>> Nghiên cứu hiệu quả của đá bazan và cát nghiền mịn trong cường độ bê tông (P1)

3. Kết quả nghiên cứu

3.1. Lựa chọn thành phần cấp phối BT nghiên cứu

Hai cấp phối BT cường độ 30 và 50 MPa tính toán theo phương pháp Bôlômay-Skramtaep được lựa chọn làm cấp phối gốc (đối chứng). Thành phần cấp phối BT (kg/m³) đạt độ sụt yêu cầu từ 4 - 6 cm đưa ra ở Bảng 3.
 

Các cấp phối gốc được thay thế một lượng nhất định PC bằng PGKTN và giữ nguyên các thành phần khác. Tỷ lệ PGK thay thế PC trong các cấp phối gốc (B1 và B2) là 10, 20, 30 và 40% (theo khối lượng). Kí hiệu các cấp phối BT nghiên cứu như đưa ra trong Bảng 4 đến Bảng 6.

3.2. Ảnh hưởng của C và BZ nghiền mịn đến cường độ nén của BT

Xi măng poóc lăng trong các cấp phối BT gốc (mẫu BT đối chứng) B1 và B2 được thay thế bởi BaSO₄ (Ba là phụ gia khoáng trơ), BZ và C nghiền mịn với hàm lượng 10, 20, 30, 40% (theo trọng lượng). Cường độ BT của các cấp phối BT nghiên cứu sử dụng Ba, C và BZ xác định theo TCVN3118:1993 tại các tuổi rắn chắc đưa ra ở Bảng 4 đến Bảng 6.

Kết quả xác định cường độ nén của BT có các PGK thay thế 10 - 40% PC tại tuổi 3, 7, 28 ngày (Bảng 4 đến Bảng 6) cho thấy: các PGK đã làm giảm cường độ nén so với mẫu BT chỉ có PC (cấp phối đối chứng). Hàm lượng các PGK thay thế PC càng cao, cường độ của BT giảm càng lớn. Trong 3 loại PGK sử dụng, Ba làm giảm cường độ của BT gốc lớn nhất, C và BZ có mức độ giảm khác nhau không nhiều. Điều này là do Ba là phụ gia khoáng trơ chỉ có hiệu quả do sự phân tán và làm đầy trong BT nên mức độ hiệu quả thấp hơn so với C và BZ là phụ gia khoáng hoạt tính. Tăng thời gian rắn chắc, cường độ của các mẫu BT có PGKTN tăng lên (nhưng vẫn thấp hơn mẫu đối chứng) và mẫu BT có BZ có xu hướng cao hơn tại tuổi 28 ngày. PGK sử dụng có độ mịn cao (Ba2, C2 và BZ2) có mức giảm cường độ thấp hơn các mẫu độ mịn thấp (Ba1, C1 và BZ1) tại cùng mức độ thay thế và tuổi rắn chắc. PGK có xu hướng làm giảm cường độ BT đối chứng thấp hơn trong BT có cường độ cao hơn (B2).

Kết quả cường độ của các mẫu BT được thay thế 10 - 40% PC trong BT nghiên cứu (Bảng 5 và Bảng 6) cho thấy mức độ ảnh hưởng của loại, hàm lượng và độ mịn của C và BZ sử dụng đến cường độ của BT đối chứng. Điều đó chỉ cho thấy mức độ hiệu quả chung của từng loại PGKTN tương ứng với hàm lượng thay thế % PC nhất định trong cường độ nén của BT nghiên cứu so với mẫu đối chứng (có 100% PC). Theo các kết quả nghiên cứu, hiệu quả chung của PGK trong cường độ BT là do kết hợp giữa hiệu quả hoạt tính và hiệu quả trơ của PGK. Hiệu quả chung này đánh giá khả năng bù đắp sự thiếu hụt cường độ BT vì giảm hàm lượng PC do thay thế bằng PGK. Vì vậy các kết quả trên chỉ cho thấy loại PGK đó làm tăng hay giảm cường độ BT ở hàm lượng thay thế nhất định mà không chỉ ra mức độ cụ thể của PGK là bao nhiêu và thay đổi như thế nào khi thay đổi hàm lượng sử dụng. Điều này làm hạn chế hiểu biết về vai trò và mức độ hiệu quả của PGK trong BT khi thay thế % PC nhất định. Mặt khác hiệu quả chung là kết quả tổng hợp của hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính. Vì thế cần làm rõ vai trò của hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính của PGK khi thay đổi hàm lượng sử dụng và thờigian rắn chắc của BT theo hàm lượng % PC thực tế có trong BT để hiểu rõ về hiệu quả của PGK.

