Ảnh hưởng của tỉ lệ tro bay đến sự phát triển cường độ chịu kéo của bê tông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

TẠ V

KA T

ẢNH HƯ NG C A T
TRO BA Đ N S
PHÁT TRI N CƯỜNG Đ CH U K O
C A B T NG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08

UẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂ D NG C NG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ C NG NGHI P

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Ng

ih

ng

n ho h

TS NGU

N VĂN CH NH

Phản biện 1: TS. Hoàng Tuấn Nghĩa
Phản biện 2: TS. Nguyễn Quang Tùng

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân
dụng và Công nghiệp họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào ngày
11 tháng 3 năm 2018.

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 & Công
nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.


1
M

ĐẦU

1

ý o h n đề tài
Tro bay fly ash FA , là nh ng hạt tro rất nh b cuốn theo
kh t ống khói c a các nhà máy nhiêt điện do đốt nhiên liệu than.

Loại ph thải này n u không được thu gom, tận dụng s không ch là
một sự lãng ph lớn mà c n là mối hiểm họa đối với môi trường, nhất
là trong thời k phát triển mạnh m cả các ngành công nghiệp như
hiện nay. Ch nh vì vậy việc nghiên c u, x l và tận dụng tro bay
trong các lĩnh vực kinh t , kỹ thuật đã và đang được các khoa học,
công nghệ trong và ngoài nước quan tâm đ t biệt [1 .
Nhìn chung, h n hợp bê tông bao gồm các thành ph n: Cốt
liệu và chất k t d nh. Chất k t d nh bao gồm: i măng nước, phụ
gia Như vậy với h u h t bê tông hiện đang s dụng thì thành ph n
c bản là cốt liệu, xi măng và nước. Cường độ c a cốt liệu là cố
đ nh, được quy đ nh bởi sự hình thành c a tự nhiên, trong q a trình
s dụng vật liệu ch ng ta đã chọn trước nguồn gốc s dụng cốt liệu.
Tuy nhiên, t nh năng c l c a h n hợp bê tông c ng ch u ảnh hưởng
trực ti p t chất k t d nh và các l r ng gi a các cốt liệu liên k t với
nhau [4].
ậy cường độ c a bê tông ch u ảnh hưởng ch y u t y u tố
chất k t d nh và l r ng gi a các cốt liệu với nhau nh m mở rộng
nghiên c u vai tr c a tro bay ảnh hưởng như th nào đ n cường độ
ch u k o c a bê tông đã thôi th c tác giả làm đ tài nghiên c u:
Ảnh hưởng c a t lệ tro bay đ n sự phát triển cường độ ch u k o
c a bê tông .
2 M

ti u
đề tài
- Nghiên c u ảnh hưởng c a t lệ tro bay đ n sự phát triển
cường độ ch u k o c a bê tông:
3 Đối t

ng nghi n

u


2
- Đánh giá v vai tr và phạm vi ng dụng c a tro bay trong
lĩnh vực xây dựng.
- Các loại vật liệu đ a phư ng: Cát k lam huyện Điện Bàn
t nh Quảng Nam , đá Phước L tp Đà Nẵng , xi măng sông Gianh,
tro bay Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại.
- Th nghiệm đánh giá ảnh hưởng c a tro bay phả lại đ n khả
năng ch u k o c a bê tông đ n 90 ngày.
4 Phạm vi nghi n u
- Các mẫu bê tông th nghiệm có thành ph n tro bay thay th
xi măng là 0%, 10%, 20% và 40%.
- Phân t ch và thảo luận các k t quả th nghiệm.
- Đánh giá sự ảnh hưởng t lệ c a tro bay đ n sự phát triển
cường độ khả năng ch u k o bê tông.
thự ti n
đề tài
ác đ nh được t lệ tối ưu c a tro bay xi măng đ n sự phát
triển cường độ ch u k o c a bê tông, đưa ra k t luận s dụng tro bay
thay th một ph n xi măng để bê tông làm việc hiệu quả.
5.

ngh

6 Bố

uận văn

Ngoài ph n mở đ u và k t luận, luận văn gồm 3 chư ng:
Chư ng 1: T ng quan và phạm v ng dụng c a tro bay trong
xây dựng
Chư ng 2: Khá n ệm, vật l ệu s dụng và th t b th ngh ệm
xác đ nh cường độ ch u k o c a bê tông
Chư ng 3: Th nghiệm xác đ nh ảnh hưởng c a tro bay đ n sự
phát triển cường độ c a bê tông
K t uận và i n ngh


3
CHƯ NG 1
T NG QUAN VÀ PHẠM VI NG DỤNG C A TRO BA
TRONG XÂ D NG
1.1 T NG QUAN V TRO BA
1.1.1. Kh i n m hung về t o
Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên
liệu than đá ph n ph thải rắn tồn tại dưới hai dạng: ph n x thu được
t đáy l và ph n tro gồm các hạt rất m n bay theo các kh ống khói
được thu hồi b ng các hệ thống thu gom c a các nhà máy nhiệt
điện tiêu chuẩn ASTM - C618 c a Mỹ.

Hình 1.1. r

t

1.1.2. Ph n oại t o
Ở một số nước, tùy vào mục đ ch s dụng mà người ta phân
loại tro bay theo các loại khác nhau. Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98
c a thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai

loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay có hàm lượng
canxi cao. Tro bay có ch a hàm lượng canxi 8% ho c cao h n ho c
CaO tự do trên 1% là loại tro bay có hàm lượng canxi cao. Do đó,
CaO trong tro bay ho c CaO tự do được s dụng để phân biệt tro bay


4
có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp. Theo cách
phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu h i vàng
trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu h i xám [6].
Theo cách phân loại c a Canada, tro bay được chia làm ba loại [7].




