Báo cáo tóm tắt đề tài - Ảnh hưởng của tro bay đến độ bền và khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông

ong bê tông Mã số: B2017-ĐN02-21 Xác nhận của tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Văn Chính Đà Nẵng, 5/2019 i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Văn Chính Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng Thành viên tham gia PGS TS. Trần Quang Hưng Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng ThS. Lê Xuân Dũng Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng ii ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------- THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Ảnh hưởng của tro bay đến độ bền và khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông - Mã số: B2017-ĐN02-21 - Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Văn Chính - Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 6/2017-5/2019 2. Mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ thành phần của các loại tro bay khác nhau thay thế xi măng đến các đặc tính cơ lí (cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, độ co ngót, khả năng chống thấm), độ bền (thông qua khả năng chống xâm thực của axit) và khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông làm việc tại môi trường biển. Từ đó đề xuất loại tro bay phù hợp, thành phần tỉ lệ tối ưu của tro bay trong bê tông, sao cho đạt được đồ bền và khả năng chống ăn mòn tốt nhất, góp phần cho việc sử dụng tro bay trong các công trình xây dựng thực tế làm việc tại môi trường biển. Hơn nữa, khi sử dụng tro bay góp phần giảm thiểu chất thải CO2 ra môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế xã hội. 3. Tính mới và sáng tạo: Sử dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam làm thành phần thay thế xi măng nhằm nâng cao một số đặc tính cơ lý và khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông 4. Kết quả nghiên cứu: iii • Xác định vai trò của tro bay trong việc nâng cao cường độ chịu nén và chịu kéo lâu dài của bê tông • Tro bay thay thế xi măng ở tỉ lệ 20% và 40% góp phần nâng cao khả năng chống thấm của bê tông • Tro bay thay thế xi măng nhưng tỉ lệ N/B không thay đổi làm gia tăng co ngót của bê tông • Tro bay làm tăng khả năng chống lại sự xâm thực của axit sulphuric vào bê tông, bởi vì tro bay góp phần giảm đi sự bào mòn bề mặt, sự mất mát khối lượng, sự suy giảm cường độ chịu nén • Ăn mòn cốt thép trong bê tông làm suy giảm khả năng chịu uốn của dầm BTCT. Do đó cần nghiên cứu các loại vật liệu bê tông có khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông. • Tro bay góp phần nhỏ vào việc trì hoãn sự bắt đầu xuất hiện ăn mòn cốt thép trong bê tông và tỉ lệ tro bay thay thế xi măng được xem tốt nhất là 10%. 5. Sản phẩm: • 01 bài báo khoa học trong nước (Tạp chí Khoa học và công nghệ- Đại học Đà Nẵng) • 02 bài báo khoa học xuất bản trên tạp chí quốc tế SCIE (Structure and Infrastructure Engineering Journal và Materials Journal) • 02 học viên cao học. 6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu: Tro bay đóng góp tích cực vào việc nâng cao một số đặc tính cơ học, độ bền và khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông. Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được chuyển giao cho các nhà máy sản xuất bê tông và nhà máy nhiệt điện trong việc góp phần đưa tro bay vào công nghệ sản xuất bê tông. iv Ngày 10 tháng 05 năm 2019 Tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Văn Chính v INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Effect of fly ash on the durability and corrosion resistance of concrete Code number: B2017-ĐN02-21 Coordinator: TS. Nguyễn Văn Chính Implementing institution: The University of Danang- University of Science and Technology Duration: from June 2017 to May 2019 2. Objective(s): The project investigates the effect of fly ash on some mechanical properties (the compressive strength, flexural strength), physical properties (shrinkage), acid resistance and corrosion resistance of steel in concrete. Based on the test results, the optimum proportion of fly ash replacement to original portlan cement is recommended. Moreover the more fly ash used to replace OPC the better sustainable construction as fly ash contributes to CO2 reduction due to Portland cement production. 3. Creativeness and innovativeness: Using the fly ash available in Vietnam to replace origin Portland cement for improving some mechanical, physical properties; durability and corrosion resistance of steel in concrete. 4. Research results: • Fly ash contributes to increase the long term compressive strength and flexural strength of concrete • Fly ash improve the water resistance of concrete • When water and cementitious ration is kept constantly, fly ash contributed to increase the dry shrinkage. vi • Fly ash increases the acid resistance of concrete as it reduced the surface degradation, mass loss and compressive strength loss due to acid attack. • Corrosion of steel in concrete reduced the flexural strength of reinforced concrete beams. Therefore, the research on the material to replace OPC is neccessary. • Fly ash has a litle possitive affect on the probability of corrosion of steel in concrete and the optimum proportion is 10%. 5. Products: • 01 national journals published (Journal of Science and Technology- UD) • 02 SCIE journals published (Structure and Infrastructure Engineering Journal and Materials Journal) • 02 master students 6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results: Fly ash has positive contribution on some mechanical, physical properties; durability and corrosion resistance of steel in concrete. The results of this project can be transferred to the power station and concrete technology companies for using fly ash to replace partly OPC. vii MỞ ĐẦU 1. Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài Trong các thành phần chế tạo bê tông, xi măng đóng vai trò rất quan trọng. Quá trình sản xuất xi măng tiêu thụ năng lượng rất lớn đồng thời thải ra một lượng lớn CO2 gây ô nhiễm môi trường. Các nhà khoa học đang nghiên cứu để giảm thiểu lượng khí thải CO2, bảo vệ môi trường sống. Một trong những phướng án hiệu quả nhất là nghiên cứu ra các loại vật liệu mới thay thế một phần hoặc toàn bộ xi măng cho bê tông, nâng cao độ bền kết cấu bê tông cốt thép, đồng thời đảm bảo phát triển xây dựng bền vững. Một trong những loại vật liệu có tiềm năng thay thế cho xi măng là tro bay. 2. Mục tiêu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ thành phần của các loại tro bay khác nhau thay thế xi măng đến các đặc tính cơ lí (cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, độ co ngót, khả năng chống thấm), độ bền (thông qua khả năng chống xâm thực của axit) và khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông làm việc tại môi trường biển. Từ đó đề xuất loại tro bay phù hợp, thành phần tỉ lệ tối ưu của tro bay trong bê tông, sao cho đạt được đồ bền và khả năng chống ăn mòn tốt nhất, góp phần cho việc sử dụng tro bay trong các công trình xây dựng thực tế làm việc tại môi trường biển. Hơn nữa, khi sử dụng tro bay góp phần giảm thiểu chất thải CO2 ra môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế xã hội. 