Đề tài Nghiên cứu Bê tông hạt mịn chất lượng cao

Bảng 3.5. Tính chất và thành phần hạt của silicafume Elkem % hàm lượng cỡ hạt có kích thước < D 10 25 50 75 90 Đường kính hạt, (μm) 0,119 0,129 0,141 0,154 0,167 Kích thước hạt trung bình, (μm) 0,142 Khối lượng riêng, (g/cm3) 2,2 Khối lượng thể tích, (kg/m3) 250 Diện tích bề mặt, (cm2/ml) 429 900 3.3.2. Tro bay nhiệt điện Trong bê tông hạt mịn chất lượng cao, tro bay nhiệt điện được sử dụng với mục đích thay thế một phần xi măng trong vai trò của chất kết dính và qua đó chúng giảm được một số hiệu ứng phát sinh nhiệt thủy hóa do lượng dùng xi măng quá lớn. Tác giả sử dụng tro bay nhiệt điện Phả Lại (TB) có thành phần hạt và các tính chất vật lý như sau: Bảng 3.6. Tính chất và thành phần hạt của tro bay nhiệt điện Phả Lại % hàm lượng cỡ hạt có kích thước < D 10 25 50 75 90 Đường kính hạt, (μm) 3,261 10,53 28,47 60,69 105,90 Kích thước hạt trung bình, (μm) 28,47 Khối lượng riêng, (g/cm3) 2,45 Khối lượng thể tích, (kg/m3) 950 Diện tích bề mặt, (cm2/ml) 8 619 3.4. Phụ gia siêu dẻo Để tiến hành nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả đã sử dụng loại phụ gia thế hệ mới [27] Glenium Ace 388 của hãng The Chemical Company BASF cung cấp. a) Giới thiệu Glenium ACE 388 là một phụ gia siêu dẻo gốc Polycarboxylic Ether (PCE) cải tiến. Do cấu tạo đặc trưng của các phân tử hoạt tính, phụ gia này có những cơ chế thẩm 67 thấu đặc biệt với xi măng mà trước nay chưa từng được biết đến. Vì thế Glenium ACE 388 làm cho bê tông phát triển cường độ ban đầu rất tốt. Trong khi các loại phụ gia phát triển cường độ cao, cường độ sớm thông thường trước đây luôn gặp phải vấn đề giảm thiểu độ linh động của bê tông theo thời gian và vì thế làm giảm cường độ sau cùng của bê tông, thì Glenium ACE 388 SureTec không còn phụ thuộc vào yếu điểm này đồng thời làm tăng khả năng duy trì độ sụt và tăng đáng kể cường độ sau cùng của bê tông. Do sự kết hợp đặc biệt các yếu tố như phát triển cường độ sớm, cường độ sau cùng và khả năng duy trì độ sụt nên Glenium ACE 388 SureTec rất thích hợp cho bê tông đúc sẵn. Sản phẩm này tương thích với tiêu chuẩn ASTM C494, phụ gia loại F. b) Tương thích Glenium ACE 388 SureTec tương thích và được đề nghị sử dụng với: − Các tác nhân tạo nhớt để sản xuất bê tông tự đầm. − Phụ gia cuốn khí Micro-Air 202 để làm tăng khả năng chống sương giá. − Glenium ACE 388 không tương thích với các phụ gia siêu dẻo Rheobuild. c) Đặc điểm và công dụng Glenium ACE 388 SureTec rất hữu ích cho ngành công nghiệp bê tông đúc sẵn đặc biệt với những công dụng sau: − Cường độ và khả năng chống thấm cao. − Giảm được từ 25 ÷ 30% lượng nước nhào trộn. − Cải thiện độ bền bê tông. − Độ linh động của bê tông rất cao. − Không phân tầng dù ở độ linh động cao. − Chất lượng bê tông tốt. − Sản xuất bê tông dẻo và bê tông tự đầm với tỷ lệ nước trên xi măng thấp. − Giảm thiểu việc bảo dưỡng bằng nhiệt. − Giảm nguồn lực cần thiết cho công tác đầm nén, bảo dưỡng, tạo hình. − Cải thiện bề mặt sản phẩm. − Cải thiện các đặc tính cơ lý của bê tông như: Cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn cả giai đoạn đầu và sau cùng đều tăng cao. 68 e) Hàm lượng sử dụng Hàm lượng sử dụng thông thường được đề nghị là từ 0,75 đến 1,2 lít trên 100 kg trọng lượng chất kết dính. Có thể sử dụng tỉ lệ khác ngoài giới hạn trên trong những trường hợp đặc biệt theo yêu cầu của điều kiện công trường. Trong trường hợp này, nên tham khảo nhân viên BASF sở tại. Một số tính chất của Glenium Ace 388 đã sử dụng: - Màu sắc: Màu nâu đậm. - Tỷ trọng : 1,1g/cm3. - Độ pH: 6,0 ÷ 7,5. 3.5. Cốt sợi Sợi polypropylene (PP) được sử dụng làm cốt sợi tăng cường cho bê tông và vữa. Loại sợi này thu được bằng cách biến đổi nguyên liệu polypropylene gốc. Theo [24], sợi PP được sản xuất bằng cách phối hợp các loại vật liệu phụ với sợi polypropylene đã được cắt, xén nhỏ cùng nhau, rồi qua khâu xử lý bởi sự pha trộn, quay và kéo kết hợp. Sợi PP được sử dụng rộng rãi như chất tăng cường thứ cấp để ngăn ngừa sự rạn nứt sớm trong các kết cấu bê tông và vữa. Qúa trình tổng hợp polypropylene. Sợi phân tán PP được điều chế từ các mônôme là propylene (CH3 = CH – CH3) theo phương trình: nCH = CH CH -3 3 (propylene) ⎯⎯ →⎯ xtpto ;; 3 2 - CH n(- CH - CH -) (polypropylene) Theo [24], các thông số kỹ thuật của sợi được nêu ra trong bảng 3.7. 69 Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật của sợi PP Vật liệu sợi polypropylene Tính chất Độ phân tán Cao Tính dẫn nhiệt Rất thấp Tính thấm nước Không thấm nước Khả năng chịu ăn mòn axít và kiềm Tốt Chiều dài của sợi 6mm ÷19mm Đường kính tương đương 20 ÷ 50μm Khối lượng riêng 0,91 kg/cm3 Môđun đàn hồi > 5000MPa Cường độ chịu kéo của sợi ≥ 500MPa Lượng dùng cốt sợi theo thể tích 0,1% Lượng dùng cốt sợi theo khối lượng (0,7 ÷ 1,8) kg/m3 Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã tiến hành khảo sát lượng dùng cốt sợi PP trong khoảng 1,0 ÷ 1,8 kg cho mỗi 1m3 bê tông hạt mịn chất lượng cao, với mục đích tăng cường độ chịu kéo, tăng khả năng chống nứt cho bê tông và tạo ra độ bền cho lớp bê tông phủ mỏng. Nhận xét chương 3 − Xi măng PC40 Bút Sơn, tro bay nhiệt điện Phả Lại, cốt liệu cát vàng đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật để làm chất kết dính, phụ gia mịn và cốt liệu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao. − Cốt sợi polypropylene được sử dụng khoảng 1,0 ÷1,5kg trong 1m3 bê tông. Chúng có vai trò rất quan trọng trong việc giảm sự phát triển của vết nứt trong kết cấu bê tông, tăng độ dẻo dai của sản phẩm và cải thiện khả năng làm việc của bê tông sau khi xuất hiện vết nứt. 70 Chương 4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU ĐẾN TÍNH CHẤT BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO 4.1. THIẾT KẾ SƠ BỘ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG HẠT MỊN Theo phương pháp thể tích tuyệt đối, thể tích 1m3 bê tông đã lèn chặt coi như là tổng thể tích của nước, xi măng, phụ gia khoáng, cốt liệu, phụ gia siêu dẻo và thể tích không khí cuốn vào trong quá trình nhào trộn. Do đó: N N γ + X X γ + TB TB γ + SF SF γ + C C γ + PG PG γ + A = 1000 Trong đó − N, X, TB, SF, C, PG: là khối lượng nước, xi măng, tro bay, silicafume, cát, phụ gia