Loại F:

Hàm lượng CaO t h n 8%

Loại CI:
Hàm lượng CaO lớn h n 8%
nhưng t h n 20%



Loại C:
Hàm lượng CaO lớn h n 20%
Trên th giới hiện nay, thường phân loại tro bay theo tiêu
chuẩn ASTM C618. Theo cách phân loại này thì phụ thuộc vào thành
ph n các hợp chất mà tro bay được phân làm hai loại là loại C và loại

F [8].
Phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C618:
Tro bay là loại F n u t ng hàm lượng (SiO2+Al2O3+Fe2O3)
lớn h n70%.
Tro bay là loại C n u t ng hàm lượng (SiO2+Al2O3+Fe2O3)
nh h n70%.
1.1.3. C đ t ng
t o
1.1.3.1.
n p n
on o
Tro c a các nhà máy nhiệt điện gồm ch y u các sản phẩm
tạo thành t quá trình phân h y và bi n đ i c a các chất khoáng có
trong than đá. Thông thường, tro ở đáy l chi m khoảng 25% và tro
bay chi m khoảng 75% t ng lượng tro thải ra. H u h t các loại tro
bay đ u là các hợp chất silicat bao gồm các oxit kim loại như SiO2,
Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, với hàm lượng than chưa cháy ch
chi m một ph n nh so với t ng hàm lượng tro, ngoài ra c n có một
số kim loại n ng như Cd, Ba, Pb, Cu, Zn,... Thành ph n hóa học c a


5
tro bay phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu than đá s dụng để đốt và
đi u kiện đốt cháy trong các nhà máy nhiệt điện [9].
1.1.3.2. Cá n u ên ố vi lượn on o
Quá trình đốt cháy than đá là một trong nh ng nguyên nhân
ch nh làm ô nhiễm không kh và phát tán các kim loại các nguyên tố
vi lượng độc hại. Hiểu được sự thay đ i c a các nguyên tố vi lượng
trong quá trình đốt than đá c ng như hàm lượng c a nó có trong tro
bay tạo thành là đi u rất quan trọng trong vấn đ đánh giá tác động

môi trường c a các nhà máy nhiệt điện c ng như các ng dụng tro
bay. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong tro bay phụ thuộc ch
y u vào hàm lượng c a ch ng có trong nguyên liệu ban đ u.
1.1.3.3. Cấu ú ìn
ái ủ o ay
H u h t các hạt tro bay đ u có dạng hình c u với các k ch
thước hạt khác nhau, các hạt có k ch thước lớn thường ở dạng bọc
và có hình dạng rất khác nhau.Các hạt tro bay được chia ra làm hai
dạng: dạng đ c và dạng r ng. Thông thường, các hạt tro bay hình
c u, rắn được gọi là các hạt đ c và các hạt tro bay hình c u mà bên
trong r ng có t trọng thấp h n 1,0 g cm3 được gọi là các hạt r ng.
Một trong các dạng thường thấy ở tro bay thường được tạo nên bởi
các hợp chất có dạng tinh thể như thạch anh, mulit và hematit, các
hợp chất có dạng th y tinh như th y tinh oxit silic và các oxit khác
[12].
1.1.3.4. Cấu t
n t ong
Các hạt bên trong có thể được thấy bởi các quan sát đ n giản.
Cấu tr c này b che lấp bởi lớp v th y tinh, vì th nó có thể được
quan sát khi được x l với dung d ch HF, dung d ch này có thể h a
tan nhanh chóng ph n th y tinh và để lộ ra lớp v bên trong.
Sự vô cùng h n tạp c a các hạt tro bay và cấu tr c được nhận
thấy, bao gồm các hạt khác nhau trong cùng loại tro bay được thể


6
hiện trong hình 1.4. Mẫu tro bay này được ti p x c nhẹ trong thời
gian lâu h n với quá trình x l b ng axit hydrofloric trong thời gian
1 giờ. Ph n th y tinh trong các hạt ở vùng gi a và trong c a một số
hạt khác được phân bố xung quanh ph n đã b h a tan ở m c độ lớn.

1 2 T NH ƯU V C VÀ NG DỤNG C A TRO BA TRONG
NH V C XÂ D NG
1.2.1. T nh u vi
t o
Bê tông xi măng đ c chắc do quá trình th y hóa xi măng,
lượng nước bốc h i tạo ra các l r ng gi a các hạt cốt liệu. Cường độ
c a bê tông xi măng b ảnh hưởng rất lớn đ n các l r ng.
Muốn tăng cường độ bê tông xi măng c n hạn ch các l
r ng gi a các hạt cốt liệu, tăng cường độ chất k t d nh ....
 Tăng m
tông: Bê tông là một loại đá nhân tạo được làm
ch y u b ng xi măng.
 Chống ạn n t, giảm o gả , ải thi n ề m t sản phẩm và
ó t nh hống thấm o: T nh cực m n c a Tro bay có hàm
lượng Silic cao hay silic nano tạo ra được t nh dẻo c a xi
măng Portland trong quá trình tạo ra bê tông.
 T nh h u ự

o

tông tự

o v i tro bay: i măng

portland được trộn với đá, cát và nước tạo ra được một bê
tông ở cấp trung bình và tự k o trong thời gian khoảng 03
ngày, đó là đi u đang được thực hiện trong ngành công
nghiệp xây dựng. Tuy nhiên, n u trộn thêm Tro bay vào thì
bê tông s có t nh ch u lực cao.
 Chống đ

sự x m nhập
ACID SU FURIC
tông hi n đại: Khi khói c a các nhà máy bay lên thì có lẫn
c n SO2 . C n này trộn lẫn với h i nước c a mây tạo thành
H2SO4 Acid Sulfuric , khi mưa s có một lượng nước mưa
có v chua, gọi là mưa acid. Mưa này làm cho bê tông


7
portland b r m t và sau đó b rạn n t theo thời gian. N u là
bê tông cốt th p thì lượng th p n m bên trong s b hen g .


