Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay sẵn có ở Việt Nam

Bài viết Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay sẵn có ở Việt Nam trình bày: Những kết quả nghiên cứu ban đầu về việc sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay để thay thế một phần xi măng trong chế tạo bê tông chất lượng siêu cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng này cải thiện đáng kể tính công tác và tăng cường độ nén của bê tông,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay sẵn có ở Việt Nam NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO SỬ DỤNG HỖN HỢP PHỤ GIA KHOÁNG SILICA FUME VÀ TRO BAY SẴN CÓ Ở VIỆT NAM ThS. NGUYỄN CÔNG THẮNG, TS. NGUYỄN VĂN TUẤN, PGS.TS. PHẠM HỮU HANH, ThS. NGUYỄN TRỌNG LÂM Trường Đại học Xây dựng Tóm tắt: Bê tông chất lượng siêu cao là một trong những loại bê tông đầy triển vọng của thế kỷ 21, với các tính chất đặc biệt như độ chảy cao, cường độ cao, độ thấm thấp và độ bền cao. Tuy nhiên, trong bê tông chất 3 lượng siêu cao, lượng xi măng sử dụng rất lớn, khoảng 900 – 1000 kg/m , điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến giá thành và tính chất của sản phẩm. Do vậy, việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng thay thế một phần xi măng trong bê tông chất lượng siêu cao có ý nghĩa to lớn về mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường, góp phần vào mục tiêu phát triển xây dựng bền vững. Bài báo này trình bày những kết quả nghiên cứu ban đầu về việc sử dụng tổ hợp phụ gia khoáng silica fume và tro bay để thay thế một phần xi măng trong chế tạo bê tông chất lượng siêu cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng này cải thiện đáng kể tính công tác và tăng cường độ nén của bê tông. Điều này góp phần quan trọng trong việc phát triển và ứng dụng loại bê tông này trong công nghiệp xây dựng ở Việt Nam. 1. Giới thiệu Bê tông chất lượng siêu cao (BTCLSC) là loại bê tông có độ chảy cao, cường độ nén rất cao (thường lớn hơn 150 MPa), cường độ uốn lớn (khi sử dụng cốt sợi), độ thấm thấp và độ bền cao [1]. Sự ra đời của bê tông chất lượng siêu cao đã đánh dấu một bước ngoặt trong công nghệ bê tông với các tính chất đặc biệt về cường độ, độ bền, và độ ổn định thể tích. Các nghiên cứu phát triển và ứng dụng loại bê tông này được bắt đầu từ năm 90 của thế kỷ 20 và kể từ đó loại bê tông này đã được áp dụng ở một số nước phát triển như dùng để chế tạo các cấu kiện bê tông đúc sẵn, dầm cầu đúc sẵn, tấm lát mặt cầu, chế tạo các silo,... hoặc dùng tại chỗ để sửa chữa các kết cấu đã bị hỏng, dùng cho các cột chịu tải trọng lớn, dùng cho các bể chứa phế thải hạt nhân,... Vật liệu để chế tạo BTCLSC thông thường bao gồm cát thạch anh với kích thước khoảng 100-600µm, xi măng, silica fume, nước và phụ gia siêu dẻo. Trong đó, lượng xi măng khoảng 900-1000 kg/m3 [2] và đây là nhược điểm lớn nhất của loại bê tông này bởi vì sẽ làm tăng giá thành sản phẩm và ảnh hưởng đến tính chất kỹ thuật, đồng thời việc sử dụng nhiều xi măng sẽ kéo theo sự ảnh hưởng về môi trường do lượng khí cacbonic thải ra trong quá trình sản xuất xi măng [3]. Việc nghiên cứu sử dụng các loại phụ gia khoáng để thay thế một phần xi măng trong bê tông chất lượng siêu cao là rất cần thiết. Trong số các phụ gia khoáng dùng cho bê