Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phụ gia siêu dẻo lên ma sát với thành ống bơm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ BÁ ĐỨC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN
PHỤ GIA SIÊU DẺO LÊN MA SÁT VỚI
THÀNH ỐNG BƠM

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số

: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. MAI CHÁNH TRUNG

Phản biện 1: TS. Lê Khánh Toàn

Phản biện 2: PGS.TS. Phạm Thanh Tùng

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công

nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 07 tháng 07
năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách khoa
 Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và
công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Công nghệ bơm bê tông hiện được sử dụng rộng rãi trong thi
công xây dựng dân dụng, kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn
so với các kiểu truyền thống, nhất là khi quy mô kích thước công
trình càng lớn, thời gian thi công ngắn...
Bê tông được xem là có khả năng bơm được đòi hỏi phải có độ
linh động cần thiết. Các thông số chính ảnh hưởng đến khả năng bơm
bê tông có thể được chia thành: thông số liên quan điều kiện công
trường (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vật liệu làm ống bơm,
lưu lượng yêu cầu...) và thông số liên quan đến kỹ thuật bơm (thành
phần, độ nhớt bê tông…). Nói chung, các thông số liên quan đến điều
kiện công trường gần như đã được xác định trước, vì vậy áp lực bơm
chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến kỹ thuật bơm.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ: sự chuyển động của dòng
bê tông trong ống bơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp
xúc giữa bê tông và thành ống bơm như trong hình. Các đặc tính lưu
biến của lớp biên này còn được gọi là các thông số ma sát bề mặt
(gồm hằng số nhớt η và ngưỡng ứng suất cắt giao diện - gọi tắt là

ngưỡng trượt τ0t), và khả năng bơm của một bê tông phụ thuộc chính
bởi các thông số ma sát này. Ngưỡng trượt τ0t đặc trưng cho tính ì của
dòng bê tông trong ống bơm, ngưỡng trượt càng lớn nghĩa là cần phải
có một áp lực bơm ban đầu lớn để có thể đẩy bê tông dịch chuyển
trong ống bơm. Hằng số nhớt η đặc trưng cho tính ì của bê tông khi
bê tông đã dịch chuyển trong ống, thông số này càng nhỏ thì bê tông
càng dễ dịch chuyển hay nói cách khác là dễ bơm.


2
Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần
của bê tông lên ma sát ở giao diện tiếp xúc ngoài việc giúp dự tính
khả năng bơm của một bê tông mà còn cho phép xác định các xu
hướng tiến triển của các thông số này khi thay đổi thông số thành
phần/cấp phối vữa bê tông.
Ở Việt Nam hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về thuộc tính lưu
biến của vữa bê tông nói chung và các thông số ma sát của quá trình
bơm bê tông chưa thực sự được chú trọng đúng mức. Do đó, trong
thực tế các phương pháp xử lý thuận tiện cho thi công lại ít nhiều ảnh
hưởng đến chất lượng bê tông.
Việc bổ sung thành phần phụ gia trong bê tông như chúng ta
đã biết là sẽ cải thiện rất nhiều đến chất lượng của bê tông, nhất là
tính lưu biến của bê tông khi thi công, giảm được tỉ lệ N/X tránh hiện
thượng phân tầng, kéo dài thời gian ninh kết... Tuy nhiên việc bổ
sung thành phần phụ gia sẽ dẫn đến việc tăng giá thành và cũng có
những tác dụng phụ khác cho bê tông.
Chính vì thế, việc đưa ra đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh
hưởng của thành phần phụ gia siêu dẻo lên ma sát với thành ống
bơm”, trong đó có tính đến hàm lượng thêm vào cũng như tính chất
của loại phụ gia là cần thiết để làm rõ vấn đề nầy.

2. Mục tiêu nghiên cứu
-Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần/ cấp phối
vữa bê tông lên ma sát bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm.
-Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm phân tích đưa ra những
kết luận, kiến nghị cần thiết.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vữa hồ xi măng và tỉ lệ
Nước/Xi Măng lên ma sát với thành ống bơm.


3
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần Vữa , N/X
lên ma sát với thành ống bơm.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
-Phân tích lý thuyết
-Thí nghiệm đo ma sát
-Phân tích đánh giá kết quả.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-Nắm được bản chất của quá trình bơm bê tông.
-Xác định được ảnh hưởng của các thông số thành phần/ cấp
phối cụ thể: Vpaste, N/X lên thông số ma sát bề mặt về mức độ cũng
như xu hướng.
-Xây dựng được 1 cơ sở dữ liệu giúp ích cho các nghiên cứu
về lĩnh vực bơm bê tông sau này.
7 . Bố cục luận văn
Ngoài chương mở đầu giới thiệu về tính cấp thiết, các mục tiêu
nghiên cứu, kết luận và kiến nghị, luận văn có 3 chương theo bố cục
sau:
Mở đầu

