BÁO CÁO THỰC HÀNH 2 VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Để hạn chế sự tác động đến môi trường từ các nhà máy sản xuất xi măng, việc thay thế lượng xi măng bằng một chất độn khoáng – phụ gia để giảm lượng xi măng cần thiết cho quá trình phối t

BÁO CÁO THỰC HÀNH 2 VẬT LIỆU XÂY DỰNG

LỚP THỰC HIỆN : XDC22B – XDC23A

5 Nguyễn Vũ Hoàng Phương 2340809 XDC23A

N3

N4

MỤC LỤ

C

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về thí nghiệm 4

1.2 Giới thiệu nội dung thực hiện thí nghiệm 4

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CẤP PHỐI

2.1 Thông số vật liệu 6

2.2 Thiết kế cấp phối bê tông 6

2.3 Thiết kế các cấp phối thí nghiệm 10

CHƯƠNG 3 KIẾM TRA CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN – ĐỘ MÀI MÒN

3.1 Phương pháp thí nghiệm: 12

3.2 Trình tự thí nghiệm 13

3.3 Đo cường độ chịu nén của mẫu bê tông: 21

3.4 Kiếm tra độ mài mòn của mẫu bê tông: 25

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về thí nghiệm

Cùng với sự phát triển của quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa trên thế

giới cũng như tại Việt Nam, kéo theo sự phát triển không ngừng của ngành công

nghiệp xây dựng Vì thế, nhu cầu về vật liệu xây dựng để sản xuất các loại bê tông

đáp ứng cho các công trình ngày càng tăng cao Việc khai thác và sản xuất các loại

vật liệu truyền thống tác động mạnh đến môi trường, gây ô nhiễm môi trường trầm

trọng, đặc biệt là quá trình sản xuất vật liệu xi măng Cụ thể, để có 1 tấn xi măng thì

ngành công nghiệp sản xuất thải ra môi trường 1 tấn khí CO2, đây là một trong

những

nguyên nhân dẫn đến hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu Để hạn chế sự tác động

đến môi trường từ các nhà máy sản xuất xi măng, việc thay thế lượng xi măng bằng

một chất độn khoáng – phụ gia để giảm lượng xi măng cần thiết cho quá trình phối

trộn bê tông, nhưng vẫn đảm bảo các đặc tính cơ học, chịu lực, chất lượng, độ bền

cho vật liệu bê tông là một vấn đề cần thiết

Trong khi đó, hàng năm ở nước ta có hàng chục nhà máy nhiệt điện và gang

thép đã thải ra hàng triệu tấn tro bay Với lượng tro bay rất lớn, nếu không được tái

sử dụng có hiệu quả thì sẽ lãng phí nguồn tài nguyên và ảnh hưởng nghiêm trọng

đến môi trường sống Theo như các nghiên cứu khoa học, tro bay có thể được sử

dụng như một phụ gia khoáng trong quá trình sản xuất bê tông, là một hướng sản

xuất “bê tông xanh”, nhằm giảm thiểu lượng xi măng cần thiết trong quá trình phối

trộn những vẫn mang lại chất lượng, cường độ cao cho bê tông Tuy nhiên, việc

phối trộn phải theo một tỷ lệ, thành phần cấp phối nhất định để không đạt được hiệu

quả cao nhất Ở phạm vi học phần này, sẽ thực hiện thiết kế cấp phối với các tỷ lệ

tro bay trong hỗn hợp bê tông khác nhau, để tìm ra một cấp phối tối ưu vừa giảm

thiểu lượng xi măng cao nhất nhưng vẫn không làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm

việc của bê tông Từ thí nghiệm nay, hướng tới việc ứng dụng việc tận dụng phế

phẩm công nghiệp tro bay vào quá trình sản xuất vật liệu bê tông, từ đó giảm thiểu

sự tác động đến môi trường là nội dung mà báo cáo này hướng tới

1.2 Giới thiệu nội dung thực hiện thí nghiệm

Thí nghiệm thực hiện thiết kế cấp phối bê tông với tỷ lệ tro bay khác nhau

trong hỗn hợp (tỷ lệ FA chiếm lần lượt 0%, 20%, 40%, 60% lượng xi măng trong

hỗn hợp) Thực hiện kiểm tra cường độ chịu nén, độ mài mòn của mẫu ở 28 ngày

tuổi để đánh giá sự ảnh hưởng của phụ gia khoáng tro bay đối với cường độ chịu

nén của bê tông, đồng ra tìm ra tỷ lệ tro bay tối ưu, vừa giảm thiểu lượng xi măng

cần thiết, đảm bảo được chất lượng của bê tông và hướng tới cải thiện hiệu suất làm

