MỞ ĐẦU 1
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu 1
2. Mục đích nghiên cứu của luận án 3
3. Phạm vi nghiên cứu của luận án 3
4. Phương pháp nghiên cứu 4
5. Bố cục của luận án 4
6. Những đóng góp mới của luận án 4
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5
Chương 1 6
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO SiO2 VÀ SILICA FUME LÀM PHỤ GIA CHO
BÊ TÔNG XI MĂNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 6
1.1 Tổng quan về vật liệu nano và ứng dụng của vật liệu nano trong bê tông 6
1.1.1 Định nghĩa vật liệu nano 6
1.1.2 Phân loại vật liệu nano 6
1.2 Nghiên cứu ứng dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume cho bê tông xi măng 8
1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
trên thế giới 8
1.2.1.1 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano SiO2 vào trong bê tông 8
1.2.1.2 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu silica Fume vào trong bê tông 16
1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
ở Việt Nam 17
1.2.2.1 Phụ gia khoáng silica từ tro trấu và nano SiO2 từ tro trấu 17
1.2.2.2 Phụ gia khoáng silica Fume 20
1.3 Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông xi măng cho thiết kế kết cấu mặt đường
ô tô 22
1.3.1 Cường độ của bê tông xi măng 23
1.3.2 Mô đun đàn hồi 23
1.3.3 Độ co ngót và hệ số giãn nở nhiệt tấm bê tông xi măng 24
1.3.4 Độ mài mòn 25
1.4 Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu của luận án 26
Chương 2 28iv
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VIỆC SỬ DỤNG PHỤ GIA SILICA FUME VÀ
NANO SiO2 ĐIỀU CHẾ TỪ TRO TRẤU CHO VỮA - BÊ TÔNG XI MĂNG 28
2.1 Nghiên cứu các loại phụ gia cho bê tông xi măng 28
2.1.1 Khái niệm phụ gia 28
2.1.2 Phân loại phụ gia 28
2.1.2.1 Phụ gia khoáng 28
2.1.2.2 Phụ gia hóa học 31
2.2 Quá trình thủy hóa của xi măng pooclăng 32
2.3 Giới thiệu tro trấu và kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu
khu vực miền Tây Nam Bộ 33
2.3.1 Giới thiệu tro trấu 33
2.3.2 Kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu 34
2.4 Cơ sở khoa học kết hợp hai loại phụ gia nano SiO2 và silica Fume 38
2.4.1 Ảnh hưởng của các hạt nano SiO2 tăng cường độ của bê tông xi măng 38
2.4.1.1 Đặc tính của nano SiO2 (NS) 38
2.4.1.2 Tác động của nano SiO2 đến hồ xi măng, vữa và bê tông 39
2.4.1.3 Phân tán hạt nano Silica 39
2.4.2 Ảnh hưởng của các hạt silica Fume đến cường độ của bê tông xi măng 41
2.4.2.1 Đặc tính của silica Fume (SF) 41
2.4.2.2 Tác động của silica Fume đến hồ xi măng, vữa và bê tông 42
2.4.2.3 Phân tán hạt silica Fume 43
2.5 Nghiên cứu thực nghiệm nano SiO2 để nâng cao tính năng của vữa xi măng 44
2.5.1 Giới thiệu 44
2.5.2 Thiết kế thành phần chế tạo của vữa xi măng theo tỉ lệ nano SiO2 45
2.5.3 Thiết bị, dụng cụ và phương pháp thử 46
2.5.4 Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng 47
2.5.5 Cấu trúc của vữa xi măng có sử dụng phụ gia nano SiO2 52
2.6 Kết luận chương 2 53
Chương 3 55
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤ GIA NANO SiO2 VÀ SILICA FUME NÂNG
CAO TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG 55v
3.1 Các yêu cầu của xi măng và bê tông xi măng dùng trong xây dựng mặt đường
ôtô ở Việt Nam 55
3.1.1 Các yêu cầu đối với xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô 55
3.1.2 Đối với BTXM dùng trong xây dựng mặt đường ô tô 55
3.2 Vật liệu chế tạo bê tông xi măng 57
3.2.1 Xi măng 57
3.2.2 Phụ gia khoáng 58
3.2.2.1 Nano SiO2 điều chế từ tro trấu 58
3.2.2.2 Silica Fume 58
3.2.3 Cốt liệu lớn 58
3.2.4 Cốt liệu nhỏ 60
3.2.5 Nước 62
3.3 Thiết kế thành phần bê tông xi măng 62
3.3.1 Phương pháp ACI 211 62
3.3.2 Tính toán thiết kế thành phần bê tông 67
3.3.3 Tính toán lượng vật liệu dùng cho một mẻ trộn bê tông 68
3.3.4 Công tác đúc mẫu và bảo dưỡng các mẫu bê tông 69
3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của BTXM 71
3.4.1 Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thí nghiệm cường độ Rn và Rku của bê
tông xi măng 73
3.4.1.1 Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm 73
3.4.1.2 Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ kéo uốn
của bê tông cấp C30, C35 và C40 theo tỷ lệ NS ở các ngày tuổi. 75
3.4.1.3 Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ kéo uốn
của bê tông cấp C35 theo tỷ lệ NS+SF ở các ngày tuổi. 82
3.5 Nghiên cứu các tính chất chủ yếu của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica
Fume 89
3.5.1 Thí nghiệm mô đun đàn hồi 89
3.5.2 Khả năng chống mài mòn của bê tông xi măng 94
3.5.3 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) 96
3.5.4 Thí nghiệm xác định độ chống thấm nước và độ thấm sâu của BTXM 98
3.5.5 Thí nghiệm độ thấm ion clo của bê tông xi măng 102vi
