Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến khả năng lưu biến của bê tông sử dụng tro bay

Đặt vấn đề

Ngành xây dựng đang phát triển mạnh mẽ với công nghệ và vật liệu bê tông, dẫn đến nhu cầu ngày càng cao về vật liệu xây dựng Con người không chỉ muốn sử dụng vật liệu truyền thống mà còn tìm kiếm các nguồn nguyên liệu mới Bê tông được coi là vật liệu bền vững, phục vụ cho các công trình hạ tầng ở các nước đang phát triển Nhu cầu về bê tông và các tính chất của nó đang thúc đẩy xu hướng phát triển kết cấu bền vững và thân thiện với môi trường Tro bay, một phế thải công nghiệp từ các nhà máy nhiệt điện, đang được chú trọng xử lý và tái sử dụng, đặc biệt tại Đồng bằng sông Cửu Long Việc xử lý tro bay ảnh hưởng lớn đến môi trường xung quanh các nhà máy, như trường hợp nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân năm 2016 Trên thế giới, nhiệt điện than vẫn chiếm khoảng 40%-50% tổng nguồn điện, và Việt Nam cũng không ngoại lệ với tỷ lệ này Theo quy hoạch Điện VII, nhiệt điện than sẽ tăng lên trên 50% Việc nghiên cứu tái sử dụng tro bay đang được phát triển mạnh mẽ để tận dụng nguồn nguyên liệu này, đồng thời cải thiện môi trường sống và giảm ô nhiễm Hiện tại, Việt Nam sản xuất 600.000 tấn tro bay nhưng chỉ có 100.000 tấn được sử dụng.

2 điện ước tính hằng năm thải ra khoảng 1,3 triệu tấn tro bay Theo dự báo, đến năm

Năm 2020, sẽ có thêm 28 nhà máy nhiệt điện than đi vào hoạt động, dự kiến lượng tro xỉ thải ra hàng năm sẽ đạt khoảng 12 triệu tấn Bên cạnh đó, còn có một lượng lớn tro bay thải ra từ các lò cao trong các khu công nghiệp gang thép sử dụng nhiên liệu than.

Văn phòng Chính phủ đã công bố kết luận của Thủ tướng Chính phủ về các đề án điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực giai đoạn 2011 - 2020, với tầm nhìn đến năm 2030, cũng như Quy hoạch phát triển ngành Than Việt Nam đến năm 2020, nhằm xem xét triển vọng phát triển trong tương lai.

Đến năm 2030, sau hơn 4 năm thực hiện Quy hoạch điện VII và Quy hoạch than 60, ngành Điện và ngành Than Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng Giai đoạn 2011 - 2015, ngành Điện đóng góp vào tăng trưởng kinh tế với mức bình quân gần 6%/năm và sản lượng điện thương phẩm tăng 10,6%/năm, đưa tổng công suất nguồn điện lên gần 39.000 MW Thủ tướng Chính phủ yêu cầu phát triển 4 trung tâm nhiệt điện than tại miền Nam: Vĩnh Tân, Duyên Hải, Sông Hậu và Long Phú, trong khi các dự án nhiệt điện than khác chỉ được xem xét khi đáp ứng đủ điều kiện thuận lợi cho vận chuyển than và kết nối vào hệ thống điện quốc gia Do đó, việc tái sử dụng chất thải rắn từ ngành nhiệt điện than trở thành vấn đề cấp bách cần được giải quyết.

Hiện nay, đầu tư xây dựng công trình dân dụng và hệ thống hạ tầng tại Việt Nam đang diễn ra mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội và văn hóa Điều này dẫn đến sự gia tăng sản lượng xi măng Portland Tuy nhiên, trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, cần chú trọng đến việc sử dụng các nguyên liệu thân thiện với môi trường để thay thế xi măng truyền thống.

Măng trong thành phần bê tông đang được chú trọng, đặc biệt là việc nghiên cứu sử dụng tro bay thay thế xi măng cho các công trình như đê và đập Việc sử dụng hỗn hợp bê tông bơm trộn sẵn ngày càng phổ biến nhờ vào chất lượng vượt trội, độ ổn định và khả năng giảm ô nhiễm môi trường từ quá trình vận chuyển vật liệu Để đảm bảo tính bơm, hỗn hợp bê tông cần có độ sụt từ 8-12 cm và hàm lượng vữa đủ lớn để tạo lớp bôi trơn trong ống bơm Các thông số liên quan đến điều kiện công trường như loại bơm, kích cỡ và chiều dài ống bơm đã được xác định trước, khiến áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào kỹ thuật bơm và tính chất của hỗn hợp bê tông Thời gian vận chuyển cũng là yếu tố quan trọng, vì hỗn hợp bê tông thường được trộn tại trạm và vận chuyển đến công trường, đặc biệt trong khu vực đô thị có giao thông khó khăn Do đó, các thông số độ sụt thực tế không đủ để đánh giá khả năng bơm của bê tông, cần xem xét thêm các yếu tố liên quan đến tính lưu biến của hỗn hợp.

Hình 1.1 Thi công bê tông tại các công trường

Hình 1.2 Mô hình dòng chảy hỗn hợp bê tông trong thiết bị bơm [8]

Nghiên cứu thực nghiệm về việc kết hợp tro bay với các nguyên liệu trong cấp phối bê tông đã chỉ ra ảnh hưởng của tro bay đến khả năng thi công, vận chuyển và sử dụng hỗn hợp bê tông trong xây dựng Kết quả đánh giá cho thấy việc xác định tính công tác và khả năng thay đổi các đặc tính lưu biến của hỗn hợp bê tông là rất quan trọng để lựa chọn thiết bị và phương án thi công phù hợp.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu về đặc tính lưu biến của hỗn hợp bê tông đang được thực hiện trên toàn thế giới, với việc sử dụng các loại phụ gia hóa học và phụ gia khoáng để đánh giá ảnh hưởng đến độ linh động và khả năng làm việc của bê tông Các nghiên cứu cho thấy rằng đặc tính bề mặt của tro bay có thể làm thay đổi khả năng phân tán và tính chất của hỗn hợp bê tông, từ đó cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Việc sử dụng tro bay có khả năng kết hợp với các chất kết dính vô cơ, từ đó làm thay đổi các đặc trưng lưu biến của hỗn hợp vật liệu Điều này cho thấy tầm quan trọng của tro bay trong việc cải thiện tính chất của các vật liệu xây dựng và ứng dụng trong môi trường.

Tác giả Tattasall G.H (1983) đã nghiên cứu hỗn hợp bê tông có ứng xử lưu biến nhớt – dẻo theo mô hình Bingham, với hai thông số chính là ứng suất trượt và độ nhớt dẻo Nghiên cứu này tập trung vào các đặc tính của hỗn hợp bê tông và mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo Mô hình lưu biến được xây dựng nhằm đánh giá các thông số của bê tông tươi, từ đó xác định vai trò của các thành phần trong cấp phối bê tông và đánh giá khả năng làm việc cũng như điều kiện thi công trong các môi trường khác nhau.

Hình 1.3 Mô hình chất lỏng Bingham

Tác giả De Larrard và cộng sự (1994) đã nghiên cứu mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo, sử dụng mô hình chất lỏng Herschel-Bulkley để mô tả khả năng công tác và tính chảy của vữa xi măng Nghiên cứu này tập trung vào sự phân tán của các hạt xi măng trong môi trường bê tông, nhằm xây dựng mối liên hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo của hỗn hợp.

Nước là thành phần quan trọng trong việc tạo ra hỗn hợp huyền phù, ảnh hưởng đến độ nhớt dẻo của vữa Tính lưu biến của vữa sẽ quyết định khả năng lưu biến của hỗn hợp bê tông, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

Nghiên cứu của Ferraris và De Larrard (1998) đã phát triển mô hình toán mô phỏng tính lưu biến của hỗn hợp bê tông dựa trên các mô hình chất lỏng Herschel-Bulkley và Bingham Nghiên cứu này đã so sánh các đặc trưng lưu biến của bê tông thông qua ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo, sử dụng thí nghiệm từ lưu biến kế Độ sụt của hỗn hợp bê tông được xem như giá trị ban đầu để đánh giá tính lưu biến Ngoài ra, việc sử dụng các phụ gia dẻo, siêu dẻo và phụ gia khoáng có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt và ứng suất trượt Kết quả cho thấy độ nhớt dẻo là thành phần quan trọng trong lưu biến, và mô hình Bingham cho kết quả thực nghiệm chính xác hơn so với mô hình Herschel-Bulkley.

Hình 1.4 Mối quan hệ giữa độ sụt và ứng suất trượt tới hạn [16]

Nghiên cứu của Cyr và Legrand, Mouret (2000) đã chỉ ra mối liên hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo, được gọi là tính chất lưu biến Mối quan hệ này thường được thể hiện qua sự tương tác giữa ứng suất tiếp và vận tốc biến dạng trượt.

Để xác định các thông số lưu biến, người ta sử dụng lưu biến kế và đồ thị lưu biến thể hiện mối quan hệ giữa ứng suất tiếp và vận tốc biến dạng trượt Nghiên cứu tính chất lưu biến của bê tông thường bắt đầu từ hỗn hợp xi măng và nước, vì tính chất của bê tông chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính của vữa xi măng.