việc của bê tông Về phương pháp và các tiêu chuẩn thí nghiệm sẽ được trình bày

chi tiết ở các phần của bài báo cáo này

THIẾT KẾ CẤP PHỐI

Thực hiện thiết kế cấp phối cho mẫu vật liệu bê tông M250 bằng phương pháp

Bolomey-Skramtaev, độ sụt yêu cầu là 60–80mm Tiến hành thay thế tỷ trọng xi

măng trong hỗn hợp lần lượt là 0%, 20%, 40%, 60% bằng khối lượng phụ gia

khoáng vô cơ hoạt tính tro bay – Fly ash (FA) Dưới đây trình bày các bước tính

toán cấp phối bê tông cho cấp phối M250 (0% phụ gia khoáng tro bay) Từ phương

pháp tương tự để tính toán các cấp phối bê tông thí nghiệm yêu cầu theo bảng 2.5

1.1 Thông số vật liệu

Vật liệu xi măng PCB40 có khối lượng riêng γaX=3000 kg/m3; Cốt liệu mịn –

cát có mô đun độ lớn M dl=2 ,0 khối lượng riêng γaC=2650 kg/m3; γ0 C =1400 kg/m3;

Cốt liệu thô – đá dăm có D max=10 mm, khối lượng riêng γaD =2700 kg/m3;

γ 0 D =1350 kg/m3 Phụ gia khoáng vô cơ hoạt tính – tro bay (FA) có khối lượng riêng

γ aFA=2100 kg/m3

1.2 Thiết kế cấp phối bê tông

Hiện có rất nhiều phương pháp để xác định cấp phối bê tông, ở phạm vi báo

cáo này, sử dụng phương Bolomey-Skramtaev để thiết kế cấp phối bê tông theo yêu

cầu, trình tự tính toán sẽ được trình bày dưới đây:

1.2.1 Công thức Bolomey-Skramtaev để tính toán cấp phối bê tông như sau:

Thiết kế cấp phối cho mẻ trộn 1m3 (1000 lít)

1.2.2 Xác định lượng nước nhào trộn

Sử dụng dăm có D max=10 mm và cát có M dl=2.0, độ sụt hỗn hợp khoảng

7-8cm Tra bảng 2.1 ta có thông số nước (với xi măng Pooclăng(PC)) là N=210(l í t)

Khi sử dụng xi măng Pooclăng hỗn hợp (PCB) ta cộng thêm 10 lít nước

Như vậy lượng nước cần dùng là: N =210+10=220 (lí t )

Bảng 2.1 : Lượng nước trộn ban đầu cần cho 1m3 bê tông (lít)

TT

Độsụt,cm

Kích thước lớn nhất của cốt liệu lớn Dmax, mm

Mô đun độ lớn của cát, Mdl

1.9

1.5-2.4

2.0-3.0

2.5-1.9

1.5-2.0-2.4

3.0

2.5-1.9

1.5-2.4

2.0-3.0

2.5-1.5-1.9

2.4

2.0-3.0

Theo phương pháp Bolomey-Skramtaev: Thiết kế bê tông M250, nên được xác

định là bê tông thường, tỷ lệ X /N =1.4 ÷ 2.5

Cường độ bê tông được xác định theo công thức sau:

R b =A R X(X

Như vậy tỉ lệ chất kết dính (X)-nước được xác định như sau:

R X=40(MPa)=40 × 10.2=408 (kg/cm2

)Trong công thức (2.3) thì A là hệ số chất lượng vật liệu, chất lượng vật liệu ở

mức trung bình, ứng với xi măng thử cường độ theo TCVN6016-1995 Tra bảng

TCVN6016-1985(PP vữa dẻo)

TCVN4032-Phương phápnhanh

- Cát sạch, Mdl = 2,4 ÷ 2,7

0,54 0,34 0,60 0,38 0,47 0,30

chứa 10 ÷ 15% phụ giathủy.

