Nghiên cứu sử dụng tro tuyến phả lại hàm lượng cao trong bê tông khối lượng thông thường dùng cho đập trọng lực

1





















BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG





Vũ Hải Nam

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TUYỂN PHẢ LẠI HÀM
LƯỢNG CAO TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN THÔNG
THƯỜNG DÙNG CHO ĐẬP TRỌNG LỰC






LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT




Hà Nội - Năm 2012
2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG



Vũ Hải Nam




NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO TUYỂN PHẢ LẠI
HÀM LƯỢNG CAO TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN
THÔNG THƯỜNG DÙNG CHO ĐẬP TRỌNG LỰC


Chuyên ngành: Vật liệu và Công nghệ vật liệu XD
Mã số: 62. 58. 80. 01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. Nguyễn Như Quý
2. TS. Lương Đức Long

Hà Nội - Năm 2012
3







LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích
dẫn, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, Ngày 16 tháng 06 năm 2012
Tác giả của luận án


Vũ Hải Nam

4
LỜI CẢM ƠN
Luận án Tiến sỹ kỹ thuật chuyên ngành Vật liệu và công nghệ vật liệu xây dựng
với đề tài ‘’Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong bê tông
khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’ được hoàn thành với sự hướng
dẫn của PGS.TS. Nguyễn Như Quý, Bộ môn Công nghệ Vật liệu Xây dựng,
trường ĐHXD và TS. Lương Đức Long, Viện Vật liệu Xây dưng, Bộ Xây dựng.
Trong suốt thời gian 4 năm thực hiện đề tài các thầy giáo hướng dẫn đã tận tình
chỉ bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi vượt qua khó khăn thử thách hoàn thành luận
án đóng kỳ hạn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành Bộ môn Công nghệ Vật liệu Xây dựng,
Khoa Vật liệu Xây dựng, Khoa Đào tạo Sau đại học, trường ĐHXD, Trung tâm Xi
măng và Bê tông – Viện Vật liệu Xây dựng, cùng các nhà khoa học các đồng
nghiệp trong và ngoài ngành đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu
sinh hoàn thành luận án này.
Tác giả cũng xin bày tỏ sự biết ơn đối với sự động viên nhiệt tình của cơ quan, gia
đình và các đồng nghiệp, đó là nguồn động lực mạnh mẽ giúp tôi vượt qua thử
thách hoàn thành luận án đúng hạn.
Với khả năng có hạn luận án khó tránh khái những thiếu sót, tác giả rất mong nhận
được sự chỉ bảo và góp ý chân tình của các chuyên gia, các nhà khoa học trong và
ngoài ngành cùng các đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, Ngày 16 tháng 06năm 2012
Tác giả luận án

Vũ Hải Nam





5
MỤC LỤC
Trang

Lời cam đoan 1
Lời cảm ơn 2
Mục lục 3
Danh mục các bảng 6
Danh mục các hình vẽ và đồ thị 9
Danh mục các chữ viết tắt 11
Mở đầu 12
Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG
DỤNG BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI
LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ
GIỚI
15
1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê
tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới
15
1.1.1 Bê tông sử dụng tro bay 15
1.1.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay 25
1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê
tông khối lớn sử dụng tro bay ở Việt Nam
31

1.2.1 Bê tông sử dụng tro bay 31
1.2.2 Bê tông khối lớn sử dụng tro bay 34
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG
TRONG NGHIÊN CỨU
40
2.1 Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 40
2.1.1 Xi măng 40
2.1.2 Tro bay 42
2.1.3 Cốt liệu lớn 44
2.1.4 Cốt liệu nhỏ 46
6
2.1.5 Phụ gia dẻo hóa Lignosunphonat 47
2.2 Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 48
2.2.1 Phương pháp xác định độ chảy của vữa 48
2.2.2 Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối 48
2.2.3 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm 49
2.2.4 Phương pháp sàng ướt xác định tổn thất vữa 50
2.2.5 Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông 52
Chương 3. NGHIấN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TT HÀM
LƯỢNG CAO ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VỮA
TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN VÀ BÊ TÔNG KHỐI LỚN
57
3.1 Ảnh hưởng của TT đến tính chất của chất kết dính hỗn hợp
xi măng – tro tuyển
57
3.1.1
Ảnh hưởng của TT đến thời gian đông kết 57
3.1.2
Ảnh hưởng của TT đến cường độ chất kết dính 58
3.1.3

Ảnh hưởng của TT đến nhiệt thủy hóa của chất kết dính 60
3.2 Ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến một số tính chất của
vữa trong bê tông khối lớn
64
3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến tính chất cơ lý
của vữa trong bê tông khối lớn có tỷ lệ N/CKD và hệ số dư hồ
thay đổi.
64
3.2.2
Kết quả thí nghiệm trên mẫu vữa 69
3.2.3 Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của vữa có hàm lượng
TT cao
74
3.3 Ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến một số tính chất của
bê tông khối lớn
75
3.3.1
Khoảng biến thiên trong qui hoạch thực nghiệm trên mẫu bê tông
76
3.3.2
Kết quả cường độ nén của bê tông nghiên cứu
79
3.3.3 Nghiên cứu qui luật phát triển cường độ của bê tông khối lớn TT
hàm lượng cao.
82
7
3.3.4
So sánh sự phát triển cường độ nén trên mẫu vữa và mẫu bê tông
85
3.3.5