siêu dẻo. − Nγ , Xγ , TBγ , SFγ , Cγ , PGγ : là khối lượng riêng của nước, xi măng, tro bay, silicafume, cát, phụ gia siêu dẻo. − A: là thể tích rỗng do không khí cuốn vào trong hỗn hợp bê tông, theo tài liệu [7] thường lấy A = 3%. Trên cơ sở các kết quả thu được của tài liệu [12], tác giả đã chọn gốc các hệ số tỷ lệ vật liệu như sau: Bảng 4.1. Các tỷ lệ vật liệu sử dụng Tỷ lệ X N CKD C X SF X TB X PG A Giá trị 0,34 1,5 0,1 0,6 0,015 3% Trong đó: CKD = XM + SF + TB. Tính toán dựa trên các giá trị tỷ lệ vật liệu, ta thu được cấp phối sơ bộ của hỗn hợp bê tông hạt mịn có thành phần như sau: Bảng 4.2. Cấp phối sơ bộ của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao Vật liệu Ký hiệu Nguồn cung cấp Hàm lượng (kg/m3) Cát C Cát vàng Sông Lô 1280 Xi măng X PC40 Bút Sơn 502 Tro bay TB Nhiệt điện Phả Lại 302 Silicafume SF Elkem 50,2 Nước N Nước máy sạch 170,7 Phụ gia siêu dẻo PG Glenium Ace 388 7,53 71 4.2. LẬP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN VẬT LIỆU ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO Phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhằm mục đích xây dựng mô hình toán học biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố như: Lượng cốt liệu, lượng chất kết dính, lượng nước, phụ gia siêu mịn, phụ gia siêu dẻo, lượng cốt sợi PP đến các tính chất cơ lý, tính bám dính, tính chống trượt của hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao. 4.2.1. Chọn hàm mục tiêu Hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao có rất nhiều các tính chất khác biệt. Tuy nhiên tính chất quan trọng nhất của chúng chính là cường độ nén. Vì vậy, tác giả đã chọn cường độ nén của mẫu 5x5x5cm ở tuổi 14 ngày ( 14nR ) làm hàm mục tiêu nghiên cứu của mô hình. Bên cạnh đó, các chỉ tiêu khác cũng được kiểm tra, đánh giá. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã sử dụng cấp phối đã tính toán sơ bộ làm gốc để tiến hành quy hoạch bậc một. 4.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng Các nhân tố ảnh hưởng đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao bao gồm: Lượng cốt liệu, lượng chất kết dính, lượng nước, phụ gia siêu mịn, phụ gia siêu dẻo, lượng cốt sợi PP. 4.2.3. Kế hoạch thực nghiệm bậc nhất hai mức tối ưu 4.2.3.1. Chọn các biến thực, biến mã và khoảng biến thiên của các biến số Để thực hiện kế hoạch thực nghiệm bậc nhất và nhằm giảm bớt số lượng thí nghiệm, tác giả đã chọn các biến thực, biến mã và khoảng biến thiên của các biến thí nghiệm như sau: − Tỷ lệ tro bay trên chất kết dính ( CKD TB ) mã hoá là X1 thay đổi từ 0,55 đến 0,65. − Tỷ lệ cát trên chất kết dính ( CKD C ) mã hoá là X2 thay đổi từ 1,3 đến 1,7. − Tỷ lệ nước trên xi măng ( X N ) mã hoá là X3 thay đổi từ 0,32 đến 0,36. 72 Bảng 4.3. Mã hóa các biến số và các điểm quy hoạch thực nghiệm Các nhân tố ảnh hưởng Biến mã hóa Các điểm quy hoạch bậc nhất Mức quy hoạch (δ) - 1 0 + 1 CKD TB X1 0,55 0,60 0,65 0,05 CKD C X2 1,3 1,5 1,7 0,2 X N X3 0,32 0,34 0,36 0,02 Số thí nghiệm theo quy hoạch là: N = 2k = 23 = 8 thí nghiệm. 4.2.3.2. Cấp phối thí nghiệm và kết quả thí nghiệm Bảng 4.4. Cấp phối bê tông hạt mịn theo quy họach thực nghiệm bậc nhất STT Biến mã Biến thực Cấp phối bê tông, (kg/m3) X1 X2 X3 CKD TB CKD C X N X TB SF C N PG 1 +1 +1 +1 0,65 1,7 0,36 459 298 45,9 1366 156,1 6,89 2 -1 +1 +1 0,55 1,7 0,36 479 263 47,9 1343 172,3 7,18 3 +1 -1 +1 0,65 1,3 0,36 519 337 51,9 1180 186,7 7,78 4 -1 -1 +1 0,55 1,3 0,36 545 300 54,5 1170 196,3 8,18 5 +1 +1 -1 0,65 1,7 0,32 464 301 46,4 1379 148,3 6,95 6 -1 +1 -1 0,55 1,7 0,32 502 251 50,2 1365 160,6 7,53 7 +1 -1 -1 0,65 1,3 0,32 530 344 53,0 1206 169,6 7,95 8 -1 -1 -1 0,55 1,3 0,32 558 307 55,8 1196 178,5 8,37 Bảng 4.5. Kết quả cường độ nén của bê tông ở tuổi 14 ngày theo quy hoạch bậc nhất STT Biến mã Độ chảy D, (cm) Kết quả cường độ nén 14nR (MPa) Phương Sai (S 2i ) X1 X2 X3 D1 D2 D3 R1 R2 R3 R 1 +1 +1 +1 25,5 25,0 25,0 64,0 64,8 66,0 64,93 1,01 2 -1 +1 +1 26,0 24,0 26,5 65,6 68,0 67,2 66,93 1,49 3 +1 -1 +1 24,0 24,0 24,5 75,6 76,4 74,0 75,33 1,49 4 -1 -1 +1 27,5 27,5 26,5 76,8 76,4 76,8 76,67 0,05 5 +1 +1 -1 24,5 24,0 23,5 76,0 74,4 76,4 75,60 1,12 6 -1 +1 -1 25,5 25,0 25,0 76,4 77,2 76,4 76,67 0,21 7 +1 -1 -1 25,5 25,0 25,5 78,0 79,2 78,0 78,40 0,48 8 -1 -1 -1 26,0 26,0 26,5 79,2 80,4 82,0 80,53 1,97 73 a). Kiểm tra độ tin cậy của mô hình thực nghiệm theo chuẩn số Kochren Từ các giá trị thực nghiệm thu được ở bảng 4.5 tiến hành kiểm tra độ tin cậy của các kết quả tìm được theo chuẩn số Kochren trình tự tính toán như sau: − Phương sai lặp Sll2 được tính theo công thức: S 2ll = ∑ 2iS = 7,84. − Tính chuẩn số Kochren (G): 2517,0 84,7 97,1 2 2 max ==∑= itt S SG Dựa vào tài liệu [20], tra bảng chuẩn số Kochren: Gbảng= Gα (f1,f2). Với sai số α = 0,05; các bậc tự do: f1= m - 1 = 2; f2= N = 8, ta được Gbảng= 0,532. Ta thấy Gbảng > ttG như vậy các giá trị thí nghiệm thu được là đáng tin cậy. b). Tính phương trình hồi quy của kế hoạch thực nghiệm bậc nhất Áp dụng các công thức toán học theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc nhất [20] và quá trình tính toán, tác giả đã tìm được phương trình hồi quy của kế hoạch thực nghiệm bậc nhất có dạng như sau: Y = 74,383 - 0,817X1 - 3,350X2 - 3,417X3 + 0,050X1X2 - 1,683X2X3 - 0,017X1X3 - 0,217X1X2X3 c). Kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số trong phương trình hàm hồi quy Kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số trong phương trình hàm mục tiêu căn cứ vào chuẩn số Student. − Tính độ lệch tiêu chuẩn: 8 84,72 == N SS llbδ =0,989. Tra bảng [20] giá trị của chuẩn số Student với bậc tự do lặp f2 = 5 - 1 = 4, mức có nghĩa p = 0,05 ta được chuẩn số Student là: tb = 2,776. Từ đó ta tính được: tb x Sbδ = 0,989 x 2,776 = 2,748. Như vậy, căn cứ vào giá trị của chuẩn số Student, các hệ số bi của biến số nào ở trong phương trình hồi quy mà có bbi tSb ×≤ δ = 2,748 thì hệ số đó không ảnh hưởng hoặc có ảnh hưởng không đáng kể đến hàm mục tiêu (ở đây là cường độ của bê tông) có thể loại bỏ các hệ số đó. Vậy phương trình của hàm mục tiêu là: Y = 74,383 - 3,350X2 - 3,417X3. 