Tác giả Ferraris, C.F và Martys, N.S (2003) đã nghiên cứu mô hình chất lỏng Bingham để đánh giá và so sánh độ nhớt dẻo cùng ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông thông qua các dụng cụ lưu biến kế khác nhau Nghiên cứu chỉ ra rằng tính lưu biến của hỗn hợp bê tông ảnh hưởng đáng kể đến khả năng làm việc trong quá trình thi công bằng các phương pháp khác nhau Việc xác định khả năng lưu biến và ma sát của hỗn hợp bê tông sẽ tác động đến các thành phần nguyên liệu trong cấp phối bê tông ban đầu.

Nghiên cứu của Geiker (2002) và Wallevik (2004) chỉ ra rằng, khi tỷ lệ nước - xi măng tăng lên, giới hạn chảy và độ nhớt của vữa xi măng sẽ giảm, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của vữa Tỷ lệ nước - xi măng có tác động lớn đến tính lưu biến của hỗn hợp bê tông, cùng với các yếu tố như hàm lượng khí, cấp phối chất làm đầy, và phụ gia khoáng như tro bay và silicafume Ngoài ra, liều lượng vữa và thể tích hồ xi măng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các tính lưu biến của hỗn hợp bê tông.

Hình 1.5 Các thành phần ảnh hưởng đến tính lưu biến của vữa và bê tông [19,20]

Nghiên cứu của Hoang, Kaci, Kadri và cộng sự (2015) chỉ ra rằng tỷ lệ nước – xi măng và hàm lượng xi măng quá cao có thể gây ra phân tầng vữa xi măng, làm giảm tính lưu biến của chất lỏng Họ cũng nhấn mạnh rằng liều lượng vữa và hồ có ảnh hưởng đáng kể đến các thành phần lưu biến của hỗn hợp bê tông.

Nghiên cứu chỉ ra rằng đặc trưng lưu biến đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng thi công của hỗn hợp bê tông, với độ nhớt dẻo và ứng suất trượt tới hạn là hai yếu tố chính Việc sử dụng phụ gia khoáng kết hợp với chất kết dính xi măng cũng ảnh hưởng đến các thông số lưu biến của hỗn hợp.

1.2.2 Nghiên cứu tại Việt Nam

Hiện nay, Việt Nam đang nghiên cứu việc sử dụng phụ gia hóa học và phụ gia khoáng để cải thiện khả năng làm việc của bê tông Để đánh giá tính thi công của hỗn hợp bê tông, các kiểm tra về kích thước vật liệu và thông số độ sụt được thực hiện.

Hỗn hợp bê tông sản xuất tại các trạm trộn sẵn và nhà máy đúc sẵn thường sử dụng nhiều loại phụ gia hóa học, trong đó phụ gia tăng dẻo và siêu dẻo là phổ biến nhất Nhiều cơ sở nghiên cứu trong nước đã phát triển các loại phụ gia với giá cả cạnh tranh, như phụ gia tăng dẻo từ dịch kiềm đen và phụ gia siêu dẻo gốc Naphthalene Formaldehyde Sulfonate Đặc biệt, các sản phẩm này giúp cải thiện độ lưu động của bê tông, nhưng cũng dễ gặp hiện tượng phân tầng và tách nước khi sử dụng với hàm lượng lớn Để khắc phục tình trạng này, phụ gia khoáng có hoạt tính cao như silica fume và metacaolanh được khuyến nghị kết hợp với phụ gia siêu dẻo, nhằm tạo ra bê tông chất lượng cao và ổn định hơn.

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thành Chung (1988, 22) đã chỉ ra ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo-silic hoạt tính đến tính chất của vữa xi măng, với mục tiêu cải thiện độ linh động của vữa thông qua việc sử dụng các loại phụ gia hoạt tính.

Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước – chất kết dính đến độ linh động của hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay

- Nghiên cứu khả năng phân tán của tro bay và các đặc tính bề mặt của tro bay trong môi trường chất kết dính xi măng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phụ gia hóa học và tro bay đến khả năng lưu biến của hỗn hợp bê tông

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của thành phần tro bay, các loại phụ gia và phụ gia hóa học đối với thông số ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông Kết quả sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách các yếu tố này tác động đến tính chất cơ học và khả năng thi công của bê tông, từ đó tối ưu hóa công thức hỗn hợp cho các ứng dụng xây dựng.

- Đánh giá và so sánh các thông số lưu biến thực nghiệm của bê tông tro bay với các phương pháp số

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến khả năng làm việc và ảnh hưởng của tro bay đến cấu trúc của hệ vật liệu

- Đánh giá và xây dựng qui luật tác động của thành phần hạt tro bay đến tính lưu biến của vật liệu bê tông

- Thực nghiệm và đánh giá khả năng sử dụng tro bay trong bê tông để áp dụng cho các công trình xây dựng.

Tính mới của đề tài

- Đánh giá các yêu tố ảnh hưởng của các loại nguyên liệu đến tính lưu biến của hỗn hợp bê tông

- Đưa ra khả năng ứng dụng hệ nguyên vật liệu phù hợp cho bê tông trong các công trình xây dựng

- Đánh giá được ứng xử của vật liệu ở trạng thái linh động nhằm cung cấp các thông số để sử dụng phương pháp thi công phù hợp.

Nội dung đề tài

Luận văn này gồm 5 chương:

Chương 1: giới thiệu tổng quan về đề tài, mục đích nghiên cứu, điểm mới của đề tài và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước của các đề tài có liên quan

Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu được sử dụng đến trong đề tài

Chương 3: Trình bày tính chất vật liệu dùng trong nghiên cứu và các phương pháp đánh giá

Chương 4: Trình bày kết quả của quá trình thực nghiệm

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRẠNG THÁI CỦA QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN CHẤT KẾT DÍNH XI MĂNG [27]

Khi nhào trộn chất kết dính chứa xi măng, phản ứng thủy hóa giữa các khoáng trong xi măng và nước diễn ra ở giai đoạn đầu Cụ thể, phản ứng của khoáng alit 3CaO.SiO2 với nước là một trong những quá trình quan trọng trong giai đoạn này.

2(3CaO.SiO 2 ) + 6H 2 O → 3CaO.2SiO 2 3H 2 O + 3Ca(OH) 2 (1)

Vì đã có Ca(OH) 2 tách ra từ 3CaO.SiO 2 nên 2CaO.SiO2 thủy hóa chậm hơn và tách ra ít Ca(OH) 2 hơn:

2(2CaO.SiO2) + 4H 2 O →3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH) 2 (2)

3Cao.Al2O3 và 4CaO.Al 2 O3.Fe2O3 cũng phản ứng với nước:

4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 +mH 2 O→3CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 6H 2 O+CaO.Fe 2 O 3 nH 2 O (4)

Khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý, hóa lý và phản ứng hóa học diễn ra phức tạp, tạo ra sự biến đổi tổng hợp, khiến xi măng khi kết hợp với nước ban đầu là hồ dẻo và sau đó chuyển thành đá xi măng có cường độ Các khoáng chất trong xi măng tương tác với nước để tạo ra các sản phẩm mới, diễn ra đồng thời và ảnh hưởng lẫn nhau Những sản phẩm này cũng có thể tương tác với nhau và với các khoáng khác của clinker để hình thành các liên kết mới, tạo nên một hệ thống phức tạp về cấu trúc và sự biến đổi Để giải thích quá trình rắn chắc của xi măng, thuyết Baikor – Rebinder được áp dụng, chia quá trình này thành ba giai đoạn.

Trong giai đoạn hòa tan, khi xi măng được trộn với nước, các khoáng chất trong clanke sẽ phản ứng với nước trên bề mặt hạt xi măng, tạo ra các sản phẩm như Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O Tuy nhiên, do độ tan của các sản phẩm này không cao và lượng nước có hạn, dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hòa.

Trong giai đoạn hóa keo, trong dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm như Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O không còn tan mà tồn tại ở trạng thái keo Các sản phẩm etringit và C-S-H cũng ở thể keo phân tán do không tan Nước tiếp tục bị mất đi qua bay hơi và phản ứng với xi măng, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm mới, làm tăng tỷ lệ rắn/lỏng Hỗn hợp dần mất tính dẻo và các sản phẩm ở thể keo kết nối với nhau, hình thành thể ngưng keo.

Trong giai đoạn kết tinh, nước trong thể ngưng keo tiếp tục bị loại bỏ, dẫn đến sự hình thành ngày càng nhiều sản phẩm mới Những sản phẩm này sau đó kết tinh thành các tinh thể và chuyển sang thể liên tinh, giúp hệ thống trở nên cứng cáp hơn và gia tăng cường độ.

Hỗn hợp bê tông bao gồm các nguyên liệu như chất kết dính, cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ và nước Bê tông tro bay chứa thành phần hạt mịn là tro bay, được sản xuất từ quá trình đốt than, với kích thước hạt dao động từ 1 – 100 µm Tro bay có đặc điểm tích điện với các vùng tích điện dương và âm, trong đó các hạt mịn thường tích điện âm nhiều hơn gấp ba lần so với tích điện dương Các điện tích này tập trung ở các bề mặt phẳng và góc cạnh của hạt Sự hiện diện của các hạt chứa điện tích này ảnh hưởng đến môi trường nước, làm thay đổi khả năng tạo ra các trạng thái hóa keo và hòa tan của hạt xi măng.

