Bài giảng vật liệu xây dựng chương IV TS nguyễn quang phú

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tôngppm đã từng được sử dụng mà không gây ảnh hưởng đến phụ gia đông cứng nhanh với lượng trộn tới 2% theo khối lượng xi măng.. Tạp chất có trong nước

Nội dung chương IV: Bê tông xi măng Po

• Vật liệu dùng cho bê tông (Xi măng, nước, cát, đá, phụ gia);

• Thành phần bê tông: Khái niệm và tính toán thành phần bê tông;

• Sản xuất bê tông;

• Thí nghiệm bê tông;

• Công tác ván khuôn;

• Đổ và thi công bê tông;

• Bảo dưỡng bê tông;

• Cấu kiện bê tông đúc sẵn;

Nước sản xuất bê tông

• Trong sản xuất bê tông, nước đóng vai trò quan trọng Nước được dùng để rửa cốt liệu, để trộn hỗn hợp bê tông và bảo dưỡng

• Sử dụng nước không sạch để rửa cốt liệu có thể làm cho các hạt cốt liệu được phủ lên một lớp phù sa, muối, hoặc một lớp vật liệu hữu cơ Cốt liệu bị nhiễm bẩn như vậy sẽ sinh ra bê tông kém chất lượng do các phản ứng hoá học của chúng với vữa xi măng hoặc tạo thành bộ xương cốt liệu yếu

• Trong hầu hết các trường hợp, nên thực hiện các phép thử với những loại cốt liệu để có thể so sánh

Nước sản xuất bê tông

Ôxit silic SiO2 2,4 0,0 6,5 9,4 22,0 3,0

-Canxi (Ca) 5,8 15,3 29,5 96,0 3,0 1,3 50 – 480 Manhê (Mg) 1,4 5,5 7,6 27,0 2,4 0,3 260 – 1410 Natri (Na) 1,7 16,1 2,3 183,0 215,0 1,4 2190 –

2200 Kali (K) 0,7 0,0 1,6 18,0 9,8 0,2 70 – 550 Bicacbonat

(HCO3)

14,0 35,8 122,0 334,0 549,0 4,1

-Sunphát (SO4) 9,7 59,9 5,3 121,0 11,0 2,6 580 – 2810 Clo (Cl) 2,0 3,0 1,4 280,0 22,0 1,0 3960 –

20000 Nitrat (NO3) 0,5 0,0 1,6 0,2 0,5 0,0 -

Tổng chất rắn tan 31,0 250,0 125,0 983,0 564,0 19,0 35.000

Bảng phân tích thành phần của nước cấp cho đô thị và nước biển (phân tử/10 6 )

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tông

• Cacbonat và bicacbonat của Na và K ảnh hưởng đến thời gian đông kết của bê tông Cacbonat Natri có thể khiến bê tông đông kết nhanh, Bicacbonat có thể đẩy nhanh đông kết hoặc làm chậm quá trình đông kết Khi có nồng độc cao, những muối này có thể làm giảm mạnh cường độ bê tông

• Natri Clorua (NaCl) hoặc Natri Sunphat (Na2SO4) có thể được dùng với hàm lượng lớn, nước có nồng độ NaCl vượt quá 20000 ppm (parts per million) và có nồng độ Na2SO4

vượt quá 10000 ppm đã được thử nghiệm và thành công Canxi Carbonate (CaCO3) và Manhê Carbonate (MgCO3) rất

ít tan và thường nồng độ không đủ cao để ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông Canxi Bicacbonat (CaHCO3) và Manhê (Mg(HCO3)2) có mặt trong một số nước sinh hoạt, và nồng độ tới 400 ppm được coi là không có hại

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tông

ppm đã từng được sử dụng mà không gây ảnh hưởng đến

phụ gia đông cứng nhanh với lượng trộn tới 2% theo khối lượng xi măng

• Nồng độ muối sắt tới 40000 ppm đã được sử dụng thành công, tuy nhiên, nước ngầm tự nhiên thường có nồng độ không lớn hơn từ 20 đến 30 ppm