Kết quả thí nghiệm xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt
87
3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của TT hàm lượng cao đến tăng nhiệt
độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn
89
3.4.1
Tính toán nhiệt độ bê tông theo nhiệt thủy hóa chất kết dính 91
3.4.2 Kết quả nghiên cứu tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn
sử dụng TT
98
3.4.3 Kết quả nghiên cứu nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn có
sử dụng tro tuyển Phả Lại kết hợp phụ gia giảm nước
Lignosunphonat (LS).
103
Chương 4. ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG
KHỐI LỚN THÔNG THƯỜNG SỬ DỤNG TT HÀM
LƯỢNG CAO TRÊN CƠ SỞ CÔNG THỨC BÔLÔMÂY-
SKRAMTAEP
109
4.1 Tính toán hiệu chỉnh hệ số A trong công thức Bôlômây-
Skramtaep
109
4.2 Các bước thiết kế cấp phối bê tông 112
4.2.1 Chỉ dẫn 1- Tính qui đổi cường độ bê tông. 116
4.2.2 Chỉ dẫn 2 - Các bước tính cấp phối bê tông có D
max
lớn hơn 37,5
mm.
117
4.2.3 Chỉ dẫn 3 - Các bảng tra số liệu. 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

Kết luận 122

Kiến nghị 123

Tài liệu tham khảo 124

Phụ lục 1; phụ lục 2; phụ lục 3



8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

1-1 Thành phần bê tông nghiên cứu 17
1-2 Một số công trình bê tông khối lớn sử dụng tro bay trên thế giới 28
1-3 Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi có và không có tro bay 29
1-4 Thành phần cấp phối bê tông cho 1m
3
29
1-5 Thành phần cấp phối bê tông cho 1m
3
30
1-6 Thành phần cấp phối BTKL kiến nghị cho 1m
3
công trình thủy
điện Tuyên Quang.

35
1-7 Thành phần cấp phối BTĐL kiến nghị cho 1m
3
công trình thủy
điện Sơn La.
36
1-8 Kết quả thí nghiệm kiểm chứng trên các khối đổ BTKL 36
1-9 Nhiệt độ bê tông tại các khối đổ 37
2-1 Tính chất cơ lý của xi măng PC 40 Bút Sơn 41
2-2 Tính chất của TT theo ASTM C618 44
2-3 Các tính chất khác của TT 44
2-4 Một số tính chất của cốt liệu lớn 46
2-5 Thành phần hạt của cát vàng Sông Lô 47
2-6 Một số tính chất khác của cát vàng Sông Lô và phương pháp thử 47
3-1 Ảnh hưởng của TT đến một số tính chất của CKD 57
3-2 Kết quả xác định nhiệt thuỷ hóa của XM có sử dụng XND. 61
3-3 Hệ số dư hồ  khi thay đổi tỷ lệ C/CKD và N/CKD 66
3-4 Phương trình tương quan giữa  và tỷ lệ C/CKD khi tỷ lệ N/CKD
thay đổi
67
3-5 Độ chảy của vữa khi thay đổi tỷ lệ C/CKD và N/CKD 68
3-6 Phương trình tương quan giữa độ chảy CH và tỷ lệ C/CKD khi
N/CKD thay đổi
69
9
3-7 Kế hoạch thực nghiệm (X
1
là tỷ lệ N/XM gốc , X
2
là tỷ lệ TT/CKD,

X
3
là hệ số dư hồ

)
70
3-8 Cường độ nén vữa ở các ngày tuổi
71
3-9 Phương trình biểu diễn quan hệ giữa cường độ nén (R) với thời
gian theo Lg(N)
74

3-10

Kế hoạch thực nghiệm (X
1
là tỷ lệ N/XM gốc , X
2
là tỷ lệ TT/CKD,
X
3
là hệ số dư vữa )
78
3-11

Kết quả cường độ nén bê tông nghiên cứu và tỷ lệ phát triển cường
độ các ngày tuổi so với tuổi 28 ngày
79
3-12

Hệ số qui đổi cường độ nén của bê tông ở các tuổi về cường độ nén
tuổi 28 ngày, k
t

82
3-13

Phương trình quan hệ giữa cường độ nén (R) với thời gian theo Lg(N) 83
3-14

Cấp phối bê tông có sử dụng TT 88
3-15

Cấp phối bê tông sử dụng TT cho mẻ trộn 30 lít. 88
3-16

Một số chỉ tiêu khác của cốt liệu lớn 88
3-17

Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 88
3-18

Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 89
3-19

Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 89
3-20

Hệ số tổn thất vữa bám dính vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm 89
3-21

Ảnh hưởng nhệt độ bê tông đến tốc độ thủy hóa chất kết dính 96
3-22

Chênh lệch thể tích chất kết dính khi thay thế TT theo khối lượng 97
3-23

Nhiệt thủy hóa của chất kết dính khi kể đến sự chênh lệch nhiệt độ
và chênh lệch thể tích
97
3-24

Cấp phối bê tông có sử dụng TT trong 1m
3
99
3-25

Kết quả nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT khác
nhau.
100
3-26