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu • Tìm hiểu về đặc tính thành phần hóa học của tro bay Phả Lại, Hải Dương, Việt Nam • Đặc tính cơ học của bê tông có sử dụng tro bay thay thế xi măng Portland (cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn) • Đặc tính vật lí của bê tông có sử dụng tro bay thay thế xi măng Portland (co ngót) • Khả năng chống xâm thực axit của bê tông có sử dụng tro bay thay thế xi măng Portland 1 • Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đồi với khả năng chịu lực của dầm BTCT và khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông có sử dụng tro bay thay thế một phần xi măng Portland 3.2 Phạm vi nghiên cứu • Tro bay nhà máy nhiệt điện Phả Lại (Hải Dương) và tro bay Duyên Hải (Trà Vinh) được sủ dụng trong công trình nghiên cứu. • Nghiên cứu thực nghiệm các đặc tính cơ lý (cường độ chịu nén, cường độ chịu uốn, co ngót), khả năng chống xâm thực axit, khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận • Tìm hiểu các công trình nghiên cứu về tro bay trên thế giới cũng như tại Việt Nam • Tiến hành đánh giá đặc tính thành phần hóa học của loại tro bay cần nghiên cứu dựa trên các số liệu từ nhà phân phối sản phẩm tro bay • Chủ nhiệm đề tài lên kế hoạch chi tiết cho các thí nghiệm cần thực hiện và tiến hành thí nghiệm, phân tích kết quả để đưa ra kết luận 4.2. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm các đặc tính cơ lí, khả năng chống xâm thực axit và khả năng chống ăn mòn của bê tông có sử dụng tro bay thay thế xi măng Portland. Từ đó phân tích thảo luận kết quả để đề xuất phạm vi ứng dụng cũng như tỉ lệ thành phần tro bay hợp lí nhằm nâng cao độ bền và khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông. 5. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu gồm Mở đầu Chương 1 Tổng quan về việc sử dụng tro bay thay thế xi măng Portland trong bê tông 1.1 Khái niệm về tro bay và các loại tro bay 2 1.2 Các đặc tính cơ lí, độ bền của vật liệu bê tông có tro bay và tiêu chuẩn thí nghiệm áp dụng 1.3 Khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông 1.4 Các nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam Chương 2 Ảnh hưởng của tro bay đến đặc tính cơ học của bê tông 2.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông có tro bay 2.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn của bê tông có tro bay 2.3 Phân tích kết quả và kết luận Chương 3 Ảnh hưởng của tro bay đến khả năng chống thấm của bê tông 3.1 Giới thiệu 3.2 Chương trình thí nghiệm 3.3 Kết quả và thảo luận 3.4 Kết luận chương Chương 4 Ảnh hưởng của tro bay đến co ngót của bê tông 4.1 Lựa chọn thành phần cấp phối và tiến hành chuẩn bị mẫu thí nghiệm 4.2 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tro bay đến co ngót của bê tông 4.3 Phân tích kết quả và kết luận Chương 5 Khả năng chống xâm thực axit của bê tông có tro bay 5.1 Lựa chọn thành phần cấp phối và tiến hành chuẩn bị mẫu thí nghiệm 5.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của vật liệu sau thời gian làm việc trong môi trường axit 5.3. Phân tích kết quả và kết luận Chương 6: Khả năng chống ăn mòn của cốt thép trong bê tông tro bay 6.1 Lựa chọn thành phần cấp phối và chuẩn bị mẫu thí nghiệm 3 6.2 Tiến hành thí nghiệm xác định khả năng ăn mòn của cốt thép trong bê tông tro bay sau thời gian ngâm mẫu trong môi trường chứa chloride 6.3 Phân tích kết quả và kết luận Kết luận chung và kiến nghị 4 Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về việc sử dụng tro bay thay thế xi măng trong bê tông 1.1. Tổng quan và phạm vi ứng dụng của tro bay trong lĩnh vực xây dựng 1.1.1. Khái nệm chung về tro bay Tro bay là phế thải sinh ra khi đốt các nguyên liệu hóa thạch như than đá, than nâu (Hình 1.1) [9]. Hình 1.1 Tro bay 1.1.2. Phân loại tro bay Trên thế giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành phần các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại F [11]. Bảng 1.1. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM [11] Các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM Đơn Lớn nhất Nhóm Nhóm C618 vị /nhỏ nhất F C Yêu cầu hóa học SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 % nhỏ nhất 70 50 SO3 % lớn nhất 5 5 Hàm lượng ẩm % lớn nhất 3 3 Hàm lượng mất khi nung % lớn nhất 5 5 Yêu cầu hóa học không bắt buộc Chất kiềm % 1,5 1,5 Yêu cầu vật lý Độ mịn (+325) % lớn nhất 34 34 5 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (7 ngày) % nhỏ nhất 75 75 Hoạt tính pozzolanic so với xi măng (28 % nhỏ nhất 75 75 ngày) Lượng nước yêu cầu % lớn nhất 105 105 Độ nở trong nồi hấp % lớn nhất 0,8 0,8 Yêu cầu độ đồng đều về tỷ trọng % lớn nhất 5 5 Yêu cầu độ đồng đều về độ mịn % lớn nhất 5 5 1.1.3. Thành phần hóa học trong tro bay Bảng 1.2 Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền [13] Thành Khoảng (% khối lượng) phần Châu Âu Mỹ Trung Quốc Ấn Độ Australia SiO2 28,5-59,7 37,8-58,5 35,6-57,2 50,2-59,7 48,8-66,0 Al2O3 12,5-35,6 19,1-28,6 18,8-55,0 14,0-32,4 17,0-27,8 Fe2O3 2,6-21,2 6,8-25,5 2,3-19,3 2,7-14,4 1,1-13,9 CaO 0,5-28,9 1,4-22,4 1,1-7,0 0,6-2,6 2,9-5,3 MgO 0,6-3,8 0,7-4,8 0,7-4,8 0,1-2,1 0,3-2,0 Na2O 0,1-1,9 0,3-1,8 0,6-1,3 0,5-1,2 0,2-1,3 K2O 0,4-4,0 0,9-2,6 0,8-0,9 0,8-4,7 1,1-2,9 P2O5 0,1-1,7 0,1-0,3 1,1-1,5 0,1-0,6 0,2-3,9 TiO2 0,5-2,6 1,1-1,6 0,2-0,7 1,0-2,7 1,3-3,7 MnO 0,03-0,2 - - 0,5-1,4 - SO3 0,1–12,7 0,1–2,1 1,0–2,9 - 0,1–0,6 MKN 0,8–32,8 0,2–11,0 - 0,5-5,0 - 1.1.4. Các nguyên tố vi lượng trong tro bay Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng của chúng có trong nguyên liệu ban đầu. 1.1.5. Cấu trúc hình thái của tro bay Hầu hết các hạt tro bay đều có dạng hình cầu với các kích thước hạt khác nhau, các hạt có kích thước lớn thường ở dạng bọc và có hình dạng rất khác nhau [16]. Các hạt tro bay được chia ra làm hai dạng: dạng đặc và dạng rỗng. 1.1.6. Một số công trình nghiên cứu về tro bay trong lĩnh vực xây dựng ở Việt Nam Nước ta hiện đang trong quá trình phát triển xây dựng cầu cống, các công trình thuỷ điện, các đê kè. Tro bay được dùng làm phụ gia bê tông khối lớn cho các công 6 trình đập thuỷ điện áp dụng công nghệ đổ bê tông đầm lăn như nhà máy thuỷ điện Sơn La, Bản Vẽ, Sông Tranh 2, và một số công trình khác như đập Bái Thượng (Thanh Hoá), đập Tân Giang (Ninh Thuận), đập Lòng Sông (Bình Thuận), [17] 1.1.7. Ứng dụng tro bay trong một số lĩnh vực và công trình trên thế giới • Tro bay dùng làm vật liệu điền lấp • Tro bay cải thiện độ bền và kết cấu của bê tông dẫn đến tăng tuổi thọ của đường. • Gạch không nung từ tro bay 1.2. Vai trò của tro bay đối với sự phát triển bền vững Những lợi ích của việc sử dụng tro bay trong bê tông và vữa xi măng hướng tới phát triển bền vững bao gồm: - Giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường. - Giảm nguồn vật liệu xi măng poc lăng. - Tái sử dụng các sản phẩm thải công nghiệp. - Nâng cao độ bền của bê tông. 1.3. Phản ứng pozzolan của tro bay trong bê tông Calciuin Silicate hydrate (CSH): tạo cường độ bê tông Xi măng poc lăng + Nước: Vôi tự do (CaOH): không tạo cường độ bê tông Calciuin Silicate hydrate (CSH): tạo cường độ bê tông Xi măng poc lăng + Nước + Tro bay: Vôi tự do (CaOH) + tro bay Hình 1.2.Phản ứng pozzolan của tro bay trong bê tông 1.4 Kết luận chương Với những đặc điểm trên, cùng với những nghiên cứu và phạm vi ứng dụng tro bay trong xây dựng ở Việt Nam và nước ngoài, cho thấy tro bay là một nguồn nguyên liệu phế thải công nghiệp dưới dạng bụi khí thải hạt mịn thu được từ quá trình đốt cháy 7 nhiên liệu thang đá trong các nhà máy nhiệt điện. Các công trình có sử dụng tro bay sẽ đem đến nhiều lợi ích to lớn và rất thiết thực cho ngành công nghiệp xây dựng, góp phần bảo vệ môi trường. 