2006 9 Độ hao mòn Los Angeles % 21.66 TCVN 7572-12:2006 Các chỉ tiêu cơ lý đá: Tính chất cơ lí Yêu cầu phải có chung đặc tính các hạt sạch,cứng và tuổi thọ cao. Không chứa các hạt dẹt hoặc dài,chất hữu cơ hay các chất gây hại khác. Tỷ lệ các chất gây hại không vượt quá giới hạt cho phép; Đá được dùng là đá khai thác và sản xuất tại mỏ đá Hóa AnTỉnh Đồng Nai. Tính chất vật lý của đá được thí nghiệm theoTCVN 7572:2006. Kết quả thí nghiệm được giới thiệu ở Bảng 2.11 Bảng 2.11. Tính chất vật lý của đá STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kếtquả Phương pháp thử 1 Khối lượng thể tích xốp Kg/m3 1.35 TCVN 7572 - 06 2 Hàm lượng bụi, bùn, sét % 0.8 TCVN 7572 - 06 3 Hàm lượng hạt thoi dẹt % 12.9 TCVN 7572 - 06 4 Khối lượng thể tíchở trạng thái bão hòa Kg/m3 2.746 TCVN 7572 -06 5 Khối lượng riêng g/cm3 2.776 TCVN 572 -06 6 Độ mài mòn LA % 21.7 TCVN 7572 - 06 7 Độ nén dập xilanh trạng thái bão hòa nước % 8.18 TCVN 7572 -06 Thành phần hạt Thành phần hạt của đá được xác định theo TCVN7572:2006. Kết quả được giới thiệu ở Bảng 2.12 và hình 2.6 Bảng 2.12 Thành phần hạt của đá Kích thước lỗ sàng (mm) Khối lượng tích lũy trên sàng (%) Phần trăm tích lũy trên sàng (%) Phần trăm lọt sàng tích lũy (%) 40.0 0 0.0 100.0 20.0 1084 7.5 92.5 10.0 8862 61.7 38.3 5.0 13886 96.7 3.3 < 5.0 14359 100.0 0.0 Khối lượng mẫu thí nghiệm (gam) : 14359( g) Hình 2.6. Biểu đồ thành phần hạt Chỉ tiêu cơ lý cát: Cát được dùng là cát sạch, rắn và có tuổi thọ cao, hàm lượng bụi, bùn sét, chất hữu cơ và các hợp chất khác không vượt quá giới hạn cho phép. Đề tài sử dụng cát Tân Châu( Long Xuyên) có các tính chất Tính chất vật lý - Các tính chất vật lý của cát được thí nghiệm theo TCVN 7572-2:2006 đến TCVN7572-8:2006. Kết quả thí nghiệm được ghi ở bảng 2.13 Bảng 2.13 Tính chất vật lý của cát STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm Đơn vị Kết quả 1 Hàm lượng bùn, bụi, sét TCVN 7572 - 8 : 2006 % 0.68 3 Khối lượng thể tích xốp TCVN 7572 - 6 : 2006 g/cm3 1.472 4 Khối lượng riêng TCVN 7572 - 4 : 2006 g/cm3 2.639 5 Mô dun độ lớn TCVN 7572 - 2 : 2006 2.29 6 Thành phần hạt TCVN 7572 - 2 : 2006 Xem biểu đồ Thành phần hạt - Thành phần hạt được xác định theo TCVN 7572:2006 - Kết quả được ghi ở bảng 2.14 và hình 2.7 Bảng 2.14. Phân tích thành phần hạt Kích thước lỗ sàng (mm) Khối lượng tích lũy trên sàng (g) Phần trăm tích lũy trên sàng (%) Phần trăm lọt sàng tích lũy (%) 10.0 0.00 0.00 100.00 5.0 0.00 0.00 100.00 2.5 90.00 8.11 91.89 1.25 231.14 20.83 79.17 0.63 419.21 37.78 62.22 0.315 761.02 68.58 31.42 0.14 1068.10 96.26 3.74 < 0.14 1109.62 100.00 0.00 Hình 2.7. Biểu đồ thành phần hạt Nhận xét: Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN7572:2006 có các tính chất đạt yêu cầu dùng để chế tạo bêtông Chỉ tiêu cơ lý xi măng: - Dùng xi măng holcim PCB40 với các chỉ tiêu cơ lý: Bảng 2.15: Các chỉ tiêu cơ lý xi măng STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm 1 Khối lượng riêng g/cm3 3.1 TCVN 4030:2003 2 Độ dẻo tiêu chuẩn N/XM % 30.6 TCVN 6017:1995 3 Thời gian bắt đầu đông kết phút 121 TCVN 6017:1995 Thời gian kết thúc đông kết phút 179 4 Độ mịn( Phần còn lại trên sàng 0.08 mm) % 1.02 TCVN 4030:2003 - Các chỉ tiêu cơ lý xi măng phù hợp phù hợp vơi TCVN 6260 – 1997 Ximăng poclăng hỗn hợp. Yêu cầu kĩ thuật; TCVN 141:2008 Ximăng poclăng hỗn hợp. Thiết kế thành phần cấp phối Bêtông ximăng thông thường và Bêtông có sử dụng xỉ thép thay đá Các bước thiết kế bêtông thông