Embed Size (px)
Citation preview
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU SỰ PHÁT TRIỂN NHIỆT ĐỘ ĐOẠN NHIỆT
TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN CÓ SỬ DỤNG PHỤ GIA PUZOLAN GIA QUY
5.1 Vấn đề nhiệt thủy hóa trong bê tông khối lớn và phương pháp khống chế
tăng nhiệt độ đoạn nhiệt.
Quá trình tỏa nhiệt do thủy hóa của xi măng làm cho nhiệt đổ khối đổ tăng cao.
Trong một thời gian ngắn nhiệt độ trong khối đổ của kết cấu bê tông khối lớn
trong một số trường hợp có khả năng đạt tới trên 800C. Theo thời gian nhiệt độ
trong khối bê tông sẽ giảm dần tới mức ổn định. Sự tăng và giảm nhiệt độ này
không đều trong khối bê tông, do đó làm phát sinh ứng suất kéo và nén khác nhau.
Tại những vùng ứng suất kéo thường gây nứt cho bê tông làm giảm tuổi thọ, giảm
khả năng chống thấm nước.
Quá trình tăng nhiệt của khối bê tông thường kéo dài có khi đến có khi đến một
vài năm mới đạt đến sự ổn định. Sau đó nhiệt độ của phần giữa khối bê tông sẽ đạt
đến nhiệt độ trung bình năm, còn các vùng bề mặt với chiều sâu khoảng 5 ÷ 6 m
[36] sẽ chịu ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ không khí và nước quanh đập.
Ứng suất nhiệt của đập phát sinh trong thời kỳ khai thác là do sự chênh lệch nhiệt
độ phần trong và phần ngoài của đập cũng như do đập có liên kết với nền nên khối
đập không thể biến dạng một cách tự do khi nhiệt độ bên ngoài dao động . Khôi bê
tông đổ càng lớn sự phân bố không đều của nhiệt càng lớn và sự tỏa nhiệt của khối
bê tông cũng càng chậm. Do đó ứng suất kéo sẽ suất hiện trên thân đập đặc biệt là
chỗ tiếp giáp giữa đập và nền, giữa lớp bê tông cũ và mới. Do vậy khả năng bị nứt
tách bê tông trong công trình khối lớn là rất cao.
Chính vì vậy nhiệt thủy hóa của CKD là tính chất được quan tâm trong thi
công BTKL. Để giảm nguy cơ nứt khối bê tông cần giảm nhiệt thủy hóa của CKD
trong hỗn hợp BTKL. Biện pháp phổ biến mà các công trình sử dụng đập trọng lực
từ bê tông thường và BTKL hay sử dụng là thay thế một phần xi măng bằng phụ
gia khoáng hoạt tính. Như vậy, lượng xi măng trong khối bê tông sẽ giảm và lượng
nhiệt tỏa ra do thủy hóa xi măng cũng giảm. Loại phụ gia khoáng hoạt tính sử
dụng yêu cầu phải có hàm lượng SiO2 hoạt tính nhất định để nó có thể có khả năng
phản ứng với Ca(OH)2 trong hồ xi măng tạo thành khoáng CSH có khả năng dính
kết cho cường độ. Tuy nhiên cho đến nay vẫn có nhiều ý kiến khác nhau là liệu
phụ gia khoáng hoạt tính này có tham gia vào quá trình tỏa nhiệt của CKD không
và nếu có thì quá trình đó phụ thuộc như thế nào vào loại và lượng dùng phụ gia
khoáng hoạt tính.
Nhu cầu sử dụng BTKL (BTĐL) trong tương lai là hết sức lớn, việc ứng dụng
phụ gia khoáng hoạt tính trở nên rất phổ biến, nhằm đem lại hiệu quả kinh tế và kỹ
thuật. Vì vậy đề tài sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính là phụ gia khoáng Puzolan
Gia Quy hàm lượng lớn. Và ban đầu đã đạt những kết quả nhất định.
[18] Khi thủy hóa, xi măng tỏa nhiệt. Lượng nhiệt tỏa ra tỷ lệ với lượng dùng
xi măng. Ứng suất nhiệt trong đập phụ thuộc chủ yếu vào chênh lệch nhiệt độ
trong đập với nhiệt độ trung bình năm, ∆t, hệ số giãn nở nhiệt của bê tông, β,
môđun biến dạng, E và khả năng cản biến dạng, R:
σt = R.E.β.∆t
Có thể hiểu ∆t là chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ tối đa của khối đập và nhiệt độ
trung bình năm, tức nhiệt độ của môi trường. Những biến động nhiệt độ trong năm
chỉ có thể ảnh hưởng đến lớp mặt ngoài của đập. Đối với đập Upper Stillwater, khi
nhiệt độ trung bình năm tại khu vực đập là 30C, thì nhiệt độ khối đổ được khống
chế là 100C và ∆t trong trường hợp này sẽ cao hơn 70C. Vì nhiệt độ của khối đổ
BTKL sau khi đổ sẽ tăng và đạt giá trị tối đa ước tính đạt 45% giá trị tăng nhiệt
đoạn nhiệt khi tốc độ lên đập là 300mm/ngày đêm. Cấp phối RCC của đập Upper
Stillwater gồm 79 kg xi măng + 173 kg tro bay. Nhiệt độ đoạn nhiệt đạt 19 và
21 khi sử dụng phụ gia giảm nước loại D và loại A theo ASTM C494. Nhiệt độ
ban đầu của khối đổ tương ứng là 7 và 9 , tức là giá trị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt
là 12 cho cả hai trường hợp. Tăng nhiệt độ đoạn nhiệt này phù hợp với kết quả
của chúng tôi thu được từ RCC có lượng dung xi măng pooc lăng PC40 + tro bay
nhiệt điện là 85 kg /m3 +120 kg /m3 đạt 12,8 . Từ đó có thể sơ bộ xác định được
giá trị tăng nhiệt độ của đập Upper Stillwater là:
∆tđn = 0,45 x 12 = 5,4 .
