Tóm tắt Luận án Nghiên cứu vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu và silica Fume làm phụ gia cho bê tông xi măng trong xây dựng đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ

g độ nén của bê tông [15]. Tác giả Nguyễn Quang Phú - Trường Đại học Thủy Lợi (2015) “Thiết kế bê tông tính năng cao sử dụng siluca Fume và phụ gia siêu dẻo” [20]. 7 1.3 Các thông số chủ yếu của vật liệu bê tông xi măng cho thiết kế kết cấu mặt đường ô tô ở Việt Nam 1.3.1 Cường độ của bê tông xi măng 1.3.2 Mô đun đàn hồi 1.3.3 Độ co ngót và hệ số giãn nở nhiệt tấm bê tông xi măng 1.3.4 Độ mài mòn 1.4 Kết luận chương 1 và định hướng nghiên cứu. Chương 2 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 Sản phẩm nano SiO2 có diện tích bề mặt khoảng 258,3 m2/gam, phân tích cho thấy SiO2 là thành phần chính trong tro trấu và chiếm tỉ lệ về khối lượng khá cao 85,40%. Việc sử dụng kết hợp hai loại phụ gia NS+SF. Phụ gia silica Fume và phần vô định hình của nano SiO sẽ phản ứng với Ca(OH)2 được tạo ra do thuỷ hoá xi măng. Phản ứng tạo ra gel CHS (CaO.H2O.SiO2) liên kết chặt chẽ hơn với cốt liệu và đồng thời làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 không có lợi sinh ra trong thuỷ hoá xi măng. Tuy nhiên hạt NS cực mịn nên lấp đầy các khe kẻ nhỏ nhất làm cho vữa và bê tông xi măng đặc chắc hơn. Thực nghiệm tìm ra được phương trình hồi quy mẫu vữa 28 ngày tuổi Rn, Rku và giá trị biến tỉ lệ phụ gia NS max lớn nhất. Cơ sở lựa chọn tỉ lệ thích hợp trong phạm vi nghiên cứu thực nghiệm cho BTXM sử dụng phụ gia NS (0.5 ÷ 2.0)%. 2.1 Nghiên cứu các loại phụ gia cho bê tông xi măng 2.1.1 Khái niệm phụ gia 2.1.2 Phân loại phụ gia 2.2 Quá trình thủy hóa của xi măng pooclăng 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 2.3.1 Giới thiệu tro trấu Tro trấu được lấy mẫu từ nhà máy gạch khối Tân Kỷ Nguyên tọa lạc tại khu công nghiệp Thịnh Phát, huyện Bến Lức, tỉnh Long An. Công suất lò hơi tiêu thụ lượng trấu khoảng 20 tấn trấu/ngày và thải môi trường khoảng 4 tấn tro/ngày. Để chế tạo loại vật liệu nano SiO2 từ tro trấu có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như sol-gel, kết tủa hóa học.. [85]. Hình 2.1- Lò hơi công nghiệp nhà máy Gạch Khối Tân Kỷ Nguyên Hình 2.2 - Mẫu tro trấu được lấy từ nhà máy Gạch Khối Tân Kỷ Nguyên 8 2.3.2 Kết quả thu được sản phẩm nano SiO2 điều chế từ tro trấu Nano SiO2 sử dụng trong luận án được chế tạo từ tro trấu tại Phòng Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Hóa và Môi trường - Trung tâm Nghiên cứu Phát triển & Chuyển giao Công nghệ - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Nano SiO2 thu được ở dạng bột, màu trắng rất mịn [16][17]. Hình 2.3- Mẫu tro trấu trước khi điều chế Hình 2.4 – Sản phẩm thu được nano SiO2 - EDX (Phổ tán sắc năng lượng tia X) Nano SiO2 sử dụng trong luận án được phân tích EDX tại Viện khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, kết quả như hình 2.9 cho thấy, vật liệu SiO2 điều chế được có thành phần nguyên tử chủ yếu là Si (28,78%) và O (57,92%), tỷ lệ % nguyên tử Si/O xấp xỉ 1/2 Hình 2.5 - Phổ EDX và thành phần các nguyên tố trong mẫu SiO2 - XRD (Kỹ thuật nhiễu xạ tia X) Nano SiO2 sử dụng trong luận án được phân tích nhiễu xạ tia X tại Viện khoa học vật liệu ứng dụng Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phồ Hồ Chí Minh. Hình 2.6 - Giản đồ XRD của mẫu SiO2 Giản đồ XRD của mẫu bột SiO2 được thực hiện ở hình 2.6. Từ kết quả XRD cho thấy, mẫu tồn tại chủ yếu ở dạng pha tinh thể SiO2 thuộc hệ mạng một nghiêng monoclinic, đỉnh pic đặc trưng ứng với góc 2 khoảng 19,760. Bên cạnh pha tinh thể mẫu SiO2 còn lẫn một ít pha SiO2 vô định hình. 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 003 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Co unt s CK a OK a SiK a Element (keV) Mass% Atom% C K 0.277 8.44 13.31 O K 0.525 48.91 57.92 Si K 1.739 42.66 28.78 Total 100.00 100.00 Co unt s CK a OK a SiK a 9 - SEM (Kính hiển vi điện tử quét) Mẫu nano SiO2 trong luận án được thí nghiệm SEM tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung Ương, kết quả như hình 2.7. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM của mẫu bột SiO2 được chụp trên thiết bị Hitachi-S4800. Ảnh TEM được chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 (JEOL-Nhật Bản). - TEM (Kính hiển vi điện tử truyền qua) Mẫu nano-silica trong đề tài được thí nghiệm TEM tại Viện Vệ sinh dịch tễ Trung Ương, kết quả ảnh TEM thu được như hình 2.8 Ảnh TEM cho thấy xuất hiện hạt tinh thể rõ ràng, các hạt rất nhỏ (khoảng 10 đến 20 nm) và phân bố khá đồng đều. Hình 2.7 - Ảnh SEM của mẫu SiO2 Hình 2.8 - Ảnh TEM của mẫu SiO2 - BET (Brunauer-Emmett-Teller ) Kết quả BET trên vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu sử dụng trong luận án được chụp tại Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh có tỉ diện tích bề mặt rất lớn khoảng 258,3 m2/gam. 2.4 Cơ sở khoa học kết hợp hai loại phụ gia nano SiO2 và silica Fume 2.4.1 Ảnh hưởng của các hạt nano SiO2 tăng cường độ của bê tông xi măng 2.4.1.1 Đặc tính của nano SiO2 (NS) Nano SiO2 là một dạng vật liệu silica tinh thể và vô định hình với kích thước hạt nhỏ hơn 100 nm, có nghĩa là kích thước hạt của nó nhỏ hơn muội silic. Các lý thuyết trong trong phần trình bày tác giả chỉ nghiên cứu với NS có đường kính từ 7-40 nm và độ tinh khiết khoảng 85,4% SiO2. 2.4.1.2 Tác động của nano SiO2 đến hồ xi măng, vữa và bê tông Nghiên cứu của Qing (2007) đã chỉ ra rằng cường độ của đá xi măng, và của vữa sử dụng NS tăng nhiều hơn so với sử dụng cùng một lượng muội silic [73]. Belkowitz và Armentrout (2009) đã chỉ ra rằng NS làm tăng cường độ chịu nén của đá xi măng hiệu quả hơn so với muội silic, đặc biệt là ở tuổi sớm [64]. Nghiên cứu của Li (2004) cũng đã chỉ ra với 5% lượng xi măng được thay thế bằng NS (đường kính 15±5 nm), cường độ chịu nén ở 7 và 28 ngày cũng tăng tương ứng là 20 và 17% [69]. Jo (2007) cũng đưa ra được kết quả tương tự [63]. Schoepfer và Maji (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của silica với đa dạng kích thước hạt (150, 100, 40, 12, 7 nm) đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông với hàm lượng nhỏ (18% của tro bay) [79]. 