- XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN CẤP PHỐI BÊ TÔNG THƯỜNG VÀ BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO TRẤU. - Bê tông, Cấp phối bê tông, Vật liệu pozzolan, Tro trấu Keywords:. - Phương pháp tính toán cấp phối theo phương pháp lèn chặt cho hai nguồn vật liệu phổ biến cho bê tông thường và phương pháp cho bê tông có sử dụng tro trấu được xây dựng trong nghiên cứu. - Sự khác biệt cơ bản của phương pháp tính toán so với các phương pháp khác đó là thay vì sử dụng phương pháp thay thế một phần xi măng bằng các vật liệu pozzolan, phương pháp tính toán sử dụng các vật liệu pozzolan để lấp các lỗ rỗng giữa cốt liệu. - Việc sử dụng phương pháp tính cấp phối bê tông theo phương pháp nghiên cứu là nhằm giảm lượng vữa xi măng xuống mức thấp nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu về tính lưu động, cường độ cũng như độ bền của bê tông.. - Việc ứng dụng phương pháp tính toán sẽ mang lại nhiều ưu điểm như cải thiện cường độ và độ bền cho bê tông, và những ưu điểm cho môi trường như tận dụng những vật liệu phế thải, giảm lượng khí thải cacbonic.. - Xây dựng quy trình tính toán cấp phối bê tông thường và bê tông có sử dụng tro trấu. - Việc tính toán cấp phối bêtông là nhằm xác định tỷ lệ giữa các vật liệu cấu thành, từ đó thành lập một cấp phối hợp lý mà theo đó khi thi công đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đồng thời đảm bảo tính kinh tế của hỗn hợp bê tông sau này. - toán cấp phối bê tông rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng của bê tông cũng như giá thành.. - Ngoài những phương pháp tính toán cấp phối phổ biến như phương pháp của Ban môi trường Anh, của Viện bê tông Mỹ, phương pháp Dreux-Gorisse của Pháp, phương pháp Mơđooc L.J. - Murdock của Anh, phương pháp của Hội đồng bê tông Pooclăng,. - phương pháp Bolomey-Skramtaev (Nga), có rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và đề xuất những phương pháp tính toán khác nhau như:. - phương pháp của Sobolev và Amirjanov (Sobolev K. - Amirjanov, 2010), phương pháp của Su và Miao (Su N. - Miao, 2003)… Mỗi phương pháp đều có phạm vi thích dụng riêng. - Nhìn chung, những phương pháp này đều đưa ra được quy trình tính toán có xét đến tỷ lệ tối ưu giữa các thành vật liệu để đảm bảo tiết kiệm cốt liệu, hạn chế tối đa hàm lượng xi măng sử dụng nhưng vẫn đảm bảo cường độ thiết kế. - Tuy nhiên, đa số các phương pháp sử dụng những cách tính toán khá phức tạp, sử dụng các bảng tra, hoặc có nhiều hệ số kinh nghiệm cần chọn trong quá trình tính toán. - điều này dẫn đến việc ứng dụng các phương pháp này đối với những vật liệu ở những địa phương khác nhau sẽ không còn mang lại hiệu quả cao.. - Puzzolan là một loại vật liệu dùng trong ngành xây dựng. - Loại vật liệu này đã được người Ý sử dụng trong ngành xây dựng vào thời kỳ La Mã cổ đại tại vùng Puzuoli ở Italia, tên vật liệu được đặt theo tên địa danh này. - Pozzolan là một vật liệu mà khi kết hợp với canxi hiđroxit tạo thành hợp chất có tính chất xi măng. - Pozzolan thường được sử dụng như là một vật liệu bổ sung (thuật ngữ kỹ thuật trong tiếng Anh là “concrete extender”) cho xi măng Portland để tăng độ bền lâu dài và tăng cường các đặc tính vật liệu khác của bê tông xi măng Portland, trong một số trường hợp, giảm giá thành bê tông.. - Tính toán cấp phối bê tông dựa trên thuyết tính toán lèn chặt cũng được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu (Sobolev, K. - và ctv.) theo nhiều cách tính toán khác nhau. - Ở Đài Loan, phương pháp tính toán cấp phối bê tông - Densified Mixture Design Algorithm, gọi tắt là DMDA được Giáo sư Chao-Lung Hwang xây dựng và đã được ứng dụng thành công ở rất nhiều công trình như tòa tháp 101 tầng ở Đài Bắc, tòa nhà 85 tầng ở thành phố Cao Hùng (Hwang C.L và ctv.,1996, Tu T.Y và ctv., 2006, Hwang C.L và ctv., 2001, Hwang C.L và ctv.,2002, Hwang C.L và ctv.,2003).. - Phương pháp DMDA được phát triển dựa vào nguyên lý: tính chất vật lý của hỗn hợp sẽ đạt tối ưu khi mật độ vật lý đạt giá trị cao nhất. - Sự khác biệt cơ bản của phương pháp DMDA so với các phương pháp khác đó là thay vì sử dụng phương pháp thay thế một phần xi măng bằng các vật liệu pozzolan, phương pháp DMDA sử dụng các vật liệu pozzolan để lấp các lỗ rỗng giữa cốt liệu. - Mục đích của cách sử dụng vật liệu pozzolan như trên là. - nhằm giảm lượng vữa xi măng xuống mức thấp nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu về cường độ, tính lưu động cũng như độ bền của bê tông.. - Phương pháp Bolomey-Skramtaev là phương pháp được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay.. - Đây là phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp với việc tiến hành bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết “thể tích tuyệt đối” có nghĩa là tổng thể tích tuyệt đối (hoàn toàn đặc) của vật liệu trong 1 m 3 bê tông bằng 1000 lít. - Ngoài phương pháp tính toán kết hợp với thực nghiệm trên, phương pháp tra bảng theo định mức xác định thành phần vật liệu cho 1 m 3 bê tông cũng được sử dụng. - Bảng tra thành phần vật liệu cho 1 m 3 bê tông các loại thông thường như: cấp phối cho 1 m 3 bê tông khi dùng xi măng PC 30, PC 40. - Căn cứ vào mác xi măng, cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu, độ sụt và mác của bê tông cần chế tạo, tra bảng để xác định sơ bộ thành phần vật liệu cho 1 m 3 bê tông. - Các phương pháp này cũng có những hạn chế như sử dụng nhiều bảng tra, nhiều hệ số kinh nghiệm,… Vì vậy, khi áp dụng với những loại vật liệu ở những địa phương khác nhau thì chất lượng bê tông rất khó kiểm soát.. - Ngoài những phương pháp trên, nghiên cứu về phương pháp tính toán cấp phối bê tông còn rất ít ở Việt Nam. - Theo tìm hiểu của nhóm nghiên cứu thì chưa có nghiên cứu tính toán cấp phối bê tông cho vật liệu ở Đồng bằng sông Cửu Long.. - Các hư hỏng thường gặp như bê tông chậm đóng rắn, cường độ thấp, bê tông bị nứt mặt sau khi đổ, bê tông bị phồng rộp, bê tông bị biến màu… xảy ra khá phổ biến tại nhiều công trình xây dựng, đặc biệt ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long.. - Một trong những nguyên nhân chủ yếu do cấp phối bê tông chưa hợp lý. - Đã có nhiều nghiên cứu