- Đá chất lượng phù hợpvới TCVN 1771-1987

- Cát chất lượng phù hợp với TCVN 1770-1986, Mdl

= 2,0 ÷ 3,4

Kém

- Xi măng hoạt tính thấp,pooclăng hỗn hợp chứatrên 15% phụ gia thủy

- Đá có một chỉ tiêu chưaphù hợp với TCVN 1772-1987

γ 0 D : Khối lượng thể tích của đá (kg/lít)

γ aD : Khối lượng riêng của đá (kg/lít)

Tính toán thể tích hồ xi măng:

V h= X

Trong đó:

γ aX : Khối lượng riêng hổn hợp chất kết dính (kg/lít)

Thay các thông số đã có sẵn ở trên vào (2.6) ta có kết quả như sau:

Với M dl=2.0 V h=357(l í t) Tra bảng 2.3 ta được hệ số k d=1.46

Độ rỗng đá được xác định theo công thức sau:

1.2.5 Xác định tỉ lệ cát:

Sau khi xác định được các giá trị nước(N), xi măng (X), và đá (D) ta suy

ngược lại khối lượng của cát từ công thức (5) như sau:

C=[1000−( X

γ aX+ D

γ aD +N) ]× γ aC=[1000−(379.6

30001000

+109827001000+220) ]×2650

1000=654 (kg)

Trong 1m3 bê tông M250, phương pháp trộn tay, độ sụt 7-8cm:

Bảng 2.4 Khối lượng thành phần vật liệu cho 1m 3 bê tông M250 theo phương

pháp Bolomey-Skramtaev

1.3 Thiết kế các cấp phối thí nghiệm

Xác định thành phần khối lượng trong hỗn hợp chất kết dính X (gồm xi măng

và phụ gia FA, cụ thể là 0%, 20%, 40%, 60% hỗn hợp chất dính X bằng phụ gia

FA

Theo mục (2.2.3), khối lượng xi măng sử dụng trong hỗn hợp là: X=379 , 6(kg)

– đây là lượng xi măng của hỗn hợp 0% FA

Khối lượng xi măng và phụ gia FA trong các cấp phối tương ứng được xác

định lần lượt bằng công thức (2.8) và (2.9):

m X(100−n)%=(1−n)%× X (2.8)

m FA (n %)=n %× X

Trong đó: n – là tỷ lệ % của FA trong hỗn hợp chất kết dính X.

Bằng phương pháp tính toán đã nêu trên, ta lập được bản thành phần cấp phối

cho bê tông thí nghiệm

Bảng 2.5 Khối lượng thành phần vật liệu cho 1m 3 bê tông xi măng tro bay theo

Khối lượng cho mẻ trộn 1m3=1000 lít - (kg)

KIẾM TRA CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN – ĐỘ MÀI MÒN1.4 Phương pháp thí nghiệm:

1.4.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm:

Kiểm tra cường độ chịu nén của mẫu vật liệu bê tông được tiến hành thí

nghiệm trên khối mẫu bê tông lập phương 150 ×150 ×150 mm tuân theo TCVN

3105:2022 về lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử Phương pháp thí nghiệm

cường độ chịu nén tuân theo tiêu chuẩn TCVN 3118:2022

Kiểm tra độ mài mòn của mẫu vật liệu bê tông được tiến hành thí nghiệm trên

khối mẫu bê tông lập phương 70 ×70 ×70 mm tuân theo TCVN 3105:2022 về lấy

mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử Phương pháp thí nghiệm đo độ mài mòn tuân

theo tiêu chuẩn TCVN 3114:2022 Ở báo cáo này cũng xét đến phương pháp kiếm

tra độ mài mòn theo tiêu chuẩn Anh Quốc BS EN 1338-2003

Ngoài ra, trong quá trình chế tạo mẫu, cần lưu ý kiểm tra độ sụt yêu cầu của

hỗn hợp bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 3106:2022

1.4.2 Xác định khối lượng mẻ trộn thí nghiệm:

Với mỗi cấp phối thực hiện thí nghiệm 1 tổ mẫu (03 mẫu lập phương) Do đó

khối lượng mẻ trộn thí nghiệm cường độ chịu nén cho mỗi cấp phối sẽ là:

V =3× (0, 15× 0 ,15× 0 ,15+0, 07×0, 07× 0 ,07)=0,012(m3)

Thành phần cấp phối cho thí nghiệm kiểm tra cường độ chịu nén được xác

định theo bảng sau:

Bảng 3.1 Khối lượng thành phần vật liệu cho mẻ trộn thí nghiệm 12lít bê tông xi

măng tro bay theo cấp cấp phối thí nghiệm

STT Tên Cấp

phối

Tỷ lệ

FA X

Khối lượng cho mẻ trộn thí nghiệm 12 lít - (kg)

STT Tên Cấp

phối

Tỷ lệ

FA X

Khối lượng cho mẻ trộn thí nghiệm 12 lít - (kg)

