TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG WX NGHIÊN CỨU KHOA HỌC thực Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm hướng dẫn Ts Nguyễn Việt Hưng ỨNG XỬ LƯU BIẾN VÀ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM CHẢY XÒE CỦA BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN Trường Đại học Kiến trúc 196 Pasteur, quận 3, thành phố Hồ Chí Minh ngày 10 tháng 08 năm 2009 LỜI CẢM ƠN Bài nghiên cứu khoa học « Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn » hoàn thành không nhờ hướng dẫn tận tình Ts Nguyễn Việt Hưng, Giảng viên môn Kết cấu Công trình – Khoa Xây dựng – Trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh Chúng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy : cảm ơn thầy kiến thức khoa học mà thầy truyền dạy cho trình làm nghiên cứu, cảm ơn tận tâm tin tưởng mà thầy dành cho Chúng quên cảm ơn thầy cô phòng Nghiên cứu Khoa học Công nghệ – Trường Đại học Kiến trúc thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy Sơn chị Lệ, thông cảm tạo điều kiện tốt cho hoàn thành nghiên cứu Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn thành viên gia đình, bạn bè, anh chị động viên khuyến khích mặt tinh thần, giúp đỡ sở vật chất trình làm nghiên cứu Nhóm tác giả : Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm TÓM TẮT Trong nghiên cứu « Ứng xử lưu biến mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn », kết đạt việc hệ thống xếp lại kiến thức quan trọng ngành lưu biến học có liên quan đến bê tông, kiến thức ứng xử lưu biến bê tông thường bê tông tự đầm lèn, đạt kết quan trọng sau trình mô hình hóa chảy xòe bê tông thí nghiệm nón cụt Abrams Thứ nhất, nhận thấy đường kính chảy xòe chất lỏng phụ thuộc vào ngưỡng chảy mà không phụ thuộc vào tính chất lưu biến khác Thứ hai, thấy mối quan hệ đường kính chảy xòe ngưỡng chảy τ0 chất lỏng Coussot thiết lập sở giả thiết đơn giản hóa nghiệm với chất lỏng có ngưỡng chảy τ0 lớn có sai số lớn ngưỡng chảy τ0 nhỏ Cuối cùng, dựa sở nghiên cứu lý thuyết Coussot kết thu từ phần mềm, tìm mối quan hệ đường kính chảy xòe D ngưỡng chảy τ0 bê tông thí nghiêm nón cụt Abrams với sai số nhỏ 4% so với kết thu từ mô hình hóa phần mềm TỪ KHÓA lưu biến ; bê tông tự đầm lèn ; chất lỏng Herschel – Bulkley ; nón cụt Abrams BẢNG MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG 1  CHƯƠNG HỆ THỐNG KIẾN THỨC VỀ LƯU BIẾN HỌC 3  1.1.  Giới thiệu 3  1.2.  Một số loại mô hình ứng xử lưu biến 4  1.3.  Một số loại lưu biến kế 5  1.3.1.  Nhớt kế kiểu « bi rơi » 6  1.3.2.  Lưu biến kế Poiseuille 7  1.3.3.  Lưu biến kế Couette loại hình trụ đồng trục 10  CHƯƠNG 13 HỆ THỐNG KIẾN THỨC VỀ BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN 13  2.1.  Giới thiệu 13  2.2.  Ứng xử lưu biến bê tông thường 14  2.2.1.  Cấu trúc kết vữa xi măng 14  2.2.2.  Ứng xử nhớt – dẻo vữa xi măng bê tông 16  2.2.3.  Ứng xử xúc biến vữa xi măng bê tông 16  2.2.4.  Ứng xử chảy lỏng vữa xi măng bê tông 17  2.2.5.  Mô hình ứng xử lưu biến vữa xi măng bê tông 17  2.3.  Khái quát bê tông tự đầm lèn 18  2.4.  Ưu nhược điểm bê tông tự đầm lèn 19  2.5.  Yêu cầu bê tông tự đầm lèn 19  2.5.1.  Yêu cầu độ lỏng bê tông tự đầm lèn 20  a)  Độ lỏng môi trường vật cản 20  b)  Độ lỏng không gian có vật cản 21  c)  Môt số phương pháp khác xác định độ lỏng bê tông tự đầm lèn 21  2.5.2.  Yêu cầu ổn định bê tông tự đầm lèn 22 Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang ii 2.6.  Đặc điểm thành phần cấu tạo bê tông tự đầm lèn 23  2.6.1.  Thể tích vữa lớn 23  2.6.2.  Sử dụng hàm lượng lớn hạt mịn 23  2.6.3.  Sử dụng chất phụ gia siêu dẻo 23  2.6.4.  Sử dụng chất phụ gia tăng nhớt 24  2.7.  Ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn 25  CHƯƠNG 26 MÔ HÌNH SỰ CHẢY XÒE CỦA BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN TRONG THÍ NGHIỆM ABRAMS 26 3.1.  Giới thiệu 26  3.2.  Mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn 27  3.3.  Kết bình luận 29  KẾT LUẬN CHUNG 32  TÀI LIỆU THAM KHẢO 33  Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm GIỚI THIỆU CHUNG Để đáp ứng yêu cầu xây dựng đại với công trình bê tông cốt thép quy mô ngày lớn, nhà khoa học vật liệu xây dựng không ngừng nghiên cứu nâng cao chất lượng bê tông, đặc biệt cường độ vật liệu Ban đầu, người ta chế tạo loại bê tông có cường độ lớn, nhiên lại khó thi công – đặc biệt công trình lớn có cốt thép dày đặc – bê tông không đảm bảo độ lỏng cần thiết Trong bối cảnh ấy, nhiều nghiên cứu thực nhằm dung hòa hai tiêu trái ngược kết quả, vào cuối năm 80 kỷ trước, nhà khoa học vật liệu xây dựng Nhật Bản phát minh loại bê tông có cường độ cao đồng thời có độ lỏng lớn, có khả tự chảy tác dụng trọng lượng thân mà không cần tác động học – bê tông tự đầm lèn (self – compacting concrete) Tuy nhiên, thời điểm đó, chất phụ gia sử dụng bê tông tự đầm lèn chưa đạt hiệu mong muốn có giá thành cao nên bê tông tự đầm lèn chưa ứng dụng