NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của hạt NANO SILICA và sợi POLYME TRONG kết cấu bê TÔNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.76 MB, 90 trang )
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................... x
ĐỀ TÀI .................................................................................................................................. xii
CHƯƠNG 1 ............................................................................................................................. 1
TỔNG QUAN.......................................................................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................. 1
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................................... 2
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................................... 2
1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ......................................................................... 5
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ...................................................................................... 7
1.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................................... 7
1.5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ....................................................................................... 7
CHƯƠNG 2 ............................................................................................................................. 8
CƠ SỞ KHOA HỌC................................................................................................................ 8
2.1 Sự làm việc của sợi polyme trong vật liệu nền .............................................................. 8
2.2 Sự làm việc của các hạt nano trong vật liệu nền .......................................................... 11
2.3 Cơ sở khoa học sự bám dính hạt siêu mịn trên sợi. ..................................................... 14
CHƯƠNG 3 ........................................................................................................................... 15
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .......................................... 15
3.1 Nguyên vật liệu thực nghiệm ....................................................................................... 15
3.1.1 Ximăng................................................................................................................... 15
3.1.2 Cát .......................................................................................................................... 15
3.1.3 Đá ........................................................................................................................... 16
3.1.4 Phụ gia dẻo............................................................................................................. 16
3.1.5 Hạt micro silica (Silicafume - Sika) ...................................................................... 16
3.1.7 Sợi polyme ............................................................................................................. 17
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang iv
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
3.2 Phương pháp chuẩn bị và thành phần cấp phối............................................................ 18
3.3 Phương pháp xác định các tính chất của vật liệu ......................................................... 22
3.3.1 Phương pháp xác định cường độ nén (Rn) ............................................................ 22
3.3.2 Phương pháp xác định cường độ uốn (Rku) ........................................................... 25
3.3.3 Phương pháp xác định cường độ modun đàn hồi (E0) và biến dạng (ε). ............... 26
3.3.4 Phương pháp mô phỏng kết cấu bằng phần mềm SAP ......................................... 28
CHƯƠNG 4 ........................................................................................................................... 29
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ........................................................................................ 29
4.1 Ảnh hưởng của thành phần hạt mịn silicafume và nano silica đến tính chất của bê
tông. .................................................................................................................................... 29
4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica và sợi polyme đến cường độ nén của bê tông. 36
4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica và sợi polyme đến cường độ uốn của bê tông.41
4.4 Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica và sợi polyme đến modun đàn hồi của bê tông.44
4.5 Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica kết hợp với silicafume và sợi polyme đến tính
chất của bê tông. ................................................................................................................. 48
4.6 Ảnh hưởng của nano silica trong bê tông sợi polyme đến khả năng làm việc của kết
cấu bê tông – sử dụng bài toán mô phỏng kết cấu tấm mỏng. ........................................... 55
4.6.1 Phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn đối với kết cấu tấm mỏng: ........... 55
4.6.2 Mô phỏng ứng xử của tấm bằng phần mềm Sap2000 khi không có sợi. .............. 56
4.6.3 Mô phỏng ứng xử của tấm bằng phần mềm Sap2000 khi có sợi........................... 61
4.7 Ảnh hưởng của nano silica trong bê tông sợi polyme đến khả năng làm việc của kết
cấu bê tông – sử dụng bài toán mô phỏng kết cấu thành mỏng hình tròn.......................... 67
4.7.1 Phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn đối với kết cấu thành mỏng hình
tròn. ................................................................................................................................. 67
4.7.2 Mô phỏng ứng xử của cống bằng phần mềm Sap2000 khi không có sợi. ............. 69
4.7.3 Mô phỏng ứng xử của cống bằng phần mềm Sap2000 khi có sợi. ........................ 71
CHƯƠNG 5 ........................................................................................................................... 75
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............................................................... 75
5.1 Kết luận ........................................................................................................................ 75
5.2 Hướng phát triển của đề tài. ......................................................................................... 77
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang v
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
5.3.1 Về cơ sở lý thuyết .................................................................................................. 77
5.3.2. Ứng dụng thực tiễn ............................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 79
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang vi
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cấu trúc của cốt sợi trong bê tông nền ..................................................................... 8
Hình 2.2 Sơ đồ biểu diễn ứng suất trượt – chuyển vị khi chuyển từ ứng suất đàn hồi sang
ứng suất trượt ma sát ............................................................................................................... 8
