Tài liệu ngiên cứu ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo, siêu mịn đến chất lượng bê tông từ xi măng Hải Vân docx

BANG Ki HI£U VIET TAT X: xi mang N: nước C: cát BT: bê tông €;S: silicat tricanxit 3CaO.SiO; €;S: silicat bicanxit 2CaO.SiO, €;A: aluminat tricanxit 3CaO.Al;O; C,AF: canxi aluminoferit 4

BO GIAO DUC VA DAO TAO

DAI HOC HUE TRUONG DAI HOC SU PHAM

28 Ak 2K 2k 2k 2k

LE MANH HA

NGHIEN CUU ANH HUONG CUA PHU GIA

SIEU DEO, SIEU MIN DEN CHAT LUONG BE TONG

TU XI MANG HAI VAN

Chuyên Ngành : Hoá Vô Cơ

Mã Số : 1.04.01

LUAN VAN THAC SI HOA HOC

Người hướng dẫn khoa học : TS Lê Xuân Thành

Huế, Năm 2005

MUC LUC

Trang Trang phu bia

Loi cam đoan

Loi cam ơn

3.2 Tiến hành qui hoạch hoá thực nghiệm trong thí nghiệm 40

_3.3 Tỷ lệ phụ gia tối ưu cho cường độ kháng nén 42

-3.4 Tỷ lệ phụ gia tối ưu cho cường độ kháng uốn 48

3.5 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia lên các đặc tính của xi măng 52

PHỤ LỤC

BANG Ki HI£U VIET TAT

X: xi mang

N: nước

C: cát

BT: bê tông

€;S: silicat tricanxit (3CaO.SiO;)

€;S: silicat bicanxit (2CaO.SiO,)

€;A: aluminat tricanxit (3CaO.Al;O;)

C,AF: canxi aluminoferit (4CaO.A1,0;.Fe,0;)

C;F: canxi ferit (2CaO.Fe;O;)

CSF: phu gia siéu min hoat tinh silica fume

NFS: naphtalen formaldehyt sunfonat

MFS: melamin formaldehyt sunfonat

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bề mặt tiếp giáp của hồ xi măng

Hình 1.2 Cấu tạo phân tử melamin fomandehyt sunfonat (MFS) Hình 1.3 Cấu tạo phan tt naphtalen formandehyt sunfonat (NFS) Hình 1.4 Hiệu ứng lấp đây của phụ gia puzơlan hoạt tính

Hình 2.1 Sơ đổ uốn mẫu

Hình 2.2 Sơ đổ nén mẫu hình rằm

Hình 3.1 Cấu tạo phân tử naphtalen formandehyt sunfonat

Hinh 3.2 Gian dé Pareto cho cudng d6 khang nén

Hình 3.3 Mặt mục tiêu và các đường mức của hàm kháng nén Hình 3.4 Giản đồ Pareto cho cường độ kháng uốn

Hình 3.5 Mặt mục tiêu và các đường mức của hàm kháng uốn

Hình 4.1 Biểu đồ về sự tăng cường độ kháng nén

Hình 4.2 Biểu dé về sự tăng cường độ kháng uốn

DANH MUC BANG

Bang 1.1 Thanh phan hod hoc cla ximang pooclang théng thudéng Bảng 1.2 Thành phần pha của cinke

Bảng 1.3 Quan hệ giữa phụ gia và tính chất của bê tông

Bảng 2.1 Bằng ma trận thực nghiệm theo mô hình bậc hai tâm xoay Bảng 2.2 Giá trị cánh tay đòn trong qui hoạch bậc hai tâm xoay

Bảng 3.1 Thành phần hoá học của ximăng PC30 Hải vân

Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm cho cưởng độ kháng nén

Bảng 3.3 Bằng phân tích các hệ số cường độ kháng nén

Bảng 3.4 Bảng phân tích ANOVA cường độ kháng nén

Bảng 3.5 Các hệ số hồi qui cho cường độ kháng nén

Bảng 3.6 Ma trận thực nghiệm cho cường độ kháng uốn

'_ Bằng 3.7 Bằng phân tích các hệ số cường độ kháng uốn

- Bảng 3.8 Bằng phân tích ANOVA cưởng độ kháng uốn

Bang 3.9 Các hệ số của phương trình hổi qui cho cưởng độ kháng uốn

Bảng 3.10 Bảng so sánh cường độ kháng nén theo ngày tuổi

- Bảng 3.11 Bảng so sánh cưởng độ kháng uốn theo ngày tuổi

Bảng 4.1 Cường độ kháng nén theo ngày tuổi

Bảng 4.2 Cường độ kháng uốn theo ngày tuổi

Hiện tại và trong nhiều năm tới, nhịp độ xây dựng ở Việt Nam đang phát triển

một cách nhanh chóng Một điều cần lưu ý là Việt Nam nằm trong vùng có khí hậu

khắc nghiệt: nắng nhiều, mưa lắm, độ ẩm cao do đó để nâng tuổi thọ của công trình

lên cần phải có loại bê tông chất lượng cao Bởi vậy bắt buộc phải sử dụng các loại

phụ gia khác nhau mới sản xuất được bê tông chất lượng cao đáp ứng cho các công trình xây dựng Đặc biệt nhu cầu về các loại bê tông đặc chủng để xây dựng các

công trình ở ven biển và hải đảo, xây dựng và sửa chữa cho một mạng lưới cầu

cống và các công trình thuỷ lợi ở khắp mọi miễn trong nước

Do chất lượng xi măng chưa cao, chưa sử dụng các loại phụ gia một cách hợp

lí và có thể cả nguyên nhân thiết kế và kỹ thuật thi công nên rất nhiều công trình có

tuổi thọ rất thấp Có những công trình chỉ mới sử dụng 15 - 20 năm đã hư hỏng nặng nên phải tiến hành sửa chữa lại tốn kém

Vì vậy việc nghiên cứu, sử dụng các loại phụ gia cho bê tông đang được thị

trưởng thế giới và trong nước quan tâm

Đến nay việc nghiên cứu, sử dụng phụ gia hoá học cho bê tông và vữa xi

măng đã trổ thành rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Chính nhỏ sử dụng phụ

gia đã tạo ra những tiến bộ quan trọng trong công nghệ bê tông, đồng thời còn hoàn thiện, nâng cao và tạo ra các tính năng mới cho bê tông và vữa.[9]

