Ảnh hưởng của nano carbon và tro bay đến co ngót và khả năng kháng nứt của bê tông chất lượng siêu cao

Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và nano carbon đến các tính chất cơ lý cũng như co ngót và khả năng kháng nứt theo phương pháp vòng hạn chế (Ring-Test) của bê tông chất lượng siêu cao (UHPC). Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng hàm lượng tro bay thay thế xi măng thì tính công tác và co ngót của UHPC sẽ được cải thiện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của nano carbon và tro bay đến co ngót và khả năng kháng nứt của bê tông chất lượng siêu cao Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2019. 13 (2V): 32–40 ẢNH HƯỞNG CỦA NANO CARBON VÀ TRO BAY ĐẾN CO NGÓT VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG NỨT CỦA BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO Văn Viết Thiên Âna,∗, Lê Đăng Hảia a Khoa Vật liệu xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 16/05/2019, Sửa xong 28/05/2019, Chấp nhận đăng 30/05/2019 Tóm tắt Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và nano carbon đến các tính chất cơ lý cũng như co ngót và khả năng kháng nứt theo phương pháp vòng hạn chế (Ring-Test) của bê tông chất lượng siêu cao (UHPC). Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng hàm lượng tro bay thay thế xi măng thì tính công tác và co ngót của UHPC sẽ được cải thiện. Tuy nhiên, cường độ nén ở tuổi 28 ngày và khả năng kháng nứt của UHPC đạt được cao nhất ở 20% tro bay thay thế xi măng theo thể tích. Khi sử dụng nano carbon thì cường độ nén ở 28 ngày tuổi và khả năng kháng nứt của UHPC tăng lên. Từ khoá: bê tông chất lượng siêu cao; tro bay; nano carbon; co ngót; kháng nứt. EFFECT OF NANO CARBON AND FLY ASH ON SHRINKAGE AND CRACK RESISTANCE OF ULTRA- HIGH PERFORMANCE CONCRETE Abstract The present study aims to evaluate the effects of fly ash and nano carbon on properties of ultra-high performance concrete (UHPC) such as workability, compressive strength, shrinkage, and crack resistance. Ring-Test method was used to measure the crack resistance of concrete samples. The results showed that increasing fly ash content in UHPC will result in higher flowability of concrete mixture and lowers shrinkage of UHPC. However, the maximum compressive strength at the age of 28d and crack resistance of UHPC can be possibly obtained by using 20% to replace cement by volume. The addition of nano carbon enhances the 28d compressive strength and crack resistance of UHPC. Keywords: ultra-high performance concrete; fly ash; nano carbon; shrinkage; crack resistance. c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(2V)-04 1. Đặt vấn đề Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) là một phân loại bê tông mới sử dụng chất kết dính xi măng, nó đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới trong hơn hai thập niên qua [1, 2]. Bê tông chất lượng siêu cao có độ chảy cao, cường độ nén ở tuổi 28 ngày thường đạt trên 120 MPa trong điều kiện dưỡng hộ thường, cường độ uốn lớn (khi sử dụng cốt sợi thép), độ rỗng rất thấp và độ bền lâu rất cao [3–5]. Để đạt được các tính năng đặc biệt này, bê tông chất lượng siêu cao sử dụng tỷ lệ nước và chất kết dính (N/CKD) rất thấp, lượng dùng xi măng khoảng 900-1000 kg/m3 và hàm lượng muội silic (silica fume) tương ứng khoảng 150-250 kg/m3 . Với lượng dùng xi măng và ∗ Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: anvvt@nuce.edu.vn (Ân, V. V. T.) 32  Ân, V. V. T., Hải, L. Đ. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng muội silic lớn, lượng dùng nước rất thấp, bê tông chất lượng siêu cao có độ co ngót cao, gây nguy cơ nứt cao hơn nhiều so với bê tông thông thường cũng như bê tông chất lượng cao, ảnh hưởng lớn đến khả năng ứng dụng của loại bê tông này. Các hướng nghiên cứu chính hiện nay không những nhằm nâng cao các tính chất về cường độ, độ bền dẻo dai, cấu trúc và độ bền lâu của bê tông mà còn cần cải thiện tính công tác, giảm tính co ngót cũng như tăng cường khả năng kháng nứt cho hỗn hợp bê tông này. Phụ gia khoáng hoạt tính, đặc biệt là silica fume cần được sử dụng trong chế tạo UHPC. Phụ gia khoáng hoạt tính đóng vai trò là các chất điền đầy làm tăng khả năng lèn chặt giữa các hạt, tăng khả năng phân tán các hạt xi măng cũng như góp phần phản ứng với Ca(OH)2 nhằm cải thiện tính công tác cũng như cường độ, vi cấu trúc của UHPC. Vì vậy, silica fume ảnh hưởng rất nhiều đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông đã rắn chắc [6–8]. Tro bay, là chất thải rắn của các nhà máy nhiệt điện đang được thải ra với khối lượng rất lớn có giá thành thấp và gây ô nhiễm môi trường ở nước ta và trên thế giới có thể được sử dụng để sản xuất UHPC. Khi tro bay thay thế từng phần xi măng thì có thể cải thiện tính công tác của hỗn hợp UHPC nhưng chỉ làm tăng cường độ ở một hàm lượng thay thế hợp lý hoặc thậm chí làm giảm cường độ của UHPC [9–12]. Trong bê tông, khi tăng hàm lương sử dụng silica fume sẽ làm tăng co ngót trong khi đó sử dụng tro bay thay thế xi măng sẽ cải thiện tính co ngót của bê tông, đặc biệt là bê tông chất lượng siêu cao [13]. Bên cạnh đó, vật liệu nano như nano silica, nano carbon cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong UHPC [14, 15]. Kết quả nghiên cứu [15] cho thấy việc sử dụng nano carbon không ảnh hưởng nhiều đến tính công tác nhưng lại có khả năng cải thiện cường độ nén và co ngót của UHPC. Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng tro bay và nano carbon đến các tính chất cơ lý cũng như co ngót và khả năng kháng nứt theo phương pháp vòng hạn chế (Ring-Test) của UHPC. Các kết quả nghiên cứu sẽ được so sánh với mẫu đối chứng không sử dụng tro bay hoặc mẫu không sử dụng nano carbon. 2. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Nguyên vật liệu Xi măng PC40 Bút Sơn, tro tuyển Phả Lại (FA), silica fume (SF) dưới dạng hạt không kết nén là các vật liệu chất kết dính được sử dụng trong nghiên cứu. Cát quắc là cốt liệu duy nhất cho bê tông Bảng 1. Thành phần hóa của vật liệu chất kết dính, [%] SiO2 Fe2 O3 Al2 O3 CaO Na2 O K2 O MgO MKN ...