rộng rãi xây dựng Phải đến thập kỷ sau, với đời chất phụ gia hệ mới, bê tông tự đầm lèn thể nhiều ưu điểm trội so với bê tông thường từ ứng dụng ngày phổ biến ngành xây dựng, đặc biệt nước Nhật Bản, châu Âu, Mỹ, Canada… Hiện nay, trình nghiên cứu bê tông tự đầm lèn thực nhiều nước giới nhằm cải thiện, nâng cao chất lượng vật liệu Ở nước ta, số lượng nghiên cứu bê tông tự đầm lèn – đặc biệt bê tông trạng thái lỏng – Bài nghiên cứu tập trung vào tính chất trạng thái lỏng, hay nói cách khác ứng xử lưu biến (rheological behavior) bê tông tự đầm lèn Ứng xử lưu biến bê tông số nhiều lĩnh vực nghiên cứu ngành khoa học lưu biến Chính vậy, trước vào mục tiêu nghiên cứu chính, dành Chương cho việc hệ thống lại kiến thức chung lưu biến học Những kiểu mô hình ứng xử lưu biến, thiết bị dùng việc xác định thực nghiệm tính chất lưu biến vật liệu trình bày liên hệ với bê tông Về mặt thành phần cấu tạo, bê tông tự đầm lèn bao gồm thành phần vật liệu giống bê tông thường, khác hàm lượng thành phần vật liệu việc sử dụng số chất phụ gia nhằm cải thiện số tính chất lưu biến bê tông Chính vậy, Chương 2, trước trình bày bê tông tự đầm lèn, Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang hệ thống lại số đặc điểm kết hợp giải thích góc độ vi mô nguồn gốc ứng xử lưu biến bê tông thường Đặc điểm thành phần cấu tạo, yêu cầu tiêu đánh giá chất lượng, ảnh hưởng chất phụ gia ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn… sau trình bày Chương Về mặt lưu biến học, bê tông tự đầm lèn khác với bê tông thường chỗ chúng có độ lỏng lớn, nhờ mà chúng tự chảy lấp đầy ván khuôn tác dụng trọng lượng thân mà không cần tác động học Để đánh giá độ lỏng bê tông tự đầm lèn, người ta thường dùng nón cụt Abrams để xác định đường kính chảy xòe vật liệu Đường kính chảy xòe có liên hệ chặt chẽ với tính chất lưu biến vật lý bê tông Nhiều nghiên cứu thực nhằm tìm mối quan hệ này, nhiên, nay, mối quan hệ tìm nghiệm cách tương bê tông có thành phần cấu tạo dao động phạm vi hẹp mà tác giả nghiên cứu Nhận thấy cần thiết tiếp tục nghiên cứu mối quan hệ độ lỏng tính chất lưu biến vật lý bê tông, dành Chương cho mục đích nghiên cứu nhờ việc ứng dụng phần mềm thương mại Fluent 6.1 Những kết thu so sánh với số nghiên cứu khác sau đưa biểu thức quan hệ riêng Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm CHƯƠNG HỆ THỐNG KIẾN THỨC VỀ LƯU BIẾN HỌC Những kiến thức chung lưu biến học mà trình bày chương dịch từ [1] 1.1 Giới thiệu Lưu biến học (rheology) ngành khoa học nghiên cứu chảy vật liệu, hay nói cách cụ thể hơn, xác định mối quan hệ biến dạng ứng suất tương ứng tác dụng lên vật liệu có xét đến trình tác dụng ứng suất theo thời gian Mối quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu gọi quy luật ứng xử lưu biến hay gọi tắt phương trình lưu biến, thường biểu diễn – trường hợp trượt túy – dạng mối quan hệ ứng suất tiếp τ vận tốc biến dạng trượt γ& (đạo hàm biến dạng trượt γ theo thời gian t) Đường cong mô tả phương trình lưu biến gọi đồ thị lưu biến, dựa vào người ta phân biệt loại ứng xử lưu biến khác mô tả H 1.1 : Ứng xử vật liệu coi tuyệt đối nhớt chảy xảy sau vật liệu chịu tác dụng ứng suất tiếp τ dù nhỏ, hay nói cách khác đồ thị lưu biến qua gốc tọa độ Ngược lại, trường hợp chảy xảy ứng suất tiếp τ vượt giá trị τ0 gọi ngưỡng chảy, hay nói cách khác đồ lưu biến bắt nguồn từ điểm có tung độ τ0 trục ứng suất tiếp τ, người ta gọi ứng xử lưu biến nhớt – dẻo Ứng xử lưu biến vật liệu gọi chảy lỏng (shear – thinning) mặt lõm đồ thị lưu biến hướng phía trục vận tốc biến dạng trượt γ& (độ nhớt μ giảm theo τ γ& ) Ngược lại, mặt lõm đồ thị lưu biến hướng phía trục ứng suất tiếp τ (độ nhớt μ tăng theo τ γ& ), người ta gọi ứng xử lưu biến chảy đặc (shear – thickening) Trong trường hợp trung gian, ứng suất tiếp τ tỉ lệ tuyến tính với vận tốc biến dạng trượt γ& , ứng xử lưu biến gọi ứng xử Newton vật liệu tuyệt đối nhớt gọi ứng xử Bingham vật liệu nhớt – dẻo Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang H 1.1 Đồ thị lưu biến tương ứng với loại ứng xử lưu biến khác 1.2 Một số loại mô hình ứng xử lưu biến Để mô tả ứng xử lưu biến vật liệu, nhiều phương trình toán học thiết lập, nhiên không phương trình toán học mô tả cách xác tuyệt đối Dưới giới thiệu vài mô hình ứng xử lưu biến thường gặp ngành lưu biến học Mô hình ứng xử lưu biến đơn giản nhất, trường hợp đặc biệt tất mô hình ứng xử lưu biến khác, mô hình ứng xử Newton (PT 1.1), đặc trưng độ nhớt μ không đổi gọi độ nhớt tuyệt đối Mô hình ứng dụng cho số chất lỏng dung dịch hòa tan, dung dịch huyền phù loãng … số trường hợp vữa xi măng có thành phần cấu tạo đặc biệt [2] τ = μγ& (1.1) Trong thực tế, người ta gặp nhiều chất lỏng có ứng xử lưu biến tuyệt đối nhớt phi tuyến thuộc loại chảy lỏng (shear – thinning) dung dịch huyền phù, chất hóa học trùng hợp cao phân tử, hồ dán, keo … thuộc loại đặc hóa (shear – thickening) dung dịch phân