Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất cơ học của tấm Bê tông khí chưng áp

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

T NG ĐẠI C MỞ T ÀN P Ố Ồ C Í MIN

-----------------------------------------------

T ẦN Á P ỚC

NG IÊN CỨU ẢN ỞNG CỦA T ÀN P ẦN

CẤP P ỐI ĐẾN TÍN C ẤT CƠ C CỦA TẤM

BÊ TÔNG KHÍ CH NG ÁP

LUẬN VĂN T ẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NG IỆP

TP. ồ Chí Minh, năm 2020

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

T NG ĐẠI C MỞ T ÀN P Ố Ồ C Í MIN

-----------------------------------------------

T ẦN Á P ỚC

NG IÊN CỨU ẢN ỞNG CỦA T ÀN P ẦN

CẤP P ỐI ĐẾN TÍN C ẤT CƠ C CỦA TẤM

BÊ TÔNG KHÍ CH NG ÁP

Chuyên ngành : Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08

LUẬN VĂN T ẠC SĨ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NG IỆP

Người hướng dẫn khoa học:

TS. LÊ AN TUẤN

TP. ồ Chí Minh, năm 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cấp

phối đến tính chất cơ học của tấm bêtông khí chưng áp” là bài nghiên cứu của

chính tôi.

Ngoài trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi

cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được

công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận

văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các

trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, năm 2019

Trần Bá Phƣớc

ii

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin được có lời cảm ơn chân thành đến tất cả thầy cô đã dìu dắt

và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm, cách suy nghĩ giải quyết vấn đề trong

suốt khóa học cao học chuyên ngành xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp,

khoa sau đại học, trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh.

Đặc biệt tôi xin trân trọng bày tỏ lòng cảm ơn đối với TS. Lê Anh Tuấn, thầy

đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận

văn.

Tôi chân thành cảm ơn anh, chị và các bạn học viên cao học khóa 2017-

2019, ngành xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, trường Đại học Mở

Thành phố Hồ Chí Minh trong quá trình học đã nhiệt tình, cởi mở cùng nhau trao

đổi, bổ sung kiến thức. Cảm ơn các bạn và đồng nghiệp đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong

quá trình thiết kế các mẫu thí nghiệm, tổ chức thí nghiệm để phục vụ cho nghiên

cứu.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, những người bạn thân, đồng

nghiệp đã động viên, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành chương trình cao học xây

dựng công trình dân dụng và công nghiệp.

iii

TÓM TẮT

Bêtông khí chưng áp được sử dụng nhằm thay thế cho vật liệu xây dựng

truyền thống, giảm chi phí xây dựng và thân thiện môi trường. Nghiên cứu này sử

dụng thành phần cấp phối thiết kế với tỷ trọng 600, 700 và 800 kg/m3

của bêtông

khí chưng áp dùng sản xuất tấm panel.

Khi thành phần tỷ lệ chất kết dính ximăng – vôi thay đổi từ 0,5 đến 2 theo

khối lượng thì có khả năng tác dụng làm thay đổi độ linh động, thời gian phản ứng

tạo rỗng. Hàm lượng ximăng càng tăng thì nhiệt độ hỗn hợp cảng giảm, cường độ

nén được gia tăng khoảng 30%. Khi tỷ lệ nước nhào trộn – trọng lượng thiết kế thay

đổi từ 0,55 đến 0,65 làm tăng dần độ linh động, nhiệt độ phồng nở và khả năng

phồng nở của hỗn hợp bêtông khí. Tuy nhiên, tỷ lệ nước – trọng lượng thiết kế thay

đổi kèm theo sự thay đổi của tỷ lệ ximăng – vôi làm giảm nhanh nhiệt độ và khả

năng phồng nở của hỗn hợp. Khi tỷ lệ ximăng và vôi càng tăng thì cường độ nén và

uốn có xu hướng tăng dần. Khi thành phần cấp phối dùng tỷ lệ nước càng tăng thì

cường độ cơ học có xu hướng thay đổi. Tỷ lệ nước - trọng lượng khô kết hợp với tỷ

lệ ximăng – vôi cao làm giảm nhanh độ hút nước của bêtông sau khi chưng áp. Các

tính chất cường độ nén và uốn cao cùng với độ hút nước thấp sẽ giúp tấm bêtông

khí chưng áp có độ bền tốt hơn.