74 d). Kiểm tra tính tương hợp của mô hình Tiến hành kiểm tra tính tương hợp của mô hình thực nghiệm bằng cách căn cứ vào chuẩn số Fisher, theo nguyên tắc tính toán sau: Tính phương sai mô hình theo công thức: ( ) lN iyiYSmh − ∑ −= 2 2 Với l: là hệ số còn lại của mô hình (l = 3). yi : là giá trị trung bình của từng thí nghiệm. N: là số thí nghiệm (N= 8). Yi: là giá trị tính toán được của mô hình. Phương sai mô hình tính toán được: ( ) 68,5 38 402,28 2 2 =−=− ∑ −= lN iyiYSmh Vậy chuẩn số Fisher được tính như sau: 7245,0 84,7 68,5 2 2 === ll mh tt S SF Theo [20], tra bảng giá trị của chuẩn số Fisher F f fα ( , )1 2 với α = 0,05; f1 = N - l = 5; f2 = m - 1 = 4 ta thu được: Fbảng = 6,26. Vì có Ftt = 0,7245 < Fbảng = 6,26 do đó mô hình thực nghiệm tìm được phản ánh đúng quy luật phụ thuộc bậc nhất của cường độ vào các biến thí nghiệm X2 và X3. 4.2.4. Thí nghiệm tìm miền dừng Từ kết quả thí nghiệm quy hoạch bậc nhất ta thấy: Khi các tỷ lệ CKD C và X N giảm thì cường độ nén của bê tông tăng và độ chảy của hỗn hợp bê tông giảm. Từ nhận xét đó, tiến hành thí nghiệm tìm vùng dừng với kết quả như sau: Bảng 4.6. Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỷ lệ CKD C và X N STT CKD C X N Cấp phối bê tông, (kg/m3) Cường độ nén 14 nR , (MPa) XM TB SF C N PG 1 1,7 0,36 471 283 47,1 1361 160,1 7,07 71,5 2 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 167,9 7,87 75,4 3 1,1 0,28 592 355 59,2 1108 177,7 8,89 68,6 75 Từ kết quả thí nghiệm miền dừng ta thấy khi tỷ lệ X N = 0,32 và CKD C = 1,4 thu được kết quả cường độ nén của bê tông cao nhất. Do đó tác giả dùng cấp phối này làm cấp phối tại tâm cho kế hoạch bậc hai. 4.2.5. Kế hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay 4.2.5.1. Lập quy hoạch thực nghiệm bậc hai Từ kết quả khảo sát bậc nhất và thí nghiệm miền dừng, tác giả tiến hành thí nghiệm bậc hai với các tỷ lệ được lựa chọn như sau: − Tỷ lệ cát trên chất kết dính ( CKD C ) mã hoá là X2 thay đổi từ 1,2 đến 1,6. − Tỷ lệ nước trên xi măng ( X N ) mã hoá là X3 thay đổi từ 0,30 đến 0,34. − Lượng dụng silicafume với mục đích giảm lượng Ca(OH)2 trong bê tông, tác giả lấy bằng 10% lượng dùng xi măng. − Lượng phụ gia siêu dẻo lấy bằng 1,5% lượng dùng xi măng. − Lượng tro bay nhiệt điện được sử dụng với mục đích phụ gia khoáng mịn, bổ sung thành phần hạt cốt liệu mịn và thay thế xi măng để giảm lượng nhiệt thủy hóa, tác giả lựa chọn bằng 60% lượng dùng xi măng. Bảng 4.7. Mã hóa các biến số và các điểm quy hoạch thực nghiệm Các nhân tố ảnh hưởng Biến mã hóa Các điểm quy hoạch bậc hai Mức quy hoạch (δ)- 1,414 - 1 0 + 1 + 1,414 CKD C X2 1,12 1,2 1,4 1,6 1,68 0,2 X N X3 0,22 0,30 0,32 0,34 0,348 0,02 Số điểm thí nghiệm là: N = 2k + 2k + m = 22 + 2x2 + 5 = 13 thí nghiệm. Trong đó số thí nghiệm lặp ở mức tâm kế hoạch là m = 5. Hàm mục tiêu bậc hai tác giả lựa chọn bao gồm: − Hàm mục tiêu theo độ chảy của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao. − Hàm mục tiêu theo cường độ nén ở tuổi 14 ngày của bê tông chất lượng cao. 76 Bảng 4.8. Cấp phối thực nghiệm bậc hai STT Biến mã Biến thực Cấp phối thực nghiệm, (kg/m3) X2 X3 CKD C X N X TB SF C N PG 1 +1 +1 1,6 0,34 486 292 48,6 1322 165 7,3 2 -1 +1 1,2 0,34 557 334 55,7 1137 189 8,4 3 +1 -1 1,6 0,30 496 298 49,6 1349 149 7,4 4 -1 -1 1,2 0,30 570 342 57,0 1163 171 8,6 5 +1,414 0 1,68 0,32 479 287 47,9 1367 153 7,2 6 -1,414 0 1,12 0,32 581 348 58,1 1106 186 8,7 7 0 +1,414 1,4 0,348 517 310 51,7 1230 180 7,8 8 0 -1,414 1,4 0,22 555 333 55,5 1320 122 8,3 9 0 0 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 10 0 0 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 11 0 0 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 12 0 0 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 13 0 0 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 Bảng 4.9. Kết quả thí nghiệm độ chảy và cường độ nén theo quy hoạch bậc hai STT CKD C X N Cấp phối thực nghiệm, (kg/m3) Độ chảy (cm) R14n (MPa) X TB SF C N PG 1 1,6 0,34 486 292 48,6 1322 165 7,3 26,0 70,55 2 1,2 0,34 557 334 55,7 1137 189 8,4 26,5 71,87 3 1,6 0,30 496 298 49,6 1349 149 7,4 25,5 72,15 4 1,2 0,30 570 342 57,0 1163 171 8,6 28,0 71,60 5 1,68 0,32 479 287 47,9 1367 153 7,2 26,5 80,50 6 1,12 0,32 581 348 58,1 1106 186 8,7 27,5 70,10 7 1,4 0,348 517 310 51,7 1230 180 7,8 29,0 82,20 8 1,4 0,22 555 333 55,5 1320 122 8,3 24,5 70,20 9 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 27,5 82,50 10 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 28,0 85,75 11 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 28,5 82,85 12 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 27,5 86,25 13 1,4 0,32 525 315 52,5 1249 168 7,9 28,5 84,50 77 a). Xác định phương trình hàm hồi quy bậc hai Áp dụng các công thức toán học theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc hai tâm xoay [20] và các phép biến đổi, ta tìm được các phương trình hồi quy của kế hoạch thực nghiệm bậc hai có dạng như sau: − Phương trình hồi quy bậc hai về cường độ nén ở tuổi 14 ngày của bê tông hạt mịn chất lượng cao: 14nR = 84,37 + 1,7368X2 + 1,9488X3 - 0,4675X2X3 - 5,6458X2 2 - 5,1958X32 − Phương trình hồi quy bậc hai về độ chảy của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao: D = 28,00 - 0,551X2 + 0,668X3 + 0,50X2X3 - 0,615X22 - 0,740X32 b). Kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số trong hàm hồi quy Độ lệch tiêu chuẩn Sbj của phân bố bj được xác định theo công thức: ∑ = = 13 1 2 2 i ji ll bj X SS Trong đó ∑ = 13 1 2 i jiX : Tổng bình phương của véctơ cột Xj của ma trận thực nghiệm. 