8 Chương 2 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tro bay đến đặc tính cơ học của bê tông 2.1. Giới thiệu chung Đặc tính cơ học của bê tông thể hiện qua cường độ của bê tông. Cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu. 2.2.1. Cường độ chịu nén của bê tông 2.1.2. Cường độ chịu kéo của bê tông 2.2. Chương trình thí nghiệm 2.2.1 Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 2.2.2. Các thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông Bảng 2.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông và chi tiết mẫu thí nghiệm Xi Tro bay Đá Cát Nước Độ sụt Nhóm Tên mẫu N/B măng (TB) 1x2 (kg) (kg) (cm) (kg) (kg) (kg) M1(0%.0.42) 0.42 22.0 0 66 44 9.24 3 G1 M2(10%.0.42) 0.42 19.8 2.2 66 44 9.24 3.3 M3(20%.0.42) 0.42 17.6 4.4 66 44 9.24 3.4 M4(40%.0.42) 0.42 13.2 8.8 66 44 9.24 5.5 M5(0%.0.50) 0.5 22.0 0 66 44 11.0 7 G2 M6(10%.0.50) 0.5 19.8 2.2 66 44 11.0 11 M7(20%.0.50) 0.5 17.6 4.4 66 44 11.0 19 M8(40%.0.50) 0.5 13.2 8.8 66 44 11.0 20 M9(0%.0.55) 0.55 22.0 0 66 44 12.1 10 G3 M10(10%.0.55) 0.55 19.8 2.2 66 44 12.1 20 M11(20%.0.55) 0.55 17.6 4.4 66 44 12.1 25 M12(40%.0.55) 0.55 13.2 8.8 66 44 12.1 29 9 2.2.3. Xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông 2.2.4. Đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu a. Dưỡng hộ mẫu nén b. Dưỡng hộ mẫu uốn Hình 2.1 Dưỡng hộ mẫu thí nghiệm 2.2.5. Thí nghiệm nén mẫu Hình 2.2 Thí nghiệm nén mẫu 10 2.2.6 Thí nghiệm uốn mẫu Hình 2.3 Thí nghiệm uốn dầm bê tông theo sơ đồ 3 điểm 2.3. Các kết quả thí nghiệm và thảo luận 2.3.1. Độ sụt của hỗn hợp bê tông ướt Độ sụt của hỗn hợp bê tông được đo và kết quả trình bày ở Bảng 2.3. 2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông Bảng 2.2. Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm Cường độ chịu nén (MPa) tại tuổi (ngày) Nhóm Tên mẫu 1 7 14 28 56 90 M1(0%.0.42) 18.03 38.45 41.53 42.00 44.86 46.15 G1 M2(10%.0.42) 9.68 23.45 26.22 31.11 33.22 34.73 M3(20%.0.42) 11.59 27.74 30.81 38.34 44.90 44.86 M4(40%.0.42) 6.07 14.50 17.67 21.55 30.87 33.15 M5(0%.0.50) 11.98 28.15 30.33 36.71 34.84 36.03 G2 M6(10%.0.50) 10.96 23.49 27.51 31.96 35.42 38.79 M7(20%.0.50) 6.66 17.43 21.34 26.06 30.46 34.28 M8(40%.0.50) 4.47 11.26 14.83 20.82 25.23 27.27 M9(0%.0.55) 10.31 21.49 27.36 29.74 35.02 34.29 G3 M10(10%.0.55) 7.49 17.82 22.81 25.01 28.63 31.20 M11(20%.0.55) 6.06 14.51 18.83 22.88 27.01 27.46 M12(40%.0.55) 3.39 8.80 12.46 16.55 21.41 23.97 2.3.2.1 Nhóm 1 (N/B=0.42) 11 50 40 30 20 M1(0%.0.42) M2(10%.0.42) 10 M3(20%.0.42) Cường độ chịu nén nén (MPa) chịu độ Cường M4(40%.0.42) 0 0 20 40 60 80 100 Tuổi (ngày) Hình 2.4 Cường độ chịu nén của các mẫu nhóm G1 (N/B=0.42) 2.3.2.2 Nhóm G2 (N/B=0.5) 50 40 30 M5(0%.0.5) 20 M6(10%.0.5) M7(20%.0.5) 10 M8(40%.0.5) 0 Cường chịuCường nén (MPa) độ 0 20 40 60 80 100 Tuổi (ngày) Hình 2.5 Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông nhóm G2 (N/B=0.50) 2.3.2.3 Nhóm 3 (N/B=0.55) 40 35 30 25 20 M9(0%.0.55) 15 M10(10%.0.55) 10 M11(20%.0.55) Cường chịu độ (MPa)nén Cường 5 M12(40%.0.55) 0 0 20 40 60 80 100 Tuổi (ngày) Hình 2.6 Cường độ chịu nén của các mẫu bê tông nhómG3 (N/B=0.55) Nhận xét chung • Nhìn tổng thể, cường độ chịu nén của các mẫu có tro bay thay thế xi măng tiếp tục phát triển sau 90 ngày