Đang tải... (xem toàn văn)
Sử dụng phụ gia siêu dẻo Grace ADVA 181 và xỉ thép để chế tạo bê tông đạt mác Rn28 = 43,5MPa, Rn28 = 48,8MPa, Rn28 = 49,6MPa khi sử dụng phụ gia khoáng lần lượt là Tro bay, Tro trấu, Silica fume và mác chống thấm đạt W10 đến W12, đặc biệt bê tông có tính bền cao phù hợp cho các công trình Thủy lợi... Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
BÀI BÁO KHOA H C SỬ DỤNG XỈ THÉP VÀ PHỤ GIA SIÊU DẺO THẾ HỆ MỚI THIẾT KẾ BÊ TƠNG ỨNG DỤNG TRONG CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Nguyễn Quang Phú1 Tóm tắt: Sử dụng phụ gia siêu dẻo Grace ADVA 181 xỉ thép để chế tạo bê tông đạt mác Rn28 = 43,5MPa; Rn28 = 48,8MPa; Rn28 = 49,6MPa sử dụng phụ gia khoáng Tro bay, Tro trấu, Silica fume mác chống thấm đạt W10 đến W12, đặc biệt bê tơng có tính bền cao phù hợp cho cơng trình Thủy lợi Sử dụng nguồn phụ phẩm công nghiệp (xỉ quặng) làm cốt liệu sản xuất bê tông vô cần thiết hữu ích, giải vấn đề khan cốt liệu tự nhiên sản xuất bê tông, nhằm mang lại hiệu kinh tế góp phần bảo vệ mơi trường Từ khóa: Bê tơng; Xỉ thép; Phụ gia siêu dẻo; Chống thấm nước ĐẶT VẤN ĐỀ Nguồn cốt liệu tự nhiên để sản xuất bê tông (đá dăm, sỏi) ngày cạn kiệt nguồn khai thác tốc độ xây dựng q trình thị hóa diễn mạnh Ở nước ta công nghiệp luyện gang thép phát triển mang tính chủ động nguồn thép sản xuất nước, điển hình nhà máy sản suất thép Formosa Hà Tĩnh, Thái Nguyên, FuCo, Ponima, Nhà máy Thép Phú Mỹ, Khu liên hợp Gang thép Hòa Phát Kinh Mơn - Hải Dương……, hàng năm thải lượng xỉ lớn (Lê Việt Hùng, 2007) Do lượng phế thải nhiều, nên chúng ảnh hưởng nghiêm trọng tới kinh tế, xã hội môi trường sống chúng ta, như: Tổ chức thải tốn kém, bãi thải chiếm nhiều diện tích, nhiễm mơi trường nước mơi trường khơng khí Hiện vùng đồng sơng Cửu Long nơi xuất gạo lớn nước ta, kèm theo lượng trấu thải hàng triệu năm Nếu đốt trấu để sản xuất phụ gia khoáng tro trấu, mang lại hiệu kinh tế cao, giải vấn đề nhập phụ gia khoáng siêu mịn Silica fume (Nguyễn Quang Phú, 2015) Ngoài tận dụng nguồn tro bay phụ phẩm nhà máy nhiệt điện, góp phần phát triển kinh tế bảo vệ mơi trường Chính lý đó, việc nghiên cứu đưa vào sử dụng nguồn phụ phẩm công nghiệp (xỉ quặng thải từ nhà máy luyện gang thép) làm cốt liệu sản xuất bê tông vô cần thiết hữu ích, giải kịp thời vấn đề khan cốt liệu tự nhiên sản xuất bê tơng, nhằm mang lại hiệu kinh tế góp phần bảo vệ môi trường (Nguyễn Quang Phú, 2018) Bên cạnh đó, kết hợp với nguồn phụ gia khống có sẵn nước tro bay, đặc biệt thay tro trấu Silica fume chế tạo bê tông, giảm việc nhập loại phụ gia khoáng siêu mịn NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Các loại vật liệu sử dụng nghiên cứu 2.1.1 Xi măng: Đề tài sử dụng xi măng PC40 Kim Đỉnh thiết kế bê tơng; kết thí nghiệm số tiêu lý xi măng Bảng Bảng Kết thí nghiệm số tiêu lý xi măng STT Chỉ tiêu thí nghiệm Khối lượng riêng Độ mịn (Lượng sót sàng 0,09) Lượng nước tiêu chuẩn Thời gian bắt đầu đông kết Phương pháp thử TCVN: 4030-2003 TCVN: 4030-2003 TCVN: 6017-2015 TCVN: 6017-2015 Đơn vị g/m3 % % phút Kết 3,12 3,2 29,1 112 Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, Việt Nam KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 62 (9/2018) STT Chỉ tiêu thí nghiệm Thời gian kết thúc đơng kết Độ ổn