3.6 Kết luận chương 3 107
Chương 4 109
NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG PHỤ GIA NANO SiO2 VÀ SILICA
FUME TRONG KẾT CẤU MẶT DƯỜNG Ô TÔ KHU VỰC MIỀN TÂY NAM BỘ
4.1 Khái quát về mạng lưới giao thông khu vực miền Tây Nam Bộ 109
4.2 Các yêu cầu chung về thiết kế kết cấu mặt đường bê tông xi măng 1 112
4.2.1 Mặt đường BTXM thường có khe nối (JPCP) 113
4.2.2 Mặt đường bê tông cốt thép có khe nối (JRCP) 113
4.2.3 Mặt đường bê tông cốt thép liên tục (CRCP) 113
4.2.4 Phân cấp giao thông [28] 114
4.2.5 Nội dung yêu cầu cơ bản thiết kế mặt đường bê tông xi măng 114
4.2.5.1 Nội dung thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường 114
4.2.5.2 Yêu cầu chung đối với thiết kế mặt đường BTXM thông thường 115
4.3 Phân tích khả năng ứng dụng bê tông xi măng sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica
Fume làm mặt đường ô tô 116
4.3.1 Khả năng đáp ứng về cường độ 116
4.3.1.1 Cường độ chịu kéo uốn của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF 117
4.3.1.2 Cường độ chịu nén của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF 117
4.3.1.3 Mô đun đàn hồi của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF 117
4.3.2 Độ mài mòn của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và NS+SF 118
4.3.3 Độ thấm ion clo, khả năng chống thấm nước và độ thấm xuyên sâu của BTXM sử
dụng phụ gia nano SiO2 và NS+SF 118
4.3.4 Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và NS+SF 119
4.3.5 Tính công tác của BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume 119
4.3.5.1. Độ sụt của hỗn hợp BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF 119
4.3.5.2 Thời gian đông kết chất kết dính của hỗn hợp BTXM sử dụng phụ gia NS
và NS+SF 120
4.3.6 Đề xuất ứng dụng BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và NS+SF cho cấp đường ô
tô khu vực miền Tây Nam Bộ 120
4.4 Đề xuất các dạng kết cấu áo đường BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và NS+SF
khu vực miền Tây Nam Bộ 121
4.4.1 Các số liệu phục vụ thiết kế 121vii
4.4.1.1 Cấp thiết kế 121
4.4.1.2 Dự kiến kết cấu mặt đường BTXM sử dụng phụ gia nano SiO2 và phụ gia
NS+SF 122
4.4.1.3 Kiểm toán trạng thái làm việc kết cấu mặt đường BTXM sử dụng phụ gia
nano SiO2 và BTXM sử dụng phụ gia NS+SF 122
4.4.2 Thiết kế kết cấu mặt đường có quy mô giao thông cấp nặng 124
4.4.3 Thiết kế kết cấu mặt đường có quy mô giao thông cấp trung bình 125
4.4.4 Tổng hợp các dạng kết cấu mặt đường bê tông xi măng. 126
4.5 Kết luận chương 4 127
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 128
I. Kết luận 128
II. Những giới hạn, tồn tại và định hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án 130
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ I
TÀI LIỆU THAM KHẢO II
PHỤ LỤC A: THỰC NGHIỆM CHỈ TIÊU Rku VÀ Rn VỮA XI MĂNG IX
A.1 Thiết bị, dụng cụ và phương pháp thử IX
A.2 Xử lý kết quả thực nghiệm và phân tích bằng phần mềm Minitab XII
PHỤ LỤC B: THỰC NGHIỆM CHỈ TIÊU Rku VÀ Rn BÊ TÔNG XI MĂNG XIV
B.1 Thiết kế thành phần bê tông xi măng XIV
B.2 Kết quả thực nghiệm Rn và Rku của các loại bê tông xi măng ở các ngày tuôi theo
tỉ lệ phụ gia NS XXIII
B.3 Kết quả thực nghiệm Rn và Rku của các loại bê tông xi măng ở các ngày tuổi theo
tỉ lệ phụ gia NS+SF XXVIII
PHỤ LỤC C: BẢNG TÍNH KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG BTXM (ĐÍNH KÈM)
PHỤ LỤC D: PHIẾU KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM (ĐÍNH KÈM)
174 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 529 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu bê tông xi măng sử dụng phụ gia Nano SiO2 và Silica Fume trong kết cấu mặt dường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ - Trần Hữu Bằng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Khi có phụ gia khoáng NS và SF khối lượng cát được tính theo công thức:
C = [1000 -
X
x
-
NS
ns
-
SF
sf
-
Đ
đ
- N - VKK]. c (kg) (3.18)
Trong đó:
66
- X,N,C,Đ,NS,SF: Là khối lượng xi măng, nước, cát, đá, nano SiO2 và silica Fume
tính cho một m3 bê tông xi măng;
- x, c, đ, ns, sf : Là khối lượng riêng xi măng, cát, đá, nano SiO2 và Silica
Fume .
- VKK: Thể tích không khí lọt vào trong bê tông.
* Bước 9: Chọn tỉ lệ phụ gia siêu dẻo
Cần sử dụng phụ gia siêu dẻo trong bê tông. Khi dùng phụ gia siêu dẻo thì lượng nước
có thể giảm từ 8 - 15%. Có thể sử dụng phụ gia siêu dẻo vào hỗn hợp mà không cần điều
chỉnh các tỉ lệ hỗn hợp để cải thiện tính công tác của bê tông. Liều lượng sử dụng phụ
gia siêu dẻo thông qua các khuyến cáo của các nhà sản xuất và các thí nghiệm. Thường
từ 0,50 – 2,0 lít/100 kg xi măng và có thể nhiều hơn tùy theo yêu cầu về độ sụt và đặc
tính của kết cấu.
