Chuyên đề vật liệu xây dựng

Nghiên cứu sử dụng cát thạch anh ven biển chế tạo bê tông siêu tính năng - UHPC (P1)

21/03/2022 - 03:56 CH

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu về vai trò của cát thạch anh tự nhiên để chế tạo UHPC, tiềm năng và tính khả thi của việc sử dụng một số loại cát trắng ven biển Việt Nam thông qua các thử nghiệm tính chất chất cơ lý của UHPC.
I. Tổng quan

1. UHPC - Vật liệu thành phần

UHPC là thế hệ tiên tiến của của vật liệu compozit nền xi măng được hiệu chỉnh thành phần để có cường độ nén rất cao, độ dẻo dai lớn và tuổi thọ vượt trội. Chất kết dính trong UHPC phần lớn là xi măng Poóc lăng và một phần nhỏ bao gồm các phụ gia khoáng khác là Silicafume, tro bay, xỉ lò cao... 

Cốt liệu chính trong thành phần UHPC là cát thạch anh với nhiều loại có các kích thước hạt khác nhau. Việc loại bỏ các cốt liệu lớn (đá dăm) mà chỉ sử dụng cát thạch anh trong hỗn hợp UHPC là hợp lý, nhờ hình dạng góc cạnh cát giúp làm giảm thiểu các lỗ rổng ở vùng giao thoa ITZ dẫn đến độ xốp tổng thể thấp hơn trong matrix, do đó độ bền cơ học tăng rất cao. Cốt sợi thép phân tán không thể thiếu trong nhóm vật liệu cấu thành làm cho UHPC tăng vượt trội về cường độ chịu kéo - uốn, đặc biệt là cải thiện thêm tính dẻo dai là giá trị Rkéo max. 

Các kết quả cho thấy, UHPC được chế tạo tại Việt Nam đã đạt được cường độ chịu nén R28 khoảng 130 ÷ 190 MPa, cường độ chịu kéo trực tiếp trong khoảng 7 ÷ 16 MPa và chịu kéo khi uốn R28 và 20 ÷ 45 MPa. Modul đàn hồi của UHPC trung bình 40 ÷ 60 GPa.
 

 
Việt Nam có đường bờ biển tương đối dài với các vùng có mỏ cát thạch anh trải từ Bắc vào Nam như Quảng Ninh, Quảng Bình, Quảng Trị, Đà Nẵng, Quảng Nam, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Hà Tiên... đây là điều kiện thuận lợi về tài nguyên với chất lượng cao, cho phép giảm giá của sản phẩm UHPC. 

Từ đó, sẽ tạo điều kiện biến một sản phẩm UHPC có thể được sử dụng rộng rãi cho các công trình dân dụng hoặc hạ tầng với giá thành cạnh tranh với bê tông cốt thép truyền thống. Nghiên cứu này được thực hiện để tạo ra một hệ thống số liệu tham chiếu khách quan về tính khả thi khi sử dụng cát trắng ven biển nước ta. 

Trong nghiên cứu này có sử dụng 10 loại cát tại các mỏ khác nhau làm hệ so sánh tham khảo bao gồm:
 

 
2. Phương pháp nghiên cứu và các tiêu chuẩn liên quan
 

 
Các vật liệu chính trên cấu thành nên hỗn hợp UHPC đều đáp ứng các tiêu chuẩn Việt Nam hay các tài liệu tham khảo khác của nước ngoài về vật liệu như:

- TCVN 6282:2009, Xi măng Poóc lăng - yêu cầu kỹ thuật; 

- TCVN 10302:2014, Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây và xi măng; 

- TCVN 11586:2016, Xỉ hạt lò cao nghiền mịn dùng cho bê tông và vữa; 

- TCVN 9036:2011, Nguyên liệu để sản xuất thuỷ tinh - cát - yêu cầu kỹ thuật; 

- TCVN 8826:2011, Phụ gia hoá học cho bê tông và vữa; 

- ASTM A820/A820M-16, Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete.