Thực nghiệm cho thấy, khi cấp phối thiết kế tăng tỷ trọng thiết kế thì hỗn

hợp có xu hướng giảm độ linh động. Lượng nước tăng lên tạo điều kiện cho quá

trình phản ứng và sinh nhiệt nên tạo điều kiện cho nhiệt độ của hỗn hợp bêtông tăng

lên và thời gian phồng nở kéo dài, khả năng tạo rỗng diễn ra tốt hơn. Khi tỷ lệ nước

tăng làm ảnh hưởng đến độ linh động và khả năng chịu uốn và nén của bêtông.

Thành phần cấp phối thay đổi tỷ trọng thiết kế làm ảnh hưởng đến độ linh động, khả

năng phồng nở, tính chất cường độ và độ hút nước của vật liệu bêtông khí chưng áp.

Giá trị tỷ lệ ximăng – vôi, tỷ trọng thiết kế ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất

cường độ nén và cường độ uốn. Tỷ lệ ximăng – vôi và tỷ trọng thiết kế làm tăng khả

iii

năng linh động của hỗn hợp bêtông và tác động đến độ phồng nở, và làm tăng

cường độ cơ học của vật liệu. Điều này tác động đến độ hút nước của bêtông có xu

hướng giảm dần theo hàm lượng ximăng tăng dần. Việc thiết kế cấp phối đạt độ

phồng nở tốt nhất cần quan tâm đến tỷ lệ chất kết dính và tỷ trọng thiết kế ban đầu.

iii

ABSTRACT

Autoclaved aerated concrete (AAC) is known as environmental materials to

replace to traditional construction materials. In this research, AAC panels with dry

density in range from 600 to 800 kg/m3 are investigated.

The workability in flow and seting time of mixture are varied by an increase

in ratio of cement – lime from 0.5 to 2 by weight. The temperature of mixture is

tend to increase with an increase in cement. Hence, the compressive strength can be

increased about 30%. The workability, temperature of mixture and expansion

degree are improved by various ratio of water – density from 0.55 to 0.65. But, the

various ratio of cement – lime can be effected on decrease in temperature and

expansion degree of mixture. The compressive strength is slightly various. On the

other hand, the water absorption can be improved by high cement content and dry

density. The high compresisve and flexural strength and low water absorption can

be improve the mechanical property of AAC panel.

In the experiment, the workability in flow can be decreased with high

density. An increase in water content can be improved reaction of porosity and

temperature in mixture. Moreover, the chemical reaction with aluminum and

alkaline environment can be effected on porosity of AAC. However, the

compressive and flexural strength can be significantly decreased. Hence, the design

mechanical property of AAC panel should be considered in flowable, enpansion

degree, water absorption and strength.

On the other hand, the ratio of cement – lime, dry density are also affected on

strength of AAC. The binder composition can be improved in flowable, expansion

degree, strength and water absorption. The property of AAC panel is not only

considered in density and mechanic but also composition of binder in mix

proportion.