định thể tích Giới hạn bền nén tuổi ngày Giới hạn bền nén tuổi 28 ngày Phương pháp thử TCVN: 6017-2015 TCVN: 6017-2015 TCVN: 6016-2011 TCVN: 6016-2011 Đơn vị phút mm N/mm2 N/mm2 Kết 316 2,1 36,0 49,2 Nhận xét: Xi măng PC40 Kim Đỉnh đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 2682:2009 2.1.2 Tro bay: Phụ gia khoáng tro bay Phả Lại sử dụng thay phần xi măng thành phần bê tơng Kết thí nghiệm tính chất lý tro bay Bảng Bảng Tính chất lý Tro bay Phả Lại STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết thí nghiệm 0,28 27,8 944 2,24 3,08 50,98 10,34 31,27 0,15 % % kg/m3 g/m3 % % % % % Độ ẩm Lượng nước yêu cầu Khối lượng thể tích xốp Tỷ trọng Hàm lượng nung Hàm lượng SiO2 Hàm lượng Fe2O3 Hàm lượng Al2O3 Hàm lượng SO3 Nhận xét: Tro bay Phả Lại sử dụng nghiên cứu đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 10302:2014 2.1.3 Silica fume: Trong đề tài sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn Silica fume (SF) hãng Sika để thay phần xi măng bê tông Khi bê tông có pha phụ gia khống siêu mịn làm tăng độ đặc chắc, tăng khả lấp nhét lỗ rỗng gen lỗ rỗng mao quản cấu trúc bê tông, giảm lỗ rỗng vùng chuyển tiếp đá xi măng cốt liệu, tăng cường độ tính bền bê tơng Phụ gia khống Silica fume có tính chất lý thành phần hóa học thể Bảng Bảng Tính chất lý thành phần hóa học Silica fume TT Chỉ tiêu Khối lượng riêng Độ ẩm Hàm lượng nung Hàm lượng SiO2 Hàm lượng SO3 Hàm lượng CaO Hàm lượng Cl- Đơn vị Kết g/cm3 % % % % % % 2,46 2,25 2,85 91,2 0,05 0,76 0,01 Yêu cầu kỹ thuật ASTM C 1240-00 ≤ 6,0 SiO2 ≥ 85,0 < 2,0 < 1,0 < 0,3 Nhận xét: Kết cho thấy Silica fume đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo ASTM C1240-00 KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 62 (9/2018) 2.1.4 Tro trấu: Đề tài sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn tro trấu (RHA) để thay phần xi măng bê tông so sánh với bê tông sử dụng Silica fume tro bay Một số tính chất lý thành phần hóa học tro trấu thể Bảng Bảng Tính chất lý thành phần hóa học tro trấu STT 10 Chỉ tiêu Khối lượng riêng Độ ẩm Độ hút vôi Chỉ số hoạt tính với xi măng Hàm lượng SiO2 Hàm lượng Al2O3 Hàm lượng Fe2O3 Hàm lượng CaO Hàm lượng MgO Hàm lượng nung Đơn vị g/cm3 % mg/g % % % % % % % Kết 2,21 0,95 305 95,5 89,8 0,88 0,62 1,35 0,55 4,80 Nhận xét: Kết cho thấy tro trấu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 8827:2011 2.1.5 Cốt liệu mịn (Cát): Cát dùng thí nghiệm cát sơng Đồng Nai lấy cơng trình xây dựng đưa phòng thí nghiệm Cát thí nghiệm cát loại to, kết thí nghiệm tính chất lý cát trình bày Bảng Bảng Tính chất lý cát STT Chỉ tiêu Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Độ hổng Hàm lượng bụi, bùn, sét Mơ đun độ lớn Tạp chất hữu Thành phần hạt Đơn vị g/cm3 g/cm3 % % - Kết thí nghiệm 2,65 1,63 38,5 0,88 3,10 Đạt Đạt Nhận xét: Cát dùng chế tạo bê tơng có thành phần hạt tiêu lý phù hợp TCVN 7570:2006 2.1.6 Cốt liệu thô: + Xỉ thép: Xỉ thép lấy khu cơng nghiệp luyện gang thép Hòa Phát - Kinh Mơn - Hải Dương đưa phòng thí nghiệm phân loại thành phần hạt cho đạt cỡ hạt (5-20) mm theo tiêu chuẩn Các tiêu lý cốt liệu xỉ thép Bảng Bảng Tính chất lý xỉ thép STT Chỉ tiêu thí nghiệm Khối lượng riêng Khối lượng thể tích xốp Độ hút nước Thành phần hạt Đơn vị g/cm3 g/cm3 % - Kết