Khi đó nhiệt độ tối đa trong thân đập là:
tmax = thhRCC + ∆tđn = 10 + 5.4 = 15.4 .
Từ đó: ∆t = tmax – tmt =15.4 - 3 = 12.4
Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm và có cường độ bức xạ mặt trời lớn ở cả ba
miền nước ta, nhiệt độ khối đổ có thể đạt rất cao vào mùa nóng và vào ban ngày.
Mặt khác khi nhiệt độ không khí cao hơn nhiệt độ khối đổ thì khả năng san phẳng
nhiệt độ là rất lớn. Về mùa nóng khi nhiệt độ không khí cao hơn 32 thì hỗn hợp
bê tông nói chung và RCC nói riêng đông kết rất nhanh và cường độ ở tuổi 28
ngày thường giảm 10 – 15%. Do vậy việc khống chế lượng dùng xi măng kết hợp
với việc thi công vào ban đêm là những biện pháp nhằm giảm thiểu việc tăng nhiệt
độ thân đập do nhiệt độ khối đổ cao.
Để minh họa việc xác định nhiệt độ khối đổ có thể xem xét ví dụ sau: Nếu
chọn giá trị tăng nhiệt độ trong đập ∆t = 12,4 tương tự như đập Upper Stillwater
và nhiệt độ trung bình năm cho khu vực Sơn La là 21 thì nhiệt độ tối đa của
khối đổ tmax = 21 ; và giá trị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt ∆tđn
chọn là 6 tức 45% của giá trị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của RCC có lượng dung
xi măng 85 kg/m3 là 12,8 thì nhiệt độ của khối đổ RCC không được cao hơn giá
trị thhRCC = 33,4 . Để đạt được giá trị nhiệt độ khối đổ này về mùa
nóng khi nhiệt độ không khí cao cũng không hoàn toàn dễ dàng nếu không áp
dụng các biện pháp giảm nhiệt độ của vật liệu thành phần trước khi đưa vào máy
trộn.
Từ những lập luận đó cho thấy trong công nghệ thi công đập RCC ở Việt
Nam cần thiết phải xác định sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của RCC, trên cơ sở nhiệt
độ trung bình năm của khu vực xây dựng đập có thể sơ bộ chọn nhiệt độ tối đa cho
phép của khối đổ RCC phụ thuộc vào tốc độ lên đập và chiều dày lớp đổ.
Các phương pháp làm giảm nhiệt độ đoạn nhiệt:
Trong thiết kế và thi công đập bê tông người ta có thể lựa chọn được phương
pháp hạ nhiệt độ trong tâm khối bê tông để tránh hiện tượng ứng suất nhiệt quá lớn
gây nứt kết cấu đập đó là: Khống chế lượng dùng xi măng clinker bằng cách thay
thế lượng dùng xi măng clinker bằng phụ gia khoáng hoạt tính là tro tuyển hàm
lượng lớn hay phụ gia Puzolan. Và phụ gia khoáng Puzolan Gia Quy được chúng
em chọn trong đề tài này. Trong trường hợp yêu cầu về cường độ, tính chống thấm
mà không thể giảm được lượng dùng xi măng clinker người ta tìm cách hạ thấp
nhiệt độ hỗn hợp BTKL mới trộn bằng các biện pháp: Làm lạnh cốt liệu, sử dụng
nước lạnh trộn bê tông, đổ bê tông vào ban đêm, sử dụng xi măng ít tỏa nhiệt, bố
trí hợp lý tốc độ đổ và chiều dày lớp đổ, sử dụng phụ gia chậm ninh kết…tùy
thuộc vào điều kiện thi công mà ta có thể lựa chọn phương pháp tối ưu.
