ii - tailieuso.udn.vntailieuso.udn.vn/bitstream/TTHL_125/9644/1/BachQuocSi.TT.pdf · 1. Chế tạo thành công mẫu bê tông có cường độ nén đạt trên 150 MPa. 2. Phần

ii

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ - Mã số: B2016-DNA-30-TT Nghiên cứu sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông cường độ cao

MỤC LỤC

Trang

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp ..... i

Mục lục ........ ............................................................................................................. ii

Danh mục bảng biểu ................................................................................................ iii

Danh mục hình ảnh .................................................................................................. iv

Danh mục ký hiệu, từ và chữ viết tắt ...................................................................... v

Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Việt ...................................................... vi

Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh ..................................................... vii

MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu ................................................................. 1

2. Những đóng góp khoa học của đề tài ................................................................. 1

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 3

Chương 1: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, CÁCH TIẾP CẬN VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................... 3

1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3

2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .................................................. 3

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................................ 3

Chương 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ........................................................... 5

2.1. Những đặc trưng của bê tông bột hoạt tính ..................................................... 5

2.2. Xi măng Porland ................................................................................................ 6

2.3. Sự thủy hóa xi măng và phát triển vi cấu trúc trong quá trình thủy hóa ...... 6

2.4. Muội silic ............................................................................................................ 7

Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ ............................................ 8

3.1. Vật liệu ................................................................................................................ 8

3.2. Lựa chọn cầp phối nghiên cứu ......................................................................... 8

3.3. Phương pháp thử ................................................................................................ 8

ii


Chương 4: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CHO QUÁ TRÌNH THỦY HÓA XI

MĂNG ....................................................................................................................... 9

4.1. Mô hình động học cho quá trình thủy hóa mỗi thành phần khoáng

trong xi măng ............................................................................................................. 9

4.2. Mô hình động học cho quá trình thủy hóa của hỗn hợp xi măng

và muội silic ............................................................................................................. 10

4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa .............................................. 11

4.4. Mô hình sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt của quá trình

thủy hóa .................................................................................................................... 11

4.5. Mô hình phát triển thể tích các pha trong hồ kết dính trong suốt

quá trình thủy hóa.................................................................................................... 12

4.6. Các tham số động học của quá trình thủy hóa hỗn hợp chất kết dính ........ 12

Chương 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 15

5.1. Tốc độ thủy hóa và bậc thủy hóa ................................................................... 15

5.2. Sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt thủy hóa ................................ 15

5.3. Sự phát triển vi cấu trúc trong bê tông trong quá trình thủy hóa ................ 16

5.4. Lỗ rỗng tổng cộng và độ rỗng tổng cộng của hồ kết dính ........................... 16

5.5. Lỗ rỗng thủy hóa và co ngót hóa học ............................................................ 18

5.6. Cường độ nén của bê tông .............................................................................. 21

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 24

6.1. Kết luận ............................................................................................................. 24

6.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 25

iii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1. Điển hình thành phần của bê tông bột hoạt tính ................................... 5

Bảng 3.1. Các đặc trưng của các cấp phối .............................................................. 8

Bảng 5.1. Kết quả thử cường độ nén trên các mẫu bê tông ................................ 15

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 4.1. Sơ đồ mô tả các giai đoạn của quá trình thủy hóa một thành phần pha

khoáng xi măng ......................................................................................................... 9

Hình 4.2. Sơ đồ mô tả thể tích các thành phần trong một đơn vị thể tích ......... 14

Hình 5.1. Sự phát triển bậc thủy hóa (Trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2)15

Hình 5.2. Sự phát triển tốc độ trình thủy hóa (Trường hợp B4:E/C=0.11;

FS/C=0.2) ................................................................................................................. 16

Hình 5.3. Bậc thủy hóa và tốc độ thủy hóa: so sánh giữa mô hình và thực nghiệm

(trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2) ................................................................ 17

Hình 5.4. Sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt thủy hóa: so sánh giữa

thực nghiệm và mô hình (trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2) ..................... 18

Hình 5.5. Ảnh hưởng hàm lượng muội silic đến sự phát triển nhiệt thủy hóa . 19

Hình 5.6. Ảnh hưởng hàm lượng muội silic đến tốc độ phát triển nhiệt ........... 19

Hình 5.7. Sự phát triển các thành phần pha trong hồ kết dính theo hàm bậc thủy

hóa của xi măng (trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2). ................................. 20

Hình 5.8. Sự phát triển độ rỗng tổng cộng theo thời gian của các mẫu bê tông21

Hình 5.9. Sự phát triển cường độ nén bê tông theo theo hàm SF/C .................. 22

Hình 5.10. Quan hệ ứng suất và thời gian khi thử các mẫu bê tông (trường hợp

B4) ............................................................................................................................ 23

v


MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt bằng tiếng Việt

BT : Bê tông

BTCT : Bê tông cốt thép

BTCLC : Bê tông chất lượng cao

BTCS : Bê tông cốt sợi

BTHM : Bê tông hạt mịn

BTXM : Bê tông xi măng

C : Xi măng

FS : Muội silic

SB : Cát mịn

QB : Bột đá

SP : Phụ gia dẻo

E : Nước

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

Chữ viết tắt bằng tiếng Anh

ASTM : American society of testing materials

AASHTO : American Association of State Highway and

Transportation Officials

ACI : American concrete institute

CH : Hyđrôxít canxi

C-S-H : Hyđrô silicát canxi

vi

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ - Mã số: B2016-DNA-30-TT

Nghiên cứu sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông cường độ cao

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông

cường độ cao

- Mã số: B2016-DNA-30-TT

- Chủ nhiệm đề tài: TS. Bạch Quốc Sĩ.

- Tổ chức chủ trì: Đại học Đà Nẵng.

- Thời gian thực hiện: từ 12/2016 đến 10 /2018.

2. Mục tiêu:

Nghiên cứu khả năng sử dụng muội silic trong việc chế tạo bê tông

cường độ cao.

3. Tính mới và sáng tạo:

- Nghiên cứu được triển khai trên bê tông chất lượng siêu cao.

- Đánh giá một cách định lượng sự phát triển vi cấu trúc trong bê tông.

4. Kết quả nghiên cứu:

- Đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng muội silic trong việc thay thế

một phần xi măng đến các tính chất của bê tông chất lượng siêu cao bao

gồm cường độ nén, nhiệt phát triển và co ngót.

- Phân tích sự phát triển vi cấu trúc trong hồ kết dính theo thời gian và

ảnh hưởng của chúng đến các tính chất bê tông.