Tạo t nh ền Su f t ho
tông
xi măng po t n : Xi
măng Sông Gianh trộn với cát, đá và nước ngọt tạo ra một bê
tông có độ b n đ n 50 năm, nhưng khi trộn với nước m n, độ
b n lại không quá 5 năm. ì khi nung xi măng b ng đá vôi
và đất s t, bao giờ c ng có một lượng CaO tự do chi m
khoảng 6% trong xi măng. Đất vôi này g p nước lợ hay nước
m n có gốc sulfat, gốc này k t hợp với vôi để tạo ra một
muối thạch cao có c t nh đ c biệt là h t nước và trư ng nở.



T
ng
T o
đ n vấn đề hạ nhi t ho

tông
Khi thi công các công trình bê tông khối lớn một vấn đ cấp
thi t luôn được đ t ra là làm th nào để giảm được nhiệt độ
trong l ng bê tông. Nhiệt độ trong l ng bê tông có thể lớn h n
400C gây nguy c n t do ng suất nhiệt. Nên rất c n giảm xi
măng và b xung một lượng chất độn m n là tro bay để đảm
bảo t nh công tác, t nh chống thấm và cường độ RCC.

1.2.2. Một số ng ng nổi ật
t o
"Kh vôi tự do CaO" trong xi măng khoảng 6% là thành
ph n gây "n " làm giảm chất lượng bê tông trong môi trường nước;
đ c biệt trong việc đ nh ng khối bê tông cực lớn ở các công trình
th y điện, khi có phụ gia tro bay có thể đ bê tông gián đoạn mà
không phải đ liên tục như bê tông thường;
Khống ch nhiệt độ ban đ u, giảm ng suất nhiệt trong khối
bê tông, tăng độ b n, k o dài tu i thọ công trình, giá thành có thể rẻ
h n đ n 30%, giảm 10% nước trộn bê tông.
Tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng b n sulfat, phụ gia cho
bê tông tự lèn đối với công trình đ i h i ch u lực cao;
Sản xuất gạch block có s dụng tro bay c n có thể giảm


8
lượng xi măng nhi u h n n a.
123 V it ò
t o
đối v i sự ph t t iển ền vững
Để nâng cao vấn đ xây dựng phát triển b n v ng, bê tông và
v a xây dựng được s dụng tro bay thay th một ph n xi măng.

Nh ng lợi ch c a việc s dụng tro bay trong bê tông và v a xi măng
hướng tới phát triển b n v ng bao gồm:
Giảm lượng kh thải CO2 ra môi trường.
Giảm nguồn vật liệu xi măng poclang.
Tái s dụng các sản phẩm thải công nghiệp.
Nâng cao độ b n c a bê tông
1 2 4 Phản ng pozzo n
t o
t ong tông
i măng poclang là sản phẩm bao gồm 4 loại khoáng chất
Tricalcium Silicate C3S (3CaO.SiO2), Dicalcium Silicate C2S
(2CaO.SiO2), Tricalcium Aluminate C3A (3CaO.Al2O3)and
Tetracalcium alumina-ferrite C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3 . Nh ng
thành ph n khoáng này phản ng với nước để sản xuất ra hợp chất
tạo cường độ cho bê tông (CSH- hydrated calcium silicate) và vôi.
Tuy nhiên khi tro bay được thêm vào h n hợp bê tông, nó ti p tục
phản ng với vôi để ti p tục hình thành CSH giống như phản ng
c a xi măng poclang v i nước tạo ra và t đó gia tang cường độ c a
bê tông giống như Hình 1.4. ì th có thể xem phản ng pozzolan
c a tro bay thực chất là phản ng với vôi để hình thành nên CSH.
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
i măng poc lăng Nước
bay:

Hình 1.6:

Tro
Vôi tự do (CaOH) + tro bay

ứ g

zz l

củ tr

tr g ê tô g


9
1.2.5 ng ng
t o
t ong một số nh vự x
ựng và ông nghi p
1.2.55.1. o
dùn l m vậ liệu điền lấp
Tro bay có thể dùng để phục hồi và cải tạo các vùng đất y u
bởi các hoạt động khác. Tro bay được s dụng cho phát triển các
công trình công cộng như công viên, bãi đậu xe, sân ch i,... Tro bay
có độ b n đ m n n tư ng đư ngho c lớn h n đất nên thường được
s dụng trong các lĩnh vực bồi đắp đất .
1.2.5.2. Tro bay trong bê tông
Tro bay cải thiện độ b n và k t cấu c a bê tông dẫn đ n tăng
tu i thọ c a đường. Thông thường, tro bay có thể thay th t 15 đ n
30% xi măng portland. Hiện nay, tro bay được ng dụng rộng rãi
trong xây dựng với các mục đ ch khác nhau như làm phụ gia cho bê

tông xi măng, làm độn cho bê tông asphalt. Một số công trình xây
dựng n i ti ng trên th giới đã s dụng tro bay trong bê tông như đập
Puylaurent ở Pháp, cây c u Great Belt East nối Copenhagen Đan
Mạch với nh ng vùng đất c a trung tâm châu Âu [14].
1.2.5.3
n nun
o
Tro bay c ng là ph liệu thân thiện môi trường. Gạch tro bay
được tạo thành t tro bay, cát và xi măng, trong đó tro bay là chất
độn ch nh và cát là chất độn th hai. C n xi măng làm chất k t d nh
tất cả các nguyên liệu với nhau. Ở Đ c, tro bay được ng dụng để
sản xuất gạch xây nhà. Các khối gạch này được tạo ra t h n hợp c a
tro x , tro bay, đá vôi và nước được p thành khuôn [15].
1.2.5 4 Sản p ẩm
ố p lá
o
Gạch ốp lát có thể được sản xuất t tro bay. Gạch ốp lát gồm
hai lớp: lớp mă và lớp n n. Lớp m t là h n hợp gồm
nhựa men, xi măng, bôt tro bay và đôlômit . Lớp nê
là h n hợp
gồm tro bay