2llS : Phương sai lặp, ∑ = −×−= m a ooall YYm S 1 22 )( 1 1 = 4 263,11 = 2,81575. m: Số thí nghiệm lặp ở tâm: m = 5. oY : Là giá trị trung bình của các thí nghiệm ở tâm kế hoạch. Chuẩn số Student tbj được xác định theo công thức: tbj = bj j S b . Tra bảng chuẩn số Student [20], với mức có nghĩa p = 0,05, bậc tự do lặp lại f2 = 4 ta có 2,tp t = 2,78. Tiến hành loại bỏ các hệ số bj khi có tbj < 2,78. Bảng 4.10. Kết quả kiểm tra hệ số phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông j 0 2 3 4 5 6 bj b0 b2 b3 b2b3 b2b2 b3b3 84,37 1,7368 1,9488 -0,468 -5,646 -5,196 Sbj 0,750 0,593 0,593 0,839 0,637 0,637 tbj 112,428 2,927 3,285 0,557 8,866 8,160 78 Như vậy, hệ số b2b3 = 0,557 có ảnh hưởng không đáng kể đến hàm mục tiêu, được loại bỏ. Vậy phương trình hàm hồi quy bậc hai về cường độ nén ở tuổi 14 ngày của bê tông hạt mịn chất lượng cao: 14nR = 84,37 + 1,7368X2 + 1,9488X3 - 5,6458X2 2 - 5,1958X32. c). Kiểm tra tính tương hợp của mô hình theo chuẩn số Fisher Theo [20], chuẩn số Fisher được xác định theo công thức: Ftt = 2 2 ll du S S Với Sd là phương sai dư được xác định theo công thức: 2duS = ∑ = −×− N i ii YYlN 1 2)ˆ(1 Trong đó iY ; iYˆ : là giá trị thực nghiệm và giá trị tính toán của hàm mục tiêu. N: Số thí nghiệm, N = 13. l: Số hệ số có nghĩa trong phương trình hồi quy bậc hai, l = 5. Do đó, tính toán được: 2duS = ∑∑ == −×−=−×− 13 1 2 1 2 )ˆ( 513 1)ˆ(1 i ii N i ii YYYYlN = 1,9564 Vậy ta có chuẩn số Fisher tính toán được: Ftt = 81575,2 9564,14 = 5,3117 Tra bảng giá trị của chuẩn số Fisher [20] với mức có nghĩa p = 0,05; bậc tự do lặp f2 = 5 - 1 = 4; bậc tự do dư f1 = 13 - 5 = 8; thu được Fb0,05;8;4 = 6,04. Do Fb0,05;8;4 > Ftt vậy mô hình thí nghiệm cường độ nén tương hợp với thực nghiệm. Thực hiện quá trình hoàn toàn tương tự đối với phương trình hồi quy bậc hai về độ chảy của bê tông hạt mịn chất lượng cao, ta cũng thu được mô hình thí nghiệm độ chảy tương hợp với thực nghiệm và phương trình hồi quy bậc hai về độ chảy là: D = 28,00 - 0,551X2 + 0,668X3 - 0,615X22 - 0,740X32 4.2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố đến độ chảy và cường độ nén của bê tông chất lượng cao Từ phương trình hồi quy thu được, sử dụng phần mềm Maple 9.0 ta thu được bề mặt biểu hiện và các đường đồng mức thể hiện sự ảnh hưởng của tỷ lệ CKD C và tỷ lệ X N đến độ chảy và cường độ nén của bê tông hạt mịn chất lượng cao như hình 5.1. 79 Hình 4.1. Bề mặt biểu hiện sự phụ thuộc của tỷ lệ CKD C và X N đến độ chảy của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao Hình 4.2. Bề mặt biểu hiện sự phụ thuộc của tỷ lệ CKD C và X N đến cường độ nén của bê tông hạt mịn chất lượng cao Từ các phương trình hồi quy và bề mặt biểu hiện của hàm mục tiêu ta nhận thấy: − Hàm hồi quy về độ chảy của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao đạt giá trị cực đại tại giá trị của các biến là X2= - 0,4 và X3= 0,4. Khi đó thay các giá trị của biến vào từng phương trình hồi quy, ta thu được: Dmax = 28,27cm và Rn= 82,72MPa. MPa cm 28 27,6 27,2 83,5 80,5 78 75 72 80 − Hàm hồi quy về cường độ nén của bê tông ở tuổi 14 ngày đạt giá trị cực đại tại giá trị của các biến là X2= 0,11 và X3= 0,21. Khi đó thay các giá trị của biến vào từng phương trình hồi quy, ta thu được: Rn max = 84,565MPa và D = 28,03cm. Ảnh hưởng của biến X2 ( CKD C ) đến độ chảy của hỗn hợp bê tông Ảnh hưởng của biến X3 ( X N ) đến độ chảy của hỗn hợp bê tông Ảnh hưởng của biến X2 ( CKD C ) đến cường độ nén của bê tông Ảnh hưởng của biến X3 ( X N ) đến cường độ nén của bê tông Hình 4.3. Ảnh hưởng của biến mã đến tính chất của bê tông 0,11 0,21 MPa MPa - 0,4 cm 0,4 cm 81 Theo mục đích của tác giả, hỗn hợp bê tông phải đảm bảo cường độ nén cao nhất đồng thời cũng phải thỏa mãn có độ chảy lớn, thích hợp với hỗn hợp bê tông tự lèn, thuận lớn cho quá trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm nèn tốt nhất. Với giá trị các biến X2 = 0,11 và X3 = 0,21 thì bê tông có cường độ nén ở tuổi 14 ngày đạt giá trị lớn nhất Rn max = 84,565MPa đồng thời độ chảy của hỗn hỗn hợp bê tông đạt D = 28,03cm, phù hợp với yêu cầu của hỗn hợp bê tông tự lèn. Vì vậy, tác giả sử dụng các biến có giá trị tại đó làm căn cứ xác định cấp phối hợp lý của bê tông. Bảng 4.11. Kết quả thí nghiệm thành phần cấp phối hợp lý của bê tông hạt mịn Biến mã Tỷ lệ Lượng dùng vật liệu cho 1m3 bê tông hạt mịn, (kg) X2 X3 CKD C X N XM TB SF C N PG 0,11 0,21 1,422 0,324 520 312 52,0 1256 168 7,8 4.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của lượng cốt sợi đến tính chất của bê tông Để tiến hành nghiên cứu, xác định lượng dùng cốt sợi polypropylene trong 1m3 bê tông, tác giả tiến hành thí nghiệm trên một số mẫu bê tông với cấp phối có thành phần hợp lý và lượng dùng sợi khảo sát trong khoảng (1,0 ÷ 1,8) kg/m3 theo khuyến cáo của nhà cung cấp cốt sợi. Tiến hành đúc các mẫu bê tông thí nghiệm để kiểm tra độ chảy cuả hỗn hợp bê tông, cường độ nén và cường độ uốn của mẫu 40x40x160mm ở tuổi 14 ngày, tác giả thu được kết quả như sau: Bảng 4.12. Kết quả khảo sát lượng dùng cốt sợi polypropylene STT Cấp phối bê tông hạt mịn thí nghiệm, (kg) Độ chảy Đ (mm) 14 nR (MPa) 14 uR (MPa)XM TB SF C N PG PP 1 520 312 52,0 1256 168 7,8 1,00 28,5 83,7 28,1 2 519 312 51,9 1256 168 7,8 1,25 28,0 85,4 32,4 3 518 311 51,8 1257 169 7,8 1,80 18,5 85,7 33,7 Từ kết quả thu được ta thấy: − Khi lượng dùng cốt sợi phân tán tăng lên thì độ chảy của hỗn hợp bê tông giảm dần. Điều này được giải thích là khi cốt sợi polypropylene tăng lên làm giảm độ sệt của bê tông, đồng thời trong quá trình nhào trộn chúng còn bị vón cục hoặc 82 có thể tạo thành những khối cầu trong hỗn hợp bê tông. Và từ đó chúng làm giảm tính công tác của bê tông. − Khi tăng hàm lượng cốt sợi thì cường độ nén và cường độ kéo của bê tông đều tăng theo, tuy nhiên sự tăng cường độ là không nhiều, do đó không kinh tế. − Để đảm bảo tính tự nèn, đồng thời thỏa mãn các tính chất cường độ yêu cầu, tác giả đã sử dụng lượng cốt sợi bằng 1,25kg/m3 để nghiên cứu các tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao. Nhận xét chương 4 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao theo công thức tính toán của phương pháp quy hoạch thực nghiệm, tác giả rút ra một số Nhận xét sau: − Có thể chế tạo được bê tông hạt mịn chất lượng cao có độ chảy lớn, cường độ nén ở tuổi 14 ngày trên mẫu 5x5x5cm lớn hơn 70MPa, tỷ lệ tro bay nhiệt điện Phả Lại thay thế xi măng pooclăng lên tới 60%. − Đã thiết lập được mối quan hệ giữa độ chảy của hỗn hợp bê tông và cường độ nén của bê tông hạt mịn chất lượng cao với các tỷ lệ CKD C và X N . − Cấp phối hợp lý tác giả đã xác định được là: Biến mã Tỷ lệ Lượng dùng vật liệu cho 1m3 bê tông hạt mịn, (kg) X2 X3 CKD C X N XM TB SF C N PG PP 0,11 0,21 1,422 0,324 520 312 52,0 1256 168 7,8 1,25 83 Chương 5. NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊ TÔNG HẠT MỊN CHẤT LƯỢNG CAO 5.1. NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO HẠT MỊN Để nghiên cứu