Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trộn đến cường độ chịu nén và độ sụt của bê tông xi măng

ThS. Nguyễn Văn Thuyên PGS. TS. Nguyễn Văn Vịnh Trường Đại học Giao thông vận tải Người phản biện: TS. Nguyễn Thanh Sang TS. Nguyễn Lâm Khánh

Tóm tắt: Bài báo trình bày mối quan hệ giữa thời gian trộn với cường độ chịu nén và độ sụt của bê tông xi măng (BTXM). Các tác giả xây dựng mối quan hệ này dựa trên những kết quả thu được sau khi tiến hành thí nghiệm trên bộ máy trộn BTXM hai trục nằm ngang do Việt Nam chế tạo.

Từ khóa: Thời gian trộn, cường độ của bê tông, độ sụt của bê tông.

Abstract: This article presents the relationship between the mixing time with compressive strength and slump of concrete. The authors built this relationship based on the results obtained after conducting experiments on the two horizontal axes concrete mixer, made by Vietnam.

Keywords: Mixing time, concrete strength, concrete slump.

 1. Đặt vấn đề

Chất lượng của hỗn hợp BTXM sau khi trộn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Thành phần cấp phối, độ ẩm vật liệu, loại máy trộn, phương pháp trộn, thời gian trộn..., tất cả các yếu tố đó đều ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông sau khi trộn. Có nhiều chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của bê tông như: Cường độ chịu nén của bê tông, độ sụt của bê tông, hàm lượng không khí trong bê tông, độ đồng đều của các thành phần cốt liệu trong bê tông. Trong đó, hai chỉ tiêu quan trọng nhất và hay được sử dụng để đánh giá chất lượng của bê tông là cường độ chịu nén và độ sụt. Trong khuôn khổ của bài báo, nhóm tác giả chỉ trình bày ảnh hưởng của thời gian trộn đến hai chỉ tiêu nêu trên.

2. Nội dung

2.1. Loại máy trộn nghiên cứu

Loại máy trộn làm thí nghiệm là máy trộn cưỡng bức, chu kỳ kiểu hai trục nằm ngang do Việt Nam chế tạo có năng suất 25m³/h. Hình ảnh trạm trộn BTXM được minh họa trên Hình 2.1, thông số kỹ thuật của bộ máy trộn được thể hiện trên Bảng 2.1.

Bảng 2.1. Các thông số kỹ thuật của bộ máy trộn

1 - Xiclo chứa xi măng; 2 - Bộ máy trộn; 3 - Ca bin điều khiển; 4 - Hệ thống phễu cấp liệu

Hình 2.1: Cấu tạo tổng thể trạm trộn BTXM năng suất 25m³/h do Việt Nam chế tạo

2.2. Các bước tiến hành thí nghiệm

Mác bê tông làm thí nghiệm là C30/38,5 phục vụ dự án thi công tuyến đường sắt trên cao ga Hà Nội - Nhổn; thành phần cấp phối cho 1m³ bê tông như sau: Xi măng Bút Sơn PC40: 397 kg; cát vàng sông Lô: 897 kg; đá Cao Dương 1¸2 cm: 920 kg; nước sạch Hà Nội: 165 lít; phụ gia siêu dẻo Hàn Quốc SR300S: 3,57 lít. Cường độ chịu nén thiết kế: 38,5 MPa; độ sụt thiết kế: 18±2 cm.

2.2.1. Chuẩn bị

- Máy trộn, nguồn điện, đá, cát, xi măng, nước, phụ gia, đồng hồ đo thời gian, các khuôn đúc bê tông, côn đo độ sụt, máy nén bê tông 200 tấn đã được sử dụng để làm thí nghiệm như Hình 2.2.

a - Máy trộn làm thí nghiệm; b -  Khuôn đúc mẫu; c - Côn đo độ sụt; d - Máy nén bê tông

Hình 2.2: Chuẩn bị máy trộn bê tông, côn đo độ sụt, khuôn đúc mẫu và máy nén bê tông

- Cân đá cát, xi măng với khối lượng như sau: Xi măng Bút Sơn PC40: 198,5kg; cát vàng sông Lô: 448,5kg; đá Cao Dương 1¸2 cm: 460kg; nước sạch Hà Nội: 82,5 lít; phụ gia siêu dẻo Hàn Quốc SR300S: 1,78 lít. Thể tích hỗn hợp nạp vào bộ máy trộn xấp xỉ 0,5m³.