tán nồng độ cao, hồ tinh bột, dầu tổng hợp … Để Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang mô tả loại ứng xử lưu biến này, người ta thường sử dụng mô hình lưu biến Ostwald (PT 1.2) đặc trưng hai thông số : độ đặc K số mũ n Tùy theo giá trị n, mô hình Ostwald mô tả ứng xử lưu biến chảy lỏng (n < 1), ứng xử lưu biến Newton (n = 1), hay ứng xử lưu biến chảy đặc (n > 1) τ = Kγ& n (1.2) Người ta thường gặp số lượng lớn vật liệu thực tế có ứng xử lưu biến nhớt – dẻo (có ngưỡng chảy) vữa xi măng, bê tông lỏng, bùn, kem đánh răng, bột mì, dầu mỡ bôi trơn, dung dịch huyền phù …Để mô tả ứng xử nhớt – dẻo vật liệu này, mô hình lưu biến Bingham đặc trưng hai thông số : ngưỡng chảy τ0 độ nhớt dẻo η thường sử dụng [3 – 6] Mô hình viết dạng sau : τ ≤ τ ⎧γ& = ⎨ ⎩ τ = τ + ηγ& τ > τ (1.3) Mô hình lưu biến Bingham không cho phép miêu tả ứng xử phi tuyến phần lớn vật liệu nhớt dẻo So với ngưỡng chảy thực tế vật liệu, mô hình Bingham cho ngưỡng chảy cao vật liệu chảy lỏng [7, 8] ngược lại, cho ngưỡng chảy thấp hơn, chí phi thực tế (ngưỡng chảy âm), vật liệu chảy đặc [9] Để miêu tả xác ứng xử lưu biến phi tuyến vật liệu nhớt dẻo, người ta thường sử dụng mô hình Herschel – Bulkley đặc trưng thông số : ngưỡng chảy τ0, độ đặc K số mũ n [8 – 11] Mô hình Herschel – Bulkley thực chất mô hình kết hợp mô hình Bingham mô hình Ostwald, biểu diễn dạng sau : ⎧γ& = ⎨ n ⎩ τ = τ + Kγ& τ ≤ τ τ > τ (1.4) 1.3 Một số loại lưu biến kế Lưu biến kế (rheometer) thiết bị dùng để xác định thực nghiệm tính chất lưu biến vật liệu Có nhiều loại lưu biến kế hoạt động dựa nguyên lý khác nhau, loại có ưu – nhược điểm riêng tương thích với loại vật liệu định Trong phạm vi nghiên cứu này, giới thiệu số loại lưu biến kế thường sử dụng ngành khoa học lưu biến Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 21 b) Độ lỏng không gian có vật cản Độ lỏng bê tông môi trường có vật cản xác định thí nghiệm hộp chữ L (L – Box) Thí nghiệm cho phép đánh giá khả tự chảy bê tông tác dụng trọng lượng thân qua lưới cốt thép mô tả sau (xem H 2.5) : bê tông đổ vào phần đứng – sau nhấc chắn – chảy qua lưới cốt thép sang phần nằm ngang hộp chữ L Bê tông lỏng chiều cao h bê tông phần nằm ngang lớn Để đảm bảo khả tự chảy bê tông qua lưới cốt thép, chiều cao bê tông phần nằm ngang phải thỏa mãn điều kiện h ≥ 12 cm hay h/H ≥ 0.8 (H = 15 cm chiều cao phần nằm ngang hộp chữ L) H 2.5 Thí nghiệm hộp chữ L (kích thước ghi theo mm) c) Môt số phương pháp khác xác định độ lỏng bê tông tự đầm lèn Thí nghiệm nón cụt Abrams thí nghiệm hộp chữ L ứng dụng phổ biến trong việc kiểm tra đánh giá độ lỏng bê tông tự đầm lèn Ngoài ra, người ta đánh giá độ lỏng bê tông tự đầm lèn thí nghiệm khác đo thời gian chảy bê tông phễu chữ V (H 2.6.a), đo chiều cao dâng lên bê tông qua lưới cốt thép theo nguyên lý bình thông hộp chữ U (H 2.6.b) Bê tông tự đầm lèn phải có thời gian chảy phễu chữ V nhỏ s, chiều cao dâng lên ống chữ U tối thiểu 300 mm Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 22 (a) (b) H 2.6 Một số dụng cụ thí nghiệm khác dùng việc xác định độ lỏng bê tông tự đầm lèn (kích thước ghi theo mm) :(a) phễu chữ V, (b) hộp chữ U 2.5.2 Yêu cầu ổn định bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn yêu cầu độ lỏng lớn phải đảm bảo yêu cầu độ ổn định, không bị lắng đọng phân tầng trạng thái tĩnh tác dụng trọng lực không bị phân tách trình chuyển động : cốt liệu lớn vữa phải di chuyển với ván khuôn qua lưới cốt thép Độ ổn định bê tông tự đầm lèn đánh giá nhanh cách trực quan thông qua khoảng cách mép vữa hạt cốt liệu gần xác định đường kính chảy xòe bê tông thí nghiệm nón cụt Abrams (H 2.4) Khoảng cách phải nhỏ cm nhiên, điều kiện chưa đủ để xác định bê tông có đảm bảo độ ổn định hay không Để đánh giá cách xác độ ổn định bê tông tự đầm lèn, thí nghiệm sàng bê tông thường sử dụng Nguyên lý dựa việc xác định khối lượng vữa xi măng lọt qua sàng (kích thước lỗ sàng mm) sau đổ bê tông từ độ cao khoảng 50 cm xuống sàng Bê tông đánh giá đảm bảo điều kiện ổn định tỉ lệ phần trăm khối lượng vữa lọt qua sàng so với khối lượng bê tông nhỏ 15% Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 23 2.6 Đặc điểm thành phần cấu tạo bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn phải đồng thời đảm bảo hai tính chất trái ngược : độ lỏng ổn định Để dung hòa hai tính chất này, bê tông tự đầm lèn phải có đặc điểm thành phần cấu tạo riêng biệt so với bê tông thường mà trình bày 2.6.1 Thể tích vữa lớn Ma sát hạt cốt liệu lớn (sỏi, đá) làm giảm khả chảy lấp đầy ván khuôn bê tông Vì bê tông tự đầm lèn phải tích vữa lớn, dao động khoảng 330 ÷ 400 l/m³, nhằm tách hạt cốt liệu lớn xa 2.6.2 Sử dụng hàm lượng lớn hạt mịn Để đảm bảo tính dễ thi công đồng thời phải hạn chế nguy phân tách (lắng đọng tách nước), bê tông tự đầm lèn chứa hàm lượng lớn hạt mịn (kích thước nhỏ 80μm), khoảng 500 kg/m³ Tuy nhiên, để tránh vấn đề nhiệt độ bê tông tăng