Hình 2.3 Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông cốt sợi .......................................................... 9
Hình 2.4 Mô hình vùng chuyển tiếp trong cấu trúc bê tông .................................................. 12
Hình 2.5 Quá trình tạo thành hạt anno silica ......................................................................... 12
Hình 2.6 Cấu trúc hạt nano silica .......................................................................................... 13
Hình 2.7 Cấu trúc lèn chặt hạt xi măng và hạt siêu mịn silica .............................................. 13
Hình 3.1 Sợi polyme .............................................................................................................. 16
Hình 3.2 Sợi polyme .............................................................................................................. 17
Hình 3.3 Sơ đồ chuẩn bị cấp phối đối chứng ........................................................................ 19
Hình 3.4 Sơ đồ chuẩn bị cấp phối đối chứng ........................................................................ 19
Hình 3.5 Sơ đồ chuẩn bị cấp phối đối chứng ........................................................................ 19
Hình 3.6 Kiểm tra độ sụt cho bê tông .................................................................................... 20
Hình 3.7 Chuẩn bị khuôn trước ............................................................................................. 20
Hình 3.8 Đổ bê tông vào khuôn ............................................................................................. 20
Hình 3.9 Đầm chặt mẫu bê tông ............................................................................................ 20
Hình 3.10 Hoàn thiện bề mặt mẫu bê tông ........................................................................... 20
Hình 3.11 Mẫu bê tông hoàn thiện ........................................................................................ 20
Hình 3.12 Sơ đồ mô phỏng kết cấu bằng phần mềm Sap2000.............................................. 28
Hình 4.1 Mối quan hệ giữa hàm lượng silicafume và cường độ nén, uốn của bê tông......... 30
Hình 4.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng silicafume và cường độ nén, đàn hồi của bê tông ... 30
Hình 4.3 Cấu trúc bề mặt của bê tông phân tích bằng phương pháp SEM ........................... 32
(scanning electron microspoce) ............................................................................................. 32
Hình 4.4 Mối quan hệ giữa hàm lượng nano silica và cường độ nén .................................... 33
Hình 4.5 Ảnh hưởng của nano silica và silicafume đến cường độ nén ................................. 33
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang vii
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Hình 4.6 Cấu trúc bề mặt của bê tông khi dùng nano silica kết hợp với silicafume phân tích
bằng phương pháp SEM (Scanning electron microscope) .................................................... 34
Hình 4.7 Ảnh hưởng của nano silica và silicafume đến cường độ uốn ................................. 35
Hình 4.8 Ảnh hưởng của nano silica và silicafume đến modun đàn hồi ............................... 36
Hình 4.9 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và cường độ nén ................................................ 37
Hình 4.10 Ảnh hưởng của hàm lượng nano silica đến cường độ nén ................................... 38
Hình 4.11 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến cường độ nén................................................ 39
Hình 4.12 Sự làm việc chung của sợi polyme trong bê tông nền có sử dụng nano silica phân
tích bằng SEM ....................................................................................................................... 40
Hình 4.13 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và cường độ uốn .............................................. 42
Hình 4.14 Mối quan hệ giữa hàm lượng nano silica và cường độ uốn ................................. 42
Hình 4.15 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và cường độ uốn .............................................. 43
Hình 4.16 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và modun đàn hồi ............................................ 45
Hình 4.17 Mối quan hệ giữa hàm lượng nano silica và modun đàn hồi ............................... 46
Hình 4.18 Mối quan hệ giữa hàm lượng sợi và modun đàn hồi ............................................ 47
Hình 4.19 Ảnh hưởng của 5% silicafume và nano-silica, sợi polyme đến cường độ nén .... 49
Hình 4.20 Ảnh hưởng của 5% silicafume và nano silica, sợi polyme đến cường độ uốn..... 50
Hình 4.21 Ảnh hưởng của 5% silicafume và nano silica, sợi polyme đến modun đàn hồi... 51
Hình 4.22 Ảnh hưởng của 10% silicafume và nano silica, sợi polyme đến cường độ nén. .. 52
Hình 4.23 Ảnh hưởng của 10% silicafume và nano silica, sợi polyme đến cường độ uốn... 53
Hình 4.24 Ảnh hưởng của 10% silicafume và nano silica, sợi polyme đến modun đàn hồi. 54
Hình 4.25 Dạng mô hình kết cấu tấm mỏng .......................................................................... 55
Hình 4.26 Sơ đồ tính sử dụng trong mô phỏng ..................................................................... 56
Hình 4.27 Ứng xử của tấm dày 5cm chịu tải tập trung khi không có sợi.............................. 57
Hình 4.28 Ứng xử của tấm dày 5cm chịu tải phân bố điều khi không có sợi ....................... 57
Hình 4.29 Ứng xử của tấm dày 6cm chịu tải tập trung khi không có sợi.............................. 58
Hình 4.30 Ứng xử của tấm dày 6cm chịu tải phân bố điều khi không có sợi ....................... 58
Hình 4.31 Ứng xử của tấm dày 7cm chịu tải tập trung khi không có sợi.............................. 59
Hình 4.32 Ứng xử của tấm dày 7cm chịu tải phân bố điều khi không có sợi ....................... 59
Hình 4.33 Ứng xử của tấm dày 5cm chịu tải tập trung khi có sợi ......................................... 61
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang viii
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Hình 4.34 Ứng xử của tấm dày 5cm chịu tải phân bố điều khi có sợi .................................. 61
Hình 4.35 Ứng xử của tấm dày 6cm chịu tải tập trung khi có sợi ......................................... 62
Hình 4.36 Ứng xử của tấm dày 6cm chịu tải phân bố điều khi có sợi .................................. 62
Hình 4.37 Ứng xử của tấm dày 7cm chịu tải tập trung khi có sợi ......................................... 63
Hình 4.38a Ứng xử của tấm dày 7cm chịu tải phân bố điều khi có sợi ................................ 63
Hình 4.38b Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến chuyển vị của kết cấu bê tông tấm mỏng
chịu tải tập trung .................................................................................................................... 65
Hình 4.38c Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến chuyển vị của kết cấu bê tông tấm mỏng chịu
tải phân bố điều...................................................................................................................... 66
Hình 4.39 Dạng mô hình kết cấu tấm mỏng .......................................................................... 67