về cấp phối bê tông trên thế giới cũng như ở Việt Nam. - Nhưng đa số các phương pháp điều sử dụng những thuật toán phức tạp hay phải sử dụng những phần mền hỗ trợ. - Vì vậy, việc xây dựng phương pháp tính toán cấp phối bê tông có cách tính toán đơn giản, dễ áp dụng, đặc biệt có xét đến đặc tính cơ lý hóa của vật liệu ở những địa phương khác nhau là một nhu cầu cấp thiết.. - Đặc biệt hơn, các nguồn vật liệu tự nhiên sử dụng cho bê tông như đá, cát đang dần cạn kiệt.. - Hay việc sử dụng quá nhiều hàm lượng xi măng trong bê tông sẽ tăng lượng khí thải CO 2 . - Việc xây dựng phương pháp tính toán cấp phối có thể tiết kiệm hàm lượng cốt liệu, xi măng là cần thiết giải quyết phần nào vấn đề cấp thiết trên.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên lý phối trộn vật liệu. - Phương pháp tı́nh toán dựa vào nguyên lý: tính chất vật lý của hỗn hợp sẽ đạt tối ưu khi mật độ vật lý đạt giá trị cao nhất. - Nguyên lý này được trı̀nh bày như Hı̀nh 1. - trı̀nh lèn chă ̣t có thể chia làm 4 giai đoa ̣n chı́nh như Hı̀nh 1(a): (1) Các vâ ̣t liê ̣u da ̣ng ha ̣t vâ ̣t liê ̣u rời ra ̣c luôn có lỗ rỗng. - Mối quan hê ̣ giữa khối lượng thể tı́ch của hỗn hợp vâ ̣t liê ̣u và lượng vâ ̣t liê ̣u dùng để lèn chă ̣t được trı̀nh bày ở Hı̀nh 1(b). - Khối lượng thể tı́ch của hỗn hợp vâ ̣t liê ̣u tăng dần trong quá trı̀nh lèn chă ̣t, giai đoa ̣n (1) và (2). - Hı̀nh 1: Các giai đoa ̣n chı́nh trong quá trı̀nh lèn chă ̣t Nguyên lý này có thể được áp du ̣ng cho viê ̣c. - tı̀m tỷ lê ̣ phối trô ̣n cốt liê ̣u tối ưu cho hỗn hợp bê tông khi mà cốt liê ̣u sử du ̣ng cho bê tông đều ở. - da ̣ng ha ̣t vâ ̣t liê ̣u rời ra ̣c với kı́ch thước ha ̣t và khối lươ ̣ng riêng không quá gần nhau như Hı̀nh 2.. - Các vâ ̣t liê ̣u pozzolan như tro bay, xı̉ sắt, muô ̣i silic, tro trấu có thể được sử du ̣ng như mô ̣t da ̣ng vật liệu làm đầy vı̀ kı́ch thước ha ̣t của chúng nhỏ. - hơn nhiều so với cát và đá như Hı̀nh 2.. - Hı̀nh 2: Kı́ch thước ha ̣t của mô ̣t số loa ̣i vâ ̣t liê ̣u sử du ̣ng cho bê tông Cát. - Đối với bê tông thường chı̉ bao gồm cát, đá, xi măng và nước nên cốt liê ̣u lúc này gồm có cát và. - Trong trường hợp bê tông có sử du ̣ng tro trấu ta thực hiê ̣n. - như Hı̀nh 3(b). - Tro trấu với kı́ch thước ha ̣t ~ 15 µm nên có thể dùng như mô ̣t da ̣ng vật liệu làm đầy lấp lỗ rỗng cho hỗn hợp Cát + Đá.. - Hı̀nh 3: Các thí nghiệm: (a) Thı́ nghiê ̣m Alpha và (b) Thí nghiệm Beta 2.2 Nguyên lý tính toán thể tích chất kết dính. - Giả sử cốt liê ̣u có da ̣ng hı̀nh cầu như Hı̀nh 4.. - Hı̀nh 4: Mối quan hê ̣ giữa lỗ rỗng giữa các ha ̣t cốt liê ̣u và lượng vữa. - 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Quy trình tính toán cấp phối. - Áp du ̣ng hai nguyên lý trên, nguyên lý tı́nh toán cấp phối cho bê tông đươ ̣c chia làm hai bước:. - Quy trı̀nh tı́nh toán cấp phối cho bê tông thường và bê tông có sử du ̣ng tro trấu được trı̀nh bày dưới đây:. - 3.1.1 Quy trình tính toán cấp phối cho bê tông thường. - trong đó: là khối lượng riêng của vật liệu , kg/m 3. - Tính toán cốt liệu,. - Tính toán hàm lượng đá theo công thức số 1.1 có thể được