Luận án Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay (cenospheres)

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG HẠT VI CẦU RỖNG TỪ TRO BAY (CENOSPHERES)

Ngành:

Kỹ thuật vật liệu

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cường độ cao (FAC-HSLWC) sử dụng hạt vi cầu rỗng từ tro bay. Đây là loại vật liệu mang lại nhiều lợi ích như giảm tải trọng công trình, tăng tính cách âm, cách nhiệt, và khả năng chống động đất. Mặc dù hạt vi cầu rỗng từ tro bay (FAC) có tiềm năng lớn để sản xuất bê tông nhẹ cường độ cao (>40 MPa) với độ hút nước thấp, việc nghiên cứu và ứng dụng loại vật liệu này tại Việt Nam vẫn còn hạn chế.

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và chế tạo FAC-HSLWC cho kết cấu chịu lực trong công trình xây dựng, đảm bảo cường độ chịu nén lớn hơn 40 MPa và khối lượng thể tích khô (KLTT) không lớn hơn 2000 kg/m³, đặc biệt tập trung vào dải 1300-1600 kg/m³, sử dụng các vật liệu sẵn có tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu bao gồm lựa chọn vật liệu, thiết lập thành phần cấp phối, xây dựng mô hình dự đoán cường độ, phương pháp tính toán cấp phối, đánh giá tính chất kỹ thuật (tính công tác, cơ lý, độ bền lâu) và ứng xử của cấu kiện tấm sàn bê tông cốt thép.