• Muối mangan, thiếc, kẽm, chì, đồng có thể làm giảm cường

độ và thay đổi thời gian đông kết của bê tông Các loại muối đóng vai trò như là chất làm chậm, bao gồm: Natri Iodate, Natri Photphat, Natri Arsenat, và Natri Borate, khi có lượng nhỏ khoảng 0.1% khối lượng xi măng, chúng có thể kéo dài thời gian đông kết và sự phát triển cường độ của xi măng Nồng độ Natri Sunphit thấp khoảng 100 ppm được chứng nhận kiểm nghiệm

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tông

• Nước biển nói chung chứa 35000 ppm muối có thể được sử dụng cho bê tông không cốt thép; cho thấy sự tăng cường

độ sớm và giảm nhẹ cường độ ở tuổi 28 ngày so với thiết

kế Nước biển đã được sử dụng cho bê tông cốt thép, tuy nhiên nếu cốt thép không có lớp bảo vệ đủ dày hoặc nếu bê tông không có tính chống thấm, nguy cơ ăn mòn sẽ ngày càng tăng Nước biển không nên sử dụng cho bê tông ứng suất trước

• Các loại cốt liệu lấy từ biển có thể sử dụng được với nước trộn bê tông sạch, do lượng muối bao bọc trên bề mặt cốt liệu chiếm khoảng 1% so với khối lượng nước trộn

• Nói chung, nước trộn có chứa nồng độ các axit vô cơ khoảng 10000 ppm không có ảnh hưởng bất lợi tới cường

độ bê tông Mức độ chấp nhận được của nước trộn có chứa axít nên dựa vào nồng độ tính bằng ppm, hơn là giá trị pH vì

độ pH không thật sự tin cậy

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tông

• Nồng độ Natri hydroxide (NaOH) tới 0.5% so với khối lượng

xi măng không ảnh hưởng nhiều đến cường độ bê tông, không gây đông kết nhanh Kali hydroxide (KOH) có nồng

độ tới 1,2% so với khối lượng xi măng có thể làm giảm cường độ đối với một số loại xi măng nhất định và không ảnh hưởng đến cường độ của các loại xi măng khác

• Nước thải công nghiệp và nước cống rãnh vệ sinh có thể sử dụng được cho bê tông Sau khi nước thải chảy qua hệ thống nước thải tốt, hàm lượng chất thải rắn thông thường quá thấp để gây ảnh hưởng đáng kể đến bê tông Nước thải

từ các xưởng thuộc da, nhà máy sơn, luyện than cốc, nhà máy hoá chất, nhà máy ma kẽm… có thể chứa đựng tạp chất có hại Với tất cả các nguồn nước có nghi ngờ, phải làm thí nghiệm so sánh cường độ trước khi sử dụng nước cho sản xuất bê tông

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tông

• Nồng độ đường nhỏ từ 0,03-0,15% so với khối lượng xi măng thường làm chậm thời gian đông kết của xi măng Cường độ có thể giảm ở tuổi 7 ngày và tăng ở tuổi 28 ngày Khi lượng đường tăng lên tới 0,2% so với khối lượng xi măng, thời gian đông kết

sẽ nhanh hơn Khi lượng đường vượt quá 0,25%, thời gian ninh kết sẽ rất nhanh và suy giảm cường độ ở 28 ngày tuổi Nước chứa hàm lượng quá 500 ppm đường thì cần phải kiểm nghiệm trước khi sử dụng

• Đất sét hoặc là những tạp chất mịn có thể chấp nhận được với nồng độ tới 2000 ppm Dù đất sét có thể ảnh hưởng đến các tính chất khác của xi măng, nhưng thường cường độ sẽ không

bị ảnh hưởng khi nước có hàm lượng cao hơn

• Nước có nhiều phù sa cần được làm lắng trước khi sử dụng để loại bớt lượng bùn (phù sa) và đất sét lơ lửng

Tạp chất có trong nước sản xuất bê tông

• Khoáng vật dầu mỏ ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ ít hơn dầu thực vật hay dầu động vật; tuy nhiên, khi nồng độ lớn hơn 2% so với lượng xi măng, cường độ giảm khoảng 20% hoặc hơn