viết lại như sau:. - Tính hàm lượng của xi măng. - Tỷ lệ nước/xi măng (w/c) là , ta có. - lần lượt là khối lượng của nước, xi măng. - lần lượt là khối lượng riêng của nước, xi măng.. - 3.1.2 Quy trình tính toán cấp phối cho bê tông có sử dụng tro trấu. - Tính toán hàm lượng tro trấu, đá. - (2.8) Tính hàm lượng của xi măng. - So sánh hai quy trình tính cấp phối cho bê tông thường và bê tông tro trấu, điểm khác nhau cơ bản đối với bê tông thường sau khi có tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa đá và cát sẽ tính toán lượng vữa cho cấp phối, còn bê tông tro trấu lỗ rỗng của hỗn hợp đá và cát sẽ được lấp đầy bởi tro trấu. - Như vậy, việc sử dụng tro trấu theo phương pháp này sẽ hạn chế lỗ rỗng trong bê tông cũng như tiết kiệm được lượng xi măng sử dụng.. - 3.2 Ví dụ tính toán cấp phối 3.2.1 Vật liệu sử dụng. - Vật liệu được sử dụng để tính toán cấp phối bê tông theo phương pháp tính toán được xây dựng là các loại vật liệu sử dụng phổ biến ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. - Chỉ tiêu kỹ thuật của các loại vật liệu như sau:. - Khối lượng riêng của xi măng: 2960 kg/m 3. - Từ các số liệu, cấp phối bê tông cho bê tông thường và bê tông có sử dụng tro trấu được tính toán như sau:. - 3.2.2 Quy trình tính toán cấp phối cho bê tông thường. - Tính toán thể tích cốt liệu,. - Tính toán với tỷ lệ nước/xi măng (w/c) là = 0,55.. - Khối lượng xi măng:. - kg m Vậy khối lượng của các vật liệu thành phần cho 1 m 3 bê tông:. - 3.2.3 Quy trình tính toán cấp phối cho bê tông có sử dụng tro trấu. - Khối lượng tro trấu:. - W ximang W trotrau kg m Vậy khối lượng của các vật liệu thành phần cho 1 m 3 bê tông:. - Phương pháp tính cấp phối theo phương pháp lèn chặt được xây dựng có phương pháp tính toán đơn giản, hạn chế việc tra số liệu từ các bảng biểu như theo các phương pháp được sử dụng hiện nay bằng cách thí nghiệm trực tiếp trên vật liệu sử dụng. - từ đó có thể hạn chế các sai số do sử dụng các loại vật liệu nguồn gốc, chất lượng khác nhau. - Việc xây dựng phương pháp tính toán từ việc xác định tỷ lệ tối ưu của cốt liệu rồi sau đó mới xác định lượng vữa sẽ tiết kiệm được lượng xi măng sử dụng nhưng vẫn đảm bảo cường độ và tăng độ bền của bê tông.. - Cách tính cấp phối này rất phù hợp cho việc tính toán tỷ lệ vật liệu pozzolan tối ưu sử dụng cho bê tông. - Việc sử dụng vật liệu pozzolan để lấp đầy lỗ rỗng trong hỗn hợp cốt liệu từ đó xác định được lượng dùng cho vật liệu này sẽ phát huy vai trò của vật liệu vừa đóng vai trò lấp đầy những lỗ rỗng trong bê tông, vừa tham gia phản ứng hóa học (phản ứng pozzolan) để tăng cường độ và độ bền của bê tông.. - Để tăng hoạt tính của tro trấu trong bê tông, máy trộn bê tông nên sử dụng loại máy trộn cưỡng bức. - Cần tính toán và thí nghiệm kiểm tra với nhiều cấp phối để từ đó xây dựng biểu đồ cấp phối cho các cấp độ bền của bê tông tương ứng với từng loại vật liệu phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long.. - Việc sử dụng phụ gia giảm nước cho cấp phối tính toán theo phương pháp này sẽ đảm bảo lượng nước sử dụng ở mức thấp nhất.