thường Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông được sử dụng rộng rãi hiện nay là: Phương pháp đo E của Ban môi trường Anh (The British Department of the Environment), của Viện bê tông Mỹ (The American Concrete Institute), phương pháp của Hội đồng bê tông Pooclăng (The New Zealand Porland Concrete Association) , phương pháp Bôlomay – Ckramkaep (Nga). Các phương pháp trên đều là phương pháp lý thuyết kết hợp với “thực nghiệm” dựa trên cơ sở lý thuyết “thể tích tuyệt đối”, có nghĩa là tổng thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặt) của vật liệu trong 1m3 bê tông thì bằng 1000 lít. Chúng chỉ khác nhau ở chỗ lựa chọn thành phần và tỷ lệ các cấp phối hạt cốt liệu. Trong khuôn khổ đề tài này tác giả lựa chọn phương pháp Bôlomay – Ckramkaep (Nga) và áp dụng các TCVN cho từng loại Mark bê tông 25MPa, 30MPa và 35MPa. Bước 1: Lựa chọn độ sụt: Tùy theo dạng kết cấu, phương thức đổ bê tông, ta xác định độ sụt Bảng 2.16: Chọn độ sụt Dạng kết cấu Độ sụt (cm) Tối đa Tối thiểu Móng và tường BTCT 9-10 3-4 Dầm tường BTCT 11-12 3-4 Cột 11-12 3-4 Đường, nền, sàn 9-10 3-4 Khối lớn 7-8 3-4 Bêtông bơm 14-20 9-14 Cọc Khoan nhồi 16-20 Khe, hốc nhỏ không đầm được 18-22 Bước 2: Lựa chọn kích thước lớn nhất của cốt liệu; Bảng 2.17: Lượng nước trộn theo Môđun và độ sụt Độ Sụt (cm) Kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu lớn Dmax (mm) Dmax = 10 Dmax = 20 Dmax = 40 Dmax = 70 Mô đun độ lớn của cát 1.5 - 1.9 2 - 2.4 2.5 - 3 1.5 - 1.9 2 - 2.4 2.5 - 3 1.5 - 1.9 2 - 2.4 2.5 - 3 1.5 - 1.9 2 - 2.4 2.5 - 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 195 195 205 205 210 210 215 215 220 220 225 225 190 190 200 200 205 205 210 210 215 215 220 220 185 185 195 195 200 200 205 205 210 210 215 215 185 185 195 195 200 200 205 205 210 210 215 215 180 180 190 190 195 195 200 200 205 205 210 210 175 175 185 185 190 190 195 195 200 200 205 205 175 175 185 185 190 190 195 195 200 200 205 205 170 170 180 180 185 185 190 190 195 195 200 200 165 165 175 175 180 180 185 185 190 190 195 195 165 165 175 175 180 180 185 185 190 190 195 195 160 160 170 170 175 175 180 180 185 185 190 190 155 155 165 165 170 170 175 175 180 180 185 185 215 205 195 185 Ghi chú: Khi cát có Muđun > 3 thí giảm 5 lít nước Bước 3: Tính tỉ lệ xi măng – nước: X/N; Khi X/N 2.5 Khi X/N > 2.5 Rn= (Mác Bêtông) x (Hệ số an toàn) + 1.1 đối với trạm trộn; + 1.15 trạm trộn thủ công; Rx:Cường độ thực tế của XM 28 ngày (Mpa) Hệ số tra A và A1: Đối với xi măng portland hỗn hợp Thử theoTCVN6061:1997thì A=0.50, A1=0.32 Bước 4: Lựa chọn tỉ lệ N/XM Xi măng Bước 5: Xác định lượng cốt liệu lớn Đá Pvd: Khối lượng thể tích xốp (kg/m3); Pv: Khối lượng riêng cốt liệu lớn (g/cm3) Px: Khối lượng riêng xi măng, 3.1 g/cm3; Thể tích hồ xi măng Độ rỗng của đá Bảng 2.18: Bảng tra hệ số Kd Mô đun cát Kd Ứng với Vh 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 3.0 1.33 1.38 1.43 1.48 1.52 1.56 1.59 1.62 1.64 1.66 2.75 1.30 1.35 1.40 1.45 1.49 1.53 1.56 1.59 1.61 1.63 2.5 1.26 1.31 1.36 1.41 1.45 1.49 1.52 1.55 1.57 1.59 2.25 1.24 1.29 1.34 1.39 1.43 1.47 1.50 1.53 1.55 1.57 2.0 1.22 1.27 1.32 1.37 1.41 1.45 1.48 1.51 1.53 1.55 1.75 1.14 1.19 1.24 1.29 1.33 1.37 1.40 1.43 1.45 1.47 1.5 1.07 1.12 1.17 1.22 1.26 1.30 1.33 1.36 1.38 1.40 Hiệu chỉnh Kd: Khi ĐS >12cm Kd =Kd+ 0.1: Mdl <2 Kd =Kd+ 0.15: Mdl= 2 - 2.5 Kd =Kd+ 0.2: Mdl >2.5 Bước 6: Hàm lượng cốt liệu nhỏ; Px,Pd: Khối lượng riêng của xi măng, khối lượng riêng của đá, g/cm3; Pn: Khối lượng riêng của