• Các chất bẩn vô cơ như tảo lẫn trong nước gây ra suy giảm cường độ mạnh do ảnh hưởng của sự gắn kết và lượng khí lọt vào quá lớn

• Cũng như với các vật liệu được sử dụng trong sản xuất bê tông, nếu nước không có sẵn thì nên tiến hành thí nghiệm để so sánh các tính chất Đôi khi hỗn hợp bê tông cũng có thể được hiệu chỉnh để bù lại một lượng nước sao cho không làm giảm cường

độ hoặc có các đặc tính bất lợi khác

• Nên cẩn trọng khi sử dụng nước có chứa axit hoặc các hỗn hợp

vô cơ, do có thể xuất hiện các phản ứng bề mặt hoặc làm chậm quá trình đông kết Những mối quan tâm khác đối với nước bảo dưỡng liên quan đến màu nhuộm hoặc bạc màu do độ bẩn của nước

Cốt liệu sản xuất bê tông

• Thành phần cốt liệu của hỗn hợp bê tông chiếm từ 60-80 %

thể tích của bê tông và những đặc tính của cốt liệu ảnh

hưởng trực tiếp đến các tính chất của bê tông

• Việc lựa chọn cốt liệu sẽ quyết định tới tỷ lệ hỗn hợp bê tông

và tính kinh tế của bê tông thiết kế Vì vậy cần hiểu được

tầm quan trọng của việc lựa chọn, thí nghiệm và sử dụng cốt

liệu như đã thảo luận trong chương 2

• Cốt liệu được chọn sử dụng phải sạch, cứng chắc, có độ

bền hạt, không có hoạt tính, không phủ bởi đất sét, hoặc là

các loại vật liệu khác làm ảnh hưởng đến bộ xương của vữa

xi măng Tránh các hạt mềm yếu và các phần tử hữu cơ xốp

chứa trong cốt liệu, vì chúng sẽ làm giảm khả năng chống lại

tác động của thời tiết Cốt liệu thô thường được kiểm tra

bằng trực quan để phát hiện hạt mềm yếu

Cốt liệu sản xuất bê tông

• Thành phần hạt và kích thước lớn nhất được xác định bằng bộ sàng tiêu chuẩn

• Thành phần hạt và kích thước lớn nhất của cốt liệu ảnh hưởng đến liều lượng cốt liệu cũng như là lượng xi măng và nước trộn, tính công tác, tính kinh tế, độ rỗng và tính co thể tích của bê tông

• Thành phần hạt không đồng nhất có thể ảnh hưởng lớn đến tính đồng nhất của bê tông với các mẻ trộn khác nhau

• Cát quá thô thường sản xuất ra hỗn hợp bê tông có tính công tác kém, còn cát quá mịn thường sản xuất ra bê tông không kinh tế

• Nói chung, cốt liệu có đường cong thành phần hạt trơn, nghĩa là không vượt quá hoặc thiếu hụt các cỡ hạt, cho hỗn hợp bê tông tốt nhất Để đảm bảo tính công tác cho quá trình trộn bê tông nghèo, thành phần hạt phải đạt được tỷ lệ % lớn nhất lọt qua các sàng như mong muốn

12/19/2008 Chương IV Xi măng Pooclăng (Po) và bê tông dùng xi măng Po 11

Cốt liệu sản xuất bê tông

• Các yếu tố liên quan đến cốt liệu có ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tông, bê tông và thành phần bê tông khi thiết kế:

1 Cường độ cốt liệu

2 Độ rỗng và cấu trúc lỗ rỗng của cốt liệu

3 Khối lượng riêng và khối lượng thể tích

4 Hình dạng hạt và bề mặt hạt

5 Thành phần hạt và kích thước hạt

6 Tạp chất trong cốt liệu

• Phụ gia được định nghĩa là một loại vật liệu khác với xi măng, cốt liệu và nước được trộn thêm vào bê tông hoặc hỗn hợp vữa truớc khi hoặc trong khi trộn Phụ gia nói chung được sử dụng cho một hoặc nhiều lý do (chương 3).