Các đóng góp và kết quả nổi bật của luận án bao gồm: chứng minh khả năng chế tạo thành công FAC-HSLWC với cường độ nén 40-70 MPa, KLTT 1300-1600 kg/m³ và độ hút nước dưới 6,5%; phát triển mô hình dự đoán cường độ nén 28 ngày và sự phát triển cường độ theo thời gian; xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc thay thế cát bằng FAC giúp giảm KLTT nhưng có thể làm giảm cường độ nén, uốn, mô đun đàn hồi và độ co khô, đồng thời tăng cường độ riêng và hệ số poatxon. Việc sử dụng phụ gia khoáng (SF, GGBFS) đã cải thiện đáng kể cường độ, độ bền lâu và khả năng chống thấm ion clo, bền sun phát của FAC-HSLWC. Đánh giá thực nghiệm cho thấy tấm sàn BTCT sử dụng FAC-HSLWC có khả năng chịu tải tương đương với bê tông thông thường, với đặc điểm nứt sớm hơn nhưng vết nứt nhỏ hơn và độ võng khi phá hủy thấp hơn.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
• CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ VÀ BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE
  • 1.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ KẾT CẤU
    • 1.1.1 Khái niệm và phân loại về bê tông nhẹ
    • 1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ kết cấu
    • 1.1.3 Bê tông nhẹ cường độ cao và các ứng dụng của nó
    • 1.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bê tông nhẹ tại Việt Nam
  • 1.2 BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CENOSPHERE
    • 1.2.1 Giới thiệu về bê tông nhẹ sử dụng cenosphere
    • 1.2.2 Hạt vi cầu rỗng từ tro bay (Cenosphere)
    • 1.2.3 Một số tính chất của bê tông nhẹ cenosphere
      • 1.2.3.1 Tính chất của hỗn hợp bê tông
      • 1.2.3.2 Tính chất của bê tông
        • 1.2.3.2.1 Khối lượng thể tích và cường độ nén
        • 1.2.3.2.2 Cường độ uốn và cường độ uốn/kéo
        • 1.2.3.2.3 Mô đun đàn hồi
        • 1.2.3.2.4 Độ bền lâu
        • 1.2.3.2.5 Co ngót
• CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH CƯỜNG ĐỘ NÉN VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
  • 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC LỰA CHỌN VẬT LIỆU CHO FAC-HSLWC
    • 2.1.1 Cơ sở khoa học lựa chọn cốt liệu cho FAC-HSLWC
    • 2.1.2 Cơ sở khoa học sử dụng PGK cho FAC-HSLWC
    • 2.1.3 Cơ sở khoa học dùng cốt sợi phân tán polypropylene
  • 2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN CƯỜNG ĐỘ NÉN CHO FAC-HSLWC
    • 2.2.1 Một số mô hình dự đoán cường độ bê tông
    • 2.2.2 Một số mô hình dự đoán cường độ với bê tông cốt liệu nhẹ
    • 2.2.3 Hướng đề xuất xây dựng mô hình dự đoán cường độ nén cho hệ FAC-HSLWC đề xuất
  • 2.3 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
    • 2.3.1 Các phương pháp thiết kế cấp phối bê tông và bê tông nhẹ
    • 2.3.2 Hướng đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế cấp phối cho FAC-HSLWC đề xuất
• CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
  • 3.1 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
    • 3.1.1 Xi măng
    • 3.1.2 Silica fume
    • 3.1.3 Xỉ hạt lò cao nghiền mịn
    • 3.1.4 Cenosphere
    • 3.1.5 Cốt liệu cát
    • 3.1.6 Phụ gia siêu dẻo
    • 3.1.7 Sợi Polypropylene (sợi PP)
    • 3.1.8 Nước trộn
  • 3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
    • 3.2.1 Các phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn
      • 3.2.1.1 Thí nghiệm khả năng chịu tải của cấu kiện BTCT FAC-HSLWC
    • 3.2.2 Các phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn
      • 3.2.2.1 Phương pháp trộn bê tông
      • 3.2.2.2 Phương pháp bảo dưỡng bê tông
• CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
  • 4.1 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CKD PHÙ HỢP CHO FAC-HSLWC
    • 4.1.1 Lựa chọn thành phần CKD theo độ lèn chặt tối ưu
    • 4.1.2 Lựa chọn thành phần CKD theo phương pháp tối ưu tính công tác và cường độ nén
  • 4.2 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
    • 4.2.1 Lựa chọn kích thước hạt cốt liệu cát cho FAC-HSLWC
    • 4.2.2 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu/CKD cho FAC-HSLWC
      • 4.2.2.1 Lựa chọn tỷ lệ cốt liệu và CKD theo phương pháp độ lèn chặt tối ưu
    • 4.2.3 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ CKD và cốt liệu theo phương pháp đúc mẫu
    • 4.2.4 Thí nghiệm kiểm chứng thành phần cấp phối cơ sở của FAC-HSLWC
• CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN CƯỜNG ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
  • 5.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA FAC-HSLWC
    • 5.1.1 Ảnh hưởng của cường độ đá CKD
    • 5.1.2 Ảnh hưởng của hàm lượng hồ CKD
      • 5.1.2.1 Đánh giá ảnh hưởng các thông số hàm lượng hồ CKD đến cường độ nén của FAC-HSLWC
    • 5.1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ FAC/CL
    • 5.1.4 Ảnh hưởng của Dmax cốt liệu
    • 5.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi PP
    • 5.1.6 Nghiên cứu tốc độ phát triển cường độ nén theo thời gian
    • 5.1.7 Kiểm tra sự phù hợp của mô hình đề xuất
  • 5.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CHO FAC-HSLWC
    • 5.2.1 Nguyên tắc chung
    • 5.2.2 Các bước thiết kế cấp phối FAC-HSLWC
• CHƯƠNG 6. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA FAC-HSLWC
  • 6.1 TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG FAC-HSLWC
    • 6.1.1 Tính công tác
    • 6.1.2 Độ nhớt
    • 6.1.3 Độ tách nước
    • 6.1.4 Độ phân tầng
    • 6.1.5 Hàm lượng bọt khí
    • 6.1.6 Thời gian đông kết
  • 6.2 MỨC ĐỘ THỦY HÓA VÀ VI CẤU TRÚC
    • 6.2.1 Hàm lượng CH
    • 6.2.2 Vi cấu trúc của FAC-HSLWC
  • 6.3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ
    • 6.3.1 Khối lượng thể tích và cường độ nén
    • 6.3.2 Cường độ nén ở điều kiện dưỡng hộ nhiệt ẩm khác nhau
    • 6.3.3 Cường độ uốn
    • 6.3.4 Mô đun đàn hồi và hệ số poatxon
  • 6.4 ĐỘ BỀN LÂU
    • 6.4.1 Độ co khô
    • 6.4.2 Độ hút nước
    • 6.4.3 Độ bền chống thấm ion clo
    • 6.4.4 Khả năng bền sun phát
  • 6.5 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA TẤM SÀN BTCT SỬ DỤNG FAC-HSLWC
• I. KẾT LUẬN
• II. KIẾN NGHỊ