nước, 1g/cm3; Pc:Khối lượngriêng của cát, g/cm3. Bước 7: Xây dựng ba thành phần cấp phối; (Theo nguyên tắc cộng thêm 1 lít nướckhi tăng thêm 10 kg xi măng) Bước 8: Hiệu chỉnh lượng cốt liệu theo lượng hạt > 5 mm và độ ẩm; Theo hàm lượng hạt: Chc= C x (1 + x/100) trong đóx = Lượng hạt >5 mm Dhc= D –(Chc–C) Theo độ ẩm Ctt= C x (1 + Wc/ 100) Dtt= D x (1 + Wd / 100) Ntt= N –((Dtt–Dhc)+ (Ctt–Chc)) Bước 9: Kiểm tra và hiệu chỉnh độ sụt (TCVN 3106:1993); ĐS tt – ĐS yc < 2 : Không cần hiệu chỉnh; ĐS yc – ĐS tt = 3 – 5 : Tăng lượng nước và xi măng; ĐS tt – ĐS yc = 2 – 3 : Tăng 2 – 3 % cát và đá; ĐS tt – ĐS yc = 4 – 5 : Tăng 3 – 5 % cát và đá; ĐS tt – ĐS yc > 5 : Thiết kế lại cấp phối. Bước 10: Xác định cường độ nén và kéo uốn (TCVN 3118:1993 và TCVN 3119:1993); Bước 11: Chọn thành phần bêtông chính thức. BIỂU KẾT QUẢ THIẾT KẾ BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT: Yêu cầu về Bê tông: Cường độ bê tông (Rn): 30 Mpa Hệ số an toàn : Độ sụt bê tông (ĐS) : 6 cm Yêu cầu về vật liệu: Xi măng : holcim PCB40 Tính chất cơ lý của xi măng Cường độ thực tế của Xi măng (Rx) : 47 Mpa Khối lượng riêng của Xi măng (rx) : 3.1 g/cm3 Đá: Hóa An Khối lượng riêng (rđ) : 2.78 g/cm3 Khối lượng thể tích xốp (rvđ) : 1.35 kg/m3 Đường kính hạt lớn nhất : 20 mm Cát:Tân Châu Khối lượng riêng của Cát (rc) : 2.64 g/cm3 Mô đun độ lớn của cát (Mđl) : 2.29 Hàm lượng trên 5mm : 0.00 Phụ gia : Không sử dụng Bảng 2.19: Kết quả tính toán thành phần cấp phối của Bêtông Thành phần cấp phối bê tông Thành phần vật liệu cho bê tông (1m3) X (kg) C (kg) Đ (kg) N (kg) Độ ẩm thiết kế W=0%. Mark 30 Mpa 424 580 1180 192 Hiệu chỉnh độ ẩm của Wđ=0,31 % và Wc=6,35%.Mark30 Mpa 424 619 1184 149 Các bước thiết kế bêtông sử dụng xỉ thép thay đá 1x2 Đề tài cũng dựa trên các bước thiết kế của bê tông thông thường. Nhưng việc thay thế cốt liệu đá 1x2 thành xỉ thép và thay thế hàm lượng xỉ thép trong hỗn hợp bê tông. Kết quả thể hiện ở Bảng 2.20 sau khi đã hiệu chỉnh độ ẩm của Wx= 0,32 % và Wc= 6,35%. Bảng 2.20: Thành phần cấp phối bêtông sử dụng cốt liệu Xỉ thép Tỉ lệ trộn Xỉ thép Thành phần bê tông xỉ thép Thành phần bê tông thường X (kg) C(kg) Xỉ(kg) N(lit) X(kg) C(kg) Đ(kg) N(lit) Mark30 Mpa cơ sở 424 619 1184 149 424 619 1184 149 Tăng 10% xỉ thép 424 619 1302 149 424 619 1302 149 Tăng 15% xỉ thép 424 619 1361 149 424 619 1361 149 Tăng 20% xỉ thép 424 619 1420 149 424 619 1420 149 Tăng 25% Xỉ thép 424 619 1480 148 424 619 1480 149 Tăng 30% xỉ thép 424 619 1539 148 424 619 1539 149 Mác bêtông yêu cầu thí nghiệm: 30MPa Tuổi mẫu: Mẫu thí nghiệm cường độ nén Rn ở 28 ngày tuổi Kích thước mẫu: Mẫu nén: Mẫu kích thước chuẩn 20x20x20cm; Số lượng mẫu : Số mẫu sử dụng xỉ: 6 cấp xỉ × 3mẫu/tổ =18 mẫu nén Số mẫu thí nghiệm bê tông: 6 cấp × 3mẫu/tổ = 18 mẫu nén Tổng: 36 mẫu Hình 2.8 Công tác đúc mẫu Kháng nén hình lập phương 20x20x20 cm Hình 2.9 Công tác chuẩn bị mẫu trước khi nén Xác định độ sụt bê tông Độ sụt là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung động. Độ lưu động được xác định bằng độ sụt (SN, cm) của khối hỗn hợp bê tông trong côn hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu. Khi độ sụt thích hợp phù hợp với đặc điểm của kết cấu và phương pháp thi công sẽ giúp cho quá trình thi công được dễ dàng, độ đặc, cường độ của bê tông sẽ tăng. Như vậy độ sụt liên quan đến khả năng thi công và chất lượng của bê tông, do đó cần phải xác định. Dụng cụ – thiết bị Côn thử độ sụt là một côn hình nón cụt, được uốn hàn hoặc