• Đa số các loại phụ gia có nhiều hơn một tính năng, ví dụ, khi dùng phụ gia cuốn khí, có thể tăng tính ổn định của bê tông dưới tác dụng của băng giá, giảm tính tiết nước, tăng tính công tác hỗn hợp của bê tông tươi

• Đôi khi phụ gia tạo ra các phản ứng ngược lại với một mong muốn

Ví dụ, một số loại bột mịn làm tăng tính công tác của bê tông có xu hướng làm tăng độ co khô của bê tông.

• Do hiệu quả sử dụng phụ gia rất khác nhau với những loại và lượng dùng xi măng khác nhau, hình dạng cốt liệu, thành phần hạt, tỷ lệ thành phần bê tông, thời gian trộn, lượng nước dùng, bê tông, và nhiệt độ không khí,

 khuyến cáo nên thí nghiệm trước khi sử dụng một loại phụ gia nào đó.

Phụ gia trong sản xuất bê tông

• Loại phụ gia được sử dụng nhiều nhất ngày nay là phụ gia cuốn khí, phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết và phụ gia giảm nước.

• Phụ gia cuốn khí được sử dụng để tăng cường độ bền của bê tông dưới tác dụng của băng giá

• Khi bê tông chịu ảnh hưởng của tình trạng bão hòa với nhiệt độ băng tan, việc thay đổi thể tích do nước chuyển thành băng thường phá hoại kết cấu bê tông Bằng việc tạo ra các bọt khí trong bê tông

để hình thành hệ thống bọt khí nhỏ li ty, đóng vai trò như hệ thống van khi xảy ra dãn nở thể tích Hệ thống các bọt khí trong đá bê tông cho phép nước đóng băng và cung cấp khoảng không khi xuất hiện dãn nở thể tích khi nước chuyển thành băng.

• Liều lượng phụ gia yêu cầu để tạo ra lượng bọt khí nhất định rất khác nhau Nếu số lượng các hạt mịn có dư, cần dùng hàm lượng phụ gia cao hơn để tạo ra lượng bọt khí yêu cầu.

• Để rút ngắn thời gian đông kết của bê tông, phụ gia thường dùng là chlorides hòa tan, Carbonat, và Silicat, và nhiều nhất là Canxi

Chlorua (CaCl2)

• Lượng dùng CaCl 2 không nên vượt quá 2% so với khối lượng xi

măng, và không nên sử dụng cho bê tông ứng suất trước vì có thể gây ăn mòn cốt thép CaCl 2 có thể được sử dụng trong mùa đông

để đẩy nhanh thời gian đông kết, đẩy nhanh tiến độ

Phụ gia trong sản xuất bê tông

• Phụ gia siêu dẻo được sử dụng để giải quyết những vấn đề liên quan đến việc đổ bê tông như khi ván khuôn bị co hẹp, cốt thép dày và trong tình huống khi bê tông phải được bơm, vận chuyển bằng băng tải, hoặc máng đổ trong một khoảng cách dài.

• Phụ gia siêu dẻo hoặc phụ gia siêu giảm nước là các chất hoá học phân tán sao cho, khi sử dụng cho bê tông có độ sụt từ 8-10

cm, khiến độ sụt của bê tông tăng lên tới 20-25 cm tùy thuộc vào

tỷ lệ liều lượng trộn và các thành phần khác Sự tăng đó là tạm thời và cũng với thời gian trôi qua, hỗn hợp sẽ trở lại với độ sụt ban đầu

• Nguyên lý hoạt động của phụ gia là gia tăng sự phân tán các hạt

xi măng dẫn đến giảm nội ma sát giữa chúng Gia tăng sự phân tán của các hạt xi măng cho phép sự thuỷ hoá hoàn toàn diễn ra

và kết quả là cường độ nén và uốn của bê tông sẽ cao hơn.