2.4.2 Phương pháp xác định nhiệt độ đoạn nhiệt.
Nguyên lý : Nhằm tránh hiện tượng thất thoát nhiệt ra ngoài môi trường đề tài
sử dụng thiết bị DTR 10 -09- 01, nguyên tắc hoạt động của thiết bị là tự động cân
bằng nhiệt độ xung quanh phù hợp với nhiệt độ trong lòng mẫu bê tông sao cho
nhiệt sinh ra trong quá trình thủy hóa không bị tổn thất ra môi trường. Do vậy tăng
nhiệt độ trong lòng mẫu bê tông được thực hiện ở điều kiện đoạn nhiệt. Đó là điều
kiện lý tưởng để đo được nhiệt độ lớn nhất tự sinh trong lòng khối bê tông. Để cân
bằng được nhiệt độ thiết bị sử dụng hệ thống làm lạnh là máy điều hòa nhằm giảm
nhiệt độ khi nhiệt độ không khí xung quanh mẫu bê tông lớn hơn nhiệt độ trong
lòng mẫu bê tông, và thiết bị thứ hai là máy gia nhiệt bên trong chứa nước. Nước
trong thiết bị này được đốt nóng nhằm làm cho không khí xung quanh mẫu bê tông
tăng lên để đảm bảo cho chênh lệch giữa nhiệt độ bên trong mẫu bê tông và nhiệt
độ bên ngoài mẫu bê tông chênh lệch không vượt quá 0.30C. Nhiệt độ bên ngoài
mẫu bê tông và bên trong tâm mẫu bê tông được xác định nhờ cặp nhiệt điện T 1 và
T2, ta định vị nhiệt điện đo nhiệt độ T2 vào tâm mẫu bê tông với độ sâu khoảng 20-
30 cm, còn nhiệt điện đo nhiệt độ T1 được đặt trong buồng thử nhằm xác định
nhiệt độ không khí bên ngoài mẫu bê tông. Ban đầu khi cho bê tông vào thùng
đựng mẫu và tiến hành đặt các đầu đo vào các vị trí cần thiết. Thời gian đầu do
quá trình thủy hóa của xi măng trong bê tông chưa đáng kể cho nên sự chênh lệch
nhiệt độ giữa T1 và T2 < 0.30C lúc đó các thiệt bị cân bằng nhiệt độ chưa bật lên,
khi sự thủy hóa của xi măng trong bê tông tăng dần, lúc đó nhiệt độ sẽ tỏa ra bên
ngoài không khí. Nếu chênh lệch nhiệt độ trong lòng mẫu bê tông (T2) mà lớn hơn
nhiệt độ không khí bên ngoài mẫu bê tông (T1) là 0.30C thì bộ phận gia nhiệt sẽ
đốt nóng nước lên làm cho nhiệt độ không khí bên ngoài mẫu bê tông tăng lên để
sự chênh lệch nhiệt độ xuống 0.30C. Nếu trong trường hợp mà nhiệt độ bên trong
lòng mẫu bê tông (T2) mà nhỏ hơn nhiệt độ không khí bên ngoài mẫu bê tông (T1)
thì lúc đó điều hòa sẽ chạy để làm mát giảm nhiệt độ không khí nhằm mục đích
∆T < 0.30C. Khi đã ổn định nhiệt độ giữa T1 và T2 ta tiến hành ghi nhiệt độ. Ở thời
gian đầu (khoảng 3 ngày đầu) cứ 1h ta tiến hành ghi nhiệt độ 1 lần, khi thấy nhiệt
độ có dấu hiệu không tăng nữa thì sau 5h lại ghi 1 lần. Đến khi nhiệt độ giảm
xuống so với giá trị nhiệt độ lớn nhất thì thôi không tiến hành ghi nhiệt độ nữa.
Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần lưu ý thiết bị điều hòa và máy gia nhiệt.
Khi máy gia nhiệt hỏng nó làm cho nhiệt độ không khí bên ngoài mẫu bê tông
không được đốt nóng, lúc đó nhiệt trong bê tông tỏa ra bên ngoài. Do vậy kết quả
ghi được nhiệt đô lớn nhất không chính xác và sẽ nhỏ hơn nhiệt độ lớn nhất mà
mẫu bê tông có thể đạt được vì nhiệt đã bị mất ra ngoài không khí. Khi điều hòa
hỏng lúc đó không có bộ phận làm mát, điều đó cũng ảnh hưởng đến kết quả của
mẫu. Lúc đó nhiệt độ lớn nhất mà ta ghi được lại lớn hơn nhiệt độ mà bê tông có
thể đạt được nhờ thủy hóa xi măng, vì có sự tác động của nhiệt do không khí được
đốt nóng.
H O
SENSOR T
Vách thùng POLYSTRON
2
KHÔNG KHÍ
2
Các bước thí nghiệm :
- Chuẩn bị vật liệu chế tạo mẫu BTKL trước 1 ngày để trong phòng thí
nghiệm để đồng nhất nhiệt độ mẫu với nhiệt độ phòng.
- Đổ hỗn hợp BTKL vào thùng chứa làm bằng xốp có kích thước 40x 40x
40cm. Quá trình đổ chia làm ba lớp, mỗi một lớp hỗn hợp BTKL đều được
chọc và đầm chặt như quá trình đúc mẫu bê tông bình thường để được khối
bê tông có kích thước 40x 40x 40 cm.
- Gắn các sensor đo nhiệt độ vào các vị trí cần thiết.
- Liên tục theo dõi nhiệt độ T1 và T2, để có biện pháp điều chỉnh sao cho T2
xấp xỉ T1 khi có hiện tượng bất thường xảy ra.
- Theo dõi nhiệt độ bằng máy đo nhiệt độ, ghi lại các giá trị T2 và T1 với chu
kỳ 1 một lần trong 3 ngày đầu và 5 giờ ở các ngày tiếp theo.