2.4.1.3 Phân tán hạt nano Silica Wang và cộng sự [83], Kết quả là tạo thành các luồng chất lỏng tốc độ cao và ứng suất cơ học giữa các hạt, điều này sẽ phá vỡ lực hấp dẫn giữa các hạt nano như hình 2.9, như vậy sự phân tán và phân tách các đám ngưng tụ hiệu quả hơn. 10 Hình 2.9 - Sự phân tán và tan ngưng tụ của các hạt nano (a) trước khi trộn siêu âm (b) sau khi trộn siêu âm Hình 2.10 - Kết quả phân tán bằng phương pháp siêu âm của các hạt silica trong nước * Nhận xét: Từ các phân tích trên có thể nhận xét các hạt nano SiO2 làm gia tăng hàm lượng màng C-H-S bằng cách là hạt trung tâm cho các sản phẩm thủy hóa và bằng phản ứng puzơlan. Việc sử dụng NS cũng làm giảm số lượng, định hướng và kích thước tinh thể CH tại bề mặt cốt liệu bằng phản ứng puzơlan.. Ngoài tác dụng là chèn khe nhỏ nhất, NS còn có khả năng phản ứng puzơlan và tác động cải thiện vi cấu trúc tốt hơn so với muội silic và kết quả là NS giúp tăng cường độ chịu nén của bê tông cao hơn so với muội silic. 2.4.2 Ảnh hưởng của các hạt silica Fume đến cường độ của bê tông xi măng 2.4.2.1 Đặc tính của silica Fume (SF) Các hạt SF có dạng hình cầu, bề mặt trơn phẳng, kích thước trung bình của hạt SF vào khoảng 0.1-0.2µm, tức là vào khoảng 1:50-1:100 kích thước hạt xi măng hoặc tro bay, tỷ diện bề mặt hạt silica fume vào khoảng từ 13000-25000m2/kg [88]. Bột SF có khối lượng đơn vị ở trạng thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng 0,15- 0,22 tấn/m3 SF có hàm lượng ôxit silíc hoạt tính cao vào khoảng 85-98% [89]. 2.4.2.2 Tác động của silica Fume đến hồ xi măng, vữa và bê tông * Tính dẻo của vữa và bê tông [88][89]. * Sự phát triển cường độ của bê tông [77][89]. * Tính thấm của bê tông [84]. * Khả năng bảo vệ cốt thép [89]. 2.4.2.3 Phân tán hạt silica Fume [88] * Nhận xét: Silica Fume đóng vai trò chất kết dính vì silica Fume có kích thước hạt nhỏ hơn kích thước hạt xi măng và có khả năng lấp đầy các lỗ rỗng do nước tự do thoát ra trong xi măng. Độ siêu mịn cho phép silica Fume lấp đầy các lỗ rỗng vi mô giữa các hạt xi măng, iệu quả của vi chất lấp đầy này là làm giảm mạnh khả năng thấm nước và tăng mạnh liên kết giữa cốt liệu với hồ xi măng của bê tông silica Fume so với bê tông thông thường. Phụ gia silica Fume phản ứng với Ca(OH)2 được tạo ra do thuỷ hoá xi măng. Phản ứng tạo ra gel CHS liên kết chặt chẽ hơn với cốt liệu và đồng thời làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 không có lợi sinh ra trong thuỷ hoá xi măng. 11 2.5 Nghiên cứu thực nghiệm nano SiO2 để nâng cao tính năng của vữa xi măng 2.5.1 Giới thiệu Luận án nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ phần trăm NS tới sự phát triển cường độ chịu nén và chịu kéo uốn của mẫu vữa xi măng, thiết kế theo TCVN 3121-11:2003 [34]. Hàm lượng của NS thay đổi (0, 0.5, 1.0, 1.5 và 2.0) % theo khối lượng của xi măng. Hình 2.11 - Công tác chuẩn bị mẫu vật