Khi sử dụng hạt tro bay mịn trong vữa và hỗn hợp bê tông, không chỉ có các tương tác không mang điện như lực hút Van der Waals và lực đẩy Born mà còn tồn tại tương tác tĩnh điện giữa các nguyên tử và phân tử.

Tương tác tĩnh điện trong dung dịch chứa ion và hạt rắn tích điện được nghiên cứu bởi Gouy-Chapmann vào năm 2012 Theo ông, các ion trong dung dịch bị lực hút tĩnh điện kéo về phía bề mặt hạt rắn, tạo thành lớp điện tích dày 500 Å, gọi là lớp khuyếch tán Gouy-Chapmann Mật độ điện tích trong lớp này thay đổi theo hàm số mũ với khoảng cách từ bề mặt hạt rắn, tiến tới mật độ điện tích trung bình trong dung dịch Đối với các hạt mịn chủ yếu tích điện âm, lớp khuyếch tán sẽ chủ yếu mang điện tích dương.

Lý thuyết của Stern về sự trao đổi ion trên bề mặt các hạt mịn cho thấy rằng các ion trong dung dịch bám vào bề mặt hạt rắn tạo thành hai lớp điện tích Lớp bên trong, gọi là lớp Stern, chứa điện tích ngược dấu với hạt rắn, có chiều dày nhỏ và di chuyển cùng với hạt Ngoài lớp Stern là lớp khuyếch tán, chủ yếu chứa các ion mang điện tích cùng dấu với hạt rắn, có chiều dày từ 10 đến 1000 Å, giảm khi mật độ điện tích tăng Đối với hạt mịn, lớp Stern chủ yếu tích điện dương trong khi lớp khuyếch tán dày khoảng 10 Å chủ yếu tích điện âm Dù lý thuyết Gouy-Chapmann và Stern mô tả cấu trúc điện tích khác nhau, cả hai đều chỉ ra rằng lớp khuyếch tán đẩy nhau do cùng dấu điện tích Trong hạt xi măng, sự hiện diện đồng thời của vùng tích điện âm và dương dẫn đến lực hút và đẩy tĩnh điện giữa các lớp khuyếch tán Nghiên cứu cho thấy các tương tác này tạo nên cấu trúc kết bông của vữa xi măng, trong đó các hạt mịn hút nhau để hình thành chùm hạt kết nối.

Hình 2.1 Sự phân bố điện tích bao quanh các hạt xi măng theo Stern [ 27]

Quá trình hình thành khả năng lưu biến của hỗn hợp bê tông bắt đầu ngay từ giai đoạn nhào trộn các thành phần, bao gồm tro bay, điều này dẫn đến sự thay đổi điện tích và độ lưu động của hỗn hợp vật liệu.

CƠ SỞ LƯU BIẾN HỌC CỦA VẬT LIỆU

Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu được gọi là quy luật ứng xử lưu biến, hay phương trình lưu biến, với đồ thị lưu biến giúp phân biệt các loại ứng xử khác nhau Vật liệu được coi là tuyệt đối nhớt khi sự chảy xảy ra ngay từ gốc tọa độ của đồ thị lưu biến Ngược lại, nếu sự chảy chỉ bắt đầu khi ứng suất tiếp τ vượt qua giá trị τ0, được gọi là ứng suất trượt tới hạn, thì ứng xử lưu biến đó được xem là nhớt – dẻo.

16 a-Ứng suất trượt tới hạn (yield stress) với độ nhớt dẻo khác nhau b-Độ nhớt dẻo (plastic viscosity) ứng với ứng suất trượt tới hạn khác nhau

Hình 2.2 Trạng thái ứng suất tới hạn (yield stress) và độ nhớt dẻo (plastic viscosity) của hỗn hợp bê tông

Mô hình ứng xử lưu biến đơn giản nhất là mô hình ứng xử Newton, được đặc trưng bởi độ nhớt không đổi, hay còn gọi là độ nhớt tuyệt đối Mô hình này có thể áp dụng cho một số chất lỏng như dung dịch hòa tan và dung dịch huyền phù rất loãng Ngoài ra, hỗn hợp xi măng, vữa xi măng và bê tông cũng được nhào trộn theo mô hình này, với ứng suất trượt là yếu tố quan trọng.

A Ứng suất Độ nhớt dẻo

Khi trộn với nước, hỗn hợp sẽ tạo thành dung dịch có tính chất lưu biến, được đặc trưng bởi ứng suất trượt tới hạn và độ nhớt dẻo Ứng suất tiếp τ tỉ lệ tuyến tính với vận tốc biến dạng trượt, cho thấy ứng xử lưu biến Newton nếu vật liệu là tuyệt đối nhớt, hoặc ứng xử Bingham nếu vật liệu là nhớt – dẻo.

Hình 2.3 Đồ thị lưu biến tương ứng với những loại ứng xử lưu biến khác nhau

Hỗn hợp bê tông, bao gồm các thành phần như tro bay, ảnh hưởng đến khả năng lưu biến của vật liệu Bê tông có độ lỏng cao cho phép tự chảy và lấp đầy khuôn chỉ nhờ trọng lượng bản thân mà không cần tác động cơ học Để vữa hoặc bê tông có thể chảy, cần có ứng suất cắt τ để phá vỡ liên kết giữa các hạt xi măng, dẫn đến hành vi nhớt – dẻo của hỗn hợp.

Để xác định độ dẻo của hỗn hợp bê tông, cần đánh giá các thông số lưu biến học, vì mối quan hệ giữa ứng suất cắt và biến dạng phản ánh các thông số này Ứng suất cắt τ cần thiết để hỗn hợp có thể chảy được liên quan đến trượt tới hạn τ o, điều này giúp đánh giá khả năng làm việc và tính công tác của hỗn hợp bê tông.

CƠ CHẾ TƯƠNG TÁC CỦA CÁC PHỤ GIA VỚI HỖN HỢP BÊ TÔNG[28]

Độ dẻo của hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào tỷ lệ nước-xi măng; tỷ lệ này càng cao thì hỗn hợp càng dễ thi công, nhưng cũng dẫn đến tăng lỗ rỗng, ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ học Để giảm lượng nước thừa mà vẫn duy trì độ dẻo, phụ gia hóa học và khoáng thường được sử dụng Phụ gia hóa học giúp tăng khả năng giảm nước bằng cách cải thiện khả năng phân tán của các hạt xi măng, nhờ vào lực đẩy tĩnh điện và khả năng chống vón tụ của các chất hấp phụ Điều này làm thay đổi điện tích trên bề mặt hạt xi măng, tăng khả năng trao đổi điện tích trong nước, giúp hỗn hợp bê tông dễ dàng chuyển động hơn.

Hình 2.4 Cơ chế tương tác của phụ gia hóa học với các hạt xi măng để tạo tình lưu biến

Hình 2.5 Sự phân tán của các hạt xi măng trong môi trường nước khi không dùng phụ gia

Hình 2.6 Sự phân tán của các hạt xi măng trong môi trường nước khi dùng phụ gia siêu dẻo

Khi giảm tỷ lệ nước so với xi măng trong hỗn hợp bê tông, sự phân tán của các hạt xi măng sẽ bị giảm, dẫn đến hiện tượng vón cục Tuy nhiên, khi bổ sung phụ gia hóa học vào nước, môi trường nước sẽ thay đổi, giúp các hạt xi măng được phân tán đồng đều hơn trong quá trình nhào trộn Phụ gia không chỉ cải thiện quá trình hydrat hóa của hạt xi măng mà còn tăng cường hiệu quả giảm nước của vữa và bê tông nhờ vào sự gia tăng độ phân tán của các hạt xi măng.

Phụ gia tác dụng đến quá trình phân tán hạt xi măng chủ yếu theo 2 cơ chế như trên hình 2.7 như sau:

-Tác dụng tạo dẻo do lực đẩy tĩnh điện

-Tác dụng tạo dẻo do lực đẩy không gian a-mô hình hấp thụ của phụ gia dẻo

21 b-mô hình hấp thụ của phụ gia siêu dẻo

Hình 2.7 Cơ chế tác dụng với các hạt xi măng của phụ gia dẻo và phụ gia siêu dẻo

CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG LƯU BIẾN

Phương pháp xác định độ dẻo của bê tông bằng thí nghiệm Abrams là tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng từ những năm 1920, nhằm đánh giá độ linh động của bê tông Hỗn hợp bê tông bao gồm xi măng, cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn và tỷ lệ nước – xi măng, tạo ra độ dẻo cần thiết cho công tác thi công Mối quan hệ lưu biến của bê tông và vữa xi măng được nghiên cứu thông qua các thông số như độ chảy, góc chảy và khả năng bơm, cũng như điều kiện rung ép trong quá trình thi công Khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông được đánh giá dựa trên các thông số vật liệu, đặc biệt là độ chảy dẻo và độ sụt, nhằm xác định đường kính chảy xòe của vật liệu.