các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả tiến hành nghiên cứu, so sánh các tính chất của bê tông hại mịn có cấp phối hợp lý đã tìm được trong chương 4 và các hỗn hợp bê tông đối chứng. Kế hoạch thí nghiệm tính chất gồm các mẫu bê tông như sau: − Hỗn hợp bê tông hạt mịn có cấp phối tối ưu và sử dụng 1,25kg sợi PP cho 1m3 bê tông, ký hiệu M1. − Hỗn hợp bê tông đối chứng cấp phối tối ưu nhưng không sử dụng sợi PP, ký hiệu là mẫu M2. − Hỗn hợp bê tông đối chứng sử dụng 30% tro bay và 30% bột cát quắc nghiền mịn, có dùng cốt sợi PP, ký hiệu M3. − Hỗn hợp bê tông đối chứng thay thế toàn bộ tro bay nhiệt điện bằng bột cát quắc nghiền mịn, không dùng cốt sợi PP, ký hiệu M4. Bảng 5.1. Cấp phối của các mẫu bê tông thí nghiệm Vật liệu Kí hiệu Lượng dùng vật liệu cho 1m3 bê tông, (kg/m3) M1 M2 M3 M4 Xi măng PC40 Bút Sơn X 519 520 522 523 Tro bay nhiệt điện TB 312 312 157 0 Bột cát quắc BĐ 0 0 157 314 Silicafume SF 51,9 52,0 52,2 52,3 Cát vàng sông Lô C 1256 1256 1263 1263 Nước N 168 168 169 169 Phụ gia siêu dẻo Ace 388 PG 7,8 7,8 7,8 7,8 Sợi polypropylene PP 1,25 0 1,25 0 84 5.1.1. Nghiên cứu tính công tác hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao Tính công tác của hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng sợi PP là tính chất rất quan trọng, ảnh hưởng đến quá trình nhào trộn, đổ và đầm chặt hỗn hợp bê tông. Khác với bê tông thường, các tính công tác của hỗn hợp bê tông hạt mịn này phụ thuộc nhiều vào đặc trưng hình học của sợi, hàm lượng sợi và lượng nước nhào trộn. Do mục đích chính là sử dụng bê tông hạt mịn chất lượng cao để chế tạo các kết cấu có chiều dày nhỏ, lớp phủ tăng cường siêu mỏng trên bề mặt của các kết cấu, vì thế đòi hỏi hỗn hợp bê tông phải có độ chảy và độ đồng nhất rất cao, giảm được năng lượng đầm nèn, quá trình thi công dễ dàng. Các phương pháp thí nghiệm tính công tác của loại bê tông này có nhiều khác biệt so với bê tông thường vì chúng không có cốt liệu lớn nhưng có nhiều điểm tương đồng với các phương pháp thí nghiệm các định tính công tác của vữa hoặc của bê tông tự lèn. Vì vậy, tác giả đã xác định tính công tác của các hỗn hợp bê tông dựa vào việc xác định độ chảy loang của côn vữa và độ chảy loang của côn Abraham. Trong mục đích đặt ra của tác giả còn sử dụng hỗn hợp bê tông hạt mịn này để sửa chữa hư hỏng công trình, do vậy hỗn hợp bê tông cần có độ chảy cao, dễ dàng thi công bằng phương pháp bơm áp lực vào các khe nứt trong kết cấu. Độ chảy loang được dùng để đánh giá dòng chảy tự do theo phương nằm ngang dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hỗn hợp bê tông. Đây là phép thử đơn giản, thông dụng và cho phép đánh giá tốt khả năng tự điền đầy vào ván khôn của hỗn hợp bê tông. Giá trị độ chảy loang là đường kính trung bình của hai lần đo vuông góc đường kính hỗn hợp bê tông. Độ chảy loang càng cao thì khả năng tự điền đầy vào ván khuôn dưới trọng lượng bản thân càng lớn. Bảng 5.2. Kết quả thí nghiệm tính công tác của hỗn hợp bê tông hạt mịn Tính chất của hỗn hợp bê tông Các cấp phối thí nghiệm M1 M2 M3 M4 Độ chảy loang của côn vữa, (cm) 28,5 29,5 25 25,5 Độ chảy loang của côn Abraham, (cm) 65 68 67 65,5 Khối lượng thể tích, (kg/m3) 2340 2320 2300 2250 Qua kết quả thí nghiệm thu được cho thấy các hỗn hợp bê tông trong thí nghiệm có tính công tác tương đương nhau và đều đảm bảo khả năng tự lèn. 85 5.1.2. Nghiên cứu các tính chất cơ học của bê tông hạt mịn đã rắn chắc Cường độ nén của bê tông là một chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng bê tông. Tuy nhiên, trong các kết cấu có chiều dày nhỏ, các lớp phủ mỏng và siêu mỏng thì cường độ kéo khi uốn, cường độ kháng trượt, cường độ bám dính nền cũng rất quan trọng và cần được xác định. 5.1.2.1. Xác định các tính chất cơ lý của bê tông hạt mịn chất lượng cao Các mẫu bê tông thí nghiệm được chế tạo và bảo dưỡng theo đúng các yêu cầu của TCVN 3105 : 1993. − Cường độ nén của bê tông được tiến hành thử theo TCVN 3118 : 1993 ở các tuổi 3, 7, 14 và 28 ngày. − Cường độ kéo khi uốn của bê tông hạt mịn chất lượng cao có sử dụng cốt sợi PP là một tính chất quan trọng. Chúng thể hiện được khả năng mềm dẻo và khả năng chống nứt, chống co ngót của bê tông chất lượng cao. − Độ mài mòn của bê tông được xác định theo TCVN 3114 : 1993 nhằm mục đích xác định khả năng chịu được các tải trọng va đập của các phương tiện vận chuyển, đặc biệt là tải trọng của máy bay trên bề mặt kết cấu. Bảng 5.3. Các tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao Các tính chất của bê tông Tiêu chuẩn Các loại bê tông thí nghiệm M1 M2 M3 M4 Cường độ nén, (MPa) 1 ngày TCVN 3118:1993 41,2 38,5 25,4 - 3 ngày 50,8 47,1 35,5 - 7 ngày 62,7 61,6 52,1 35,5 14 ngày 85,4 84,1 66,6 42,4 28 ngày 93,5 89,7 76,4 53,7 Cường độ kéo khi uốn ở tuổi 28 ngày, (MPa) TCVN 3119:1993 32,9 19,1 22,8 12,1 Độ mài mòn ở trạng thái bão hoà nước, (g/cm2) TCVN 3114:1993 0,401 0,42 0,43 0,45 Độ mài mòn ở trạng thái khô tự nhiên, (g/cm2) TCVN 3114:1993 0,198 0,223 0,25 0,35 Mô đun đàn hồi của bê tông, (1.104 MPa) TCVN 5726:1993 5,82 5,15 4,65 4,05 86 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 5 9 13 17 21 25 29 Tuæi mÉu (ngμy) C −ê ng ® é nÐ n (M Pa ) M Éu M 1 M Éu M 2 M Éu M 3 Hình 5.1. Biểu đồ sự phát triển cường độ nén của bê tông theo thời gian Qua biểu đồ ta thấy: Cường độ của mẫu bê tông có cấp phối M1 luôn cao hơn các mẫu bê tông có cấp phối M2 và M3. Tuy nhiên, sự tăng cường độ của cấp phối M1 và M2 là không lớn. Điều này cho thấy cốt sợi PP phân tán không có ảnh hưởng nhiều đến việc tăng cường độ nén của bê tông. Cấp phối M2 và M3 có sự chênh lệch lớn về cường độ nén. Điều này giải thích là do tác dụng puzzơlan của tro bay nhiệt điện đã làm tăng cường độ nén của bê tông. Cường độ nén ở tuổi 28 ngày của các mẫu bê tông cũng có sự thay đổi do hàm lượng tro nhiệt điện ảnh hưởng đến các phản ứng puzzơlan khi xi măng thủy hóa. 5.1.2.2. Xác định cường độ kháng trượt và cường độ bám dính nền của bê tông hạt mịn chất lượng cao Với mục đích sử dụng để chế tạo các cấu kiện mỏng, các lớp phủ tăng cường trên bề mặt đường cao tốc và đường sân bay, tác giả đã tiến hành xác định các tính chất đặc trưng của các lớp phủ mỏng, các thí nghiệm bao gồm các tính chất: − Xác định cường độ kháng trượt theo phương pháp phi tiêu chuẩn [17]. − Xác định cường độ bám dính nền của bê tông theo TCXD 236 : 1999. a) Thí nghiệm xác định cường độ kháng trượt của bê tông Để đánh giá khả năng làm việc trong điều kiện chịu các tác động của các lực trượt từ các phương tiện vận chuyển, đặc biệt là lực đẩy của máy bay khi cất cánh và hạ cách xuống đường băng sân bay, tác giả đã tiến hành xác định cường độ kháng trượt của các mẫu bê tông thí nghiệm theo phương pháp phi tiêu chuẩn [17]. 