Hình 4.40a Sơ đồ tính sử dụng trong mô phỏng .................................................................. 67
Hình 4.40b Sơ đồ tính sử dụng trong mô phỏng .................................................................. 67
Hình 4.41 Sơ đồ tính .............................................................................................................. 69
Hình 4.42 Ứng xử của cống D1000 dày 8cm chịu áp lực trong khi không có sợi ................ 69
Hình 4.43 Ứng xử của cống D2000 dày 16cm chịu áp lực trong khi không có sợi .............. 70
Hình 4.44 Ứng xử của cống D3000 dày 24cm chịu áp lực trong khi không có sợi .............. 70
Hình 4.45 Ứng xử của cống D1000 dày 8cm chịu áp lực trong khi có sợi ........................... 71
Hình 4.46 Ứng xử của cống D2000 dày 16cm chịu áp lực trong khi có sợi ......................... 72
Hình 4.47 Ứng xử của cống D3000 dày 24cm chịu áp lực trong khi có sợi ......................... 72
Hình 4.48 Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến chuyển vị của kết cấu bê tông cống ............. 73
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang ix
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Đặc tính hóa học của silicafume ............................................................................ 16
Bảng 3.2 Thành phần hóa học nano silica ............................................................................. 17
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của sợi polyme ......................................................................... 18
Bảng 3.5 Giá trị α quy đổi ..................................................................................................... 24
Bảng 4.1 Ảnh hưởng của thành phần silicafume và nano silica đến cường độ bê tông ........ 29
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của nano silica và sợi polyme đến tính chất cường độ uốn. ............... 41
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của nano silica và sợi polyme đến tính chất modun đàn hồi .............. 44
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của nano-silica và sợi polyme với 5% silicafume đến tinh chất cường
độ. .......................................................................................................................................... 48
Bảng 4.6 Ảnh hưởng của nano-silica và sợi polyme với 10% silicafume đến tinh chất cường
độ. .......................................................................................................................................... 49
Bảng 4.6 Bảng thông số kết cấu tấm mỏng đối với bê tông thông thường. .......................... 56
Bảng 4.7 Bảng thông số kết cấu tấm mỏng đối với bê tông có sợi polyme. ......................... 56
Bảng 4.8 Ảnh hưởng bề dày tấm đến chuyển vị khi bê tông nền chưa có sự tham gia của sợi
cũng như hàm lượng nano-silica, hàm lượng silicafume. ..................................................... 60
Bảng 4.9 Ảnh hưởng bề dày tấm đến chuyển vị khi bê tông nền có sự tham gia của sợi cũng
như hàm lượng nano-silica. ................................................................................................... 64
Bảng 4.11 Bảng thông số kết cấu cống mỏng đối với bê tông có sợi polyme ...................... 68
Bảng 4.12 Ảnh hưởng đường kính đến chuyển vị khi bê tông nền chưa có sự tham gia của
sợi cũng như hàm lượng nano-silica...................................................................................... 71
Bảng 4.13 Ảnh hưởng đường kính đến chuyển vị khi bê tông nền khi có sự tham gia của sợi
cũng như hàm lượng nano-silica. .......................................................................................... 73
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang x
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
MỤC TỪ VIẾT TẮT
- NS
:
Nano - silica
-P
:
Polymer
- BT
:
Bê tông
- TPHCM
:
Thành phố Hồ chí minh
- STT
:
Số thứ tự
- XM
:
Xi măng
-C
:
Cát
-Đ
:
Đá
- PGD
:
Phụ gia dẻo
-S
:
Silicafume
- ĐL
:
Định lượng
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang xi
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HẠT NANO
SILICA VÀ SỢI POLYME TRONG KẾT CẤU
BÊ TÔNG
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang xii
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Lịch sử phát triển của kết cấu bê tông có gia cường cốt sợi gắn liền với lịch sử phát
triển của kết cấu kết cấu bê tông cốt thép thông thường. Tuy ra đời muộn hơn và chưa được
nghiên cứu nhiều như một số kết cấu truyền thống như kết cấu thép, kết cấu gỗ ... nhưng
dạng kết cấu này cũng đã được loài người dùng tới hơn nhiều thế kỷ, và càng ngày càng
thấy có nhiều ưu việt cần phải khai thác. Kết cấu bê tông có gia cường cốt sợi bắt đầu xuất
hiện từ rất lâu, thời kỳ đầu các ứng dụng chủ yếu làm cầu, các bể chứa nước trên cao, các
dạng mái vòm sân vận động, kết cấu sàn có nhịp lớn. Đến đầu những năm 1950, ứng dụng
bê tông thành mỏng trong công trình xây dựng mới được sử dụng, thông thường không có
tính kinh tế cao, do lượng ván khuôn, hệ đỡ đáng kể phải sử dụng trong quá trình thi công
bản bê tông, cùng với việc mất nhiều thời gian để sử lý các biện pháp neo thép vào dầm.
Đến thời điểm này, kết cấu bê tông có gia cường cốt sợi vẫn chưa được sử dụng rộng rãi
trong công trình do lúc bấy giờ sự phát triển về các loại vật liệu chưa tiên tiến và tính toán
thiết kế cho cấu kiện này rất phức tạp.
Sự phát triển của nghành vật liệu cũng chưa đủ sức để tiến hành ứng dụng cho các kết
cấu dạng bê tông có gia cường cốt sợi. Cùng với sự ra đời của hạt nano silica va sợi
polymer, hiện nay nghành công nghệ vật liệu cũng đã dần di sâu vào việc nghiên cứu vào
ứng dụng để phục vụ cho việc xây dựng các kết cấu bê tông có gia cường cốt sợi cho ngày
nay. Từ đó trở đi kết cấu bê tông có gia cường cốt sợi bắt đầu được dùng phổ biến trong
công trình xây dựng mái vòm sân vận động, kết cấu bể nước trên cao. Việc sử dụng kết cấu
bê tông có gia cường cốt sợi vẫn được nghiên cứu và phát triển cho các kết cấu công trình
hiện đại, đòi hỏi những yêu cầu và tính chất kỹ thuật mới. Các loại sợi thường được sử dụng
là sợi thép, sợi thủy tinh, sợi amiang, sợi polyme. Trong đó, sợi polyme được biết đến như
một loại sợi có đặc tính cơ học cao và trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với các loại sợi khác.
Các sợi trong bê tông tạo ra nhiều đặc tính ưu việt, nó tạo cho bê tông thành một hệ
đàn hồi – dẻo. Ưu điểm của hệ này là sự phát triển của khả năng chịu tải trước và sau khi
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 1
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
hình thành vết nứt trong bê tông, khác xa so với bê tông thường sau khi xuất hiện vết nứt
đầu tiên. Sự phân bố ngẫu nhiên các sợi trong bê tông đảm bảo rằng ứng suất được phân bố
lại trong toàn khối vật liệu nền bê tông. Các vết nứt có thể phát triển thêm do ứng suất sẽ bị
các sợi ngăn chặn lại trong toàn thể tích vật liệu bê tông của kết cấu. Sợi sẽ ảnh hưởng đến
cường độ kéo, cường độ cắt và nén, tính chất của vết nứt và quá trình biến dạng của bê tông.
Sự biến đổi các thành phần khác nhau trong quá trình sử dụng bê tông sẽ ảnh hưởng lớn đến
tính chất này. Bên cạnh đó, điều kiện thí nghiệm và đặc trưng hình học của cấu kiện sẽ có
ảnh hưởng quan trọng và được tính đến bởi các hệ số tính toán.