Cấp phối bê tông trong 1m
3
có sử dụng TT kết hợp phụ gia giảm
nước LS.
104
3-27

Kết quả xác định nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có TT kết hợp

phụ gia giảm nước LS.
105
10
4-1 Cường độ chất kết dính tuổi 28 ngày 111
4-2 Hệ số k hiệu chỉnh từ kết quả thí nghiệm 111
4-3 Thành phần cấp phối bê tông D
max
37,5 mm 117
4-4 Thành phần cấp phối bê tông D
max
lớn hơn 37,5 mm 118
4-5 Thành phần cấp phối bê tông cho 1m
3
D
max
lớn hơn 37,5 mm đã hiệu
chỉnh
119
4-6 Lượng dùng nước cho 1 m
3
bê

tông vật liệu khô hoàn toàn 120
4-7 Lượng dùng cốt liệu lớn cho 1m
3
bê tông 120
4-8 Thành phần các cỡ hạt trong cốt liệu lớn D
max
37,5 mm 120
4-9 Thành phần các cỡ hạt trong cốt liệu lớn D

max
75,0 mm 121
4-10

Thành phần các cỡ hạt trong cốt liệu lớn D
max
150 mm 121


















11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang

1-1 Độ co khô của bê tông có và không có tro bay, tỷ lệ tro bay sử
dụng so với chất kết dính 25%.
20
1-2 Sự phát triển nhiệt độ theo thời gian ở tâm mẫu bê tông
15x15x15cm
29
2-1 Thiết bị xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông DTR 10-90-01 54
2-2 Buồng đựng mẫu bê tông 54
3-1 Ảnh hưởng của TT đến thời gian đông kết của CKD 58
3-2 Ảnh hưởng của TT đến cường độ nén của CKD 59
3-3 Ảnh hưởng của TT đến nhiệt thủy hóa của CKD 60
3-4 Đồ thị tương quan giữa hệ số

và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay
đổi.
67
3-5 Đồ thị tương quan giữa độ chảy và tỷ lệ C/CKD khi N/CKD thay
đổi
68
3-6 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm (X
1
, X
2
, X
3
là các biến mã hóa). 70
3-7 Đồ thị biểu diễn sự phát triển cường độ của vữa theo thời gian. 74
3-8 Sơ đồ quy họach thực nghiệm (X
1
, X

2
, X
3
là các biến mã hóa). 77
3-9 Đồ thị biểu diễn sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian. 83
3-10 Cường độ vữa, bê tông khi tỷ lệ TT/CKD=30% 85
3-11 Cường độ vữa, bê tông khi tỷ lệ TT/CKD=50% 86
3-12 Cường độ vữa, bê tông khi tỷ lệ TT/CKD=70% 86
3-13 Biểu đồ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của mẫu không sử dụng TT. 93
3-14 Biểu đồ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của mẫu 30% TT. 94
3-15 Biểu đồ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của mẫu 50% TT. 94
3-16 Biểu đồ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của mẫu 70% TT. 95
12
3-17 Sự phát triển nhiệt độ của bê tông có hàm lượng TT khác nhau. 99
3-18 Sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT
khác nhau.
100
3-19 Sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT khác
nhau.
101
3-20 Sự phát triển nhiệt độ của bê tông có hàm lượng TT khác nhau kết
hợp phụ gia giảm nước LS.
104
3-21 Sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT kết
hợp phụ gia giảm nước LS.
105
3-22 Sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng TT khác
nhau kết hợp phụ gia giảm nước LS.
106
4-1 Cách chọn tỷ lệ CKD/N từ 3 thành phần bê tông 115

13
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTKL : Bê tông khối lớn
N/CKD : Tỷ lệ nước/chất kết dính
TB/CKD;
TT/CKD

: Tỷ lệ tro bay/chất kết dính; Tro tuyển Phả Lại/chất kết dính

CKD : Chất kết dính
TB, TT : Tro bay; Tro tuyển Phả Lại

C/CKD : Tỷ lệ cát/chất kết dính
C/XM : Tỷ lệ cát/xi măng
C/CL : Tỷ lệ cát/cốt liệu
LS : Lignosunfonat
CLS : Canxi Lignosunfonat
;  : Hệ số dư hồ; Hệ số dư vữa
N,XM,C,D,S : Nước, xi măng, cát, đá, sỏi
KLTT : Khối lượng thể tích
R
n
: Cường độ nén
MKN : Mất khi nung
CLSM : Controlled low-strength material
PGSD : Phụ gia siêu dẻo
PGCK : Phụ gia cuốn khí
PGHH : Phụ gia hóa học
BTĐL : Bê tông đầm lăn
SN : Độ sụt
KL : Khối lượng
HVFAC : High volume fly ash concrete
HPVFAC : High performance, High volume fly ash concrete
XND : Xỉ nhiệt điện Phả Lại


