Nghiên cứu xác định hàm lượng cốt sợi hợp lý để chế tạo bê tông có khả năng chịu nén và chịu uốn tốt, bền trong môi trường biển

Sử dụng cốt sợi Poly-Propylene, phụ gia khoáng và phụ gia siêu dẻo thế hệ mới thiết kế thành phần bê tông cốt sợi có cường độ chịu nén và chịu kéo uốn tốt, bền trong môi trường biển. Khi thay thế chất kết dính bằng 25% tro bay, kết hợp lượng dùng phụ gia siêu dẻo hợp lý sẽ chế tạo được bê tông cốt sợi có mác chống thấm đạt W12 đến W14 và cường độ nén đạt trên 40MPa khi hàm lượng sợi từ 0.5÷1.0%. Bê tông thiết kế đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật dùng cho một số hạng mục công trình Thủy lợi có yêu cầu chống thấm cao và cường độ chịu nén cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xác định hàm lượng cốt sợi hợp lý để chế tạo bê tông có khả năng chịu nén và chịu uốn tốt, bền trong môi trường biển BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CỐT SỢI HỢP LÝ ĐỂ CHẾ TẠO BÊ TÔNG CÓ KHẢ NĂNG CHỊU NÉN VÀ CHỊU UỐN TỐT, BỀN TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN Nguyễn Quang Phú1 Tóm tắt: Sử dụng cốt sợi Poly-Propylene, phụ gia khoáng và phụ gia siêu dẻo thế hệ mới thiết kế thành phần bê tông cốt sợi có cường độ chịu nén và chịu kéo uốn tốt, bền trong môi trường biển. Khi thay thế chất kết dính bằng 25% tro bay, kết hợp lượng dùng phụ gia siêu dẻo hợp lý sẽ chế tạo được bê tông cốt sợi có mác chống thấm đạt W12 đến W14 và cường độ nén đạt trên 40MPa khi hàm lượng sợi từ 0.5÷1.0%. Bê tông thiết kế đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật dùng cho một số hạng mục công trình Thủy lợi có yêu cầu chống thấm cao và cường độ chịu nén cao. Từ khóa: Bê tông cốt sợi; Tro bay; Phụ gia siêu dẻo; Chống thấm nước. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 Hầu hết công trình xây dựng hiện nay được sử dụng các vật liệu bê tông thông thường, bê tông cường độ cao, bê tông tính năng cao......., tuy nhiên bê tông là loại vật liệu giòn, khả năng chịu kéo và uốn kém (Phạm Duy Hữu, 2011; Eng. Pshtivan. 2011). Trong những hạng mục công trình xây dựng, kết cấu bê tông ngoài khả năng chịu nén tốt thì khả năng chịu kéo và uốn, cũng như khả năng dẻo dai chống nứt, bền trong các môi trường làm việc khác nhau cần được nghiên cứu đưa vào sử dụng một cách rộng rãi hơn (Nguyễn Quang Phú, 2015). Vì vậy cần phải sử dụng một loại bê tông đảm bảo đầy đủ cả tính chịu nén, chịu kéo và uốn cao, bê tông có khả năng chống nứt tốt, bền trong môi trường nước chua phèn, môi trường nước có tính xâm thực cao, đặc biệt là môi trường nước biển có tính xâm thực bê tông rất mạnh (Nguyễn Quang Phú, 2017). Bê tông cốt sợi được thay thế một phần cốt liệu bằng cốt sợi trong khi thiết kế cấp phối. Tuy nhiên, với loại bê tông này đòi hỏi khả năng kéo uốn tốt, kháng nứt và bền trong các môi trường làm việc khác nhau thì hàm lượng cốt sợi pha trộn bao nhiêu là hợp lý, qua đó chế tạo được một loại bê tông cốt sợi (BTCS) đáp ứng được yêu cầu xây dựng hiện nay cần 1 Bộ môn Vật liệu xây dựng, Khoa Công trình, ĐHTL được nghiên cứu và thí nghiệm một cách hết sức nghiêm ngặt. Việt Nam có điều kiện thời tiết phức tạp, bất lợi cho công trình xây dựng nói chung và kết cấu bê tông cốt thép nói riêng. Sự xâm thực mạnh của môi trường gây ra hiện tượng rỉ thép, bong tróc lớp bê tông bảo vệ và làm giảm sức chịu tải của hệ thống kết cấu chịu lực bằng bê tông cốt thép. Trong kết cấu công trình Thủy lợi, sự xâm thực của môi trường đã làm cho nhiều công trình có