Sợi polyme là những loại sợi như: acrylic, aramid, nylon, polyester, polyethelen,
polypropylen. có đường kính từ 10µm đến 1000µm, là những loại sợi có cường độ kéo cao
nhưng môđun đàn hồi thấp. Do đường kính sợi nhỏ nên tỉ số chiều dài và đường kính lớn
nên thích hợp với việc gia cường bêtông. Các loại sợi polyme đều có khả năng chống kềm
cao, bền trong môi trường kiềm của bêtông.
Với mục đích xây dựng cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về sự ảnh hưởng của hạt nano
silica và sợi polymer trong kết cấu bê tông có gia cường cốt sợi với các hàm lượng khác
nhau qua đó đánh giá được ảnh hưởng của hạt nano silica và sợi polyme trong kết cấu bê
tông có gia cường cốt sợi.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, việc nghiên cứu về ứng dụng của hạt nano silica và sợi plyme trong
các nghành vẫn được quan tâm nhiều trong thập kỉ qua, cụ thể được ứng dụng nhiều trong
lĩnh vực y – sinh và trong lĩnh vực điện tử. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của hạt và sợi trong kết
cấu bê tông vẫn còn hạng chế, và nghành công nghệ vật liệu cũng đã bắt đầu đi vào nghiên
cứu trong những năm gần đây bởi nhiều học giả đã nghiên cứu.
Tác giả Narayanan and Palanyial (1982) đã sử dụng sợi thép (Straight, Hooked, và
Crimpt) để gi cường trong bê tông, chủng loại sợi thép có chiều dài từ 20mm đến 100mm
để sử dụng làm vật liệu gia cường. Kết luận khi có sự tham gia của sợi thép thì cường độ
uốn của bê tông được cải thiện rất nhiều và sự ảnh hưởng của sợi thép đến khả năng làm
việc của hỗn hợp bê tông, đặc biệt là hỗn hợp bê tông cứng.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 2
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Tác giả Shah và cộng sự (1986) đã sử dụng nhiều loại sợi khác nhau như trong đó có
dùng sợi polymer để đánh giá và so sánh ảnh hưởng của các loại sợi đến tính chất của bê
tông nền. Kết quả khi sử dụng sợi polyme thì mức độ ảnh hưởng của sợi polyme đến cường
độ nén là rất lớn. Đặc biệt mức độ tương quan giữa hàm lượng sợi và cường độ uốn là rất
lớn R2 = 0.998 chứng tỏ rằng chúng có mối quan hệ với nhau rất lớn.
Tác giả M.Aly và cộng sự (2012) đã sử dụng hàm lượng composite nano-silica, tỷ lệ
phần trăm xi măng và thành phần cốt liệu là chất thải thủy tinh. Kết quả cho thấy sự kết hợp
của hàm lượng composite s nano-silica, tỷ lệ phần trăm xi măng và thành phần cốt liệu là
chất thải thủy tinh có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ học của vữa xi măng, đặc biệt khi
có hàm lượng composite s nano-silica.
L.Senff và cộng sự (2012) đã sử dụng hạt nano-SiO2 và nano-TiO2 trong chất phụ
gia kết dính và vữa xi măng. Kết hợp với hàm lượng 0-3% nano-SiO2, hàm lượng 0-12%
nano-TiO2 và tỷ lệ 0,5 nước / chất phụ gia kết dính. Kết quả của động học của hydrat hoá
theo cùng một xu hướng được tìm thấy bởi phản ứng ngược lại, trong đó các mẫu với số
lượng cao hơn của nS và nT cho thấy những thay đổi đáng chú ý liên quan đến các mẫu
không có chất phụ gia nano. Các tính chất cơ học không bị ảnh hưởng nhiều khi có sự tham
gia của thành phầm hàm lượng nano.
Tác giả Sudhirkumar V.Barai và cộng sự (2014) đã sử dụng hàm lượng 3% nanosilica, tỷ lệ phần trăm xi măng là 0.75% và 1.5% và thành phần cốt liệu thô tái sinh 100%.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy cường độ nén, cường độ uốn của bê tông được cải thiện rất
nhiều do có sự tham gia của hàm lượng nano-silica. Mặc khác, nghiên cứu cũng cho thấy
rằng đặc tính và khả năng làm việc của bê tông cốt liệu tái sinh giống với bê tông thông
thường khi có sự tham gia của hàm lượng 3% nano-silica.
Tác giả R.Yu, P.Tang và cộng sự (2014) đã sử dụng hạt nano-silica và sợi để phân
tích sự ảnh hưởng của nano-silica và sợi khi có sự kết hợp với tro xỉ thải và hạt nhôm kim
loại. Nghiên cứ nhằm mục đích sử dụng nano-silica và sợi khi có sự kết hợp với tro xỉ thải
để giảm tối thiểu bề dày của các cấu kiện bê tông giảm thiểu chi phí và thiết kế trong tính
toán, độ rỗng, cường độ uốn và nén. Kết quả cho thấy, khi có hàm lượng của các hạt nhôm
kim loại, hydro tạo ra có thể gây ra một số vết nứt lớn trong bê tông, có thể làm giảm tính
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 3
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
chất cơ học của bê tông. Tuy nhiên, với việc sử dụng đồng thời các sợi nano-silica và sợi sẽ
cải thiện được tính chất cơ học của bê tông nền.
Tác giả Ahmed S. Elboghdadi và cộng sự (2015) đã sử dụng hạt nano silica và sợi
trong kết cấu bê tông. Hàm lượng nano-silica được sử dụng theo hàm lượng của xi măng
theo tỷ lệ 1%, 1,5%, 2%, và 4%, và hàm lượng sợi thép được sử dụng theo hàm lượng
0,45%, 0,9% và 1,35%. Tách độ bền kéo, mô đun đàn hồi và độ bền uốn được đánh giá
bằng cách sử dụng các kết hợp khác nhau giữa hàm lượng nano-silica và sợi thép. Sự cải
tiến đáng kể về tính chất cơ học của bêtông được quan sát thấy khi sử dụng nano-silica.