22 a-Mô hình côn Abrams b-Trạng thái dẻo thấp c-Trạng thái dẻo cao

Hình 2.8 Mô hình chảy của hỗn hợp bê tông khi có tính lưu biến cao theo phương pháp Abrams

Tác giả Tattersall dựa trên cơ sở lưu biến của chất lỏng từ nghiên cứu của Chapman và thí nghiệm xác định độ sụt Abrams để khảo sát hỗn hợp bê tông có ứng xử lưu biến nhớt – dẻo theo mô hình Bingham Mô hình này được đặc trưng bởi hai thông số chính là ứng suất trượt và độ nhớt dẻo, và tác giả đã đưa ra công thức mối quan hệ τ = τ0 + àγ (1).

Với τ : ứng suất cắt (Pa) τ 0: ứng suất trượt tới hạn (Pa) à : độ nhớt dẻo của hỗn hợp bờ tụng (Pa.s) γ: vận tốc biến dạng trượt (s -1 )

Thông số ứng suất cắt được xác định thông qua kết quả thực nghiệm độ sụt và thời gian theo thí nghiệm Abrams cải tiến Việc xác định các thông số độ sụt và thời gian sụt giúp xây dựng mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn (yield stress) và độ sụt của hỗn hợp bê tông, theo công thức τ = τ₀ + k * h, trong đó τ₀ là ứng suất trượt tới hạn (Pa).

Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông được ký hiệu là ρ (kg/m³) và độ sụt của hỗn hợp được ký hiệu là s (mm) Tác giả Hu [30] đã chỉ ra rằng giá trị ứng suất trượt tới hạn có sự sai lệch khi độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông vượt quá 300 Pa.s Dựa trên điều này, ông đã phát triển một mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ sụt thông qua công thức τ = 300 + 212.

Khi hỗn hợp bê tông đạt khả năng lưu biến cao, độ chảy xòe được xác định qua đường kính của hỗn hợp bê tông thí nghiệm bằng côn Abrams Tác giả Coussot đã nghiên cứu các đặc trưng kỹ thuật của bê tông liên quan đến khả năng lưu biến, từ đó xây dựng mối quan hệ giữa độ sụt, đường kính chảy xòe và ứng suất trượt tới hạn của bê tông.

Hình 2.9 Mô hình xác định độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông của Coussot [31]

Khi đó ứng suất trượt tới hạn sẽ được tính toán theo công thức:

Với ρ: trọng lượng hỗn hợp bê tông (kg/m 3 )

V: thể tích của hỗn hợp bê tông trong côn Abrams (m 3 ) g: gia tốc trọng trường

D: Đường kính chảy xòe của hỗn hợp bê tông dùng côn Abrams (m)

Do: đường kính chảy xòe khi chất lỏng có quán tính rất nhỏ, được xác định theo công thức

(6) k : hệ số xét đến quán tính của chất lỏng

3 4 ,25 (7) Ứng suất cắt được xác định

Mối quan hệ giữa độ nhớt dẻo và độ sụt của hỗn hợp bê tông được Larrard mô tả thông qua thời gian sụt của côn Abrams cải tiến Công thức tính độ nhớt dẻo (Pa.s) được xác định như sau: à = 1.08.10^-3 ρT (S - 175) khi 200 < S < 260 mm và à = 25.10^-3 ρT khi S < 200 mm Trong đó, ρ là khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (kg/m^3) và S là độ sụt của hỗn hợp bê tông (mm).

T: thời gian sụt của hỗn hợp bê tông (s)

Hình 2.10 Lưu đồ tính toán độ linh động của hỗn hợp bê tông tro baytheo Coussot

(kg/m 3 ): giá trị thay đổi ((m): giá trị thay đổi

( @@ )( Độ chảy xòe tính toán ( @@

NGUYÊN VẬT LIỆU

Sử dụng xi măng pooclăng PC40 là lựa chọn quan trọng để đảm bảo yêu cầu thiết kế và kinh tế cho công trình Các yêu cầu kỹ thuật của bê tông cần tuân thủ theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997, với khối lượng riêng đạt 3.07 g/cm³ và khối lượng thể tích là 1.41 g/cm³.

Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý của xi măng

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

Cường độ nén 3 ngày N/mm 2 22

Thời gian bắt đầu ninh kết phút 45

Kết thúc ninh kết phút 325 Độ mịn Blain cm 2 /g 2700

Tro bay loại F, có nguồn gốc từ nhà máy nhiệt điện, có khối lượng riêng 2.5 g/m³ và độ mịn Blain đạt 3400 cm²/g Thành phần hóa học của tro bay này được trình bày chi tiết trong bảng.

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của tro bay

Thành phần hoá học SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO

3.1.3 Đá Đá dăm sử dụng cho bê tông đường xi măng phải thoả mãn yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN 7570: 2006, có kích thước Dmax là 20 mm Khối lượng riêng là 2.75 g/cm 3 , khối lượng thể tích là 1.57 g/cm 3

Cát dùng cho bê tông đường xi măng cần đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7570: 2006, với mô đun độ lớn đạt 1.82 Ngoài ra, cát phải có khối lượng riêng 2.61 g/cm³ và khối lượng thể tích 1.52 g/cm³.

Phụ gia dẻo Sikaplast 257, được chế tạo từ polycacbonxylate với tỷ trọng từ 1.11 đến 1.135 kg/lít, giúp cải thiện khả năng thi công của hỗn hợp bê tông xi măng và giảm lượng nước cần thiết trong quá trình trộn.

Phụ gia siêu dẻo Viscocrete 3000 là sản phẩm gốc polycacbonxylate, có tỷ trọng từ 1.04 đến 1.07 kg/lít Sản phẩm này không chỉ giúp tăng độ chảy cho hỗn hợp bê tông mà còn duy trì tính công tác theo thời gian, đảm bảo hiệu quả trong quá trình thi công.

Bột của đá vôi nghiền mịn, thành phần chủ yếu là CaCO3 Bột đá vội có khối lượng riêng là 2.64 g/m 3 Độ mịn Blain 4900 cm 2 /g

Thành phần cấp phối thực nghiệm

Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng cấp phối bê tông với cấp độ bền thiết kế B20, sử dụng hàm lượng chất kết dính từ 400 đến 500 kg/m³ và tỷ lệ Nước/Chất kết dính (N/CKD) từ 0.4 đến 0.5 Thành phần hạt đá có kích thước tối đa Dmax là 20mm, với hàm lượng tro bay thay thế xi măng lần lượt là 10, 20, 30, 40 và 50% theo khối lượng Ngoài ra, nghiên cứu còn sử dụng các loại phụ gia như phụ gia dẻo, phụ gia siêu dẻo và bột đá vôi Thành phần cấp phối thực nghiệm được trình bày chi tiết trong bảng 3.3.

Bảng 3.3 Thành phần cấp phối bê tông tro bay thực nghiệm

CP N/CKD X C Đ TB Vôi PGD PGSD N

Kg Kg Kg Kg Kg Lít Lít Lít

CP N/CKD X C Đ TB Vôi PGD PGSD N

Kg Kg Kg Kg Kg Lít Lít Lít

CP N/CKD X C Đ TB Vôi PGD PGSD N

Kg Kg Kg Kg Kg Lít Lít Lít

N/CKD : tỷ lệ Nước/Xi măng; X: Xi măng, C: Cát, Đ : Đá, TB: Tro bay; PGD: Phụ gia dẻo; PGSD: Phụ gia siêu dẻo, N: Nước

Ti4: i% tro bay, tỷ lệ N/CKD =0.4

TiD4: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.4, sử dụng phụ gia dẻo

TiSD4: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.4, sử dụng phụ gia siêu dẻo

TiV4: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.4, sử dụng phụ gia dẻo và bột đá vôi

Ti5: i% tro bay, tỷ lệ N/CKD =0.5

TiD5: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.5, sử dụng phụ gia dẻo

TiSD5: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.5, sử dụng phụ gia siêu dẻo

TiV5: i% tro bay thay thế, tỷ lệ N/CKD =0.5, sử dụng phụ gia dẻo và bột đá vôi

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

3.3.1 Phương pháp xác định độ sụt và thời gian sụt

Tính lưu biến của hỗn hợp bê tông được đánh giá qua thí nghiệm xác định độ sụt bằng dụng cụ côn Abrams cải tiến Các thông số độ sụt (S-cm) và thời gian sụt (T, s) được đo lường bằng dụng cụ như trình bày trong Hình 3.1.

- Dụng cụ côn Abrams dùng để xác định độ sụt có dạng hình nón cụt và phễu được quy định trong tiêu chuẩn TCVN 3106 : 1993

- Tấm đế (mâm chảy) bằng mica cứng, phẳng, kích thước (1000 x 1000) mm, chiều dày ít nhất 3 mm Tấm đế được hàn với que thép có tròn có đường kính

6 mm chiều cao 350 mm, có chốt giữ cách tấm đế 200mm

- Tấm gia trọng bằng thép, có đường kính 95.25 mm, chiều dày 3.2 mm và có trục xoay đường kính 6.35mm

- Que đầm: làm bằng thép tròn trơn đường kính 16 mm, dài 600 mm, hai đầu múp tròn

Hình 3.1 Chuẩn bị thành phần phối liệu

Hình 3.2 Côn Abrams cải tiến [14], [15]

Thí nghiệm xác định các thông số trình bày trong Hình 3.2 theo các bước sau:

Đổ hỗn hợp bê tông vào côn qua phễu, chia thành ba lớp, mỗi lớp chiếm một phần ba chiều cao của côn Sau khi làm phẳng mặt trên côn, tiến hành rút côn lên theo phương thẳng đứng để xác định các thông số cần thiết.