kết cấu bằng bê tông cốt thép như các cống dưới đê, đập, cống đập xà lan di động vùng đồng bằng sông Cửu Long và và các công trình bê tông ở miền Tây Nam Bộ, các công trình bê tông ven biển…... xuống cấp nghiêm trọng, không đảm bảo tuổi thọ thiết kế. Ngoài ra, những thay đổi do yêu cầu sử dụng thường có xu hướng bất lợi đối với kết cấu công trình hiện hữu đòi hỏi việc thực hiện các giải pháp sửa chữa, nâng cấp hoặc thậm chí thay mới kết cấu công trình. Việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ bê tông chất lượng cao để duy trì và phục hồi sự làm việc bình thường của kết cấu công trình Thủy lợi bằng việc sử dụng bê tông cốt sợi trong thi công là một yêu cầu cần thiết. Đề tài nghiên cứu sử dụng loại sợi PolyPropylene (PP) với các chiều dài khác nhau, với các hàm lượng sợi khác nhau để thiết kế thành KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) 23 phần bê tông cốt sợi. Thông qua một số chỉ tiêu cơ lý của bê tông cốt sợi thiết kế, xác định hàm lượng cốt sợi hợp lý để thiết kế bê tông có khả năng chịu nén, chịu kéo uốn tốt, bền trong môi trường biển. 2. CÁC LOẠI VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG THÍ NGHIỆM Các vật liệu chính để chế tạo bê tông bao gồm: xi măng, cát, đá, nước, loại phụ gia khoáng, phụ gia hóa học và cốt sợi PP. Đề tài sử dụng một số vật liệu có sẵn tại phòng nghiên cứu Vật liệu, Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam để làm các thí nghiệm. 2.1. Xi măng Đề tài sử dụng xi măng PC40 Kim Đỉnh có giới hạn bền nén ở tuổi 28 ngày đạt 49.2 MPa. Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý của xi măng như trong bảng 1. Bảng 1. Tính chất cơ lý của xi măng STT Chỉ tiêu thí nghiệm Phương pháp thử 1 Khối lượng riêng TCVN: 4030-2003 2 3 Độ mịn (Lượng sót trên sàng 0,09) Lượng nước tiêu chuẩn Thời gian bắt đầu đông kết Thời gian kết thúc đông kết Độ ổn định thể tích Giới hạn bền nén tuổi 3 ngày Giới hạn bền nén tuổi 28 ngày TCVN: 4030-2003 TCVN: 6017-1995 TCVN: 6017-1995 TCVN: 6017-1995 TCVN: 6017-1995 TCVN: 6016-1995 TCVN: 6016-1995 4 5 6 Đơn vị g/cm3 % % phút phút mm N/mm2 N/mm2 Kết quả TNo 3.12 3.2 29.1 112 316 2.1 36.0 49.2 Nhận xét: Xi măng PC40 Kim Đỉnh đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009. 2.2. Cát Cát từ công trình Nước Trong được đưa về Phòng nghiên cứu vật liệu - Viện Thủy công Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam để thí nghiệm. Cát thí nghiệm là cát loại vừa, kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của cát được trình bày trong bảng 2 Bảng 2. Tính chất cơ lý của cát STT 1 Đơn vị 3 Kết quả thí nghiệm 2.67 Bảng 3. Tính chất cơ lý của đá dăm STT Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Độ hổng Hàm lượng bụi, bùn, sét g/cm % % 39.7 0.96 3 5 Mô đun độ lớn - 3.06 4 6 7 Tạp chất hữu cơ Thành phần hạt - Đạt Đạt 5 2 3 4 24 Chỉ tiêu Nhận xét: Cát dùng chế tạo bê tông có các chỉ tiêu cơ lý phù hợp TCVN 7570:2006. 2.3. Đá dăm Đá dăm granit dùng thi công công trình Nước Trong đã được đề tài thực hiện thí nghiệm, đá dăm cỡ hạt (5-20)mm có thành phần hạt đạt tiêu chuẩn TCVN 7570-2006. Tính chất cơ lý của đá dăm được trình bày tại bảng 3 1 3 g/cm 1.61 2 Chỉ tiêu thí nghiệm Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Hàm lượng bụi, bùn, sét Hàm lượng thoi dẹt Hàm lượng hạt mềm yếu Đơn vị g/cm3 Kết quả thí nghiệm 2.75 g/cm3 1.68 % 0.58 % 18.2 % 1.10 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 61 (6/2018) STT 6 7 Chỉ tiêu thí nghiệm Độ hút nước ...