Tính năng kết hợp của nano-silica là 1,5% trọng lượng so với sợi thép với tỷ lệ sợi thép
0.45% sợi thép, 0.9% sợi thép và 1.35% sợi thép khoảng 35%, 41%, 66% và 72% tương
ứng các mẫu không có nano-silica hoặc sợi thép. Sử dụng 2% trọng lượng nano-silica với
0,9% sợi thép dẫn đến tăng mô đun đàn hồi khoảng 94% so với các mẫu không có nanosilica hoặc sợi thép. Độ bền uốn tăng gấp đôi đối với mẫu 2% nano-silica và 1,35% sợi thép
so với mẫu không có nano-silica và sợi thép. Nghiên cứu này trình bày thí nghiệm hiệu quả
kết hợp của việc sử dụng nano silica và các sợi thép đối với các tính chất cơ học của bê tông
nặng. Nano-silica được sử dụng như là một phần thay thế xi măng bằng 1%, 1,5%, 2%, và
4%, và sợi thép được sử dụng thay thế thể tích bằng 0,45%, 0,9% và 1,35%.
Tác giả W.Osterle và cộng sự (2016) đã sử dụng hỗn hợp ma trận sợi polymer kết
hợp với nano. Các tính năng bề mặt và cấu trúc của nano đến các tính năng tỷ lệ mài mòn
và sự ma sát. Khi bê tông thông thường có sủ dụng sợi mà không kết hợp với nano silica sẽ
là nguyên nhân của quá trình oxy hoá nghiêm trọng và sẽ làm phá hủy kết cấu bê tông
nhanh chống khi sợi tiến tới giai đoạn xuống cấp. Các hỗn hợp hỗn hợp giữ đặc tính chống
mài mòn và chống ăn mòn của nó vì nhiệt độ ở các sợi cacbon có kích thước micron, dẫn
đến sự xuống cấp của polymer và sự phóng thích các hạt nano sau đó. Nó đã được chỉ ra
rằng các hạt phát hành được trộn lẫn với các sản phẩm khác mặc và hình thành các màng ổn
định ở bề mặt sợi, do đó ngăn ngừa quá trình oxy hóa nặng hơn. Hơn nữa, với hàm lượng
nano-silica, chúng tôi có thể làm giảm khả năng bị ma sát và mài của vật liệu sợi khi có
hàm lượng 10% nano-silica tham gia trong bê tông nền.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 4
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Hiệp hội sản xuất vật liệu của Mỹ thì sự phát triển của hạt nano silica và sợi polymer
tại Bắc Mỹ được đẩy nhanh thêm vì hiệp hội chịu trách nhiệm thúc đẩy ban hành các tiêu
chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn thử nghiệm chất lượng sản phẩm, quy phạm thi công chuyên
dụng cho hạt nano silica và sợi polymer, hối thúc chính quyền ban hành các chính sách để
mở đường cho hạt nano silica và sợi polymer phát triển mạnh mẽ hơn.
Ở Trung Quốc, hạt nano silica và sợi polymer được nghiên cứu và ứng dụng cho các
cây cầu cho người đi bộ từ 1982, qua gần 30 năm nghiên cứu đến nay đã có sản lượng sử
dụng hạt nano silica và sợi polymer hàng năm tăng nhanh chóng, với các dự án quan trọng.
Hơn nữa Trung Quốc đã trở thành một cường quốc sản xuất hạt nano silica và sợi polymer
và thiết bị chế tạo, sản xuất hạt nano silica và sợi polymer xuất khẩu nhiều nước trên thế
giới.
Vậy các nghiên cứu trên thế giới sử dụng hàm lượng nano-silica 3% so với tỷ lệ xi
măng kết hợp với hàm lượng sợi (sợi, chât thuỷ tinh, các loại phụ gia, vật liệu tái sinh, tro
bay, xỉ than, hạt nhôm kim loại) để gia cường vào bê tông đã cho kết quả đã cải thiện được
cường độ nén và cường độ uốn của bê bê tông. Mặc khác, có nghiên cứu chỉ sử dụng hàm
lượng sợi polyme gia cường vào bê tông để đánh giá mức độ tương quan khi kết hợp sợi đã
cho kết quả cải thiện được cường độ uốn của bê tông. Cũng có nghiên cứu sử dụng sự kết
hợp của hàm lượng 10% nano-silica và sợi polyme để đánh giá khả năng chịu ma sát và mài
mòn của vật liệu sợi đã cho thấy kết quả làm giảm khả năng bị ma sát và mài của vật liệu
sợi khi có hàm lượng 10% nano-silica tham gia trong bê tông nền. Từ những nghiên cứu
trên việc nghiên cứu ảnh hưởng của hạt nano-silica và sợi polyme đến cường độ nén, cường
độ uốn, biến dạng và mô đun đàn hồi trong kết cấu bê tông chưa được đề cập trong nghiên
cứu. Xuất phát từ những vấn đề đó, để đáp ứng nhu cầu phát triển ngành kỹ thuật xây dựng
trong nước nói chung và trên thế giới nói riêng, đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của hạt
nano-silica và sợi polyme trong kết cấu bê tông” nhằm đề xuất giải pháp tối ưu góp phần
vào sự phát triển của ngành xây dựng được chúng tôi đặt ra.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam, các nghiên cứu trong nước điều hướng đến việc ứng dụng hạt nano
silica và sợi polyme trong các lĩnh vực khác nhau.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 5
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Tác giả Nguyễn Văn Chánh và cộng sự (2009) đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng
bê tông cốt sợi trên nền vật liệu địa phương được gia cường với nhiều loại sợi khác nhau
như bêtông cốt sợi xơ dừa, bêtông cốt sợi tổng hợp, bêtông cốt sợi thép và bêtông cốt sợi
Bazan, vai trò của sợi có khả năng gia cường các tính chất cơ học, nhất là tính dẻo dai của
bê tông.
Tác giả Thái Hoàng và cộng sự (2011) đã sử dụng hạt nano silica được điều chế từ
tetraethoxysilane trong dung môi ethanol bằng phương pháp sol-gel với chất xúc tác kiềm
kết hợp với phổ hồng ngoại của các hạt nano silica cho thấy hiệu quả và mối quan hệ giữa
cường độ kéo và uốn. Kết quả thu được của hệ lưu biến và nhiệt và hiệu quả cường độ cải
thiện hơn khi có sự tham gia cùa hạt nano-silica trong bê tông nền.