10
bán khô, xi măng và bụi m đá [14 .
1.2.5
m vậ liệu ố n
Nhi u công nghệ đã được phát triển để sản xuất cốt liệu
nhân tạo t tro bay. Cốt liêu t sản phẩm tro bay có thể được s dụng
cho một loạt các ng dụng trong ngành công nghiệp xây dựng, bao

gồm thành ph n xây dựng, thành ph n bê tông đ c sẵn, bê tông trộn
sẵn cho các t a nhà cao t ng, [14 .
1.2.6. T o
ng t ong nông nghi p
Tro bay có thể cải tao đất và nâng cao khả năng gi ẩm, đô phì
nhiêu cho đất. Nó cải thiện sự hấp thu nước và chất dinh dư ng c a
cây trồng, gi p sự phát triển c a rễ cây và k t d nh đất , d u khoáng
và cacbohydrat dự tr để s dụng khi c n thi t, bảo vệ thực vật các
bệnh tật t đất gây ra, và giải độc đất b ô nhiễm. Năng suất cây
trồng c ng tăng lên, như các th nghiệm trên lạc, hướng dư ng, hạt
lanh và hạt có d u khác đã minh ch ng.
1.2.7. T o
àm hất hấp ph
Trong nh ng năm g n đây, việc s dụng tro bay đã thu h t
rất nhi u trong công nghiệp, việc s dụng này s giảm bớt gánh n ng
v môi trường và nâng cao lợi ch kinh t . T nh khả thi kỹ thuật c a
việc s dụng tro bay làm chất hấp phụ giá rẻ cho các quá trình hấp
phụ khác nhau để loại b các chất ô nhiễm trong không kh và nước
đã được xem x t.
1.2.8. T o
t ong ông ngh nhự nhi t ẻo
Ngành nhựa là một trong nh ng ngành tăng trưởng n đ nh
trên th giới, với tốc độ tăng trưởng trung bình là 9% trong v ng 50
năm qua. Hiện tại, Trung Quốc, Trung Đông và Nga sản xuất và xuất
khẩu nguyên liệu nhựa nhi u nhất th giới. Th trường Trung Quốc
có s c tăng trưởng mạnh nhất, 6 tháng đ u năm 2010, Trung Quốc
đã sản xuất 21 triệu tấn hạt nhựa, tăng 23% so với cùng k năm


11

ngoái. Trong khi đó, Trung Đông là khu vực sản xuất polyetylen
PE lớn nhất. uất khẩu PE ở Trung Đông theo ước t nh tăng t 4,3
triệu tấn lên 11,7 triệu tấn trong năm 2013, vượt châu Á và Tây Âu
1.2.9. T o
t ong ông ngh
o su
Năm 1999 đã diễn ra Hội ngh quốc t v ng dụng tro bay
(International Ash Utilization Symposium) tại ư ng quốc Anh [48].
Nhi u công trình đã công bố các k t quả nghiên c u ng dụng rất đa
dạng tro bay vào công nghiệp, ch y u làm phụ gia cho các vật liệu
xi măng, cao su và nhựa t ng hợp. Nhóm nghiên c u c a Nam Phi đã
s dụng 2 loại tro bay thư ng phẩm plasfill 5 và plasfill 15 để nghiên
c u gia cường cho cao su thiên nhiên [49 . Qua khảo sát t nh chất
lưu bi n momen quay cực đại và cực tiểu, thời gian lưu hoá,... thấy
r ng độ nhớt c a cao su giảm xuống và như vậy, tro bay đã gi p cho
quá trình gia công tốn t thời gian h n. Ảnh hưởng c a tro bay đ n
t nh chất c l c a vật liệu không khác nhi u so với chất độn khác
như CaCO3 ở các hàm lượng 50, 100 và 150%. ới các t nh chất c
l n i trội, ch y u là độ b n k o đ t và modul đàn hồi c a vật liệu
có bột cao lanh gia cường, sự gia tăng độ dãn dài khi đ t c a vật liệu
có s dụng plasfill, ch ng t t nh ưu việt c a tro bay c ng như cao
lanh trong công nghiệp gia công cao su.
1.2.10. Tình hình nghi n u xử ý và ng ng t o
ở
Vi t N m
Nước ta hiện đang trong quá trình phát triển xây dựng c u
cống, các công trình thu điện, các đê kè. Theo khảo sát thì các công
ty bê tông cung cấp cho th trường khoảng 15% là bê tông đ c sẵn,
85% c n lại là do các nhà máy xi măng bán thẳng cho ch đ u tư xây
dựng. Tro bay được dùng làm phụ gia bê tông khối lớn cho các công

trình đập thu điện áp dụng công nghệ đ bê tông đ m lăn như nhà
máy thu điện S n La, Bản
, Sông Tranh 2, và một số công