Chương 1. Tổng quan về lĩnh vực bơm bê tông
Chương 2. Vật liệu, thiết bị và chương trình thí nghiệm
Chương 3. Phân tích kết quả thí nghiệm
Kết luân và kiến nghị


4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC BƠM BÊ TÔNG
1.1. CÔNG NGHỆ BƠM BÊ TÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH
HƢỞNG LÊN KHẢ NĂNG BƠM BÊTÔNG
1.1.1. Giới thiệu chung
Các công trình xây dựng quy mô ngày càng lớn, cả về mặt
bằng cũng như chiều cao. Bên cạnh gia tăng khối lượng thi công,
trình độ công nghệ từ thiết kế đến thi công cũng có nhiều phát triển
vượt bật.
Với những công trình sử dụng vật liệu bê tông cốt thép đổ tại
chỗ, việc quản lý chất lượng công trình nói chung và bê tông nói
riêng có những phức tạp về mặt kỹ thuật. Nhất là khi bê tông sử dụng
là loại bê tông đặc biệt có cường độ cao (mà đi cùng với nó là có độ
linh hoạt thấp); hay khi chiều cao/kích thước công trình thi công quá
lớn gây khó khăn cho quá trình bơm bê tông; hay khi thi công trong
những điều kiện môi trường khắc nghiệt, quá nóng/hay quá
lạnh…Trong quá trình thi công, việc kiểm soát chất lượng bê tông
nhìn một các tổng thể phải bắt đầu từ khâu vật liệu đầu vào, thiết kế
cấp phối, kiểm soát chất lượng ở các trạm trộn bê tông, quá trình vận
chuyển bê tông từ nơi trộn đến nởi đổ, công nghệ bơm bê tông tại
công trường, quá trình thi công bê tông tại công trường (đổ/ san gạt/
đầm/ dưỡng hộ… bê tông). Một hình ảnh trạm trộn bê tông được lắp
đặt ngay tại công trường ở công trình bệnh viện đa khoa ở Orleans,

phía nam Paris, Pháp
Bê tông sau khi trộn xong phải đảm bảo có độ “linh động” cần
thiết để có thể thi công được: bơm/ đổ/ san gạt/ đầm... Để có thể hình
dung sơ bộ về độ “linh động” của vữa bê tông, chúng ta có thể xem


5
hình ảnh về sự chảy/trượt của vữa bê tông trong máng ứng với trường
hợp vữa bê tông có độ “linh động” nhiều hay ít .
Nói chung, bê tông càng “linh động” càng dễ thi công, tuy
nhiên điều đó không phụ thuộc ý muốn chủ quan của người thi công
mà hoàn toàn là vấn đề về kỹ thuật mà trong những điều kiện cụ thể
là rất khó xử lý, đôi khi nếu xử lý không đúng sẽ dẫn đến những tác
hại ảnh hưởng xấu tới chất lượng bê tông và qua đó ảnh hưởng đến
chất lượng công trình.
Công nghệ bơm bê tông hiện được sử dụng rộng rãi trong thi
công xây dựng dân dụng, kỹ thuật này mang lại nhiều lợi thế hơn hẳn
so với các kiểu truyền thống, nhất là khi quy mô kích thước công
trình càng lớn, lại đòi hỏi thời gian thi công ngắn...
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ rõ: sự chuyển động của dòng
bê tông trong ống bơm là nhờ vào một lớp biên tạo ra ở bề mặt tiếp
xúc giữa bê tông và thành ống bơm theo nghiên cứu của [KAPLAN
2000]
1.1.2. Các thông số ảnh hƣởng đến dòng chảy của bê tông
trong ống bơm
Các thông số ảnh hưởng đến khả năng bơm bê tông có thể
được phân thành hai loại. Loại thứ nhất liên quan đến các thông số cơ
khí ở hiện trường thi công, có liên quan đến các thiết bị sử dụng cho
quá trình bơm và các đặc tính của hệ thống bơm. Đó là vận tốc dòng
chảy (hay lưu lượng bơm), các loại máy bơm, chiều dài tính theo

phương ngang - phương đứng của hệ thống bơm, đường kính của ống
bơm, các dạng vật liệu làm ống bơm (ống cứng, ống linh hoạt, độ
nhám bên trong ống...) của chướng ngại vật hình học trên hệ thống
bơm (tiết giảm đường ống bơm, sự rẽ nhánh đường ống,...), thời gian
và tần số của điểm dừng/ngừng trong quá trình bơm.