Tác giả Nguyễn Trí Tuấn và cộng sự (2013) đã nghiên cứu tổng hợp hạt nano SiO2
từ tro vỏ trấu bằng phương pháp kết tủa, qua đó đánh giá khả năng sản xuất nano silica bằng
các vật liệu có sẵn trong nước để ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Tác giả Nguyễn Trí Tuấn và cộng sự (2014) đã sử dụng hạt nano SiO2 được tổng
hợp thành công từ vỏ trấu bằng phương pháp kết tủa. Lúc đầu, vỏ trấu được nung ở nhiệt độ
từ 500 – 7000C trong thời gian 4h, thu được tro vỏ trấu. Sau đó bột nano Silica được tách
chiết từ tro trấu bằng cách sử dụng dung dịch NaOH có nồng độ 3N và tiếp tục thêm dung
dịch HCl ở độ pH = 6 cho đến khi dung dịch kết tủa trắng. Sản phẩm bột nano trên
đượcđem đo nhiễu xạ tia X, tán sắc năng lượng, quang phổ hồng ngoạibiến đổi Fourier để
xác định cấu trúc mạng, thành phần pha, nguyên tố và mẫu được đem chụp ảnh hiển vi điện
tử quét, ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) xác định kích thước hạt, hình thái học. Kết
quả, những hạt nano SiO2 chế tạo được có pha vô định hình và kích thước hạt trung bình
khoảng 15 nm.
Tác giả Nguyễn Đắc Đức và cộng sự (2016) đã nghiên cứu về ứng xử của bê tông sử
dụng polyme cốt sợi, qua đó so sánh kết quả thí nghiệm cao hơn so với phân tích mô hình,
điều này do hình thành vết nứt theo chu vi quanh thanh GFRP dùng trong kết cấu bê tông.
Trường Đại học Bách Khoa –Đại học Đà Nẵng, Học viên Bùi Thiên Lam tiến hành
phân tích, đánh giá sự làm việc mỏi của bê tông cốt thép thường và bê tông cốt thép có cốt
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 6
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
sợi. Kết quả nghiên cứu về độ bền mỏi cho thấy rằng khi bê tông cốt thép có cốt sợi sẽ có
độ bền mỏi tốt hơn bê tông cốt thép thường và chịu mỏi uốn tốt hơn so với chịu mỏi nén.
Việc kết hợp cốt hạt nano silica và sợi polymer đóng vai trò quan trọng trong công
trình kết cấu bê tông cốt thép, xu hướng này ngày càng phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng
nhu cầu về sự phát triển nghành công nghệ vật liệu trong lĩnh vực xây dựng cụ thể là các kết
cấu có gia cường cốt sợi. Nghiên cứu này sử dụng các hạt nano silica gia cường trong bê
tông cốt sợi polyme nhằm đánh giá vai trò và khả năng ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh
vực xây dựng, dùng cho các kết cấu cần yêu cầu kỹ thuật và đặc tính cao.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
-Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thành phần hạt nano silica đến các tính chất cơ
học của vật liệu bê tông nền.
-Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ hạt nano silica và tỷ lệ hàm lượng sợi polyme đến
các tính chất cơ học của bê tông.
-Nghiên cứu khả năng làm việc của sơi polyme và các hạt nano silica torng bê tông
nền.
-Đánh giá khả năng ứng dụng của bê tông sợi gia cường nano silica trong các kết cấu
bê tông thành mỏng.
1.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài
-Xây dựng cơ sở thực nghiệm vai trò của hạt nano silica trong vật liệu bê tông cốt
sợi, ứng dụng cho các công trình xây dựng.
-Đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ nano silica trong lĩnh vực xây dựng, kết
hợp với sợi polyme gia cường cho kết cấu bê tông.
1.5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng,
Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM với các vật liệu thí nghiệm
hiện có tại Việt Nam.
- Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô phỏng ứng xử của cấu kiện thành mỏng để
đánh giá khả năng làm việc của bê tông cốt sợi polyme.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 7
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1 Sự làm việc của sợi polyme trong vật liệu nền
Cấu trúc bê tông được nghiên cứu phát triển từ bê tông truyền thống, có cấu trúc
không đồng nhất và sự phân bố chưa đồng đều lên đến sự lèn chặt của các cốt liệu nhỏ trong
bộ khung chịu lực ở bê tông chất lượng cao và ở bê tông cốt sợi chính cấu trúc phân tán các
sợi ngẫu nhiên để thu nhận ứng suất kéo để cải thiện cường độ chịu nén.
Hình 2.1 Cấu trúc của cốt sợi trong bê tông nền
Hình 2.2 Sơ đồ biểu diễn ứng suất trượt – chuyển vị khi chuyển từ ứng suất đàn hồi sang
ứng suất trượt ma sát
Khi bê tông cốt sợi bị chịu kéo, ở trạng thái vật liệu nền nứt. Ngay khi vật liệu nền nứt,
sợi bắt cầu qua vết nứt, truyền tải trọng qua vết nứt. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phát
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 8
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
triển vết nứt. Trong bê tông cốt sợi, vai trò của sợi được thể hiện trong vùng có xuất hiện
vết nứt là cầu nối qua vết nứt của vật liệu nền. Sợi có hai chức năng trong vùng có vết nứt:
-Làm tăng cường độ của bê tông cốt sợi qua vật liệu nền bằng cách truyền ứng suất
và tải trọng qua vết nứt tới sợi
-Sợi làm tăng độ dẻo dai của bê tông cốt sợi bằng việc hấp thụ năng lượng sinh ra
trong quá trình mất liên kết và kéo tuột sợi.
-Khả năng cơ học của bê tông cốt sợi thường được mô tả ở 3 trạng thái của đường
cong ứng suất và biến dạng như hình 2.3
Hình 2.3 Sơ đồ ứng suất biến dạng của bê tông cốt sợi
Giai đoạn 1: giới hạn đàn hồi, đạt đến điểm nứt đầu tiên : vật liệu nền và sợi đàn hồi
tuyến tính.
Giai đoạn 2: phát triển vết nứt, biến dạng trong bê tông gia cố cốt sợi vượt quá biến
dạng nền.
Giai đoạn 3: giai đoạn sau vết nứt, trong suốt giai đoạn này sợi bị kéo dãn hay kéo
tuột ra khỏi vật liệu nền.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 9
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Khi lực kéo đứt gãy hay tuột sợi là do nguyên nhân ứng suất liên kết từ vật liệu sẽ
truyền qua sợi và chiều dài neo sợi. Vì vậy, sự làm việc của bê tông cốt sợi và quá trình xuất
hiện các vết nứt trong cơ chế phá hủy là do tác động của ứng suất liên kết trong bê tông.
Khả năng chịu ứng suất liên kết của sợi sẽ phụ thuộc trạng thái tự nhiên của bề mặt sợi. Sợi
có bề mặt nhám thì khả năng liên kết giữa nền bê tông và sợi sẽ tốt hơn. Cơ bản xuất hiện từ
hai quá trình khác nhau:
-Phá hủy do sợi bị kéo đứt
-Phá hủy vì sợi bị cắt đứt
Cơ cấu phá hủy phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
-
Tỷ lệ chiều dài trên đường kính sợi.
-
Khả năng bám dính.
-
Cường độ chịu kéo của sợi.
-
Cường độ liên kết.
Ba yếu tố đầu hoàn toàn phụ thuộc vào chủng loại sợi. Cường độ liên kết sẽ phụ thuộc
vào cường độ của vật liệu nền bê tông bao quanh và chất lượng của bề mặt sợi. Vì vậy, khi
cùng một loại sợi sẽ có các cơ chế phá hủy hoàn toàn khác nhau đối với các loại bê tông
khác nhau.
Cần thiết phải xác định chiều dài tới hạn của sợi ( lcrit ) trên cơ sở quá trình tính toán cân
bằng. Khi cường độ lien kết cực đại trên nửa độ dài sợi cân bằng tải trọng kéo dọc trục sợi
cực đại. Khi chiều dài sợi chưa đạt tới chiều dài tới hạn, sợi sẽ không tận dụng hết khả năng
chịu lực của sợi. Trong trường hợp sợi quá dài, sợi có thể bị cắt đứt trước khi bị kéo đứt, do
sợi bị uốn vì chiều dài quá lớn.
lcrit
Công thức tính chiều dài sợi tới hạn:
d . Z
2. m
Trong đó:
Z : cường độ chịu kéo của cốt sợi.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 10
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
m : Ứng suất dính trung bình.
d : Đường kính cốt sợi.
2.2 Sự làm việc của các hạt nano trong vật liệu nền
Trong cấu trúc thành phần cấp phối của bê tông xi măng bao gồm cốt liệu lớn, cốt
liệu nhỏ, chất kết dính xi măng và cần có lượng nước nhào trộn để làm nhiệm vụ cung cấp
lượng nước cần thiết để xi măng thủy hóa hoàn toàn nên đá xi măng và làm cho hỗn hợp bê
tông có độ linh động cần thiết để đạt độ dẻo. Lượng nước thừa sẽ bay hơi tạo ra các lỗ rỗng
trong cấu trúc và làm cho vùng chuyển tiếp có cấu trúc không đặc chắc. Vùng tiếp xúc của
hồ xi măng, cốt liệu được gọi là vùng chuyển tiếp. Vùng này có cấu trúc kết tinh, lỗ rỗng
nhiều hơn và có cường độ nhỏ hơn so với các vùng bê tông khác. Đối với bê tông thông
thường, vùng chuyển tiếp thường có chiều dày trong khoảng 50-100 µm, chứa các lỗ rỗng
tương đối lớn và các tinh thể lớn của sản phẩm thủy hóa nên có cường độ thấp hơn so với
đá xi măng ở khu vực cách xa cốt liệu. Do đó, khi bê tông chịu tải trọng, ứng suất sinh ra sẽ
làm xuất hiện những vết nứt trước tiên ở vùng chuyển tiếp. Khi trong vùng chuyển tiếp còn
hiện diện các lỗ rỗng và các vết nứt li ti, thì cường độ của cốt liệu không còn tác dụng trong
việc tạo nên cường độ chịu lực của bê tông, vì lúc đó hiệu ứng truyền ứng suất giữa xi măng
và cốt liệu gần như không còn hiệu quả. Do đó, việc sử dụng các loại phụ gia làm giảm
lượng nước và phụ gia khoáng hạt mịn sẽ cải thiện cấu trúc vùng chuyển tiếp, làm tăng
cường độ của bê tông như trên hình 2.4.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 11
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Hình 2.4 Mô hình vùng chuyển tiếp trong cấu trúc bê tông
Hạt Silica hay còn gọi là silic đioxit (SiO2) là một trong những chất gia cường hiệu
quả, được sử dụng phổ biến trong vật liệu polyme hỗn hợp. Các hạt silica có thể tồn tại ở
dạng tinh thể (thạch anh, tridymit và crystobalit) hay vô định hình giống thủy tinh. Ở nhiệt
độ thường, vật liệu silica dạng thủy tinh tạo nên khối rắn có dạng xác định, đôi khi có độ
bền cơ học cao, độ cứng lớn. Các hạt silica ghép đôi với nhau nhờ liên kết hidro để tạo
thành dạng kết tụ bậc 1 và sau đó, chúng tiếp tục kết tụ với nhau bền chặt hơn để tạo thành
dạng kết tụ bậc 2. Khuynh hướng kết tụ của các phần tử silica trình bày trong hình 2.5
Hình 2.5 Quá trình tạo thành hạt nano silica
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 12
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
a-Phổ IR của các hạt nanosilica
b-Ảnh FESEM của nanosilica
Hình 2.6 Cấu trúc hạt nano silica
Hình 2.7 Cấu trúc lèn chặt hạt xi măng và hạt siêu mịn silica
Qua hình 2.7 cho thấy khi sử dụng thành phần hạt mịn, tính chất bề mặt cốt liệu có
thể làm tăng cường khả năng liên kết giữa cốt liệu và các thành phần khác trong hỗn hợp bê
tông. Hỗn hợp hạt mịn do kích thước hạt làm tăng diện tích bề mặt dẫn đến tăng cường độ
lớp tiếp xúc do tăng khả năng liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng. Các hạt này sẽ lấp đầy lỗ
rỗng mà hạt xi măng không lọt vào được. Đồng thời với kích thước nhỏ hơn hạt xi măng
nhiều, nó bao bọc quanh xi măng tạo thành lớp ngăn cách không cho các hạt xi măng vón tụ
lại với nhau.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 13
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
Cường độ chủ yếu của đá xi măng được bảo đảm bởi các tinh thể và các mầm tinh
thể tạo thành các sản thủy hóa sản phẩm mới, các kích thước của chúng nằm trong giới hạn
nhỏ hơn cấp hạt micro. Trong khoảng trung gian giữa các tinh thể có các sản phẩm thủy
hóa, các kích thước của chúng nhỏ hơn 10 micro, chúng chiếm khoảng không gian trống,
“gắn kết” tất cả các sản phẩm mới với nhau. Kết quả của hiện tượng “gắn kết” này có hai
tác dụng. Khi tính đến sự liên tục của các quá trình thủy hóa, sự tích tụ các vi tinh thể nhỏ
cần phải nhớ tới sự không ổn định của cấu trúc mới tạo thành. Trong hệ rắn chắc này có hai
quá trình: hình thành cấu trúc và phá vỡ nó kèm theo sự hàn gắn cấu trúc sau đó.