* Bước 10: Các hỗn hợp thử nghiệm
Các hỗn hợp thử nghiệm theo tỉ lệ đã tính ở trên cần tạo ra một tập hợp các thử nghiệm
để xác định tính công tác và các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. Các khối lượng
của cốt liệu, nước phải điều chỉnh cho phù hợp về độ ẩm. Nếu các đặc tính mong muốn
của bê tông không đạt được thì các tỉ lệ hỗn hợp ban đầu cần được điều chỉnh theo hướng
dẫn sau đây để tạo ra tính công tác mong muốn:
- Độ sụt ban đầu: Nếu độ sụt ban đầu của hỗn hợp thử nghiệm không nằm trong phạm
vi mong muốn thì cần phải điều chỉnh lại lượng nước trộn. Trọng lượng của vật liệu kết
dính trong hỗn hợp cũng nên điều chỉnh để duy trì tỉ lệ N/CKD mong muốn. Hàm lượng
cát sau đó cũng được điều chỉnh để đảm bảo sản lượng bê tông.
- Nếu phụ gia siêu dẻo được sử dụng thì nên thử với các liều lượng khác nhau để xác
định ảnh hưởng của nó đến cường độ và tính công tác của bê tông.
- Hàm lượng khí: Nếu hàm lượng không khí đo được khác xa với trị số mong muốn
thì nên điều chỉnh lại hàm lượng khí và các thành phần cũng được điều chỉnh.
- Tỉ lệ N/CKD: Nếu cường độ của bê tông không đạt được khi sử dụng các tỉ lệ N/CKD
đã chọn thì các hỗn hợp trộn thử nghiệm phụ thêm có tỉ lệ N/CKD thấp hơn cần phải
được kiểm tra. Nếu vẫn không tăng cường độ nén thì cần xem xét lại sự thích hợp của
các vật liệu sử dụng
* Bước 11: Lựa chọn thành phần bê tông
67
Khi các tỉ lệ trộn thử nghiệm đã được điều chỉnh để tạo ra tính công tác mong muốn
và các đặc tính về cường độ, các mẫu thử cường độ nên được lấy từ các mẻ trộn thử
nghiệm tiến hành dưới các điều kiện gần giống với điều kiện ngoài thực tế theo các
bước khuyên dùng trong tài liệu ACI 211.1 để tiến hành điều chỉnh các mẻ trộn thử
nghiệm. Tính thực tế sản xuất và các thao tác cần kiểm tra chất lượng sẽ được đánh giá
tốt hơn khi các mẻ trộn thử nghiệm với qui mô sản xuất được tiến hành bằng cách sử
dụng các thiết bị và công nhân mà nó đã từng sử dụng trong thực tế. Các kết quả về
cường độ nên được trình bày theo một cách để cho phép lựa chọn các tỉ lệ có thể chấp
nhận đối với công việc được dựa trên cơ sở các yêu cầu về cường độ và chi phí.
3.3.2 Tính toán thiết kế thành phần bê tông
Trong phạm vi nghiên cứu của luận án tác giả kế thừa kết quả nghiên cứu thực
nghiệm nano SiO2 để nâng cao tính năng của vữa xi măng mục 2.5 Chương 2. Cụ thể
luận án đã chọn (0.5-2.0)% nano SiO2 cho hỗn hợp BTXM cấp 30, 35, 40 MPa và sự
kết hợp hai loại phụ theo tỉ lệ nano SiO2 (0.5-2.0)% + silica Fume (5-15)% trong thành
phần hỗn hợp BTXM cấp 35 MPa, độ sụt của các hỗn hợp bê tông dao động (2,0 -
4,0)cm. Trình tự tính toán thành phần BTXM theo (Phụ lục B mục B.1). Kết quả được
tổng hợp theo bảng 3.18 và bảng 3.19
Bảng 3.18 - Thành phần bê tông cấp 30, 35 và 40 MPa
Bê tông 30 MPa
Kí hiệu
Bê tông
X
(kg)
N
(lít)
NS
(kg)
CKD
(kg)
Đ
(kg)
C
(kg)
N/CKD
(kg)
Sika
Viscocrete
3000 – 20 (lít)
C30 NS0 420 185 0 420 1046,5 753 0,44 -
C30 NS0,5 417,9 185 2,10 420 1046,5 750 0,44 -
C30 NS1,0 415,8 185 4,20 420 1046,5 746 0,44 -
C30 NS1,5 413,7 185 6,30 420 1046,5 743 0,44 -
C30 NS2,0 411,6 185 8,40 420 1046,5 740 0,44 -
Bê tông 35 MPa
Kí hiệu
Bê tông
X
(kg)
N
(lít)
NS
(kg)
CKD
(kg)
Đ
(kg)
C
(kg)
N/CKD
(kg)
Sika
Viscocrete
3000 – 20 (lít)
C35 NS0 440 185 0 440 1046,5 736 0,42 -
C35 NS0,5 437,8 185 2,20 440 1046,5 732 0,42 -
C35 NS1,0 435,6 185 4,40 440 1046,5 729 0,42 -
C35 NS1,5 433,4 185 6,60 440 1046,5 725 0,42 -
C35 NS2,0 431,2 185 8,80 440 1046,5 722 0,42 -
Bê tông 40 MPa
68
Kí hiệu
Bê tông
X
(kg)
N
(lít)
NS
(kg)
CKD
(kg)
Đ
(kg)
C
(kg)
N/CKD
(kg)
Sika
Viscocrete
3000 – 20 (lít)
C40 NS0 454 168 0 454 1159,2 661,20 0,37 3,15
C40 NS0,5 417 168 2,27 454 1159,2 657,65 0,37 3,66
C40 NS1,0 415,8 168 4,54 454 1159,2 654,10 0,37 3,78
C40 NS1,5 413,7 168 6,81 454 1159,2 650,58 0,37 3,99