14
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trước nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của Việt Nam, bên cạnh các nhà máy
nhiệt điện đốt than đang hoạt động. Trong giai đoạn sắp tới sẽ có thêm nhiều nhà
máy nhiệt điện đốt than khác đi vào họat động, [28]. Hàng năm các nhà máy này

sẽ thải ra một lượng tro xỉ lớn, [16], lượng tro xỉ này nếu không được xử lý kịp
thời sẽ gây ô nhiễm môi trường.
Nước ta có tiềm năng thủy điện lớn. Cho đến nay các công trình thủy điện qui mô
lớn và vừa đã được xây dựng. Các công trình qui mô nhỏ đã và đang tiếp tục
được xây dựng. Do đặc thù kết cấu và khối lượng bê tông nhỏ việc sử dụng BTKL
thông thường lèn chặt bằng đầm rung cho các công trình này là phù hợp.
Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng tro bay cho cho bê tông khối lớn đã có từ
lâu song ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng tro bay cụ thể là tro tuyển Phả Lại
(TT) cho bê tông khối lớn (BTKL) cũng mới chỉ bắt đầu từ những thập niên gần
đây.
Nhờ những ích lợi to lớn của việc sử dụng tro bay trong các công trình BTKL, đề
tài đã chọn hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm
lượng cao trong bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực’’.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài là nghiên cứu sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao trong
bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập trọng lực.
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bê tông khối lớn thông thường dùng cho đập
trọng lực sử dụng tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao.
4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài gồm
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm
lượng cao đến một số tính chất cơ lý của bê tông khối lớn thông thường dùng cho
đập trọng lực.
15
5. Mục đích nghiên cứu của đề tài
1) Nghiên cứu ảnh hưởng của tro tuyển Phả Lại hàm lượng cao đến một số tính
chất của chất kết dính.
2) Nghiên cứu sự phát triển cường độ của vữa trong bê tông khối lớn hàm lượng
tro tuyển Phả Lại cao.
3) Nghiên cứu sự phát triển cường độ bê tông khối lớn hàm lượng tro tuyển Phả

Lại cao.
4) Nghiên cứu xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt bê tông có D
max
cốt liệu
75,0 mm bằng sàng 37,5 mm.
5) Nghiên cứu xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông khối lớn D
max
75,0 mm
hàm lượng tro tuyển Phả Lại cao.
6) Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn dựa trên
hệ số bám dính vữa vào cốt liệu lớn hơn 37,5 mm.
6. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Trong nghiên cứu của đề tài đã tiến hành sử dụng các phương pháp nghiên cứu
theo các tiêu chuẩn hiện hành trong nước và trên thế giới đồng thời cũng sử dụng
thêm các phương pháp phi tiểu chuẩn khác như:
- Phương pháp xác định độ chảy tỏa của vữa dưới tác dụng của trọng lượng bản
thân khối vữa.
- Phương pháp thay thế xi măng bằng TT theo thể tích tuyệt đối.
- Phương pháp toán qui hoạch thực nghiệm.
- Phương pháp sàng ướt xác định hệ số tổn thất vữa.
- Phương pháp xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông.
7. í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Xác lập được tương quan giữa cường độ của vữa chất kết dính khi có mặt TT
hàm lượng cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng.
16
- Xác lập được tương quan giữa cường độ bê tông khối lớn sử dụng TT hàm lượng
cao với thời gian theo qui luật logarit có sự hiệu chỉnh tương ứng.
- Chứng minh tác dụng của TT hàm lượng cao đến khả năng giảm nhiệt độ đoạn
nhiệt trong bê tông khối lớn, khi tăng tỷ lệ thay thế TT thì nhiệt thủy hóa chất kế
dính giảm tỷ lệ thuận.

- Giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê tông khối lớn bằng
cách sử dụng hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt cho phép đưa vào tính toán cấp phối
BTKL không qua khâu trộn và sàng ướt hỗn hợp bê tông với D
max
lớn hơn 37,5
mm.
- Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần BTKL sử dụng TT hàm lượng
cao dựa trên hệ số tổn thất vữa trong cốt liệu lớn hơn 37,5 mm đồng thời có tính
đến nhiệt độ tối đa cho phép của khối đổ.
8. Đánh giá những điểm mới của đề tài
- Lần đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu sử dụng TT với hàm lượng đến 50 % khối
lượng chất kết dính (tương đương 70 % theo thể tích) dùng cho bê tông khối lớn
thông thường trong xây dựng đập trọng lực.
- Chứng minh được khi tăng tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT nhiệt thủy hóa chất
kết dính giảm tỷ lệ thuận.
- Xác lập được qui luật phát triển cường độ của vữa, bê tông tuân theo qui luật
logarit thời gian khi sử dụng TT hàm lượng cao với sự hiệu chỉnh tương ứng.
- Xác lập được tương quan giữa nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông khối lớn với các
tỷ lệ thay thế xi măng bằng TT khác nhau tuân theo qui luật đường thẳng.
- Đưa ra phương pháp xác định hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt hỗn hợp BTKL qua
sàng 37,5 mm giúp giảm nhẹ quá trình thí nghiệm xác định các tính chất của bê
tông khối lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thành phần BTKL.
- Xây dựng được phương pháp thiết kế thành phần bê tông khối lớn sử dụng TT
hàm lượng cao dựa trên hệ số tổn thất vữa khi sàng ướt qua sàng 37,5 mm.