cao mức trình thủy hóa xi măng đồng thời để giảm giá thành vật liệu, người ta thường giảm bớt xi măng thay thể chí nhiều loại phụ gia mịn khác tro bay, xỉ lò cao, bột đá vôi…Loại liều lượng phụ gia chọn tùy thuộc vào yêu cầu cường độ độ bền bê tông 2.6.3 Sử dụng chất phụ gia siêu dẻo Do sử dụng hàm lượng lớn xi măng hạt mịn, bê tông trở nên đậm đặc khó chảy (ngưỡng chảy τ0 bê tông gây kết xi măng tăng theo hàm số mũ nồng độ xi măng, xem §2.2.2) Để làm tăng độ lỏng bê tông, người ta thêm vào chất phụ gia siêu dẻo (superplasticizer) Đó chất hóa học trùng hợp cao phân tử (polymer) tích diện âm, có tác dụng làm lỏng hóa bê tông thông qua việc cản trở kết hạt xi măng Cơ chế hoạt động chất phụ gia siêu dẻo chủ yếu dựa hiệu ứng tĩnh điện (electrostatic effect) hiệu ứng không gian (steric effect) + Hiệu ứng tĩnh điện xuất phát từ đặc tính tích điện âm phân tử phụ gia siêu dẻo Các phân tử tác dụng lực hút tĩnh điện, bám vào bề mặt tích điện âm cho hạt xi măng, gây lực đẩy tĩnh điện hạt xi măng [23, 24] Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 24 + Hiệu ứng không gian xuất phát từ tương tác lớp phụ gia siêu dẻo bám xung quanh bề mặt hạt xi măng Khi hạt xi măng tiến lại gần nhau, phân tử phụ gia siêu dẻo quấn lại chằng chịt với làm tăng nồng độ polymer đẩy hạt phân tử nước khỏi vùng hạt xi măng Sự cân nồng độ gây áp suất thẩm thấu đẩy phân tử nước trở lại vùng có nồng độ polymer lớn chống lại tiến lại gần hạt xi măng [25] Tương quan hiệu ứng tĩnh điện hiệu ứng không gian việc ngăn cản kết hạt xi măng phụ thuộc vào loại khối lượng phân tử chất phụ gia siêu dẻo Đối với chất phụ gia siêu dẻo thuộc hệ cũ (các chất dẫn xuất sulfo), hiệu ứng tĩnh điện chủ yếu [25] Ngược lại, chất phụ gia siêu dẻo thuộc hệ (gốc polycarboxynate), hiệu ứng không gian chiếm ưu [25, 26] So với chất phụ gia siêu dẻo thuộc hệ cũ, chất phụ gia siêu dẻo cho phép cải thiện trì độ lỏng bê tông theo thời gian tốt [27] Ảnh hưởng chất phụ gia siêu dẻo ứng xử lưu biến bê tông thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu khoa học giới Coi bê tông chất lỏng nhớt dẻo Bingham, Banfill [28] nhận thấy ngưỡng chảy τ0 độ nhớt dẻo η bê tông giảm dần với hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo Trong số nghiên cứu, người ta nhận thấy bê tông có ứng xử lưu biến chảy đặc (shear – thickening) sử dụng hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo vượt hàm lượng bão hòa [11, 29] 2.6.4 Sử dụng chất phụ gia tăng nhớt Việc sử dụng chất phụ gia siêu dẻo nhằm làm tăng độ lỏng bê tông tự đầm lèn dẫn đến nguy bê tông không ổn định, dễ phân tách lắng đọng Để khắc phục vấn đề này, người ta thêm vào bê tông chất phụ gia tăng nhớt (Viscosity Enhancing Admixture), chất hóa học trùng hợp cao phân tử (polymer) có tác dụng đảm bảo ổn định đồng thông qua việc làm tăng độ nhớt bê tông Cơ chế hoạt động chất phụ gia chủ yếu dựa hiệu ứng sau [30] : + Hấp thụ : phân tử nước bị hấp thụ bám vào chuỗi phân tử phụ gia tăng nhớt, làm giảm hàm lượng nước tự dung dịch làm tăng độ nhớt bê tông + Kết hợp : phân tử phụ gia siêu dẻo kết hợp với tác dụng lực hút Van der Waals thông qua cầu liên kết Hydro tạo thành mạng lưới Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 25 đóng băng chuyển động phân tử nước tự làm tăng độ nhớt bê tông + Quyện vào : Ở trạng thái nghỉ (không chảy) vận tốc biến dạng trượt nhỏ, chuỗi phân tử phụ gia tăng nhớt quyện lại chằng chịt với nhau, làm tăng độ nhớt đảm bảo ổn định bê tông Khi vận tốc biến dạng trượt tăng lên, chuỗi phân tử có khả duỗi theo hướng chảy, làm giảm độ nhớt bê tông Hiện tượng giải thích kiểu ứng xử lưu biến chảy lỏng (shear – thinning) bê tông, cho phép đảm bảo ổn định bê tông trạng thái nghỉ đảm bảo độ lỏng cần thiết bê tông thi công Cho đến nay, nhiều công trình nghiên cứu ảnh hưởng chất phụ gia tăng nhớt ứng xử lưu biến vữa xi măng bê tông thực công bố [30, 31] Những nghiên cứu việc thêm chất phụ gia không làm tăng độ nhớt mà làm tăng ngưỡng chảy, tăng mức độ chảy lỏng (degree of shear – thinning) tăng hiệu ứng xúc biến vữa xi măng bê tông 2.7 Ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn Mặc dù có tỉ lệ « nước / xi măng” nhỏ đáng kể nhờ tác dụng chất phụ gia siêu dẻo ngăn cản kết hạt xi măng (xem §2.6.3), bê tông tự đầm lèn có ngưỡng chảy τ0 thấp nhiều so với bê tông thường, dao động khoảng τ0 = ÷ 100 Pa Điều đảm bảo cho bê tông tự đầm lèn có khả tự chảy lấp đầy ván khuôn tác dụng trọng lượng thân mà không cần đầm rung bê tông thường Cũng tác dụng chất phụ gia siêu dẻo chống lại kết vữa xi măng mà bê tông tự đầm lèn có ứng xử lưu biến gần tuyến tính (n ≈ mô hình Herschel – Bulkley), có ứng xử lưu biến chảy đặc (n > 1) sử dụng hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo vượt hàm lượng bão hòa Sự giảm ngưỡng chảy τ0 độ chảy lỏng (n tăng) bê tông tự đầm lèn so với bê tông thường tác dụng chất phụ gia siêu dẻo hoàn toàn có