3.3. Nghiên cứu hiệu quả của PGKTN trong cường độ của BT

Để thấy rõ mức độ ảnh hưởng của PGK đến đặc tính cường độ BT, hiệu quả của PGK được đánh giá theo hàm lượng PC thực tế còn lại sau khi đã thay thế một phần PC bằng PGK ( sau đây gọi tắt là hàm lượng PC thực tế).

a. Hiệu quả của C trong cường độ của BT (theo hàm lượng PC thực tế)

Hiệu quả chung của C (H_C-C), do thành phần trơ (H_tr-C) và do thành phần hoạt tính (Hht-C) tính toán theo hàm lượng PC thực tế có trong BT tại tuổi rắn chắc (theo số liệu ở Bảng 4 và Bảng 5) đưa ra ở Bảng 7.

Tính toán hiệu quả của C1 và C2 với tỉ lệ thay thế PC từ 10 - 40% theo hàm lượng % PC thực tế trong BT (Bảng 7) cho thấy: Tăng hàm lượng C trong BT, hiệu quả của C trong cường độ của BT đều tăng lên rõ ràng. Hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hoạt tính của C trong cường độ BT đã xuất hiện giá trị dương ở hầu hết mẫu B1 và B2 có mức độ thay thế PC 20% tại tuổi 7 và 28 ngày và mức độ hiệu quả tăng lên theo thời gian rắn chắc. Mẫu BT có C2 cho thấy hiệu quả cao hơn so với có C1 và hiệu quả chung và hiệu quả trơ chỉ C1 có giá trị âm tại tuổi 7 ngày. Hiệu quả trơ của C trong cường độ BT tăng lên khi tăng hàm lượng thay thế PC, nhưng C2 tăng mạnh hơn C1 tại các tuổi rắn chắc. Hiệu quả của C ở tuổi 3 thể hiện không rõ ràng và chủ yếu giá trị âm với các tỷ lệ thay thế PC của C1 và C2. Tăng thời gian rắn chắc, hiệu quả chung, hiệu quả hoạt tính và hiệu quả trơ của C có xu hướng tăng lên, nhưng C2 rõ ràng hơn C1. Tăng hàm lượng C thay thế PC trong BT, hiệu quả của C có xu thế tăng lên theo thời gian rắn chắc, nhưng hiệu quả do hoạt tính tăng lên mạnh tại tuổi 7 ngày sau đó chậm lại và hiệu quả của C trong B2 có hướng lớn hơn trong B1. Khi tăng thời gian rắn chắc của BT, hiệu quả chung của C2 lớn hơn so với C1 khi thay thế cùng hàm lượng PC trong BT. Điều này là do sự tăng hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính khi tăng độ mịn của C. Mức độ hiệu quả của C tại tuổi 3, 7 và 28 thể hiện ở Hình 1.
 

b. Hiệu quả của BZ trong cường độ của BT (theo hàm lượng PC thực tế)

Tính toán hiệu quả chung (H_C-BZ), hiệu quả do chất trơ (H_tr-BZ) và hiệu quả hoạt tính (H_ht-BZ) của BZ nghiền trong cường độ nén của B1 và B2 theo hàm lượng % PC thực tế tại các tuổi rắn chắc (theo kết quả trong Bảng 4 và 6) đưa ra ở Bảng 8. Hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hoạt tính của BZ trong BT tại tuổi 3, 7 và 28 ngày được minh họa ở Hình 2.