cán từ thép tôn dày tối thiểu 1,5mm. Mặt trong của côn phải nhẵn, không có các vết nhô của đường hàn hoặc đinh tán. Thanh thép tròn trơn đường kính 16mm, dài 600mm hai đầu múp tròn. Phễu đổ hỗn hợp. Thước lá kim loại dài 80cm chính xác tới 0.5cm. Tấm đế Tiến hành thử theo trình tự sau: Chọn côn: Dùng côn N1 để thử hỗn hợp bê tông có cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu tới 40mm, côn N2 để thử hỗn hợp bê tông có cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu tới 70mm hoặc 100mm. Tẩy sạch bê tông cũ. Dùng giẻ ướt lau mặt trong của cônvà dụng cụ khác mà trong quá trình thử tiếp xúc với hỗn hợp bê tông. Đặt côn lên nền cứng, phẳng không thấm nước. Đứng lên gối đặt chân để giữ cho côn cố định trong cả quá trình đổ và đầm hỗn hợp bê tông trong côn. Đổ hỗn hợp bê tông qua phễu vào côn làm 3 lớp, mỗi lớp chiếm khoảng một phần ba chiều cao của côn. Sau khi đổ từng lớp dùng thanh thép tròn chọc đều trên toàn mặt hỗn hợp bê tông từ xung quanh vào giữa. Khi dùng côn N1 mỗi lớp chọc 25 lần, khi dùng côn N2 mỗi lớp chọc 56 lần. Lớp đầu chọc suốt chiều sâu, các lớp sau chọc xuyên sâu vào lớp trước khoảng 2÷3cm. Ở lớp thứ ba vừa chọc vừa thêm để giữ mức hỗn hợp luôn đầy hơn miệng côn. Đổ hỗn hợp bê tông qua phễu vào côn làm 3 lớp, mỗi lớp chiếm khoảng một phần ba chiều cao của côn, mỗi lớp chọc 25 lần đối với côn N1 Rút phễu ra khỏi côn và gạt phẳng mặt; Rút côn theo phương thẳng đứng từ từ trong khoảng 5 – 10s; Đặt côn sang bên cạnh khối hỗn hợp bê tông vừa rút côn; Đo chênh lệch chiều cao giữa miệng côn với điểm cao nhất của khối hỗn hợp chính xác tới 0,5cm. Lưu ý:Thời gian thử tính từ lúc bắt dầu đổ hỗn hợp bê tông vào côn cho tới thời điểm nhất côn khỏi khối hỗn hợp phải được tiến hành không ngắt quãng và không chế không quá 150 giây. Nếu khối hỗn hợp bê tông sau khi nhấc khỏi côn bị đổ hoặc tạo thành hình khối khó đo thì phải tiến hành lấy mẫu khác theo TCVN 3105:1993 để thử lại. Xác định cường độ bê tông. Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 3118:1993 Cường độ mẫu lập phương chuẩn là cường độ nén của viên mẫu bê tông khối lập phương kích thước 150x150x150mm được chế tạo, bảo dưỡng và thí nghiệm theo các tiêu chuẩn TCVN 3105:1993 và TCVN 3118:1993 Mác bê tông theo cường độ chịu nén là giá trị trung bình làm tròn đến hàng đơn vị MPa cường độ nén của các viên mẫu bê tông khối lập phương kích thước 150x150x150mm được đúc, đầm, bảo dưỡng và thí nghiệm theo tiêu chuẩn ở tuổi 28 ngày đêm. Mác bê tông ký hiệu là M Dụng cụ – thiết bị: Máy nén: Máy nén được lắp đặt tại một vị trí cố định. Sau khi lắp, máy phải định kì l năm một lần hoặc sau mỗi lần sửa chữa được cơ quan đo lường Nhà nước kiểm tra và cấp giấy chứng thực hợp lệ - Thước lá kim loại - Đệm truyền tải (sử dụng khi nén các nửa viên mẫu đầm sau khi uốn gẫy): Đệm truyền tải được làm bằng thép dày 20±2mm có rãnh cách đều mẫu 30±2mm. Phần truyền tải vào mẫu có kích thước bằng kích thước tiết diện của các viên mẫu đầm (100x100; 150 x 150 ; 200 x 200mm) Chuẩn bị mẫu thử Chuẩn bị mẫu thử theo trình tự sau: Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu bêtông (TCVN 3105:1993) Chuẩn bị mẫu thử nén theo nhóm mẫu. Mỗi nhóm mẫu gồm 3 viên. Khi sử dụng bê tông khoan cắt từ kết cấu, nếu không có đủ 3 viên thì được phép lấy 2 viên làm một nhóm mẫu thử. Việc lấy hỗn hợp bê tông, đúc bảo dưỡng, khoan cắt mẫu bê tông và chọn kích thước viên mẫu thử nén phải được tiến hành theo TCVN 3105:1993. Việc chuẩn bị