6
Loại thứ hai liên quan đến các thông số về đặc tính của vữa bê
tông tươi và do đó liên quan với các thành phần cấp phối vữa bê
tông. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng dòng chảy trong bơm
ống bê tông được thực hiện thông qua một lớp ranh giới được hình
thành tại giao diện tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm, còn được
gọi là lớp ma sát hay lớp biên [KAPLAN 2000], [MAI et al. 2014].
Hình 1.6 mô tả trạng thái của dòng chảy bê tông tong ống bơm, có
hai khả năng xảy ra:
Một là, khi ứng suất của bê tông ở vùng tiếp xúc với thành ống
bơm nhỏ hơn ngưỡng ứng suất cắt (ngưỡng cắt) của bê tông, lúc này
dòng chảy của bê tông trong ống bơm như là cái “nút” trượt trong
ống bơm nhờ một lớp ma sát tạo ra ở bề mặt tiếp xúc với thành ống
bơm, trong bê tông không có hiện tượng cắt và biểu đồ vận tốc của
dòng chảy bê tông trong ống bơm có dạng như biểu đồ (1) trong Hình
1.6. Ở trạng thái này, dòng chảy của bê tông trong ống bơm là dòng
chảy trượt, và các thông số ma sát của lớp biên quyết định khả năng
bơm của bê tông.
Hai là, khi ứng suất của bê tông ở gần thành ống bơm lớn hơn
ngưỡng cắt của bê tông, lúc này ở phần tiếp xúc với thành ống bơm
xuất hiện một phần bê tông bị cắt và biểu đồ vận tốc của dòng bê
tông trong ống bơm có dạng như phần (2) trong Hình 1.6.
Dòng chảy của bê tông trong ống bơm lúc này vừa phụ thuộc

các thông số ma sát của lớp biên vừa phụ thuộc các thông số lưu biến
của bê tông.
1.1.3. Ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm
a) Ma sát ở bề mặt tiếp xúc với thành ống bơm
Ma sát ở giao diện (hay ứng suất cắt ở bề mặt tiếp xúc) đóng
một vai trò quan trọng lên khả năng bơm của bê tông. Các nghiên


7
cứu trước đây đã chỉ ra rằng ma sát này được quyết định chủ yếu bởi
hai thông số giao diện, cụ thể là ngưỡng ứng suất cắt giao diện - hay
còn gọi là ngưỡng trượt (τ0t) và hằng số nhớt (). Mối quan hệ giữa
chúng được biểu diễn bởi phương trình Eq. 1.1 được đề xuất bởi
[KAPLAN 2000].

   0t  v

(Eq. 1.1)

Phương trình Eq. 1.1 cho thấy hằng số nhớt là tham số quan
trọng nhất để xác định sự tiến triển của ma sát theo tốc độ dòng chảy
bê tông một khi bê tông đã bắt đầu chảy trong đường ống (> 0).
Để đo được ma sát và sau đó tính toán các thông số giao diện,
nhiều thiết bị đo ma sát được gọi là các "tribometers" đã được phát
triển. Phần thiết bị trình bày sau này sẽ tổng hợp các thiết bị đo
tribometric tồn tại.
b) Thiết bị đo ma sát
Các thiết bị đo ma sát hiện nay được chia thành hai nhóm
chính: thisết bị đo ma sát kiểu quay và thiết bị đo kiểu trượt (chuyển
tiếp). Các tribomèter kiểu xoay chỉ được sử dụng cho bê tông truyền

thống (bê tông thường), có thể thực hiện các bài thí nghiệm cả trong
phòng thí nghiệm lẫn ở công trường. Trong khi những thiết bị đo
kiểu chuyển tiếp có thể được sử dụng cho nhiều loại bê tông. Tuy
nhiên, các tribometer chuyển tiếp chỉ giới hạn để thử nghiệm trong
phòng thí nghiệm vì cấu hình cồng kềnh, đòi hỏi rất nhiều sự chính
xác và khá phức tạp.
1.1.4. Lƣu biến của bê tông
a) Lưu biến của bê tông
Như chúng ta đã biết, ba tính chất cơ bản nhất của vật liệu xi
măng nói chung và bê tông nói riêng đó là cường độ, tính bền vững
và độ linh động (hay tính dễ thi công). Hai tính chất đầu tiên liên


8
quan đến bê tông ở trạng thái đã đóng rắn, còn tính linh động chỉ
được nhắc đến khi bê tông ở trạng thái lỏng (bê tông tươi).
Để xác định các thông số lưu biến người ta dung lưu biến
kế và đường cong biểu thị mối quan hệ giữa τ - µ được gọi là đồ
thị lưu biến (rheogram). Để nghiên cứu tính chất lưu biến của bêtông
thì đơn giản nhất là bắt đầu từ hỗn hợp chất kết dính xi măng và nước
(vữa xi măng - VXM). Có thể khẳng định rằng tính chất của bê tông
phụ thuộc phần lớn vào tính chất của VXM tạo ra nó Ngoài ra hiện
nay VXM có rất nhiều ứng dụng trong thực tế như vữa sửa chữa kết
cấu bị nứt, vữa bơm ống gen của cáp ứng lực trước…
b) Thiết bị đo lưu biến
Nguyên tắc chung của các thiết bị đo thông số lưu biến là tìm
cách để cho các lớp bê tông trượt lên nhau, có thể trượt theo kiểu
xoay hay thẳng… nhằm xác định ma sát giữa các lớp bê tông này, từ
đó xác định được các thông số lưu biến của vữa bê tông.
1.2. HỆ THỐNG BƠM VÀ THIẾT BỊ