3 7 14 28 87 Theo [17], mô hình thí nghiệm xác định cường độ kháng trượt của bê tông được trình bày trên hình 5.2 và hình 5.3. Líp bª t«ng cò MÉu bª t«ng KÝch thñy lùc Bu l«ng vÝt h·m Khung thÐp Khung thÐp ββ Hình 5.2. Mô hình thí nghiệm xác định cường độ kháng trượt của bê tông MÉu bª t«ng Líp bª t«ng cò T¹o nh¸m mÆt tiÕp gi¸p 50 75 25 100 β Ngo¹i lùc ®Èy trù¬t β 100 2575 T¹o nh¸m mÆt tiÕp gi¸p MÉu bª t«ng β F F.cosβ F.sinβ Víi tanβ = = 50 25 1 2 Ngo¹i lùc ®Èy trù¬t Hình 5.3. Cấu tạo của mẫu thí nghiệm kháng trượt Mẫu bê tông thí nghiệm có cấp phối M1, M2 và M4 được chế tạo tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, kích thước của mẫu là 10x5x5cm với góc nghiêng một đầu là 230. Hệ thống khung đẩy bằng thép được gia công theo đúng quy định về kích thước, bộ phận chính của bộ khung đẩy này là một kích thủy lực với tải trọng là 50KN hoặc 160KN được đặt vuông góc với bề mặt của khung thép và vuông góc với bề mặt của viên mẫu. Mẫu thí nghiệm được bảo dưỡng theo đúng tiêu chuẩn và được xác định độ kháng trượt với các tuổi mẫu là 14 ngày và 28 ngày Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm như sau: 88 Tạo nhám bề mặt bê tông cũ Quét lớp hồ xi măng Đặt khuôn tạo mẫu Chế tạo mẫu Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm kháng trượt Hình 5.4. Quy trình chế tạo mẫu thử Kết quả xác định cường độ kháng trượt của mẫu bê tông được nêu trong bảng 5.4. Bảng 5.4. Kết quả cường độ kháng trượt của mẫu bê tông Tính chất của bê tông Các loại bê tông thí nghiệm M1 M2 M3 Cường độ kháng trượt của bê tông ở tuổi 14 ngày, (MPa) 12,35 12,01 12,25 Cường độ kháng trượt của bê tông ở tuổi 28 ngày, (MPa) 16,80 15,0 15,25 Từ kết quả thu được ta thấy, các mẫu bê tông sử dụng cốt sợi PP có cường độ kháng trượt cao hơn khoảng 12% so với bê tông không dùng cốt sợi. Điều này chứng tỏ cốt sợi PP có tác dụng ngăn cản ứng suất trượt trên bề mặt của vật liệu và làm tăng cường độ kháng trượt của bê tông cốt sợi. b) Xác định cường độ bám dính nền Để đánh giá khả năng liên kết của lớp phủ bê tông hạt mịn chất lượng cao với lớp bê tông cũ trên bề mặt kết cấu, tác giả tiến hành xác định cường độ bám dính của lớp bê tông mới phủ trên bề mặt nền bê tông cũ theo TXCD 236 : 1999 [5]. Hình 5.5. Đúc mẫu thí nghiệm 89 Quy trình tiến hành thí nghiệm như sau: Bề mặt bê tông cũ được làm sạch, đục tạo nhám và tưới nước trên bề mặt nhằm mục đích cung cấp đủ độ ẩm để lớp bê tông cũ không hút mất nước của lớp bê tông mới. Tiếp đó, hỗn hợp bê tông được nhào trộn theo đúng các loại cấp phối đã thiết kế và được đổ lên bề mặt bê tông cũ một lớp dày 5cm, làm nhẵm bề mặt và tiến hành bảo dưỡng theo đúng quy định của tỉêu chuẩn Việt Nam. Sau khi đến tuổi thí nghiệm, bề mặt bê tông được cắt thành những ô vuông có kích thước 5x5cm, chiều sâu của đường cắt phải qua lớp bê tông cũ (2 ÷ 3)cm, để hình thành mẫu thí nghiệm có kích thước 5x5x5cm. Hình 5.6. Mẫu bê tông thí nghiệm Hình 5.7. Xác định cường độ bám dính nền Tiếp đó, bề mặt của những viên mẫu được làm sạch bằng đá mài và được dính với đầu kéo của máy bằng keo Êpoxy. Khi lớp keo rắn chắc và đạt cường độ, tiến hành đặt máy thí nghiệm và kéo mẫu. Bảng 5.5. Kết quả cường độ bám dính nền của mẫu bê tông Tính chất của bê tông Các loại bê tông thí nghiệm M1 M2 Cường độ bám dính nền của bê tông ở tuổi 14 ngày, (MPa) 1,41 1,32 Cường độ bám dính nền của bê tông ở tuổi 28 ngày, (MPa) 2,65 2,34 Cường độ bám dính nền của bê tông hạt mịn chất lượng cao xác định theo phương pháp này phù hợp với yêu cầu sử dụng thực tế của bê tông, phản ánh đúng điều kiện làm việc của bê tông trong các kết cấu có chiều dày nhỏ, các lớp phủ mỏng và siêu mỏng. 90 5.2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊ TÔNG HẠT MỊN Từ kết quả nghiên cứu các tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao và với mục đích để hạt silicafume và cốt sợi polypropylene phân tán đồng đều nhất vào trong bê tông. Tác giả xin đề xuất sơ bộ dây chuyền công nghệ sản xuất hỗn hợp bê tông và bê tông như sau. Sîi PPC¸t vμng Tro bay Silicafume Xi m¨ng N−íc §Þnh l−îng§Þnh l−îng §Þnh l−îng §Þnh l−îng §Þnh l−îng §Þnh l−îng M¸y trén khÝ nÐn M¸y trén 2 trôc VËn chuyÓn B¬m, ®æ khu«n §Þnh l−îng 70% n−íc trén §Þnh l−îng 30% n−íc cßn l¹i §Þnh l−îng Phô gia siªu dÎo (trén kh«) M¸y trén 2 trôc (trén Èm) (trén Èm) M¸y trén 2 trôc M¸y trén 2 trôc HHBT Hình 5.8. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bê tông hạt mịn chất lượng cao Theo sơ đồ dây chuyền công nghệ đã nêu trên: Hỗn hợp gồm cát vàng, tro bay, silicafume và sợi polypropylene được định lượng theo tỷ lệ cấp phối đã thiết kế rồi trộn đồng đều khô bằng máy trộn khí nén. Quá trình này nhằm mục đích tạo điều kiện tốt nhất để các loại phụ gia khoáng mịn (tro bay), phụ gia khoáng siêu mịn (silicafume) và cốt sợi polypropylene được đánh tan và phân tán đồng đều vào trong cấu trúc của bê tông, tạo ra được các tính chất mong muốn. 91 Xi măng được định lượng theo khối lượng, rồi cho vào máy trộn hai trục để tiến hành trộn khô cùng hỗn hợp bột mịn. Nước và phụ gia siêu dẻo được định lượng bằng thể tích. Nước được cho vào máy trộn làm hai lần: lần thứ nhất đưa vào máy trộn khoảng 70% lượng nước nhào trộn để làm ẩm bề mặt các vật liệu thành phần của hỗn hợp bê tông nhằm tăng hiệu quả thấm ướt của phụ gia siêu dẻo sau này. Tiếp theo cho toàn bộ phụ gia siêu dẻo vào máy trộn và tiến hành trộn đồng đều. Khi thấy bề mặt các hạt vật liệu đã thấm ướt hoàn toàn bằng phụ gia siêu dẻo và nước thì cho hết 30% lượng nước còn lại vào máy rồi trộn đều đến khi hỗn hợp bê tông chảy lỏng là được. Mặc dù trong hỗn hợp bê tông có sử dụng cốt sợi phân tán nhưng do sợi PP có môn đun đàn hồi thấp, vì vậy sau khi trộn đồng đều hỗn hợp