để xác định cường độ nén của bê tông là viên mẫu lập phương kích thước 150x150x150mm. Các viên mẫu lập phương kích thước khác tiêu chuẩn và các viên mẫu trụ sau khi thử nén phải được tính đổi kết quả thử về cường độ viên chuẩn. Khuôn để chế tạo mẫu thử Trộn bê tông Cho bê tông vào khuôn làm 3 lớp và đầm mỗi lớp 25 lần Đầm mẫu, làm phẳng: Dán nhãn, bảo dưỡng trong nước Nén mẫu bê tông: Kiểm tra và chọn hai mặt chịu nén của các viên mẫu thử sao cho: Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,05mm trên 100mm tính từ điểm tì thước. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thành thước kẻ góc vuông khi đặt thành kia áp sát các mặt kề bên các mẫu lập phương hoặc các đường sinh của mẫu trụ không vượt quá 1mm trên 100mm tính từ điểm tì thước trên mặt kiểm tra. Đối với các viên mẫu lập phương và các viên nửa dầm đã uốn không lấy mặt tạo bởi đáy côn đúc và mặt hở để đúc mẫu làm hai mặt chịu nén. Trong trường hợp các mẫu thử không thõa mãn các yêu cầu trên thì mẫu phải được gia công lại bằng cách mài bớt hoặc làm phẳng mặt bằng một lớp hồ xi măng không dày quá 2mm. Cường độ của một lớp xi măng này khi thử phải không được thấp hơn một nửa cường độ dự kiến sẽ đạt của mẫu bê tông. Tiến hành thử theo trình tự sau: Xác định diện tích chịu lực của mẫu: Đo chính xác tới 1mm các cặp cạnh song song của hai mặt chịu nén (đối với mẫu lập phương) các cặp đường kính vuông góc với nhau từng đôi một trên từng mặt chịu nén (đối với mẫu trụ) Xác định diện tích hai mặt chịu nén trên và dưới theo các giá trị trung bình của các cặp cạnh hoặc của các cặp đường kính đã đo. Diện tích chịu lực của mẫu khi đó chính là trung bình số học diện tích của hai mặt. Diện tích chịu lực khi thử các nửa viên dầm đã uốn gãy được tính bằng trung bình số học diện tích các phần chung giữa các mặt chịu nén phía trên và phía dưới các đệm thép tương ứng. Xác định tải trọng phá hoại mẫu: Chọn thang lực thích hợp của máy để khi nén tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20÷80% tải trọng cực đại của thang lực nén đã chọn. Không được nén mẫu ngoài thang lực trên. Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâm thớt dưới của máy. Vận hành máy nhẹ nhàng cho mặt trên của máy tiếp cận với thớt trên của máy. Tăng tải liên tục với tốc độ không đổi và bằng 6±4 daN/cm2.giây cho tới khi mẫu bị phá hoại (Dùng tốc độ gia tải nhỏ đối với bê tông có cường độ thấp, tốc độ gia tải lớn đối với bê tông có cường độ cao). Lực tối đa đạt được là giá trị tải trọng phá hoại mẫu. So sánh kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của bêtông xi măng thông thườngvà bêtông xi măngsử dụngxỉ thép thay đá: Hình 2.10.Mẫu kháng nén thông thường và Bê tông xỉ thép Bảng 2.21: Bảng kết quả so sánh cường độ nén của bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa) Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 20,15 20,12 20,10 18,87 18,90 18,97 Pn (kN) 1214 1198 1156 1131 1135 1203 Rn(daN/cm2) 312,2 303,5 Độ sụt(Cm) 9,5 7 Hình 2.11: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi Bảng 2.22: Bảng kết quả so sánh cường độ nén của bêtông Xỉ thép (Slag) và Bêtông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa). Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 10% Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 20,74 20,81 20,59 19,00 19,09 19,31 Pn (kN) 1393 1296 1281 1240 1261 1266 Rn(daN/cm2) 347,4 329,6 Độ sụt(Cm) 9,2 6,5 Hình 2.12: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 10% Bảng 2.23: Bảng kết quả so sánh cường độ nén của bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa). Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 15% Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,04 21,12 21,59 19,52 19,82 19,91 Rn (kN) 1347 1358 1379 1132 1134 1142 Rn(daN/cm2) 357,4 298,2 Độ sụt(Cm) 8,0 5 Hình 2.13: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 15% Bảng 2.24: Bảng kết quả so sánh cường độ nén của bêtông Xỉ thép (Slag) và Bêtôngthông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa). Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 20% Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,65 21,70 21,89 19,89 20.05 20,32 Pn (kN) 1431 1457 1486 1061 1040 1066 Rn(kN/cm2) 382,7 277,1 Độ sụt(Cm) 7,0 3 Hình 2.14: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 20% Bảng 2.25: Bảng kết quả so sánh cường độ nén của bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa). Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 25% Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,84 21,88 21,97 20,54 20,52 20,67 Pn (kN) 1452 1511 1543 924 916 920 Rn(kN/cm2) 394,2 241,5 Độ sụt(Cm) 5,5 2 Hình 2.15: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 25% Bảng 2.26: Bảng kết quả so sánh cường độ nén của bêtông Xỉ thép (Slag) và Bê tông thông thường (Normal) bảo dưỡng 28 ngày (Mark 30 Mpa). Tăng cốt liệu xỉ thép và đá 30% Chỉ tiêu Bê tông Xỉ thép Bê tông thường M1 M2 M3 M1 M2 M3 Khối lượng (Kg) 21,95 22,02 22,04 20,69 20,87 20,98 Pn (kN) 1412 1414 1448 915 910 908 Rn(kN/cm2) 374,0 239,1 Độ sụt(Cm) 3,5 2 Hình 2.16: công tác nén mẫu bê tông xỉ thép và bê tông thường 28 ngày tuổi tỉ lệ tăng xỉ thép 30% Đánh giá sơ bộ Cường độ chịu nén bê tông Xỉ thép Bảng 2.27: Tổng hợp cường độ chịu nén bê tông Xỉ Thép Kí hiệu mẫu Độ Sụt (cm) Khối lượng viên mẫu trung bình (Kg) Cường độ chịu nén (daN/Cm2) Cơ sở 9,5 20,12 312,2 Tăng 10% Xỉ 9,2 20,71 347,4 Tăng 15% Xỉ 8,0 21,25 357,4 Tăng 20% Xỉ 7,0 21,75 382,7 Tăng 25% Xỉ 5,5 21,90 394,2 Tăng 30% Xỉ 3,5 22.00 374,0 Hình 2.18. Biểu đồ Cường độ bê tông xỉ thép theo hàm lượng Nhận xét: Cường độ bê tông xỉ thép tăng lên khi thay đổi hàm lượng xỉ thép. Điều này có thể lý giải do khối lượng thể tích của Xỉ thép lớn hơn đá nên khi trộn cùng hàm lượng đá với mark bê tông 30 Mpa, tỷ lệ xỉ thép chưa chiếm được hàm lượng tối ưu trong bê tông nên khi tăng hàm lượng xỉ thép thì bê tông tăng cường độ. Cường độ chịu nén bê tông thường Bảng 2.28: Tổng hợp cường độ chịu nén bê tông thông thường Kí hiệu mẫu Độ Sụt (cm) Khối lượng viên mẫu trung bình (Kg) Cường độ chịu nén (daN/Cm2) Cơ sở 7,0 18,90 303,5 Tăng 10% Đá 6,5 19,13 329,6 Tăng 15% Đá 5,0 19,75 298,2 Tăng 20% Đá 3,0 20,01 277,1 Tăng 25% Đá 5,5 20,58 241,5 Tăng 30% Đá 2,0 20,85 239,1 Hình 2.19. Biểu đồ Cường độ bê tông xi măng thường theo hàm lượng Nhận xét: Cường độ bê tông xi măng giảm khi tăng côt liệu đá. Khi tăng cốt liệu đá lên cao thì yếu tố về độ chắc chắc và lực dính giữa cốt liệu và xi măng giảm nên cường độ cũng giảm theo. So đánh, đánh giá cường độ chịu nén bê tông Xỉ thép và bê tông thông thường Hình 2.20. Biểu đồ Cường độ bê tông Xỉ thép và cường độ bê tông thường Nhận xét: Cường độ của bê tông nói chung phụ thuộc vào các yếu tố như độ đặc chắc, tỷ lệ cốt liệu nhỏ/cốt liệu lớn và lực dính kết giữa đá xi măng với cốt liệu. Bê tông có mác thông thường (nhỏ hơn 300), khi chịu nén thường bị phá huỷ chủ yếu tại vùng chuyển tiếp giữa đá xi măng và cốt