1.2.1 Hệ thống bơm bê tông - Bơm
a) Hệ thống bơm bê tông
 Bơm cố định (máy bơm dòng, máy bơm đường ống):
Chỉ gồm phần máy bơm chính không kèm theo hệ đường ống
bơm, đấu trực tiếp vào đường ống bơm đặt sẵn tại công trình. Máy
bơm tĩnh không tự di chuyển được mà phải gắn vào các loại xe tải
khác để kéo đến công trường.
 Bơm di động (bơm cần):
Thường được gắn trên xe ô tô tải, trụ tháp cần trục tháp. Nó
gắn liền với một hệ cần ống bơm gấp lại, như một cánh tay robot có
điều khiển từ xa, (còn gọi là cần bơm bê tông), để có thể vươn xa tới
những vị trí đổ bê tông với độ chính xác nhất định. Loại máy bơm


9
cần gắn trên xe còn gọi là xe bơm bê tông hay cần bơm tự hành. Loại
bơm cần gắn trên tháp gọi là tháp bơm bê tông
b) Bơm bê tông
Hiện nay có hai hệ thống khác nhau được sử dụng để bơm:
máy bơm bêtông kiểu piston và máy bơm bêtông kiểu rotor.
 Máy bơm kiểu piston:
 Máy bơm kiểu rotor
c) Ống bơm
Là một hệ thống đường ống, thường làm bằng thép dùng để
vận chuyển bê tông tươi kết hợp với một máy bơm đến vị trí của ván
khuôn. Các đường ống thép sử dụng cho bơm bê tông thường có
đường kính 65, 100, 125 và 150 mm. Các ống có chiều dài 1, 2 hoặc
3 m được nối với nhau qua kẹp nối. Những chiếc kẹp nối Hình 1.16
cho phép kết nối nhanh và đáng tin cậy.
d) Hộp số và khuỷu tay

Hộp số của máy trộn được thiết kế theo cơ cấu truyền động
bánh răng, có sức chịu tải trọng lớn, cường độ làm việc liên tục, động
cơ được lai từ dây cu loa ra puli hộp số, đầu ra của hộp số máy trộn
được gắn bởi hai bánh răng đầu trục, hai bánh răng này lại được gắn
vào hai bánh răng của máy trộn, bên trong máy là hai trục có hai đầu
gối đỡ và những cánh đảo, bàn tay đảo để khi máy chạy thì những
bánh răng hộp số sẽ truyền động làm cho những cánh đảo bên trong
thùng trộn quay, và đảo bê tông làm cho bê tông nhanh đều hơn chất
lượng bê tông tốt hơn.
e) Vòi ống bơm
Bê tông chạy từ ống bơm đến điểm đổ bê tông được thao tác
bởi một vòi linh hoạt. Qua ống này, bê tông chảy liên tục vào vị trí
cuối cùng của nó và vẫn giữ được tính đồng nhất của bê tông. Trường


10
hợp đổ bê tông sâu trong ván khuôn, vòi su mềm giúp đưa bê tông
tớivị trí thấp của ván khuôn, sau đó nó được nâng lên dần dần lấp đầy
cốp pha, cho phép để tránh sự phân tầng trong bê tông
1.2.2.Ƣu và nhƣợc điểm của kỹ thuật bơm bê tông
a) Ưu điểm của kỹ thuật bơm bê tông
 Tốc độ thi công nhanh (tùy thuộc vào công suất của máy
bơm được sử dụng, lắp đặt bơm và tính chất của bê tông).
 Đưa được vữa bê tông vào những nơi khó tiếp cận, giúp cho
bê tông dễ có được trạng thái đồng nhất hơn trong quá trình thi công.
 Giảm thời gian vận chuyểnvà đổ bê tông tại công trường xây
dựng,mang lại hiệu quả kinh tế, giảm hao phí lao động và tạo điều
kiện công việc nhẹ nhàng hơn.
 Cải thiện vấn đề an toàn trên công trường xây dựng.
Tất cả những lý do trên giải thích việc sử dụng bơm bê tông