C40 NS2,0 411,6 168 9,08 454 1159,2 647,05 0,37 4,18
Bảng 3.19 - Thành phần bê tông cấp 35MPa sử dụng phụ gia nano SiO2 và silica Fume
Bê tông 35 MPa
Kí hiệu
Bê tông
X
(kg)
N
(lít)
NS
(kg)
SF
(kg)
CKD
(kg)
Đ
(kg)
C
(kg)
N/CKD
(kg)
Sika
Viscocrete
3000 – 20 (lít)
C35
NS0,5SF5,0
415,8 185 2,2 22 440 1046,5 730 0,42 3,960
C35
NS0,5SF10
393,8 185 2,2 44 440 1046,5 724 0,42 4,620
C35
NS0,5SF15
371,8 185 2,2 66 440 1046,5 719 0,42 4,840
C35
NS1,0SF5,0
413,6 185 4,4 22 440 1046,5 729 0,42 4,180
C35
NS1,0SF10
391,6 185 4,4 44 440 1046,5 723 0,42 4,480
C35
NS1,0SF15
369,6 185 4,4 66 440 1046,5 718 0,42 5,060
* Nhận xét: Thành phần bê tông xi măng ở bảng 3.22 và bảng 3.23 cho thấy rằng hỗn
hợp bê tông xi măng giảm giá trị độ sụt khi các hạt nano SiO2 và silica Fume tăng. Sự
tăng lên khối lượng phụ gia SN+SF có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nước cần thiết
trong hỗn hợp bê tông tươi do kích thước cực mịn của nó [80]. Phản ứng này nói lên một
thực tế rằng việc bổ sung các hạt có tỉ diện tích bề mặt cao vào hỗn hợp bê tông xi măng
sẽ cần lượng nước nhiều hơn để duy trì độ sụt mong muốn của hỗn hợp [55]. Để tăng độ
dẻo của hỗn hợp BTXM sử dụng phụ gia NS+SF thì việc sử dụng phụ gia hóa học siêu
dẻo là cần thiết.
3.3.3 Tính toán lượng vật liệu dùng cho một mẻ trộn bê tông
Lượng vật liệu cho một mẻ trộn gồm 12 mẫu hình lăng trụ kích thước
(150x150x600) mm để thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn và 12 mẫu hình trụ
kích thước (150x300) mm để thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, xác định cường
độ kéo uốn và nàn ở 3, 7, 28 và 60 ngày tuổi. Mẫu thử thấm 6 mẫu hình trụ
(150x150)mm ở 28 ngày tuổi.
Khối lượng thể tích bê tông cần cho một mẻ trộn là:
69
Vbt = 12 x
3.14 x (0.15)2
4
x 0.3 + 12x0.15x0.60 + 6 x
3.14 x (0.15)2
4
x 0.15 = 0.23 m3
Chọn Vbt = 0,25 m3 lượng vật liệu hỗn hợp bê tông cần cho một mẻ trộn của các cấp
phối bê tông 30, 35 và 40 MPa được ghi ở bảng 3.18 và bảng 3.19. Số lượng mẫu được
tổng hợp trong bảng 3.20
Bảng 3.20 - Số lượng các mẫu BTXM dùng thí nghiệm
Loại bê tông
Tuổi thí nghiệm
(Ngày)
Mẫu nén
(Mẫu)
Mẫu kéo uốn
(Mẫu)
Mẫu thử thấm
(Mẫu)
C30
C30 NS0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C30 NS0,5 3, 7, 28, 60 12 12 6
C30 NS1,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C30 NS1,5 3, 7, 28, 60 12 12 6
C30 NS2,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35
C35 NS0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS0,5 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS1,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS 1,5 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS2,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C40
C40 NS0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C40 NS0,5 3, 7, 28, 60 12 12 6
C40 NS1,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C40 NS1,5 3, 7, 28, 60 12 12 6
C40 NS2,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35
C35 NS0,5SF5,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS0,5SF10 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS0,5SF15 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS1,0SF5,0 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS1,0SF10 3, 7, 28, 60 12 12 6
C35 NS1,0SF15 3, 7, 28, 60 12 12 6
Tổng số mẫu 252 252 126
3.3.4 Công tác đúc mẫu và bảo dưỡng các mẫu bê tông
* Cân đong vật liệu
Các loại vật liệu được tính cho mẻ trộn tương ứng với thể tích thùng trộn, cân đong
theo khối lượng bằng cân tự động, riêng phụ gia siêu dẻo được cân đong theo thể tích.
Các loại vật liệu cho một mẻ trộn phải điều chỉnh theo độ ẩm của cốt liệu lớn và cốt liệu
nhỏ trước khi đưa vào mẻ trộn.
* Kiểm tra độ sụt
Độ sụt của hỗn hợp bê tông được thử nghiệm theo TCVN 3106 – 1993 [30]. Độ sụt
của các hỗn hợp bê tông dao động (2,0 - 4,0)cm phù hợp theo yêu cầu thiết kế.
