MỞ ĐẦU Đ hội nhập với sự phát tri n chung của thế giới, phát tri n cơ sở hạ tầng phục vụ cho công nghiệp h a, hiện đại h a đất nước đang được Đảng và Nhà nước coi là nhiệm vụ quan tr ng. Vật liệu xây dựng đ ng g p rất quan tr ng trong việc xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng. Bê tông xi măng là loại vật liệu sử dụng phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới k từ th i kỳ tiền công nghiệp đến nay. Tính cấp thiết của đề tài Trong giai đoạn công nghiệp h a - hiện đại h a đất nước ta hiện nay, lượng phế thải công nghiêp ngày càng tăng (các nhà máy, các khu công nghiệp, khu đô thị mới.
Hàng năm c tới 500 † 600 triệu tấn tro xỉ nhiệt điện, xỉ luyện kim được thải ra, chủng loại phế thải cũng rất đa dạng. Do lượng phế thải thải ra nhiều nên ch ng ảnh hưởng rất nhiều tới nền kinh tế, xã hội và môi trư ng sống của nước ta. Sử dụng c hiệu quả nguồn phụ gia khoáng n i chung, xỉ hạt lò cao nghiền mịn n i riêng cho ngành công nghiệp sản xuất bê tông, mà xỉ còn c th dùng đ sản xuất xi măng giúp nâng cao sản lượng và chủng loại xi măng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và năng lượng dùng cho việc sản xuất clanhke, giảm đáng k lượng khí thải CO 2, giảm thi u ô nhiễm môi trư ng và tăng thêm các hướng sử dụng bê tông xi măng cho ngành công nghiệp bê tông. Mặt khác nước ta nằm ở khu vực ven bi n, nơi mà các công trình, bộ phận công trình chịu tác động mạnh mẽ bởi các tác nhân xâm thực như clorua, muối sunphat của canxi, magiê, natri, kali, amôni.
tồn tại trong đất hay tan trong nước ngầm, nước bi n; tiếp đến là rác thải công nghiệp, nước thải nông - công nghiệp; sau cùng là sunphát c nguồn gốc từ không khí ô nhiễm. Vì vậy, c th n i rằng x t về phương diện vật liệu và công nghệ thi công thì bê tông sử dụng xỉ hạt lò cao nghiền mịn là một giải pháp vật liệu bền vững trong xây dựng cở sở hạ tầng giao thông ở Việt Nam hiện nay. Mục đích và phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ đề tài NCKH cấp Trư ng, nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu lý thuyết và xác định được khả năng chịu tác động sun phát và xâm nhập ion Clo của bê tông xi măng cấp cư ng độ từ 30-70 Mpa sử dụng xỉ lò cao nghiền mịn từ nhà máy gang th p Thái Nguyên (hàm lượng xỉ đến 50% khối lượng xi măng). Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu ở đây là nghiên cứu lý thuyết kết hợp nghiên cứu thực nghiệm.
-9- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG XỈ LÒ CAO NGHIỀN MỊN 1.1 Khái niệm vê bê tông xi măng sử dụng phụ gia khoáng 1.1 Giới thiệu về bê tông tính năng cao (HPC) [13] Sự phát tri n hiện nay của bê tông tính năng cao (HPC) cho thấy đã c một bước tiến lớn đ sản xuất bê tông như là một vật liệu tiên tiến với các tiến bộ về tính năng và độ bền. Những sự phát tri n này thậm chí còn dẫn đến việc bê tông đang trở thành một vật liệu thân thiện với môi trư ng hơn, nhìn dưới g c độ các thành phần của n (cốt liệu, nước, chất phụ gia) đã được sử dụng hết khả năng của ch ng đ tạo ra một loại vật liệu c tuổi th dài hơn. Ch ng ta biết rằng, bê tông không phải là vật liệu vĩnh cửu khi so với khung th i gian địa chất. Vì vậy, vấn đề cấp thiết hiện nay là nghiên cứu đưa ra các giải pháp đ nhằm kéo dài tuổi th của loại đá nhân tạo này.
Bê tông cư ng độ cao (HSC) đươc phát tri n ở cuối những năm 1970 thì hiện nay đã được quy về bê tông tính năng cao (HPC) bởi vì n không chỉ c cư ng độ cao hơn mà còn cho thấy các tính năng vượt trội trong nhiều lĩnh vực như độ bền và khả năng chống mài mòn. Mặc dù đã được sử dụng khá rộng rãi song khái niệm “HPC” vẫn còn được bình phẩm rất nhiều vì ý nghĩa quá mơ hồ của n , thậm chí là không c ý nghĩa. Chính vì không c một định nghĩa tốt nhất cho loại vật liệu được biết đến là HPC, nên sẽ là thích hợp hơn nếu định nghĩa n như là một l ai bê tông c tỷ lệ N/CDK thấp và được bảo dưỡng thích hợp bằng nước. HPC c th được chế tạo với chất dính kết chỉ là xi măng hoặc là hỗn hợp của xi măng với các thành phần khoáng hoạt tính khác chẳng hạn như xỉ lò cao, tro bay, muội si líc, me ta cao lanh, tro trấu và các chất làm đầy chẳng hạn như bột đá vôi.