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................ii

TÓM TẮT........................................................................................................... iii

ABSTRACT ....................................................................................................... iii

DANH MỤC HÌNH.............................................................................................vi

DANH MỤC BẢNG ...........................................................................................vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................vii

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN..............................................................................1

1.1. Giới thiệu chung......................................................................................1

1.2. Tình hình nghiên cứu bêtông khí chưng áp trong và ngoài nước ...........5

1.2.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới ...........................5

1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước ...........................11

1.3. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu...........................................................18

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................19

2.1. Cơ sở khoa học của quá trình tương tác các nguyên liệu chứa SiO2 ....19

2.2. Cơ sở khoa học của quá trình phản ứng trong môi trường nhiệt độ và áp

suất cao ...............................................................................................................22

2.2.1. Trong quá trình tạo hình..............................................................22

2.2.2. Trong quá trình dưỡng hộ nhiệt độ và áp suất.............................22

2.3. Cơ sở khoa học của quá trình phản ứng tạo rỗng .................................24

CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.............28

3.1. Vật liệu thí nghiệm................................................................................28

3.1.1. Xi măng .......................................................................................28

3.1.2. Bột nhôm: ....................................................................................28

3.1.3. Thạch cao.....................................................................................29

3.1.4. Vôi ...............................................................................................29

v

3.1.5. Nước ............................................................................................30

3.1.6. Cát nghiền....................................................................................31

3.2. Phương pháp tạo mẫu............................................................................31

3.3. Phương pháp thực nghiệm ....................................................................34

CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ..........................................43

4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ ximăng - vôi đến tính chất của hỗn hợp bêtông..43

4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước - trọng lượng khô đến tính chất của hỗn hợp

bêtông .................................................................................................................48

4.3. Ảnh hưởng của lượng nước nhào trộn và tỷ trọng thiết kế đến tính chất

của hỗn hợp bêtông.............................................................................................56

4.4. Ảnh hưởng của trọng lượng khô và hàm lượng nước và tỷ lệ ximăng -

vôi khác nhau đến tính chất của hỗn hợp bêtông ...............................................65

4.5. Ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến đặc tính cơ học của tấm

bêtông khí chưng áp ...........................................................................................73

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN...............................79

5.1. Kết luận .................................................................................................79

5.2. Hướng phát triển ...................................................................................82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................83

PHỤ LỤC GIẢI PHẦN MỀM ABAQUS..........................................................86

PHỤ LỤC 1: QUY TRÌNH MÔ PHỎNG..........................................................86

PHỤ LỤC 2: MÔ HÌNH.....................................................................................87

PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ.....................................................................................89

PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỰC TẾ TẤM PANEL ......................95

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Gạch ximăng cốt liệu ...................................................................................2

Hình 1.2 Gạch bêtông xốp ..........................................................................................3

Hình 1.3 Gạch bêtông khí chưng áp............................................................................4

Hình 1.4 Tấm lắp ghép tại chổ ....................................................................................4

Hình 1.5 Tấm đúc sẵn bêtông cốt thép........................................................................5

Hình 1.6 Đánh giá tiêu thụ năng lượng của AAC và vật liệu khác.............................7

Hình 1.7 Các tiêu chuẩn xây dựng để đánh giá AAC.................................................8

Hình 1.8 Sử dụng và lắp ghép tấm AAC tại Xella......................................................9

Hình 1.9 Khách sạn 5 sao Pullman Saigon Centre ...................................................13

Hình 1.10 Chung cư Võ Đình ...................................................................................14

Hình 1.11 Nhà máy pin năng lượng mặt trời First Solar ..........................................15

Hình 1.12 Ảnh hưởng của điều kiện thi công với gạch không nung ........................17

Hình 1.13 Gạch không nung bị nứt trong quá trình sử dụng ....................................17

Hình 2.1 Sơ đồ hệ CaO – Al2O3 – H2O.....................................................................21

Hình 2.2 Mô tả quá trình hình thành khoáng tobermorite trong AAC .....................23

Hình 2.3 Quá trình tạo rỗng bêtông AAC.................................................................25

Hình 2.4 So sánh quá trình tạo rỗng của bêtông bọt và bêtông khí ..........................25

Hình 2.5 Cấu trúc bề mặt lỗ rỗng của bêtông khí ....................................................26

Hình 3.1 Bột nhôm....................................................................................................28

Hình 3.2 Bột thạch cao..............................................................................................29

Hình 3.3 Bột vôi........................................................................................................30