lý trình bày §2.6.4, chất phụ gia tăng nhớt có tác dụng ngược lại tính chất lưu biến Điều giải thích việc chất phụ gia tăng nhớt có tác động chủ yếu đến độ nhớt bê tông, tăng ngưỡng chảy độ chảy lỏng gây chất phụ gia tăng nhớt thứ yếu so với tác động chất phụ gia siêu dẻo đến tính chất lưu biến Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm CHƯƠNG MÔ HÌNH SỰ CHẢY XÒE CỦA BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN TRONG THÍ NGHIỆM ABRAMS 3.1 Giới thiệu Như giới thiệu Chương 2, bê tông tự đầm lèn loại vật liệu có ứng xử lưu biến nhớt dẻo mô tả cách thích hợp mô hình lưu biến Herschel – Bulkley (PT.1.4) đặc trưng ba thông số : τ0, K, n Việc xác định tính chất lưu biến có ý nghĩa lớn, cho phép nghiên cứu, kiểm tra đánh giá độ lỏng, khả bơm, khả tự chảy lấp đầy ván khuôn ổn định đồng bê tông tự đầm lèn Tuy nhiên, việc xác định cách xác tính chất lưu biến bê tông đòi hỏi lưu biến kế lớn không sản xuất hàng loạt có giá thành đắt mà trung tâm thí nghiệm có khả trang bị Ngoài công trường, người ta thường dùng dụng cụ đơn giản gọn nhẹ hộp chữ L, phễu chữ V, hộp chữ U, … đặc biệt phổ biến nón cụt Abrams để xác định cách chóng độ lỏng bê tông tự đầm lèn Rất nhiều nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết thực nhằm tìm mối quan hệ độ lỏng tính chất lưu biến vật lý bê tông Việc xác định mối quan hệ có lợi ích lớn, cho phép xác định tính chất lưu biến vật lý bê tông thí nghiệm nhanh chóng, đơn giản rẻ tiền nhiều lần so với việc sử dụng lưu biến kế cồng kềnh Tuy nhiên, nay, mối quan hệ thu nghiệm cách tương loại bê tông có thành phần cấu tạo dao động phạm vi hẹp mà tác giả nghiên cứu Thấy lợi ích cần thiết tiếp tục nghiên cứu mối quan hệ độ lỏng tính chất lưu biến bê tông, dành chương cho việc tìm hiểu mối quan hệ đường kính chảy xòe bê tông tự đầm lèn thí nghiệm nón cụt Abrams ứng xử lưu biến chúng mô tả mô hình Herschel – Bulkley, dựa việc ứng dụng phần mềm thương mại Fluent 6.1 Các kết thu so sánh với kết tính toán theo PT 2.1 rút từ nghiên cứu lý thuyết Coussot [22], đồng thời cho phép thiết lập mối quan hệ đường kính chảy xòe ứng xử lưu biến bê tông tự đầm lèn Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 27 3.2 Mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn Để nghiên cứu chảy xòe bê tông tự đầm lèn thí nghiệm nón cụt Abrams, dùng phần mềm thương mại Fluent 6.1 tính toán chảy chất lỏng dựa phương pháp phần tử hữu hạn Tuy nhiên, có nhầm lẫn, kích thước nón cụt Abrams mô hình có khác biệt nhỏ so với kích thước tiêu chuẩn (H 2.4) mô tả H 3.1 Với mong muốn nghiên cứu cách tổng quát xác có thể, coi bê tông chất lỏng nhớt dẻo Herschel – Bulkley (PT 1.4) với thông số lưu biến τ0, K, n dao động phạm vi rộng, bao gồm bê tông thường (τ0 > 200 Pa, n < 1) bê tông tự đầm lèn (τ0 < 100 Pa, n ≈ 1) Tuy nhiên, chất lỏng có ứng xử lưu biến nhớt dẻo phi Newton, thời gian chạy chương trình lâu mô hình hóa số lượng nhỏ chất lỏng B 3.1 giới thiệu thông số lưu biến chất lỏng mà thực nghiên cứu ρ (kg/m³) τ0 (Pa) 2500 100 ÷ 1000 K (Pa.sⁿ) n 5.0 0.5 0.5 1.0 B 3.1 Giá trị thông số lưu biến chất lỏng Herschel – Bulkley nghiên cứu H 3.1 Mạng lưới phần tử (grid), điều kiện ban đầu điều kiện biên sử dụng trình mô hình hóa chảy xòe chất lỏng Herschel – Bulkley thí nghiệm nón cụt Abrams Nhằm đơn giản hóa trình tính toán, xét đến tính chất đối xứng nón cụt Abrams, mô hình chảy xòe chất lỏng Herschel – Bulkley mặt phẳng qua trục đối xứng nón cụt Sự chảy xòe chất lỏng tính toán Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 28 hệ trục tọa độ trụ với mô hình VOF (Volume Of Fluid) áp dụng cho toán có mạng lưới (grid) cố định có hai nhiều chất không trộn lẫn với Trong trường hợp nghiên cứu chúng tôi, chất lỏng Herschel – Bulkley chảy xòe môi trường khí hai chất (chất lỏng không khí) hoàn toàn phân tách với Đối với chất, thể tích chiếm chỗ tương đối chất phần tử ô lưới (volume fraction) tính toán biến số cục vị trí thời điểm dựa vào phương trình liên tục (continuity equation) phương trình động học (dynamic equation) có xét đến điều kiện ban đầu điều kiện biên toán [32] Do biến số cục (thể tích chiếm chỗ tương đối chất lỏng chất khí ô lưới) thay đổi theo vị trí theo thời gian, mặt thoáng chất lỏng – mặt tích chiếm chỗ tương đối chất lỏng chất khí ô lưới 0.5 – di chuyển theo thời gian H 3.1 mô tả mạng lưới phần tử, điều kiện ban đầu điều kiện biên toán Các thông số mạng lưới số nút, số cạnh lưới, số ô lưới thể hình Về mặt lý thuyết, chất lỏng nhớt dẻo Herschel – Bulkley chảy có ứng xử chất rắn ( γ& = hay μ = ∞) τ ≤ τ0 Tuy nhiên, phần mềm tính toán nói chung mô tả điều kiện cách xác lý thuyết Trong nghiên cứu chúng tôi, chất lỏng coi chất rắn độ nhớt μ chất lỏng xác định theo PT 3.1 [32] vượt giá trị μ0 = 106 Pa.s Giá trị độ nhớt μ0 chọn đủ lớn, đảm bảo với độ xác cao chất lỏng chảy ( γ& ≈ ) μ ≥ μ0 [33] ⎧ ⎪⎪μ = μ ⎨ &n &n ⎪μ = τ + K ( γ − γ ) ⎪⎩ γ& τ0 