Phụ gia siêu dẻo và phụ gia siêu mịn đều có khả năng tăng cường độ kháng

uốn và kháng nén Nhưng nếu chỉ dùng một loại phụ gia thì không thể thu được bê

tông có cưởng độ kháng uốn và kháng nén như mong muốn Việc phối kết hợp đồng

thời hai loại phụ gia trên sẽ vửa giảm được lượng nước tự do vừa tạo các hiệu ứng

làm tăng độ chắc đặc cho bê tông ta sẽ có được bê tông đạt cường độ kháng uốn và

kháng nén cao nhất Vì vậy việc tìm ra tỷ lệ tối u của mỗi loại phụ gia để thu được

bê tông có cưởng độ kháng uốn và kháng nén cao nhất là công việc rất cần thiết,

giúp cho các nhà thiết kế hay kỹ sư xây dựng có thể đưa ra phương án thiết kế và xây dựng phủ hợp

Xuất phát từ các điều kiện trên cùng với nhu cầu xây dựng các công trình chất

lượng từ sản phẩm của nhà máy Xi Măng Hải Vân - Đà Nẵng thì công việc nghiên

cứu nhằm tạo ra bê tông chất lượng cao hơn nữa là cẩn thiết Để đạt được điều đó

dau tiên cần khảo sát những ảnh hưởng của phụ gia đến chất lượng của bê tông đồng

thời tìm được tỈ lệ phụ gia siêu dẻo và siêu mịn phù hợp nhằm tạo ra bê tông có cưởng độ kháng uốn, kháng nén cao là rất có ý nghĩa Do vậy chúng tôi thực hiện dễ

tài: Nghiên cứu ảnh hưởng cửa phụ gia siêu dẻo, siêu mịn đến chất lượng bê

tông tử xi măng Hải Vân

tiên ở Anh bằng phương pháp nung hỗn hợp đá vôi và đất sét Hiện nay nguyên liệu

để sản xuất xi măng không chỉ có đá vôi, đất sét mà có thể dùng nhiều vật liệu khác như đá macnơ, đá sét, xỈ lò cao,

Sản xuất xi măng pooclăng có thể tóm tắt theo sơ đổ sau

Trong quá trình nghiền clinke người ta thường cho thêm vào khoảng 5% lượng

CaSO,.2H;O với mục đích điều chỉnh thời gian đông đặc của vữa

Bảng 1.1 Thành phần hoá học của xi măng pooclăng thông thưởng

Các oxit trong clinke đều ảnh hưởng đến thanh phan pha clinke

* Đặc tính của các oxit trong xi măng

- CaO: vé co ban phan ứng hết với SiO;, AlzO;, FezO; dé tạo thành những pha

chính của clinke Hàm lượng CaO lón tạo thành clinke có nhiều C;S làm cho xi măng phát triển cường độ nhanh, mác cao, tuy nhiên xi măng có nhiều CaO kém bên trong môi trường nước và các môi trường xâm thực khác

- SiO;: tác dụng chủ yếu với CaO tạo thành khoáng silicat canxi (CS C;S) Nếu quá nhiều SiO;, pha C;S tăng dẫn đến thời gian đóng rắn dài, cường độ phát

triển chậm nhưng vẫn đảm bảo mác xi măng Xi măng có hàm lượng SiO; cao sẽ có

độ bền cao trong môi trưởng xâm thực

- Al;O;: chủ yếu phản ứng với CaO, Fe;O; tạo thành pha canxi aluminat và canxi alumoferit Xi măng chứa nhiều Al;O; ninh kết nhanh nhưng toả nhiệt lớn,

kém bền trong môi trường sunfật

- Fe;O;: chủ yếu tạo thành pha canxi alumoferit làm cho xi măng toả nhiệt

thấp, bên trong môi trường sunfat

- MgO: hau hét ở dạng tự do, phản ứng chậm với nước Xi măng có hàm lượng

MgO lớn sẽ không ổn định thể tích

+ K;O, Na;O: trong quá trình nung ở nhiệt độ cao, oxit kiểm một phần thăng

hoa bay theo bụi, một phân tan trong pha lỏng tạo thành thuỷ tỉnh hay tham gia

phản ứng tạo pha chứa kiểm của C;S và C;A Xi măng chứa nhiều kiểm sẽ làm giảm

cường độ, không ổn định thể tích

Thanh phan các oxit chính CaO, AlzO;, FezO;, SiO; và quá trình nung luyện

tạo nên bốn pha chính trong clinke

Bảng 1.2 Thành phần pha của clinke

Công nghệ sản xuất xi măng ngày càng được cải tiến và tuỳ thuộc vào mục

dich sử dụng mà người ta có thể thay đổi, khống chế thành phần của xi măng bằng

sự thay đổi thành phần của clinke hoặc cho thêm các phụ gia thích hợp Khi thay đổi thành phần sẽ làm thay đổi tính chất của xi măng

Có thể kể ra một số loại xi măng sau:

- Xi măng thường: có thành phần ở bảng 1.1

>< măng bển sunfat: loại xi măng này được khống chế thành phần khoáng

C;A (3CaO.Al,O;) thấp hơn xi măng thường ( < 8%) Bằng cách tăng tỈ lệ

Fe;O;:Al;O; trong phối liệu ban đầu

- Xi măng đông rắn nhanh: có thể thu được bằng cách tăng hàm lượng C;S so với C;S hoặc nghiền xi măng thật mịn

Ngoài ra còn một số loại xi măng khác dùng cho mục đích đặc biệt

1.1.2 Quá trình hydrat hoá cửa xi măng

1.1.2.1 Quá trình hydrat hoá của CS

+ Giai đoạn đầu (quá trình trộn vữa)

Ngay sau khi đổ nước để trộn vữa, bề mặt của hat C;S (alit) hoa tan tao ra các ion H;SiO,?, OH và Ca?" theo phản ứng:

2Ca,SiO, + 6H,0 = 6Ca* + 80H + 2H,SiO,2 (1.1)