- Thời điểm T=0 được xác định khi hỗn hợp bê tông được đầm hoàn thiện và côn Abrams cải tiến được rút lên

- Thời gian sụt T được xác định từ thời điểm T = 0 đến khi khối thép trên bề mặt di chuyển đi xuống đến chiều cao 100mm tính từ đỉnh côn Abrams

- Độ sụt của hỗn hợp bê tông được xác định sau thời gian 60s tính từ thời điểm T=0 a-Bắt đầu b-Xác định thời gian T c-Xác định độ sụt

Hình 3.3 Xác định độ sụt và thời gian sụt theo côn Abrams cải tiến [14], [15]

3.3.2 Phương pháp xác định đường kính chảy xòe và thời gian chảy T500

Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 9340 – 2012, sử dụng thiết bị côn thử độ sụt Abrams cùng với tấm đế và chày đầm theo TCVN 3106: 1993.

Hỗn hợp bê tông được đổ vào côn theo ba lớp và sau đó được san phẳng Tiếp theo, kéo côn lên từ từ theo phương thẳng đứng để đảm bảo hỗn hợp bê tông chảy đều và không bị đứt đoạn khi rơi xuống tấm thép.

Thí nghiệm xác định thời gian chảy T500 của hỗn hợp bê tông được thực hiện bằng cách đo thời gian từ khi bắt đầu rút côn đến khi đường kính hỗn hợp đạt 500 mm, với độ chính xác 5 mm Sau khi hỗn hợp dừng chảy, sử dụng thước đo để xác định đường kính chảy xòe theo hai cạnh vuông góc, cũng với độ chính xác 5 mm Việc kiểm tra này giúp đánh giá tính chất chảy của hỗn hợp bê tông.

Khi thi công bê tông, việc xác định 34 phân tầng tách nước là rất quan trọng, đặc biệt ở khu vực rìa mép hỗn hợp Các kích thước này chỉ nên được xác định khi bê tông chảy đều và không có vị trí nào bị khuyết sâu quá mức.

Độ chảy xòe của hỗn hợp bê tông, đo bằng milimet (mm) với độ chính xác đến 5 mm, được xác định bằng cách tính trung bình cộng của hai giá trị đường kính của khối bê tông sau khi chảy, với khoảng cách 50 mm so với cạnh ngoài của bề mặt khối bê tông.

Hình 3.4 Dụng cụ xác định độ chảy xòe

(a) Nón cụt Abrams , (b) Đo độ sụt của bê tông, (c) Đo đường kính chảy xòe

Hình 3.5 Xác định độ linh động chảy xòe bằng thí nghiệm Abrams Đường kính chảy xòe tính toán được xác định bằng công thức

Do: đường kính chảy xòe khi chất lỏng có quán tính rất nhỏ, được xác định theo công thức

(6) k : hệ số xét đến quán tính của chất lỏng

Ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông (τ) được đo bằng đơn vị Pascal (Pa), trong khi trọng lượng của hỗn hợp bê tông (ρ) được tính bằng kilogam trên mét khối (kg/m³) Thể tích của hỗn hợp bê tông trong côn Abrams (V) được tính bằng mét khối (m³) Gia tốc trọng trường (g) cũng là một yếu tố quan trọng, cùng với đường kính chảy xòe của hỗn hợp bê tông (D) được đo bằng mét (m).

3.3.3 Phương pháp xác định độ nhớt Độ nhớt được xác định thông qua giá trị của thời gian sụt của côn Abrams cải tiến và tính chất kỹ thuật của hỗn hợp bê tông tro bay theo công thức (9) và

(10) như sau [14, 15]: à = 1.08.10 -3 ρT (S - 175) khi 200 < S < 260 mm (9) à = 25.10 -3 ρT khi S < 200 mm (10)

Với à : độ nhớt dẻo của hỗn hợp bờ tụng (Pa.s) ρ: Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (kg/m 3 ) S: độ sụt của hỗn hợp bê tông (mm)

T: thời gian sụt của hỗn hợp bê tông (s)

3.3.4 Phương pháp xác định ứng suất trượt tới hạn

Thực nghiệm côn Abrams cải tiến được sử dụng để xác định độ sụt và thời gian sụt, từ đó xây dựng mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ sụt của hỗn hợp bê tông theo công thức (2) [32].

Với τ 0: ứng suất trượt tới hạn (Pa) ρ: Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông (kg/m 3 ) s: độ sụt của hỗn hợp bê tông (mm)

3.3.5 Phương pháp xác định thời gian chảy qua phễu V

Khi bê tông có độ lưu động cao, thời gian chảy của nó được xác định dựa trên độ nhớt và trọng lượng bản thân Thời gian chảy qua phễu hình V được đo bằng dụng cụ phễu V, như minh họa trong hình 3.4.

Hình 3.6 Thí nghiệm xác định thời gian chảy quan phễu V

Miệng phễu có kích thước 515mm X 75mm sau đó vuốt một đoạn 450mm và cuốn phễu dài 150mm có mặt cắt 65mm x 75mm

Để xác định thời gian chảy của hỗn hợp bê tông, tiến hành rót đầy phễu và làm phẳng bề mặt Sau đó, mở đáy dưới của phễu và đo thời gian từ lúc mở đến khi hỗn hợp bê tông chảy hết ra ngoài.

3.3.6 Phương pháp xác định cường độ nén

Việc chế tạo và bảo dưỡng mẫu bê tông được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 3118–2012, với mẫu hình lăng trụ có kích thước 150x300 mm Cường độ chịu nén của bê tông được xác định dựa trên công thức quy định.

Trong đó: R: cường độ nén, N/mm 2 α: hệ số phụ thuộc vào kích thước mẫu thực nghiệm, α=1 khi kích thước 150x300mm

F - Diện tích thiết diện tích chịu nén, mm 2

Hình 3.7 Mẫu bê tông sau được tháo khuôn để xác định cường độ nén

ẢNH HƯỞNG CỦAHÀM LƯỢNG TRO BAY VÀ THÀNH PHẦN PHỤ

Thành phần tro bay, khi kết hợp với các phụ gia hóa học và phụ gia bột, ảnh hưởng đến độ linh động của hỗn hợp bê tông và có khả năng điều chỉnh tính nhớt của nó, như được thể hiện trong kết quả thực nghiệm ở bảng 4.2.

Bảng 4.2 Độ nhớt dẻo và ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông

CP N/CKD Độ nhớt dẻo Ứng suất trượt tới hạn

CP N/CKD Độ nhớt dẻo Ứng suất trượt tới hạn

CP N/CKD Độ nhớt dẻo Ứng suất trượt tới hạn

CP N/CKD Độ nhớt dẻo Ứng suất trượt tới hạn

Hình 4.8 Ảnh hưởng của tro bay và tỷ lệ N/CKD đến độ nhớt của hỗn hợp bê tông

Hỗn hợp bê tông không chứa tro bay và phụ gia có độ nhớt dẻo dao động từ 500 – 700 Pa.s, phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD Khi hàm lượng tro bay tăng, độ nhớt dẻo có xu hướng giảm, với mức giảm lên đến 30% khi sử dụng 30-50% tro bay Đặc biệt, cấp phối với tỷ lệ N/CKD là 0.4 có độ nhớt dẻo cao hơn từ 40-60% so với cấp phối tỷ lệ 0.5.

Hỗn hợp bê tông có độ dẻo thấp và trung bình khi độ sụt thấp hơn 200 mm, với giá trị độ nhớt dẻo phụ thuộc chủ yếu vào thời gian sụt và trọng lượng thể tích của hỗn hợp Việc thay thế 30-50% xi măng bằng tro bay giúp giảm khối lượng thể tích của bê tông từ 3-5% do tro bay có khối lượng thể tích nhỏ hơn xi măng khoảng 25% Đồng thời, sử dụng tro bay cũng làm tăng độ sụt của hỗn hợp từ 10-15% và giảm thời gian sụt từ 30-50%.

Khi hỗn hợp bê tông có độ dẻo thấp, độ sụt không còn quan trọng, mà thời gian sụt lại ảnh hưởng lớn đến độ nhớt dẻo của vật liệu Nghiên cứu cho thấy, các hạt tro bay hình cầu có khả năng thay đổi cấu trúc kết bông của vữa xi măng Theo lý thuyết của Legrand, lực hút điện tích của các hạt xi măng bị thay thế bởi các hạt cầu tro bay, dẫn đến sự thay đổi trong tính nhớt của hỗn hợp bê tông.