liệu thí nghiệm vữa xi măng 2.5.2 Thiết kế thành phần chế tạo của vữa xi măng theo tỉ lệ nano SiO2 Trên cơ sở thiết kế thực nghiệm (DoE), tác giả đã ứng dụng phần mềm Minitab sử dụng dạng mặt đáp ứng, thiết kế hỗn hợp tâm xoay với biến phụ thuộc Rku, Rn cường độ 28 ngày tuổi và 3 biến độc lập liên tục tâm xoay (N/X, NS/X và C/X), hệ số alpha=1 (Tâm xoay mặt) [4], 2.5.3 Thiết bị, dụng cụ và phương pháp thử Thực nghiệm tại Phòng Rectie - Trường Đại học Bách Khoa Tp_HCM Hình 2.20 - Kiểm tra Dxòe của mẫu vữa xi măng Hình 2.22 - Thí nghiệm cường Rku của mẫu Hình 2.23 - Thí nghiệm Rn của mẫu 2.5.4 Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng Trong phạm vi nghiên cứu thực nghiệm, đã tìm ra được các biến tỉ lệ đạt được cường độ kéo uốn và nén cao nhất của vữa xi măng ở tuổi 28 ngày và phương trình hồi qui Rku và Rn. Kết quả được tổng hợp theo bảng 2.4 Bảng 2.4 - Kết quả cường độ chịu nén và kéo uốn của vữa xi măng Tên mẫu vữa Tỉ lệ nano SiO2 (%) Cường độ Rn (MPa) Cường độ Rku (MPa) N0 0,00 49.44 6.06 N1 0,50 53.54 6.32 N2 1,00 55.51 6.63 N3 1,50 54.98 6.59 N4 2,00 52.45 6.48 12 2.5.4.1 Phân tích cường độ chịu kéo uốn bằng phần mềm Minitab Response Surface Regression: Rku (28days) versus N/X, NS/X, C/X Analysis of Variance (Phân tích phương sai) Hình 2.24 - Biểu đồ phân tích phần dư ANOVA Đồ thị Normal Probability Plot Đồ thị cho thấy các số dư phân bố rất gần so với phân phối chuẩn. Đồ thị Histogram hiển thị tần suất xuất hiện các số dư. Đồ thị Verus Fits. Các điểm phân bố ngẫu nhiên không theo quy luật nào khác ngoài các N/X, NS/X,C/X. Đồ thị Versus Order biểu diễn quan hệ các số dư và thứ tự các điểm dữ liệu. Các điểm phân bố không ngẫu nhiên, chứng tỏ dữ liệu Rku đã nhập không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời gian (chẳng hạn, càng về sau giá trị càng lớn). Phân tích ANOVA hệ số xác định điều chỉnh R2đc = 96.08%, tất cả các biến và tổ hợp đều có hệ số P-Value <0.05 đảm bảo ý nghĩa 95%. Hình 2.26 – Biểu đồ ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến Rku(28days) Ảnh hưởng tương tác giữa các biến NS/X*C/X thì ở tỉ lệ NS=1% ảnh hưởng lớn nhất đến cường độ chịu kéo uốn Rku(28days) 2.5.4.2 Phân tích cường độ chịu nén bằng phần mềm Minitab Response Surface Regression: Rn (28days) versus N/X, NS/X, C/X Analysis of Variance (Phân tích phương sai) (Phân tích tương tự như Rku) Hình 2.33 - Biểu đồ xác định giá trị max Rn(28days) Hình 2.33 - biểu đồ xác định biến giá trị max Rn(28days) của mẫu vữa xi măng tương ứng với các tỉ lệ N/X, NS/X, C/X. * Nhận xét: Từ bảng 2.4 và hình 2.24 đến hình 2.33 có thể nhận thấy rằng giá trị cường độ chịu kéo uốn và nén ở tuổi 28 ngày là khác nhau khi ta thêm khối lượng hạt nano SiO2 theo tỉ lệ khác nhau vào hỗn hợp vữa xi măng. Gía trị cường độ chịu kéo uốn và nén tăng lên khi khối lượng các hạt nano SiO2 tăng lên từ (0.5 – 2.0)%, giá trị Rn và Rku lớn nhất là tỉ lệ dùng 1,0% nano SiO2 phù hợp cho việc ứng dụng vào BTXM cho đường cấp III. 13 Phương trình hồi qui thực nghiệm Rn và Rku mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia NS Rn(28days) = -800 + 10826 N/X + 2338 NS/X - 1224 C/X - 13406 N/X*N/X - 38002 NS/X*NS/X + 127.6 C/X*C/X + 875 N/X*C/X - 437.5 NS/X*C/X (2.11) Rku(28days) = -1445 + 3150 N/X + 662 NS/X + 437 C/X - 2585 N/X*N/X - 3913 NS/X*NS/X - 57.0 C/X*C/X - 575 N/X*NS/X - 183.3 N/X*C/X - 90.3 NS/X*C/X (2.12) Gía trị tỉ lệ cường độ Rn và Rku cao nhất của mẫu vữa xi măng sử dụng phụ gia NS N/X = 0.505, NS/X = 0.010 và C/X = 3.030 (2.13) 2.5.5 Cấu trúc của vữa xi măng có sử dụng phụ gia nano SiO2 Hình 2.34 - SEM của mẫu vữa xi măng a) thông thường và SEM mẫu vữa xi măng b) sử dụng nano SiO2 * Nhận xét: Hình 2.34 ảnh SEM độ phóng đại của mẫu chụp lên 10.000 lần cho thấy các cấu trúc của nano SiO2 là đồng nhất ảnh (b) và chặt chẽ hơn so với mẫu vữa thông thường (a). Các hạt nano SiO2 có thể hoạt động như một tác nhân trong cấu trúc gel C-H-S, hạt nano SiO2 cực mịn lấp đầy các khe kẻ nhỏ nhất tăng độ đặc sít trong cấu trúc của mẫu vữa, đẩy nhanh sự hình thành và kết dính chặt hơn các hạt thành phần của nó, giúp nâng cao tính chất cơ học [76]. 2.6 Kết luận chương 2 Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHỤ GIA NANO SiO2 + SILICA FUME NÂNG CAO TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG Trong chương này tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu Rn và Rku của BTXM sử dụng phụ gia NS và sự kết hợp hai loại phụ gia NS+SF. Nghiên cứu thực nghiệm phân tích thống kê xử lý số liệu thiết kế thực nghiệm DoE Kết quả tìm ra được phương trình hồi qui thực nghiệm Rn và Rku của BTXM sử dụng phụ gia NS và BTXM kết hợp phụ gia NS+SF. Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chống mài mòn, mô đun đàn hồi nén tĩnh, độ thấm ion clo, hệ số giãn nở nhiệt (CTE), hệ số thấm và độ thấm sâu của BTXM sử dụng phụ gia NS và NS+SF. Kiến nghị BTXM BTXM cấp 35 sử dụng 1.0% NS hoặc cấp 35 sử dụng đồng thời 1.0% NS+10%SF làm mặt đường ô tô khu vực miền Tây Nam Bộ. 3.1 Các yêu cầu của xi măng và bê tông xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô 3.1.1 Các yêu cầu đối với xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô Xi măng dùng trong xây dựng lớp mặt BTXM đường ô tô là xi măng poóc lăng có cường độ và các chỉ tiêu hóa, lý được qui định theo QĐ-BGTVT số 1951 ngày 17/08/2012 [27]. 3.1.2 Đối với BTXM dùng trong xây dựng mặt đường ô tô Theo QĐ-BGTVT số 3230 ngày 14/12/2012 [28], cường độ kéo uốn thiết kế yêu cầu của bê tông dùng trong xây dựng mặt đường ô tô Rku và theo QĐ-BGTVT số 1951 ngày 17/08/2012 [27]. 14 3.2 Vật liệu chế tạo vữa xi măng và bê tông xi măng 3.2.1 Xi măng Xi măng dùng trong luận án là loại PC40 của Hà Tiên phù hợp với tiêu chuẩn theo TCVN 2682:2009 [36] và QĐ: 1951/BGTVT/2012 [27]. 