Ngay sau đó, dung dịch trổ nên quá bão hoà với hydrat của canxi silicat và

chúng kết tủa nhanh chóng theo phản ứng:

3Ca** + 2H,SiO,? + 20H + 2H,0 = Ca,H,Si,0,(OH),.3H,0 (1.2)

Khi kết hợp hai phản ứng (1.1) và (1.2) ta được phản ứng tổng cộng

2Ca;SiO, + 8H,O = Ca;H;Si;O;(OH);.3H;O + 3Ca?' + 60H (133)

Sản phẩm hydrat như vậy được ký hiệu là C-S-H theo thuật ngữ chuyên ngành

mặc dù chỉ số hợp thức của nó là C; ;-S-H; ¿

Tại giai đoạn nảy dựa vào phản ứng (1.3) ta có thể nhận thấy sự tăng giá trị pH

của dung dịch do sự giải phóng OH Các ion Ca?' và OH được tích tụ trong dung dịch tạo nên sự quá bão hoà của Ca(OH); và Ca(OH); kết tủa là pha poclandit,

người ta do được giá trị pH trong giai doan nay 1a pH ~ 12,8

+ Giai đoạn nghỉ

Sau vài giỏ, các phản ứng trên xẩy ra một cách chậm rãi, việc tiêu thụ nước và lượng hydrat hình thành là nhỏ, vữa van con 6 trang thai dé thi công đồng thời dung

dich dan trở nên bão hoà Ca(OH),

+ Giai đoạn đông đặc

Sau giai doạn nghỉ, các phản ứng tiếp tục xảy ra đồng thởi với quá trình tiêu

tốn nước va tạo ra những sản phẩm hydrat hoá, vữa dẫn dần đông đặc lại Ở thời

điểm dầu của quá trình đông dặc, các tỉnh thể portlandit Ca(OH); và các sợi canxi silicat xen kẽ chằng chịt vào nhau và lap đầy các lỗ mao quản, vật liệu trở nên dày

đặc và cứng chắc

+ Giai đoạn đông cứng

Sau khoảng 12 giở, lóp hydrat bao quanh những hạt silicat khan trổ nên tương đối day, chúng làm giảm sự khuếch tán của các ion cũng như nước Mặc dủ quá

trình hydrat hoá giảm đi nhưng nó vẫn còn kéo dài có khi hàng năm chừng nào cỏn

nước và C;S, CạS, C;A, trong các lỗ mao quản Độ bền cơ học của vật liệu được

cải thiện dần nhưng với tốc độ chậm Quá trình tiêu thụ nước của các phan ting hydrat hoá gây nên sự khô dần của các lỗ mao quản, do vậy mà người ta vẫn có thé

tìm thấy những phần tử xi măng chưa hydrat hoá trong các công trình bê tông có tuổi thọ hàng trăm năm

1.1.2.2 Phan ứng cửa canxi aluminat (C;A) với thạch cao

* Thạch cao (CaSO,.2H;O) sẽ đóng vai trò là chất hoạt động hoá học của xỉ măng, tác dụng với aluminat tricanxit (CạA) ngay từ đầu để hình thành sunfo aluminat canxi ngậm nước (ettringit)

3CaO.Al;O; + 3(CaSO,.2H;O) + 26H,O -> 3CaO.Al;O;.3CaSO,.32H,O

Trong dung dịch bão hoà Ca(OH);, ngay tử đầu ettringit sẽ tách ra ở dạng keo

phân tán mịn đọng lại trên bể mặt 3CaO.Al;O; làm chậm sự thuỷ hoá của nó và kéo

dài thời gian đông kết của xi măng [1]

1.1.2.3 Phản ứng hydrat hoá của C,AF

Trong clinke ngoài C„AF có thể có C;F và xảy ra sự thuỷ phân, thuỷ hoá tạo

nên canxi hydro aluminat, canxi hydro ferit:

4CaO.Al;O;.Fe;O; + 7H;O -> 3CaO.Al,O;.6H,O + CaO.Fe;O,.H,O CaO.Fe;O,.HạO + 2Ca(OH); + 3H;O -> 3CaO.Fe;O;.6H;O

2CaO.Fe;O; + 5H,O_ -> 2CaO.Fe;O,.SH,O

2CaO.Fe;O;.5H;O + Ca(OH); -> 3CaO.Fe;O;.6H,O

1.1.2.4 Tương tác giữa silicat và aluminat

Người ta nhận thấy rằng những dãy phản ứng hydrat hoá của C;A và C;S không xảy ra một cách độc lập với nhau mà chúng có tương tác qua lại lẫn nhau Ví

dụ hiệu ứng nhiệt của phản ứng hydrat hoá C;A ảnh hưởng đến phản ứng hydrat hoá

của C;S làm tăng hiệu quả của quá trình đông đặc cũng như tăng giá trị pH và nồng

độ canxi (tử sự giải phóng của vôi trong phản ứng hydrat hoá của C;S) làm thay đổi tốc độ phản ứng của aluminat [7]

1.1.3 Sự thay đổi thể tích trong quá trình hydrat hoá xi măng

Các phản ứng hydrat hoá của xi măng kéo theo sự giảm thể tích phân tử gam, điều này dẫn đến sự co vữa Ngoài ra do sự tiêu thụ nước trong các lỗ mao quản làm

cho vữa bị khô dẫn, đó cũng là nguyên nhân gây ra sự co của bê tông

Đồng thời do sự phát triển dày đặc của các tỉnh thể hydrat như portlandit Ca(OH), tạo áp suất lên thành các lỗ mao quản, chính điều này tạo ra sự căng, bù trử một phần cho các quá trình co của bê tông Tất cả các sự co giãn của bê tông đều có

ảnh hưởng đến độ chịu lực cơ học của nó.[ 1]

1.2 Giới thiệu chung về bê tông

1.2.1 Khái niệm bê tông và bê tông cốt thép

Hỗn hợp bao gồm: xi măng + cát + nước gọi là vữa xi măng, sau một thời gian

hydrat (khoảng trên 28 ngày) tạo thành một khối rắn chắc gọi là đá xi măng

Hỗn hợp bao gồm: xi măng + cát + đá sỏi + nước được gọi là vữa bê tông, sau khi kết thúc quá trình đông rắn (trên 28 ngày) tạo thành một khối rắn chắc gọi là bê tông

Vậy có thể xem bê tông là một hỗn hợp dị thể gồm nhiều pha:

Các lỗ mao quản (chiếm 30% thể tích)

Để tăng độ bền chắc và khả năng chịu lực người ta cần gia cố thêm cốt thép

giữa khối bê tông sẽ thu được vật liệu gọi là bê tông cốt thép (BTCT) Có thể xem

BTCT như là một loại vật liệu compozit đặc biệt, trong đó bê tông là chất nền, cốt thép là sợi tăng cường Bê tông đóng vai trò bảo vệ cho cốt thép không bị ăn mòn (giữ môi trưởng kiểm bao quanh cốt thép) còn cốt thép có tác dụng tăng cường khả

năng chịu ứng lực của kết cấu vat liéu.[8]

1.2.2 Phân loại và đánh giá chất lượng bê tông

Theo công dụng của bê tông: bê tông thưởng, bê tông thuỷ công, bê tông dùng

cho kết cấu bao che (bê tông nhẹ)

b) Đánh giá chất lượng bê tông:

Chất lượng bê tông được đánh giá dựa vào một số tiêu chuẩn sau:

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bê tông

Chất lượng bê tông chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố: chất lượng các cốt

liệu thành phần, tỷ lệ phối liệu mà quan trọng nhất là tỷ lệ Nước/Xi măng, kỹ thuật

thi công bê tông cũng đóng vai trò quan trọng đến chất lượng bê tông

a) Tỷ lệ phối liệu:

Để chế tạo bê tông, việc tính toán tỷ lệ các phối liệu là rất quan trọng, việc tìm

ra các tỷ lệ tối ưu giúp các nhà xây dựng chế tạo được loại bê tông phủ hợp với yêu cau xây dựng, đồng thởi hạn chế được sự lãng phí chất kết dính, hạ giá thành sản phẩm

_ b) Tỷ lệ nước/xi măng:

Trong bê tông nước có hai chức năng:

- Chức năng hoá học: Dùng để hydrat các khoáng xi măng Trên thực tế quá

trình hydrat hoá các khoáng xi măng là không hoàn toàn, mức độ hydrat hoá còn

phụ thuộc vào cấp hạt xi măng, cấp hạt xi măng khoảng 10um thì phải hơn 30 ngày

mới hydrat hoá hoàn toàn, trong khi đó cấp hạt xi măng, một số có thể lên đến 70m, lúc này khả năng hydrat hoá thường là không hoàn toàn

- Chức năng vật lý: Ngoài chức năng hoá học như trên, thì nước còn đóng vai

trỏ làm cho vữa lưu biến để thi công, đó là chức năng vật lý của nước Bé mat hat xi

măng cỏn dư lóp điện tích chưa bão hoà do đó các hạt xi măng kết bông lại với nhau khi tiếp xúc với chất lỏng phân cực như nước Sự kết bông làm giảm tính lưu biến

của vith Để có thể thi công được phải thêm nước vào Đối với các công trình dân

dụng, phổ biến thường dùng bê tông với tỷ lệ N/X ~ 0,7 Như Vậy so với lượng nước dùng cho chức năng hoá học thì lượng nước dư rất lón Khi bê tông đóng rắn, lượng

nước dư sẽ thoát ra ngoài để lại các lỗ hổng, lỗ mao quản, vết nút làm cho bê tông

có độ thấm cao, chất lượng công trình như vậy sẽ giảm [18]

c) Anh hưởng cửa các hình thức thấm bê tông

Có 3 hình thức thấm chính của bê tông

a) Sự thấm khí qua các lỗ mao quản và khe nút:

Các khí như O;, Cl;, CO;, H;S thấm vào trong bê tông sẽ gây ra các phản

ứng oxi hoá khử các sản phẩm hydrat của xi măng, mà đặc biệt là quá trình cacbonat

hoá khi bê tông tiếp xúc với CO; có nồng độ đủ lón

Ca(OH), + CO, = CaCO, + H,0

Sự cacbonat hoá làm hỏng bê tông, khí CO; phẩn ứng với pha portlandit làm

giảm pH của hồ xi măng dẫn đến sự ăn mòn cốt thép trong hô bê tông

Có hai hình thức thắm nước chính vào bê tông

e Thi nhat là sự thấm toàn bộ qua khối bê tông

e Tht hai la tham bé mat

Có thể thấy rằng thấm bể mặt chỉ là trường hợp đặc biệt của quá trình thấm toàn bộ Vấn để đặt ra là phải chế tạo được loại bê tông có độ thấm thấp, tức là đồng nghĩa với loại bê tông có độ chắc đặc cao Vì khi đã có sự thấm nước tức là đã cho

phép có sự thấm các ion Cl, SO,? trong môi trưởng xâm thực

1.2.4 Các tinh chat co li hoá cửa đá xi măng bê tông và những yếu tố ảnh hưởng đến nó:

1.2.4.1 Mức độ ổn định thể tích của đá xi măng

Trong suốt quá trình đóng rắn, thể tích của đá xi măng luôn thay đổi, nếu thay đổi quá nhanh và quá lớn sẽ gây rạn, nứt công trình Hiện tượng đó gọi là hiện tượng mất ổn định thể tích của đá xi măng Tuy nhiên sự thay đổi thể tích một cách đồng đều không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bê tông

Nguyên nhân gây ra sự thay đổi lớn làm nứt võ bê tông là do quá trình thuỷ hoá chậm của CaO và MgO tự do trong xi mang MgO tự do không tham gia vào

phần ứng tạo khoáng clinke mả nằm ở dạng periclaz có tốc độ thuỷ hoá chậm Khi

quá trình ngưng kết đã kết thúc, cấu trúc đá xi măng bê tông đã ổn dịnh chúng mới bắt đầu thuỷ hoá tạo thành Mg(OH); Quá trình này làm tăng thể tích so với các chất ban đầu, gây hiệu ứng nội làm cho đá xi măng nút vỡ

Hoặc do cấp hạt của xi măng quá lón dẫn đến phản ứng thuỷ hoá xảy ra chậm,

sẵn phẩm gel C-H-S và các hydro aluminat, hydro alumoferit canxi hình thành khi công trình đã ổn định, cũng gây mất ổn dịnh thể tích Vì thế bất kì loại xi măng thành phẩm nào trên thị trưởng cũng phải có cấp hạt, hàm lượng CaO tự do, MgO tự

_ do „nằm trong một giới hạn cho phép

1242 Thời gian đông kết

Là mốc thời gian đánh giá mức chuyển dân trạng thái của hổ xi măng tử dẻo

sang rắn Có hai thời điểm cần quan tâm đó là thời gian bắt đầu dông kết và thời

gian kết thúc đông kết

Thời gian bắt đầu đông kết: là thời gian tính từ khi trộn xi măng với nước đến

khi hồ bắt đầu đông kết Trước thời điểm này có thể tiến hành mọi gia công chế tạo

1.2.4.3 Độ rỗng của đá xi măng

Trong đá xỉ măng luôn luôn có các lỗ rỗng có kích cð khác nhau Kích thước,

số lượng lỗ rỗng phụ thuộc tỉ lệ N/X, phương pháp và cách thức thi công Ngoài ra

thành phần clinke, tỷ lệ giữa các pha hydrat, cắp hạt xi măng cũng ảnh hưởng nhiều

dến độ rỗng của đá xi măng, bê tông

Nguyên nhân chính tạo nên độ rỗng của đá xi măng, bê tông là do trong quá trình đầm chưa loại bỏ được những bọt khí trong khối vữa bê tông Lượng nước cho vào trộn vừa nhiều hơn lượng nước cần cho sự hydrat hoá, nước còn dư trong quá trình hydrat hoá bay hơi để lại các lỗ rỗng có kích cỡ khác nhau

1.2.4.4 Cưởng độ xi măng

Cường độ xi măng (mác xi măng) là chỉ tiêu quan trọng nhất của xi măng Cường độ của vữa xi măng cát ở tuổi 28 ngày được dùng để biểu thị mác của xi

măng Cưởng độ đá xi măng trong môi trường nước sạch tăng theo thời gian Đường

cong biểu diễn sự phụ thuộc cường độ nén xi măng vào thời gian đóng rắn có dạng

logarit được xây dựng tử phương trình (1):

1 = Mog = Œ)

_ Trong đó: ®, : Cưởng độ nén mẫu bê tông ở tuổi t ngày

R„;: Cường độ nén mẫu bê tông ở tuổi 28 ngày

t : Tudi đóng rắn của bê tông Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng:

Thành phần khoáng, cấu trúc clinke, độ nghiền mịn, tỷ lệ nước, thời gian bảo quản

và điều kiện đóng rắn là các yếu tố ảnh hưởng đến cưởng độ xi măng Trong bốn

khoáng chính thì C;S có ảnh hưởng quyết định đến mác xi măng Khoáng C;A cùng

với G5 quyết định đến cường độ xi măng ở những ngày đầu đóng rắn Xi măng nghiền mịn sẽ cho cường độ ban đầu lớn và mác cao vì vậy nghiền mịn cũng là một

biện pháp tăng mác xi măng Xi măng bảo quản càng lâu càng làm giảm mác Tỷ lệ nudc/xi mang gay ảnh hưởng lớn đến cường độ và tốc độ phát triển cường độ của bê

tông, điều này được thể hiện qua công thức Bolomay Stramtaer:

R, = A.Ry (X/N —B) (2)

Trong đó: R, : mác bê tông

Ry : mac xi mang

X/N : tỷ lệ xi măng/nước

4, B: hệ số phụ thuộc loại ximăng

Điều kiện đóng rắn cũng ảnh hưởng đến cường độ xi măng Xi măng phát triển cường độ tốt nhất là môi trưởng bão hoà nước Khi độ ẩm tương đối của môi

“trgồng giảm xuống còn 40 - 50% thi hầu như các phản ứng thuỷ hoá bị đình chỉ vì Vậy sau khi tạo hình các kết cấu bê tông phải dưỡng ẩm Nhiệt độ bảo dưỡng bê tông

Ở áp suất thường là 70 - 100°C Để tăng nhanh tốc độ phát triển cường độ cân phải

thực hiện bảo dưỡng bê tông, nhiệt độ và áp suất thích hợp là T° = 175C, P=§-

12atm, để tăng cường độ xi măng người ta dùng các chất phụ gia tăng mác.[ 1 ]

1.3 Phụ gia cho bê tông

1.3.1 Tầm quan trọng cửa việc sử dụng phụ gia cho bê tông:

Hiện tại và trong nhiều năm tới, nhịp độ xây dựng ở Việt Nam dang phát triển một cách nhanh chóng Một điều cần lưu ý là Việt Nam nằm trong vùng có khí hậu khắc nghiệt: nắng nhiều, mưa lắm, độ ẩm cao do đó để nâng tuổi thọ của công trình

lên cần phải có loại ximăng tốt trong khi đó chất lượng xi măng của chúng ta cỏn

thấp so với nhiều nước có nền công nghiệp hiện đại Bởi vậy bắt buộc phải sử dụng các loại phụ gia khác nhau mới sản xuất được bê tông chất lượng cao đáp ứng cho

các công trình xây dựng Đặc biệt nhu cầu về các loại bê tông đặc chủng để xây

dựng các công trình ở ven biển và hải đảo, xây dựng và sửa chữa cho một mạng

lưới cầu cống và các công trình thuỷ lợi ở khắp mọi miễn trong nước

Do chất lượng xi măng chưa cao, chúng ta chưa sử dụng các loại phụ gia một

cách hợp lí và có thể cả nguyên nhân thiết kế và kỹ thuật thi công nên rất nhiều công trình có tuổi thọ rất thấp Có những công trình chỉ mới sử dụng 15 - 20 năm đã

hư hỏng nặng nên phải tiến hành sửa chữa lại tốn kém

Vì vậy cần có nhiều nghiên cứu về sử dụng các loại phụ gia đang được thị

trưởng thế giới và trong nước quan tâm hiện nay

Đến nay việc nghiên cứu, sử dụng phụ gia hoá học cho bê tông và vữa xi măng

đã trở thành rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Chính nhờ sử dụng phụ gia đã

tạo ra những tiến bộ quan trọng trong công nghệ bê tông, đồng thời cỏn hoàn thiện,

`

nâng cao và tạo ra các tính năng mới cho bê tông và vữa.[9]

Trong số các phụ gia cho bê tông thì phụ gia siêu dẻo và phụ gia siêu mịn ngày càng chiếm ưu thế để chế tạo bê tông chất lượng cao Nghĩa là giảm đáng kể lượng nước và tăng độ chắc đặc cho bê tông

_1.3.2 Phụ gia hoá học và các phụ gia khác

Phụ gia nói chung được phân thành: Phụ gia hoá học hay đơn thuần là phụ gia phụ thuộc vào lượng dùng Phụ gia hoá học hoạt động trên các bề mặt tiếp giáp có

tác dụng cải thiện phẩm chất của vữa xi măng và bê tông Loại phụ gia này được sử

dụng với một lượng nhỏ nếu so sánh với các loại vật liệu khác do vậy không nhất

thiết phải xem xét về sức chứa khi thiết kế thành phần hỗn hợp

Các phụ gia khác ngoài phụ gia hoá học dược sử dụng nhiều về lượng do đó

không thể bỏ qua trong giai đoạn thiết kế thành phần hỗn hợp Phụ gia này có thể

tham gia phan ứng thuỷ hoá để tạo sản phẩm thuỷ hoá tử chính bản thân chúng hoặc cùng với các loại vật liệu khác

‘ Quan hệ giữa phụ gia với tính chất của bê tông dude néu trong bang 1.3 Phu

gia được sử dụng với mục đích cải thiện tính công tác, điều chỉnh đông kết hay tốc

độ rắn chắc, cải thiện cường độ hoặc được dùng cho mục dich cai thiện tính bên

vững của bê tông bằng cách chống thấm, giảm nút nẻ, chống cacbonat hoá,

_ Bang 1.3 Quan hệ giữa phụ gia va tinh chất của bê tông

tông

Tính công tác Phụ gia dẻo hoá, siêu dẻo, cuốn khí, cuốn khí và giảm nước,

cuốn khí và giảm nước tầm cao

Cưởng độ Phụ gia dẻo hoá, phụ gia siêu dẻo, cuốn khí, cuốn khí giảm

nước,phụ gia siêu mịn, puzơlan (tro bay ) v.V

Tính bền vững Phụ gia cuốn khí, cuốn khí giảm nước, phụ gia giảm co ngót

do bay hơi nước, giãn nở, v.v

Các loại bê tông và Polime phân tán, phụ gia tạo bọt, v.v

vữa đặc biệt

1.3.3 Cơ chế tác động cửa phụ gia cuốn khí và siêu dẻo

Cơ chế của phụ gia hoá học được nêu trong hình 1.1

Không khí (K)

Các hạt xi măng hay sản phẩm thuỷ hoá (R)

Hình 1.1 Bề mặt tiếp giáp của hỗ xi măng Người ta cho rằng phụ gia hoá học tác dụng trên bể mặt tiếp giáp và cơ chế

hoạt động trên bể mặt tiếp giáp trong trường hợp vữa xi măng được giải thích như

sau: Kiểu bề mặt tiếp giáp như nêu trong hình 1.1 đặc trưng cho hé xi măng Phụ gia cuốn khí hay phụ gia tạo bọt tác động trên bể mặt tiếp giáp K/L (khí/lỏng) làm cho

sức căng bể mặt giảm Chúng làm cho các bọt khí ổn định, phụ gia giảm co ngót do

mất nước cũng tác động trên bể mặt tiếp giáp K/L, đặc biệt là trong các lỗ mao

quản, làm giảm ứng suất mao dẫn Phụ gia siêu dẻo tác động trên bé mặt tiếp giáp R/L Hấp phụ trên bể mặt của chất rắn (như xi măng) làm cho các hạt này tích điện

và do vậy cải thiện sự phân tán, chống sự kết bông giữa các hạt xi măng tạo sự lưu biến cho vữa.[ 13]

20

1.3.4 Phu gia siéu déo

Phụ gia siêu dẻo để giảm tỷ lệ Nudc/Xi mang (N/X)

Muốn có bê tông cường độ kháng nén (R,) cao thì phải dùng lượng nước ít

nhất để trộn vữa, điều đó đã được biết cách đây rất lâu Năm 1879 R.Feret đã biểu

thực hiện hydrat hoàn toàn tất cả các pha trong clinke thi ta chỉ cần đạt tỉ lệ N/X = 0,45 là đủ

Nhưng thực tế không bao giò xẩy ra sự hydrat hoàn toàn các pha trong clinke

mà ngay cả khi dùng nhiều nước thì sau 28§ ngày cũng chỉ khoảng 30% silicat, aluminat trong clinke tham gia phản ứng hydrat hoá Điều này có nghĩa là lượng nước cần cho quá trình hydrat ít hơn rất nhiều so với con số tính ở trên và tỷ lệ N/X

chỉ cần khoảng 0,2 Với lượng nước ít như vậy thì không thể nào trộn vữa được

Muốn cho vữa có độ lưu biến cao để dễ thi công và đặc biệt là cho phép bơm vữa đi

xa hàng trăm mét khi thi công nhà cao tầng hoặc trong phương pháp thi công cọc

nhdi để xây các trụ cầu, bơm vữa lấp lỏng ống chứa cáp dự ứng lực .nhất thiết phải

21

dùng phụ gia hoá dẻo Phụ gia hoá dẻo là các chất hữu cơ có khả năng phân tán mạnh và phía cuối của mạch dài chất hữu cơ đó tích điện dễ bị điện tích dư của bẻ

mặt xi măng hút lấy Thế hệ dầu tiên của loại phụ gia giểm nước (hoặc gọi là phụ

gia dẻo hoá) là sunfonat lignhin Loại phụ gia này phân thì khả năng giảm nước

không lớn, phần thì có hai nhược điểm là làm chậm đông rắn bê tông và thường kéo theo các bọt khí khi trộn vữa [I] nên một thời gian sau đã xuất hiện thế hệ thứ hai

của phụ gia loại này là sunfonat naphtalen (sản phẩm của Nhật) và sunfonat melamin (sản phẩm của Đức) Từ đó xuất hiện nhiễu tên gọi khác nhau như phụ gia

siêu dẻo, phụ gia giảm nước diệu kỳ, chất lưu hoạt

Phụ gia siêu dẻo là các polime hữu cơ tan, khi sử dụng với một liều lượng nhất

định nó có tác dụng làm tăng độ lưu biến của vữa, khả năng thi công được cải thiện nhiễu và việc giảm tỷ lệ nước/xi măng làm tăng độ chắc đặc của bê tông Hiện nay,

trong việc chế tạo bê tông chất lượng cao người ta thường sử dụng phụ gia siêu dẻo

hoạt tinh cao là các polime trên cơ sở melamin formandehit sunfonat (MFS) Công thức của nó được trình bảy trén hinh 1.1

Hình 1.2 Cấu tạo phân tử melamin formandehit sunfonat (MES)

Hoac phu gia siéu déo naphtalen formaldehyt sunfonat (NFS) hinh 1.3

[ Í ] C I ot ` x

Hình 1.3 Cấu tạo phân tử naphtalen formaldehyt sunfonat (NFS).[15]

Nguyên nhân giảm dược lượng nước là: nếu không sử dụng phụ gia siêu dẻo

thì khi quá trình hydrat hoá xỉ măng xảy ra, do các hạt khoáng xi măng và nước là

các hạt tích điện nên chúng có hiện tượng kết bông lại với nhau gây cẩn trở quá trình hydrat hoá và làm giảm độ lưu biến của vữa Nếu dùng phụ gia siêu dẻo thì các

polime sẽ bị hấp thụ lên bể mặt hạt xi măng làm cho nó phân tán dễ dàng trong môi

trường nước Ngoài ra còn xảy ra tương tác giữa phân tử polime và ion Ca?" làm -giảm lượng vôi tự do trong bê tông

Tác dụng chủ yếu của các loại phụ gia siêu dẻo là không cho các hạt xi măng

két von lại với nhau khi gặp chất phân cực mạnh như nước Do đó khi có mặt phụ

gia siêu dẻo thì các hạt xi măng phân tán một cách dễ dàng trong nước vửa tạo điều

kiện cho quá trình hydrat, vửa giảm được lượng lỗ rỗng và bọt khí trong vữa.[ 15]

1.3.5 Phụ gia oxit silic hoạt tinh siéu min: (silica fume)

a Tác dụng:

Trong đá xi măng thường có mặt khoáng dễ tan là portlandit Ca(OH); đây là

pha không bản, dễ bị rửa trôi để lại khoảng trống (giảm độ chắc đặc của bê tông) tạo

điều kiện cho nước và đặc biệt là ion CI thấm vào, khuếch tán dễ dàng qua lóp bê

tông để phá huỷ cốt thép Mặt khác, portlandit còn tương tác dễ dàng với ion Mg”'

trong nước theo các phản ứng:

MgSO, + Ca(OH); = CaSO, + Mg(OH);

MgCl, + Ca(OH), = CaCl, + Mg(OH),

Mg(OH), it tan, nên các phản ứng trên đây dễ xẩy ra hoàn toàn Việc loại hết

Ca(OH); ra khỏi cấu trúc của đá xi măng sẽ thúc đẩy quá trình thuỷ phân tiếp tục

các hydrosilicat (C-S-H) ở lớp sâu hơn, để tạo lượng Ca(OH); mới Trong khi đó Mg(OH); sinh ra ở dạng bột vô định hình không có tính kết dính [16] Quá trình này

tiếp diễn đến tận lớp sâu trong đá bê tông làm cho bê tông bị phá huỷ Cũng chính

sự có mặt của Ca(OH); trong bê tông tạo điều kiện hình thành ettringit trong môi

trưởng giàu ion SO¿? Phan ứng hình thành ettringit (3CaO.Al;O;.3CaSO,.32H;O)

làm tăng thể tích pha rắn lên gần 5 lần gây nên nội ứng lực nên khối bê tông bị rạn nứt tạo điểu kiện cho ion CI xâm nhập vào phá huỷ cốt thép

SiO, hoat tinh siéu mịn có hai chức năng là:

- Phản ứng với pha portlandit để tạo thành sản phẩm có tính kết dính (C-S-H)

làm tăng cường độ của bê tông

Ca(OH), + SiO, + nH,O = CaO.SiO;nH,O (CSH)

Đây là hiệu ứng puzơlannic, phản ứng puzơlannic góp phần tăng độ chắc đặc của bê tông và tăng độ bền của đá xi măng trong các môi trường xâm thực.[ 10]

Silica fime ngoài việc góp phan làm tăng độ đặc chắc của bê tông nó cỏn

‘dong vai tro lam giảm nhiệt thuỷ hoá của xi măng Trong quá trình thuỷ hoá xi măng, Ca(OH); sinh ra luôn có xu hướng khuếch tán ra bề mặt phân chia pha Như

vậy ở phần tiếp giáp giữa hồ xi măng và cốt liệu, được gọi là vùng chuyển tiếp,

nồng độ Ca(OH); cao hơn so với nông độ Ca(OH); bên trong hồ xi măng Điều này

làm yếu đi lực bám dính giữa xi măng và cốt liệu Khi nhiệt thuỷ hoá giảm, quá

trình khuếch tán của Ca(OH); giảm, nó làm tăng cường độ của bê tông

- Các hạt SiO; siêu mịn bịt kín các lỗ trong bê tông làm cho bê tông trở nên

Hình 1.3 Hiệu ứng lấp đây của phụ gia puzơlan hoạt tính.[ 14]

b Một số nguồn phụ gia siêu mịn [9]

Trên thị trường hiện nay có nhiều dạng SiO; hoạt tính siêu mịn tất cả đi tử nguồn phế thải hoặc sản phẩm phụ của các ngành công nghiệp khác nhau Đó là:

- Tro bay (Fly ash) là sản phẩm thu được khi nung than dá Nếu đi tử than antraxit ta thu được tro loại F chứa canxi thấp, nếu đi tử than nâu ta thu được tro loại

C giàu canxi là tro bay có tính kết dính Các loại tro bay đều có cấp hạt nằm trong

khoảng 1 đến 100 im nên có tác dụng tăng độ dẻo của vữa xi măng

- Muội silic SF(Silica-Fume) 14 sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất hợp

kim ferosilic và silicát nguyên tố bằng cách khử SiO; trong lỏ hồ quang.Trong SF

có chứa có chứa 85-98% SiO;, kích thước hạt khoảng 0,1,um, bể mặt riêng khoảng 20m?/g Do thành phản silic hoạt tính cao và cấp hạt rất bé nên vai trò của SF trong

việc làm phụ gia cho bê tông hiện đang được quan tâm đặc biệt

25

- Tro tréu thu được khi dét trau khodng 500-700°C Tro trau có chứa khoảng

90-95% SiO, v6 dinh hinh, sau khi nghién cấp hạt đạt khoảng 1-20 wm Day la mét

loại SiO, hoat tinh dé làm phụ gia cho bê tông

- Meta cao lanh hoạt tính cao là một hỗn hợp SiO; và Al;O;vô định hình có

khả năng phản ứng tốt với Ca(OH); để tạo thành pha kết dính Đây là sản phẩm thu

được khi nung cao lanh lên khoảng 700°%C

- Ngoài ra còn có các phụ gia khoáng hoạt tính khác như xỉ lỏ cao dạng hạt, diatomit, đất puzơlan

Chương 2

THỰC NGHIỆM

2.1 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tới các tính chất cơ lí của bê tông thông

qua các chỉ tiêu kháng uốn và kháng nén Sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm để xây dựng phương trình hôi qui cho các chỉ tiêu kháng uốn và kháng nén

Tử phương trình hồi qui áp dụng các công cụ toán học tìm ra tỷ lệ tối ưu cho

mỗi loại phụ gia để bê tông thu được có cường độ kháng uốn và kháng nén cao nhất

Từ đây các nhà thiết kế hay kỹ sư xây dựng có thể đưa ra phương án thiết kế và xây

dựng phù hợp

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp xác định độ chảy yêu cầu cửa vữa(TCVN 6016-95)

Vữa có tỷ lệ X/C = 1:3 theo khối lượng, tỷ lệ N/X trong vữa được xác định

theo độ chảy yêu cầu của vữa

Cách xác định tỷ lệ N/X để vữa có độ chảy tiêu chuẩn như sau:

Cân 200 gam xi măng và 600 gam cát tiêu chuẩn, đổ vào chão bằng đồng trộn

khô trong 1 phút, sau đó dùng bay moi một cái hốc ở giữa và đổ vào 100 gam nước

Khi nước đã ngắm hết, thì trộn thêm một phút nữa, rồi đổ vào máy trộn trong 2,5

phút (máy quay 20 vỏng) Khi trộn xong, đổ vữa vào khâu hình côn đặt giữa bàn

dẫn làm hai lớp và dùng chày tròn đầm lớp dưới 15 cái, lớp trên 10 cái Khi đổ mẫu vào khâu và khi đầm mẫu phải lấy tay ép sát vào tấm kính trên mặt ban dan Trước

khi đổ vữa vào khâu phải lau mặt trong của khâu và tấm kính bằng giẻ ẩm Sau khi

đầm xong phải gạt vữa ngang miệng khâu và miết mặt cho phẳng, rồi từ từ nhấc

27

khau lén theo phudng thang diing Quay ban dan 30 cdi trong 30 giây, rồi dùng

thước lá do đường kính dưới của bánh vữa trên mặt bàn dẫn theo hai phương thẳng

góc với nhau Tính trị số bình quân của hai kết quả đo được Nếu trị số đó nằm trong

khoảng 115-125mm thì coi như vữa có độ chảy đạt yêu câu Nếu trị số đó mhỏ hơn hay lón hơn phạm vi qui định thì phải thêm hoặc giảm lượng nước trộn và làm lại thí nghiệm cho đến khi đạt độ chảy yêu cầu

2.2.2 Xác định cường độ kháng uốn (TCVN 6016-95)

Giới hạn bền khi uốn của vữa được xác định bằng cách uốn gãy mẫu vữa có

kích thước là 40 x 40 x 160 mm

Tiến hành đúc thử: đúc mẫu 40 x 40 x 160 mm bằng vữa tỷ lệ X/C = 1:3 với

tỷ lệ N/X được xác định như trên Bảo dưỡng 1 ngày rồi tháo khuôn Sau đó ngâm mẫu trong nước 28 ngày, cứ 14 ngày thay nước một lần Khi đủ 28 ngày lấy mẫu ra,

lau ráo mặt, và đo cường độ

Các viên mẫu dưỡng hộ trong không khí phải quét sạch bụi Các mẫu ngâm trong nước lấy ra trước khi thử ít nhất 10 phút, sau đó dùng khăn ẩm lau hết nước rồi lắp mẫu lên máy uốn thuỷ lực 5 tấn

Sơ đô lắp mẫu được chỉ ra trên hình 2.1 Các con lăn gối tựa và con lăn truyền lực phải thật song song, đường kính con lăn 10 mm

Con lăn và gối tựa phải làm bằng thép cứng, không rÏ, tốc độ tăng tải không được quá 3% tải trọng dự tính trong | giây

Hình 2.1 Sơ đồ uốn mẫu

Giới hạn bên chịu uốn của từng viên mẫu khi dùng máy thuỷ lực 5 tấn được

tính bằng daN/cm” theo công thúc:

_ 3P(

U 2bJ?

Trong đó:

Rự, : Giới hạn bên chịu uốn của từng viên mẫu, tính bằng daN/cm”

P: Tải trọng phá hoại tính bằng daN/cm

£: khoảng cách giữa hai gối đỡ (cm)

h: Chiều cao mẫu thử (cm)

b: Chiều rộng mẫu thư (cm)

Giới hạn cường độ chịu uốn của xi mang là trị số trung bình kết quả thử hai

mẫu có trị số lớn nhất

2.2.3 Xác định cường độ kháng nén (TCVN 6016-95)

-Đặt nửa mẫu đã uốn gãy trong thí nghiệm xác định cường độ kháng uốn lên máy ép giữa hai tắm đệm có tiết diện bằng 25 cm” như hình 2.2 và ép Tốc độ tăng tai cla may bing 20+ 5 kG/cm? trong một giây hay bằng 0,55