70
Hình 3.2 - Công tác trộn và thí nghiệm độ sụt bê tông xi măng
* Công nghệ trộn, đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu BTXM sử dụng phụ gia NS và SF
Các loại cốt liệu đã được tính cho mẻ trộn. Trước khi trộn, NS được trộn đều vào
trong nước bằng máy trộn vữa tốc độ cao, sử dụng một cối trộn bằng thép không gỉ, có
dung tích 5 lít (lượng nước khoảng 3 lít và lượng phụ gia nano SiO2 theo tỉ lệ mẻ trộn),
cối được gắn vào khung máy trộn sao cho trong suốt thời gian trộn độ an toàn được
đảm bảo, chiều cao của cối tương xứng với cánh trộn sao cho khe hở giữa cánh và cối
trộn có thể vi chỉnh và cố định được. Cánh trộn chuyển động quay xung quanh trục của
nó do chuyển động hành trình của nó quanh trục cối ở các tốc độ được điều khiển bởi
một động cơ điện. Hai chiều quay ngược nhau và tỷ số giữa hai tốc độ không phải là
một số nguyên (hành trình chiều đi là 80 giây và chiều về là 60 giây).
Bê tông được trộn trong máy trộn cưỡng bức với nhiệt độ phòng là 30oC. Sau đó đổ
vào trong pha khô (đá, cát, xi măng) đã được trộn đều và tiến hành trọn trong vòng 1
phút. Tiếp theo thêm cho các phụ gia vào (NS+SF), phụ gia siêu dẻo nếu có và trộn trong
vòng từ 1-2 phút đến khi hỗn hợp bê tông đồng đều.
Bê tông đúc trụ (15x15x30) cm thí nghiệm cường độ nén, mẫu kéo uốn (15x15x60)
cm thí nghiệm cường độ kéo uốn, mẫu hình trụ (15x15) cm thí nghiệm cấp chống thấm
bê tông xi măng, mẫu trụ (10x20) cm để thí nghiệm thấm nhanh ion clo và mẫu thử chống
thấm (15x15) cm. Các mẫu bê tông sau khi đúc được phủ lớp vải trên bề mặt để tránh
mất nước trong vòng 24h, sau đó tháo khuôn và đưa vào bể bảo dưỡng cho đến khi thí
nghiệm. Công tác đúc và bảo dưỡng mẫu bê tông được tiến hành theo TCVN 3105 – 1993
[29]. Một số ảnh thực nghiệm BTXM thể hiện hình 3.28.
71
Hình 3.3 - Công tác chuẩn bị đúc mẫu BTXM khuôn mẫu trộn BTXM
3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của BTXM
Thí nghiệm được tiến hành tại: Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng LAS – XD 238 –
Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ và Thiết bị Công nghiệp của Trường Đại học Bách
Khoa Tp.HCM và phòng thí nghiệm Kiểm định Xây dựng LAS – XD 498 của Liên hiệp
khoa học địa chất – Kiểm định nền móng – Xây dựng – Sài gòn. Một số ảnh thực nghiệm
thể hiện hình 3.4.
72
Hình 3.4 - Thí nghiệm cường độ nén và kéo uốn mẫu của các mẫu bê tông xi măng
* Trình tự thí nghiệm Rku và Rn của bê tông xi măng như sau:
- Thí nghiệm cường độ kéo uốn của các mẫu dầm bê tông thực hiện theo TCVN 3119-
1993 [31]. Cường độ kéo uốn của từng mẫu từng mẫu dầm bê tông được xác định theo
công thức:
Rku = ɣ
P.l
a.b2
(MPa) (3.19)
Trong đó:
+ P: Tải trọng uốn gẫy của mẫu, kN;
+ l: Khoảng giữa hai gối tựa, l = 45 cm;
+ a: Chiều rộng tiết diện ngang của mẫu, a = 15 cm;
+ b: Chiều cao tiết diện ngang của mẫu, b = 15 cm;
+ ɣ: Hệ số tính đổi cường độ kéo uốn từ các mẫu kích thước khác dầm chuẩn
sang dầm kích thước chuẩn (150x150x600) mm, ɣ = 1,0.
- Thí nghiệm cường độ nén của các mẫu bê tông thực hiện theo TCVN 3118-1993.
Cường độ nén của từng mẫu từng mẫu dầm bê tông được xác định theo công thức:
Rn =
P
F
(MPa) (3.20)
Trong đó:
+ P: Tải trọng uốn gẫy của mẫu, kN;
+ F: Diện tích chịu nén của viên mẫu (cm2).
73
3.4.1 Phân tích, đánh giá, nhận xét các kết quả thí nghiệm cường độ Rn và Rku
của bê tông xi măng
3.4.1.1 Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm
Trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu thí nghiệm bao gồm các bước sau:
a. Đánh giá số mẫu trong tổ mẫu
Việc lựa chọn số mẫu trong tổ mẫu rất quan trọng, nếu số mẫu quá ít sẽ không đánh
giá được chính xác kết quả thí nghiệm và ngược lại nếu số mẫu quá nhiều sẽ kéo dài
thời gian thí nghiệm dẫn đến kết quả bị ảnh hưởng bởi tuổi mẫu và kinh phí thực hiện
tăng lên. Các tiêu chuẩn thí nghiệm đều quy định thường là 3, hoặc 2 mẫu mỗi tổ mẫu,
kết quả thí nghiệm được đánh giá đảm bảo độ chụm.
Số mẫu trong 1 tổ mẫu chọn là 3, kết quả thí nghiệm được đánh giá độ chụm theo
các tiêu chuẩn tương ứng. Sử dụng phần mềm thống kê Minitab 18 đánh giá lại số mẫu
với tiêu chuẩn t-test, power=0.75 (hệ số tính toán bằng 1-0.75=0.25) và mức ý nghĩa
=0.05.