17
Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BÊ TÔNG
THÔNG THƯỜNG, BÊ TÔNG KHỐI LỚN SỬ DỤNG TRO BAY Ở VIỆT

NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng bê tông thông thường, bê tông khối lớn
sử dụng tro bay trên thế giới
Việc nghiên cứu bê tông có hàm lượng tro bay cao đã được thực hiện từ đầu
những năm 80 của thế kỷ 20, [64]. Trải qua nhiều năm nghiên cứu và phát triển,
đã đạt được những kết quả quan trọng như: chế tạo được bê tông có hàm lượng tro
bay cao (High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC), bê tông chất lượng cao có
hàm lượng tro bay cao (High Performance, High Volume Fly Ash Concrete –
HPVFAC).
1.1.1 Bê tông sử dụng tro bay
Trong các nghiên cứu về bê tông hàm lượng tro bay có một số nghiên cứu đáng
chú ý sau:
Tro bay có ảnh hưởng đến một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông đã
đóng rắn như: cường độ nén và sự phát triển cường độ, môđun đàn hồi, từ biến,
khả năng dính kết của bê tông với cốt thép, khả năng kháng va đập, khả năng chịu
mài mòn, khả năng phát sinh nhiệt, bền ở nhiệt độ cao, bền chống đóng băng và
tan băng, chống thấm và bảo vệ chống ăn mòn, giảm khả năng nở do phản ứng
kiềm- silic, bền sunphát, co khô,v.v…Tro bay có thể ứng dụng trong hầu hết các
loại bê tông như: bê tông thương phẩm, bê tông làm đường, bê tông khối lớn, bê
tông bơm, bê tông ứng lực trước căng trước và ứng lực trước căng sau, vữa xây,
vữa rót,v.v [43].
A.G. Zokin, [80], đã nghiên cứu sử dụng tro bay nhiệt điện và cát nghiền mịn để
thay thế xi măng theo thể tích. Hàm lượng xi măng sử dụng bằng 200, 240, 285,
475, 400 kg/m
3
. Khi pha phụ gia khoáng thay thế cát, cường độ bê tông tăng,
nhưng khi thay thế xi măng, thì cường độ bê tông giảm. Hiệu quả khi thay thế xi
18
măng bằng tro bay cao hơn khi thay thế cát. Khi thay thế xi măng bằng tro bay và
cát nghiền mịn đều tồn tại hàm lượng sử dụng tối ưu. Qua kết quả nghiên cứu đưa

ra các kết luận sau:
- Cát nghiền mịn không có hoạt tính hóa học, mà chỉ có tác dụng lèn chặt.
- Chất lượng của đá xi măng được tăng cường do phản ứng giữa Ca(OH)
2
với các
thành phần có trong phụ gia khoáng làm cho bề mặt tiếp xúc của đá xi măng được
cải thiện rõ rệt.
N. Bouzoubaâ và B. Fourier, [56], đã sử dụng tro bay loại F để nghiên cứu sự phát
triển cường độ của bê tông với tỷ lệ thay thế xi măng từ 3050 % theo khối lượng,
hàm lượng chất kết dính từ 300400 kg/m
3
, cường độ nén được xác định ở các
tuổi 1, 7, 28, 56 ngày, đã kết luận:
- Có thể sử dụng bê tông tro bay không phụ gia siêu dẻo với hàm lượng tro bay đạt
đến 50 % khối lượng chất kết dính cho cường độ nén tuổi 28 ngày lớn hơn
40MPa.
- Khi thay thế xi măng bằng 30 % tro bay cường độ tuổi 1 ngày thấp hơn, tuy
nhiên sau 28 ngày cường độ đạt cao hơn so với bê tông không có tro bay (loại tro
bay Sundance). Với tro bay Point Tupper, cường độ tuổi 28 ngày của bê tông
tương đương với bê tông đối chứng (tỷ lệ thay thế tro bay 40 %, tổng hàm lượng
chất kết dính - 350 kg/m
3
).
Christine A.Langton, N.Raiendran và Stanley E.Smith, [72], đã nghiên cứu sử
dụng tro được thải trong hồ chứa làm chất kết dính trong bê tông cường độ thấp
(CLSM) ở Mỹ để thay thế tro bay loại F. Yêu cầu chất lượng của loại tro này sử
dụng cho CLSM là cường độ nén tuổi 28 ngày từ 0,2 MPa đến 1,0 MPa thời gian
đông kết sớm hơn 24 giờ, khả năng bơm và tính công tác tốt. Tác giả đã nghiên
cứu 3 loại tro bay có lượng mất khi nung lớn hơn 6%. Mỗi loại tro được thí
nghiệm với 5 cấp phối bê tông khác nhau. Sau khi có kết quả thí nghiệm rút ra kết

luận:
19
- Các loại tro này không được sử dụng trong bê tông kết cấu, vì nó không thỏa
mãn tiêu chuẩn ASTM C618.
Hiroshi Uchikawa, Shunsuke Hanehara và Hiroshi Hirao, [78], đã nghiên cứu tính
chất của bê tông khi thay thế cát bằng phụ gia khoáng như tro bay, xỉ, bột đá vôi,
bột silic. Thành phần bê tông được nêu ở bảng 1-1.
Bảng 1-1. Thành phần bê tông nghiên cứu
Loại PGK
Ký
hiệu
mẫu
Cấp phối bê tông, kg/m
3

