Vì sao phải nghiên cứu tính công tác của hỗn hợp bê tông ?
|
1. Mở đầu Bơm bê tông là một trong những biện pháp vận chuyển bê tông từ vị trí tập kết đến vị trí đổ bê tông là một trong những biện pháp được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở nước ta. Hầu như các công trình cao tầng, câu trình cầu, công trình thủy điện,… đều sử dụng biện pháp thi công này. Việc thi công đối với nhà dân tại các thành phố lớn cũng sử dụng bê tông thương phẩm và sử dụng biện pháp bơm.Tuy nhiên, trong thực tế, các kỹ sư của các trạm trộn cũng như kỹ sư vận hành máy bơm thường ít để ý đến việc tính toán thiết kế tối ưu thành phần bê tông để quá trình bơm được diễn ra thuận tiện nhất, an toàn nhất và tiết kiệm năng lượng nhất. Trong quá trình tính toán cấp phối phục vụ bơm, người ta thường mới chỉ để ý đến thông số độ sụt và thời gian lưu sụt. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây ở trong nước [1-3] cũng như quốc tế [4-7], các tác giả đã chỉ ra rằng, chỉ riêng thông số độ sụt chưa đủ để xác định được một loại bê tông dễ bơm hay khó bơm. Ngoài yếu tố độ sụt thì các tính chất tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm đóng vai trò rất quan trọng. Các tính chất này bao gồm ngưỡng trượt ban đầu và hằng số nhớt bề mặt. Bê tông có ngưỡng trượt ban đầu lớn và hằng số nhớt bề mặt lớn là các bê tông khó bơm, ngược lại là bê tông dễ bơm. Hiện nay, khi thiết kế cấp phối bê tông các nhà cung cấp bê tông thương phẩm thường căn cứ vào các yêu cầu về cường độ và độ sụt để chọn trước hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/X và tỉ lệ C/(C+Đ) để tính toán hàm lượng các vật liệu thành phần. Các giá trị này thường được chọn chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, sau đó tiến hành các thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của hỗn hợp bê tông và bê tông để kiểm tra, điều chỉnh. Trong hỗn hợp bê tông xi măng, cốt liệu (bao gồm cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ) chiếm đến 80-85% khối lượng, đây cũng là thành phần có tác động rất lớn đến tính công tác của hỗn hợp bê tông và cường độ của bê tông. Xét về mặt cấu trúc của hỗn hợp bê tông, để hỗn hợp bê tông có tính linh động cao thì các hạt cốt liệu phải dễ dàng trượt lên nhau, tức là giữa các hạt cốt liệu cần phải phải có một lớp màng vữa xi măng có chiều dày nhất định. Nếu giữ nguyên hàm lượng xi măng và tỉ lệ N/X thì khi tỉ lệ cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn trong hỗn hợp thay đổi thì chiều dày màng vữa này cũng thay đổi, dẫn đến tính công tác và tính dễ bơm của hỗn hợp cũng thay đổi. Cụ thể, nếu hỗn hợp có quá nhiều hàm lượng cốt liệu nhỏ sẽ làm tăng tỉ diện tiếp xúc bề mặt của hệ cốt liệu, bề dày màng vữa xi măng bao bọc sẽ mỏng đi, tính linh động của hỗn hợp cũng sẽ giảm đi, hỗn hợp khó bơm hơn. Ngược lại, nếu hỗn hợp có hàm lượng cốt liệu lớn qúa lớn, bề dày màng vữa có thể tăng lên nhưng ma sát của các hạt cốt liệu lớn khi trượt lên nhau và ma sát của cốt liệu với thành ống bơm cũng tăng lên, do vậy tính linh động của hỗn hợp bê tông cũng kém đi và hỗn hợp cũng khó bơm hơn. Như vậy, tỉ lệ cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn cần nằm trong một giới hạn nhất định sao cho các tính công tác và tính dễ bơm của hỗn hợp bê tông đạt được là tốt nhất. Từ đó, có thể thấy rằng, cần thiết phải có những nghiên cứu cụ thể để đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ này đến tính công tác và tính dễ hay khó bơm của hỗn hợp bê tông, làm cơ sở cho việc lựa chọn tỉ lệ thành phần khi thiết kế cấp phối bê tông bơm. Các nghiên cứu trước đây mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của thể tích hồ xi măng, tỉ lệ N/X, hàm lượng hạt mịn đến các thông số ma sát của bê tông bơm. Các nghiên cứu trên cũng chưa đề cập đến ảnh hưởng của yếu tố thời gian, là một trong những yếu tố có ảnh hưởng lớn đến các tính chất của bê tông. Trong nghiên cứu này, các tác giả khảo sát các thông số bơm và thông số độ sụt do ảnh hưởng của tỉ lệ cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ có xét đến yếu tố thời gian của một số cấp phối bê tông được sử dụng trong sản xuất bê tông thương phẩm trên địa bàn Đà Nẵng. Do tính chất vận chuyển hỗn hợp bê tông thương phẩm trong khu vực, các kết quả khảo sát được thực hiện cho các mốc thời gian 0 phút, 30 phút, 60 phút và 90 phút. 2. Cấp phối bê tông thí nghiệm Vật liệu chế tạo hỗn hợp bê tông thí nghiệm gồm: + Xi măng Kim Đỉnh PCB40. + Cát vàng, Mdl = 2.9, đảm bảo các yêu cầu theo TCVN 7570-2006. + Đá dăm Dmax = 20mm, đảm bảo các yêu cầu theo TCVN 7570-2006. + Phụ gia Sika Plast 257. + Nước sạch. Bảng 1. Các loại cấp phối bê tông.