ngày càng được áp dụng rộng rãi trên thế giới.
b) Nhược điểm của kỹ thuật bơm bê tông
Khi bê tông dừng bơm có thể hình thành nút nghẽn trong
đường ống. Vì vậy cần thiết tháo rời các đường ống và thông các tắc
nghẽn này. Động tác này khá là tốn thời gian, ảnh hưởng kinh tế và
ảnh hưởng đến tiến độ. Sự xuất hiện các nút nghẽn trong các đường
ống xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau.
1.3. PHƢƠNG PHÁP DỰ TÍNH KHẢ NĂM BƠM
Khả năng bơm của bê tông được gọi là "dễ dàng" hoặc "khó
khăn" phụ thuộc ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và thành ống
bơm. Ma sát này càng lớn thì áp lục bơm cần thiết cũng cần phải lớn
theo tương ứng đề có thể bơm đáp ứng được lưu lượng yêu cầu. Vì
vậy, đối với một tốc độ bơm yêu cầu, một bê tông mà tạo ra ít ma sát
với thành ống sẽ dễ dàng bơm hơn là bê tông tạo ra một ma sát lớn.


11
Hay nói cách khác, hoàn toàn có thể để dự đoán khả năng bơm bê
tông dựa trên một trong hai thông số: dựa trên thông số ma sát hoặc
dựa trên áp lực bơm.
1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Như vậy, bê tông được xem là có khả năng bơm được đòi hỏi
phải có độ linh động cần thiết. Các thông số chính ảnh hưởng đến
khả năng bơm bê tông có thể được chia thành: thông số liên quan
điều kiện công trường (loại bơm sử dụng, kích cỡ, chiều dài, vật liệu
làm ống bơm, lưu lượng yêu cầu...) và thông số liên quan đến kỹ
thuật bơm (thành phần, độ nhớt bê tông…). Nói chung, các thông số
liên quan đến điều kiện công trường gần như đã được xác định trước,
vì vậy áp lực bơm chủ yếu phụ thuộc vào các thông số liên quan đến
kỹ thuật bơm.

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các thông số thành phần
của cấp phối vữa bê tông lên ma sát ở giao diện tiếp xúc ngoài việc
giúp dự tính khả năng bơm của một bê tông mà còn cho phép xác
định các xu hướng tiến triển của các thông số này khi thay đổi thông
số thành phần/cấp phối vữa bê tông.
Chính vì thế, việc đưa ra đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh
hƣởng của khối lƣợng vữa hồ xi măng và tỉ lệ Nƣớc/Xi Măng lên
ma sát với thành ống bơm” là cần thiết để làm rõ vấn đề này.


12
CHƢƠNG 2
VẬT LIỆU, THIẾT BỊ & CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
Chương này trình bày các đặc trưng tính chất cơ bản của vật
liệu sử dụng, mô tả thiết bị thí nghiệm chính: thiết bị đo ma sát cùng
quy trình đo, tính kết quả đo. Và xác định chương trình thí nghiệm để
nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần lên các thông số
ma sát, qua đó xác định khả năng bơm của bê tông.
2.1. VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG
2.1.1. Xi măng
2.1.2. Cát
2.1.3. Sỏi
2.1.4. Phụ gia siêu dẻo
2.2. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm đo ma sát sẽ được thực
hiện nhờ thiết bị đo ma sát (tribomètre) được phát triển bởi [NGO et
al. 2010]. Cách vận hành, khai thác kết quả đo sẽ được mô tả như
trình bày dưới đây.
2.2.1. Mô tả thiết bị đo ma sát (tribomètre)
Thiết bị đo ma sát gồm có 3 phần chính như Hình 2.1:

Một máy khuấy điều khiển tốc độ quay và đọc được momen
xoắn điện tử;
Một xy lanh hình trụ thép tròn trơn cao 10cm, đường kính
10,7cm;
Và một thùng chứa vữa bê tông cao 20cm đường kính 30cm.
Xy lanh quay, phần trục trên được gắn vào máy khuấy điện tử,
phần xy lanh bằng trụ thép tròn trơn thì được đặt “ngập” trong vữa bê
tông. Cấu hình này cho phép giảm thiểu ma sát ở vùng biên (đáy và


13
thành thùng chứa) lên xy lanh quay so với các thiết bị tương tự khác.
Đồng thời việc vận hành cũng khá đơn giản, có thể thực hiện ở phòng
thí nghiệm hay ngay tại công trường và giúp giảm chi phí đầu tư thiết
bị. Toàn bộ hoạt động của thiết bị được điều khiển nhờ phần mềm
được cài trong máy tính để điều khiển máy khuấy.
2.2.2. Phƣơng pháp sử dụng thiết bị đo ma sát
Việc vận hành thiết bị đo ma sát (tribomèter) gồm 5 bước:
Bƣớc 1: Cho vữa bê tông vào một nữa thùng chứa và đầm 25
lần như Hình 2.2(b).
Bƣớc 2: Định vị xy lanh ở trung tâm của thùng chứa và để cho
xy lanh “đứng” trên bề mặt bê tông bởi trọng lượng của nó, xy lanh
sau đó được cố định với trục máy khuấy.
Bƣớc 3: Đo momen xoắn ma sát ở đáy xy lanh tương ứng với
cấp vận tốc áp đặt lên trục quay như trong Hình 2.3.
Bƣớc 4: Sau khi bước 3 xong, đổ tiếp lớp bê tông thứ hai lên
trên lớp thứ nhất đến đầy thùng chứa và đầm 25 lần như Hình 2.2(c).
Bƣớc 5: Lặp lại bước 3 và ghi lại các kết quả mới.
2.3. CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
Vật liệu và quy trình vận hành thiết bị đo ma sát được sử dụng