* Phương pháp tính nhiệt độ trong khối BTKL.
Có thể xác định nhiệt độ tối đa bê tông thong qua thí nghiệm xác định nhiệt
thủy hóa chất kết dính và biết trước nhiệt dung riêng của các vật liệu tha m gia
trong thành phần bê tông.
Để tính toán được nhiệt độ lớn nhất trong long khối bê tông có kích thước
lớn, xét một phân tố bê tông ở tâm khối. Với khoảng cách tới biên khối lớn, có
thể coi phân tố lân cận. Như vậy toàn bộ nhiệt sinh ra do xi măng thủy hóa sẽ
làm cho khối bê tông đó tăng nhiệt độ. Từ các số liệu về nhiệt thủy hóa xi
măng và nhiệt dung riêng của các vật liệu thành phần, có thể tính được nhiệt độ
của bê tông. Tuy nhiên trên thực tế vẫn có sự trao đổi nhiệt giữa bê tông và
môi trường nên nhiệt độ thực tế của bê tông luôn nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tính
toán trong điều kiện đoạn nhiệt.
Nhiệt dung riêng của 1m3 bê tông xác định theo công thức :
Cc = Cw(W + Ws + Wg) + Ca(A – Ns – Ng) + CbB
Trong đó :
Cc: Nhiệt rung riêng (thể tích) của bê tông, kJ/m3 0C.
Cw: Nhiệt dung riêng của nước – 4,186 kJ/kg 0C.
Ca: Nhiệt dung riêng của cát và đá – 0,8 kJ/kg 0C.
Cb: Nhiệt dung riêng của xi măng/chất kết dính – 0,84 kJ/kg 0C.
W: Lượng nước trong bê tông kg/m3.
Ws: Lượng nước trong cát ẩm bão hòa kg/m3.
A: Lượng cốt liệu trong bê tông, kg/m3.
B: Tổng lượng chất kết dính trong bê tông, kg/m3.
Nhiệt độ của mẫu bê tông tính theo công thức:
T = T0 +
Trong đó:
T0: Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông, 0C.
Qt: Nhiệt thủy hóa chất kết dính trong điều kiện thí nghiệm ở tuổi t
ngày, kJ/kg.
B: Hàm lượng xi măng trong bê tông, kg/m3.
Cc: Nhiệt dung riêng (thể tích) của bê tông, kJ/m3 0C.
2.4.3 Giới thiệu thiết bị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông DTR 10 -09 - 01.
(ADIABATIC TEMPERATURE RISE OF CONCRETE)
1. Giới thiệu thiết bị và công dụng
Đề tài sử dụng thiết bị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông DTR 10- 09- 01. Một số
phòng thí nghiệm lớn nghiên cứu về bê tông ở các nước cũng có các thiết bị tương
tự DTR 10-90-01. Năm 2003 các nhà Khoa học Trung Quốc lần đầu tiên chế tạo
thiết bị này có ký hiệu là JR-1 và được đặt tại viện nghiên cứu Giang Tô. Thiết bị
DTR 10-90-01 này được chế tạo theo nguyên lý của JR-1 với các thông số tương
đương và vượt trội.
Trong bê tông khối lớn cần biết nhiệt độ lớn nhất sinh ra do quá trình thuỷ hóa
của xi măng, từ đó đưa ra biệt pháp nhằm hạn chế chênh lệch nhiệt độ, tránh gây
nứt nhiệt cho khối bê tông. Nhiều tài liệu nghiên cứu, trong đó có báo cáo viện bê
tông Mỹ (ACI 207.IR-96) bằng thực nghiệm trên thiết bị tương tự để nghiên cứu
tăng nhiệt độ đẳng nhiệt của bê tông. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị là tự động
cân bằng nhiệt độ xung quanh phù hợp với nhiệt độ trong lòng mẩu bê tông sao
cho nhiệt sinh ra trong quá trình thuỷ hóa không bị tổn thất ra môi trường. Do vậy
tăng nhiệt độ trong lòng mẩu bê tông được thực hiện ở điều kiện đoạn nhiệt. Đó là
điều kiện lý tưởng để đo được nhiệt độ lớn nhất tự sinh trong lòng khối bê tông.
Hệ thống cảm ứng nhiệt độ của mẫu, trong tủ, môi trường có độ chính xác 0.20C.
Đường biêu diễn thay đổi nhiệt độ theo thời gian được thể hiện trên CP và có thể
lưu giữ được 10.000 dữ liệu. Nhờ có hệ thống làm lạnh, thiết bị cho phép thử các
mẫu bê tông được làm lạnh trước (bằng nước đá, làm mát vật liệu trộn..) tới 100C.
Sự phối hợp của dàn lạnh, ống đốt được tự động vô cấp điện áp, nhiệt độ trong tủ
tự động truy bám nhiệt độ trong lòng mẫu với sai số nhỏ hơn 10C. Thùng chứa
mẫu có kích thước tới 400 mm, rất phù hợp cho đo nhiệt độ bê tông khối lớn có
kich thước Dmax lên tới 130 mm. Qua đường cong theo dõi nhiệt độ mẫu thử thay
đổi theo thời gian, có thể sử dụng thiết bị này để nghiên cứu quá trình thuỷ hóa
của xi măng có hoặc không có phụ gia khoáng, phụ gia hóa học.