Thành phần cố định cho 1m3 bê tông gồm có: Xi măng (X) 450 kg; nước (N) 171 lít, tỉ lệ N/X=0.38; phụ gia 1.0 lít/100 kg X. Các thành phần còn lại như bảng 1. Các cấp phối được chế tạo đáp ứng các yêu cầu theo [8]. 8 loại cấp phối có ký hiệu: C35, C40, C45, C47,C48, C50, C55, C60. Mục tiêu của đề tài là đi khảo sát sự thay đổi của các thông số ma sát khi thay đổi tỉ lệ cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong cấp phối bê tông có xét đến yếu tố thời gian. Do vậy các cấp phối bê tông được điều chỉnh tỉ lệ C/(C+Đ) thay đổi, nhóm nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ C/(C+Đ) hiện đang được sử dụng phổ biến cho các cấp phối bê tông thương phẩm là từ 45% đến 48% và mở rộng đến tỉ lệ 35% và 60%. Thời gian thí nghiệm đo đạc các thông số ma sát ở các mốc thời điểm 0 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút sau khi trộn hỗn hợp bê tông 3. Kết quả thí nghiệm Sau khi thực hiện thí nghiệm, kết quả thí nghiệm được tính toán và phân tích một cách nhanh chóng nhờ phần mềm “Pumping Parameters Calculation” (Tham khảo file đính kèm) 4. Kết luận Đề tài trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm về tính chất lưu biến và ma sát của bê tông thương phẩm phụ thuộc vào thời gian lưu vữa, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ đến các tính chất này. Một số kết luận có thể rút ra như sau: 1/ Đối với hỗn hợp bê tông thí nghiệm, khi thời gian lưu sụt kéo dài đến thời điểm 90 phút thì tác động của phụ gia siêu dẻo ở hàm lượng 1.0 lít/100 kgX là không đáng kể, lúc này yếu tố ảnh hưởng đến tính chất ma sát của bê tông là tỉ lệ giữa cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong cấp phối bê tông. 2/ Hàm lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong cấp phối bê tông có tác động rất lớn đến tính chất ma sát của bê tông bơm. Đối với bê tông sử dụng trong thí nghiệm thì tỉ lệ C/(C+Đ) nằm trong khoảng từ 45% đến 50% là phù hợp nhất để đảm bảo tính dễ bơm cũng như tính công tác của bê tông. 3/ Thông số độ sụt không đủ phản ánh hết được tính dễ bơm hay khó bơm của hỗn hợp bê tông. Sự tăng lên hay giảm xuống của các thông số ma sát phản ánh tính dễ hay khó bơm của hỗn hợp bê tông không tuân theo quy luật tăng, giảm của độ sụt. Do vậy, cần thiết bổ sung thí nghiệm đo các thông số ma sát để nghiên cứu, đánh giá tác động của các thành phần cấp phối bê tông đến tính chất ma sát của bê tông bơm. Từ đó có cơ sở xây dựng chỉ dẫn cụ thể thiết kế cấp phối bê tông bơm, bổ sung cho chỉ dẫn thiết kế hỗn hợp bê tông bơm hiện nay vốn hầu hết mới chỉ dừng lại ở phép đo đột sụt.