Hình 3.5 - Phân tích lựa chọn số mẫu cho 1 tổ mẫu
1-Sample t Test: Testing mean = null (versus ≠ null)
Calculating power for mean = null + difference
α = 0.05 Assumed standard deviation = 1
Difference
Sample
Size
Power
3 3 0.75
Để kết quả đủ độ tin cậy của kết quả thí nghiệm, nghiên cứu được thực hiện với 3
mẫu/tổ mẫu, phát hiện mức sai lệch ±3.0σ với power tính toán được là 0.75 ở mức ý
nghĩa =0.05.
74
b. Loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm
Độ chụm là mức độ gần nhau giữa các kết quả thử nghiệm độc lập nhận được trong
điều kiện quy định. Độ chụm thể hiện chất lượng công tác thí nghiệm, đảm bảo cơ sở
khoa học để phân tích đưa ra những kết luận và kiến nghị của đề tài nghiên cứu.
Sau khi có kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý, đánh giá loại bỏ số liệu ngoại lai
(outlier) theo ASTM E178-2015, đánh giá độ chụm theo ASTM C670-2015 với giới
hạn chấp nhận được quy định của các tiêu chuẩn thí nghiệm tương ứng. Tiêu chuẩn
Grubbs được sử dụng để đánh giá, loại bỏ số liệu ngoại lai của các kết quả thí nghiệm.
Hình 3.6 - Minh họa loại bỏ số liệu ngoại lai Rn C35 theo tiêu chuẩn Grubbs – ASTM E178
Đối với mỗi tiêu chuẩn thí nghiệm đều quy định độ chụm tương ứng. Các tiêu chuẩn
Việt Nam hiện hành chưa có chuẩn đánh giá độ chụm nên sử dụng các tiêu chuẩn
AASHTO và ASTM. Ví dụ với thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn
AASHTO T97-2014 thì hệ số biến sai Cv trong phòng thí nghiệm là 5.7%. Theo ASTM
C670-2015 độ lệch tối đa giá trị max và min với tổ mẫu có 3 mẫu sẽ là 3.3 Cv.
Hình 3.6 và bảng 3.21 ví dụ loại bỏ số liệu ngoại lai và đánh giá độ chụm của cường
độ chịu kéo uốn của bê tông C30 ở 28 ngày tuổi, tùy thuộc vào tỷ lệ NS. Kết quả cho
thấy không có giá trị ngoại lai (sai số thô) trong tập kết quả và đảm bảo độ chụm.
Bảng 3.21 - Ví dụ đánh giá độ chụm của kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn C30 ở 28 ngày
TT Chỉ tiêu Mẫu
C30T28
NS0
C30T28
NS0.5
C30T28
NS1.0
C30T28
NS1.5
C30T28
NS2.0
1
Cường độ kéo uốn
C30 ở tuổi 28 ngày với
các tỷ lệ NS, MPa
1 5.32 5.67 5.80 5.67 5.68
2 5.28 5.58 5.87 5.60 5.58
3 5.35 5.63 5.85 5.69 5.68
TB 5.31 5.62 5.84 5.65 5.64
2
Khoảng chênh lệch R:
max-min
MPa 0.07 0.09 0.07 0.09 0.10
3
Hệ số biến sai cho
phép [Cv]
% 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7
4
Khoảng chấp nhận cho
phép so với giá trị
trung bình: 3.3xCv
% 18.81 18.81 18.81 18.81 18.81
602873
55
50
45
40
35
3 36.16 40.16 2.0 0.635
7 41.32 43.14 2.15 0.396
28 49.7 55.53 1.45 1.000
60 51.89 56.45 1.37 1.000
Tuổi Min Max G P
Grubbs' Test
Tuổi (ngày)
Rn
(M
Pa
)
Biểu đồ loại bỏ số liệu ngoại lai C35
75
5
Giá trị độ lệch cho
phép
MPa 0.08 0.10 0.08 0.09 0.14
6
Đánh giá: So sánh (2)
và (5)
- Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt
c. Thiết kế thực nghiệm và đánh giá kết quả
Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of Experiments) và phân tích thống kê với phần
mềm Minitab 18 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%. Số mẫu thí nghiệm 3 mẫu/tổ
mẫu đảm bảo phát hiện sai khác trong phạm vi ±3α. Thiết kế thí nghiệm tổng quát
(General full factorial design). Phân tích phương sai ANOVA và phân tích hậu định
phát hiện sai khác theo chuẩn Turkey.
3.4.1.2 Thiết kế thực nghiệm và phân tích thống kê cường độ nén, cường độ kéo
uốn của bê tông cấp C30, C35 và C40 theo tỷ lệ NS ở các ngày tuổi.
Sử dụng phần mềm Minitab18 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial
design) và phân tích kết quả. Các biến đầu vào của thiết kế thực nghiệm: 3 biến
- Cấp bê tông: Có 3 loại là: C30, C35, C40
- Ngày tuổi: Có 4 ngày là: 3, 7, 28, 60
- Tỷ lệ NS: Có 5 tỷ lệ là: 0% (đối chứng); 0.5%; 1.0%; 1.5%; 2.0%
Số mẫu trong tổ mẫu là 3 mẫu.
Các kết quả đầu ra cần phân tích thống kê: 2 chỉ tiêu
- Cường độ chịu nén Rn
- Cường độ chịu kéo uốn Rku
Tổng số thí nghiệm: 3x4x5x3 = 180 (mẫu), kết quả được tổng hợp (Phụ lục B mục
B.2).
a. Phân tích thống kê cường độ nén Rn
Kết quả phân tích tất cả các biến số và tổ hợp các biến đều ảnh hưởng đến cường độ
chịu nén có ý nghĩa thống kế.