2. Đặc tính kỹ thuật.
Hình 7: Thiết bị xác định tăng nhiệt độ đoạn nhiệt bê tông DTR 10-90-01
Kích thước: Dài(L) × Rộng(W) × Cao(H) =1200 × 700 × 1400
Điện áp: 220V; tần số 50Hz.
Công suất tiêu thụ tổng cộng: 2100W, gồm:
Bộ gia nhiệt kiểu ống: 2 × 500 = 1000W
Hệ thống làm lạnh kiểu kín: 800W
Bơm nước tuần hoàn: 100W
Quạt khí tuần hoàn: 20W
Khoảng nhiệt độ xách định: từ 10 đến 900C
Chênh lệch nhiệt độ trong lòng mẫu và môi trường thử nhỏ hơn 10C
3. Cấu tạo và các bộ phận chức năng.
1. Thùng đựng mẫu.
Sử dụng thùng xốp có kích thước: L x W x H = 400 x 400 x 400 mm, có thể cho
phép mẫu thử có kích thước lớn nhất của cốt liệu lớn tới 130 mm. Thùng đựng
mẫu có thể chứa được 60 lít hỗn hợp bê tông.
Hình 8.Hình ảnh về thùng đựng mẫu
2. Ngăn đặt mẫu.
Có kích thước như sau: L × W × H = 730 × 570 × 580. Ngăn chế tạo bằng thép
không gỉ và được bảo ôn cách nhiệt. Với giá đỡ chắc chắn và hệ thống đường ray,
có thể đẩy nhẹ nhàng thùng đựng mẫu có khối lượng tới 130 kg vào ngăng đặt
mẫu một cách dể dàng. Để tăng hiệu quả tuần hoàn có thể mở quạt đối lưu trong tủ
(công tắc quạt phía sau hướng lên trên).
3. Hệ thống nước tuần hoàn.
Với thể tích 135 lit nước được tuần hoàn xung quanh mẫu thử, thiết bị có thể là
đều nhiệt ở mọi vị trí trong thùng đựng mẫu. Chênh lệch trong thùng chứa không
vượt quá 0.20C sự tuần hoàn của nước nhờ một bơm cho phép bơm nước ở nhiệt
độ liên tục trong suốt quá trình thử, hoặc chỉ ở giai đoạn đốt nóng hoặc làm lạnh.
Điều khiển chế độ quạt qua công tắc phía sau thiết bị.
4. Hệ thống làm lạnh.
Nhằm mục đích làm mát nhiệt độ thùng đựng mẫu sao cho nhiệt độ thùng thấp hơn
nhiệt độ mẩu thử.
5. Hệ thống gia nhiệt bằng điện.
Bộ đốt gia nhiệt làm việc với điện áp tự thay đổi vô cấp từ 0 đến 220V do vậy tùy
theo mức độ chênh lệch nhiệt độ mà công suất giao động từ 0 đến 1000W. Đây là
đây là điều kiện lý tưởng để duy trì chênh lệch nhiệt độ mẫu thử và nhiệt độ ngăn
đặt mẫu nhỏ hơn 10C.
Bộ đốt làm việc bất cứ khi nào ( kể cả trong quá trình hạ nhiệt độ) theo “lệch” của
bộ điều khiển PID.
6. Bộ điều khiển chức năng PID theo kiểu kỹ thuật số.
Với “ Nhanh”, “ Nhạy”, “ Thông minh”, bộ điều khiển PID luôn tự động theo dõi
nhiệt độ tại các senser để đưa các lệnh làm việc cho hệ thống gia nhiệt hoặc hệ
thống làm lạnh. Nhờ vậy nhiệt độ trung quanh mẫu thử luôn bằng với nhiệt độ
trong tâm mẫu thử , kể cả mẫu thử được làm lạnh tới 100C.
7. Hiện thị kết quả.
Thiết bị có hệ thống hiện thị nhiệt độ mẫu , trong thùng thử, môi trường tại mặt
trước của hệ thống điều khiển và trên máy vi tính. Đường cong thay đổi nhiệt độ
mẫu thử và nhiệt độ trong thùng thử thay đổi theo thời gian tới 200h được thể hiện
trên màn hinh
Hình 1. Sơ đồ khối của thiết bị
220V
- Bé hiÓn thÞ nhiÖt ®é- Ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn- Ra tÝn hiÖu m̧ y tÝnh
Sensor 1
Sensor 2
M¸y tÝnh M¸y in
§ iÒu khiÓn v« cÊp bé ®èt
§ iÒu khiÓn m̧ y l¹nh
220V
Hình 2.Sơ đồ mạch điều khiển
4. Hướng dẫn sử dụng.
1. Chuẩn bị nguồn nước tuần hoàn.
Trước mỗi lần thử nghiệm cần phải làm đủ nước theo các bước sau.