12
trình khác như đập Bái Thượng Thanh Hoá , đập Tân Giang Ninh
Thuận , đập L ng Sông Bình Thuận , .Tro bay có hàm lượng mất
khi nung nh h n 11% có thể dùng để trộn vào xi măng với t lệ
trung bình 10‚20%. Hiện tại, tro bay Phả Lại SCL- FLY ASH đã
được s dụng làm nguyên liệu sản xuất tại Nhà máy xi măng Hoàng
Thạch với t lệ trộn 14%, tại nhà máy xi măng Sông Gianh với t lệ
trộn 18%.
CHƯ NG 2
KHÁI NI M, VẬT I U S DỤNG VÀ THI T B TH
NGHI M XÁC Đ NH CƯỜNG Đ CH U K O C A
BÊ TÔNG
2.1. CƯỜNG Đ CH U K O C A B T NG
2.1.1. Thành phần, ấu t
và ph n oại tông
Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được ch tạo t các vật
liệu rời cát, đá, s i và chất k t d nh thường là xi măng , nước và có
thể thêm phụ gia. ật liệu rời c n gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại b
và lớn. Loại b là cát có k ch thước 1-5 mm, loại lớn là s i ho c đá
dăm có k ch thước 5-40 mm. Chất k t d nh là xi măng trộn với nước
ho c các chất dẻo khác.
Bê tông có cấu tr c không đồng nhất vì hình dạng k ch thước
cốt liệu khác nhau, sự phân bố c a cốt liệu và chất k t d nh không
thật đồng đ u, trong bê tông vẫn c n lại một số t nước th a và lôc
r ng li ti (do nước th a bốc h i .

2.1.2. C ng độ h u o
tông
Cường độ là một đ c trưng c học quan trọng c a bê tông.
ới bê tông c n xác đ nh cường độ ch u n n và cường độ ch u
kéo.Trong k t cấu xây dựng, bê tông có thể làm việc ở nh ng trạng
thái khác nhau n n, k o uốn trượt .v.v... Trong đó bê tông làm việc ở
trạng thái ch u n n là tốt nhất, c n khả năng ch u k o c a bê tông rất


13
k m. Căn c vào khả năng ch u n n người ta đ nh ra mác c a bê
tông.
Cường độ ch u k o được xác đ nh trên c sở k o mẫu bê tông
ho c th nghiệm uốn d m bê tông . Thông thường cường độ ch u k o
b ng khoảng 10-20% cường độ ch u n n c a bê tông, tùy thuộc vào
k ch thước, hình dạng c a các loại cốt liệu. Tuy nhiên việc xác đ nh
mối quan hệ gi a cường độ ch u k o và cường độ ch u n n c a bê
tông một cách ch nh xác nhất là thông qua việc thực hiện th nghiệm
mẫu.
Th nghiệm xác đ nh cường độ ch u k o c a bê tông có thể
dựa trên tiêu chuẩn BS EN12390-5:2009 ho c ASTM C78, ASTM
C293
2.2. VẬT I U S DỤNG TRONG TH NGHI M
2.2.1. C t ( ốt i u nh
Áp dụng theo Tiêu chuẩn TC N 7570-2006. Thành ph n hạt
c a cát thô được s dụng để ch tạo bê tông quy đ nh.
Loại cát s dụng trong Th nghiệm là Cát K Lam tại huyện
Điện Bàn, t nh Quảng Nam . ì đi u kiện th nghiệm c n hạn ch
nên tác giả không ti n hành th nghiệm các ch tiêu c a cát K Lam,
mà ch s dụng đ c các mẫu th nghiệm sau khi được ph i khô trong

môi trường không kh để loại b độ ẩm trong cát.
2.2.2. Đ ăm ốt i u n
Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng h n hợp nhi u
c hạt ho c các c hạt riêng biệt. Thành ph n hạt c a cốt liệu lớn,
biểu th b ng lượng sót t ch luỹ trên các sàng, được quy đ nh trong
Bảng 2.3, TCVN 7570-2006.
Th nghiệm s dụng đá 1x2cm Phước L , thành phố Đà
Nẵng. ì đi u kiện th nghiệm c n hạn ch nên tác giả không ti n
hành th nghiệm các ch tiêu c a đá, mà ch s dụng đ c các mẫu th


14
nghiệm sau khi được ph i khô trong môi trượng không kh để loại b
độ ẩm trong đá.
2.2.3. Xi măng
Áp dụng tiêu chuẩn TC N 2682:2009.
Các ch tiêu chất lượng c a xi măng poóc lăng theo TC N
2682-2009
2.2.4. Tro bay (sử ng t o
t Nhà m Nhi t đi n
Phả ại
Tác giả s dụng nguồn vật liệu tro bay Nhà máy Nhiệt điện
Phả Lại. Bản thân tro bay là một loại puzzolan nhân tạo, là tro đốt
c a than cám nên bản thân nó đã rất m n, có c hạt t 1 - 10μm,
trung bình 9 - 15μm. Tro bay được phân ra hai loại với các đ c điểm
khác nhau: loại C có hàm lượng CaO ≥ 5% và thường b ng 15 35%. Đó là sản phẩm đốt than linhit ho c than ch a bitum, ch a t
than chưa cháy, thường < 2%. Loại F có hàm lượng CaO < 5%, thu
được t việc đốt than antraxit ho c than ch a bitum, có hàm lượng
than chưa cháy nhi u h n, khoảng 2 - 10%. Tro bay Phả Lại thuộc
loại F. Tro bay là loại ph thải n u không được thu gom, tận dụng s

không ch là một sự lãng ph lớn mà c n là một hiểm họa đối với
môi trường-nhất là trong thời k phát triển mạnh m c a các ngành
công nghiệp hiện nay. Ch nh vì vậy, việc nghiên c u, x l , tận dụng
tro bay trong các lĩnh vực kinh t , kỹ thuật đã và đang được các nhà
khoa học, công nghệ trong và ngoài nước quan tâm đ c biệt.
K t quả th nghiệm thành ph n cho thấy tro bay phả lại thuộc
loại F
2.2.5. N
Tiêu chuẩn TC N 4506 : 2012 yêu c u nước trộn bê tông,
r a cốt liệu và bảo dư ng bê tông c n có chất lượng th a mãn các
yêu c u sau:


15
Các yêu c u kỹ thuật khác đối với nước trộn bê tông:
* Thời gian đông k t c a bê tông và cường độ ch u k o c a
bê tông phải th a mãn các giá tr quy đ nh trong Mục 3 Bảng 2.13.
* T ng đư ng lượng ki m qui đ i tính theo Na2O không
được lớn h n 1000mg L khi s dụng cùng với cốt liệu có khả năng
gây phản ng ki m - silic.
2.3. THI T B S DỤNG TRONG TH NGHI M
2.3.1. Ván khuôn
K ch thước ván khuôn 100x100x500(mm) như Hình 2.1
ật liệu ván khuôn: ván pin dày 2cm, vít 1li8, ke góc vuông
b ng th p.
Một t hợp ván khuôn gồm 5 khuôn.
Khi đ c mẫu c n dùng: luyn, keo silicon
2.3.2. M t ộn tông
S dụng máy trộn dung t ch 300l
2.3.3. Đầm

tông
S dụng thanh th p đâm chọc , bàn v

v m t

2.3.4. Thi t uốn m u
S dụng máy uốn mẫu như Hình 2.3.
2.3.5. Phòng
ng hộ m u o
S dụng khu th nghiệm Khoa xây dựng DD&CN- Trường
Đại học Bách Khoa Đà Nẵng (Hình 2.4).
CHƯ NG 3
TH NGHI M XÁC Đ NH ẢNH HƯ NG C A TRO BA Đ N
S PHÁT TRI N CƯỜNG Đ CH U K O C A B T NG
3 1 GI THI U CHUNG
Cường độ ch u k o c a bê tông được xác đ nh theo Tiêu
Chuẩn Anh BS EN 12390-5:2000 Th nghiệm bê tông- Ph n 3:


16
Cường độ ch u k o c a mẫu th nghiệm .
3 2 VẬT

US

DỤNG

- Cát: được xác đ nh mục 2.2.1
- Đá dăm: được xác đ nh mục 2.2.2
- i măng: được xác đ nh mục 2.2.3

- Tro Bay s dụng tro bay t Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại
xác đ nh mục 2.2.4

- Nước: được xác đ nh mục 2.2.5
3.3 CÁC THÀNH PHẦN CẤP PH
C A H N H P B
TÔNG
Thành ph n cấp phối c a các t hợp mẫu được trình bày ở
Bảng 3.1. Các mẫu th nghiệm được chia làm 2 nhóm nhóm G1,
G2 , trong đó m i nhóm gồm 4 t hợp mẫu với t lệ nước bột
N B =0.42, 0.5 tư ng ng, trong đó bột (B)= xi măng tro bay.
Trong m i nhóm tro bay được s dụng để thay th một ph n xi măng
với t lệ tư ng ng là 0% mẫu đối ch ng , 10%, 20% và 40%.
B g 3.1.
p ầ cấp p ố
Nhóm

G1

G2

T nm u

K h th
m u

Tro
Xi
bay
N/B N/X măng

(TB)
(kg)
(kg)

XM
+TB
(kg)

Đ
Cát N
1x2
(kg) (kg)
(kg)

Độ
s t
(cm)

M1(0%.0.42)

100x100x500

0.42 0.42

42

0

42

126

84 17.64

3

M2(10%.0.42)

100x100x500

0.42 0.47

37.8

4.2

42

126

84 17.64

3.3

M3(20%.0.42)

100x100x500

0.42 0.53

33.6

8.4

42

126

84 17.64

3.4

M4(40%.0.42)

100x100x500

0.42

0.7

25.2

16.8

42

126

84 17.64

5.5

M5(0%.0.50)

100x100x500

0.5

0.5

42

0

42

126

84

21

7

M6(10%.0.50)

100x100x500

0.5

0.56

37.8

4.2

42

126

84

21

11

M7(20%.0.50)

100x100x500

0.5

0.63

33.6

8.4

42

126

84

21

19

M8(40%.0.50)

100x100x500

0.5

0.83

25.2

16.8

42

126

84

21

20

17
3.4. XÁC Đ NH Đ SỤT C A CÁC THÀNH PHẦN CẤP PH I
- Công tác chuẩn b và thi t v
- Cát: Ph i khô, loại b tạp chất và các hạt cốt liệu lớn.
- i măng: Dùng xi măng Sông Gianh.
- Tro bay: Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại.
- Nước: S dụng nguồn nước hiện có tại xưởng thực hành
khoa ây dựng Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
- án khuôn: Dùng ván pin, đảm bảo k ch thướt và n đ nh
khi đ c mẫu.
- Máy trộn bê tông 300l, bàn cân, bàn d n, bay, xẳng, s ng
bắn xilycon, nhớt.
- Độ sụt được đo ngay sau khi trộn h n hợp bê tông b ng
máy trộn.
Chuẩn b Côn Abrams
* Qu t ình đo độ s t
Đ t chảo trộn trên sàn nhà và làm ẩm nó với một t nước
nhưng không có nước tự do đọng lại. Gi v ng hình nón sụt giảm tại
ch b ng cách s dụng 2 chân gi .
Chèn h n hợp bê tông vào một ph n ba hình nón. Sau đó,
đ m ch t m i lớp 25 l n b ng cách s dụng các thanh th p trong một
chuyển động tr n, và đảm bảo không để khuấy.
3 5 Đ C M U VÀ DƯ NG H M U
Bê tông được trộn b ng máy trộn, quy trình trộn bê tông cụ
thể như sau:
 Trước h t cho máy chạy không tải một vài v ng, khi trộn mẻ
đ u tiên thì đ một t nước cho ướt v cối và bàn gạt để
không b mất nước do v cối và bàn gạt h t nước, đồng thời
không làm v a bê tông d nh vào cối.