Attachment file:
Thứ sáu,17/01/2020 13:51
 Tóm tắtNhà siêu cao tầng là xu hướng phát triển của xây dựng hiện đại vì nó không những tạo ra những chung cư cao cấp, nhà đa chức năng tạo thuận lợi để tổ chức tốt cuộc sống, tiết kiệm tài nguyên đất ngày càng khan hiếm còn thể hiện được đẳng cấp, bộ mặt của khu vực, quốc gia. Tuy nhiên, nhà siêu cao tầng là thách thức của người xây dựng. Trong đó vật liệu phải khác so với xây dựng dân dụng thông thường, đặc biệt là bê tông trong xây dựng các kết cấu của nhà siêu cao tầng như cường độ cao và có thể còn phải vận chuyển lên khoảng cách cao do đó phải là loại bê tông chất lượng cao. Trong bài viết này đưa ra thiết kế loại bê tông có cường độ cao và độ chảy lớn dùng trong xây dựng nhà siêu cao tầng.
1. Mở đầu Dân số thế giới ngày càng phát triển với xu thế toàn cầu hóa, do đó lĩnh vực xây dựng với các công trình cho nhu cầu nhà ở, văn phòng thương mại và dịch vụ ngày càng tăng. Nhà siêu cao tầng (định nghĩa của CTBUH có chiều cao trên 300m) là phương án tối ưu để xây dựng các ngôi nhà với những chức năng đa dạng đó để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của xây dựng dân dụng. Xây dựng nhà siêu cao tầng còn liên quan đến các siêu đô thị phát triển với các đẳng cáp về kiến trúc – xây dựng, trong đó đáp ứng cả lợi ích của nhà đầu tư và cả nguyên nhân liên quan đến giá trị quá cao của đất xây dựng. Bê tông và vật liệu cơ bản cho kết cấu nhà siêu cao tầng. Bê tông phải đạt được các yêu cầu rất nghiêm ngặt về kỹ thuật và công nghệ như là cường độ cao, tính công tác tốt… Như vậy, chỉ loại bê tông chất lượng cao có thể đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu cao về các tính chất đặc biệt đó. Trên thế giới loại bê tông chất lượng cao đã được sử dụng rộng rãi từ những năm 90 của thế kỷ trước. Ngày nay, nhu cầu về loại bê tông này ngày một tăng do nhu cầu phát triển các công trình hiện đại. Khi dùng bê tông chất lượng cao làm kết cấu chịu lực cho các công trình nhà cao tầng có nhiều ưu điểm như: Tuổi thọ công trình cao, đẩy nhanh tốc độ thi công. Đặc biệt, sử dụng bê tông chất lượng cao giảm được tải trọng tĩnh, giảm lượng dùng vật liệu và đạt hiệu quả cả về kinh tế và kỹ thuật. Ở nước ta trong những năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng bên tông chất lượng cao được quan tâm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xây dựng cơ bản. Tuy nhiên, với số lượng nghiên cứu còn ít nhất là từ nguyên vật liệu thực tế của Việt Nam. Đặc biệt, ứng dụng triển khai các kết quả nghiên cứu còn nhiều hạn chế, cũng như nhiều vấn đề vẫn chưa được giải quyest một cách cụ thể, triệt để, hiệu quả sử dụng chưa cao. Để đáp ứng sự phát triển của ngành xây dựng việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng bê tông chất lượng cao dùng cho các công trình nhà siêu cao tầng là một đòi hỏi cần thiết và cấp bách. Bài viết này đưa ra nội dung về chế tạo được loại bê tông có cường độ cao (60Mpa) và độ chảy lớn (từ 600mmm) 2. Nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông chất lượng cao 2.1. Vật liệu sử dụng Xi măng Xi măng sử dụng trong nghiên cứu là xi măng Bút Sơn PC40. Có cường độ 28 ngày đạt 48 Mpa, các tính chất khác đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009 Cốt liệu nhỏ Đề tài sử dụng cốt liệu nhỏ là cát vàng Việt Trì. Đây là loại cát có mô đun độ lớn 3,1, các tính chất khác đạt tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 của cốt liệu dùng cho bê tông và vữa xây dựng Cốt liệu lớn Cốt liệu lớn được sử dụng là đá dăm Hòa Bình có Dmax = 10mm, có mác theo cường độ chịu nén là đạt 120Mpa. Các tính chất của đá đạt yêu cầu TCVN 7570:2006 Phụ gia hóa dẻo Glenium ACE 388 SureTec là phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylic ether (PCE) cải tiến. Sản phẩm này là phụ gia loại F theo tiêu chuẩn ASTM C494 của Mỹ. Màu nâu đậm. 1,1g/cm3, độ pH: 6,0 ÷7,5. Tro bay Đề tài sử dụng loại tro bay nhiệt điện Phả Lại có khối lượng thể tích 950kg/m3, Khối lượng riêng 2,25g/cm3, độ mịn 8619 cm2/g, độ hoạt tính 85%. Tro bay có các tính chất đặc trưng thỏa mãn theo tiêu chuẩn TCVN-311:2004 2.2. Thiết kế thành phần bê tông chất lượng cao Thiết kế sơ bộ Bê tông thuộc loại chất lượng cao, nó có cường độ cao và độ chảy lớn, do đó thành phần sơ bộ của loại bê tông này được xác định theo nguyên tắc về bê tông tự lèn dựa theo phương pháp của Hiệp hội Bê tông Nhật Bản kết quả như bảng 1 (trong đó chất kết dính có xi măng và tro bay được lấy bằng 20% khối lượng của nó).