μ0 τ γ& > γ& = μ0 γ& ≤ γ& = (3.1) Tại thời điểm ban đầu (khi chưa nhấc nón cụt Abrams), chất lỏng trạng thái tĩnh, điểm chất lỏng có vận tốc V = Sau nhấc nón cụt Abrams, tác dụng trọng lượng thân, chất lỏng chảy nhanh dần thời gian đầu, đạt vận tốc cực đại thời điểm chảy chậm dần ngừng chảy thời gian Tuy nhiên, giống trường hợp trên, phần mềm xác định cách xác tuyệt đối thời điểm để chất lỏng ngừng chảy hoàn toàn tức điểm chất lỏng có vận tốc V = Chính vậy, xác định đường kính chảy xòe chất lỏng thời điểm mà chất lỏng không chảy nữa, đường kính chảy xòe chất lỏng không tăng Thời gian để chất lỏng đạt tới trạng thái phụ thuộc vào tính chất lưu biến nó, dao động khoảng Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 29 t = 0.6 ÷ 1.0 s H 3.2 H 3.3 giới thiệu số hình ảnh đồ thị biến thiên theo thời gian đường kính chảy xòe vài chất lỏng thu từ phần mềm Fluent 6.1 t = 0.8 (s) t = 0.2 (s) H 3.2 Một vài hình ảnh hình dạng chất lỏng có thông số lưu biến (τ0 ; K ; n)=(500 Pa ; 0.5 Pa.s ;1.0) số thời điểm Đường kính chảy xòe (cm) 120 100 80 60 40 200 Pa ; 0.5 Pa.s ; 1.0 500 Pa ; 0.5 Pa.s ; 1.0 20 800 Pa ; 0.5 Pa.s ; 1.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Thời gian chảy (s) H 3.3 Một vài ví dụ biến thiên đường kính chảy xòe chất lỏng theo thời gian, tính toán phần mềm Fluent 6.1 3.3 Kết bình luận H 3.4 mô tả đồ thị biến thiên đường kính chảy xòe D theo ngưỡng chảy τ0 chất lỏng có (n ; K) = (0.5 ; 5.0 Pa.sⁿ) (n ; K) = (1.0 ; 0.5 Pa.sⁿ) thu từ phần mềm Fluent 6.1 (các điểm) Đồ thị biến thiên đường kính chảy xòe D theo ngưỡng chảy τ0 tính toán theo PT 2.1 Coussot [22] (đường nét nứt) theo PT 3.2 mà tìm trình bày sau (đường nét liền) thể hình Ta nhận thấy rằng, tương tự nghiên cứu lý thuyết Coussot, đường kính chảy xòe D chất lỏng tính toán mô hình hóa phần mềm phụ thuộc vào ngưỡng chảy τ0 mà không phụ thuộc vào thông số lưu biến n, K Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 30 chất lỏng Điều gợi ý cho có suy nghĩ ứng suất τ điểm chất lỏng phụ thuộc theo hàm vào chiều cao chất lỏng mà không phụ thuộc vào thông số lưu biến K, n chất lỏng Khi hai chất lỏng có ngưỡng chảy τ0, thời điểm tới hạn mà chất lỏng ngừng chảy, ứng suất lớn hai chất lỏng τ0, chiều cao chất lỏng đo đường kính chảy xòe chất lỏng có giá trị Tuy nhiên, số lượng chất lỏng nghiên cứu hạn chế nên quan điểm mà vừa trình bày phía cần phải kiểm tra thêm Đường kính chảy xòe D (cm) 150 n = 0.5 ; K = 5.0 Pa.sⁿ n = 1.0 ; K = 0.5 Pa.sⁿ PT 2.1 (Coussot) PT 3.2 (Nhóm nghiên cứu) 125 100 75 50 25 0 200 400 600 800 1000 1200 Ngưỡng chảy τ0 (Pa) H 3.4 Sự biến thiến đường kính chảy xòe D theo ngưỡng chảy τ0, tính toán phần mềm Fluent 6.1 (các điểm), theo PT 2.1 Coussot (đường nét đứt) theo PT 3.2 nhóm nghiên cứu (đường nét liền) Từ H 3.4, ta nhận thấy PT 2.1 rút từ nghiên cứu lý thuyết Coussot [22]chỉ nghiệm so với mô hình hóa phần mềm chất lỏng có ngưỡng chảy τ0 lớn Ngưỡng chảy τ0 nhỏ, PT 2.1 đánh giá thấp đường kính chảy xòe chất lỏng Điều giải thích việc tác giả bỏ qua đại lượng quán tính chất lỏng chuyển động nhằm đơn giản hóa trình tính toán Đối với chất lỏng có ngưỡng chảy lớn, vận tốc quán tính chất lỏng nhỏ, giả thiết tác giả kết tính toán đường kính chảy xòe D theo PT 2.1 nghiệm Ngược lại, chất lỏng có ngưỡng chảy nhỏ, chất lỏng chảy với vận tốc quán tính lớn, giả thiết đơn giản hóa không thỏa mãn dẫn đến sai lệch kết so với tính toán phần mềm Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 31 Trên sở nhận xét trên, tìm mối quan hệ đường kính chảy xòe D ngưỡng chảy τ0 có dạng sau : D = kD với D0 (3.2) đường kính chảy xòe chất lỏng có quán tính nhỏ, xác định từ PT 2.1 có dạng sau : ⎡ 225ρgV ⎤ D0 = ⎢ ⎥ ⎣ 4π τ ⎦ k (3.3) hệ số xét đến quán tính chất lỏng Khi ngưỡng chảy lớn, quán tính chất lỏng nhỏ, k = Ngược lại, ngưỡng chảy nhỏ, quán tính chất lỏng lớn, hệ số k có giá trị lớn Dựa suy luận vào kết thu từ phần mềm, tìm biểu thức hệ số k có dạng sau : ⎛ ⎞ ⎟⎟ k = 0.15⎜⎜1 + 45 τ + ⎝ ⎠ * τ* (3.4) đại lượng không thứ nguyên xác định theo công thức sau : τ* = τ0 (H chiều cao nón cụt Abrams) ρgH (3.5) Với hệ số k xác định theo PT 3.4, nhận thấy đường kính chảy xòe chất lỏng tính theo PT 3.2 sai khác 4% so với giá trị đường kính chảy xòe thu từ phần mềm Điều thể rõ H 3.4 với việc đường cong quan hệ đường kính chảy xòe D ngưỡng chảy τ0 chất lỏng xác định theo PT 3.2 (đường nét liền) gần qua (chỉ cách khoảng nhỏ) điểm thu từ phần mềm Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm KẾT LUẬN CHUNG Trong nghiên cứu « Ứng xử lưu biến mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn », mục tiêu mà đặt phần giới thiệu chung đạt kết thu trình bày tóm tắt Trong Chương 1, kiến thức ứng xử lưu biến mô hình lưu biến, phương pháp thiết bị dùng để xác định thực nghiệm ứng xử lưu biến vật liệu hệ thống lại sở có liên hệ với bê tông Trong Chương 2, hệ thống lại đặc điểm, tính chất quan