- Côn thử độ sụt, tấm đế kim loại, que sắt tròn trơn ∅ 16

- Thước lá, thước cuộn

- Máng trộn, bay trộn, súc

- Khuôn đúc mẫu bê tông lập phương 150 ×150 ×150 mm kép 3

- Khuôn đúc mẫu bê tông lập phương 70 ×70 ×70 mm kép 3

Hình 3.1 Cân kỹ thuật

Hình 3.2 Thước cuộn, thước lá kim loại

Hình 3.3 Bộ dụng cụ đo độ sụt Hình 3.4 Máng trộn bê tông

Hình 3.5 Khuôn lập phương 70x70x70 – 150x150x150 kép 3

1.5.2 Chế tạo mẫu

a Công tác chuẩn bị vật liệu:

Chuẩn bị các loại vật tư theo yêu cầu, dùng cân kỹ thuật cân đúng khối lượng

b Phối trộn hỗn hợp bê tông bằng phương pháp thủ công:

- Trộn hỗn hợp chất kết dính gồm xi măng PCB40 và tro bay (nếu có),sau đó cho toàn bộ hỗn hợp vừa trộn cùng cốt liệu mịn (cát) vào mángtrộn, dùng bay trộn đến khi hỗn hợp đều

- Chuẩn bị cốt liệu thiệu thô (đá), cho vào máng trộn, dàn trải đá đềutrong bề mặt máng trộn, sau đó lấy hỗn hợp ở Bước 1 rải đều lên lớp

đá

- Khi đã trộn đều các hỗn hợp trên xong thì từ từ cho nước vào, trộn đều

Thời gian cho một mẻ trộn là tầm 10 – 15 phút

Hình 3.6 Chuẩn bị vật tư, cốt liệu để tiến hành phối trộn hỗn hợp BTXM tro bay

Hình 3.7 Phối trộn hỗn hợp BTXM tro bay bằng phương pháp thủ công

c Kiếm tra độ sụt:

- Chuẩn bị côn, đặt côn lên để bằng kim loại, dùng chân đạp cố định côntrong quá trình đổ bê tông

- Đổ hỗn hợp bê tông vào côn thành ba lớp, mỗi lớp khoảng 1/3 chiềucao côn

- Ở mỗi lớp dùng thanh tròn đầm 25 lần, đến khi đổ bê tông đầy côn

- Dùng bay gạt phần cốt liệu dư trên đỉnh của côn Tháo khóa và nhắccôn từ từ lên ra khỏi đế kim loại

- Lật ngược côn và đo khoảng cách chênh lệch giữa miệng côn và điểmcao nhất của hỗn hợp bê tông vừa rút ra khỏi côn

Giá trị độ sụt (SN−cm) là khoảng cách chênh lệch vừa đo được

Hình 3.8 Lấy mẫu, đầm chặt mẫu bê tông để thực hiện kiếm tra độ sụt

Ở mỗi loại cấp phối CP1, CP2, CP3, CP4 tương ứng đo được giá trị độ sụt SN

theo bảng bên dưới:

Bảng 3.2 Bảng kết quả đo độ sụt của các cấp phối thí nghiệm BTXM tro bay

Từ kết quả đo độ sụt thực tế của hỗn hợp bê tông theo các cấp phối thí nghiệm,

nhìn chung các mẫu hỗn hợp bê tông đều đạt được độ sụt thiết kế Tuy nhiên, do

trong quá trình phối trộn các cấp phối bằng thủ công, phương pháp lấy mẫu, đầm

mẫu của các nhóm thực hiện có sự chưa đồng nhất nên dẫn việc thu được kết quả đo

độ sụt như số liệu ở bảng 3.2 không thực sự phản ánh được sự ảnh hưởng của tỷ lệ

tro bay thay thế xi măng đến tính công tác HHBT

Thế nhưng, việc quan sát các mẫu bê tông Hình 3.9 – 3.10, cùng với việc tham

khảo kết quả nghiên cứu của các tác giả trước Ta thấy được, khi tỷ lệ tro bay thay

thế xi măng trong hỗn hợp bê tông có ảnh hưởng đến tính công tác và trạng thái của

mẫu hỗn hợp Cụ thể, tỷ lệ này càng cao làm tính công tác của bê tông tăng lên

Điều này có thể giải thích, do các hạt tro bay sử dụng trong thí nghiệm có dạng hình

cầu, bề mặt nhẵn, nên làm giảm ma sát khô trông hỗn hợp bê tông, làm tăng tính

công tác cho HHBT

d Đúc mẫu:

Do cần thực hiện thí nghiệm thí nghiệm mẫu 28 ngày tuổi về cường độ chịu

nén và độ mài mòn, nên số lượng mẫu cần đúc đối với mỗi cấp phối là: 01 tổ mẫu

150 ×150 ×150 mm để đo cường độ chịu nén và 01 tổ mẫu 70 ×70 ×70 mm để đo độ

- Trước tiên cần phải vệ sinh sạch sẽ khuôn lấy mẫu, đảm bảo kích thước

và bể mặt khuôn mẫu không vượt quá các sai số cho phép theo mục 6.4TCVN 3105:2022 Cần bôi một lớp dầu mỏng để bôi trơn để sau dễtháo bỏ mẫu