để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số: thành phần và nguồn gốc
của một số loại phụ gia siêu dẻo lên các thông số ma sát ở bề mặt tiếp
xúc giữa bê tông - mặt xy lanh quay, qua đó xác định được ảnh
hưởng lên khả năng bơm của bê tông.
Cấp phối bê tông tham khảo được lấy tương ứng với cấp phối
sử dụng phổ biến trong thực tế. Đối với mỗi loạt thí nghiệm nghiên
cứu, chỉ có một thông số ảnh hưởng cần nghiên cứu mới thay đổi,
còn các thông số thành phần khác được giữ cố định. Loạt thí nghiệm
cần nghiên cứu đối với mỗi thông số cũng được thực hiện từ bê tông
ở trạng thái “khó” bơm (bê tông có độ linh động hay độ sụt thấp) cho
đến khi bê tông bị phân tầng, mất tính đồng nhất và không thể bơm
được.
Cấp phối bê tông sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của thông
số thành phần chất phụ gia được cho trong Bảng 2.9.


14
Bảng 2.9 Cấp phối bê tông nghiên cứu theo ảnh hưởng của phụ gia
siêu dẻo
Dạng phụ gia

A1
(Polycarboxylate
modified)

A2
(Polycarboxylate
modified)

Bê tông

N/X

S/C

Sp(%)

xi
măng
(kg)

Nước
(kg)

Sỏi
(kg)

Cát
(kg)

Độ
sụt
(cm)

B1Ad.0

0

15

B1Ad.0,2

0.2

17

B1Ad.0,4

0.5

1.2

0.4

410

205

909.4

758

19

B1Ad.0,6

0.6

20

B1Ad.0,8

0.8

21

B1Ad.0

0

15

B1Ad.0,2
B1Ad.0,4

0.5

1.2

0.2
0.4

410

205

909.4

758

17
20

B1Ad.0,45

0.45

21

B1Ad.0

0

15

A3

B1Ad.0,2

0.2

16

(Phosphonate
modified)

B1Ad.0,4

0.5

1.2

0.4

410

205

909.4

758

19

B1Ad.0,6

0.6

21

B1Ad.0,8

0.8

22

B1Ad.0

0

15

A4
(Polycarboxylate

B1Ad.0,2

0.2

16

modified)

B1Ad.0,6

0.6

20

B1Ad.0,8

0.8

22

B1Ad.0

0

15

A5
(Polycarboxylate
modified)

B1Ad.0,4

0.5

1.2

B1Ad.0,2
B1Ad.0,4

0.4

410

205

909.4

758

0.2
0.5

1.2

0.4

19

16
410

205

909.4

758

18

B1Ad.0,6

0.6

21

B1Ad.0,8

0.8

24


15
2.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG
 Phát triển được một máy đo lưu biến

 Nghiên cứu xây dựng và phát triển một thiết bị đo thông số
lưu biến và thông số ma sát sử dụng được ở công trường.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thành phần và các
chất khoáng lên thông số lưu biến của bê tông
 Xây dựng mô hình tính toán độ nhớt của bê tông
 Tối ưu hóa độ nhớt của bê tông ít tác động môi trường trong
khi vẫn đảm bảo các đặc tính cơ học của bê tông
 Sử dụng máy đo ma sát để nghiên cứu thực nghiệm và đề
xuất các mô hình tính các thông số bơm( hằng số nhớt và ngưỡng
trượt) dựa trên nguyên tắc chung là chi phí hợp lý và có khả năng
ứng dụng thực tiễn.