N/CKD
SN,
cm
Bọt
khí,
%
N XM PGK D C PGSG

Mẫu đối
chứng
P 176 300 0 754 1024

- 0,59 16,5

4,3

Tro bay F 176 300 227 495 1024

5,53 0,33 17,5

4,0
Tro bay F75 176 300 75 669 1024

0,75 0,47 16,0

6,0
Các chỉ tiêu thí nghiệm bao gồm độ sụt, hàm lượng bọt khí, cường độ nén ở tuổi
3, 7, 28 và 91 ngày. Từ kết quả thí nghiệm rút ra các kết luận sau:
- Trong bê tông sử dụng tro bay, lỗ rỗng mao quản lớn được lấp đầy bằng hạt tro
bay.
- Cường độ nén của bê tông thay thế cốt liệu mịn bằng tro bay ở tuổi 91 ngày cao
hơn so với bê tông được thay thế cốt liệu mịn bằng bột đá vôi và bột đá silic.
- Trong bê tông thay thế cốt liệu mịn bằng tro bay từ biến tăng nhẹ.
Rafat Siddique, [76], đã nghiên cứu thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %,
45 %, 50 % theo khối lượng khi tổng hàm lượng chất kết dính là 400 kg/m
3
. Qua
kết quả nghiên cứu đưa ra một số kết luận sau:
- Việc thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50% theo khối lượng
làm giảm cường độ nén, cường độ uốn, cường độ ép chẻ, môđun đàn hồi của bê
tông ở tuổi 28 ngày. Tuy nhiên, sau 28 ngày tình hình được cải thiện.
20
- Bê tông thay thế xi măng bằng tro bay với tỷ lệ 40 %, 45 % và 50 % theo khối
lượng có cường độ thiết kế tuổi 28 ngày cho phép sử dụng trong kết cấu chịu lực.
- Khả năng chịu mài mòn của bê tông phụ thuộc vào cường độ nén và hàm lượng
tro bay sử dụng. Khả năng chịu mài mòn của bê tông tăng khi tuổi của bê tông

tăng ở tất cả các tỷ lệ tro bay sử dụng.
L.H. Jiang, V.M. Malhotra, [61], đã nghiên cứu sự thay đổi lượng nước yêu cầu
của bê tông khi sử dụng hàm lượng tro bay cao, trong nghiên cứu tác giả đã sử
dụng 8 loại tro bay. Tỷ lệ TB/CKD = 55% được giữ cố định. Mẫu đối chứng có tỷ
lệ N/XM = 0,43; lượng xi măng bằng 396 kg/m
3
. Độ sụt của hỗn hợp bê tông được
duy trì bằng 6010 mm, cường độ nén được xác định ở các tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và
91 ngày. Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
- Khi sử dụng tro bay trong bê tông với hàm lượng cao cho phép giảm 8,819,4 %
lượng dùng nước.
Rafat Siddique, [75], đã nghiên cứu thay thế một phần cốt liệu mịn trong bê tông
bằng tro bay loại F. Các tỷ lệ thay thế tro bay so với cốt liệu mịn theo khối lượng
lần lượt là 0%; 10%; 20%; 30%; 40%; 50%. Qua kết quả nghiên cứu đã rút ra kết
luận sau:
- Cường độ nén, cường độ ép chẻ, cường độ uốn, môđun đàn hồi của bê tông thay
thế cát bằng tro bay cho kết quả cao hơn so với mẫu đối chứng ở tất cả các ngày
tuổi. Sự phát triển cường độ của bê tông có tro bay và bê tông đối chứng có sự
khác biệt nhau rõ rệt từ tuổi 28 ngày.
Rawat Bhatta, [59], đã nghiên cứu sử dụng bê tông có hàm lượng tro bay cao để
xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại Ấn Độ, mác bê tông thiết kế M25, M45, hàm
lượng tro bay sử dụng 25, 40 và 50 % so với khối lượng chất kết dính. Trong
nghiên cứu đã đánh giá việc giảm thiểu khí CO
2
khi sử dụng tro bay trong bê tông.
Ví dụ, mác M25 xi măng poóc lăng sử dụng khoảng 320 kg/m
3
, trong khi bê tông
với hàm lượng tro bay cao thì lượng xi măng sử dụng khoảng 204 kg/m
3

, như vậy
21
giảm lượng dùng xi măng là 116kg/m
3
bê tông, đồng thời giảm được đáng kể
lượng khí thải CO
2
do sản xuất xi măng tạo ra. Qua các kết quả thí nghiệm rút ra
một số kết luận sau:
- Các tính chất của loại bê tông này đều vượt các yêu cầu của hỗn hợp bê tông
thông thường; dễ bơm, dễ thi công, giảm tổn thất độ sụt, giảm nhiệt thủy hóa,
giảm sự rủi ro do các vết nứt nhiệt gây ra.
- Có thể đạt được cường độ lớn hơn 50 MPa ở tuổi 56 và 91 ngày.
- Đây là loại bê tông có khả năng giảm sự thấm của Cl
-
và giảm lượng khí thải
CO
2
ra môi trường.
V. K. Mathur và cộng sự, [66], đã nghiên cứu sử dụng tỷ lệ thay thế tro bay trong
bê tông từ 3050% theo khối lượng chất kết dính để chế tạo bê tông M20, M30,
M40. Sau khi đánh giá các chỉ tiêu như độ sụt, cường độ nén tuổi 7 và 28 ngày
đưa ra một số kết luận sau:
- Có thể chế tạo bê tông mác M30 và M40 với lượng dùng xi măng thấp khi sử
dụng tro bay với tỷ lệ thay thế phù hợp.
- Bê tông M20, M30, M40 có thay thế một phần xi măng bằng tro bay với hàm
lượng cao, ở tuổi 28 ngày cho cường độ nén tương đương với mẫu đối chứng
không sử dụng tro bay.
- Khả năng chống xâm nhập của Ion Cl
-

