Ảnh hưởng của tỉ lệ cốt liệu đến tính chất ma sát bê tông - thành ống bơm bằng thép

• Đăng bởi: Administrator
• Nghiên cứu khoa học
• 21/12/2015

      1. Mở đầu

Bơm bê tông là một trong những biện pháp vận chuyển bê tông từ vị trí tập kết đến vị trí đổ bê tông là một trong những biện pháp được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở nước ta. Hầu như các công trình cao tầng, câu trình cầu, công trình thủy điện,… đều sử dụng biện pháp thi công này. Việc thi công đối với nhà dân tại các thành phố lớn cũng sử dụng bê tông thương phẩm và sử dụng biện pháp bơm.Tuy nhiên, trong thực tế, các kỹ sư của các trạm trộn cũng như kỹ sư vận hành máy bơm thường ít để ý đến việc tính toán thiết kế tối ưu thành phần bê tông để quá trình bơm được diễn ra thuận tiện nhất, an toàn nhất và tiết kiệm năng lượng nhất. Trong quá trình tính toán cấp phối phục vụ bơm, người ta thường mới chỉ để ý đến thông số độ sụt và thời gian lưu sụt. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây ở trong nước [1-3] cũng như quốc tế [4-7], các tác giả đã chỉ ra rằng, chỉ riêng thông số độ sụt chưa đủ để xác định được một loại bê tông dễ bơm hay khó bơm. Ngoài yếu tố độ sụt thì các tính chất tiếp xúc giữa bê tông và thành ống bơm đóng vai trò rất quan trọng. Các tính chất này bao gồm ngưỡng trượt ban đầu và hằng số nhớt bề mặt. Bê tông có ngưỡng trượt ban đầu lớn và hằng số nhớt bề mặt lớn là các bê tông khó bơm, ngược lại là bê tông dễ bơm.

Hiện nay, khi thiết kế cấp phối bê tông các nhà cung cấp bê tông thương phẩm thường căn cứ vào các yêu cầu về cường độ và độ sụt để chọn trước hàm lượng xi măng, tỉ lệ N/X và tỉ lệ C/(C+Đ) để tính toán hàm lượng các vật liệu thành phần. Các giá trị này thường được chọn chủ yếu dựa trên kinh nghiệm, sau đó tiến hành các thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của hỗn hợp bê tông và bê tông để kiểm tra, điều chỉnh. Trong hỗn hợp bê tông xi măng, cốt liệu (bao gồm cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ) chiếm đến 80-85% khối lượng, đây cũng là thành phần có tác động rất lớn đến tính công tác của hỗn hợp bê tông và cường độ của bê tông. Xét về mặt cấu trúc của hỗn hợp bê tông, để hỗn hợp bê tông có tính linh động cao thì các hạt cốt liệu phải dễ dàng trượt lên nhau, tức là giữa các hạt cốt liệu cần phải phải có một lớp màng vữa xi măng có chiều dày nhất định. Nếu giữ nguyên hàm lượng xi măng và tỉ lệ N/X thì khi tỉ lệ cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn trong hỗn hợp thay đổi thì chiều dày màng vữa này cũng thay đổi, dẫn đến tính công tác và tính dễ bơm của hỗn hợp cũng thay đổi. Cụ thể, nếu hỗn hợp có quá nhiều hàm lượng cốt liệu nhỏ sẽ làm tăng tỉ diện tiếp xúc bề mặt của hệ cốt liệu, bề dày màng vữa xi măng bao bọc sẽ mỏng đi, tính linh động của hỗn hợp cũng sẽ giảm đi, hỗn hợp khó bơm hơn. Ngược lại, nếu hỗn hợp có hàm lượng cốt liệu lớn qúa lớn, bề dày màng vữa có thể tăng lên nhưng ma sát của các hạt cốt liệu lớn khi trượt lên nhau và ma sát của cốt liệu với thành ống bơm cũng tăng lên, do vậy tính linh động của hỗn hợp bê tông cũng kém đi và hỗn hợp cũng khó bơm hơn. Như vậy, tỉ lệ cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn cần nằm trong một giới hạn nhất định sao cho các tính công tác và tính dễ bơm của hỗn hợp bê tông đạt được là tốt nhất. Từ đó, có thể thấy rằng, cần thiết phải có những nghiên cứu cụ thể để đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ này đến tính công tác và tính dễ hay khó bơm của hỗn hợp bê tông, làm cơ sở cho việc lựa chọn tỉ lệ thành phần khi thiết kế cấp phối bê tông bơm.