Hình 4.9 Ảnh hưởng của tro bay và phụ gia dẻo đến độ nhớt của hỗn hợp bê tông

N/CKD=0.4, CKDP0, PGDN/CKD=0.5, CKD@0, PGD

Hình 4.10 Ảnh hưởng của tro bay và phụ gia siêu dẻo đến độ nhớt của hỗn hợp

Khi kết hợp tro bay với phụ gia dẻo và siêu dẻo trong cấp phối bê tông, độ sụt và độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông có sự thay đổi đáng kể Cụ thể, với cấp phối N/CKD là 0.4, độ nhớt bắt đầu ở khoảng 540 Pa.s và giảm dần xuống còn khoảng 400 Pa.s khi thêm 20% tro bay, tiếp tục giảm xuống khoảng 300 Pa.s với 40-50% tro bay Đối với cấp phối N/CKD là 0.5, độ nhớt ban đầu là khoảng 480 Pa.s và giảm liên tục đến 230 Pa.s khi sử dụng 30% tro bay, sau đó độ nhớt gần như không thay đổi khi tỷ lệ tro bay tăng lên 50%.

Độ nhớt của cấp phối N/CKD là 0.4 đạt khoảng 400 Pa.s, không thay đổi nhiều với 10% tro bay, nhưng giảm nhanh xuống gần 340 Pa.s khi sử dụng 20% tro bay Khi tro bay tăng lên 50%, độ nhớt thay đổi không đáng kể Đối với cấp phối N/CKD là 0.5, độ nhớt khoảng 350 Pa.s và không thay đổi nhiều với 30% tro bay, nhưng giảm xuống 330 Pa.s khi đạt 30% tro bay, và hầu như không thay đổi khi tro bay tăng đến 50%.

N/CKD=0.4, CKDP0, PGsDN/CKD=0.5, CKD@0, PGSD

Sự thay đổi độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng tro bay thay thế xi măng Khi kết hợp tro bay với phụ gia dẻo, độ nhớt dẻo giảm từ 40-50% Ngược lại, khi sử dụng tro bay cùng với phụ gia siêu dẻo, độ nhớt dẻo chỉ giảm từ 10-20%.

Tro bay kết hợp với phụ gia hóa học có vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất lưu biến của hỗn hợp bê tông, đặc biệt là làm giảm độ nhớt dẻo, biến nó thành chất lỏng Bingham Sự giảm độ nhớt này cho thấy hỗn hợp bê tông sử dụng tro bay có khả năng di chuyển dễ dàng hơn trong các thiết bị thi công, từ đó nâng cao tính công tác của bê tông.

Hình 4.11 Ảnh hưởng của tro bay và bột đá vôi, phụ gia dẻo đến độ nhớt hỗn hợp

Kết quả nghiên cứu cho thấy cấp phối với tỷ lệ N/CKD là 0.4 đạt độ nhớt khoảng 300 Pa.s, trong khi cấp phối với N/CKD là 0.5 đạt gần 600 Pa.s Khi tro bay được thay thế xi măng, sự thay đổi về độ nhớt là không đáng kể đối với cả hai cấp phối Đáng chú ý, khi tỷ lệ tro bay tăng dần đến 30%, độ nhớt mới có sự thay đổi rõ rệt Cụ thể, cấp phối N/CKD 0.4 cho thấy độ nhớt giảm từ 300 xuống 170 Pa.s.

N/CKD=0.4, CKDP0, PGD+Đá VôiN/CKD=0.5, CKD@0, PGD+Đá Vôi

Nghiên cứu cho thấy rằng khi tăng hàm lượng tro bay, giá trị độ nhớt của bê tông có xu hướng giảm, với mức giảm khoảng 20% đạt 480 Pa.s khi sử dụng tỷ lệ N/CKD là 0.5 Tuy nhiên, độ nhớt gần như không thay đổi khi hàm lượng tro bay vượt quá 30% Điều này chỉ ra rằng việc kết hợp phụ gia bột đá vôi với phụ gia dẻo có ảnh hưởng tích cực đến tính dẻo của bê tông ở tỷ lệ N/CKD thấp So với bê tông tự lèn, tỷ lệ N/CKD tối ưu thường nằm trong khoảng 0.35 – 0.4, và khi sử dụng tỷ lệ N/CKD cao, tác động của bột đá vôi đến độ nhớt và tính dẻo của hỗn hợp chất lỏng không còn rõ rệt.

Nghiên cứu cho thấy rằng hỗn hợp bê tông tro bay kết hợp với bột đá vôi và phụ gia dẻo có tính nhớt tốt hơn so với các cấp phối chỉ sử dụng phụ gia dẻo hoặc phụ gia siêu dẻo Kết quả này giúp làm rõ vai trò của tro bay khi kết hợp với phụ gia bột và phụ gia tạo dẻo, ảnh hưởng đến đặc tính nhớt của hỗn hợp bê tông.

Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và thành phần phụ gia đến ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông

0 10 20 30 40 50 Ứ n g su ất t rư ợ t tớ i h ạn ( P a)

Hình 4.12 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay và ứng suất trượt tới hạn

Hình 4.13 Mối quan hệ hàm lượng tro bay, phụ gia dẻo và ứng suất trượt tới hạn

Kết quả từ hình 4.12 cho thấy ứng suất trượt tới hạn của bê tông đạt khoảng 2400 Pa, nhưng giảm hơn 2 lần xuống còn 900 Pa khi sử dụng phụ gia dẻo và siêu dẻo Ngoài ra, khi thay thế xi măng bằng tro bay, giá trị ứng suất trượt tới hạn có xu hướng giảm dần; đặc biệt, với hàm lượng tro bay 50%, ứng suất trượt tới hạn giảm khoảng 15%.

Khi sử dụng cấp phối với tỷ lệ N/CKD là 0.5, ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông giảm khoảng 10% so với tỷ lệ N/CKD là 0.4, như thể hiện trong Hình 4.13 Các cấp phối sử dụng tro bay cũng cho thấy xu hướng giảm dần của ứng suất trượt tới hạn, trong đó cấp phối kết hợp tro bay và phụ gia dẻo đạt mức suy giảm lên tới 25%.

0 10 20 30 40 50 Ứ n g su ất t rư ợ t tớ i h ạn ( P a)

N/CKD=0.4, Tro bay +PGDN/CKD=0.5, Tro bay +PGD

Hình 4.14 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia siêu dẻo và ứng suất trượt tới hạn

Hình 4.15 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia dẻo, bột đá vôi và ứng suất trượt tới hạn

0 10 20 30 40 50 Ứ n g su ất t rư ợ t tớ i h ạn ( P a)

N/CKD=0.4, Tro bay + PGsD N/CKD=0.5, Tro bay +PGSD

0 10 20 30 40 50 Ứ n g su ất t rư ợ t tớ i h ạn ( P a)

N/CKD=0.4, Tro bay+PGD+Đá vôii N/CKD=0.5, Tro bay +PGD+ đá vôi

Khi tỷ lệ tro bay đạt 50%, việc sử dụng phụ gia siêu dẻo giúp giảm giá trị ứng suất trượt tới hạn từ 900 Pa xuống khoảng 750 Pa.

Khi tỷ lệ N/CKD thay đổi từ 0.4 đến 0.5, ứng suất trượt tới hạn giảm xuống 600 Pa, như thể hiện trong Hình 4.14 Sự thay đổi này chủ yếu xảy ra với hàm lượng tro bay từ 10 đến 20%, trong khi hàm lượng tro bay cao hơn không tạo ra sự biến động đáng kể Ngoài ra, chênh lệch ứng suất trượt tới hạn giữa các cấp phối có tỷ lệ N/CKD khác nhau cũng không đáng kể.

Hình 4.15 trình bày kết quả cho thấy khi sử dụng phụ gia bột đá vôi kết hợp với phụ gia dẻo, ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông giảm từ 1000 Pa xuống.

Khi tỷ lệ N/CKD là 0.4, ứng suất trượt tới hạn đạt 600 Pa, trong khi giảm xuống 600 Pa từ 850 Pa khi tỷ lệ N/CKD là 0.5 Thực nghiệm cho thấy việc sử dụng bột đá vôi và phụ gia có khả năng giảm ứng suất trượt tới hạn từ 20-40%, và sự khác biệt khi sử dụng tỷ lệ N/CKD với hàm lượng tro bay cao không đáng kể.

Giá trị ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông phụ thuộc chủ yếu vào phụ gia hóa học và bột đá vôi, hơn là tác động của tro bay Sự giảm dần của giá trị ứng suất trượt tới hạn cho thấy rằng việc sử dụng phụ gia dẻo kết hợp với bột đá vôi và tro bay giúp cải thiện tính nhớt dẻo của vật liệu Nhờ đó, hỗn hợp bê tông có tro bay có thể tạo ra áp lực dịch chuyển thấp hơn trong các thiết bị thi công, từ đó nâng cao tính công tác của hỗn hợp.

Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và phụ gia đến khả năng chảy và thời gian chảy của hỗn hợp bê tông

Khi tro bay được kết hợp với phụ gia hóa học và phụ gia bột, tính dẻo của hỗn hợp bê tông tăng cao Để xác định các thông số lưu biến, cần khảo sát khả năng chảy xòe của hỗn hợp khi đạt độ linh động cao Tính lưu biến cao của bê tông tro bay và các phụ gia dẻo, siêu dẻo đã được thực nghiệm thông qua tính chất chảy xòe và thời gian chảy qua phễu V, với kết quả được trình bày trong bảng 4.3.