16
CHƢƠNG 3
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1. ẢNH HƢỞNG CỦA THÀNH PHẦN VÀ NGUỒN GỐC
PHỤ GIA SIÊU DẺO
Phụ gia cho bê tông là những hợp chất/ hỗn hợp các hợp chất
chất vô cơ/ hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên/ tổng hợp mà khi cho một
lượng nhỏ vào hỗn hợp bê tông sẽ làm thay đổi tính chất công nghệ của
vữa bê tông hay tính chất sử dụng của bê tông đã hóa rắn sau này.
Sử dụng phụ gia siêu dẻo nói chung sẽ cải thiện các tính chất
của vữa bê tông cũng như bê tông sau này, ví dụ như: tăng tính linh
động của vữa bê tông mà vẫn giữ tỷ lệ N/X cố định; tăng cường độ
của bê tông bằng cách giảm lượng nước; sản xuất bê tông cường độ
cao; giảm lượng dùng nước và xi măng, điều chỉnh thời gian ninh kết
và rắn chắc, nâng cao cường độ và tính chống thấm của bê tông.
Để làm rõ ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo và nguồn gốc của
nó lên các thông số ma sát bề mặt, năm loại phụ gia siêu dẻo cùng

các đặc trưng tương ứng được tổng hợp trong phần phụ lục số.... đã
được thử nghiệm. Trong những loại phụ gia siêu dẻo này thì có ba
loại có gốc “polycarboxylate modified”, một loại gốc “phosphonate
midified” và 1 loại có cả hai gốc trên.
Các loại phụ gia này sẽ được thử nghiệm dựa trên một bê tông
tham khảo (B1Ad.0) không có phụ gia với thành phần cấp phối như
đã trình bày ở chương 2, Bảng 2.9 Với mỗi loại phụ gia nghiên cứu,
hàm lượng phụ gia bổ sung sẽ được tăng dần cho đến khi bê tông có
hiện tượng phân tầng, nhưng vẫn giữ nguyên các thông số thành phần
còn lại không thay đổi. Với mỗi mẻ bê tông tương ứng với một hàm
lượng thử nghiệm, một phép đo độ sụt bằng côn Abrams và một phép
đo ma sát bằng thiết bị đo ma sát đã được thực hiện. Các kết quả đo
độ sụt và thông số ma sát thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 3.1.


17
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thành phần và nguồn gốc các loại
phụ gia siêu dẻo
Loại phụ gia
siêu dẻo

A1
(Polycarboxylate
modified)

A2
(Polycarboxylate
modified)

A3

(Phosphonate
modified)

Bê tông

N/C S/C

Vhoxm

Sp

(m3)

(%)

Độ

Sp/Sp*

η
0t
sụt
(Pa.s/m) (Pa)
(cm)

B1Ad.0

0

0.00

15

464.5

59.4

B1Ad.0,2

0.2

0.17

17

483.2

55.2

0.4

0.33

19

452.9

42.6

B1Ad.0,6

0.6

0.50

20

423.9

39.7

B1Ad.0,8

0.8

0.67

21

289.0

27.0

B1Ad.0

0

0.00

15

464.5

59.4

0.2

0.20

17

445.8

46.2

0.4

0.40

20

427.2

30.8

B1Ad.0,45

0.45

0.45

21

403.9

33.0

B1Ad.0

0

0.00

15

464.5

59.4

B1Ad.0,2

0.2

0.20

16

456.5

53.2

B1Ad.0,4

0.5

1.2 0.337

B1Ad.0,2
B1Ad.0,4

0.4

0.40

19

477.7

49.2

0.6

0.60

21

385.0

36.5

B1Ad.0,8

0.8

0.80

22

372.3

29.2

B1Ad.0

0

0.00

15

464.5

59.4

A4
(Polycarboxylate

B1Ad.0,2

0.2

0.20

16

456.5

53.2

0.4

0.40

19

440.4

54.3

modified)

B1Ad.0,6

0.6

0.60

20

447.4

33.7

B1Ad.0,8

0.8

0.80

22

282.5

17.4

B1Ad.0

0

0.00

15

464.5

59.4

B1Ad.0,2

0.2

0.20

16

456.5

53.2

0.4

0.40

18

409.1

9.6

B1Ad.0,6

0.6

.60

21

394.4

32.5

B1Ad.0,8

0.8

0.80

24

274.2

10.2

B1Ad.0,4

B1Ad.0,4

0.5

1.2 0.337

B1Ad.0,6

A5
(Polycarboxylate
modified)

B1Ad.0,4

0.5

0.5

0.5

1.2 0.337

1.2 0.337

1.2 0.337


18
Đồ thị trên Hình 3.1 mô tả ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia
siêu dẻo sử dụng lên độ sụt được đo bởi côn Abrams tương ứng năm
loại phụ gia thử nghiệm.
Từ đồ thị thể hiện kết quả thí nghiệm có thể nhận thấy rằng:
Với bất kỳ loại phụ gia siêu dẻo thử nghiệm, độ sụt của bê tông
tăng gần như tuyến tính theo sự tăng của hàm lượng phụ gia sử dụng.
Xu hướng thay đổi này tùy thuộc vào dạng phụ gia siêu dẻo sử
dụng, bởi mỗi loại phụ gia đều có những đặc trưng - tính chất riêng
của nó.
Kết quả này hoàn toàn phù hợp với những phân tích về tác
dụng của phụ gia siêu dẻo đã trình bày ở trên.