3.2.2 Phụ gia khoáng 3.2.2.1 Nano SiO2 điều chế từ tro trấu Như kết quả phân tích thực nghiệm chương 2. Những chất vật lý chung của hạt nano SiO2 tro trấu sử dụng được thể hiện trong bảng 3.6. Bảng 3.6 - Các tính chất vật lý chung của hạt nano SiO2 Kích thước hạt Độ tinh khiết (%) Dạng hình thù Diện tích bề mặt riêng Khối lượng thể tích xốp Màu sắc 15±3 nm >86 Tinh thể + Vô định hình 258,3 m2/g <0.14 g/cm3 Trắng 3.2.2.2 Silica Fume Vật liệu Silica Fume được lấy mẫu tại Công ty TNHH Hóa Chất Kim Mã, ký hiệu số lô 201703 xuất xứ Trung Quốc thành phần hóa học được thể hiện bảng 3.7 Bảng 3.7 - Thành phần hóa học theo khối lượng của Silica Fume Silica Fume SiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O C K2O Al2O3 Chất khác Thành phần khối lượng (%) 95,38 0,0063 0,13 0,37 0,28 0,007 1,53 0,20 3,859 3.2.3 Cốt liệu lớn Trong luận án đã sử dụng đá dăm Basalt Dmax = 19 mm ở mỏ đá Tân Đông Hiệp – Bình Dương. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ, lý và phân tích thành phần hạt của đá dăm theo TCVN 7572 – 2006 và QĐ 1951/2012 3.2.4 Cốt liệu nhỏ Trong luận án sử dụng cát vàng lòng hồ Trị An huyện Vĩnh Cửu tỉnh Đồng Nai. Các chỉ tiêu cơ, lí và thành phần hạt của cốt liệu nhỏ sử dụng trong luận án kết quả thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 7570:06 [37] và QĐ 1951/2012. 3.2.5 Nước Nước dùng để chế tạo bê tông xi măng không lẫn dầu mỡ, các tạp chất hữu cơ khác và phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 [39] và QĐ 1951/QĐ-BGTVT. 3.3 Thiết kế thành phần bê tông xi măng 3.3.1 Thiết kế theo Phương pháp ACI 211 3.3.2 Tính toán thiết kế thành phần bê tông được tổng hợp bảng 3.18 và 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 - 15 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 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 3.3.3 Tính toán lượng vật liệu dùng cho một mẻ trộn bê tông 3.3.4 Công tác đúc mẫu và bảo dưỡng các mẫu bê tông 3.4 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của BTXM 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. 16 Sử dụng phần mềm Minitab18 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) phân tích kết quả. Biến đầu vào của thiết kế thực nghiệm: 3 biến a. Phân tích thống kê cường độ nén Rn 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. * 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. Tuổi NS 602873 2.01.51.00.50.02.01.51.00.50.02.01.51.00.50.02.01.51.00.50.0 70 60 50 40 30 20 10 0 Rn 44 .8147 .24 33 49 .69 67 48 .07 33 42 .67 67 42 .79 33 45 .1546 .85 45 .65 67 40 .92 33 38 .55 33 40 .60 67 40 .82 33 39 .43 33 36 .20 67 33 .94 67 35 .86 33 36 .88 33 35 .68 32 .59 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén Rn-C30 Tuổi NS 602873 2.01.51.00.50.02.01.51.00.50.02.01.51.00.50.02.01.51.00.50.0 70 60 50 40 30 20 10 0 Rn 49 .42 67 49 .95 67 54 .15 33 49 .54 47 .21 33 48 .04 33 48 .10 67 52 .42 67 48 .00 67 45 .70 33 39 .86 33 40 .00 33 41 .14 39 .46 33 38 .93 35 .06 67 35 .43 67 35 .77 33 35 .15 67 33 .23 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén Rn-C35 Tuổi NS 602873 2.01.51.00.50.02.01.51.00.50.02.01.51.00.50.02.01.51.00.50.0 70 60 50 40 30 20 10 0 Rn 53 .76 54 .08 6758 .07 53 .94 67 51 .56 50 .92 33 53 .0656 .79 7 53 .01 33 50 .34 40 .242 .13 67 43 .32 67 41 .84 33 40 35 .41 33 35 .99 67 36 .77 36 .16 33 35 .59 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén Rn-C40 17 b. Phân tích thống kê cường độ kéo uốn Rku Hình 3.18 - Biểu đồ cường độ kéo uốn Rku bê tống cấp C30, C35 và C40 95% CI. * Nhận xét: Kết quả hình 3.18 là biểu đồ cường độ kéo uốn của bê tông các cấp C30, C35 và C40 với khoảng tin cậy 95%. Nhận thấy có sự khác biệt cường độ kéo uốn theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0% thì cường độ kéo uốn 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=93.33%, (khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi). C30 Rku = 3.4526 + 0.10537 Tuổi + 0.6628 NS - 0.001147 Tuổi*Tuổi - 0.2821 NS*NS (3.24) C35 Rku = 3.8945 + 0.10537 Tuổi + 0.6628 NS - 0.001147 Tuổi*Tuổi - 0.2821 NS*NS (3.25) C40 Rku = 4.1883 + 0.10537 Tuổi + 0.6628 NS - 0.001147 Tuổi*Tuổi - 0.2821 NS*NS (3.26) 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 3.4526, 3.8945 và 4.1883. Theo QĐ 1951-QĐBGTV [27] Tại mục 5.1.2 quy định cường độ kéo khi uốn trung bình của bê tông chế thử trong phòng thí nghiệm khi thiết kế thành phần bê tông của Nhà thầu ít nhất phải cao hơn cường độ thiết kế yêu cầu 1,15 đến 1,20 lần (Với mặt đường cao tốc, đường cấp I, cấp II phải áp dụng hệ số 1,20, còn với mặt đường các cấp khác phải áp dụng hệ số 1,15). Tuy nhiên để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế kiến nghị sử dụng bê tông cấp C35 sử dụng phụ gia NS1.0% cho đường cấp III khu vực miền Tây Nam Bộ. 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 và FS ở các ngày tuổi. Sử dụng phần mềm Minitab18.1 thiết kế thí nghiệm tổng quát (General full factorial design) và phân tích kết quả thí nghiệm. Các biến đầu vào của thiết kế thực nghiệm: 3 biến ➢ Phân tích thống kê cường độ nén Rn Hình 3.23 - Biểu đồ cường độ nén Rn bê tống cấp C35 95% CI. Tuổi NS SF 602873 1.00.51.00.51.00.51.00.5 1510515105151051510515105151051510515105 70 60 50 40 30 20 10 0 Rn (M Pa) 55. 423 3 56. 06 55. 54 52. 5353. 426 7 52. 1954. 056 7 55. 136 7 53. 596 7 50. 0752. 07 49. 976 7 42. 3542. 91 42. 516 7 42. 3 41. 923 3 41. 766 7 38. 1639. 946 7 37. 95 36. 853 3 37. 153 3 36. 306 7 95% CI for the Mean Individual standard deviations are used to calculate the intervals. Biểu đồ cường độ nén Rn 18 * Nhận xét: Kết quả hình 3.23 biểu đồ cường độ chịu nén Rn của bê tông cấp 35 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%+SF=10% thì cường độ nén Rn 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=98.02%. (khoảng nghiên cứu 3 ngày tuổi đến 60 ngày tuổi). Rn = 29.002 + 0.8598 Tuổi + 4.513 NS + 0.807 SF - 0.009256 Tuổi*Tuổi - 0.03917 SF*SF (3.27) ➢ Phân tích thống kê cường độ kéo uốn Rku Hình 3.28 - Biểu đồ cường độ kéo uốn Rku bê tống cấp C35 95% CI. * Nhận xét: Kết quả phân tích hình 3.28 là biểu đồ cường độ chịu kéo uốn Rku của bê tông cấp C35 MPa với khoảng tin cậy 95%, có sự khác biệt cường độ kéo uốn theo ngày tuổi và ứng với tỷ lệ NS=1.0%+SF=10% thì cường độ chịu kéo uốn Rku cho giá trị lớn nhất có ý nghĩa thống