Bảng 4.3 Khả năng chảy và thời gian chảy của hỗn hợp bê tông tro bay

Thời gian T500 mm giây giây mm giây giây

Hình 4.18 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia dẻo và độ chảy xòe

Hình 4.19 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia siêu dẻo và độ chảy xòe

N/CKD=0.4,tro bay + PGD N/CKD=0.5, Tro bay +PGD

N/CKD=0.4, Tro bay+ PGSDN/CKD=0.5, Tro bay + PGSD

Hình 4.20 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia dẻo, bột đá vôi và độ chảy xòe

Kết quả từ Hình 4.18 cho thấy độ chảy xòe đạt khoảng 400 mm với 50% tro bay thay thế và tỷ lệ N/CKD là 0.4 Độ chảy xòe có thể vượt quá 500 mm khi tỷ lệ N/CKD tăng lên 0.5 Sử dụng phụ gia siêu dẻo, độ chảy xòe có thể đạt 600 mm với tỷ lệ N/CKD là 0.4 và gần 700 mm khi tỷ lệ N/CKD là 0.5, như thể hiện trong Hình 4.19 Khi kết hợp phụ gia bột đá vôi và phụ gia dẻo, độ chảy xòe có thể đạt 700 mm với cả hai tỷ lệ N/CKD là 0.4 và 0.5, như mô tả trong Hình 4.20.

N/CKD=0.4, Tro bay+PGD+Đá VôiN/CKD=0.5, Tro bay+PGD+Đá Vôi

Hình 4.21 Khả năng chảy xòe của hỗn hợp bê tông, xác định T500 và thời gian chảy xòe

Độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông đóng vai trò quan trọng trong khả năng chảy tràn trên bề mặt phẳng khi được kiểm tra bằng thiết bị côn Abrams Việc sử dụng bột đá vôi kết hợp với phụ gia dẻo giúp nâng cao độ dẻo của hỗn hợp, trong khi phụ gia siêu dẻo giảm ứng suất trượt tới hạn, tạo điều kiện cho hỗn hợp bê tông có khả năng chảy tràn tốt So với yêu cầu kỹ thuật của bê tông tự lèn với độ chảy xòe từ 600 – 800 mm, tro bay kết hợp với phụ gia hóa học và phụ gia bột có thể đáp ứng tiêu chuẩn này Tính nhớt dẻo và lưu biến cao của hỗn hợp vật liệu mới cho phép đạt được mức linh động cao, đồng thời nhấn mạnh vai trò của phụ gia hóa học và phụ gia bột trong việc cải thiện độ nhớt dẻo và tính lưu biến của bê tông.

Đặc tính chảy tràn của hỗn hợp bê tông cho phép đạt yêu cầu của bê tông tự lèn, do đó, việc thực nghiệm đánh giá các thông số thời gian là cần thiết.

60 chảy và thời gian đạt khả năng chảy xòe, kết quả thực nghiệm so sánh trình bày trong hình 4 22 – 4 25

Hình 4.22 Mối quan hệ giữa tro bay- phụ gia siêu dẻo và thời gian chảy T500

Hình 4.23 Mối quan hệ giữa tro bay, PGD và đá vôi và thời gian chảy T500 y = 0,06x + 0,5 R² = 0,84 y = 0,0543x + 1,4762 R² = 0,7547

N/CKD=0.4, Tro bay+PGSD N/CKD=0.5, Tro bay +PGSD y = 0,0686x + 1,619 R² = 0,8816 y = 0,0686x + 1,9524 R² = 0,8816

N/CKD=0.4, Tro bay+bột Đá VôiN/CKD=0.5, Tro bay + bột Đá Vôi

Khả năng chảy xòe của hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào thời gian đạt đường kính chảy 500mm Khi sử dụng phụ gia siêu dẻo, thời gian chảy có xu hướng tăng dần, đạt khoảng 4 giây với tỷ lệ N/CKD là 0.4 và gần 5 giây với tỷ lệ N/CKD là 0.5 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay và thời gian chảy là tuyến tính; với cùng hàm lượng tro bay, cấp phối N/CKD là 0.5 kết hợp với phụ gia siêu dẻo cho thời gian chảy xòe cao hơn Cụ thể, thời gian chảy của cấp phối N/CKD 0.5 cao hơn khoảng 1 giây so với cấp phối N/CKD 0.4.

Sử dụng phụ gia bột đá vôi kết hợp với phụ gia dẻo cho thấy thời gian chảy T500 đạt khoảng 5 giây với tỷ lệ N/CKD là 0.4 và gần 6 giây khi tỷ lệ N/CKD là 0.5 Mối quan hệ tuyến tính giữa hàm lượng tro bay và thời gian chảy cho thấy tro bay đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tính nhớt dẻo và độ lưu biến cao của hỗn hợp bê tông Cấp phối N/CKD 0.4 có thời gian chảy chỉ thấp hơn khoảng 1/3 giây so với cấp phối N/CKD 0.5 Sự khác biệt trong thời gian chảy T500 giữa các cấp phối khi sử dụng bột đá vôi và phụ gia dẻo không lớn như khi thực nghiệm với phụ gia siêu dẻo Hỗn hợp bê tông với tro bay và bột đá vôi cho thấy tính dẻo- nhớt gần tương đương nhau ở các tỷ lệ N/CKD khác nhau.

Phụ gia siêu dẻoBột đá vôi-Phụ gia

Hình 4.24 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia và thời gian chảy T500 với N/CKD là 0.5

Theo yêu cầu của bê tông tự lèn, thời gian đạt đường kính chảy xòe khoảng 6 giây Kết quả cho thấy, khi so sánh ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo và bột đá vôi kết hợp với tro bay, bột đá vôi có thời gian chảy T500 tương tự khi sử dụng 10% tro bay Khi hàm lượng tro bay tăng, hỗn hợp tro bay – bột đá vôi có khả năng đạt thời gian 6 giây tốt hơn so với hỗn hợp tro bay – phụ gia siêu dẻo Bột đá vôi tạo ra đặc tính dính và nhớt, giúp hỗn hợp bê tông chảy xòe trên bề mặt phẳng Thời gian chênh lệch giữa hai loại cấp phối này khoảng gần 1 giây, và khi hàm lượng tro bay tăng, vai trò của bột đá vôi và phụ gia dẻo càng ảnh hưởng rõ rệt đến hỗn hợp bê tông tro bay.

Hàm lượng N/CKD cao trong hỗn hợp bê tông – tro bay giúp đạt thời gian chảy 6 giây, đáp ứng tiêu chuẩn cho bê tông tự lèn Sử dụng phụ gia bột đá vôi không chỉ làm tăng độ lưu biến của hỗn hợp bê tông mà còn cải thiện khả năng chảy xòe so với việc sử dụng phụ gia siêu dẻo.

Hình 4.25 Ảnh hưởng của tro bay, phụ gia và thời gian chảy phễu V

Thời gian hỗn hợp bê tông chảy qua phễu hình V giảm dần theo hàm lượng tro bay, với thời gian chảy thấp nhất đạt gần 6 giây khi sử dụng phụ gia siêu dẻo và dưới 5 giây với phụ gia bột đá vôi Bột đá vôi và phụ gia dẻo giúp giảm thời gian chảy, cho thấy khả năng kéo hỗn hợp bê tông thành dòng liên tục và lưu biến cao Mối quan hệ giữa thời gian chảy và hàm lượng tro bay là tuyến tính; với cùng hàm lượng tro bay, cấp phối dùng phụ gia siêu dẻo có thời gian chảy cao hơn so với cấp phối dùng bột đá vôi Việc điều chỉnh các cấp phối bằng cách kết hợp phụ gia dẻo, bột đá vôi và tro bay sẽ ảnh hưởng đến tính chất hỗn hợp bê tông Nghiên cứu của tác giả Coussot cho thấy giá trị thực nghiệm của hỗn hợp bê tông tro bay khi đạt độ lưu biến cao với các phương trình y = -0,0406x + 8,381 (R² = 0,9888) và y = -0,0477x + 7,1762 (R² = 0,989).