Van xả phải ở vị trí đóng (tay van vuông góc với ống)
Van nước tràn ở vị trí mở (tay van song song theo chiều ống)
Nối ống nhựa vào nguồn nước cấp và cho nước chảy vào với tốc độ khoảng
10lít/phút. Khi nào thấy nước tràn ra ở van nước tràn thì thôi. Quá trình chuẩn bị
nguồn nước phải được thực hiện khi tắt nguồn điện cho máy.
Chu kỳ thay bỏ nước tuần hoàn là 3 tháng. Xả bỏ nước qua van xả, sau đó cấp lại
nước tuần hoàn theo các bước như trên. Trong quá trình sử dụng nếu vì trục trặc
nào đó mà thiếu nước tuần hoàn thì đèn W.Lamp bật sáng.
2. Chuẩn bị điện nguồn và senser.
Cắm dây nguồn vào ổ điện 220V với công suốt tiêu thụ 2100V.
Bật công tắc nguồn “Power” sang vị trí “On”.
Kiểm tra nguồn điện qua đèn báo và đồng hồ vol. Hệ thống quạt đối lưu, bơm
nước tuần hoàn, dàn lạnh, hệ thống gia nhiệt, máy tính...Sẵn sàng ở trạng thái làm
việc,
kiểm tra sự sẵn sàng làm việc của các senser và hiện thị nhiệt độ mẫu thử
(Samp.lamp), nhiệt độ ngăn đựng mẫu (Box.lamp).
Ước lượng nhiệt độ mẫu thử để thiết bị làm việc trước. Khi nhiệt độ ngăn đựng
mẫu đạt gần tương đương nhiệt độ mẫu thử thì đưa thùng đựng mẫu vào ngăn
chứa. Đặt senser vào chính giữa mẫu thử
Theo dõi trên hộp điều khiển khi đã cân bằng nhiệt độ mẫu với nhiệt độ ngăn chứa
thì bắt đầu ghi thay đổi nhiệt độ theo thời gian trên máy tính.
3. Ghi nhiệt độ và lưu kết quả.
Sau khi lắp đặt các senser vào đúng vị trí tâm mẫu thử và buồng thử. Theo dõi chị
thị độ của 2 senser. Sau khoảng thời gian 15 phút nhiệt độ 2 cảm ứng chỉ còn
chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn 10C điều khiển trên máy tính cho hệ thống tự nghỉ
làm việc. Trong quá trình ghi, có thể điều chỉnh hoặc tạm dừng điều chỉnh( nếu
cần thiết). Sau cả quá trình thử , sau khi nhiệt độ bắt đầu giảm có thể thoát hoặc in,
lưu kết quả trong máy tính.
2.4.4 Kết quả thí nhiệm xác định tăng nhiêt độ đoạn nhiệt
1. Thiết kế cấp phối bê tông khối lớn để xác định nhiệt độ đoạn nhiệt
a) Các số liệu về nguyên vật liệu sử dụng:
Xi măng Bút sơn: = 3.1 g/cm3, Rx = 400 daN/cm2
Cốt liệu nhỏ: = 2.65 g/cm3, c = 1651kg/m3, rc = 0.377
Cốt liệu lớn ( Đá dăm carbonat): = 2.71 g/cm3 , d = 1800kg/m3, rd = 0.335
Bao gồm 4 thành phần hạt kết hợp với nhau để đạt khối lượng thể tích lớn nhất và
độ rỗng nhỏ nhất, các thành phần hạt như sau: 5-20 mm,10-20 mm, 20-40 mm, 40-
70mm.
Tro bay nhiệt điện: = 2.85 g/cm3.
b) Thiết kế cấp phối bê tông khối lớn:
+ Xác định lượng nước:
Từ Dmax = 75mm. Tra bảng 19.5(ACI)
→ N = 160(l/m3)
+ Xác định lượng N/CKD:
Theo yêu cầu:
= 0.725
X = = = 220.7 (kg)
+ Xác định lượng dùng xi măng và Puzolan:
Khi lượng dùng xi măng 30%:
X = 220.7 x 0.3 = 66.21 (kg)
T = 220.7 x 0.7 x = 142 (kg)
Khi lượng dùng xi măng 50%:
X = 220.7 x 0.5 = 110.35 (kg)
T = 220.7 x 0.5 x = 101.45 (kg)
Khi lượng dùng xi măng 70%:
X = 220.7 x 0.7 = 154 (kg)
T = 220.7 x 0.3 x = 60.87 (kg)
+ Xác định lượng dùng đá: MC = 2.6 và đ = 1800 (kg/m3)
Tra bảng 19.10 (ACI):
Dmax = 75 mm và MC = 2.6 → Mđ = 0.8
ĐT = 0.8 x 1800 = 1440 (kg)
+ Xác định lượng dùng cát:
Khi Dmax = 75 mm → mv = 2462 (kg/m3)
C = 2462- 220.7- 160- 1440 = 641.3 (kg)
MC = = 0.3