Đánh giá hiệu quả của BZ theo hàm lượng % PC thực tế trong BT (Bảng 8) cho thấy: Hiệu quả của BZ khi thay thế PC trong cường độ BT hầu hết có giá trị âm và không ổn định ở tuổi 3, nhưng đến 7 và 28 ngày đã có giá trị dương. Tăng hàm lượng BZ trong BT, hiệu quả chung và hiệu quả trơ tăng lên mạnh. Hiệu quả trơ của BZ tăng lên khi tăng hàm lượng và độ mịn của BZ sử dụng đã cho thấy vai trò phân tán và làm đầy của BZ đã làm tăng mức phân tán và độ thủy hóa của xi măng. Hiệu quả hoạt tính của BZ hầu như âm và không ổn định ở 3 ngày tuổi, nhưng hầu hết có giá trị dương tại tuổi 7 và 28 ngày đã cho thấy khả năng tương tác hóa học của các thành phần hoạt tính của BZ chậm. Tăng thời gian rắn chắc của BT, hiệu quả của BZ tăng lên với tốc độ khác nhau. Mức độ hiệu quả có xu hướng tăng lên rõ ràng hơn ở tuổi dài ngày khi tăng hàm lượng BZ trong BT. Tăng hàm lượng BZ thay thế PC, hiệu quả chung, hiệu quả hoạt tính và hiệu quả trơ đều có xu hướng tăng lên nhưng không tỷ lệ với mức tăng BZ. Hiệu quả trong cường độ BT của BZ tăng lên rõ ràng hơn khi tăng hàm lượng BZ2 tại các tuổi rắn chắc. Tại các tuổi và các mức thay thế PC trong BT, mức độ hiệu quả của BZ trong B2 có hướng lớn hơn trong B1. Hiệu quả của BZ1 và BZ2 thay thế % PC khác nhau trong B1 và B2 tại tuổi rắn chắc khác nhau được minh họa như ở Hình 2.

3.4. Hiệu quả của PGK trong cường độ nén BT khi thay thế % PC khác nhau

Như các kết quả nghiên cứu đã đưa ra ở trên, khi sử dụng C và BZ nghiền mịn thay thế PC trong BT với hàm lượng khác nhau đã đem lại hiệu quả khác nhau. Mức độ hiệu quả của C và BZ trong cường độ nén BT theo hàm lượng % PC thực tế phụ thuộc vào mức độ thay thế PC, độ mịn của PGKTN và thời gian rắn chắc của BT. C và BZ thay thế 10 - 20% PC trong BT có mức độ hiệu quả cao, khi tăng C hay BZ > 20% thì mức độ hiệu quả giảm đi. Điều này cho thấy hiệu quả chung của C và BZ khi thay thế PC không đủ bù đắp mức độ giảm cường độ của BT do sự giảm hàm lượng PC khi sử dụng các PGK này. Vì thế khi thay thế PC càng lớn, mức độ giảm cường độ BT càng lớn.

Đánh giá hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hoạt tính cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng PGKTN thay thế PC trong BT. Để thấy rõ hơn vai trò và mức độ ảnh hưởng của các PGK này, mức độ hiệu quả do 1% PGK thay thế PC đã được đưa ra. Dựa vào kết quả trong Bảng 6 và 7, tính toán hiệu quả chung (H′_C-pgk-i), hiệu quả trơ (H′_tr-pgk-i) và hiệu quả hoạt tính (H′_ht-pgk-i) tính cho 1% PGKTN theo hàm lượng PC thực tế có trong BT đưa ra trong Bảng 9 và Bảng 10. Hiệu quả của C và BZ theo thời gian rắn chắc được minh họa ở Hình 3 và Hình 4.

Kết quả tính toán ở Bảng 9 (theo kết quả Bảng 7) cho thấy: hiệu quả của C trong cường độ nén của BT đánh giá theo 1% C có mức độ khác nhau. Hiệu quả của 1% C theo % PC thưc tế trong BT cho thấy mức độ ảnh hưởng rõ hơn của hàm lượng C và thời gian rắn chắc. Hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hoạt tính của C đều tăng lên nhưng mức độ khác nhau khi tăng thời gian rắn chắc, nhưng H′_tr-C thểhiện nhanh hơn tại tuổi 3 ngày và sau đó thay đổi không lớn khi tăng thời gian rắn chắc đến 28 ngày.