- Hỗn hợp bê tông được dùng bay lấy từ máng trộn bê tông để cho vàokhuôn đúc

- Khi đúc mẫu cần dùng thanh thép đầm kỹ bê tông tránh mẫu bê tôngsau khi tháo bị rỗ Đồng thời gõ xung quanh khuôn để bê tông xuốngđều các góc và tạo lớp mặt nhẵn

- Mẫu bê tông sau khi đúc phải đảm bảo được làm phẳng bằng bề mặtcách lấy thanh thép gạt mặt khuôn đúc

- Dán mẫu đúc lên khuôn ghi đầy đủ các thông tin để thuận tiện trongquá trình tháo khuôn, bảo dưỡng cụ thể: Tên cấp phối, ngày đúc, tỷ lệtro bay…

Hình 3.11 Thực hiện đúc mẫu bê tông 150x150x150 và 70x70x70

1.5.3 Bảo dưỡng mẫu

Sau khi mẫu được đúc xong, tiến hành phủ ẩm và lưu mẫu trong khuôn tại

nhiệt độ phòng

Thời gian giữ mẫu trong khuôn là từ 16 – 24 giờ Sau khi tháo ván khuôn tiếp

tục bảo dưỡng mẫu trong điều kiện dưỡng hộ tiêu chuẩn ở nhệt độ 27 ± 2 o C, độ ẩm

95−100 % cho đến ngày thử mẫu

Lưu ý, tất cả các viên mẫu phải được kí hiệu thông tin cần thiết ở bề mặt

không trực tiếp chịu tải trọng

Khi mẫu đạt 28 ngày tuổi, tiến hành các thí nghiệm đo mẫu cần thiết

Hình 3.12 Dưỡng hộ mẫu bê tông trong bể ngâm mẫu (độ ẩm 100%)

1.6 Đo cường độ chịu nén của mẫu bê tông:

Khi mẫu 150 ×150 ×150 mm đạt 28 ngày tuổi Tiến hành vận chuyển mẫu tới

phòng thí nghiệm để tiến hành nén mẫu – kiếm tra cường độ chịu nén bê tông, theo

trình tự sau:

- Xác định diện tích hai mặt chịu lực nén trên và dưới theo các giá trịtrung bình của các cặp cạnh hoặc của các cặp đường kính đã đo Diệntích chịu lực của mẫu khi đó chính là trung bình số học diện tích của haimặt

- Chọn thanh lực sao cho tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20 ÷ 80 %

tải trọng cực đại của thang lực nén Không được nén mẫu ngoài thanhlực này

- Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâmthớt của máy nén

- Vận hành máy cho thớt trên của máy tiếp xúc nhẹ nhàng với mặt trêncủa mẫu

Hình 3.13 Máy nén mẫu bê tông Matest

1.6.3 Trình tự tiến hành thí nghiệm:

Khi mẫu 150 ×150 ×150 mm đạt 28 ngày tuổi Tiến hành vận chuyển mẫu tới

phòng thí nghiệm để tiến hành nén mẫu – kiếm tra cường độ chịu nén bê tông, theo

trình tự sau:

- Xác định diện tích hai mặt chịu lực nén trên và dưới theo các giá trịtrung bình của các cặp cạnh hoặc của các cặp đường kính đã đo Diện

- Chọn thanh lực sao cho tải trọng phá hoại nằm trong khoảng 20 ÷ 80 %

tải trọng cực đại của thang lực nén Không được nén mẫu ngoài thanhlực này

- Đặt mẫu vào máy nén sao cho một mặt chịu nén đã chọn nằm đúng tâmthớt của máy nén

- Vận hành máy cho thớt trên của máy tiếp xúc nhẹ nhàng với mặt trêncủa mẫu

- Tăng tải liên tục với tốc độ không đổi, giá trị 6 ± 4 daN /cm2 trên 1 giây,cho tới khi mẫu bị phá hoại

- Lực tối đa đạt được hiển thị trên máy là giá trị tải trọng phá hủy mẫu bêtông

Bảng 3.3 Bảng kết quả kiếm tra cường độ chịu nén của các cấp phối thí nghiệm

BTXM tro bay (28 ngày tuổi)

Tải trọng pháhủy mẫu

P (kN)

Cường độchịu nén

R (MPa)

Giá trị cường độnén trung bình

R tb (MPa)