 Ti n hành cân các cốt liệu cho vào cùng một l c cho cối chạy


18
xoay đ u một l c để các các cốt liệu được trộn đ u với nhau,
sau đó ti n hành cân nước với t lệ tư ng ng ghi trong
Bảng 3.1 thành ph n cấp phối c a h n hợp bê tông.
 Đối với th nghiệm này được chia làm 2 nhóm, m i nhóm
gồm 4 t hợp mẫu. ong m i t hợp đ u vệ sinh lại máy trộn
nh m hạn ch tối đa t hợp sau không thay đ i thành ph n
cấp phối so với t hợp trước đó.
Sau khi trộn xong, h n hợp bê tông được đưa vào khuôn g
100x100x500 cm và được đ m ch t. Quy trình đ c như sau:
Chuẩn b : 72 khuôn g , b a su nh , bay, thanh đ m
Khuôn được lau sạch và bôi 1 lớp luyn m ng vào m t trong
khuôn
Cho h n hợp bê tông vào khuôn làm 2 lớp, m i lớp đ m 25
cái trên toàn bộ diện t ch m t khuôn.
Dùng b a su gõ đ u xung quanh để tránh r m t mẫu bê
tông
Dùng bay xoa phẳng m t khuôn
Dùng b t xóa ghi ngày giờ đ c, t lệ N B và t lệ tro bay
thay th một ph n xi măng với t lệ tư ng ng là 0% mẫu đối
ch ng , 10%, 20% và 40%.
Sau khi đ c, mẫu được ph bạt để chống mất nước t m t và
đ t trong môi trường không kh tại ph ng Th nghiệm c a Khoa ây
dựng Dân dụng và Công nghiệp.
Sau 20-24 h , tháo ván khuôn, mẫu th nghiệm thuộc 1 ngày
tu i được đem đi n n, các mẫu c n lại được dư ng hộ trong nước
chờ đ n các ngày tu i c n lại là 7,14,28,56,90 ti n hành k o mẫu.

3.6. TH NGH M XÁC Đ NH CƯỜNG Đ CH U K O
Cường độ ch u k o c a bê tông được xác đ nh trên c sở uốn
d m bê tông


19
3.6.1. Qu t ình thự hi n
Mẫu được kéo theo s đồ uốn mẫu 3 điểm như Hình 3.5

Hình 3.5.
u3
Mẫu được kéo b ng máy Liên ô- với 3 thang lực 4T-10T-20T
như trên, tốc độ gia tải trung bình là 2kN s, mẫu được lấy ra kh i bể
và lau khô trước khi kéo 30 phút.
Quy trình uốn mẫu:
Đ t bàn uốn đã gia công vào v tr gia tải c a máy k o th p.
Đ t mẫu k o vào bàn k o sao cho ch nh xác các vạch đ nh
v trên mẫu.
Bắt đ u gia tải cho đ n khi phá hoại mẫu mẫu b phá hoại
đột ngột .
Đọc giá tr trên thang đo 40kN, với độ ch nh xác 0,08kN.
3.6.2. T nh to n
ng độ h u
Cường độ ch u k o c a bê tông

P

o

tông

3xFxl
2.d1xd 2 2

Với: F– là lực lớn nhất làm phá hoại mẫu;
L: khoảng cách gối tựa l=300mm ;
d1, d2 k ch thước ti t diện ngang c a mẫu d1=100mm,
d2=100mm).
3.7. CÁC K T QUẢ TH NGH

M VÀ THẢO UẬN


20
3.7.1. Độ s t
h n h p tông
Độ sụt c a h n hợp bê tông được đo và k t quả trình bày ở
Bảng 3.2
B g 3.2. Kết qu
ộ sụt
Nhóm

G1

G2

T nm u

M1(0%.0.42)

K h th
m u

N/B

N/X

Xi
măng
(kg)

Tro
bay
(TB)
(kg)

XM Đ
+TB 1x2
(kg) (kg)

Cát N
(kg) (kg)

Độ
s t
(cm)

100x100x500

0.42

0.42

42

0

42

126

84 17.64

3

M2(10%.0.42) 100x100x500

0.42

0.47

37.8

4.2

42

126

84 17.64

3.3

M3(20%.0.42) 100x100x500

0.42

0.53

33.6

8.4

42

126

84 17.64

3.4

M4(40%.0.42) 100x100x500

0.42

0.7

25.2

16.8

42

126

84 17.64

5.5

M5(0%.0.50)

100x100x500

0.5

0.5

42

0

42

126

84

21

7

M6(10%.0.50) 100x100x500

0.5

0.56

37.8

4.2

42

126

84

21

11

M7(20%.0.50) 100x100x500

0.5

0.63

33.6

8.4

42

126

84

21

19

M8(40%.0.50) 100x100x500

0.5

0.83

25.2

16.8

42

126

84

21

20

Độ sụt được đo ngay sau khi trộn h n hợp bê tông b ng máy
trộn. Dựa vào k t quả Bảng 3.2, ch ng ta có thể nhận thấy r ng tro
bay góp ph n tăng độ sụt c a h n hợp bê tông qua đó có thể thấy là
tro bay h t nước t h n xi măng.
3.7.2. Sử ảnh h ởng
t
t o
đ n
ng độ h u
o
tông
Cường độ ch u k o c a các mẫu th nghiệm được trình bày ở
Bảng 3.3 và sự tăng hay giảm cường độ ch u k o c a mẫu có tro bay
thay th xi măng so với mẫu đối ch ng 0%TB ở Bảng 3.4, sự phát
triển cường độ ch u k o c a các t hợp mẫu theo thời gian thuộc
nhóm G1 và nhóm G2 được trình bày ở Hình 3.8 và Hình 3.9