trong bê tông có tro bay được cải thiện,
khả năng thấm nước giảm.
- Giá thành của bê tông tro bay thấp hơn, do vậy sự có mặt của tro bay trong bê
tông vừa cải thiện được độ bền vừa giảm giá thành sản phẩm.
Somnuk Tangtermsirikul, [77], đã nghiên cứu sử dụng tro bay Thái Lan trong chế
tạo bê tông, năm 2004 lượng tro bay sử dụng ở Thái Lan là 2,7 triệu tấn. Các
nghiên cứu về ảnh hưởng của tro bay đến một số tính chất của chất kết dính, vữa,
bê tông như giảm nhiệt thủy hóa của chất kết dính, giảm độ tăng nhiệt độ đoạn
22
nhiệt của bê tông, giảm độ co khô, giảm vết nứt do nhiệt, giảm khả năng thẩm
thấu của Ion Cl
-
, giảm phản ứng kiềm silic, bền trong môi trường sunphát, tăng
khả năng chống mài mòn. Trong các nghiên cứu trên thì nghiên cứu về độ co khô
của bê tông khi sử dụng tro bay cho kết quả như trên hình 1-1.

Hình 1-1. Độ co khô của bê tông có và không có tro bay, tỷ lệ tro bay sử dụng so
với chất kết dính 25%.
Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông khi sử dụng tro bay loại F có tác dụng giảm
sự co ngót khô so với bê tông đối chứng không sử dụng tro bay.
BS-EN 206-1:2000, [57], hướng dẫn sử dụng tro bay trong chất kết dính, trong tài
liệu hướng dẫn đã đưa ra giá trị k, tỷ lệ N/XM được thay bằng tỷ lệ
)( TBkXM
N

,
giá trị k phụ thuộc vào loại phụ gia khoáng.
Một số đặc điểm khác biệt giữa bê tông truyền thống và bê tông hàm lượng tro
bay cao được đưa ra như sau, [68]:
- Dễ dàng đạt độ chảy cũng như khả năng bơm, khả năng lèn chặt.

- Có bề mặt sau khi thi công tốt hơn, thời gian thi công nhanh hơn.
23
- Thời gian đông kết chậm hơn.
- Cường độ bê tông sẽ đạt được sau tuổi 2890 ngày hoặc muộn hơn.
- Có độ ổn định kích thước tốt. Ngăn cản các vết nứt do nhiệt, do co tự nhiên, do
co khô.
- Sau 3 tháng bảo dưỡng có khả năng chống lại sự xâm nhập ion Cl
-
cao (thí
nghiệm theo ASTM C1202).
- Có độ bền chống mài mòn, phản ứng kiềm – silic, ăn mòn sunphát.
- Có hiệu quả kinh tế do giá thành vật liệu đầu vào thấp.
- Thân thiện với môi trường, giảm khí thải cácbon, tăng nguồn nguyên vật liệu đầu
vào cho ngành xây dựng.
V.M. Malhotra, [65], trong nghiên cứu tác giả đã thay thế xi măng bằng tro bay tới
60% theo khối lượng với tỷ lệ N/CKD = 0,30; trong đó lượng xi măng sử dụng là
150 kg/m
3
, tro bay 200 kg/m
3
, lượng nước nhào trộn là 120 lít/m
3
. Tác giả đã
nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông đến tuổi 10 năm. Bê tông ở tuổi 1
ngày mới chỉ đạt 7,8 MPa, trong khi ở tuổi 10 năm cường độ bê tông đạt 112,3
MPa. Loại bê tông này đã sử dụng thành công ở Canada. Qua kết quả nghiên cứu
rút ra kết luận sau:
- Có thể sử dụng hỗn hợp bê tông có phụ gia siêu dẻo kết hợp với từ 6070 % tro
bay theo khối lượng cho kết quả cường độ cao ở tuổi sớm, với tỷ lệ thay thế này sẽ
mang lại giá trị kinh tế, tiêu tốn năng lượng thấp, tăng độ bền lâu,v.v

- Sử dụng tro bay kết hợp phụ gia giảm nước sẽ đem đến hiệu quả kinh tế cũng
như tăng cường độ bền cho bê tông chất lượng cao.
R.Rivera, R.Dávila và A.Durán, [74], đã sử dụng hàm lượng xi măng 250 kg/m
3