     Các nghiên cứu trước đây  mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của thể tích hồ xi măng, tỉ lệ N/X, hàm lượng hạt mịn đến các thông số ma sát của bê tông bơm. Các nghiên cứu trên cũng chưa đề cập đến ảnh hưởng của yếu tố thời gian, là một trong những yếu tố có ảnh hưởng lớn đến các tính chất của bê tông. Trong nghiên cứu này, các tác giả khảo sát các thông số bơm và thông số độ sụt do ảnh hưởng của tỉ lệ cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ có xét đến yếu tố thời gian của một số cấp phối bê tông được sử dụng trong sản xuất bê tông thương phẩm trên địa bàn Đà Nẵng. Do tính chất vận chuyển hỗn hợp bê tông thương phẩm trong khu vực, các kết quả khảo sát được thực hiện cho các mốc thời gian 0 phút, 30 phút, 60 phút và 90 phút.

2. Cấp phối bê tông thí nghiệm

Vật liệu chế tạo hỗn hợp bê tông thí nghiệm gồm:

+ Xi măng Kim Đỉnh PCB40.

+ Cát vàng, M_dl = 2.9, đảm bảo các yêu cầu theo TCVN 7570-2006.

+ Đá dăm D_max = 20mm, đảm bảo các yêu cầu theo TCVN 7570-2006.

+ Phụ gia Sika Plast 257.

+ Nước sạch.

Bảng 1. Các loại cấp phối bê tông.

Thành phần cố định cho 1m³ bê tông gồm có: Xi măng (X) 450 kg; nước (N) 171 lít, tỉ lệ N/X=0.38; phụ gia 1.0 lít/100 kg X. Các thành phần còn lại như bảng 1. Các cấp phối được chế tạo đáp ứng các yêu cầu theo [8]. 8 loại cấp phối có ký hiệu: C35, C40, C45, C47,C48, C50, C55, C60.

Mục tiêu của đề tài là đi khảo sát sự thay đổi của các thông số ma sát khi thay đổi tỉ lệ cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong cấp phối bê tông có xét đến yếu tố thời gian. Do vậy các cấp phối bê tông được điều chỉnh tỉ lệ C/(C+Đ) thay đổi, nhóm nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ C/(C+Đ) hiện đang được sử dụng phổ biến cho các cấp phối bê tông thương phẩm là từ 45% đến 48% và mở rộng đến tỉ lệ 35% và 60%. Thời gian thí nghiệm đo đạc các thông số ma sát ở các mốc thời điểm 0 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút sau khi trộn hỗn hợp bê tông

3. Kết quả thí nghiệm

Sau khi thực hiện thí nghiệm, kết quả thí nghiệm được tính toán và phân tích một cách nhanh chóng nhờ phần mềm “Pumping Parameters Calculation” (Tham khảo file đính kèm)

4. Kết luận

Đề tài trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm về tính chất lưu biến và ma sát của bê tông thương phẩm phụ thuộc vào thời gian lưu vữa, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ đến các tính chất này.  Một số kết luận có thể rút ra như sau:

1/ Đối với hỗn hợp bê tông thí nghiệm, khi thời gian lưu sụt kéo dài đến thời điểm 90 phút thì tác động của phụ gia siêu dẻo ở hàm lượng 1.0 lít/100 kgX là không đáng kể, lúc này yếu tố ảnh hưởng đến tính chất ma sát của bê tông là tỉ lệ giữa cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong cấp phối bê tông.

2/ Hàm lượng cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ trong cấp phối bê tông có tác động rất lớn đến tính chất ma sát của bê tông bơm. Đối với bê tông sử dụng trong thí nghiệm thì tỉ lệ C/(C+Đ) nằm trong khoảng từ 45% đến 50% là phù hợp nhất để đảm bảo tính dễ bơm cũng như tính công tác của bê tông.

3/ Thông số độ sụt không đủ phản ánh hết được tính dễ bơm hay khó bơm của hỗn hợp bê tông. Sự tăng lên hay giảm xuống của các thông số ma sát phản ánh tính dễ hay khó bơm của hỗn hợp bê tông không tuân theo quy luật tăng, giảm của độ sụt. Do vậy, cần thiết bổ sung thí nghiệm đo các thông số ma sát để nghiên cứu, đánh giá tác động của các thành phần cấp phối bê tông đến tính chất ma sát của bê tông bơm. Từ đó có cơ sở xây dựng chỉ dẫn cụ thể thiết kế cấp phối bê tông bơm, bổ sung cho chỉ dẫn thiết kế hỗn hợp bê tông bơm hiện nay vốn hầu hết mới chỉ dừng lại ở phép đo đột sụt.