Với H′_ht-C tại 3 ngày tuổi hầu hết có giá trị âm và không ổn định, nhưng có giá trị dương từ tuổi 7 ngày trở đi. Hàm lượng C thay thế PC từ 10% đến 20% cho hiệu quả hoạt tính cao và rõ ràng từ tuổi 7 ngày, nhưng sau 7 ngày thì mức độ hiệu quả tăng chậm lại. Tại tuổi 7 ngày, H′_ht-C7 của 1% C có thể đạt 0,75% - 0,78%, nhưng mức độ hiệu quả chung H′_C-C7 có thể đạt 0,77% đến 0,89% khi mức thay thế PC từ 10 - 20%. Tại tuổi 28 ngày, H′_C-C28 của 1% C với mức thay thế 10 - 20% PC trong BT có thể đạt 0,93% đến 0,96% và mức độ hiệu quả do hoạt tính có thể đạt 0,53% đến 0,65%. Mức độ hiệu quả của C2 có hướng cao hơn C1. Với B2 có cường độ cao, mức độ hiệu quả của C2 cũng có biểu hiện cao hơn. Khi hàm lượng C thay thế PC từ 10 - 40%, mức độ hiệu quả chung của 1% C1 thay đổi không nhiều, nhưng C2 thể hiện hiệu quả cao hơn tại tuổi 28 ngày. Với hiệu quả hoạt tính của 1% C tăng lên khi C thay thế PC đến 20% sau đó giảm đi khi tăng hàm lượng C lớn hơn 20% tại tuổi 28 ngày và C2 có dấu hiệu giảm thấp hơn C1. Biểu đồ Hình 3 cho thấy rõ hiệu quả của 1% C khi thay thế PC với mức độ khác nhau trong B1 và B2 tại các tuổi rắn chắc.

Khi sử dụng BZ, hiệu quả của 1% BZ thay thế PC theo hàm lượng PC thực tế có trong BT (dựa theo kết quả trong Bảng 8) đưa ra trong Bảng 10. Hiệu quả của 1% BZ thay thế PC trong BT theo thời gian rắn chắc minh họa ở Hình 4.

Hiệu quả của 1% BZ thay thế 1% PC trong BT thể hiện rõ hơn mức độ ảnh hưởng của hàm lượng PGK và thời gian rắn chắc. Tăng thời gian rắn chắc của BT, hiệu quả của BZ tăng lên nhưng mức độ khác nhau. Tăng thời gian rắn chắc, hiệu quả trơ H_tr-BZ đã thể hiện ngay tại tuổi 3 ngày với B2 và thay đổi không lớn khi tăng thời gian rắn chắc đến 28 ngày. Với H′_ht-BZ thể hiện rõ từ tuổi 7 ngày trở đi, còn tại 3 ngày tuổi thể hiện rất nhỏ và không ổn định. Khi tăng hàm lượng BZ thay thế PC từ 10% đến 20% cho hiệu quả hoạt tính cao từ tuổi 7 ngày trở đi. Mức độ hiệu quả chung H′_C-BZ7 của 1% BZ cóthể đạt từ 0,60% đến 0,75% tại 7 ngày tuổi với mức thay thế PC là 10 đến 20%, nhưng mức độ hiệuquả hoạt tính H′h_t-BZ đạt từ 0,63% đến 0,75%, còn H′ht-BZ đạt từ 0,58% đến 0,78% trong khi H′_trơ-BZ thấp và không ổn định khi mức thay thế PC đến 20%. Tại tuổi 28 ngày, H′_C-BZ28 của 1% BZ tại mứcthay thế 10 - 20% PC trong BT có thể đạt từ 0,72% đến 0,96%, còn H′_ht-BZ28 đạt từ 0,59% đến 0,61%. Mức độ hiệu quả do thành phần trơ của BZ trong cường độ BT có mức độ thấp hơn và không ổn định. Tăng hàm lượng BZ thay thế 20% - 30%PC thì hiệu quả chung của BZ giảm đi không nhiều tại tuổi 7, nhưng lại giảm đi mạnh hơn tại 28 ngày. Hiệu quả của BZ2 có khuynh hướng cao hơn BZ1. Với BT có cường độ cao B2, hiệu quả của BZ cũng có biểu hiện cao hơn. Biểu đồ Hình 4 cho thấy rõ mức độ ảnh hưởng của 1% BZ khi thay thế PC với hàm lượng khác nhau trong cường độ BT cường độ khác nhau theo thời gian rắn chắc.