Chất kết dính ba thành phần được sử dụng ngày càng nhiều đ tăng cư ng sự hỗ trợ giữa các thành phần nhằm cải thiện các tính chất của bê tông tươi và bê tông đã rắn chắc đ tạo ra HPC kinh tế và thân thiện với môi trư ng hơn. Cần phải nhấn mạnh rằng, sự phát tri n của công nghệ bê tông tính năng cao đã làm sáng tỏ hơn cho ch ng ta một điều mà Feret đã trình bày trong công thức cơ sở của ông đ tính toán cư ng độ chịu n n của bê tông, đ là “cư ng độ chịu n n của bê - 10 - tông c quan hệ chặt chẽ với độ đặc của n sau khi rắn chắc”.1 trình bày dưới dạng giản đồ sự khác nhau x t ở mức độ vi cấu tr c của hồ xi măng với tỷ lệ N/XM =0.65 với hồ xi măng c tỷ lệ N/XM = 0,25. Với hồ xi măng c N/XM = 0.25 c nhiều hạt xi măng hơn và tương ứng c lượng nước trong một đơn vị th tích ít hơn và do đ các hạt xi măng ở gần nhau hơn so với hồ xi măng c N/XM=0. Sự khác nhau chủ yếu này đã dẫn đến sự khác nhau về dạng của đá xi măng đã thủy h a và rắn chắc hoàn toàn.
Đá xi măng với tỷ lệ N/XM=0.65 rất rỗng và nhiều tinh th nằm cách xa nhau của các sản phẩm hydrat được tạo thành do quá trình hòa tan-kết tủa, trong khi đ đá xi măng với tỷ lệ N/XM =0.25 thì rất đặc chắc và về bản chất được tạo thành do các sản phẩm hydrat tương tự như gel ở rất gần nhau, phát tri n trong suốt quá trình rắn chắc. Vi cấu trúc của hai loại hồ xi măng có tỷ lệ N/XM khác nhau. Cấu trúc vi mô của bê tông với tỷ lệ N/XM cao: (a) độ rỗng cao và không đồng nhất; (b) tinh th định huớng của Ca(OH) 2 trên cốt liệu; (c) tinh th CH - 11 - Hình 1. Cấu trúc vi mô của HPC: (a) không có vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và đá xi măng, (b) sự đặc chắc của đá xi măng trong HPC có cuốn khí.3 minh h a sự khác nhau chủ yếu ở mức độ vi cấu tr c giữa hai loại đá xi măng c tỷ lệ N/XM cao và thấp khác nhau.
Sự khác nhau về bản chất vi cấu tr c này dẫn đến sự khác nhau về ứng xử cơ h c và độ bền của cả đá xi măng và vùng chuy n tiếp giữa các đá xi măng và hạt cốt liệu. Trong HPC, cốt liệu c th được coi là vùng yếu nhất khi cư ng độ của đá xi măng đã được tăng lên đáng k do tỷ lệ N/CDK rất thấp. Trong trư ng hợp đ , sự phá hủy bê tông c th bắt đầu phát tri n từ bên trong các hạt cốt liệu thô. Như vậy thì c th chấp nhận rằng c một quy luật của tỷ lệ N/CDK khi nghiên cứu HPC.
Trong một số trư ng hợp, x t trên quan đi m cơ h c thì cư ng độ của HPC sẽ không vượt quá đáng k so với cư ng độ của cốt liệu nên việc giảm tỷ lệ N/CDK quá một giới hạn nhất định c v trở nên không thực tế. Khi cư ng độ chịu n n của bê tông bị giới hạn bởi cư ng độ của cốt liệu thì giải pháp duy nhất đ đạt được cư ng độ cao là sử dụng cốt liệu c cư ng độ cao hơn. Mặc dù cư ng độ chịu n n của bê tông c th không tăng lên khi giảm tỷ lệ N/CDK nhưng n sẽ làm tăng độ đặc của bê tông và do đ độ bền của HPC sẽ được cải thiện.2 Vai trò của phụ gia khoáng hoạt tính trong bê tông chất lượng cao 1. Giới thiệu về phụ gia khoáng [1] Phụ gia khoáng hoạt tính là các phụ gia c nguồn gốc thiên nhiên hay nhân tạo, mà bản thân ch ng không c hoặc c rất ít hoạt tính thuỷ lực, nhưng khi được nghiền mịn và ở trong môi trư ng ẩm thì ch ng c khả năng phản ứng hoá h c với hyđrôxit canxi Ca(OH)2 và với nước ở nhiệt độ thư ng, tạo thành các sản phẩm c tính chất kết dính.
Phụ gia khoáng hoạt tính c khả năng làm tăng cư ng độ và độ bền trong môi - 12 - trư ng nước của các sản phẩm chế tạo nên từ xi măng po c lăng chứa phụ gia khoáng hoạt tính. Phụ gia hoạt tính gồm c hai loại: - Loại c nguồn gốc tự nhiên: trêpen, điatômít, tro n i lửa, đất s t nung tự nhiên… - Loại c nguồn gốc nhân tạo: tro, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao hạt hoá, đất s t nung non, silica fume, tro trấu, meta cao lanh. (a) Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc tự nhiên Phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc tự nhiên bao gồm phụ gia nguồn gốc n i lửa, phụ gia nguồn gốc trầm tích và đất s t nung tự nhiên. Phụ gia nguồn gốc n i lửa bao gồm tro n i lửa, t p, trass, đá b t được tạo thành do hoạt động của n i lửa.
Tuỳ thuộc vào điều kiện tạo thành mà các loại phụ gia này c đặc tính khác nhau. Tro n i lửa hình thành bởi sự lắng đ ng của đám mây bụi từ miệng n i lửa phun lên. Đây là một loại vật liệu xốp, chứa trên 60% các hạt dạng bụi, và các hạt lớn hơn cỡ hạt cát và đá dăm. Khi tro n i lửa bị l n chặt trong một th i gian dài bởi các lớp đất đá phía trên sẽ chuy n sang dạng đá xốp thì g i là t p n i lửa.