+ Thành phần các cấp hạt lý tưởng:
Nhằm đạt được khối lượng thể tích lớn nhất và độ rỗng nhỏ nhất của cốt liệu ta
chọn ra phần trăm lượng sử dụng như sau:
20% cỡ hạt (5 ÷ 10); 20% cỡ hạt (5 ÷ 20); 30% cỡ hạt (20 ÷ 40); 30% cỡ hạt (40 ÷
75)
Ta có bảng cấp phối bê tông trong 1m3 như sau:
Mẫu X(kg) P(kg) C(kg)Đ(5÷10)
(kg) Đ(5÷20)
(kg) Đ(20÷40)
(kg) Đ(40÷75)
(kg) N
(Lít)
M9 (70%P) 66.21 142 641.3 288 288 432 432 160
M12 (50%P) 110.35 101.45 641.3 288 288 432 432 160
M13 (30%P) 154 60.87 641.3 288 288 432 432 160
M14(0% P) 220 0 641.3 288 288 432 432 160
Cấp phối bê tông dùng để tiến hành xác định nhiệt độ đoạn nhiệt: Tiến hành
đúc mẻ trộn 60 lít nhưng đề tài chia làm 2 lần trộn với mỗi mẻ là 30 lít để nghiên
cứu nhiệt độ đoạn nhiệt và xác định được khối lượng thể tích và độ sụt theo bảng
dưới:
Bảng cấp phối bê tông trong mẻ trộn 30 lít
Mẫu X
(kg)T
(kg)C
(kg)Đ(5÷10)
(kg) Đ(5÷20)
(kg) Đ(20÷40)
(kg) Đ(40÷75)
(kg) N
(Lít)KLTT(kg/m3)
SN(cm)
M9 1.99 4.26 19 8.64 8.64 12.96 12.96 4.8 2420 14
M12 3.31 3.04 19 8.64 8.64 12.96 12.96 4.8 2432 13
M13 4.63 1.83 19 8.64 8.64 12.96 12.96 4.8 2445 12
M14 6.6 0 19 8.64 8.64 12.96 12.96 4.8 2462 11
Ta thấy với cấp phối cốt liệu đề tài chọn hoàn toàn phù hợp cho chế tạo bê tông
khối lớn nhằm sử dụng làm các đập trọng lực. Hầu hết các công trình sử dụng bê
tông khối lớn hiện nay đều sử dụng Dmax ≥ 75mm, SN từ 6 ÷ 14cm và phải đảm
bảo ≥ 2400 (kg/m3).
2. Kết quả nghiên cứu nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông khối lớn như sau:
Sau quá trình nghiên cứu đề tài đã có kết quả nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông
khối lớn được biểu diễn theo biểu đồ và bảng kết quả dưới đây:
Thời gian 0%P 30%P 50%P 70%P
0 29.8 28.8 28.9 29.4
5 35.6 30.5 32.1 33
10 40.1 32.5 36 35
15 45.5 35.6 38.4 36.9
20 52.7 38.5 42 38.3
25 55.7 42.7 43.1 39.6
30 56.8 46.6 44.3 40.5
35 57.9 48.1 45.2 41
40 58.3 49.5 46.2 41.9
45 58.6 50.1 46.6 42
50 58.7 50.6 47 42.3
55 58.8 51 47.4 42.6
60 59 51.6 47.7 42.7
65 59 52.2 48 42.8
70 59 52.7 48.3 43
75 59 53.2 48.7 43.1
80 59 53.9 48.8 43.2
85 59 53.9 48.9 43.5
90 59 53.9 49 43.9
95 59 53.9 49 44.1
100 59 53.9 49 44.1
Ta có biểu đồ quá trình phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt trong BTKL sử dụng phụ
gia Puzolan Gia Quy hàm lượng lớn:
Hình 4-4. Biểu đồ biểu diễn sự phát triển nhiệt độ của bê tông có hàm lượng
Puzolan khác nhau.
Hình 4-5. Biểu đồ biểu diễn sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có
hàm lượng Puzolan khác nhau.
59 oC
53.9 oC
49 oC
44.1 oC
Bảng 4-3. Kết quả nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng Puzolan
khác nhau
Mẫu sử dụngLượng dùng Xi Măng
(kg)Nhiệt độ đoạn nhiệt T
(0C)
0%TB +100%XM 220.7 29.2
30%TB +70%XM 154 25.1
50%TB +50%XM 110.35 20.1
70%TB +30%XM 66.21 14.7
29.2 oC25.1 oC
20.1 oC
14.7 oC
Hình 4-6. Biểu đồ biểu diễn sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm
lượng Puzolan khác nhau .
Nhận xét: Qua biểu đồ cho thấy giá trị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của
BTKL sử dung phụ gia Puzolan Gia Quy có lượng dùng xi măng khác nhau
nằm gần trên 1 đường thẳng.