tông, tro bay được đánh giá là có triển vọng để thay thế xi măng trong BTCLSC, với hiệu quả đạt được về kỹ thuật, về kinh tế và môi trường. Xét về mặt kỹ thuật, tro bay có thành phần hoá học với tổng hàm lượng các ôxyt (SiO2+ Al 2O3+ Fe2O3) lớn hơn 70% (tro bay loại F theo ASTM C618 [4]). Các oxyt hoạt tính này có khả năng phản ứng với sản phẩm thuỷ hoá của xi măng (phản ứng pozơlanic) tạo ra các sản phẩm dạng CSH có cường độ cao, bền với môi trường hơn, đặc biệt tăng khả năng chống ăn mòn cho bê tông [5]. Bên cạnh đó, với hình dạng đặc trưng là các hạt hình cầu, mịn (đường kính hạt trung bình khoảng 9-15μm) nên việc sử dụng tro bay sẽ cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông (hiệu ứng ổ bi – Ball bearing effect), làm tăng tính dẻo cho hỗn hợp bê tông, giảm lượng nước nhào trộn, tăng độ đặc cho bê tông, sẽ làm tăng cường độ cũng như khả năng chống thấm của bê tông [5]. Xét về mặt kinh tế - môi trường, theo thống kê [6], hàng năm ước tính các nhà máy nhiệt điện trên cả nước thải ra khoảng 2.3 triệu tấn tro bay, đến năm 2015 sẽ là 5 triệu tấn/năm, điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến môi trường. Việc nghiên cứu sử dụng tro bay làm phụ gia khoáng sử dụng trong BTCLSC vừa góp phần làm giảm giá thành cho sản phẩm bê tông, giảm ô nhiễm môi trường, góp phần vào mục tiêu phát triển xây dựng bền vững đồng thời vẫn đảm bảo các tính chất kỹ thuật của BTCLSC. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về sự ảnh hưởng của việc sử dụng hỗn hợp tro bay và silica fume đến một số tính chất cơ lý của bê tông ở các điều kiện dưỡng hộ khác nhau. Trong đó, tro bay được sử dụng với các hàm lượng khác nhau, từ 10-40% theo khối lượng chất kết dính (CKD) gồm xi măng, silica fume và tro bay. Điều kiện bảo dưỡng mẫu được thực hiện ở 2 môi trường là dưỡng hộ tiêu chuẩn và dưỡng hộ nhiệt ẩm. 2. Vật liệu chế tạo và phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu chế tạo Vật liệu được dùng trong nghiên cứu gồm: xi măng Pooclăng Sông Gianh PC40 có các tính chất cơ lý trình bày ở bảng 1, với đường kính hạt trung bình khoảng 14μm; Silica fume (SF) dạng hạt rời của hãng Elkem, có đường kính hạt trung bình khoảng 0.15μm, hàm lượng SiO2 là 92.3%, chỉ số hoạt tính với xi măng là 113.5%; cốt liệu là cát thạch anh có đường kính cỡ hạt trung bình khoảng 300 μm, độ rỗng khi chưa lèn chặt 45.1%; phụ gia siêu dẻo (PGSD) sử dụng của hãng BASF có gốc polycarboxylate, với hàm lượng chất khô 30%. Tro bay (FA) sử dụng trong nghiên cứu là tro tuyển Phả Lại có đường kính cỡ hạt trung bình khoảng 15.5µm, hàm lượng các oxit (SiO2+Al2O3+Fe2O3) là 84.2%, chỉ số hoạt tính với xi măng là 104.3%. Thành phần hạt của các vật liệu này được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ laze, kết quả thể hiện ở hình 1. Bảng 1. Một số tính chất cơ lý của xi măng Đơn vị Giá trị Quy phạm Phương pháp thí nghiệm % 2 cm /g 2.1 3380  10  2800 TCVN 4030-2003 Độ dẻo tiêu chuẩn % 29.0 - TCVN 6017-1995 Giới hạn bền nén Sau 3 ngày Sau 28 ngày MPa 26.4 49.6  21.0  40.0 TCVN 6016-1995 Tính chất Độ mịn Lượng sót sàng 0.09mm Độ mịn Blaine Lượng lọt tích lũy,y % (%) 100 SF 80 60 Xi măng Cát 40 Tro bay 20 0 0.01 0.1 1 10 100 ng (μm) Kích thước cỡ sàng (µm) Hình 1. Thành phần hạt của vật liệu sử dụng trong ...