và tro bay được thêm vào từ 10, 45, 80, 115, 150 % theo khối lượng xi măng để
chế tạo bê tông. Trong các mẫu, lượng cốt liệu mịn giảm khi tăng tỷ lệ sử dụng tro
bay. Tác giả đã đưa ra được mối quan hệ giữa lượng tro bay thêm vào và lượng tro
24
bay thay thế theo thể tích, cũng như đường cong quan hệ tối ưu về lượng tro bay
thêm vào. Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
- Khi sử dụng bê tông có hàm lượng tro bay cao, cần thiết phải sử dụng phụ gia
siêu dẻo. Thể tích tối đa của tro bay sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ N/CKD, tổng
lượng nước nhào trộn, tỷ lệ phụ gia giảm nước và chậm đông kết.
- Với lượng xi măng sử dụng là 250 kg/m
3
cường độ đạt được cao nhất khi tỷ lệ
N/CKD = 0,29 và tỷ lệ tro bay thêm vào 80 % theo khối lượng chất kết dính.
Tarun R. Naik, Lihua Wei và Dean M. Golden, [69], đã nghiên cứu bê tông tro
bay có độ sụt lớn, sử dụng phụ gia dẻo hóa và siêu dẻo, các tính chất của bê tông
được khảo sát gồm: tổn thất độ sụt, thời gian đông kết, sự phát triển cường độ bê
tông, nhiệt thủy hóa,v.v Qua kết quả nghiên cứu đưa ra một số luận sau:
- Bê tông khối lớn kết hợp phụ gia dẻo hóa và tro bay mịn có tính công tác, tính
bơm, khả năng giữ nước tốt. Độ sụt có thể đạt được 18  2 cm, thậm chí 1 giờ sau
khi trộn độ sụt vẫn đạt trên 10 cm.
- Sự phát triển cường độ của bê tông tro bay có xu hướng chậm hơn so với bê tông
không tro bay ở tuổi ngắn ngày. Khi thay thế 10% xi măng bằng 15% tro bay thì
cường độ nén, cường độ kéo, cường độ uốn và khả năng bám dính ở tuổi 28 ngày
tương đương với bê tông không sử dụng tro bay. Tuy nhiên, môđun đàn hồi của bê
tông tro bay thấp hơn so với bê tông không sử dụng tro bay.

- Sự có mặt của tro bay làm chậm thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông, giảm
nhiệt thủy hóa của xi măng, làm chậm quá trình tỏa nhiệt vì làm giảm lượng dùng
xi măng, giảm co ngót của bê tông khi đóng rắn, đồng thời đảm bảo được chất
lượng của bê tông khối lớn.
Arun Kumar Chakraborty, [58], đã nghiên cứu chế tạo bê tông có hàm lượng tro
bay cao sử dụng cho kết cấu. Tác giả đã nghiên cứu chế tạo bê tông mác M40,
M60 trên cơ sở sử dụng hai loại xi măng poóc lăng thường và xi măng poóc lăng
puzzơlan với các tỷ lệ tro bay thay thế 30, 40, 50, 55% theo khối lượng chất kết
dính. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: độ sụt hỗn hợp bê tông, cường độ nén tuổi 1,
25
3, 7, 28, 56 và 91 ngày, cường độ uốn, cường độ ép chẻ, khả năng thấm Cl
-
. Qua
kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
- Đối với bê tông có cùng độ sụt, cùng hàm lượng chất kết dính và cường độ, thì
lượng nước yêu cầu và tỷ lệ N/CKD giảm khi lượng dùng tro bay tăng.
- Có thể chế tạo bê tông mác M40, M60 từ chất kết dính chứa đến 50 % tro bay.
Tuy vậy cường độ bê tông ở tuổi sớm đạt thấp, cường độ ở tuổi dài ngày tăng
mạnh và làm tăng khả năng chống thấm Ion Cl
-
so với mẫu bê tông đối chứng.
S. Gopalakrishnan và cộng sự, [60], đã nghiên cứu chế tạo bê tông mác M30 với
hàm lượng tro bay thay thế xi măng lên đến 50% theo khối lượng, độ sụt bê tông
yêu cầu 100 mm. Các chỉ tiêu thí nghiệm là cường độ nén tuổi 1, 3, 7, 28, 56 và
90 ngày; khả năng thấm Cl
-
; khả năng ăn mòn cốt thép; khả năng thấm cácbon;
quan hệ giữa ứng suất và biến dạng; cường độ uốn; cường độ bám dính; khả năng
chịu mài mòn. Qua kết quả nghiên cứu rút ra kết luận sau:
- Giá trị cường độ nén ở tuổi 28 ngày của bê tông thông thường và bê tông hàm

lượng tro bay cao là tương đương nhau, tuy nhiên bê tông sử dụng hàm lượng tro
bay cao cho cường độ tuổi dài ngày cao hơn so với bê tông thường.
- Cường độ uốn của bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao lớn hơn bê tông
thường trong khi đó cường độ bám dính của hai loại bê tông là tương đương nhau.
- Bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao cho tính thấm Cl
-
, độ hút nước thấp và
giảm tính thấm nước so với bê tông thông thường. Các tính chất này được cải
thiện ở các tuổi dài ngày của bê tông.
- Trong thí nghiệm thấm cácbon ở tuổi 28 ngày, bê tông sử dụng hàm lượng tro
bay cao cho kết quả thấm cácbon sâu hơn so với bê tông thông thường. Khả năng
chống mài mòn của bê tông sử dụng hàm lượng tro bay cao tốt hơn so với bê tông
thông thường.
L. Lam, YL.Wong, C.S. Poon, [62], đã nghiên cứu mức độ thủy hóa của vữa xi
măng khi sử dụng hàm lượng tro bay cao. Vữa xi măng tro bay được chế tạo với
các tỷ lệ N/CKD 0,19; 0,24; 0,30; 0,50. Tro bay được thay thế xi măng ở các tỷ lệ