Phụ gia siêu dẻoBột đá vôi-Phụ gia

64 công thức thực nghiệm (5) xác định độ chảy xòe của hỗn hợp bê tôngtheo ứng suất trượt tới hạn Kết quả đánh giá trình bày trong bảng 4.4

Bảng 4.4 So sánh giá trị ứng suất trượt tới hạn và độ chảy xòe

Do b k D Sai số mm mm % mm mm %

T04 395 0.32 0.76 301 0.26 T05 409 0.27 0.82 335 11.75 T14 395 0.32 0.76 301 0.21 T15 409 0.28 0.82 335 11.70 T24 395 0.32 0.76 301 0.17 T25 409 0.28 0.82 335 11.65 T34 403 0.30 0.79 320 6.69 T35 418 0.25 0.86 360 12.50 T44 403 0.30 0.79 320 6.64 T45 418 0.25 0.86 360 12.45 T54 403 0.30 0.79 320 6.59 T55 418 0.25 0.86 360 2.77 T0D4 418 0.25 0.86 361 12.71 T0D5 437 0.20 0.95 413 3.32 T1D4 418 0.25 0.86 360 6.02 T1D5 437 0.20 0.95 413 -3.94 T2D4 418 0.25 0.86 360 5.96 T2D5 446 0.18 0.98 439 -2.45 T3D4 425 0.23 0.89 379 5.36 T3D5 446 0.18 0.98 439 -6.65 T4D4 425 0.23 0.89 379 2.45 T4D5 462 0.15 1.05 485 -0.99 T5D4 425 0.23 0.89 379 -5.30 T5D5 462 0.15 1.05 485 -4.94 T0SD4 476 0.13 1.10 525 2.90 T0SD5 492 0.11 1.16 570 3.61 T1SD4 476 0.13 1.10 524 2.81 T1SD5 492 0.11 1.16 569 3.53 T2SD4 492 0.11 1.16 569 7.40 T2SD5 492 0.11 1.16 569 -1.90 T3SD4 492 0.11 1.16 569 -1.96 T3SD5 512 0.09 1.22 624 0.62 T4SD4 492 0.11 1.16 568 -5.32 T4SD5 511 0.09 1.22 623 -4.11 T5SD4 491 0.11 1.16 568 -6.96 T5SD5 511 0.09 1.22 623 -8.43 T0VD4 463 0.15 1.05 486 -8.33 T0VD5 476 0.13 1.10 523 -8.18 T1VD4 462 0.15 1.05 485 -11.73 T1VD5 492 0.11 1.16 568 -3.70 T2VD4 483 0.12 1.13 544 -6.15 T2VD5 491 0.11 1.16 568 -12.66 T3VD4 483 0.12 1.13 544 -10.85 T3VD5 511 0.09 1.22 622 -8.49 T4VD4 511 0.09 1.22 622 -2.86 T4VD5 511 0.09 1.22 622 -11.19 T5VD4 510 0.09 1.22 621 -10.00 T5VD5 511 0.09 1.22 621 -12.52

Hình 4.26 So sánh mối quan hệ giữa độ chảy xòe và ứng suất trượt tới hạn

Kết quả thực nghiệm cho thấy khi sử dụng tro bay, đường kính chảy xòe của hỗn hợp bê tông đạt hơn 700 mm Theo hình 4.26, công thức xác định đường kính chảy xòe dựa trên ứng suất trượt tới hạn theo Coussot dao động từ 400 đến trên 500 mm, với sai số giữa thực nghiệm và công thức Coussot nằm trong khoảng -12.5% đến 12.5% So với ứng suất trượt tới hạn khoảng 1250, sự so sánh này cho thấy tính chính xác của công thức.

Công thức Coussot và kết quả thực nghiệm cho thấy sự tương đồng với đường kính chảy xòe đạt 450 mm Đặc biệt, công thức Coussot đã được bổ sung hệ số k để phản ánh tính lưu biến cao của hỗn hợp bê tông, với kết quả thể hiện rõ trong hình 4 Cụ thể, đường biểu diễn có phương trình y = 47819x -0,662 với R² = 0,9661 và y = 1813,5x -0,197 với R² = 0,9993.

0 500 1000 1500 2000 2500 Độ chảy xòe (mm) Ứng suất trượt tới hạn (Pa)

Thực nghiệmCông thức Coussot

Hình 4.27 So sánh mối quan hệ giữa độ chảy xòe và ứng suất trượt tới hạn khi sử dụng hệ số điều chỉnh k

Kết quả từ việc áp dụng hệ số điều chỉnh k cho thấy đường kính chảy xòe của hỗn hợp bê tông theo phương pháp Coussot tương ứng với các kết quả thực nghiệm, như được minh họa trong hình.

Khi ứng suất trượt tối hạn vượt quá 1000 Pa, độ chảy xòe thực tế thấp hơn so với dự đoán của công thức Coussot Ngược lại, khi ứng suất trượt tới hạn dưới 1000 Pa, thực nghiệm cho thấy đường kính chảy xòe cao hơn Đặc biệt, tại ứng suất trượt tới hạn khoảng 600 Pa, hiện tượng này càng rõ rệt.

Kết quả thực nghiệm cho thấy đường kính chảy xòe đạt 700mm, vượt qua giá trị 600mm theo công thức Coussot Mối quan hệ giữa ứng suất trượt tới hạn và độ chảy xòe được mô tả bằng phương trình y = 22341x - 0.555, với hệ số xác định R² = 0.9963, trong đó x đại diện cho ứng suất trượt tới hạn (Pa).

0 500 1000 1500 2000 2500 Độ chảy xòe (mm) Ứng suất trượt tới hạn (Pa)

Thực nghiệmCông thức Coussot

Độ nhớt dẻo và ứng suất trượt tới hạn của hỗn hợp bê tông được xác định từ thời gian sụt và độ sụt, cho phép đánh giá vai trò của các hạt tro bay trong việc thay đổi tính lưu biến, khả năng chảy và thời gian chảy của bê tông Kết quả so sánh với công thức Coussot cho thấy sự tương đồng giữa giá trị thực nghiệm và phương pháp số trong việc xây dựng các thông số lưu biến của hỗn hợp bê tông.

Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và phụ gia đến khả năng phát triển cường độ của bê tông

Nghiên cứu vai trò của tro bay khi kết hợp với các phụ gia khác nhau cho thấy ảnh hưởng rõ rệt của phụ gia đến tính nhớt và độ dẻo của hỗn hợp bê tông Khả năng làm việc của hỗn hợp bê tông ảnh hưởng lớn đến điều kiện thi công và tính chất cường độ của vật liệu Thực nghiệm đã xác định vai trò của các yếu tố này đến cường độ bê tông, như trình bày trong hình 4.29.

Hình 4.28 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia và cường độ nén khi tỷ lệ

N/CKD=0.4Phụ gia dẻoPhụ gia siêu dẻoBột đá vôi-Phụ gia

Hình 4.29 Cấu trúc bề mặt bê tông tro bay sau 28 ngày

Hình 4.30 Cấu trúc bề mặt bê tông tro bay sử dụng phụ gia dẻo

Kết quả đánh giá cường độ chịu nén của bê tông cho thấy sự thay đổi đáng kể khi sử dụng phụ gia trong thành phần cấp phối Cường độ bê tông đạt được khoảng

Cường độ bê tông 40 N/mm² tương ứng với cấp phối N/CKD là 0.4, có xu hướng tăng khi sử dụng phụ gia dẻo và siêu dẻo Tuy nhiên, cường độ giảm rõ rệt khi kết hợp bột đá vôi với phụ gia dẻo Khi hàm lượng tro bay thay thế xi măng tăng, cấp phối có phụ gia dẻo và siêu dẻo chỉ giảm nhẹ cường độ đến 20% tro bay, nhưng giảm khoảng 10% khi sử dụng 40-50% tro bay Đối với cấp phối không dùng phụ gia và cấp phối có phụ gia kết hợp bột đá vôi, cường độ giảm đều theo hàm lượng tro bay Thực nghiệm cho thấy việc thay thế xi măng bằng tro bay làm giảm cường độ bê tông khoảng 10-15%.

Phân tích bề mặt cấu trúc bê tông tro bay sau khí đóng rắn bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy sự tồn tại của các hạt cầu tro bay với kích thước từ 1-5µm bao bọc quanh hạt cốt liệu Hình ảnh cũng chỉ ra rằng trong vùng chuyển tiếp giữa các hạt cốt liệu, các hạt tro bay chưa phản ứng hoàn toàn nằm lẫn trong các lỗ rỗng của vật liệu Điều này cho thấy quá trình hydrat hóa và phản ứng pozzolanic chưa diễn ra hoàn chỉnh, dẫn đến việc lượng nước sử dụng để tạo độ nhớt dẻo cho hỗn hợp bê tông để lại các lỗ rỗng trên bề mặt vật liệu, từ đó làm giảm cường độ của bê tông.

Hình 4.31 Mối quan hệ giữa hàm lượng tro bay, phụ gia và cường độ nén khi tỷ lệ

Hình 4.31 cho thấy ảnh hưởng của tro bay và các loại phụ gia đến cường độ nén của bê tông với tỷ lệ N/CKD là 0.5 Cường độ nén đạt khoảng 36 N/mm², với mức cao nhất gần 45 N/mm² khi sử dụng bột đá vôi và phụ gia dẻo kết hợp Tuy nhiên, cường độ nén có xu hướng giảm khi hàm lượng tro bay tăng, giảm khoảng 10-20% khi sử dụng đến 50% tro bay Cấp phối sử dụng bột đá vôi và phụ gia dẻo cho thấy khả năng phát triển cường độ tốt hơn so với các cấp phối khác.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các thành phần phụ gia hóa học và bột đá vôi kết hợp với hàm lượng tro bay có ảnh hưởng đáng kể đến các thông số lưu biến của vật liệu Sự kết hợp này không chỉ tác động đến cấu trúc đặc chắc của bê tông mà còn góp phần cải thiện cường độ nén của bê tông Do đó, việc sử dụng các loại phụ gia kết hợp với tro bay cần được cân nhắc kỹ lưỡng, đặc biệt là trong thiết kế tỷ lệ N/CKD cho hỗn hợp bê tông vữa.

N/CKD=0.5Phụ gia dẻoPhụ gia siêu dẻoBột đá vôi-Phụ gia

71 có tính dẻo- nhớt phù hợp với thiết bị thi công, qui trình vận hành và sự ổn định cường độ của bê tông