liệu. Bê tông xỉ thép trong đề tài nghiên cứu khi phá hoại thường phá hoại hạt xỉ thép và nơi tiếp giáp vùng chuyển tiếp cốt liệu. Như vậy có thể phát huy gần hết khả năng chịu lực của cốt liệu Xỉ thép. Cường độ của bê tông cốt liệu Xỉ thép trong đề tài nghiên cứu có thể đạt đến cường độ xấp xỉ 40Mpa thì hoàn toàn có thể đáp ứng được các công trình có cấp bê tông thông thường và thấp như: mặt đường bê tông xi măng, lan can, bản mặt cầu, Khối lượng thể tích trung bình của bê tông xỉ thép cao hơn hơn bê tông thường. Điều này cần thiết cho các cấu kiện cần ổn định cao. Trọng lượng bản thân kết cấu có thể giữ ổn định nhờ trọng lượng bản thân lớn. Các vấn đề về môi trường và sức khỏe con người Như chúng ta đã biết, xỉ thép nếu không có giải pháp quản lý hữu hiệu, sẽ gây ra ảnh hưởng xấu đến môi trường, do bụi của xỉ thép từ các bãi chứa và làm mất cảnh quan do việc lưu chứa xỉ thải bị quá tải. Việc nghiên cứu và ứng dụng xỉ thép vào thực tế sẽ giải quyết được các vấn đề nêu trên. Mặc dù Quyết định số 23/2006/QĐ-BTNMT ngày 26/12/2006 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc ban hành danh mục chất thải nguy hại quy định xỉ thép không phải là chất thải nguy hại. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là các thành phần có trong xỉ thép có gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người hay không khi xỉ thép được ứng dụng vào các công trình trong một thời gian dài. Tại Mỹ, các kết quả nghiên cứu của Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), Hiệp hội xỉ thép châu Âu (Euroslag) chứng minh xỉ thép hoàn toàn không có mối đe dọa cho sức khỏe con người và môi trường. Theo kết quả nghiên cứu này, dựa trên việc phân tích quá trình rò rỉ và tiếp xúc với môi trường của các chất có trong xỉ thép ra môi trường, các phân tích dựa trên liều lượng các chất, thời gian tiếp xúc và độc tính của từng chất cho thấy xỉ thép an toàn cho việc sử dụng ở nhiều mục đích khác nhau và không có mối nguy hiểm đáng kể nào tới sức khỏe con người và môi trường. Các vấn đề chính bao gồm: Nguy cơ gây ung thư liên quan đến các chất có trong xỉ thép được loại trừ khi xỉ thép tiếp xúc với con người trong các khu dân cư, với nông dân, hay các công nhân trong ngành xây dựng công nghiệp. Kim loại trong xỉ thép sẽ rất khó bị rò rỉ một lượng đủ lớn vào nguồn nước ngầm, nước mặt mà chỉ có một lượng rất nhỏ hoặc không đáng kể. Xỉ thép tác động không đáng kể tới động thực vật trên cạn tại ngay khu vực sử dụng, kể cả các khu vực lân cận. Kim loại trong xỉ thép không tích lũy trong chuỗi thức ăn và không bị tích tụ sinh học trong các mô thực vật. Xỉ thép có thể được áp dụng một cách an toàn trong môi trường nước như: sông, hồ, suối mà không ảnh hưởng đến chất lượng nước, đời sống thủy sinh. Xỉ thép phát sinh từ quá trình luyện thép và được lấy ra ở nhiệt độ 1600OC. Ở nhiệt độ này, hầu hết các kim loại nặng nếu có trong thép phế (dùng làm nguyên liệu cho quá trình luyện phôi) đều thăng hoa (Zn, Mg, Pb, Hg,) cuốn theo khí thải. Các chất hữu cơ, các chất dễ bay hơi hoàn toàn không có mặt trong lò xỉ vì ở nhiệt độ > 1200OC thì mọi chất thải nguy hại đều bị tiêu hủy hoàn toàn. Theo kết quả nghiên cứu của Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA), sử dụng phương pháp ngâm chiết để phân tích hàm lượng kim loại nặng có trong xỉ thép của các nhà máy thép tại Mỹ cho thấy các kim loại nặng đều nằm dưới ngưỡng cho phép về mực độ độc hại, thậm chí có nhiều kim loại nặng có trong xỉ thép