bê tông có độ chảy lớn có thể vận chuyển bằng xe chuyên dụng (xe bom) đến công trường và tiến hành thi công bê tông bằng phương pháp bơm. Mặt khác, bê tông hạt mịn chất lượng cao dùng cốt sợi phân tán có nhiều đặc tính khác so với các loại bê tông thường, do đó trong quá trình sản xuất cần chú ý một số yêu cầu sau: 5.2.1. Quá trình nhào trộn hỗn hợp bê tông Quá trình nhào trộn hỗn hợp bê tông là một trong những khâu quan trọng nhất khi chế tạo hỗn hợp bê tông. Quá trình này ảnh hưởng rất lớn đến tính chất, đến sự đồng nhất cấu trúc cũng như ảnh hưởng đến khả năng chảy của hỗn hợp bê tông. Trong bê tông hạt mịn chất lượng cao, với hàm lượng bột mịn lớn, chứa các loại sợi phân tán ngẫu nhiên, nên quá trình nhào trộn gặp nhiều khó khăn. Do tỷ diện tích bề mặt pha rắn tăng lên đáng kể, đồng thời tỷ lệ CKD N thấp tiến tới chỉ đủ để thấm ướt bề mặt cốt liệu và đủ để thuỷ hoá xi măng nên lượng nước dư thừa ra là rất ít, do đó nội lực ma sát trong hỗn hợp bê tông lớn. Vì vậy mà cần một năng lượng nhào trộn lớn để thắng được nội lực ma sát, từ đó làm tách các hạt pha rắn ra khỏi nhau, đồng thời cũng làm cho dung dịch phụ gia siêu dẻo hoà tan đều vào hỗn hợp bê tông, làm nhiệm vụ bôi trơn bề mặt hạt pha rắn, làm tăng độ chảy của hỗn hợp. Tuy nhiên, việc sử dụng các loại phụ gia siêu dẻo cũng làm tăng khả năng cuốn khí của hỗn hợp bê tông theo thời gian nhào trộn. Do đó cần khống chế thời gian nhào trộn sao cho vừa đảm bảo khả năng đồng đều vừa không làm tăng hàm lượng pha khí trong hỗn hợp bê tông. 92 Qua kết quả nghiên cứu khảo sát ta thấy: Thời gian nhào trộn hợp lý của bê tông này khoảng (20 ÷ 30) phút đối với máy trộn tự do và thời gian trộn này tuỳ vào công suất của máy, tốc độ quay của cánh trộn. Tuy nhiên, để tạo ra hỗn hợp bê tông có chất lượng tốt cần tiến hành nhào trộn trong máy trộn cưỡng bức, thời gian trộn hỗn hợp bê tông có thể rút ngắn, còn khoảng (10 ÷ 15) phút, đảm bảo cốt sợi PP phân tán đồng đều trong cấu trúc bê tông, giảm được lượng bọt khí cuốn vào khi nhào trộn, tăng được cường độ của bê tông. Quá trình nhào trộn hỗn hợp bê tông còn bị ảnh hưởng bởi hàm lượng sợi PP và kích thước sợi PP. Hỗn hợp bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng cốt sợi cần thời gian trộn, năng lượng trộn, tốc độ quay của cánh trộn lớn hơn, nhằm mục đích chính là phân tán tốt cốt sợi vào cấu trúc của bê tông. Với cùng một loại sợi, khi hàm lượng cốt sợi tăng lên, kích thước sợi lớn hơn thì quá trình nhào trộn, phân tán sợi thực hiện khó khăn hơn. Vì vậy, cần phải lựa chọn các thông số công nghệ và quy trình trộn phù hợp với từng loại hỗn hợp bê tông cụ thể. 5.2.2. Quá trình thi công hỗn hợp bê tông Công tác thi công lớp phủ mỏng tăng cường bằng bê tông hạt mịn chất lượng cao được thực hiện tuân theo “Qui định kỹ thuật về thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám siêu mỏng trên đường ô tô” theo Quyết định số 3287/QĐ-BGTVT ngày 29/10/2008 [2]. Ngoài ra, do loại bê tông này có nhiều điểm khác biệt, vì vậy cần phải chú ý một số yêu cầu sau: − Cần phải thiết kế chiều dày của lớp phủ tuân theo yêu cầu chịu tác động của các loại ngoại lực cụ thể trong từng kết cấu. − Theo [8], nếu lớp phủ được rải trên bề mặt đường hiện hữu kết cấu còn tốt, có bề mặt tương đối bằng phẳng, sạch và không hư hỏng thì có thể sử dụng lớp phủ dính chặt. Trong các trường hợp khác, đặc biệt là khi yêu cầu phải tăng cường đáng kể sức chịu tải của bề mặt đường hiện hữu thì phải sử dụng lớp phủ không dính. − Khi thi công lớp phủ mỏng bê tông hạt mịn chất lượng cao trên bề mặt đuờng bê tông át phan cần chú ý quá trình làm sạch bề mặt kết cấu, tạo nhám để tăng liên kết với phần bê tông mới. 93 − Theo [9] khi dùng bê tông hạt mịn chất lượng cao để thi công mặt đường cứng của sân bay cần phải rất chú ý đến quá trình bảo dưỡng và sửa chữa các khe nối trên mặt đường. − Mặc dù trong kết cấu bê tông có sử dụng cốt sợi gián đoạn nhưng vì trong cấu trúc bê tông không có cốt liệu thô nên chúng có độ dẻo cao, dễ đổ khuôn, giảm được năng lượng đầm chặt. Trong thực tế, quá trình đầm chặt hỗn hợp bê tông có thể tăng độ đặc chắc của cấu trúc bê tông nhưng chúng lại có thể ảnh hưởng đến sự định hướng của sợi trong cấu trúc (có thể làm sợi nổi lên trên bề mặt của kết cấu theo hồ xi măng), do đó cần có các biện pháp đầm nèn hỗn hợp bê tông hợp lý, nhằm mục đích hạn chế pha khí, giảm các tác động không tốt cho sự định hướng của cốt sợi trong kết cấu bê tông. 5.2.3. Quá trình dưỡng hộ bê tông Do trong thành phần của bê tông hạt mịn không có cốt liệu lớn, lượng xi măng nhiều, vì vậy mục đích sử dụng của loại bê tông này là để chế tạo các kết cấu có chiều dày nhỏ hoặc dùng làm các lớp phủ mỏng tăng cường trên bề mặt của kết cấu. Sau khi chế tạo cấu kiện bằng loại bê tông này cần phải có các biện pháp dưỡng hộ. Có thể thực hiện dưỡng hộ tự nhiên hoặc dưỡng hộ nhiệt ẩm để đảm bảo quá trình thuỷ hoá tốt cho bê tông đồng thời trong quá trình rắn chắc bê tông hạt mịn giảm các khuyết tật do ứng suất nhiệt hoặc co ngót. Nhận xét chương 5 Từ các kết quả nghiên cứu các tính chất của bê tông hạt mịn chất lượng cao, tác giả rút ra một số Nhận xét sau: − Hỗn hợp bê tông thí nghiệm có độ chảy lớn (28cm) đảm bảo khả năng tự lèn. − Bê tông với cấp phối tốt ưu có cường độ nén cao (tuổi 28 ngày đạt 90MPa), cường độ kéo khi uốn lớn (32,9MPa), cường độ kháng trượt cao (16,8MPa) − Bằng thực nghiệm cho thấy, bê tông hạt mịn chất lượng cao có cường độ bám dính nền lớn (2,65MPa), thích hợp để chế tạo các lớp phủ mỏng và siêu mỏng trên các loại mặt đường hiện hữu. 94 1. KẾT LUẬN CHUNG Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng cho mặt đường sân bay, tác giả rút ra những Nhận xét sau: 1. Từ những loại vật liệu thông thường sẵn có ở trong nước, có thể chế tạo được bê tông hạt mịn chất lượng cao (độ chảy của hỗn hợp bê tông D = 25÷28cm, cường độ nén từ 60MPa ÷ 90MPa). 