dưỡng hộ trong môi trường nước. Có thể thấy được rằng cường độ chịu nén của các mẫu tro bay sẽ tiếp tục phát triển mặc dù tốc độ phát triển cường độ chậm hơn so với giai đoạn đầu trước 28 ngày. Tuy nhiên 12 cường độ chịu nén của mẫu đối chứng (0%TB) dường như không phát triển nhiều sau 28 ngày. • Tro bay làm suy giảm cường độ chịu nén của bê tông ở giai đoạn đầu (trước 56 ngày), tuy nhiên càng về sau 56 ngày, tro bay góp phần gia tăng cường độ chịu nén thậm chí co mẫu có cường độ chịu nén cao hơn mẫu đối chứng. Ví dụ, mẫu 20%TB với tỉ lệ N/B=0.42 có cường độ chịu nén gần bằng mẫu đối chứng cùng nhóm 0%TB, N/B=0.42 tại thời điểm 56 ngày (Hình 2.5). Cường độ chịu nén của mẫu 10%TB khi N/B=0.5 cao hơn cường độ mẫu đối chứng 0%TB, N/B=0.5 tại thời điểm 28 ngày. Khi N/B=0.5(nhóm G2) mặc dù đến 90 ngày cường độ chịu nén của mẫu tro bay 20% và 40% vẫn nhỏ hơn mẫu đối chứng, tuy nhiên xu hướng phát triển cường độ cho thấy đến thời điểm lâu hơn cường độ chịu nén của mẫu tro bay sẽ cao hơn cường độ chịu nén mẫu đối chứng. • Nhìn chung, khi N/B=0.42 mẫu có hàm lượng tro bay 20% có cường độ chịu nén cao hơn mẫu có hàm lượng 10% và mẫu có hàm lượng 10%Tb có cường độ chịu nén cao hơn mẫu 40%TB. Khi N/B=0.5, trước 56 ngày, mẫu có hàm lượng tro bay 10% có cường độ chịu nén cao hơn mẫu có 20%TB và mẫu 20%TB có cường độ chịu nén cao hơn mẫu có hàm lượng 40%TB. 2.3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ tro bay đến sự phát triển cường độ chịu kéo của bê tông Bảng 2.3. Cường độ chịu kéo của các mẫu bê tông Cường độ chịu kéo (MPa) tại tuổi (ngày) Nhóm Tên mẫu 1 7 14 28 56 90 M1(0%.0.42) 3.06 5.14 6.25 6.66 6.92 6.92 M2(10%.0.42) 1.94 4.46 4.69 5.68 5.70 6.45 M3(20%.0.42) 2.42 4.22 5.40 6.10 6.83 7.94 G1 M4(40%.0.42) 0.75 2.35 3.95 4.89 5.67 5.87 M5(0%.0.5) 2.17 4.50 5.40 5.64 6.10 5.88 M6(10%.0.5) 1.96 4.11 4.51 5.94 5.88 6.08 M7(20%.0.5) 1.31 3.25 4.23 5.58 6.06 6.36 G2 M8(40%.0.5) 0.79 2.42 3.42 5.58 5.49 5.56 M9(0%.0.55) 2.20 4.13 5.22 5.40 5.78 5.48 M10(10%.0.55) 1.69 4.03 4.54 4.64 6.08 6.37 M11(20%.0.55) 1.38 2.81 3.91 4.41 5.78 6.40 G3 M12(40%.0.55) 0.57 2.07 2.37 3.67 4.85 5.19 13 10 8 6 (MPa) 4 M1(0%.0.42) M2(10%.0.42) 2 M3(20%.0.42) Cường chịuđộkéo (uốn) M4(40%.0.42) 0 0 20 40 60 80 100 Tuổi (ngày) Hình 2.7 Cường độ chịu kéo của mẫu nhóm G1 (N/B=0.42) 2.3.3.2 Nhóm G2 (N/B=0.5) 7 6 5 4 M5(0%.0.5) (MPa) 3 M6(10%.0.5) 2 M7(20%.0.5) M8(40%.0.5) 1 Cường chịuđộkéo (uốn) 0 0 20 40 60 80 100 Tuổi (ngày) Hình 2.8 Cường độ chịu kéo của mẫu nhóm G2 (N/B=0.5) 2.3.3.3 Nhóm G3 (N/B=0.55) 7 6 5 ) 4 M9(0%.0.55) (MPa 3 M10(10%.0.55) 2 M11(20%.0.55) 1 M12(40%.0.55) Cường chịuđộkéo (uốn) 0 0 20 40 60 80 100 Tuổi (ngày) Hình 2.9 Cường độ chịu kéo của mẫu nhóm G3 (N/B=0.55) 14 2.4 Kết luận chương • Nằm trong phạm vi nghiên cứu tỉ lệ tro bay thay thế xi măng là 10%, 20% và 40%, tro bay làm suy giảm cường độ chịu nén của bê tông ở tuổi trước 56 ngày khi N/B=0.42 và trước tuổi 28 ngày khi N/B=0.5. Sau đó, cường độ chịu nén của các mẫu tro bay thay thế xi măng tiếp tục tăng khi được dưỡng hộ trong môi trường nước, trong khi cường độ chịu nén của mẫu đối chứng (0%TB) dường như không tăng nữa. • Tro bay làm giảm cường độ chịu kéo của bê tông ở tuổi trước 28 ngay hoặc 56 ngày tùy theo hàm lượng thay thế xi măng và N/B. Sau thời điểm 28 hoặc 56 ngày cường độ chịu kéo của mẫu tro bay sẽ tiếp tục phát triển cao hơn cường độ chịu kéo của mẫu đối chứng vì cường độ chịu kéo mẫu đối chứng (0%TB) dường như không phát triển sau 28 ngày nhưng cường độ chịu kéo mẫu tro bay (10%TB, 20%TB, 40%TB) tiếp tục phát triển 15 Chương 3 Ảnh hưởng của tro bay đến khả năng chống thấm cuả bê tông 3. 