21
B

g 3.3. Cườ g ộ c ịu
C

ng độ h u uốn MP
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

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

M8(40%.0.5)

0.79

2.42

3.42

5.58

5.49

5.56

B g 3.4. ự g

tă g cườ g ộ c ịu
s vớ
u ố c ứ g
Sự giảm/tăng

T nm u
1

1

2

tại tuổi ngà

1

G2

Nhóm

u ê tô g

T nm u

Nhóm

G1

củ c c

7

củ

ê tô g tr

ng độ h u o
m ut o
m u đối h ng %
14

28

56

so v i
90.00

M1(0%.0.42)

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

M2(10%.0.42)

-36.5

-13.2

-25.0

-14.7

-17.5

-6.7

M3(20%.0.42)

-20.8

-17.8

-13.6

-8.4

-1.2

14.8

M4(40%.0.42)

-75.5

-54.2

-36.8

-26.5

-18.0

-15.2

M5(0%.0.5)

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

M6(10%.0.5)

-9.7

-8.6

-16.4

5.3

-3.7

3.5

M7(20%.0.5)

-39.7

-27.9

-21.7

-1.1

-0.7

8.3

M8(40%.0.5)

-63.7

-46.3

-36.6

-1.1

-10.1

-5.3

Dấu ‘-‘ thể hiện giảm cường độ, dấu ‘ ’ thể hiện sự tăng cường độ


22

Hình 3.8. ự p t tr

cườ g ộ c ịu
củ
u ó G1
(N/B=0.42)
Đối với nhóm G1 N B=0.42 , cường độ ch u k o c a các
mẫu có tro bay thay th xi măng ti p tục phát triên cho đ n thời điểm
th nghiệm 90 ngày trong khi cường độ ch u k o c a mẫu đối ch ng
khi không thay th xi măng b ng tro bay 0%TB gia tăng rất b sau
28 ngày và dường như là gi nguyên giá tr sau 56 ngày. Nhìn chung
cường độ ch u k o trước 28 ngày giảm khi tro bay được s dụng để
thay th xi măng. Sau 90 ngày cường độ ch u k o c a mẫu 20%TB
lớn h n cường độ ch u k o c a mẫu đối ch ng, trong khi đó cường
độ ch u k o mẫu 10%TB và 40%TB vẫn thấp h n mẫu đối ch ng,

tuy nhiên cường độ ch u k o c a mẫu tro bay ti p tục phát triển sau
90 ngày trong khi cường độ ch u k o c a mẫu đối ch ng không phát
triển n a.

Hình 3.9. ự p t tr

cườ g ộ c ịu
(N/B=0.5)

củ

u

ó G2


23
Đối với nhóm G2, cường độ ch u k o trước 28 ngày c a mẫu
có tro bay thay th nh h n mẫu đối ch ng. Đ n 28 ngày cường độ
ch u k o c a mẫu 10%TB cao h n cường độ ch u k o mẫu đối
ch ng. Đ n 90 ngày cường độ ch u k o c a mẫu 20%TB lớn h n
cường độ ch u k o c a mẫu 10%TB và lớn h n cường độ ch u k o
c a mẫu đối ch ng.
T ng quát tro bay làm giảm cường độ ch u k o c a bê tông ở
tu i trước 28 ngay ho c 56 ngày tùy theo hàm lượng thay th xi
măng và N B. Sau thời điểm 28 ho c 56 ngày cường độ ch u k o c a
mẫu tro bay s ti p tục phát triển cao h n cường độ ch u k o c a
mẫu đối ch ng vì cường độ ch u k o mẫu đối ch ng 0%TB dường
như không phát triển sau 28 ngày nhưng cường độ ch u k o mẫu tro
bay 10%TB, 20%TB, 40%TB ti p tục phát triển.

K T UẬN CHUNG VÀ KI N NGH
1. K t uận
T các k t quả nghiêm c u thu được cho thấy r ng tro bay
thay th một ph n xi măng có ảnh hưởng lớn đ n độ lưu động và sự
phát triển cường độ ch u k o c a bê tông cụ thể như sau:
 Khi s dụng một lượng tro bay thay th xi măng thì độ lưu
động bê tông s tăng, đ u này ch ng t tro bay t h t nước
h n xi măng. Do đó khi dụng tro bay thay th xi măng c n
giảm nước để đảm bảo n đ nh độ lưu lượng c a bê tông.
 Cường độ ch u k o c a các mẫu có tro bay thay th xi măng
ti p tục phát triển cho đ n thời điểm th nghiệm 90 ngày
trong khi cường độ ch u k o c a mẫu đối ch ng khi không
thay th xi măng b ng tro bay 0%TB gia tăng rất b sau 28
ngày và dường như là gi nguyên giá tr sau 56 ngày.
 Nhìn chung cường độ ch u k o trước 28 ngày giảm khi tro
bay được s dụng để thay th xi măng. Sau 90 ngày cường
độ ch u k o c a mẫu 20%TB lớn h n cường độ ch u k o c a
mẫu đối ch ng cho cả hai nhóm mẫu G1 N B=0.42 và G2
(N/B=0.5). Sau 90 ngày cường độ ch u k o c a mẫu 10%TB