Thiết kế tối ưu Từ cấp phối sơ bộ (bảng 1) đa xtieesn hành thử trong điều kiện thực tế của vật liệu ở Việt Nam. Sau đó, đã lựa chọn cấp phối tốt nhất khi dùng quy hoạch thực nghiệm với phương pháp tâm xoay 2 biến X1 (tỷ lệ nước, chất kết dính-N/CKD) và X2 (tỷ lệ cát, cốt liệu-V/CL) và hàm mục tiêu là Độ chảy loang (Z) và cường độ nén (Y). Từ kết quả thí nghiệm, dùng phương pháp xử lý số liệu để tìm ra cấp phối tốt nhất đạt được cả yêu cầu về tính công tác và cường độ. 3. Kết quả và bình luận 3.1. Cấp phối bê tông Do dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu với kế hoạch tâm xoay nên số thí nghiệm là: N=2k+2k+m, trong đó: k là số nhân tố = 2, m là số điểm lặp tại tâm kế hoach. M=5, nên thí nghiệm cần tiến hành là 13. Kết quả thí nghiệm ở bảng 2. Bảng 2: Kết quả thí nghiệm
Sau khi xử lý kết quả thí nghiệm phương trình biểu diễn về cường độ là: Y=62.62 - 1.767 X1 -0.755 X2 - 1.248X12 - 0.747 X22 Phương trình biểu diễn về độ chảy loang: Z= 676 + 17.22 X1 + 9.57 X2 - 22.693 X12 - 8.932 X22 Giá trị cực đại của các phương trình trên: Ymax=63.439. {X2 = - 0.5067. X1 = - 0.708} hay {C/CL=0.51. N/B = 0.266} Zmax = 685.91. {X2 = 0.6914. X1 = 0.3769} hay {C/CL = 0.524. N/B = 0.278} Nhận xét: Các hàm mục tiêu trên đều có cực trị trong miền khảo sát. Tuy chúng không đạt cwch trị ở cùng một giá trị biến số nwhng khá gần nhau. Từ các phân tích ảnh hưởng của các biến số đến hàm mục tiêu trên đề tài kiến nghị nên sử dụng cấp phối bê tông sau như bảng 3 Bảng 3: Cấp phối bê tông
Để nghiên cứu các tính chất của bê tông chất lượng cao dùng trong xây dựng nhà siêu cao tầng, đã tiến hành nghiên cứu các tính chất của 2 loại bê tông: Một loại có cấp phối tối ưu đã tìm được ở bảng 3, ký hiệu mẫu M1 và một loại bê tông chất lượng cao thông thường (có cấp phối tương tự nhưng không dùng tro bay) số liệu ở bảng 4, ký hiệu mẫu M2. Các mẫu thí nghiệm được chế tạo để xác định tính chất của hỗn hợp bê tông, cường độ, mô đun đàn hồi và khả năng thấm ion clo. Kết quả thí nghiệm đưa ra ở bảng 5 và 6. Bảng 4:Cấp phối bê tông chất lượng cao
|
Độ chảy chỉ tiêu quan trọng đầu tiên để đánh giá tính chất của hỗn hợp bê tông tự lèn, nó đánh giá được khả năng điền đầy khi không cần tác dụng đầm lèn. Trong thí nghiệm, mẫu bê tông sử dụng tro bay có độ chảy loang thấp hơn, điều này cũng phù hợp khi T50 của loại bê tông này cũng lớn hơn. Như vậy, nếu chỉ xét về tính dẻo thì bê tông không sử dụng tro bay lớn hơn và khả năng điền đầy tốt hơn. Tuy nhiên, với loại bê tông càng dẻo, khả năng bị phân tầng càng cao hơn, kết quả thí nghiệm về khả năng phân tầng cũng phù hợp khi mẫu thí nghiệm về khả năng phân tầng cũng phù hợp khi maaxi thí nghiệm có tro bay thấp hơn nhiều so với mẫu thông thường (3,6% so với 8,5%) Thí nghiệm xác định độ nhớt của hỗn hợp bê tông bằng thiết bị phễu chữ V. Trong thí nghiệm này 2 loại mẫu bê tông