1 Giới thiệu 3.2. Chương trình thí nghiệm 3.2.1 Vật liệu 3.2.2. Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông Bảng 3.1 Tỉ lệ thành phần cấp phối Xi Tro Đá Phụ Độ sụt Tên Cát Nước măng bay 1x2 gia (cm) M0 (0%FA) 1 0 2,7 2,2 0,3 0,008 8 M1 (10%FA) 0,9 0,1 2,7 2,2 0,3 0,008 9 M2 (20%FA) 0,8 0,2 2,7 2,2 0,3 0,008 12 M3 (40%FA) 0,6 0,4 2,7 2,2 0,3 0,008 15 3. 2.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông 3.2.4 Thí nghiệm xác định cấp chống thấm của bê tông Hình 3.1 Thí nghiệm xác định cấp chống thấm của bê tông 16 3.3. Kết quả và thảo luận 3.3.1 Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông có phụ gia 60 M0(0%FA) M1(10%FA) M2(20%FA) M3(40%FA) 50 40 30 20 10 0 Cường chịuđộnén (MPa) 28 56 90 Tuổi (ngày) Hình 3.2 Cường độ chịu nén của các hỗn hợp bê tông 3.3.2. Ảnh hưởng của tro bay đến khả năng chống thấm của bê tông Cấp chống thấm của hỗn hợp bê tông thể hiện trong Hình 3.3. M0(0%FA) M1(10%FA) M2(20%FA) M3(40%FA) 18 16 16 16 14 14 14 14 14 12 12 12 12 12 12 12 10 Cấp độ thấm (daN/cm2) thấm độ Cấp 8 t=28 t=56 t=90 Tuổi (ngày) Hình 3.3 Cấp chống thấm của các hỗn hợp bê tông 3.4 Kết luận • Mặc dù hàm lượng lớn tro bay được sử dụng thay thế xi măng (40%), cường độ chịu nén và cấp chống thấm tăng sau 56 ngày tuổi. • Tro bay khi được thay thế xi măng ở tỉ lệ 20% và 40% góp phần tăng khả năng chống thấm của bê tông. • Với các tỉ lệ tro bay được sử dụng thay thế xi măng được khảo sát thì tỉ lệ 20% là tốt nhất vì góp phần tăng cường đồng thời cường độ chịu nén và khả năng chống thấm của bê tông sau 28 ngày. 17 Chương 4 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tro bay đến co ngót của bê tông 4.1. Giới thiệu chung Chương này tác gải trình bày ảnh hưởng của các thành phần tỉ lệ tro bay khác nhau được sử dụng để thay thế xi măng đến co ngót khô (dry shrinkage) của bê tông. Thí nghiệm theo tiêu chuẩn Anh BS 19320-8:2009. “Xác định co ngót khô của mẫu thí nghiệm hiện trường hoặc tại phòng thí nghiệm” [32]. 4.2. Chương trình thí nghiệm 4.2.1. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 4.2.2. Các thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông Bảng 4.1.Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông và chi tiết mẫu thí nghiệm Xi Tro bay Đá Cát Nước Nhóm Tên mẫu Nước/Bột măng (TB) 1x2 (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) M1(0%.0.42) 0.42 22.0 0 66 44 9.24 M2(10%.0.42) 0.42 19.8 2.2 66 44 9.24 G1 M3(20%.0.42) 0.42 17.6 4.4 66 44 9.24 M4(40%.0.42) 0.42 13.2 8.8 66 44 9.24 G2 M5(0%.0.50) 0.5 22.0 0 66 44 11.0 M6(10%.0.50) 0.5 19.8 2.2 66 44 11.0 M7(20%.0.50) 0.5 17.6 4.4 66 44 11.0 M8(40%.0.50) 0.5 13.2 8.8 66 44 11.0 M9(0%.0.55) 0.55 22.0 0 66 44 12.1 G3 M10(10%.0.55) 0.55 19.8 2.2 66 44 12.1 M11(20%.0.55) 0.55 17.6 4.4 66 44 12.1 M12(40%.0.55) 0.55 13.2 8.8 66 44 12.1 4.2.3. Đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu 4.2.4.Đo đơn vị co ngót và tính toán biến dạng co ngót 18 Hình 4.1 Tiến hành đo đơn vị co ngót 4.3 Kết quả và thảo luận 250 200 150) 100strain M1(0%,0.42) 50 M2(10%,0.42) Cokhôngót (micro M3(20%,0.42) 0 M4(40%,0.42) 0 10 20 30 40 50 Tuổi (ngày) Hình 4.2. Co ngót khô của các mẫu bê tông nhóm 1(G1- N/B=0.42) 250 200 150 M5(0%,0.5) 100 M6(10%,0.5) 50 M7(20%,0.5) Co ngót khô (micro ngótCo (micro strain) khô M8(40%,0.5) 0 0 10 20 30 40 50 Tuổi (ngày) Hình 4.3. Co ngót khô của các mẫu bê tông nhóm 2(G2- N/B=0.50) 19 350 300 250 200 150 M9(0%,0.55) 100 M10(10%,0.55) 50 M11(20%,0.55) Co Co ngót khô (micro strain) 0 M12(40%,0.55) 0 10 20 30 40 50 Tuổi (ngày) Hình 4.4. Co ngót khô của các mẫu bê tông nhóm 3(G3- N/B=0.55) 4.4. Kết luận