So sánh mức độ hiệu quả của C và BZ (theo 1% PGK) trong cường độ BT cho thấy: Tăng hàm lượng C và BZ thay thế PC, mức độ hiệu quả chung và hoạt tính tăng và đạt cao nhất khi sử dụng đến 20% PGK và sau đó có hướng giảm đi nhưng mức độ khác nhau. Với C1 và BZ1 có mức độ hiệu quả chung và hiệu quả hoạt tính giảm đi lớn hơn C2 và BZ2 tại cùng hàm lượng ở mức > 20% tại tuổi 28 ngày. C và BZ có hiệu quả chung khác nhau không nhiều ở tuổi sớm, nhưng từ 7 ngày trở đi thì BZ có hướng lớn hơn so với C (đặc biệt với độ mịn cao). Hiệu quả do hoạt tính của BZ biểu hiện cao hơn của C ở tuổi dài ngày (Hình 3 và 4). Sử dụng hàm lượng khác nhau trong BT, mức độ hiệu quả chung, hiệu quả hoạt tính và hiệu quả trơ của C và BZ trong cường độ nén của BT sẽ khác nhau. Hiệu quả trơ, hiệu quả hoạt tính tăng lên khi tăng độ mịn của PGKTN đã kéo theo hiệu quả chung tăng lên. Đánh giá theo 1% PGK đã cho thấy rõ hiệu quả chung cao nhất của BZ có thể đạt 0,96% (gần tương đương với 1%PC) khi hàm lượng BZ2 thay thế PC đến 20%. Điều này có nghĩa là với hàm lượng và độ mịn hợp lý, có thể sử dụng BZ và C thay thế PC mà không làm giảm cường độ của BT so với mẫu đối chứng.

4. Kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả của cát và bazan nghiền mịn thay thế 10 - 40% PC trong BT cường độ 30 và 50 MPa có thể đưa ra kết luận sau:

- C và BZ nghiền mịn thay thế 10 - 40% PC làm giảm cường độ nén BT và mức độ giảm tăng lên khi tăng mức thay thế PC. Tăng độ nghiền mịn của C và BZ, tăng thời gian rắn chắc của BT, mức độ giảm cường độ của BT giảm đi.

- Đánh giá hiệu quả của C và BZ theo hàm lượng PC thực tế trong BT cho thấy:

+ Hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hoạt tính của C và BZ tăng lên theo thời gian rắn chắc và hầu hết có giá trị dương từ tuổi 7 ngày rắn chắc. Tăng hàm lượng C và BZ trong BT, mức độ hiệu quả tăng lên. Mức độ hiệu quả chung và hoạt tính của C và BZ không khác nhau nhiều ở tuổi sớm, nhưng BZ có hướng lớn hơn so với C (đặc biệt với độ mịn cao) từ 7 ngày tuổi.

+ Hiệu quả của C và BZ có dấu hiệu cao hơn BT có cường độ cao tại cùng mức độ thay thế PC và thời gian rắn chắc. Tăng hàm lượng và độ mịn của C và BZ trong BT, mức độ hiệu quả trong cường độ nén của BT sẽ tăng lên.

+ Đánh giá hiệu quả của C và BZ theo 1% PGKTN thay thế PC cho thấy: hiệu quả đạt giá trị cao khi sử dụng hàm lượng thay thế 10 - 20% PC trong BT. Lớn hơn hàm lượng đó hiệu quả của C và BZ giảm đi phụ thuộc vào thời gian rắn chắc và độ mịn PGK. 

Hiệu quả của C và BZ nghiền mịn đánh giá theo 1% PGKTN này có thể là cơ sở để lựa chọn hàm lượng và độ mịn hợp lý của PGK sử dụng trong BT để đạt hiệu quả về kinh tế hay kỹ thuật. 

Sử dụng BaSO₄ nghiền mịn để thay thế thành phần trơ của PGK trong nghiên cứu không ảnh hưởng xấu đến kết quả trong thí nghiệm phân tích nhiệt hay xác định mất khi nung của đá hay vữa ximăng poóc lăng như khi sử dụng C. Mặt khác đặc tính của BaSO₄ cũng gần với các phụ gia khoánghơn so với C. 

Thực tế hiệu quả do thành phần trơ và hoạt tính của PGK được đánh giá theo phương pháp tính toán gián tiếp và phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn PGK trơ thay thế chất trơ trong phụ gia khoáng sử dụng. Thực tế không thể xác định chính xác hàm lượng chất trơ trong PGK và sự ảnh hưởng của các loại chất trơ đến đặc tính cơ lý của BT. Để đánh giá đầy đủ về mức độ hiệu quả của PGK đến đặc tính BT cần phải nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của các loại PGK trơ sử dụng, ảnh hưởng của thành phần chất trơ và hàm lượng chất trơ trong các loại PGK có độ mịn khác nhau trong bê tông có cường độ khác nhau.
(Hết)
 

VLXD.org (TH/ Tạp chí KHCNXD)