Các mẫu thí nghiệm tính chất cơ lý có kích thước như sau: 

- Cường độ chịu nén: mẫu lập phương 4x4x16 cm và mẫu trụ d10xh20 cm; 

- Cường độ chịu kéo: mẫu xương 5x10x50 cm; 

- Cường độ chịu kéo khi uốn: mẫu lập phương 10x10x40 cm; 

Các chỉ tiêu tính chất cơ lý thực hiện theo các tiêu chuẩn sau: 

- TCCS 02:2017/IBST, Bê tông tính năng siêu cao UHPC - hướng dẫn thiết kế kết cấu;

- NF P18-470:2016, Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete - Specifications, performance, production and conformity; 

- ASTM C1856/C1856M-17, Standard Practice for Fabricating and Testing Specimens of Ultra-High Performance Concrete; 

- ASTM C469/C469M-14e1, Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson's Ratio of Concrete in Compression;
 
- ASTM C1609/C1609M - 19a, Standard Test Method for Flexural Performance of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third - Point Loading); 

Các mẫu UHPC được bảo dưỡng ở cùng một điều kiện: sau khi đúc và làm phẳng mặt, mẫu được bảo dưỡng ẩm tự nhiên; sau 24 giờ tiếp theo, mẫu tiếp tục được bảo dưỡng nhiệt ẩm tại 80 °C trong thời gian 72 giờ tiếp theo; sau cùng, mẫu tiếp tục được bảo dưỡng ẩm tại điều kiện phòng thí nghiệm đến đủ 7 ngày tuổi, rồi để tự nhiên đến 28 ngày để thử kết quả. 

II. NỘI DUNG KỸ THUẬT 

1. Giới thiệu vật liệu và thiết bị sử dụng 

a) Vật liệu thành phần trong nghiên cứu này bao gồm: 
 

 
Nhóm chất kết dính: Xi măng PC 40; Silicafume; Xỉ lò cao; Tro bay. 

Nhóm cốt liệu và cốt sợi phân tán: Cốt liệu: lần lượt 10 loại cát trắng được nêu ở Bảng 1; Cốt sợi: Sợi thép mạ đồng cường độ cao, 3200MPa. 

Phụ gia dẻo gốc PCE.

b) Các thiết bị sử dụng: 

- Máy trộn bê tông trục nghiêng tăng cường; 

- Máy nén (ứng suất - biến dạng) bê tông 2.000 kN; 

- Máy kéo - uốn (ứng suất - biến dạng) bê tông 100 kN; 

- Khuôn mẫu chịu nén trụ d100 x H 200 mm; 

- Khuôn mẫu chịu nén 40 x 40 x 160 mm; 

- Khuôn mẫu chịu kéo: 50 x 100 x 500 mm; 

- Khuôn mẫu chịu kéo khi uốn 100 x 100 x 400 mm; 

2. Các kết quả thí nghiệm của cát trắng

a) Thành phần hạt
 

 
b) Thành phần hoá và các chỉ tiêu khác
 

 
Nhận xét:

- 10 loại cát trong nghiên cứu này đều có hàm lượng SiO2, Fe2O3, Al2O3 thoả mãn yêu cầu TCVN 9036:2011, đặc biệt là hàm lượng SiO2 >95%, đáp ứng tiêu chuẩn để chế tạo UHPC;

- Các mẫu cát MC, VĐ, QT, LT và CR được lấy ngay tại bãi ven biển nên hàm lượng tạp chất là tương đối lớn.
(Còn nữa)

VLXD.org (TH/ / TC Xây dựng)

Ý kiến của bạn

MẠNG THÔNG TIN VẬT LIỆU XÂY DỰNG VIỆT NAM

P 504, nhà A, số 3 Chùa Láng, Đống Đa, TP. Hà Nội.

024 ‭6276 4286 - Hotline: 0905 329 019

gamma.vlxd@gmail.com - Website: vatlieuxaydung.org.vn/ vlxd.org

- Giấy phép số 3374/GP-TTĐT do Sở TT&TT Hà Nội cấp ngày 28/6/2016
- Cơ quan chủ quản: Trung tâm Thông tin và Chuyển giao công nghệ VLXD - Hội VLXD Việt Nam
- Người chịu trách nhiệm nội dung: Lương Tuân
- Vận hành và phát triển: Công ty Gamma NT
Vui lòng ghi rõ nguồn "vatlieuxaydung.org.vn" khi phát hành lại thông tin từ website này.