Chính ở đây, bên cạnh cấu trúc keo, xuất hiện cấu trúc tinh thể. Chính bản thân các
quá trình này thuộc sự sắp xếp lại khá phức tạp cấu trúc keo ban đầu có liên quan tới các
quá trình hóa học giữa pha rắn của hệ phân tán và pha lỏng ở cấp tác động tương hỗ
nguyên tử - phân tử, tức là cấp các hạt Nano.
2.3 Cơ sở khoa học sự bám dính hạt siêu mịn trên sợi.
Silicafume (thường gọi là muội Silic) là oxit Silic hoạt tính dạng bột mịn màu xám
có khả năng tác dụng với Canxi Hydroxit (chất tan) trong quá trình thủy hóa của xi măng
tạo ra Hydroxit Canxi Silicate dạng cấu trúc tinh thể không tan làm tăng độ rắn chắc, tính
chống thấm và tăng tuổi thọ cho cho bê tông. Nó có kích thước siêu mịn (kích thước nhỏ
hơn 100 lần kích thước hạt xi măng), có thể lấp đầy các lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông mà
các hạt xi măng không thể lấp đầy được.
+ Thông số kỹ thuật: SiO2 ≥ 90%, Moisture ≤ 3%, LOI ≤ 6%, PH ~ 5,5, Cl NO.
+ Ứng dụng: Tăng độ bền cho bê tông, công trình, đạt cường độ cao sớm, tăng cường
độ cuối cùng, tăng khả năng kháng mài mòn, tăng khả năng kháng sulfate, tăng khả năng
chống thấm nước đáng kể, cải thiện tính thi công, tăng khả năng chống sự thâm nhập khí
đáng kể, giảm thiểu sự khuếch tán của clorua, sử dụng để trám, bít kín các giếng dầu, sử
dụng làm vật liệu chịu lửa.
+ Đóng gói: 20kg/bao, 25kg/bao, xuất xứ Trung Quốc/Việt Nam,
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 14
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
CHƯƠNG 3
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
3.1 Nguyên vật liệu thực nghiệm
3.1.1 Ximăng
Sử dụng xi măng póoclăng PCB40, độ mịn phải phù hợp với các tiêu chuẩn TCVN
2682-91 và TCVN 2682-89. Các đặc tính cơ lý của xi măng:
- Khối lượng riêng: XM 3.10 ( g / cm3 )
- Lượng nước tiêu chuẩn: 29%
- Thời gian bắt đầu ninh kết: 75 (phút)
- Thời gian kết thúc ninh kết: 225 (phút)
- Độ mịn: Lượng sót trên sang 0.08 mm: <15%
- Tỷ diện tích bề mặt: >2500 ( cm2 / g )
- Cường độ nén sau 3 ngày: Rn 21 ( N / mm 2 )
- Cường độ nén sau 28 ngày: Rn 40 ( N / mm 2 )
- Hàm lượng anhidrit sunfuric (SO3 ) 3%
- Lượng mất khi nung: >5 %
3.1.2 Cát
Sử dụng cát với mođun độ lớn 1.85, khối lượng riêng 2.67 g/cm3, khối lượng thể tích
1.62 g/cm3. Cát dùng cho nghiên cứu phải thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 7572:2006 “Cát
xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật”.
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 15
GVHD: TS. Lê Anh Tuấn
HVTH: Đoàn Duy Khánh
3.1.3 Đá
`
Đá được sử dụng có Dmax là 20 mm, khối lượng riêng 2.78 g/cm3, khối lượng thể
tích là 1.5 g/cm3.
3.1.4 Phụ gia dẻo
Phụ gia dẻo có tác dụng giảm lượng nước nhào trộn, tạo cho bê tông có độ sụt tốt.
Phu gia sử dụng có nguồn gốc hỗn hợp lignosulfonat. Khối lượng thể tích: 1,14 – 1,16
kg/lít. Liều lượng sử dụng 0.8 -1.2 lít/ 100 kg ximang.
3.1.5 Hạt micro silica (Silicafume - Sika)
Hạt silicafume được sử dụng nhằm tăng cường khả năng chịu lực, hàm lượng muội
silic trong bê tông từ 5 – 15% hàm lượng xi măng. Theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C 1240-93,
muội silic có thành phần hóa học được thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Đặc tính hóa học của silicafume
Tên phụ gia Hàm lượng SiO2
Độ ẩm (%)
(%)
Silicafume
>85
Lượng mất khi
Diện tích bề mặt
nung (%)
rổng ( m2 / g )
<6
15-30
<3
Giá trị sản phẩm trên thị trường hiện nay tại công ty TNHH XNK tổng hợp Vi
Khanh như sau (hình 3.1): 12.800 đồng/ kg (chưa bao gồm vận chuyển và thuế VAT, đóng
gói: 25kg/bao).
Hình 3.1 Silicafume
Luận văn Cao học nghành XDDD và CN
Trang 16