trọng giải thích góc độ vi mô ứng xử lưu biến bê tông Những đặc điểm thành phần cấu tạo, yêu cầu, tiêu phương pháp đánh giá chất lượng bê tông tự đầm lèn trình bày giải thích rõ ràng Trong Chương 3, ứng dụng phần mềm thương mại Fluent 6.1 để mô hình chảy xòe bê tông tự đầm lèn thí nghiệm nón cụt Abrams thu kết sau : + Đường kính chảy xòe chất lỏng phụ thuộc vào ngưỡng chảy mà không phụ thuộc vào tính chất lưu biến khác + Mối quan hệ đường kính chảy xòe ngưỡng chảy τ0 chất lỏng Coussot thiết lập sở giả thiết đơn giản hóa nghiệm với chất lỏng có ngưỡng chảy lớn có sai số lớn ngưỡng chảy nhỏ + Dựa suy luận logic vào kết thu từ mô hình hóa phần mềm, đưa công thức cho phép xác định đường kính chảy xòe theo ngưỡng chảy chất lỏng với sai số nhỏ 4% so với kết thu từ phần mềm Bên cạnh kết đạt được, nhận thấy số vấn đề cần phải giải nghiên cứu cách sâu hệ thống Kết luận việc đường kính chảy xòe phụ thuộc vào ngưỡng chảy, mối quan hệ đường kính chảy xòe ngưỡng chảy chất lỏng mà tìm cần phải kiểm tra thêm thực nghiệm phần mềm với chất lỏng khác Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V H Nguyen, Comportement rhéologique et écoulement au cône de Marsh des coulis cimentaires, PhD Thesis, Univ Cergy – Pontoise, 2007 [2] Y El Hafiane et al., Effect of a carboxylic acid on the rheological behavior of an aluminous cement paste and consequences on the properties of the hardened material, J Europ Ceram Soc., 25 (2005) 1143 – 1147 [3] M Lachemi et al., Performance of new viscosity modifying admixtures in enhancing the rheological properties of cement paste, Cem Concr Res., 34 (2004) 185 – 193 [4] N Roussel et al., From mini-cone test to Abrams cone test: measurement of cement-based materials yield stress using slump tests, Cem Concr Res., 35 (2005) 817 – 822 [5] C.F Ferraris et al., The influence of mineral admixtures on the rheology of cement paste and concrete, Cem Concr Res., 31 (2001) 245 – 255 [6] K.H Khayat, Influence of thixotropy on stability characteristics of cement grout and concrete, Mater J., 99 (2002) 234 – 241 [7] A Yahia and K.H Khayat, Analytical models for estimating yield stress of high-performance pseudoplastic grout, Cem Concr Res., 31 (2001) 731 – 738 [8] A Yahia and K.H Khayat, Applicability of rheological models to highperformance grouts containing supplementary cementitious materials and viscosity enhancing admixture, Mater Struct., 36 (2003) 402 – 412 [9] F de Larrard et al., Fresh concrete: a Herschel–Bulkley material, Mater Struct., 31 (1998) 494 – 498 [10] C Atzeni et al., Comparison between rheological models for Portland cement pastes, Cem Concr Res., 15 (1985) 511 – 519 [11] M Cyr et al., Study of the shear thickening effect of superplasticizers on the rheological behaviour of cement pastes containing or not mineral additives, Cem Concr Res., 30 (2000) 1477 – 1483 [12] R Shaughnessy and P.E Clark, The rheological behavior of fresh cement pastes, Cem Concr Res., 18 (1988) 327 – 341 Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 34 [13] J.P Bombled, Rhéologie des mortiers et des bétons frais Influence du facteur ciment, Proceeding of R.I.L.E.M Leeds Seminar, (1973) Sujet [14] C Legrand, in J Baron and R Sauterey, Le béton hydraulique, Presses ENPC, Paris, 1982, Chap [15] G.H Tattersall and P.F.G Banfill, The rheology of fresh concrete, Pitman, Boston, 1983 [16] H Uchikawa, in M.M Reogurd, Importance of recent microstructure development in cement and concrete, Sherbrooke, 1994 [17] C Legrand, in J Baron and R Sauterey, Le béton hydraulique, Presses ENPC, Paris, 1982, Chap [18] C Legrand, Contribution l'étude de la rhéologie du béton frais, Mater Constr., (1972) 275 – 295 [19] M Ouchi et al., Applications of self-compacting concrete in Japan, Europe and the United States, ISHPC (2003) – 20 [20] A.W Saak et al., A generalized approach for the determination of yield stress by slump and slump flow, Cem Concr Res., 34 (2004) 363 – 371 [21] S Clayton et al., Analysis of the slump test for on-site yield stress measurement of mineral suspensions, Inter J Min Process., 70 (2003) – 21 [22] P Coussot et al., Rheological interpretation of deposits of yield stress fluids, J Non-Newt Fluid Mech., 66 (1996) 55 – 70 [23] H.J Kong et al., Effects of a strong polyelectrolyte on the rheological properties of concentrated cementitious suspensions, Cem Concr Res., 36 (2006) 851 – 857 [24] K Yoshioka et al., Adsorption characteristics of superplasticizers on cement component minerals, Cem Concr Res., 32 (2002) 1507 – 1513 [25] H Uchikawa et al., The role of steric repulsive force in the dispersion of cement particles in fresh paste prepared with organic admixture, Cem Concr Res., 27 (1997) 37 – 50 [26] K Yoshioka, Role of steric hindrance in the performance of superplasticizers for concrete, J Am Ceram Soc., 80 (1997) 2667 – 2671 [27] M Collepardi, Admixtures