Hình 3.1: Quan hệ giữa độ sụt - hàm lượng phụ gia ứng với 5 loại
phụ gia thử nghiệm
Đồ thị trên Hình 3.1 thể hiện sự tiến triển của momen xoắn áp
đặt lên xy lanh theo tốc độ quay của xy lanh khi thay đổi hàm lượng
phụ gia siêu dẻo tương ứng với năm loại thử nghiệm. Kết quả từ đồ

thị cho thấy rằng, khi tăng hàm lượng phụ gia siêu dẻo sẽ làm giảm


19
ma sát ở bề mặt tiếp xúc bê tông - xylanh và như vậy là làm tăng khả
năng bơm bê tông.

(a)

(b)


20

( c)

(d)

(e)
Hình 3.2: Ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻođến quan hệ momen xoắn
- vận tốc quay xy lanh


21
Sự tiến triển của các thông số ma sát bề mặt theo hàm lượng bổ
sung phụ gia siêu dẻo cho cả năm loại phụ gia thử nghiệm từ Bảng
3.1 được thể hiện lại như trên đồ thị ở Hình 3.3. Từ đồ thị, chúng ta
có thể nhận thấy rằng sự tăng của hàm lượng bổ sung chất phụ gia
dẫn đến một sự giảm gần như tuyến tính của các thông số ma sát bề
mặt: hằng số nhớt cũng như ngưỡng trượt, tuy nhiên mức giảm của

thông số ngưỡng trượt mạnh hơn. Kết quả này xác nhận sự giảm ma
sát bề mặt khi tăng của hàm lượng bổ sung chất phụ gia nhưng vẫn
giữ nguyên tất cả các thông số thành phần còn lại.

(a)
(b)
Hình 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia siêu dẻo đến thông số
ma sát
a) Sự tiến triển của hằng số nhớt b) Sự tiến triển của ngưỡng trượt
Mỗi loại phụ gia siêu dẻo có một hàm lượng bão hòa Sp*(%)
được cung cấp bởi nhà sản xuất hoặc có thể xác định bằng thực
nghiệm. Thông số này một mặt vừa xác định mức sử dụng hiệu quả
của việc bổ sung phụ gia mà cũng đặc trưng cho tính chất của từng
loại phụ gia. Vì vậy đồ thị như Hình 3.4 thể hiện lại sự tiến triển của
các thông số ma sát bề mặt theo ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia bổ
sung và nguồn gốc tính chất phụ gia thông qua tỉ lệ Sp/Sp*.


22

(a)
(b)
Hình 3.4: Sự tiến triển của cá thông số ma sát theo tỉ lệ Sp/Sp*
(a) Sự tiến triển của hằng số nhớt; (b) Sự tiến triển của
ngưỡng trượt
Sự suy giảm của các thông số ma sát bề mặt khi bổ sung phụ
gia siêu dẻo có thể được giải thích như sau:
Sự giảm của ngưỡng ứng suất bề mặt khi tăng hàm lượng chất
phụ gia siêu dẻo có thể được giải thích bởi thực tế là sự tăng của hàm
lượng phụ gia làm “lỏng hóa” vữa xi măng dán của bê tông nhưng

vẫn giữ nguyên thể tích vữa xi măng dán. Điều đó thúc đẩy việc tạo
ra một lớp biên “lỏng và dày” hơn và kết quả là làm giảm ma sát giao
diện bề mặt, hay nói cách khác là làm tăng khả năng bơm của bê
tông.
3.2. KẾT LUẬN CHƢƠNG
Trong chương này chúng tôi đã trình bày các kết quả nghiên
cứu - phân tích về ảnh hưởng của thông số thành phần của vữa bê
tông mà cụ thể là ảnh hưởng của thành phần phụ gia siêu dẻo cùng
nguồn gốc (hay tính chất) lên các thông số ma sát bề mặt (hằng số
nhớt và ngưỡng trượt), qua đó đánh giá được tác động của các thông
số này lên khả năng bơm bê tông.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng:


23
Với mọi loại phụ gia siêu dẻo sử dụng, sự bổ sung của hàm
lượng phụ gia làm tăng độ sụt của vữa bê tông
Khi tăng hàm lượng phụ gia siêu dẻo, các thông số ma sát bề
mặt: hằng số nhớt và ngưỡng trượt giảm gần như tuyến tính. Tuy
nhiên mức độ giảm của thông số ngưỡng trượt mạnh và rõ hơn so với
thông số hằng số nhớt. Kết quả này làm tăng khả năng bơm của bê
tông.
Các loại phụ gia siêu dẻo có nguồn gốc - tính chất khác nhau
cũng ảnh hưởng khác nhau đến các thông số ma sát bề mặt và cũng là
khả năng bơm của bê tông.