Sau khoảng 100h đo nhiệt độ bằng phương pháp đoạn nhiệt kết quả đo
cho thấy với mẫu chỉ có xi măng đo dược nhiệt độ tối đa trong lòng mẫu bê
tông là 590C, tiếp tục ở mẫu dùng 70% xi măng + 30% Puzolan nhiệt độ đo
được ở giá trị lớn nhất là 53.90C, mẫu dùng 50% xi măng + 50% Puzolan đo
được nhiệt độ lớn nhất là 490C, cuối cùng là mẫu 30% xi măng + 70%
Puzolan đo được nhiệt độ lớn nhất là 44.10C. Và ta thấy chênh lệch giữa mẫu
14.7 oC
20.1 oC
25.1 oC
29.2 oC
30% Puzolan và mẫu 0% Puzolan là ∆P = 30% tương ứng sự chênh lệch
nhiệt độ là ∆T=4.9 0C. Chênh lệch phần trăm thay thế của Puzolan đều là ∆P
= 50% - 30% = 70% - 50% = 20%, tương ứng sự chênh lệch nhiệt độ như
sau: ∆T= 4.9 0C và ∆T= 5.1 0C
Biểu đồ nhiệt độ đoạn nhiệt cho thấy sau khoảng 60h thì nhiệt độ trong lòng
mẫu bê tông chứa 100% Xi măng đạt đến nhiệt độ Tmax sau đó không tăng.
Sau đó khi tăng lượng dùng Puzolan vào trong bê tông thì thời gian để nhiệt
độ trong lòng khối bê tông đạt Tmax càng tăng lên, tương ứng là 30%P là
80h, 50%P là 90h và 70%P là 95h đạt Tmax.
b) Kết quả nghiên cứu phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt trong BTKL sử dụng
tro tuyển Phả Lại như sau:
Hình 4-7:Biểu đồ biểu diễn sự phát triển nhiệt độ của bê tông có hàm lượng
tro bay thay đổi .
Biểu đồ tăng nhiệt độ
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Thời gian(h)
Nh
iệt
độ
(0c
)
70%TB
50%TB
30%TB
0%TB
61.2
57.2
52.5
45.4
Hình 4-8:Biểu đồ biểu diễn sự phát triển nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có
hàm lượng tro bay thay đổi .
Biểu đồ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Thời gian(h)
Nh
iệt
độ
(0
c)
70%TB
50%TB
30%TB
0%TB
35.6
29.2
24.8
19.7
Bảng 4-4. kết quả xác định nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm lượng
tro bay thay đổi:
Mẫu sử dụngLượng dùng Xi Măng
(kg)Nhiệt độ đoạn nhiệt T
(0C)
0%TB +100%XM 220.7 35.6
30%TB +70%XM 154 29.250%TB +50%XM 110.35 24.870%TB +30%XM 66.21 19.7
Hình 4-9:Biểu đồ biểu diễn sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông có hàm
lượng tro bay thay đổi .
Nhiệt độ đoạn nhiệt
35.6
29.2
24.8
19.7
0
25
50
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Lượng dùng xi(kg)
Nh
iệt
độ
(0c
)
Nhận xét: Qua biểu đồ cho thấy giá trị tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của
BTKL sử dung tro bay, có lượng dùng xi măng khác nhau nằm gần trên 1
đường thẳng.
Sau khoảng 110h đo nhiệt độ bằng phương pháp đoạn nhiệt kết quả đo
cho thấy với mẫu chỉ có xi măng đo dược nhiệt độ tối đa trong lòng mẫu bê
tông là 61.20C, tiếp tục ở mẫu dùng 70% xi măng + 30% tro bay nhiệt độ đo
được ở giá trị lớn nhất là 57.20C, mẫu dùng 50% xi măng + 50% tro bay đo
được nhiệt độ lớn nhất là 52.50C, cuối cùng là mẫu 30% xi măng + 70% tro
bay đo được nhiệt độ lớn nhất là 45.40C. Và ta thấy chênh lệch giữa mẫu
30% tro bay và mẫu 0% tro bay là ∆TB = 30% tương ứng sự chênh lệch
nhiệt độ là ∆T=4 0C. Chênh lệch phần trăm thay thế của tro bay đều là ∆TB
= 50% - 30% = 70% - 50% = 20%, tương ứng sự chênh lệch nhiệt độ như
sau: ∆T= 4.7 0C và ∆T= 7.1 0C
Biểu đồ nhiệt độ đoạn nhiệt cho thấy sau khoảng 90h thì nhiệt độ trong lòng
mẫu bê tông có thể đạt đến nhiệt độ Tmax sau đó không tăng. Có trường hợp
ở mẫu đối chứng là 100% xi măng và mẫu 50% xi măng + 50% tro bay thì
Tmax ở thời gian sớm hơn.
KẾT LUẬN:
- So sánh 2 mẫu bê tông sử dụng phụ gia Puzolan Gia Quy và mẫu bê tông sử
dụng tro tuyển Phả Lại, có cùng lượng dùng Xi măng như nhau ta thấy ở mẫu
tro bay có đường tăng giá trị nhiệt độ đoạn nhiệt gần với đường thẳng hơn, tức
là nó tuyến tính gần hơn theo dạng hàm bậc nhất so với mẫu bê tông có sử
dụng phụ gia Puzolan Gia Quy.
- Hàm lượng tro bay cũng như hàm lượng phụ gia Puzolan có ảnh hưởng gần
như nhau đối với thời gian đạt nhiệt độ Tmax.
- Mẫu bê tông có sử dụng Puzolan có tác dụng giảm nhiệt độ trong long khối bê
tông tốt hơn so với việc sử dụng tro bay thay thế.