có thời gian chảy hết một khối lượng bê tông trong phễu chữ V là tương đương nhau, có nghĩa độ nhớt tương đương nhau. Theo suy luận thông thường độ nhớt của loại bê tông không sử dụng tro bay thấp hơn vì nó dẻo hơn dễ phân tầng hơn. Tuy nhiên, thực tế với loại bê tông này là phù hợp, do với tỷ lệ N/X khá thấp nên khả năng liên kết trong hồ xi măng là rất cao, lớn hơn nhiều so với hệ này khi dùng thêm tro bay, chính vì vậy, khả năng bám dính của nó với thành khuôn rất lớn. Điều này cũng thấy rõ ràng công nghệ chế tạo loại bê tông không có tro bay, việc nhào trộn rất khó khăn đặc biệt với các loại máy trộn tự do. Như vậy: Theo kết quả thí nghiệm loại bê tông không sử dụng tro bay có độ dẻo cao hơn (khả năng điền đầy tốt hơn), khả năng chống phân tầng kém hơn và độ nhớt tương đương với loại bê tông dùng 20% tro bay. Nhưng với công nghệ thực tế loại bê tông sử dụng tro bay dễ tạo hình hơn rất nhiều đặc biệt là ở công đoạn nhào trộn. Từ kết quả thí nghiệm cho thấy các loại bê tông đề nghị có cường độ nén đều đạt trên 60Mpa. Trong đó loại bê tông không dùng tro bay có cường độ nén cao hơn loại dùng 20% tro bay với giá trị không lớn lắm (khoảng 13,5). Điều này cũng phù hợp khi mô đun đàn hồi của loại bê tông này cao hơn so với loại sử dụng tro bay khoảng 6,1%. Quy luật này cũng đúng với cường độ uốn nhưng giá trị bé hơn nhiều với việc dùng đến 20% tro bay cường độ uốn chỉ giảm trên 1%. Loại bê tông dùng tro bay, mặc dù các tính chất cơ học có giảm đi chút ít nhưng có độ ổn định tốt hơn, độ co ngót bé hơn so với bê tông chất lượng cao thông thường. Như vậy, với loại bê tông tự lèn có hàm lượng xi măng cao thì việc thay thế một phần chúng bằng tro bay cho cấu trúc của bê tông ổn định và tốt hơn. Điều này cũng phù hợp với thí nghiệm thấm ion clo vì cả 2 loại mẫu đều thuộc loại có cấu trúc đặc cao, thấm rất bé, tuy nhiên do có cấu trúc đặc chắc hơn nên loại bê tông dùng tro bay có khả năng thấm ion clo thấp hơn trên 16% so với mẫu thông thường 4. Kết luận Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông chất lượng cao sử dụng cho nhà cao tầng ở Việt nam, rút ra những kết luận sau: + Từ những vật liệu thông thường sẵn có ở trong nước trong đó cốt liệu có nguofongoocs từ Hà Tĩnh, có thể chế tạo được bê tông chất lượng cao với các tiêu chí cơ bản (cường độ > 60Mpa, độ chảy >600mm, có độ đặc cao nên khả năng thấm ion Cl – rất nhỏ). Bê tông này có các tính chất cơ bản thuộc loại bê tông tự lèn, cường độ cao. + Việc sử dụng phụ gia siêu dẻo là bắt buộc để cải thiện tính công tác và cường độ cho bê tông. + Việc sử dụng phụ gia tro bay có thể giảm khả năng chịu lực của bê tông đi chút ít, nhưng cải thiện về cấu trúc cũng như các tính chất khác của bê tông mang lại lợi ích về kinh tế, kỹ thuật và môi trường phù hợp với phát triển xây dựng bền vững.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