5. Sản phẩm:

5.1. Sản phẩm khoa học:

Các bài báo công bố:

1. Bạch Quốc Sĩ (2017), "Chemical Shrinkage Characteristics of Binder

Pastes in Ultra High Performance Concrete Made from Different Types of

Cement", CIGOS-2017 (Congrès International de Géotechnique - Ouvrages

– Structures, 2017) on "New Challenges in Civil Engineering", pp. 354 -

366, ISBN: 978-981-10-6712-9, Springer.

2. Bạch Quốc Sĩ (2018), "Investigation of blended cement hydration in

vi

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ - Mã số: B2016-DNA-30-TT

Nghiên cứu sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông cường độ cao

the Reactive Powder Concrete with increasing levels of silica fume

addition", MMMS-2018 (International Conference on Material, Machines

and Methods for Sustainable Development) on "Research development in

industrial material, machining and methods towards sustainability", pp. 642

- 650, ISBN: 978-604-95-0502-7, Nhà xuất bản Bách Khoa, Hà Nội.

3. Bạch Quốc Sĩ (2018), "Quantitative study of hydration of C3S and

C2S in the Reactive Powder Concrete together with its strength

development", MMMS-2018 (International Conference on Material,

Machines and Methods for Sustainable Development) on "Research

development in industrial material, machining and methods towards

sustainability", pp. 651 - 660, ISBN: 978-604-95-0502-7, Nhà xuất bản

Bách Khoa, Hà Nội.

4. Bạch Quốc Sĩ (2018), "Ảnh hưởng hàm lượng muội silic đến cường

độ nén của bê tông chất lượng siêu cao", Tạp chí Xây dựng Việt Nam - Bộ

Xây dựng, Số: 11-2017; pp 116-121, ISBN: 0866-8762.

5.2. Sản phẩm đào tạo:

Hỗ trợ đào tạo thạc sĩ:

Nguyễn Văn Lợi (2018), Nghiên cứu đánh giá độ bền của bê tông cường

độ cao sử dụng muội silic trong các kết cấu nhịp cầu, Luận văn thạc sĩ Công

nghệ vật liệu xây dựng, Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội.

5.3. Sản phẩm ứng dụng

1. Chế tạo thành công mẫu bê tông có cường độ nén đạt trên 150 MPa.

2. Phần mềm thủy hóa chất kết dính (bao gồm xi măng và muội silic).

3. Kết quả đo đạc thực nghiệm các tính chất bê tông về cường độ nén,

nhiệt thủy hóa và co ngót hóa học.

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang

lại của kết quả nghiên cứu:

Đề tài được sử dụng làm tài liệu tham khảo hữu ích cho các sinh viên và

giảng viên ở các trường Đại học chuyên ngành xây dựng; đang học chuyên

vii


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:

- Project title: Study of High Strength Concrete using silica fume

- Code number: B2016-DNA-30-TT

- Coordinator: Dr. Bạch Quốc Sĩ

- Implementing institution: The University of Danang

- Duration: from 12/2016 to 10/2018

2. Objective:

The research work focuses on the production of Ultra High Performance

Concrete (UHPC) with the using silica fume.

3. Creativeness and innovativeness:

1. The research was carried out on Ultra High Performance Concrete.

2. Evaluate quantitatively the microstructure development in concrete.

4. Research results:

- Evaluate the effect of silica fume content in the substitution of cement

to the properties of UHPC including compressive strength, cumulative heat

development, and chemical shrinkage.

- Analyze the microstructure development in the binder paste by time

and their effects on concrete properties.

5. Products:

5.1. Scientific publications

There are 04 published papers:

1. Bach Quoc Si (2017), "Chemical Shrinkage Characteristics of Binder

Pastes in Ultra High Performance Concrete Made from Different Types of

Cement", CIGOS-2017 (Congrès International de Géotechnique - Ouvrages

– Structures, 2017) on "New Challenges in Civil Engineering", pp. 354 -

366, ISBN: 978-981-10-6712-9, Springer.

2. Bach Quoc Si (2018), "Investigation of blended cement hydration in

the Reactive Powder Concrete with increasing levels of silica fume

addition", MMMS-2018 (International Conference on Material, Machines

and Methods for Sustainable Development) on "Research development in

vii


industrial material, machining and methods towards sustainability", pp. 642

- 650, ISBN: 978-604-95-0502-7, Bach Khoa Publishing House, Hanoi.

3. Bach Quoc Si (2018), "Quantitative study of hydration of C3S and

C2S in the Reactive Powder Concrete together with its strength

development", MMMS-2018 (International Conference on Material,

Machines and Methods for Sustainable Development) on "Research

development in industrial material, machining and methods towards

sustainability", pp. 651 - 660, ISBN: 978-604-95-0502-7, Bach Khoa

Publishing House, Hanoi.

4. Bạch Quốc Sĩ (2018), " Influence of mineral composition in cement

on shrinkage chemical of ultra high performance concrete", Vietnam

journal of constuction, pp. 116 - 121, ISBN: 0866-8762.

5.2. Training products

There is 01 support a master's degree candidate:

Nguyen Van Loi (2018), Studying on the evaluation of durability in high

strength concrete using silica in the bridge structure, Masters thesis on

construction material technology, Hanoi Transportation University.

5.3. Application products

1. Fabricated successfully concrete sample with a compressive strength

over 150 MPa.

2. Created a software of the hydration for binder paste (including cement

and silica fume).

3. Experimental results of concrete properties including compressive

strength, cumulative heat development during the reaction process of

blended cement and chemical shrinkage.

6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and

benefits of research results:

This project is a useful reference for students and lecturers at the

Universities of civil engineering; the construction consulting companies.

1


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Muội silic hay khói silic (tiếng Anh: silica fume), là một dạng cấu

trúc vô định hình (không phải tinh thể) của silic điôxít (ôxit silic, hay

silica). Muội silic là sản phẩm phụ của công nghiệp sản suất chế phẩm chứa

silic, thoát ra dưới dạng khói bay cực mịn. Muội silic có kích thước rất nhỏ

bé, khoảng từ 0,1 μm đến vài μm, đường kính hạt trung bình 1,5 μm.

Muội silic được dùng chủ yếu làm nguyên liệu tạo thêm tính chất

pozzolan cho bê tông cường độ cao chế tạo từ xi măng Portland. Tính chất

pozzolan chính là phản ứng của ôxit silic tác dụng với thành phần vôi tự do

(canxi hydroxit), xuất hiện sau khi phản ứng thủy hóa trong bê tông xảy ra,

để tạo ra chính thành phần đá bê tông là canxi silicat hydrat (CSH), ngăn

cản phản ứng cacbonat hóa vôi tự do tạo nên độ rỗng trong bê tông do hòa

tan muối này.

Nghiên cứu vật liệu mới, trong đó có bê tông chất lượng cao là hướng

phát triển nhằm hạ giá thành, tăng tính mỹ quan mà kết cấu vẫn đủ khả

năng khai thác. Do vậy, nghiên cứu khả năng sử dụng muội Silic trong sản

xuất bê tông cường độ cao là vấn đề có tính cấp thiết.

2. Những đóng góp khoa học của đề tài

Đề tài là công trình nghiên cứu có hệ thống, cụ thể là:

1. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, đề tài đã khái quát về đặc điểm về

phụ gia hoạt tính nói chung và muội silic nói riêng. Bên cạnh đó, những vấn

đề cơ bản về thủy hóa xi măng cùng có sự tham gia của muội silic cũng

được trình bày.

2. Đề tài đã xây dựng được một chương trình mô phỏng sự thủy hóa chất

kết dính bao gồm xi măng và muội silic. Qua đó, chương trình đã tính toán

được sự hình thành các pha trong quá trình thủy hóa và nhiệt thủy hóa.

3. Đề tài đã phân tích, luận giải những vấn đề liên quan giữa vi cấu trúc

và các tính chất của bê tông (cường độ nén, co ngót hóa học và nhiệt thủy

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ti%E1%BA%BFng_Anh

https://vi.wikipedia.org/wiki/V%C3%B4_%C4%91%E1%BB%8Bnh_h%C3%ACnh

https://vi.wikipedia.org/wiki/Silic_%C4%91i%C3%B4x%C3%ADt

https://vi.wikipedia.org/wiki/Silic

https://vi.wikipedia.org/wiki/%CE%9Cm

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=B%C3%AA_t%C3%B4ng_c%C6%B0%E1%BB%9Dng_%C4%91%E1%BB%99_cao&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/Xi_m%C4%83ng_Portland

2


hóa) và khả năng sử dụng muội silic trong việc sản xuất bê tông cường độ

cao.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài đã xây dựng được mô hình tính toán dự báo sự thủy hóa hồ kết

dính xi măng - muội silic. Từ đó làm sáng tỏ sự hình thành và phát triển các

tính chất của bê tông như: co ngót hóa học, cường độ nén, nhiệt thủy hóa.

Nghiên cứu đề tài giúp hiểu sâu sắc và có hệ thống hơn về bê tông cường

độ cao, cũng như khả năng sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông cường

độ cao.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xây dựng thành chuyên đề giảng

dạy cho sinh viên chuyên ngành xây dựng, đồng thời là một tài liệu tham

khảo thiết thực cho giảng viên ngành xây dựng ở các trường Đại học và

những ai quan tâm tới vấn đề này. Dựa vào kết quả nghiên cứu của đề tài,

tác giả mong muốn đóng góp một phần vào việc giáo dục ý thức bảo vệ môi

trường, phát triển bền vững trong ngành xây dựng.

3


CHƯƠNG 1

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, CÁCH TIẾP CẬN VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài này là:

- Từ vật liệu trong nước, nghiên cứu chế tạo ra bê tông cường độ siêu

cao từ 150 đến 200MPa.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của muội Silic tới sự phát triển vi cấu trúc trong

cấu trúc bê tông chất lượng siêu cao.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của muội silic tới sự phát triển co ngót hóa học

của bê tông chất lượng siêu cao.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của muội silic tới sự phát triển cường độ nén

của bê tông chất lượng siêu cao.

2. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

2.1. Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu bê tông cường độ cao;

- Nghiên cứu sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông cường độ cao.

2.2. Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài được nghiên cứu gói gọn trong loại bê tông có cường độ siêu

cao (Ultra-High Performance Concrete - UHPC).

- Loại bê tông có cường độ siêu cao được chọn để nghiên cứu là bê tông

bột hoạt tính (Reactive Powder Concretes - RPC).

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

3.1. Cách tiếp cận

Đề tài tiếp cận các vấn đề nghiên cứu từ các góc độ sau:

- Tiếp cận từ lý thuyết: từ cơ sở lý luận và tổng quan về bê tông cương

độ cao, đề tài xây dựng một một chương trình thủy hóa xi măng cùng với

muội silic. Qua đó làm cơ sở phân tích các tính chất của bê tông khi có sử

dụng muội silic.

4


- Tiếp cận từ thực tiễn: khảo sát, đánh giá các tính chất bê tông trên các

mẫu bê tông được chế tạo - nghiên cứu.

3.2. Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu bao gồm: phương

pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp thực nghiệm.

5


CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

2.1. Những đặc trưng của bê tông bột hoạt tính

Đặc điểm của RPC là sử dụng những cốt liệu nhỏ và có cấu trúc đặc

chắc. Sự đặc chắc của RPC có được là nhờ có sự bổ sung một số phụ gia

hoạt tính siêu mịn như là tro bay, xỉ lò cao, muội silic... Một điển hình một

thành phần của bê tông bột hoạt tính được thể hiện ở Bảng 2-1 [RICHARD

95]. Trong Bảng 2-1 này, các thành phần và tỷ lệ pha trộn hướng đến mục

tiêu là tạo ra một UHPC. Một vài cách thức để tạo ra một UHPC có thể liệt

kê như dưới đây:

- Cải thiện tính đồng nhất qua sự loại bỏ cốt liệu lớn.

- Cải thiện độ chặt của bê tông qua sự tối ưu hóa sự pha trộn các thành

phần vật liệu trong hỗn hợp bê tông nhờ vào việc tính toán trên sự phân bố

kích thước cỡ hạt của các thành phần vật liệu.

- Cải thiện tính năng của bê tông qua việc bổ sung thêm các phụ gia hoạt

tính siêu mịn.

- Cải thiện tính năng của bê tông qua việc bổ sung thêm các phụ gia siêu

dẻo nhằm giảm hàm lượng nước trong chế tạo bê tông qua đó làm giảm đi

lỗ rỗng trong bê tông.

- Cải thiện tính dẻo cơ học của bê tông qua việc bổ sung thêm các loại sợi.

Bảng 2-1: Điển hình thành phần của bê tông bột hoạt tính.

Vật liệu Có gia cố sợi Không gia cố sợi

Xi măng (C/C) 1 1 1 1

Muội silic (FS/C) 0.25 0.23 0.25 0.23

Cát mịn (SB/C) 1.1 1.1 1.1 1.1

Bột đá (QB/C) - 0.39 - 0.39

Phụ gia dẻo (SP/C) 0.016 0.019 0.016 0.019

Sợi thép (FA/C) - - 0.175 0.175

Nước (E/C) 0.15 0.17 0.17 0.19

6


2.2. Xi măng Portland

Xi măng (từ tiếng Anh: cement) là một loại chất kết dính thủy lực, được

dùng làm vật liệu xây dựng. Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền

mịn clinker Portland, thạch cao thiên nhiên và phụ gia. Khi tiếp xúc

với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành một dạng hồ gọi

là hồ xi măng. Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ xi

măng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng

nhận được một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định gọi là đá

xi măng. Vì tính chất kết dính khi tác dụng với nước, xi măng được xếp vào

loại chất kết dính thủy lực. Các thành phần khoáng chính tạo nên một xi

măng Porland bao gồm: SC3 , SC2 , AC3 , AFC4 .

2.3. Sự thủy hóa xi măng và phát triển vi cấu trúc trong quá trình thủy

hóa

Khi trộn xi măng với nước, hỗn hợp xi măng - nước tạo nên một hồ kết

dính ở dạng tươi và lỏng. Từ dạng lỏng, hồ xi măng chuyển dần sang trạng

thái rắn và có cường độ thông qua quá trình thủy hóa các thành phần pha

khoáng trong xi măng, và người ta thường gọi là đá xi măng.

Các phương trình phản ứng hóa học trong quá trình thủy hóa xi măng

bao gồm:

C3S 5.3H C1.7SH4 1.3CH+ → +

C2S 4.3H C1.7SH4 0.3CH+ → +

C3A 3CSH2 26H C6AS3H32+ + →

C3A + 0.5C6AS3H32 + 2H 1.5C4ASH12→

C3A + CH + 12H C4AH13→

4 3 6 3 6C AF 2CH 10H C AH C FH+ + → +

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ti%E1%BA%BFng_Ph%C3%A1p

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_k%E1%BA%BFt_d%C3%ADnh_th%E1%BB%A7y_l%E1%BB%B1c

https://vi.wikipedia.org/wiki/Clinker

https://vi.wikipedia.org/wiki/N%C6%B0%E1%BB%9Bc

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ph%E1%BA%A3n_%E1%BB%A9ng_th%E1%BB%A7y_h%C3%B3a&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%E1%BB%93_xi_m%C4%83ng&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=S%E1%BA%A3n_ph%E1%BA%A9m_th%E1%BB%A7y_h%C3%B3a&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Qu%C3%A1_tr%C3%ACnh_ninh_k%E1%BA%BFt&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Qu%C3%A1_tr%C3%ACnh_h%C3%B3a_c%E1%BB%A9ng&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C6%B0%E1%BB%9Dng_%C4%91%E1%BB%99&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=K%E1%BA%BFt_d%C3%ADnh&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_k%E1%BA%BFt_d%C3%ADnh_th%E1%BB%A7y_l%E1%BB%B1c

7


2.4. Muội Silic

Muội silic hay khói silic (tiếng Anh: silica fume), là một dạng cấu

trúc vô định hình (không phải tinh thể) của silic điôxít (ôxit silic, hay

silica). Muội silic là sản phẩm phụ của công nghiệp sản suất chế phẩm chứa

silic, thoát ra dưới dạng khói bay cực mịn. Muội silic có kích thước rất nhỏ

bé, khoảng từ 0,1 μm đến vài μm, đường kính hạt trung bình 1,5 μm.

Muội silic được dùng chủ yếu làm nguyên liệu tạo thêm tính chất

pozzolan cho bê tông cường độ cao chế tạo từ xi măng Portland. Tính chất

pozzolan chính là phản ứng của ôxit silic tác dụng với thành phần vôi tự do

(canxi hydroxit), xuất hiện sau khi phản ứng thủy hóa trong bê tông xảy ra,

để tạo ra chính thành phần đá bê tông là canxi silicat hydrat (CSH), ngăn

cản phản ứng cacbonat hóa vôi tự do tạo nên độ rỗng trong bê tông do hòa

tan muối này.

Phản ứng hóa học hòa tan muội silic trong hỗn hợp chất kết dính được

mô tả qua phương trình hóa học như sau:

1,7 4S 1,7CH 2,3H C SH+ + →

Phản ứng hóa học theo phương trình G được gọi là phản ứng

pouzzolanic. Trong phản ứng pouzzolanic, lượng CH được tiêu thụ chính là

sản phẩm thủy hóa các thành phần khoáng C3S và C2S qua các phản ứng

hóa học A và B . Cũng qua phản ứng pouzzolanic chúng ta nhận thấy

rằng, sự có mặt của muội silic đã sản xuất thêm một lượng đáng kể CSH.

Và chính điều này, đã cải thiện đáng kể cường độ bê tông.

Ở khía cạnh khác, với kích thước hạt rất nhỏ của muội silic, các hạt

muội silic có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt xi măng, và qua đó đã

làm cho bê tông trở nên đặc chắc hơn. Sự đặc chắc của bê tông đã làm cho

bê tông có tính bền cao hơn và cường độ cao hơn.

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ti%E1%BA%BFng_Anh

https://vi.wikipedia.org/wiki/V%C3%B4_%C4%91%E1%BB%8Bnh_h%C3%ACnh

https://vi.wikipedia.org/wiki/Silic_%C4%91i%C3%B4x%C3%ADt

https://vi.wikipedia.org/wiki/Silic

https://vi.wikipedia.org/wiki/%CE%9Cm

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=B%C3%AA_t%C3%B4ng_c%C6%B0%E1%BB%9Dng_%C4%91%E1%BB%99_cao&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/Xi_m%C4%83ng_Portland

8


CHƯƠNG 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ

3.1. Vật liệu

Trong nghiên cứu này, vật liệu dùng để chế tạo mẫu bê tông nghiên cứu

bao gồm: xi măng, muội silic, phụ gia dẻo, cát mịn, bột đá.

3.2. Lựa chọn cầp phối nghiên cứu

Các cấp phối được lựa chọn nghiên cứu được có đặc trưng như ở Bảng 3-1.

Bảng 3-1: Các đặc trưng của các cấp phối.

Cấp phối E C SP C QB C FS C S C

B0 0,11 0,018 0,05 0,00 1,10

B1 0,11 0,018 0,05 0,05 1,10

B2 0,11 0,018 0,05 0,10 1,10

B3 0,11 0,018 0,05 0,15 1,10

B4 0,11 0,018 0,05 0,20 1,10

B5 0,11 0,018 0,05 0,25 1,10

B6 0,11 0,018 0,05 0,30 1,10

3.3. Phương pháp thử

Những phương pháp thử được tiến hành trong nghiên cứu này bao gồm:

đo nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình thủy hóa bằng nhiệt lượng kế, đo co

ngót hóa học bằng trọng lượng kế, đo cường độ nén của bê tông.

9


CHƯƠNG 4

MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CHO QUÁ TRÌNH THỦY HÓA XI MĂNG

4.1. Mô hình động học cho quá trình thủy hóa mỗi thành phần khoáng

trong xi măng

Sự thủy hóa xi măng là kết quả của một chuỗi phản ứng hóa học của các

thành phần khoáng trong xi măng khi hòa tan trong nước. Các phản ứng hóa

học diễn ra với tốc độ khác nhau theo thời gian và ngang qua nhiều giai

đoạn. Mô tả các giai đoạn này được thể hiện ở Hình 4-1.

To

ác ñ

oä t

hu

ûy h

oùa

xi m

aên

g : d(t

)/dt

, [ 1/h

]

Thôøi gian, [ hrs ]

Giai ñoaïn 1 Giai ñoaïn 2 Giai ñoaïn 3 Giai ñoaïn 4

t1 t2 t3 tt5t0

Giai ñoaïn 6

t4

Giai ñoaïn 5

Hình 4-1: Sơ đồ mô tả các giai đoạn của quá trình thủy hóa một thành

phần pha khoáng xi măng.

Như chúng ta đã biết, những phản ứng hóa học trong quá trình thủy hóa

xi măng là quá trình tỏa tỏa nhiệt. Theo H.F TAYLOR [TAYLOR 97],

nhiệt lượng tỏa ra trong các phản ứng hóa học là do sự chuyển đổi trạng thái

vật chất từ năng lượng cao thành năng lượng thấp. Do vậy, nhiệt lượng tỏa

ra trong quá trình thủy hóa hệ thống chất kết dính sẽ bẳng tổng nhiệt lượng

tỏa ra qua các phản ứng hóa học qua các phương trình A ; B ; C ;

D ; E ; F .

Với lập luận như trên, nhiệt lượng tỏa ra trong suốt quá trình thủy hóa từ

10


của các pha thứ i và toàn bộ hệ thống chất kết dính được mô tả qua các

phương trình động học. Trong các phương trình này, các tham số của quá

trình thủy hóa được đưa và nhằm mô tả đúng với bản chất của đặc trưng hệ

thông xi măng - muội silic. Kết quả mô phỏng được đem so sánh với kết

quả thực nghiệm nhằm đánh giá độ tin cậy của mô hình.

4.2. Mô hình động học cho quá trình thủy hóa của hỗn hợp xi măng và

muội silic

Nếu trong hỗn hợp chất kết dính có chứa muội silic thì bậc phản ứng của

hỗn hợp chất kết dính được tính như sau:

( ) ( ) ( )= +C FSL C Sξ t P .ξ t P .ξ t

(4-1)

Trong đó:

( )S

ξ t : bậc phản ứng của muội silic ở thời điểm t. −

( )L

ξ t : bậc phản ứng của hỗn hợp chất kết dính ở thời điểm t. −

CP : phần trăm khối lượng xi măng trong hỗn hợp chất kết

dính (xi măng và muội silic) −

FSP : phần trăm khối lượng muội silic trong hỗn hợp chất kết

dính (xi măng và muội silic) −

Trong Công thức (4-1), giá trị ( )S

ξ t được xác định như sau:

( ) ( ) ( )=SS

0Sξ t M t M t

(4-2)

Trong đó:

( )S

M t : khối lượng SiO2 (trong muội silic) đã hòa tan theo

phương trình [G] ở thời điểm t. kg

( )S

0M t : Quantité initiale totale du SiO2 de la FS. kg

Và cuối cùng, tốc độ thủy hóa xi măng và của hỗn hợp xi măng - muội

11


silic được xác định qua các Công thức (4-3) và Công thức (4-4) như sau:

( ) ( ) ( )( )masse

0 iC i/C ii

d t dt r t .A t =

(4-3)

( ) ( ) ( )C FSL C Sd t dt P . d t dt P . d t dt = +

(4-4)

4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa là những tác động đến

trạng thái của quá trình thủy hóa động học. Những tác động này được thể

hiện qua các hệ số bao gồm: Eik ;

SPik ;

Tik ;

BLik ;

FSik

SP

ik : hệ số ảnh hưởng của phụ gia dẻo đến ( )it , không thứ nguyên.

T

ik : hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ đến ( )it , không thứ nguyên.

BL

ik : hệ số ảnh hưởng của độ mịn xi măng đến ( )it , không thứ nguyên.

SF

ik : hệ số ảnh hưởng của muội silic đến ( )it , không thứ nguyên.

W

ik : hệ số ảnh hưởng của hàm lượng nước đến ( )it , không thứ

nguyên.

4.4. Mô hình sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt của quá

trình thủy hóa

Nhiệt lượng tỏa ra trong suốt quá trình thủy hóa từ của các pha thứ i và

toàn bộ hệ thống chất kết dính được mô tả qua các phương trình sau:

( ) ( )= comii i

Q t ξ t . Q (4-5)

( ) ( )= comSS S

Q t ξ t . Q (4-6)

( ) ( ) ( )=masse

0C ii/Ci

Q t r t .Q t (4-7)

12


( ) ( ) ( )=masse

0C ii/Ci

dQ t dt r t .dQ t dt (4-8)

( ) ( ) ( )= +L C S

Q t Q t Q t (4-9)

( )( )

( )( )

( ) = +

masse massecom com SL i

C 0 i FS 0 Si/C S/FSi

dξ tdQ t dξ tP . r t .Q . P . r t .Q .

dt dt dt

(4-10)

Trong đó:

( )C

Q t : lượng nhiệt phát ra do thủy hóa của riêng xi

măng ở thời điểm t. J gr

( )C

dQ t dt : tốc độ phát triển nhiệt trong quá trình thủy hóa

của riêng xi măng ở thời điểm t.

J gr.hrs

( )L

Q t : lượng nhiệt phát ra do thủy hóa của hỗn hợp xi măng

- muội silic ở thời điểm t. J gr

( )S

Q t : lượng nhiệt phát ra do sự hòa tan của riêng muội

silic (qua các phản ứng puzzolanic) ở thời điểm t. J gr

( )

LdQ t

dt : tốc độ phát triển nhiệt trong quá trình thủy hóa của

hỗn hợp xi măng - muội silic ở thời điểm t.

J gr.hrs

4.5. Mô hình phát triển thể tích các pha trong hồ kết dính trong suốt

quá trình thủy hóa

Bên cạnh mô phỏng về nhiệt thủy hóa và tốc độ thủy hóa, mô hình phát

triển thể tích các pha trong hồ kết dính trong suốt quá trình thủy hóa cũng

được xây dựng. Các pha trong hỗn hợp bê tông bao gồm: thể tích của pha

đặc, thể tích của các lỗ rỗng, thể tích của các pha dạng nước. Các pha này

được thể hiện ở Hình 4-2.

4.6. Các tham số động học của quá trình thủy hóa hỗn hợp chất kết

dính

Trong nghiên cứu này, các tham số động học của quá trình thủy hóa xi

13


măng được đưa vào chương trình tính như sau:

- Ở giai đoạn 1 ( ) 0 1t t t , có các tham số: 1t , ( )1dξ t dt .

- Ở giai đoạn 2 ( ) 1 2t t t , có các tham số: 2t , ( )2dξ t dt

- Ở giai đoạn 3 ( ) 2 3t t t , có tham số: 3t .

- Ở giai đoạn 4 ( ) 3 4t t t , có các tham số: ordreiK ,

vitesseiK .

- Ở giai đoạn 5 ( ) 4 5t t t , có tham số: ( )5ξ t .

- Ở giai đoạn 6 ( )5t t , có tham số :DifiK .

Trong đó:

0t : thời điểm ban đầu của quá trình thủy hóa. hrs

1t : thời điểm cuối của giai đoạn 1. hrs





( )1ξ t : bậc hydrat của pha i ở tại thời điểm 1t . −

( )2ξ t : bậc hydrat của pha i ở tại thời điểm. 2t . −




( )1 1dξ t dt : tốc độ phản ứng hydrat của pha i ở thời điểm 1t . 1/ hrs

14






Giai đoạn 1 : giai đoạn ban đầu. −

Giai đoạn 2 : giai đoạn trước giai đoạn ngủ. −

Giai đoạn 3 : giai đoạn ngủ. −

Giai đoạn 4 : giai đoạn tiến triển −

Giai đoạn 5 : giai đoạn giảm tốc −

Giai đoạn 6 : giai đoạn chậm −

Veau_éva

Vea

u_

rest

é

Vpore_éva

Quartz

Eau

Fumee de silice

Air occlus

Superplatifiant

Vp

âte_

lian

t

.

Vb

éto

n

Vlian

t_en

_se

c Ciment

Sable

VP

âte_

cim

ent

Pâte

Air occlus

Vsa

ble

Vquar

tz

Vsu

per

Vag

réga

t

Vco

mp

act_

A

Vai

r

Quartz

Superplatifiant

Sable

Vp

ore

ux_

A

VZ

T

Vp

âte

Vb

éto

n L'eau évaporé

CH

CSH

C3A C2S

S

C3S

Vin

erte

_lian

t

Vlian

t_h

y

Vea

u_

gel

Veau_cap

Vp

ore

_ge

l

Vp

ore

_p

âte

Vlian

t_an

hy

C4AŠH12

C6AŠ3H32

C4AŠH12

Pore d'hydratation

ŠC4AF

inerte

C4AH13

C3AH6C3FH6

Vp

ore

_h

y

Vea

u_

liée

Phase ' i ' Phase ' j '

Vp

ro_

hy_

in

Vp

ro_

hyV

pro

_h

y_in

Vp

ore

_Z

T

L'eau dans gel

Pore de gel

Vp

âte

L'eau capillaire

Vp

ore

_ca

p

Vlian

t_ré

Vlian

t_n

on

ré

V(t

0) l

ian

t

Vci

m_

hy

Vin

erte

_lian

t

V(t

0) c

im

Vci

m_

anh

y

Vfu_hy

Vfu_anhy

Vinertr_fu

V(t

0) f

u

Veau_liée-C2S

Veau_liée-C3A

Veau_liée-C4AF

Veau_liée-C3S

Vco

mp

act_

pât

e

Vso

lide_

pât

e

Pore ZT

Pore d'évapore

Hình 4-2: Sơ đồ mô tả thể tích các thành phần trong một đơn vị thể tích.

15


CHƯƠNG 5

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

5.1. Tốc độ thủy hóa và bậc thủy hóa

Trong nghiên cứu này, những kết quả mô hình hóa tốc độ thủy hóa và

bậc thủy hóa theo được thể hiện trên các từ Hình 5-1 đến Hình 5-2 cho

mẫu bê tông điển hình B4 (E/C = 0.11; FS/C = 0.2). Kết quả thực nghiệm

đo bậc thủy hóa và tốc độ thủy hóa được so sánh với kết quả thực nghiệm

và được thể hiện ở Hình 5-3. Hình 5-3 cho thấy mô mình được thiết lập

cho kết quả rất sát với kết quả thực nghiệm, điều này cho phép một sự tin

cậy vào mô hình thủy hóa xi măng đã xây dựng.

0,0

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,3

0,4

0,4

0,5

0,5

0 24 48 72 96 120 144 168

Thời gian: t, [hrs]

Bậc t

hủ

y h

óa :

ξ(t

) , [

- ]

C3S

C2S

C3A

C4AF

Ciment

Hình 5-1: Sự phát triển bậc thủy hóa (Trường hợp B4: E/C=0.11 ;

FS/C=0.2)

5.2. Sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt thủy hóa

Các kết quả mô hình dự kiến và thực nghiệm này được so sánh với nhau

trên cùng một hệ trục tọa độ, kết quả điển hình cho mẫu B4 được thể hiện

trên Hình 5-4. Từ Hình 5-4, chúng ta nhận thấy rằng những kết quả từ

thực nghiệm và mô hình rất tương đồng với nhau, điều này cho thấy một sự

16


đáng tin cậy từ mô hình thủy hóa chất kết dính.

Mặt khác, các kết quả đo nhiệt thủy hóa trên các mẫu bê tông được thể

hiện ở Bảng 5-1. Đối với các kết quả đo tốc độ nhiệt thủy hóa trên được

thể hiện ở Hình 5-5. Từ Hình 5-5 chúng ta nhận thấy rằng sự gia tăng hàm

lượng muội silic dẫn đến sự gia tăng nhiệt thủy hóa ở thời hạn sau 3 ngày,

nhưng điều này ngược lại ở kỳ hạn trước 3 ngày. Ở Hình 5-6 chúng ta nhận

thấy rằng, sự gia tăng hàm lượng muội silic dẫn đến sự gia tăng tốc độ phát

triển nhiệt thủy hóa gia ở thời kỳ ban đầu (sớm hơn 7 giờ) và thời kỳ sau 48

giờ. Nhưng điều này ngược lại trong quãng thời gian từ 7 giờ đến 48 giờ.

5.3. Sự phát triển vi cấu trúc trong bê tông trong quá trình thủy hóa

Mô hình dự kiến sự phát triển các pha (vi cấu trúc) trong bê tông trong

quá trình thủy hóa được thể hiện điển hình cho mẫu bê tông B4 ở Hình 5-7.

5.4. Lỗ rỗng tổng cộng và độ rỗng tổng cộng của hồ kết dính

Kết quả tính toán độ rỗng tổng cộng được thể hiện ở Hình 5-8. Ở Hình

5-8, chúng ta có thể nhận thấy rằng độ rỗng tổng cộng luôn giảm theo thời

gian và giảm nhanh ở thời đoạn đầu tiên cho tất cả các mẫu bê tông.

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,010

0 24 48 72 96 120 144 168


Tố

c đ

ộ t

hủ

y h

óa:

: d

ξ(t)

/dt

, [1

/hrs

]

C3S

C2S

C3A

C4AF

Ciment

Hình 5-2: Sự phát triển tốc độ trình thủy hóa (Trường hợp B4:E/C=0.11

; FS/C=0.2)

17


0,00

0,02

0,03

0,05

0,06

0,08

0,09

0,11

0,12

0,14

0,15

0 24 48 72 96 120 144 168Thời gian: t, [hrs]

Bậc t

hủ

y h

óa:

ξ(t)

, [

- ]

0,000

0,003

0,006

0,009

0,012

0,015

0,018

0,021

0,024

0,027

0,030

Tố

c đ

ộ t

hủ

y h

óa :

dξ(

t)/d

t , [1

/hrs

]

ξ(t) - Exp ξ(t) - Modèle

dξ(t)/dt - Exp dξ(t)/dt - Modèle

Hình 5-3: Bậc thủy hóa và tốc độ thủy hóa: so sánh giữa mô hình và thực

nghiệm (trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2)

Bảng 5-1: Kết quả thử cường độ nén trên các mẫu bê tông.

E

C

FS

C

cR , MPa

2 ng 3 ng 7 ng 14 ng 28 ng 90 ng

B0 0.11 0.00 90,119 103,446 114,654 123,200 133,848 135,908

B1 0.11 0.05 102,484 112,540 120,834 126,701 138,659 139,929

B2 0.11 0.10 103,893 114,879 124,046 131,017 142,778 144,573

B3 0.11 0.15 104,094 116,714 124,580 133,161 149,804 152,165

B4 0.11 0.20 104,528 113,041 127,072 134,838 152,063 155,233

B5 0.11 0.25 102,507 111,347 125,703 131,017 143,750 153,220

B6 0.11 0.30 102,572 111,564 121,118 127,355 140,931 151,741

18


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 24 48 72 96 120 144 168


Nh

iệt

ph

át

triể

n:

Q(t

) , [J

/ g

ram

ch

ất

kết

dín

h_g

iây ]

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Tố

c đ

ộ n

hiệ

t p

hát

triể

n:

dQ

(t)/

dt,

[J/(

gra

m c

hất

kết

dín

h_g

iây).

(giờ

)]

Q(t) - Thực nghiệm Q(t) - Mô hình

dQ(t)/dt - Thực nghiệm dQ(t)/dt - Mô hình

Hình 5-4: Sự phát triển nhiệt và tốc độ phát triển nhiệt thủy hóa: so sánh

giữa thực nghiệm và mô hình (trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2).

Sự giảm độ rỗng tổng theo thời gian ở các mẫu bê tông có thể được giải

thích như sau: theo thời gian bậc phản ứng của chất kết dính luôn gia tăng,

bậc phản ứng của chất kết dính luôn gia tăng là do sự thủy hóa xi măng và

muội silic theo thời gian, sự thủy hóa chất kết dính làm tiêu hao lượng nước

trộn vào trong quá trình chế tạo bê tông và hình thành các sản phẩm thủy

hóa. Trong quá trình này, sự hình thành các pha đặc đã làm giảm lỗ rỗng

trong vật liệu kết dính và do đó dẫn đến làm giảm độ rỗng tổng theo thời

gian.

5.5. Lỗ rỗng thủy hóa và co ngót hóa học

Lỗ rỗng thủy hóa được tạo ra trong quá trình thủy hóa chất kết dính là do

sự giảm thể tích tuyệt đối của hồ kết dính khi tổng thể tích các sản phẩm

thủy hóa được hình thành có giá trị nhỏ hơn tổng thể tích các thành phần

chất kết dính (khoáng xi măng và muội silic) tham gia thủy hóa và lượng

nước tiêu thụ trong quá trình thủy hóa.

19


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168


Nh

iệt

thủ

y h

óa c

hất

kết

dín

h:

Q(t

), [

J/ g

r ch

ất

kết

dín

h]

B0

B1

B2

B3

B4

B5

B6

13% FS

4,8% FS9,1% FS

16,7% FS

23,1% FS20% FS

0% FS

Hình 5-5: Ảnh hưởng hàm lượng muội silic đến sự phát triển nhiệt thủy hóa.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 24 48 72 96Thời gian: t, [hrs]

Tố

c đ

ộ n

hiệ

t th

ủy h

óa,

[J/ g

r_ch

ất

kết

dín

h. h

rs]

B1

B0

B2

B5

B4

B3

B6

Hình 5-6: Ảnh hưởng hàm lượng muội silic đến tốc độ phát triển nhiệt.

20


0,239157138

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Bậc thủy hóa xi măng : ξciment, [-]

Tỷ lệ t

hể t

ích

các t

hàn

h p

hần

ph

a t

ron

g h

ồ k

ết

dín

h, [-

]

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Pore hydrat

Eau_cap

Eau_ gel

C4AH13

CṨH2

C4AṦH12

C6AṦ3H32

C3A

S

CH

CSH

C3FH6

C4AF

C3AH6

C2S

C3S

Inerte_S

Inerte_C

ξultime

Hình 5-7: Sự phát triển các thành phần pha trong hồ kết dính theo hàm bậc

thủy hóa của xi măng (trường hợp B4: E/C=0.11 ; FS/C=0.2).

21


15

19

23

27

31

35

0 7 14 21 28

Thời gian: t , [ngày]

Độ

rỗ

ng

tổ

ng

cộ

ng

củ

a h

ồ k

ết

dín

h :

[ %

]

B0

B1

B2

B3

B4

B5

B6

Hình 5-8: Sự phát triển độ rỗng tổng cộng theo thời gian

của các mẫu bê tông.

5.6. Cường độ nén của bê tông

Tất cả các kết quả thí nghiệm ường độ nén các mẫu bê tông được thể

hiện ở Hình 5-9 và ở Hình 5-10 thể hiện kết quả nén điển hình cho bê tông

có nhãn B4.

Ở Hình 5-9 chúng ta có thể nhận thấy rằng, ở giai đoạn ban đầu cường

độ nén của của bê tông phát triển rất nhanh, sau kỳ hạn 7 ngày cường độ

nén của của bê tông phát triển chậm hơn và sau kỳ hạn 14 ngày cường độ

nén của của bê tông phát triển rất chậm. Sự phát triển rất nhanh cường độ

nén của của bê tông ở giai đoạn ban đầu là do sự tăng nhanh tốc độ thủy

hóa xi măng trong thời kỳ này và do đó sự hình thành rất nhanh các pha đặc

của sản phẩm thủy hóa, chính điều này đã làm gia tăng nhanh cường độ nén

của bê tông. Mặt khác, chúng ta cũng nhận thấy rằng khi bậc thủy hóa xi

măng gia tăng, thể tích lỗ rỗng tổng cộng trong bê tông cũng giảm mạnh, và

điều này làm cho bê tông trở nên đặc chắc hơn, cũng như cường độ của bê

22


tông phát triển cao hơn.

Cũng ở Hình 2-10, chúng ta có thể nhận thấy rằng, sự bổ sung muội

silic vào các mẫu bê tông làm cho cường độ nén của nó tăng lên rõ rệt so

với mẫu không có muội silic. Bên cạnh đó, chúng ta nhận thấy cường độ

nén của mẫu bê tông đạt giá trị lớn nhất khi hàm lượng muội silic ở mức

FS/C=0.2 (tương đương khoảng16.7% lượng xi măng được thay thế bởi

muội silic). Mạt khác, có thể thấy rằng hàm lượng muội silic được sử dụng

ở mức hợp lý trong khoảng từ FS/C=0.1 đến FS/C=0.2 (tương đương

khoảng từ 9% đến 17% lượng xi măng được thay thế bởi muội silic) khi

cường độ nén bê tông được tăng đáng kể. Trong trường hợp khác, với mức

sử dụng muội silic gia tăng, cường độ nén bê tông gia tăng không đáng kể.

Giá trị cường độ nén của bê tông ở thời hạn 7 ngày đạt 85% giá trị cường

độ nén ở thời hạn 90 ngày.

80

90

100

110

120

130

140

150

160

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Tỷ lệ muội Silic - Xi măng: SF/C, [ - ]

Cư

ờn

g đ

ộ n

én

, (

Mp

a )

90 days

28 ngày

14 ngày

7 ngày

3 ngày

2 ngày

Hình 5-9: Sự phát triển cường độ nén bê tông theo theo hàm SF/C.

23


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90

Thời gian: t , [giây]

Cư

ờn

g đ

ộ n

én

củ

a b

ê t

ôn

g, [M

Pa]

90 ngày

28 ngày

14 ngày

7 ngày

3 ngày

2 ngày

B4

----

E/C = 0.12

SF/C = 0.20

C3S = 62.5%

C2S = 15.5%

C3A = 8.2%

C4AF = 10.4%

Hình 5-10: Quan hệ ứng suất và thời gian khi thử các mẫu bê tông

(trường hợp B4).

24

CHƯƠNG 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Với những kết quả nhiên cứu ở trên, chúng tôi có những nhận kết luận

cho nghiên cứu của mình như sau:

1. Đã tổng quan được tình hình sử dụng muội silic trong nước và trên thế

giới.

2. Một chương trình tính toán và mô phỏng quá trình thủy hóa hỗn hợp

chất kết dính bao gồm xi măng và muội silic được thực hiện. Trong chương

trình này, mỗi thành phần khoáng chính trong xi măng bao gồm C3S, C2S,

C3A, C4AF được mô hình một cách riêng biệt. Chương trình tính toán và

mô phỏng quá trình thủy hóa hỗn hợp chất kết dính bao gồm xi măng và

muội silic đã thiết lập được các mô phỏng những đặc trưng cơ bản của sự

thủy hóa bao gồm: sự phát triển nhiệt thủy hóa và tốc độ phát triển nhiệt

thủy hóa; bậc thủy hóa chất kết dính và tốc độ phát triển bậc thủy hóa; sự

phát triển vi cấu trúc trong bê tông theo thời gian.

3. Một kế hoạch thực nghiệm trên các mẫu bê tông cường độ siêu cao đã

được tiến hành. Nội dung thí nghiệm bao gồm: cường độ nén các mẫu bê

tông, co ngót hóa học, nhiệt phát triển trong quá trình thủy hóa.

4. Những đặc trưng của bê tông cường độ siêu cao khi có sử dụng muội

silic trong chế tạo sản xuất đã được phân tích bao gồm: cường độ nén ủa bê

tông, co gót của bê tông, nhiệt thủy hóa bê tông và sự phát triển vi cấu trúc

trong bê tông.

5. Đã chế tạo được mẫu bê tông cường độ siêu cao có cường độ nén đạt

trên 150 MPa.

6. Đã xây dựng được cơ sở dữ liệu thực nghiệm trên mẫu bê tông cường

độ siêu cao, bao gồm: cường độ nén của bê tông, co gót của bê tông, nhiệt

thủy hóa bê tông.

25

2. Kiến nghị

Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về việc sử dụng muội silic trong sản xuất

bê tông cường độ cao bao gồm các nội dung sau:

1. Nghiên cứu sử dụng muội silic trong sản xuất bê tông cường độ cao

có cốt liệu lớn.

2. Nghiên cứu khả năng làm chặt hỗn hợp bê tông qua phương thức sử

dụng muội silic.

3. Nghiên cứu khả năng sử dụng cốt sợi thép nhỏ trong sản xuất bê tông

cường độ cao nhằm tăng cường các tính chất cơ học.

Documents

ii - tailieuso.udn.vntailieuso.udn.vn/bitstream/TTHL_125/9644/1/BachQuocSi.TT.pdf · 1. Chế tạo thành công mẫu bê tông có cường độ nén đạt trên 150 MPa. 2. Phần