used to enhance placing characteristics of concrete, Cem Concr Compos., 20 (1998) 103 – 112 Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm Trang 35 [28] P.F.G Banfill, A viscometric study of cement pastes containing superplasticizers with a note on experimental techniques, Magaz Concr Res., 33 (1981) 37 – 47 [29] F Curcio and B.A DeAngelis, Dilatant behavior of superplasticized cement pastes containing metakaolin, Cem Concr Res., 28 (1998) 629 – 634 [30] K.H Khayat, Viscosity-enhancing admixtures for cement-based materials An overview, Cem Concr Compos., 20 (1998) 171 – 188 [31] K.H Khayat, Effects of antiwashout admixtures on fresh concrete properties, Mater J., 92 (1995) 164 – 171 [32] Fluent Inc., Fluent 6.1 User’s guide, Lebanon, NH, USA, 2003 [33] V.H Nguyen et al., Flow of Herschel–Bulkley fluids through the Marsh cone, J Non-Newt Fluid Mech., 139 (2006) 128 – 134 Ứng xử lưu biến mô hình thí nghiệm chảy xòe bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong Hoàng Thanh Liêm [...]... lỏng và sự ổn định của bê tông tự đầm lèn Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm Trang 20 2.5.1 Yêu cầu về độ lỏng của bê tông tự đầm lèn a) Độ lỏng trong môi trường không có vật cản Độ lỏng của của bê tông tự đầm lèn trong môi trường không có vật cản được xác định bởi thí nghiệm nón cụt Abrams (kích thước mô tả trên H 2.4.a) Thí nghiệm. .. sử dụng 15000 m³ bê tông tự đầm lèn để thi công những vị trí chật hẹp và những nơi có cốt thép bố trí dày đặc mà thiết bị đầm lèn không thể hoạt động được Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm Trang 19 2.4 Ưu và nhược điểm của bê tông tự đầm lèn Như chúng tôi đã giới thiệu ở trên, bê tông tự đầm lèn có khả năng tự chảy và lấp đầy ván... hình lưu biến Herschel – Bulkley (khi n = 1) Mô hình Bingham không cho phép mô tả ứng xử lưu biến phi tuyến của vật liệu, tuy nhiên, nhờ sự đơn giản, nó đã được sử dụng trong rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông [3 – 6] Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm Trang 18 2.3 Khái quát về bê tông tự đầm. .. và độ chảy lỏng gây ra bởi chất phụ gia tăng nhớt chỉ là thứ yếu so với tác động của chất phụ gia siêu dẻo đến những tính chất lưu biến này Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH SỰ CHẢY XÒE CỦA BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN TRONG THÍ NGHIỆM ABRAMS 3.1 Giới thiệu Như chúng tôi đã giới thiệu trong Chương 2, bê tông tự đầm lèn là... vữa lọt qua sàng so với khối lượng bê tông nhỏ hơn 15% Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm Trang 23 2.6 Đặc điểm thành phần cấu tạo của bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn phải đồng thời đảm bảo hai tính chất trái ngược nhau : độ lỏng và sự ổn định Để dung hòa hai tính chất này, bê tông tự đầm lèn vì vậy phải có những đặc điểm thành... trình mô hình hóa sự chảy xòe của chất lỏng Herschel – Bulkley trong thí nghiệm nón cụt Abrams Nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán, xét đến tính chất đối xứng của nón cụt Abrams, chúng tôi chỉ mô hình sự chảy xòe của chất lỏng Herschel – Bulkley trong mặt phẳng đi qua trục đối xứng của nón cụt Sự chảy xòe của chất lỏng được tính toán Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn. .. lỏng của bê tông tự đầm lèn bằng các thí nghiệm khác như đo thời gian chảy của bê tông trong phễu chữ V (H 2.6.a), đo chiều cao dâng lên của bê tông qua lưới cốt thép theo nguyên lý bình thông nhau trong hộp chữ U (H 2.6.b) Bê tông tự đầm lèn phải có thời gian chảy trong phễu chữ V nhỏ hơn 8 s, chiều cao dâng lên trong ống chữ U tối thiểu 300 mm Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông. .. là thích hợp trong việc mô tả ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông tuy nhiên chúng tương đối phức tạp và do đó rất ít đươc sử dụng so với mô hình Herschel – Bulkley [8 – 11] Một mô hình lưu biến khác cũng rất hay được sử dụng để mô tả ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông là mô hình lưu biến Bingham (PT 1.3) Mô hình này đặc trưng bởi hai thông số thực chất là trường hợp đặc biệt của mô hình. .. biến của bê tông tự đầm lèn sau đó được đánh giá H 1.4 Nguyên lý hoạt động của lưu biến kế Couette kiểu hình trụ đồng trục Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm Trang 11 Nguyên lý hoạt động của lưu biến kế Couette kiểu hình trụ đồng trục được mô tả như trên H 1.4 : chất lỏng nghiên cứu được đặt giữa hai ống trụ có bán kính R1, R2 và cùng... chúng mô tả bởi mô hình Herschel – Bulkley, dựa trên việc ứng dụng phần mềm thương mại Fluent 6.1 Các kết quả thu được sẽ được so sánh với kết quả tính toán theo PT 2.1 rút ra từ nghiên cứu lý thuyết của Coussot [22], đồng thời cho phép chúng tôi thiết lập được mối quan hệ giữa đường kính chảy xòe và ứng xử lưu biến của bê tông tự đầm lèn Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm