Xác định tỉ lệ hợp lý phụ gia khoáng hoạt tính tro bay và tro trấu trong bê tông

XÁC ĐỊNH TỈ LỆ HỢP LÝ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH TRO BAY VÀ 
TRO TRẤU TRONG BÊ TÔNG 
ThS Nguyễn Tiến Trung 
Tóm tắt 
Phụ gia tro bay và tro trấu đều là các phụ gia khoáng hoạt tính có ảnh hưởng đối với 
các tính chất của bê tông. Tuy nhiên chúng cũng có ưu và nhược điểm, đặc biệt là một số ưu 
điểm của phụ gia này lại là nhược điểm của phụ gia kia và ngược lại. Nếu dùng cả tro bay và 
tro trấu theo một tỉ lệ thích hợp trong bê tông sẽ phát huy được ưu điểm và khắc phục được 
nhược điểm của từng loại phụ gia, và có tác dụng tốt đối với bê tông, trong đó có vấn đề 
chống thấm. Để xác định tỉ lệ hợp lý của hai loại phụ gia đã dùng phương pháp toán qui hoạch 
thực nghiệm nhằm mục đích giảm khối lượng thí nghiệm, mà vẫn đạt được bê tông có độ hút 
nước nhỏ nhất. Tỉ lệ cụ thể là tro bay 16%, tro trấu 6%. Hiệu quả của các phụ gia khoáng hoạt 
tính chủ yếu phụ thuộc vào thành phần SiO2
ht, Al2O3
ht, Fe2O3
ht trong phụ gia, vì chúng có khả 
năng tương tác với vôi Ca(OH)2 là chất dễ hòa tan, đông cứng yếu trong bê tông để tạo ra các 
hợp chất hóa học mới không hòa tan cứng hóa tốt và có cường độ làm đặc chắc bê tông. 
I- MỞ ĐẦU 
Bê tông trong công trình thủy lợi trong nhiều trường hợp yêu cầu chống thấm. Có nhiều 
phương pháp để nâng cao đô chống thấm của bê tông, trong đó có biện pháp dùng phụ gia 
khoáng hoạt tính [1]. Tác dụng của các phụ gia khoáng hoạt tính mịn là cùng với xi măng 
nhét đầy các khe kẽ trong bê tông, đặc biệt những hạt cực mịn nhét cả khe kẽ của xi măng, 
làm cho bê tông đặc chắc. Ngoài ra các thành phần hoạt tính của phụ gia như SiO2, Al2O3, 
Fe2O3 sẽ tương tác với Ca(OH)2 trong xi măng là chất dễ hòa tan, kém ổn định để tạo thành 
hydro canxi silicat và hydro canxi aluminat không hòa tan, biến cứng và ổn định, làm đặc 
chắc bê tông. Tro bay và tro trấu có ưu và nhược điểm riêng trong ứng xử đối với các tính 
chất của bê tông. Nếu dùng hỗn hợp của chúng sẽ phát huy được ưu điểm và khắc phục được 
nhược điểm của từng loại phụ gia. Tuy nhiên cần xác định tỉ lệ hợp lý của hai loại phụ gia đó 
để cải thiện tính chất mong muốn của bê tông, mà ở đây là tinh chống thấm. Độ chống thấm 
có liên quan đến độ thấm nước [2], nên chúng tôi đã thí nghiệm độ hút nước thay cho độ thấm 
nước, vì thí nghiệm độ thấm nước khá phức tạp và đòi hỏi nhiều thời gian và chi phí. 
II- VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 
1.1 Xi măng – Dùng xi măng poóc lăng PC40 Bút Sơn có thành phần khoáng như trong 
bảng1. 
Bảng 1: Thành phần khoáng của xi măng, % 
C3S C2S C3A C4AF 
49,2 24,7 14,4 10,4 
1.2 Tro bay – Tro bay là phế thải đốt than cám của nhà máy nhiệt điện Phả Lại thuộc loại F 
đã qua tuyển để loại bớt than chưa cháy và đạt yêu cầu của các tiêu chuẩn [3,4]. Tro bay có độ 
mịn tương tự xi măng. Thành phần hóa của tro bay Phả Lại như trong bảng 2. 
Bảng 2: Thành phần hóa học của tro bay Phả Lại, % 
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 MKN 
59,14 23,53 6,06 0,84 0,60 3,30 0,27 0,30 5,74 
1.3 Tro trấu – Tro trấu là sản phẩm đốt trấu theo một công nghệ đặc biệt (nhiệt độ và thời 
gian đốt được khống chế chặt chẽ), được nghiền mịn ít nhất gấp đôi xi măng và đạt yêu cầu 
tiêu chuẩn [5]. Thành phần hóa của tro trấu được nêu trong bảng 3. 
Bảng 3: Thành phần hóa học của tro trấu 
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 MKN 
90,21 0,68 0,74 1,41 0,59 2,38 0,25 - 3,12 
III- XÁC ĐỊNH TỈ LỆ THÍCH HỢP CỦA PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH 
 TRO BAY VÀ TRO TRẤU TRONG BÊ TÔNG CHỐNG THẤM 
2.1 Dùng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để xác định tỉ lệ hợp lý tro bay và tro trấu 
[6,7]. Sö dông m« h×nh qui ho¹ch thùc nghiÖm bËc 2 t©m xoay víi yÕu tè ¶nh h­ëng lµ tû lÖ 
cña phô gia tro trÊu vµ tro bay trong hçn hîp chÊt dÝnh kÕt (xi m¨ng + tro trÊu + tro bay) lªn 
®é hót n­íc cña bê tông. 
§Ó x¸c ®Þnh tû lÖ dïng c¸c lo¹i phô gia tro trÊu vµ tro bay hîp lý, qua tham kh¶o nhiÒu 
tµi liÖu nghiªn cøu trong vµ ngoµi n­íc, chän kho¶ng biÕn thiªn cña c¸c biÕn (tØ lÖ phô gia tro 
trÊu, tØ lÖ phô gia tro bay) lần lượt lµ : 3 - 10% vµ 10 - 25%. 
M« h×nh qui ho¹ch ®­îc lùa chän lµ m« h×nh thèng kª phi tuyÕn bËc hai, hai møc tèi ­u 
toµn phÇn cã d¹ng nh­ sau : Y = bo + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b1x1
2 + b2x2
2 
Sè thÝ nghiÖm N = 2n + 2n + No = 2
2 + 2x2 + 1 = 9. §Ó lµm t¨ng tÝnh chÝnh x¸c cña m« 
h×nh thu ®­îc, tiÕn hµnh thùc nghiÖm 5 lÇn t¹i t©m kÕ ho¹ch nªn tæng số thÝ nghiªm N = 9 + 5 
= 13 thÝ nghiÖm, bËc tù do cña thÝ nghiÖm lÆp ë t©m f0 = m -1 = 5 - 1 = 4. 
Ma trËn thùc nghiÖm theo m« h×nh t©m xoay bËc hai víi 5 thÝ nghiÖm ë t©m ®­îc cho 
trong b¶ng 4. 
B¶ng 4 : Ma trËn kÕ ho¹ch hãa thùc nghiÖm t©m xoay bËc hai 
 BiÕn m· BiÕn thùc 
x1x2 x1
2 x2
2 
N Xo X1 X2 Z1 Z2 
1 +1 +1 +1 10 25 +1 +1 +1 
2 +1 +1 -1 10 10 -1 +1 +1 
3 +1 -1 +1 3 25 -1 +1 +1 
4 +1 -1 -1 3 10 + +1 +1 
5 +1 + 1.414 0 11.4 17.5 0 2 0 
6 +1 - 1.414 0 1.6 17.5 0 2 0 
7 +1 0 + 1.414 6.5 28.1 0 0 2 
8 +1 0 -1.414 6.5 6.9 0 0 2 
9 +1 0 0 6.5 17.5 0 0 0 
10 +1 0 0 6.5 17.5 0 0 0 
11 +1 0 0 6.5 17.5 0 0 0 
12 +1 0 0 6.5 17.5 0 0 0 
13 +1 0 0 6.5 17.5 0 0 0 
 Ma trËn qui ho¹ch vµ cÊp phèi thÝ nghiÖm ®­îc cho trong b¶ng 5. 
B¶ng 5 : Ma trËn qui ho¹ch vµ cÊp phèi bª t«ngthÝ nghiÖm 
N X1 X2 Z1 Z2 Xi măng 
Tro 
trấu 
Tro 
bay 
Đá Cát Nước C/(C+Đ) N/X 
1 1 1 10 25 260 40 100 1094 639 191 0.379 0.50 
2 1 -1 10 10 320 40 40 1094 641 196 0.380 0.52 
3 -1 1 3 25 288 12 100 1094 654 189 0.384 0.50 
4 -1 -1 3 10 348 12 40 1094 656 194 0.385 0.51 
5 1.414 0 11.4 17.5 284 46 70 1094 635 195 0.377 0.51 
6 -1.414 0 1.6 17.5 324 6 70 1094 666 188 0.388 0.49 
7 0 1.414 6.5 28.1 262 26 112 1094 641 191 0.379 0.50 
8 0 -1.414 6.5 6.9 346 26 28 1094 654 194 0.384 0.51 
9 0 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 
10 0 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 
11 0 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 
12 0 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.51 
13 0 0 6.5 17.5 304 26 70 1094 649 192 0.382 0.49 
2.2 TÝnh to¸n xö lý kÕt qu¶ theo m« h×nh 
 Ph­¬ng tr×nh qui ho¹ch thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh ®é hót n­íc cña bª t«ng 
§Ò tµi sö dông phÇn mÒm Maple10 [8] ®Ó x¸c ®inh c¸c hÖ sè håi qui bj. KiÓm tra l¹i 
tÝnh cã nghÜa cña c¸c hÖ sè bj theo chuÈn Studient, sau ®ã kiÓm tra l¹i tÝnh phï hîp cña m« 
h×nh kÕ ho¹ch thùc nghiÖm b»ng chuÈn Fisher. 
C¸c ®iÒu kiÖn ®Ó ®¶m b¶o tÝnh cã nghÜa vµ tÝnh phï hîp lµ : 
- TÝnh cã nghÜa cña c¸c hÖ sè bJ : t tÝnh > t b¶ng (P, fo = No -1) 
Theo m« h×nh qui ho¹ch : fo = 4 vµ lÊy x¸c xuÊt P = 0.05 ; VËy tb¶ng = 2.776 
- TÝnh phï hîp 
),,( 0¶2
0
2
ffP fhngb
hîpphï
tinh
s
s
FF 
víi 
)]1(1[
)()(
0
1
22
2
0
0
 

NN
yyyy
N
u
uuu
hîpphïs 
trong ®ã : 
f0 = N0 -1 : bËc tù do cña thÝ nghiÖm lÆp ë t©m 
ffh = [N - l - (N0 -1)] : bËc tù do cña ph­¬ng sai phï hîp 
l : hÖ sè cã nghÜa cßn l¹i cña ph­¬ng tr×nh håi qui 
KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®é hót n­íc cña bª t«ng ®­îc cho trong b¶ng 6 
B¶ng 6 : KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®é hót n­íc cña bª t«ng 
N 
Xo 
BiÕn m· BiÕn thùc §é hót n­íc, % 
X1 X2 Z1 Z2 H28 H90 
1 +1 +1 +1 10 25 4.69 3.840 
2 +1 +1 -1 10 10 4.34 3.720 
3 +1 -1 +1 3 25 5.38 4.120 
4 +1 -1 -1 3 10 4.21 4.270 
5 +1 + 1.414 0 11.4 17.5 4.19 4.070 
6 +1 - 1.414 0 1.6 17.5 5.03 3.880 
7 +1 0 + 1.414 6.5 28.1 4.59 3.570 
8 +1 0 -1.414 6.5 6.9 4.26 3.620 
9 +1 0 0 6.5 17.5 4.66 3.490 
10 +1 0 0 6.5 17.5 4.37 3.470 
11 +1 0 0 6.5 17.5 4.40 3.540 
12 +1 0 0 6.5 17.5 4.50 3.330 
13 +1 0 0 6.5 17.5 4.52 3.510 
KÕt qu¶ tÝnh to¸n vµ kiÓm tra c¸c hÖ sè cña ph­¬ng t×nh håi qui vµ tÝnh t­¬ng hîp cña 
m« h×nh ®· x¸c ®Þnh ®­îc ph­¬ng tr×nh hồi qui ®é hót n­íc ở tuổi 28 và 90 ngàynh­ sau: 
H28 = 4.490-0.218x1+0.248x2-0.205x1x2 
H90 = 3.474 - 0.0802X1 + 0.3011X1
2+ 0.3011X2
2 
2.3 Ph©n tÝch c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm 
a) ¶nh h­ëng cña phô gia tro trÊu vµ tro bay lªn ®é hót n­íc cña bª t«ng 
BÒ mÆt biÓu hiÖn vµ ®­êng ®ång møc cña ®é hót n­íc cña bê tông H28 ®­îc biÓu thÞ trong 
c¸c h×nh 1, 2. 
H×nh 1 : BÒ mÆt biÓu hiÖn hµm môc tiªu độ hót n­íc 
cña bª t«ng H28 theo biÕn m· (X1 lµ tØ lÖ phô gia tro 
trÊu, X2 lµ tØ lÖ phô gia tro bay, %) 
H×nh 2: §­êng ®ång møc bÒ mÆt biÓu hiÖn hµm môc 
tiªu ®é hót n­íc cña bª t«ng ë tuæi 28 ngµy, theo biÕn 
m· (X1 lµ tØ lÖ tro trÊu, X2 lµ tØ lÖ tro bay, %) 
 S­ dông phÇn mÒm Maple10 [8], tÝnh ®­îc cùc tiÓu cña hµm môc tiªu Hmin ë c¸c gi¸ trÞ 
X1= - 0.36 vµ X2 = - 1.40 
 ChuyÓn c¸c biÕn m· thµnh biÕn thùc Z1 vµ Z2 ®­îc 
Z1 = 5.2 % tØ lÖ tro trÊu vµ Z2 = 7.0% tØ lÖ phô gia tro bay 
b) ¶nh h­ëng cña phô gia tro trÊu vµ tro bay lªn ®é hót n­íc cña v÷a ë tuæi 90 ngµy 
BÒ mÆt biÓu hiÖn vµ ®­êng ®ång møc cña ®é hót n­íc cña v÷a ë tuæi 90 ngµy ®­îc biÓu 
thÞ trªn h×nh 3 vµ 4. 
H×nh 3 : BÒ mÆt biÓu hiÖn hµm môc tiªu ®é hót n­íc 
cña bª t«ngH90 theo biÕn m· (X1 lµ tØ lÖ phô gia tro 
trÊu, X2 lµ tØ lÖ phô gia tro bay, %) 
H×nh 4: §­êng ®ång møc bÒ mÆt biÓu hiÖn hµm môc 
tiªu ®é hót n­íc cña bª t«ngH90, theo biÕn m· (X1 lµ tØ 
lÖ tro trÊu, X2 lµ tØ lÖ tro bay, %) 
Hµm môc tiªu cã cùc tiÓu t¹i Hmin t¹i X1 = 0.10 vµ X2 = 0. ChuyÓn c¸c biÕn m· hãa sang 
biÕn thùc Z1 vµ Z2. 
Z1 = 6.8 % tØ lÖ tro trÊu vµ Z2 = 17.2 % tØ lÖ tro bay. 
Tû lÖ hîp lý cña tro trÊu vµ tro bay ®Ó ®¹t ®­îc ®é hót n­íc nhá nhÊt cña bê tông ë c¸c 
tuæi 28 ngµy ®­îc tæng hîp trong b¶ng 7. 
B¶ng 7 : C¸c tØ lÖ phèi hîp hợp lý cña phô gia kho¸ng ho¹t tÝnh tro trÊu 
vµ tro bay ®Ó hµm môc tiªu ®¹t cùc trÞ ®èi víi ®é hót n­íc 
Tuæi 28 
ngµy 
TØ lÖ phô gia 
tro trÊu, % 
(CKD) 
TØ lÖ phô gia 
tro bay, % 
(CKD) 
Tuæi 90 
ngµy 
TØ lÖ phô gia 
tro trÊu, % 
(CKD) 
TØ lÖ phô gia 
tro bay, % 
(CKD) 
H28 min 5.20 7.00 H90 min 6.80 17.20 
Kết quả phân tích các phương trình hồi qui cho thấy: ë tuæi 28 ngµy và 90 ngày các tỉ lệ 
tro bay và tro trấu tìm được là khác nhau. Tuy nhiên phụ gia khoáng phát huy ở tuổi dài ngày 
tốt hơn ở tuổi ít ngày vì phản ứng puzơlan (tương tác với vôi) xảy ra chậm, vì vậy chọn tỉ lệ 
hợp lý của phụ gia tro bay và tro trấu ở tuổi 90 ngày. Ngoài độ thấm nước cũng kết hợp xác 
định phương trình hồi qui về cường độ, nhưng không trình bày ở đây để bài báo không quá 
dài 
IV- KẾT LUẬN 
Từ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cã thÓ ®­a ra mét sè kÕt luËn nh­ sau : 
 - Việc sử dụng kết hợp tro bay và tro trấu đã phát huy được ưu điểm và khắc phục 
được nhược điểm của từng loại phụ gia đơn lẻ. 
- Việc ¸p dông m« h×nh to¸n häc bËc hai t©m xoay ®Ó x¸c ®Þnh tØ lÖ phèi hîp hîp lý 
cña phô gia tro bay vµ tro trÊu trong bª t«ng rút ngắn được thời gian và số lượng thí nghiệm 
để xác định tỉ lệ của tro trấu và tro bay hợp lý trong trong bê tông. 
- Kết hợp kết quả nghiên cứu độ thấm nước và cường độ ở tuổi dài ngày (90 ngày), thì 
tỉ lệ hợp lý tro bay và tro trấu trong bê tông đề nghị là 6% và 16% của khối lượng chất kết 
dính. 
- Nếu sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính tro trấu và tro bay kết hợp thêm phụ gia giảm 
nước, sẽ đem lại thêm hiệu quả tích cực đến độ chống thấm nước của bê tông, vì khi giảm 
lượng nước trộn sẽ làm cho bê tông đặc chắc hơn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Bryant Mather (2002), Concrete primer, International ACI. 
2. Bộ xây dựng (1998), Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại, NXB xây dựng. 
3. ASTM C618 -05 Specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use 
as a mineral admixture in Portland cement concrete. 
4. 14TCN 65-1999 Phụ gia khoáng cho bê tông và vữa – Yêu cầu kỹ thuật. 
5. TCXDVN 311:2004 Phụ gia khoáng hoạt tính cao cho bê tông và vữa : Silicafume và 
Tro trấu nghiền mịn. 
6. Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thiêm (1997), Kỹ thuật hệ thống công nghệ hóa học, tập 
1, NXB KHKT. 
7. Lê Đức Ngọc (2001) Xử lý số liệu và kế hoạch hóa thực nghiệm, Trường đại học KHTN. 
8. Maple 10 software 
Summary 
DETERMINING RATIONAL DOSAGE OF FLY ASH 
AND RICE HUSK ASH IN CONCRETE 
Fly ash and Rice husk ash are active mineral admixtures for concrete. However they have 
advantages and also inconvenients, especially some advantages of one admixture are 
inconvenient of the other and vice versa. If both admixtures are used together with rational 
proportions in concrete, these advantages will be developed and inconvenients will be 
overcome and concrete will have better properties, especially watertightness. In order to 
determine their rational proportion, using experimental planning mathematic method with the 
aim to reduce the quantity of laboratory test and obtain concrete with minimum water 
absorption. The efficiency of active mineral admixtures is based on their proportion of oxides 
SiO2
ht, Al2O3
ht, Fe2O3
ht , because these factors can react with lime Ca(OH)2, which is soluble 
matter, weakly hardened in concrete to give new chemical compounds, stable in concrete.