Hình 3.7 - Biểu đồ phần dư phân tích thống kê Rn
76
Biểu đồ phần dư ở hình 3.7 cho thấy phần dư tuân theo quy luật phân bố chuẩn, các
giá trị ngẫu nhiên, không theo quy luật và phân bố đều hai bên qua đường “0” như vậy
thỏa mãn các điều kiện áp dụng phương pháp thống kê thực nghiệm.
Hình 3.8 - Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng đến Rn
Biểu đồ Pareto ở hình 3.8 cho thấy tất cả các biến và tương tác giữa các biến (tích
các biến) đều ảnh hưởng đến Rn có ý nghĩa thống kê.
General Factorial Regression: Rn versus Cấp BT, Tuổi, NS
Factor Information
Factor Levels Values
Cấp BT 3 C30, C35, C40
Tuổi 4 3, 7, 28, 60
NS 5 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Model 35 8337.84 238.22 750.99 0.000
Linear 9 7908.35 878.71 2770.08 0.000
Cấp BT 2 733.24 366.62 1155.75 0.000
Tuổi 3 6724.35 2241.45 7066.07 0.000
NS 4 450.77 112.69 355.26 0.000
2-Way Interactions 26 429.49 16.52 52.08 0.000
Cấp BT*Tuổi 6 325.75 54.29 171.15 0.000
Cấp BT*NS 8 35.84 4.48 14.12 0.000
Tuổi*NS 12 67.90 5.66 17.84 0.000
Model Summary (Tổng hợp mô hình)
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
0.563217 99.46% 99.32% 99.15%
Kết quả phân tích ANOVA hệ số xác định điều chỉnh R2đc=99.32%, tất cả các biến
và tổ hợp đều có hệ số p-value<<0.05 đảm bảo mức ý nghĩa 95%.
Hình 3.9 - Biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố chính đến Rn
77
Hình 3.9 thể hiện biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố chính đến Rn. Khi cấp bê tông từ
cấp C30, C35 và C40 thì hiển nhiên Rn tăng lên, mức độ tăng khá tương đồng thể hiện
độ dốc các đường C30-C35, C35-C40 gần giống nhau. Cường độ nén tăng theo số ngày
tuổi, tuy nhiên ở giai đoạn đầu từ 3-7-28 (ngày tuổi) thì cường độ nén phát triển nhanh,
từ 28-60 (ngày tuổi) thì mức độ tăng giảm đi. Khi tỷ lệ NS thay đổi thì cường độ nén
thay đổi theo và đạt cực trị lớn nhất ở tỷ lệ 1.0% như vậy với tỷ lệ này hợp lý nhất để
chế tạo bê tông xi măng làm mặt đường ô tô.
Hình 3.10 thể hiện ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến Rn. Với ảnh hưởng Cấp
BT*Tuổi thì ở tuổi 28 và 60 (ngày tuổi) với cấp bê tông C35, C40 ảnh hưởng đến Rn lớn
hơn so với các ngày tuổi 3, 7 (ngày tuổi).
Ảnh hưởng tương tác giữa Cấp BT*NS và Tuổi*NS thì ở tỷ lệ NS=1.0% ảnh hưởng
lớn nhất đến cường độ chịu nén của bê tông.
Hình 3.10 - Biểu đồ ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến Rn
Regression Analysis: Rn versus Tuổi, NS, Cấp BT
Analysis of Variance (Phân tích phương sai ANOVA)
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Regression 6 7747.59 1291.27 351.28 0.000
Tuổi 1 2586.68 2586.68 703.69 0.000
NS 1 402.62 402.62 109.53 0.000
Cấp BT 2 733.24 366.62 99.74 0.000
Tuổi*Tuổi 1 1257.24 1257.24 342.02 0.000
NS*NS 1 367.80 367.80 100.06 0.000
Model Summary (Tổng hợp mô hình)
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
1.91726 92.41% 92.15% 91.79%
78
Hình 3.11 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C30 95% CI.
Hình 3.12 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C35 95% CI.
Hình 3.13 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tông cấp C40 95% CI.
Tuổi
NS
602873
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
70
60
50
40
30
20
10
0
R
n
44
.8
1
47
.2
43
3
49
.6
96
7
48
.0
73
3
42
.6
76
7
42
.7
93
3
45
.1
5
46
.8
5
45
.6
56
7
40
.9
23
3
38
.5
53
3
40
.6
06
7
40
.8
23
3
39
.4
33
3
36
.2
06
7
33
.9
46
7
35
.8
63
3
36
.8
83
3
35
.6
8
32
.5
9
95% CI for the Mean
Individual standard deviations are used to calculate the intervals.
Biểu đồ cường độ nén Rn-C30
Tuổi
NS
602873
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
70
60
50
40
30
20
10
0
Rn
49
.4
26
7
49
.9
56
7
54
.1
53
3
49
.5
4
47
.2
13
3
48
.0
43
3
48
.1
06
7
52
.4
26
7
48
.0
06
7
45
.7
03
3
39
.8
63
3
40
.0
03
3
41
.1
4
39
.4
63
3
38
.9
3
35
.0
66
7
35
.4
36
7
35
.7
73
3
35
.1
56
7
33
.2
3
95% CI for the Mean
Individual standard deviations are used to calculate the intervals.
Biểu đồ cường độ nén Rn-C35
Tuổi
NS
602873
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
2.
01.51.00.
5
0.