thí nghiệm 3,58 2,06 1,82 Đạt Nhận xét: Xỉ thép có tính chất lý đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông theo TCVN 7570:2006 KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 62 (9/2018) + Đá dăm: Đá dăm khai thác từ mỏ đá Phước Tân - Đồng Nai, lấy cơng trình xây dựng đưa phòng thí nghiệm, đá dăm cỡ hạt (5-20) mm có thành phần hạt đạt tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 Tính chất lý đá dăm trình bày Bảng Bảng Tính chất lý đá dăm STT 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 Độ hút nước Thành phần hạt Đơn vị g/cm3 g/cm3 % % % % - Kết thí nghiệm 2,71 1,66 0,05 2,5 1,05 0,45 Đạt Nhận xét: Đá dăm có tính chất lý đạt tiêu chuẩn dùng cho bê tông theo TCVN 7570:2006 2.1.7 Nước: Nước sử dụng để trộn bảo dưỡng bê tơng nước sinh hoạt lấy phòng thí nghiệm, nước phù hợp tiêu chuẩn TCVN 4560:2012 2.1.8 Phụ gia hóa học: Để hỗn hợp bê tơng có tính cơng tác khả đầm chặt tốt hỗn hợp bê tông thiết kế không phép xảy tượng phân tầng tách nước Trong chế tạo bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao gốc Polycacboxylate (PC) Đề tài sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao Grace ADVA 181 (phụ gia thuộc hệ 3) với lượng dùng cần phải thí nghiệm để xác định tỷ lệ pha trộn hợp lý, đảm bảo tính cơng tác u cầu hỗn hợp bê tông mác bê tông thiết kế 2.2 Thiết kế cấp phối bê tơng kết thí nghiệm Đề tài nghiên cứu với bê tông sử dụng cho kết cấu chịu lực cơng trình Thủy lợi thi công phương pháp thủ công, chọn SN = 10±2cm, mác bê tông thiết kế tuổi 28 ngày mẫu đối chứng (cốt liệu thô đá dăm phụ gia khoáng tro bay) đạt 30MPa Sau tính tốn khối lượng loại vật liệu cho 1m3 bê tông mẫu đối chứng (CP1), đề tài thay đá dăm xỉ thép (CP2) thay tro bay tro trấu (CP3) Silica fume (CP4) Hàm lượng phụ gia khoáng tro bay thay xi măng 25%, phụ gia khoáng tro trấu Silica fume thay xi măng 10% Hàm lượng phụ gia siêu dẻo ADVA 181 0,8 lít/100 kg CKD Thành phần vật liệu cho cấp phối bê tông thiết kế Bảng Bảng Thành phần vật liệu cho m3 bê tông thiết kế Cấp phối Xi măng (kg) Tro bay (kg) CP1 CP2 CP3 CP4 262,5 262,5 315,0 315,0 87,5 87,5 - Tro Silica trấu fume (kg) (kg) 35 - 35 Kiểm tra độ sụt hỗn hợp bê tông theo TCVN 3106:2007, sau đúc mẫu bê tơng Cát (kg) Nước (lít) 772 825 825 825 158 158 158 158 Phụ gia ADVA 181 (lít) 2,8 2,8 2,8 2,8 Đá dăm (kg) Xỉ thép (kg) 1142 - 1315 1315 1315 bảo dưỡng điều kiện môi trường tiêu chuẩn để kiểm tra cường độ nén tuổi 28 ngày KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 62 (9/2018) theo TCVN 3118:2012, mác chống thấm tuổi 28 90 ngày theo TCVN 3116:2007 Kết thí nghiệm số tiêu kỹ thuật bê tông thể Bảng Bảng Kết thí nghiệm số tiêu kỹ thuật bê tông Cấp phối CP1 CP2 CP3 CP4 Độ sụt (cm) Khơng Có PGSD PGSD 8,6 13,5 7,3 10,5 5,9 8,7 5,5 8,2 Cường độ nén R28 (MPa) Từ kết thí nghiệm độ sụt, cường độ nén, mác chống thấm bảng cho thấy: + Về độ sụt: Các hỗn hợp bê tơng thiết kế chưa có PGSD có hỗn hợp bê tơng sử dụng đá dăm thỏa mãn yêu cầu thiết kế Khi hỗn hợp bê tơng có pha PGSD với hàm lượng hợp lý tất cấp phối bê tơng có độ sụt thỏa mãn yêu cầu thiết kế Do đó, thiết kế thành phần bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép phụ gia khoáng siêu mịn, thiết phải sử dụng PGSD giảm nước bậc cao + Về