- Cho máy trộn hoạt động không tải, cho xe skip chạy lên xuống không tải, kiểm tra tình trạng làm việc bình thường của máy, của các cơ cấu và bộ phận trước khi cho máy làm việc có tải.

2.2.2. Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Cấp đá, cát xi măng (đã được định lượng) vào trong xe skip chở vật liệu; nước và phụ gia (đã được định lượng) được cấp vào thùng chứa nước.

Bước 2: Cho bộ máy trộn hoạt động không tải làm 2 trục trộn có các bàn tay trộn chuyển động quay. Tiến hành kéo xe skip lên để đổ vật liệu vào buồng trộn (lúc này trục trộn vẫn đang quay). Giai đoạn này là bắt đầu của trộn khô, thời gian trộn khô thường kéo dài 25 - 35 giây. Sau khi hết giai đoạn trộn khô thì xả nước và phụ gia vào buồng trộn. Giai đoạn này gọi là trộn ướt, thời gian trộn ướt kéo dài khoảng 40 - 50 giây thì hỗn hợp các thành phần cốt liệu sẽ trở thành bê tông.

Bước 3: Xả hỗn hợp bê tông ra khỏi thùng trộn, rồi tiến hành đúc mẫu để làm thí nghiệm cường độ chịu nén và đo độ sụt của bê tông. Quá trình xả, lấy mẫu, đúc mẫu, bảo dưỡng mẫu, đo độ sụt của bê tông được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 3105-1993, TCVN 3106-1993 và TCVN 3118-1993.

Bước 4: Đo độ sụt bê tông, đúc mẫu bê tông tại nơi đặt máy trộn; bảo dưỡng mẫu và làm thí nghiệm nén mẫu bê tông tại phòng Las XD 1442, ghi chép số liệu thí nghiệm, xử lý kết quả đo để lấy giá trị trung bình của từng tổ mẫu.

Dưới đây là một số hình ảnh đã tiến hành thí nghiệm.

a - Đo độ sụt của bê tông; b - Đúc mẫu bê tông; c - Nén mẫu bê tông

Hình 2.3

a - Máy tính đang vẽ đồ thị công suất trộn, tốc độ quay của động cơ, mô men xoắn trên trục động cơ và hiển thị thời gian trộn; b - Máy tính đang xuất kết quả đo được ra phần mềm Excel 2010 Hình 2.4

 

2.3. Kết quả thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm với thời gian trộn lần lượt là 60 giây, 70 giây, 80 giây, 90 giây, 100 giây, 110 giây, 120 giây (số mẻ trộn là 3 mẻ/phép thử nghiệm); số tổ mẫu đúc là 02 tổ/một mẻ trộn; thí nghiệm đo độ sụt sau khi trộn; nén mẫu để xác định cường độ của bê tông ở 7 ngày tuổi và 28 ngày tuổi. Sau khi đo đạc, ghi chép và xử lý số liệu đã cho kết quả như bảng dưới đây:

Bảng 2.2. Bảng giá trị trung bình các kết quả đã đo đạc và tính toán được

Sử dụng phần mềm Excel 2010 để vẽ đồ thị quan hệ giữa thời gian trộn t với cường độ của bê tông và độ sụt của bê tông. Các đồ thị đó được thể hiện như Hình 2.5 và 2.6 dưới đây:

Hình 2.5: Ảnh hưởng của thời gian trộn đến độ sụt của BTXM C30/38,5

Hình 2.6: Ảnh hưởng của thời gian trộn đến cường độ chịu nén của BTXM C30/38,5

 

a - Cường độ chịu nén của bê tông ở 7 ngày tuổi; b - Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi

Nhận xét

Từ các đồ thị trên chúng ta thấy:

- Nếu thời gian trộn t £ 60 giây thì chất lượng của bê tông không đạt yêu cầu. Nguyên nhân là do các thành phần cốt liệu chưa được hòa trộn đồng đều với nhau, nước và phụ gia chưa khuếch tán được hoàn toàn trong hỗn hợp bê tông, các hạt cốt liệu vẫn rời rạc với nhau, dẫn đến chất lượng bê tông trong từng tổ mẫu làm thí nghiệm cũng không đồng đều với nhau.