2. Với cùng một cấp phối thí nghiệm, bê tông sử dụng cốt sợi polypropylene có cường độ kéo khi uốn cao hơn 72% so với bê tông không sử dụng cốt sợi. 3. Bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng cốt sợi có cường độ kháng trượt cao (16,80MPa), cường độ bám dính vào nền bê tông cũ lớn (2,65MPa), thích hợp dùng để chế tạo các lớp phủ mỏng và siêu mỏng trên bề mặt của kết cấu hoặc dùng để sửa chữa các hư hỏng công trình 4. Trong quá trình nghiên cứu thí nghiệm, mẫu đối chứng không có cốt sợi phá hủy rất nhanh sau khi tải trọng đạt đến giá trị giới hạn. Bên cạnh đó, ở mẫu bê tông có cốt sợi thì vết nứt hình thành chậm, vết nứt mở rộng từ từ và mẫu thử sau khi phá hủy không bị gãy rời. Điều đó chứng tỏ cốt sợi đã phát huy tốt khả năng làm việc của chúng. 5. Do sử dụng lượng tro bay nhiệt điện lớn (60%) và tỷ lệ X N thấp, nên bê tông hạt mịn chất lượng cao có cường độ phát triển chậm ở các tuổi sớm ( tuổi 7 ngày cường độ nén đạt 50% cường độ tiêu chuẩn). 2. KIẾN NGHỊ Qua quá trình nghiên cứu, tác giả xin đưa ra một số kiến nghị như sau: − Từ cấp phối bê tông hạt mịn tìm được, cần tiến hành nghiên cứu thêm về dây chuyền công nghệ chế tạo thích hợp, có tính thực tế cao. − Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại cốt sợi gián đoạn khác nhau (sợi các bon, sợi thép, sợi tổng hợp,…) đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông hạt mịn chất lượng cao. − Nghiên cứu thêm các tính chất về co ngót, biến dạng của bê tông hạt mịn chất lượng cao sử dụng cốt sợi và xác định khả năng liên kết của lớp bê tông hạt mịn chất lượng cao với lớp mặt đường bê tông át phan. 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] NCS. Nguyễn Thanh Bình, TS. Trần Bá Việt (2006), “Bê tông trang trí cốt sợi thép phân tán để tu bổ lớp mặt đường công trình di tích”, Người Xây Dựng, tháng 7/2006 (177), tr 47÷ 49. [2] Bộ Giao Thông Vận Tải (2008) “Qui định kỹ thuật về thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám siêu mỏng trên đường ô tô” theo Quyết định số 3287/QĐ-BGTVT, ngày 29/10/2008. [3] Bộ Xây dựng (2006), “Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật”, TCVN 7570:2006, Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội. [4] Bộ Xây dựng (2006), “Cốt liệu cho bê tông và vữa - Phương pháp thử”, TCVN 7572:2006, Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội. [5] Bộ Xây dựng (2001), “Lớp phủ mặt kết cấu xây dựng – Phương pháp kéo đứt thử độ bám dính nền”, TCXD 236:1999, Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội. [6] Bộ Xây dựng (2001), “Tập VIII -Vật liệu xây dựng và sản phẩm cơ khí xây dựng, Tập X -Phương pháp thử”, Tuyển tập tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội. [7] PGS.TS. Bùi Văn Bội, GVC.TS. Vũ Đình Đấu (2004), Vi cốt liệu trong cấu trúc bê tông, bài giảng dành cho Cao học Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội. [8] PGS. Nguyễn Quang Chiêu (2008), Bê tông cốt sợi và bê tông cốt sợi thép, NXB Giao Thông Vận Tải, Hà Nội. [9] PGS. Nguyễn Quang Chiêu (2005), Thiết kế và Xây dựng mặt đường Sân bay, NXB Xây Dựng, Hà Nội. [10] GVC.TS. Bùi Danh Đại (2010), Phụ gia khoáng hoạt tính cao cho bê tông chất lượng cao, Bài giảng dành cho Cao học Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội. [11] GVC.TS. Vũ Đình Đấu, GVC.TS. Bùi Danh Đại (2007), Công nghệ chất kết dính vô cơ, NXB Xây Dựng, Hà Nội. [12] PGS.TS. Phạm Hữu Hanh, ThS. Tống Tôn Kiên (2009), Nghiên cứu chế tạo bê tông hạt mịn sử dụng trong công trình biển, Tài liệu thạc sỹ kỹ thuật- Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội. [13] PGS.TS. Phạm Hữu Hanh (2009), Bê tông cường độ cao – Bê tông chất lượng cao, bài giảng dành cho học viên Cao học Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội. [14] TS. Phạm Hữu Hanh (2007), Vật liệu hiệu quả trong xây dựng các công trình giao thông, NXB Xây Dựng, Hà Nội. [15] TS. Phạm Hữu Hanh, ThS. Nguyễn Văn Tuấn (2005), “Nghiên cứu chế tạo bê tông mác 1000 dùng trong xây dựng hiện đại”, báo cáo hội nghị khoa học công nghệ lần thứ 14, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội, tr 147÷153. 96 [16] GS.TSKH. Phùng Văn Lự, PGS.TS. Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí (2006), Vật liệu xây dựng, NXB Giáo Dục, Hà Nội. [17] KS. Hồ Trọng Mạnh (2008), “Ứng dụng bê tông mác cao sửa chữa sàn Hangar máy bay”, Báo cáo Hội nghị khoa học cán bộ trẻ lần thứ X chào mừng kỳ niệm 45 năm thành lập Viên KHCN Xây dựng, Hà Nội, tr 397÷ 403. [18] TS. Nguyễn Như Quý (2009), Lý thuyết về công nghệ bê tông xi măng, Bài giảng dành cho Cao học Vật liệu Xây dựng, Trường ĐH Xây dựng, Hà Nội. [19] PGS.TS. Nguyễn Tấn Quí, TS. Nguyễn Thiện Ruệ (2007), Công nghệ bê tông xi măng tập I và tập II, NXB Giáo Dục, Hà Nội. [20] GS.TSHK. Nguyễn Minh Tuyển (2007), Giáo trình Phương pháp Quy hoạch thực nghiệm, NXB Xây Dựng, Hà Nội. [21] PGS.TS. Nguyễn Viết Trung, TS. Nguyễn Ngọc Long (2005), Giáo trình Bê tông cốt sợi thép, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. [22] PGS.TS. Phạm Cao Thăng (2007), Tính toán thiết kế mặt đường Sân bay và đường ô tô, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. Tài liệu tiếng Anh [23] Best Practices for Airport (2003), Portland Cement Concrete Pavement Construction, April – 2003. [24] Introduction Properties Polypropylene Polyme Fiber for Concrete and mortar (2006), [25] National cooperative highway research program (NCHRP synthesis 338) (2004), Thin and ultra-thin Whitetopping, Asynthesis of Highway practice, Washington, D.C. [26] Scott Murison, EIT and Ahmed Shalaby, P.Eng. Department of Civil Engineering University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba (2002), ultra-thin whitetopping in canada: state-of-practice,Tim Smith, P.Eng. Cement Association of Canada, Ottawa. [27] The Chemical Company BASF (2010), Formerly known as GLENIUM ® ACE 388 SURETEC, cho-be-tong-va-vua. [28] The International Conference on Best Practices for ultra thin and thin Whitetoppings (2005), Thin Whitetopping Application at Williamsburg Regional, Airport and Other Thin Whitetopping Airport Applications. [29] Ultra-thin concrete Whitetopping (2005), The best solution for Today’s Overlay Projects, For more information, contact your local ready-mix supplier/contractor. Or call the American Concrete Pavement Association or National Ready Mixed Concrete Association. [30] Ultra high performance Fiber Reinforced concretes (2004), Presentation by Serge Montens, using documents from Bouygues-VSL, Eiffage and Vinci companies.