cường độ nén: So với bê tông sử dụng cốt liệu đá dăm bê tơng sử dụng cốt liệu thô xỉ thép cho cường độ nén cao (Rn28 = 43,5MPa; Rn28 = 48,8MPa; Rn28 = 49,6MPa, cao mác bê tông đối chứng tương ứng 18,2%; 32,6% 34,8% sử dụng phụ gia khoáng tro bay, tro trấu Silica fume) Điều giải thích sau: xỉ thép có tính chất học tốt đá tự nhiên, xỉ thép có thành phần cấu trúc tinh thể đặc biệt mà thành phần chủ yếu khoáng chất tương tự thành phần xi măng; xỉ thép nặng hơn, ma sát tốt hơn, độ bền cao đá tự nhiên, bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép cho cường độ cao + Tất mẫu bê tông đạt mác chống thấm u cầu bê tơng dùng cho cơng trình Thủy lợi Trong thiết kế, để tăng mác chống thấm cho bê tông thiết kế, cần thiết phải điều chỉnh lượng phụ gia siêu dẻo cách hợp lý nhất, nhằm giảm lượng nước trộn bê tông, tăng độ đặc bê tông làm tăng mác chống thấm cho bê tông Đặc biệt sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn tro trấu Silica fume thay tro bay mác chống thấm tăng KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR 36,8 43,5 48,8 49,6 Mác chống thấm (at) 90 ngày 28 ngày W8 W8 W10 W10 W10 W10 W12 W12 lên cấp hai ngày tuổi 28 90 ngày KẾT LUẬN Từ kết thí nghiệm cường độ nén, mác chống thấm cho thấy bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép cho cường độ nén cao so với bê tông sử dụng cốt liệu đá dăm tự nhiên Sử dụng xỉ thép làm cốt liệu sản xuất bê tông mang lại nhiều hiệu mặt kinh tế môi trường Đặc biệt bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép có cường độ nén cao, bê tơng có khả chống mài mòn, hiệu với cơng trình Thủy lợi Pha phụ gia siêu dẻo hệ (phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao) để giảm tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt bê tông thiết kế Việc sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao vô cần thiết, giúp bê tơng đạt cường độ sớm, tính cơng tác cao, dễ thi cơng Thêm vào đó, giúp giảm lượng nước trộn bê tơng, tăng độ đặc cho bê tông tăng mác chống thấm, tăng độ bền cho bê tông Hàng năm lượng xỉ quặng thải hàng triệu tấn, cần phải nghiên cứu sử dụng nguồn nguyên liệu làm cốt liệu để sản xuất bê tông tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên, biến vật liệu thải thành nguồn nguyên liệu có giá trị, tiết kiệm chi phí xử lý chất thải bảo vệ mơi trường Từ kết thí nghiệm cường độ nén mác chống thấm CP3 (PGK tro trấu) CP4 (PGK Silica fume) cho thấy thay phụ gia khống siêu mịn Silica fume tro trấu sản xuất bê tơng dùng cho cơng trình Thủy lợi hồn tồn Bên cạnh đó, chủ động nguồn phụ gia khoáng siêu mịn thực tế, đốt trấu để sản xuất tro trấu làm phụ gia khống cho bê tơng NG - S 62 (9/2018) TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo Môi trường Quốc gia (2011), Chất thải rắn Bộ Tài nguyên Môi trường Công ty TNHH Vật Liệu Xanh (2012), Dự án đầu tư nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng từ xỉ lò điện hồ quang Khu cơng nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu Lê Ngọc Lan (2017), Thực trạng phế thải xây dựng định hướng tái sử dụng phế thải xây dựng Việt Nam, Tạp chí xây dựng, Khoa Quản lý Xây dựng, Học viện AMC Nguyễn Quang Phú, (2015), “Thiết kế cấp phối bê tơng tính cao sử dụng Silica Fume phụ gia siêu