- Trong khoảng thời gian trộn 60 < t £ 70 giây, nước và phụ gia đã được khuếch tán gần như hoàn toàn trong hỗn hợp bê tông. Tại thời điểm này, độ linh động của bê tông tương đối tốt. Do đó, chất lượng của bê tông đạt được tương đối cao.

- Trong khoảng thời gian trộn 70 < t £ 80 giây thì độ sụt bê tông đảm bảo yêu cầu và cho chất lượng bê tông cao nhất, vì nước và phụ gia đã được khuếch tán hoàn toàn trong hỗn hợp bê tông. Tại thời điểm này, mức độ linh động của hỗn hợp bê tông đạt giá trị tối đa. Do đó, chất lượng của bê tông là tốt nhất.

- Trong khoảng thời gian trộn 80 < t £ 90 giây thì mức độ linh động của bê tông bị giảm đi. Do sự đối lưu, phân tán, sắp xếp lại vị trí của các hạt lại diễn ra. Trong khi đó chất lượng của bê tông lại không tăng lên mà có xu hướng bị giảm đi.

- Nếu tiếp tục trộn bê tông trong khoảng thời gian 90 < t £ 120 giây thì mức độ linh động của bê tông giảm mạnh. Ở giai đoạn này, các hạt tiếp tục va chạm với nhau và va chạm với các bộ phận của máy trộn, do đó khả năng kết dính của hỗn hợp tiếp tục bị phá vỡ, đồng thời làm phát sinh thêm các hạt mịn do sự mài mòn của cốt liệu thô trong quá trình va chạm, sự mài mòn của bê tông trong quá trình hydrat hóa đầu tiên cũng có thể xảy ra. Do đó, khu vực hydrat hóa xuất hiện ở những vị trí mới. Các quá trình này sẽ làm tăng thêm các bề mặt của các hạt cốt liệu, do đó cần phải bổ sung thêm nước và phụ gia siêu dẻo. Mặt khác, thời gian trộn lâu còn làm cho hàm lượng không khí trong bê tông cũng bị tăng lên. Chính vì vậy, nó làm giảm tính linh động và chất lượng của hỗn hợp bê tông.

3. Kết luận

Việc nghiên cứu thời gian trộn tối ưu là rất quan trọng đối với quá trình sản xuất bê tông. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng, với loại bê tông C30/38,5, với thành phần cấp phối như trên và trộn bằng máy trộn cưỡng bức chu kỳ hai trục nằm ngang do Việt Nam chế tạo có năng suất 25m³/h, thì độ linh động và cường độ chịu nén của bê tông lớn nhất đạt được sau khi trộn khoảng 75 - 80 giây.

Tài liệu tham khảo

[1]. Phạm Duy Hữu, Ngô Xuân Quảng, Mai Đình Lộc (2011), Vật liệu xây dựng, NXB. GTVT.

[2]. Trần Đình Ngô (2013), Công tác kiểm định, đánh giá, chứng nhận chất lượng trong xây dựng, NXB. Lao động.

[3]. Bộ Xây dựng (2012), Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại, NXB. Xây dựng.

[4]. J. Dils, G. De Schutter, V. Boel (2012),Influence of mixing procedure and mixer type on fresh and hardened properties of concrete, Materials and Structures Journal, Belgium.

[5]. M. M. Rahman, M. H. Rashid, M. A. Hossain, F. S. Adrita and T. Hossain (2011),Mixing time effects on properties of self compacting concrete, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol.6, No.8, August.