còn tương đương với hàm lượng kim loại nặng có trong nước uống theo tiêu chuẩn của EPA. Bảng 3.8 trích dẫn nghiên cứu của Paul Ziemkiewwicz (2010) về các kim loại nặng trong xỉ thép. Bảng 3.8. Kết quả hàm lượng kim loại nặng có trong xỉ ở dạng thô Thông số Kết quả Ngưỡng cho phép Tiêu chuẩn nước uống theo EPA Giới hạn Đánh giá Giới hạn Đánh giá As < 0.05 mg/L 5 mg/L Đạt 50 µg/L Đạt Se 0.05 mg/L 1 mg/L Đạt 50 µg/L Đạt Ba 0.02 mg/L 100 mg/L Đạt 2000 µg/L Đạt Cd < 0.001 mg/L 1 mg/L Đạt 5 µg/L Đạt Cr 0.03 mg/L 5 mg/L Đạt 100 µg/L Đạt Pb 0.01 mg/L 5 mg/L Đạt 15 µg/L Đạt Ni 0.041 mg/L 70 mg/L Đạt 10 µg/L Không đạt Zn 0.002 mg/L 1 mg/L Đạt 6 µg/L Đạt Tl 0.05 mg/L 7 mg/L Đạt 2 µg/L Không đạt Be 0.0013 mg/L 0.007 mg/L Đạt 4 µg/L Đạt Ag < 0.005 mg/L 5 mg/L Đạt Hg < 0.0003 mg/L 0.2 mg/L Đạt Tại Việt Nam, công ty TNHH Vật liệu Xanh đã lấy các mẫu xỉ thép của các Nhà máy thép Thép Việt, Nhà máy thép Phú Mỹ gửi các Viện và Phòng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn Quốc Gia (VILAS) để phân tích, xác định thành phần nguy hại có trong xỉ thép. Kết quả phân tích các chất nguy hại có trong xỉ thép theo phương pháp phân tích EPA 1311 (phương pháp phân tích theo cục bảo vệ môi trường Mỹ) do viện công nghệ hoá học thực hiện tháng 06/2011 được qui định tại QCVN 07:2009/BTNMT- Ngưỡng chất thải nguy hại được thể hiện tại bảng dưới đây: Bảng 3.9. Kết quả phân tích thành phần nguy hại của xỉ thép (tháng 6/2011) (M1: Mẫu xỉ Nhà máy thép Phú Mỹ; M2: Mẫu xỉ nhà máy thép Thép Việt) Chỉ tiêu Ngưỡng nguy hại theo QCVN 07:2009/BTNMT(mức ngâm chiết mg/l) Giới hạn phát hiện Kết quả phân tích M1 M2 Chì Pb(mg/l) 15 0,5 KPH KPH Cadimi Cd(mg/l) 0,5 0,05 KPH KPH Crôm VI Cr6+(mg/l) 5 0,3 0,070 0,070 Niken (mg/l) 70 2,0 KPH KPH Bari Ba (mg/l) 100 - 0,040 0,020 Antimon Sb(mg/l) 1 0,5 0,001 0,001 Beri Be(mg/l) 0,1 0,1 KPH KPH Thali Tl(mg/l) 7 0,5 KPH KPH Selen Se(mg/l) 1 0,5 0,001 0,001 Vanadi V(mg/l) 25 2,0 KPH KPH Asen As(mg/l) 2 1,0 0,003 0,001 Thuỷ ngân Hg(mg/l) 0,2 0,02 KPH KPH Kẽm Zn(mg/l) 250 2,0 0,020 0,060 Coban Co(mg/l) 80 2,0 25,0 23,0 Molyden Mo(mg/l) 350 2,0 KPH KPH Bạc Ag(mg/l) 5 2,0 KPH KPH Fluoride 3.600pm 180,0ppm 110,0ppm CN- 30ppm KPH KPH Tổng CN- 590ppm KPH KPH Kết quả phân tích đối chiếu với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 07:2009/BTNMT – ngưỡng chất thải nguy hại cho thấy hầu hết các thành phần nguy hại vô cơ đều không phát hiện. Có các chỉ tiêu phát hiện có trong thành phần xỉ là Ba, Cr6+, Sb, Se, As, Zn, Co, Fluoride đều nằm dưới ngưỡng cho phép nhiều lần. Với những số liệu như vậy, chúng ta có thể yên tâm về vấn đề ảnh hưởng đến môi trưỡng cũng như sức khỏe con người mà các thành phần trong xỉ thép gây ra. Có thể nói xỉ thép là một vật liệu thân thiện với môi trường. KẾT LUẬN Ưu điểm của BTXT: Xỉ thép thay thế cốt liệu đá trong hỗn hợp bê tông cường độ thấp Kết quả chịu nén BTXT đáp ứng được yêu cầu bê tông làm mặt đường ô tô; Sử dụng xỉ thép thay thế tận dụng được vật liệu phế thải, tránh gây ảnh hưởng tới môi trường. Có thể ứng dụng BTXT vào các công trình cần bê tông nặng Hạn chế của BTXT ở Việt Nam: Vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về các tính chất cơ lí khác của BTXT. Như các nghiên cứu về cường độ chịu kéo, chịu uốn. Chưa có nghiên cứu về BTXT theo thời gian. (Sự thay đổi cường độ, tác động của môi trường). Chưa có nhiều ứng dụng thực tế của BTXT vào các công trình xây dựng. Chưa có tiêu chuẩn hay chỉ tiêu riêng cho loại vật liệu này.