dẻo”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Mơi trường, Vol 3, No 50, 44-48, 9/2015 Nguyễn Quang Phú, (2018), “Sử dụng phụ gia siêu dẻo hệ cốt liệu tái chế để thiết kế bê tông ứng dụng cơng trình Thủy lợi”, Tạp chí Khoa học Lạc Hồng, Vol 2, 6/2018 Dam Van Tom công (2012), Sustainable concrete pavements: A manual of practice, final report, National Concrete Pavement Technology Center, Iova State University European Commission Report (1999), Construction and demolition waste management practices and their economic impacts JBIC (2003), Environment improvement and Polution Prevention by Effective Recycling of Industrial and Domestic Waste in Vietnam, Draft Final Report Patrick J Dolan công (1999), Concepts for Reuse and Recycling of Construction and Demolition Waste, USACERL Technical Report 99/58, US Army Corps of Engineers Construction Engineering Research Laboratories Trịnh Hồng Tùng (2010), Sử dụng phế thải phế liệu để sản xuất Vật liệu Xây dựng, Bài giảng dành cho Cao học ngành Vật liệu Xây dựng, Trường Đại học Xây Dựng, Hà Nội TCVN 2682:2009, Xi măng Pooc lăng - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 3105:1993, Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử TCVN 3116:2007, Bê tông nặng - Phương phác xác định độ chống thấm nước TCVN 3118:2012, Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén TCVN 4506:2012, Nước cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 7570:2006, Cốt liệu dùng cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật TCVN 8827:2011, Phụ gia khống hoạt tính cao dùng cho bê tông vữa - silicafume tro trấu nghiền mịn Abstract: USING OF STEEL SLAG AND NEW SUPER-PLASTICIZER TO DESIGN CONCRETE FOR HYDRAULIC WORKS Using the super-plasticizer Grace ADVA181 and steel slag to design the concrete of 43,5MPa; 48,8MPa; 49,6MPa compressive strength at 28 days when using of mineral additives are fly ash, rice husk ash, silica fume and waterproof grades reach W10 to W12 (at), especially, the highly durable concrete is suitable for Hydraulic works Using the source of industrial by-products (granulated blast furnace slag) as aggregates for concrete production are extremely necessary and useful, to solve the problem of scarcity about of the natural aggregates for concrete production, in order to bring about economic efficiency and contribute to environmental protection Keywords: Concrete; Steel slag; Super-plasticizer; Waterproof Ngày nhận bài: 01/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 18/6/2018 KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 62 (9/2018) ... hỗn hợp bê tông mác bê tông thiết kế 2.2 Thiết kế cấp phối bê tông kết thí nghiệm Đề tài nghiên cứu với bê tơng sử dụng cho kết cấu chịu lực công trình Thủy lợi thi cơng phương pháp thủ công, chọn... dẻo hệ (phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao) để giảm tỷ lệ nước/chất kết dính (N/CKD) đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt bê tông thiết kế Việc sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước bậc cao vơ cần thiết, ... học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, Vol 3, No 50, 44-48, 9/2015 Nguyễn Quang Phú, (2018), Sử dụng phụ gia siêu dẻo hệ cốt liệu tái chế để thiết kế bê tơng ứng dụng cơng trình Thủy lợi , Tạp chí