0
70
60
50
40
30
20
10
0
Rn
53
.7
6
54
.0
86
7
58
.0
7
53
.9
46
7
51
.5
6
50
.9
23
3
53
.0
6
56
.7
97
53
.0
13
3
50
.3
4
40
.242
.1
36
7
43
.3
26
7
41
.8
43
3
40
35
.4
13
3
35
.9
96
7
36
.7
7
36
.1
63
3
35
.5
9
95% CI for the Mean
Individual standard deviations are used to calculate the intervals.
Biểu đồ cường độ nén Rn-C40
79
* Nhận xét: Kết quả các hình 3.11, hình 3.12 và hình 3.13 là biểu đồ cường độ nén của
bê tông các cấp 30, 35 và 40 MPa với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy các kết quả đảm
bảo độ chụm, có sự khác biệt cường độ nén theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0%
thì cường độ nén cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống kê.
Phương trình hồi quy cường độ nén của bê tông các cấp theo tuổi và NS xác định
với các hệ số đều có ý nghĩa thống kê p-value<<0.05 và hệ số xác định điều chỉnh
R2đc=92.15% (khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi).
C30 Rn = 29.392 + 0.7538 Tuổi + 7.457 NS - 0.008075 Tuổi*Tuổi - 3.417 NS*NS (3.21)
C35 Rn = 31.501 + 0.7538 Tuổi + 7.457 NS - 0.008075 Tuổi*Tuổi - 3.417 NS*NS (3.22)
C40 Rn = 34.319 + 0.7538 Tuổi + 7.457 NS - 0.008075 Tuổi*Tuổi - 3.417 NS*NS (3.23)
Phương trình hồi quy có dạng giống nhau, các hệ số của các phương trình C30, C35
và C40 giống nhau nhưng các số hạng tự do khác nhau lần lượt là 29.392, 31.501 và
34.319.
b. Phân tích thống kê cường độ kéo uốn Rku
Kết quả phân tích tất cả các biến số và tổ hợp các biến đều ảnh hưởng đến cường độ
chịu kéo uốn có ý nghĩa thống kế.
Hình 3.14 - Biểu đồ phần dư phân tích thống kê Rku
Biểu đồ phần dư ở hình 3.14 cho thấy phần dư tuân theo quy luật phân bố chuẩn, các
giá trị ngẫu nhiên, không có quy luật và phân bố đều hai bên qua đường “0” như vậy thỏa
mãn các điều kiện áp dụng phương pháp thống kê thực nghiệm.
Hình 3.15 - Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng đến Rku
80
Biểu đồ Pareto ở hình 3.15 cho thấy tất cả các biến và tương tác giữa các biến (tích các
biến) đều ảnh hưởng đến Rku có ý nghĩa thống kê.
General Factorial Regression: Rku versus Cấp BT, Tuổi, NS
Factor Information
Factor Levels Values
Cấp BT 3 C30, C35, C40
Tuổi 4 3, 7, 28, 60
NS 5 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Model 35 150.376 4.2964 267.28 0.000
Linear 9 147.311 16.3679 1018.23 0.000
Cấp BT 2 16.455 8.2276 511.83 0.000
Tuổi 3 127.169 42.3897 2637.03 0.000
NS 4 3.687 0.9216 57.33 0.000
2-Way Interactions 26 3.065 0.1179 7.33 0.000
Cấp BT*Tuổi 6 1.080 0.1800 11.20 0.000
Cấp BT*NS 8 1.358 0.1698 10.56 0.000
Tuổi*NS 12 0.626 0.0522 3.25 0.000
Model Summary (Tổng hợp mô hình)
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
0.126786 98.48% 98.12% 97.63%
Kết quả phân tích ANOVA hệ số xác định điều chỉnh R2đc=98.12%, tất cả các biến và
tổ hợp đều có hệ số p-value<<0.05 đảm bảo mức ý nghĩa 95%.
Hình 3.16 - Biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố chính đến Rku
* Nhận xét: Hình 3.16 thể hiện biểu đồ ảnh hưởng các yếu tố chính đến Rku. Các quy
luật cũng tương tự như đối với thí nghiệm nén. Khi cấp bê tông từ cấp C30, C35 và C40
thì hiển nhiên Rku tăng lên, mức độ tăng khá tương đồng thể hiện độ dốc các đường
C30-C35, C35-C40 gần giống nhau. Cường độ kéo uốn tăng theo số ngày tuổi, tuy
nhiên ở giai đoạn đầu từ 3-7-28 (ngày tuổi) thì cường độ kéo uốn phát triển nhanh, từ
28-60 (ngày tuổi) thì mức độ tăng giảm đi. Khi tỷ lệ NS thay đổi thì cường độ kéo uốn
thay đổi theo và đạt cực trị lớn nhất ở tỷ lệ 1.0% như vậy với tỷ lệ này hợp lý nhất để
chế tạo bê tông xi măng làm mặt đường ô tô.
81
Hình 3.17 thể hiện ảnh hưởng tương tác của các yếu tố đến Rku. Với ảnh hưởng Cấp
BT*Tuổi thì ở tuổi 28 và 60 (ngày tuổi) với cấp bê tông C35, C40 ảnh hưởng đến Rku lớn
hơn so với các ngày tuổi 3, 7 (ngày tuổi).
Ảnh hưởng tương tác giữa Cấp BT*NS và Tuổi*NS thì ở tỷ lệ NS=1.0% ảnh hưởng
lớn nhất đến cường độ kéo uốn của bê
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- luan_an_nghien_cuu_be_tong_xi_mang_su_dung_phu_gia_nano_sio2.pdf