chương • Co ngót là một trong những chỉ tiêu vật lý quan trọng đánh giá chất lượng của bê tông vì nó liên quan đến sự xuất hiện vết nứt trên bề mặt bê tông. • Tro bay thay thế xi măng nhưng tỉ lệ N/B không thay đổi làm gia tăng co ngót của bê tông • Cần phải có hướng giảm lượng nước trộn khi tro bay được sử dụng thay thế xi măng nhằm giảm co ngót khô của bê tông. 20 Chương 5 Thí nghiệm khả năng chống xâm thực axit của bê tông có tro bay 5.1. Giới thiệu chung Chương này tác giả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tro bay trong khả năng chống lại sự tấn công của axit sulphuric của bê tông. Các tỉ lệ tro bay thay thế xi măng được nghiên cứu là 10%, 20% và 40%. Các thông số kỹ thuật được đưa vào đánh giá bao gồm: sự hư hại bề mặt của bê tông, sự suy giảm khối lượng và sự suy giảm cường độ chịu nén. 5.2. Chương trình thí nghiệm 5.2.1 Vật liệu 5.2.2. Thành phần cấp phối các hỗn hợp bê tông Bảng 5.1. Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông và chi tiết mẫu thí nghiệm Xi Tro bay Đá Cát Nước Nhóm Tên mẫu N/B măng (TB) 1x2 (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) M1(0%.0.42) 0.42 22.0 0 66 44 9.24 M2(10%.0.42) 0.42 19.8 2.2 66 44 9.24 G1 M3(20%.0.42) 0.42 17.6 4.4 66 44 9.24 M4(40%.0.42) 0.42 13.2 8.8 66 44 9.24 M5(0%.0.50) 0.5 22.0 0 66 44 11.0 M6(10%.0.50) 0.5 19.8 2.2 66 44 11.0 G2 M7(20%.0.50) 0.5 17.6 4.4 66 44 11.0 M8(40%.0.50) 0.5 13.2 8.8 66 44 11.0 M9(0%.0.55) 0.55 22.0 0 66 44 12.1 M10(10%.0.55) 0.55 19.8 2.2 66 44 12.1 G3 M11(20%.0.55) 0.55 17.6 4.4 66 44 12.1 M12(40%.0.55) 0.55 13.2 8.8 66 44 12.1 21 5.2.3. Quy trình thí nghiệm Khả năng chống xâm thực axit của bê tông được thí nghiệm dựa trên việc hiệu chỉnh Tiêu chuẩn Mỹ ASTM C267- Tiêu chuẩn thí nghiệm về khả năng chống xâm thực hóa hoạc của vữa, và bê tông [33]. 5.3. Kết quả và thảo luận 5.3.1 Khảo sát bề mặt bê tông Hình 5.1 Bề mặt của các mẫu bê tông sau khi ngâm trong dung dịch axit 10%H2SO4 5.3.2 Sự mất mát khối lượng 22 Bảng 5.2. Sự mất mát khối lượng của các mẫu bê tông sau khi ngâm trong dung dịch axit Khối lượng sau khi Khối lượng trước khi ngâm trong dung Sự suy giảm ngâm trong dung dich Nhóm Tên mẫu dich axit sulphuric khối lượng axit sulphuric 10% 10% (%) (g) (g) M1(0%.0.42) 2537.5 2248 -11.4 M2(10%.0.42) 2469 2322 -6.0 G1 M3(20%.0.42) 2504 2331 -6.9 M4(40%.0.42) 2524.5 2487 -1.5 M5(0%.0.50) 2522.5 2289 -9.3 M6(10%.0.50) 2483 2316.5 -6.7 G2 M7(20%.0.50) 2548.5 2381 -6.6 M8(40%.0.50) 2526.5 2516.5 -0.4 M9(0%.0.55) 2530 2374.5 -6.1 M10(10%.0.55) 2531 2420 -4.4 G3 M11(20%.0.55) 2517 2484 -1.3 M12(40%.0.55) 2445 2435 -0.4 5.3.3 Sự suy giảm cường độ chịu nén Bảng 5.3. Sự suy giảm cường độ chịu nén của bê tông sau khi ngâm trong axit Lực nén phá Lực nén phá hoại hoại mẫu mẫu ngâm trong Sự suy giảm cường độ Nhóm Tên mẫu ngâm trong dung dịc axit chịu nén (%) nước sulphuric 10% (kN) (kN) M1(0%.0.42) 467.43 181.185 -61.2 M2(10%.0.42) 364.815 168.195 -53.9 1 M3(20%.0.42) 370.795 219.51 -40.8 M4(40%.0.42) 336.465 220.97 -34.3 M5(0%.0.50) 410.255 204.885 -50.1 M6(10%.0.50) 338.1 213.305 -36.9 2 M7(20%.0.50) 334.235 152.385 -54.4 M8(40%.0.50) 312.055 186.865 -40.1 M9(0%.0.55) 359.9 185.51 -48.5 M10(10%.0.55) 242.795 200.64 -17.4 3 M11(20%.0.55) 298.23 230.23 -22.8 M12(40%.0.55) 247.515 217.2 -12.2 23 5.4 Kết luận chương Từ những kết quả bên trên, những kết luận sau có thể rút ra: • Tro bay làm tăng khả năng chống lại sự xâm thực của axit sulphuric vào bê tông, bởi vì tro bay góp phần giảm đi sự bào mòn bề mặt, sự mất mát khối lượng, sự suy giảm cường độ chịu nén • Tỉ lệ tro bay thay thế xi măng càng lớn thì khả năng chống xâm thực axit