• Loại phụ gia siêu dẻo thường được sử dụng là Microsilica và Silicafume

Phụ gia trong sản xuất bê tông

1/ PHỤ GIA ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG KẾT

A- Phụ gia kéo dài thời gian đông kết

a) Các muối nitrat: NaNO 3 , KNO 3 (Làm thay đổi nồng độ ion Ca +2 )

2NaNO3 + Ca(OH)2 +4H2O > Ca(NO3)2.4H2O + 2NaOH Ca(NO3)2.4H2O dễ tan hơn Ca(OH)2 làm cho nồng độ Ca +2 trong dung dịch tăng

 Tốc độ thuỷ phân của C3S chậm lại  Thời gian đông kết kéo dài ra

b) Thạch cao: Làm thay đổi nồng độ ion Al+3 (3CaO.Al2O3.3C aSO4.31H2O)

c) Phụ gia khoáng vật hoạt tính: Làm quỏ trỡnh đụng rắn diễn ra qua hai giai

đoạn

d) Phụ gia hoá dẻo: Tạo màng phụ gia xung quanh cỏc hạt xi măng làm chậm

quỏ trỡnh thủy húa của c ỏc thành phần khoỏng vật với nước.

Phụ gia trong sản xuất bê tông

1/ PHỤ GIA ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG KẾT

B- Phụ gia rút ngắn thời gian đông kết

a) Các muối cacbonat: Na 2 CO 3 , K 2 CO 3

Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 > CaCO 3 + 2NaOH

CaCO3 rất ít tan làm cho nồng độ ion Ca +2 trong dung dịch giảm xuống  tốc độ thuỷ phân của C3S tăng lên  Vữa xi măng đông kết nhanh Nhưng thực tế loại phụ gia này làm

xi măng đông kết quá nhanh nhiều khi không kịp thi công nên ít dùng.

b) Muối ăn (NaCl)

NaCl dễ tan phân ly ra ion Na + đóng vai trò ion keo tụ làm vữa xi măng đông kết nhanh Tuy nhiên Na + có hoá trị thấp nên tác dụng keo tụ kém, ngoài ra CaCl2 tạo thành sẽ gây ăn mòn cốt thép.

c) CaCl 2

Khi dùng CaCl2 thì trong thời gian đầu, vữa xi măng có tăng nhanh đụng kết nhưng khụng tăng nhanh quá, vẫn đủ thời gian để thi cụng, chủ yếu có tác dụng tăng nhanh ở thời gian về sau.

Chú ý: Khi dùng các loại phụ gia đông kết nhanh đều làm cho nhiệt thủy hoá của xi măng

tăng lên vì vậy tránh dùng cho các công trình bê tông khối lớn vì dễ gây ra ứng suất nhiệt làm nứt nẻ công trình.

2/ PHỤ GIA HOẠT TÍNH BỀ MẶT

A- NGUYÊN LÝ HOÁ DẺO

KHI TRỘN PGHD VÀO BÊ TÔNG, PHỤ GIA SẼ PHÂN TÁN TRONG NƯỚC DƯỚI DẠNG CÁC HẠT RẤT NHỎ (CÓ PHÂN CỰC) VÀ HẤP PHỤ XUNG QUANH HẠT XI MĂNG NHỜ CÓ MÀNG PHỤ GIA NÀY MÀ NƯỚC TRỘN BÊ TÔNG KHÔNG THẤM NGAY VÀO HẠT XI MĂNG MÀ TẠO THÀNH LỚP NƯỚC DÀY BAO NGOÀI MÀNG PHỤ GIA NHỜ LỚP NƯỚC NÀY MÀ CÁC HẠT XI MĂNG VÀ CỐT LIỆU CÓ THỂ TRƠN TRƯỢT LÊN NHAU ĐƯỢC DỄ DÀNG LÀM TĂNG ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG SAU MỘT THỜI GIAN, MÀNG PHỤ GIA BỊ PHÁ VỠ, NƯỚC MỚI THẤM VÀO HẠT XI MĂNG THỰC HIỆN CÁC PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN, THUỶ HOÁ VỚI CÁC KHOÁNG VẬT TRONG XI MĂNG LÀM KÉO DÀI THỜI GIAN ĐÔNG KẾT CỦA XI MĂNG.

B- TÁC DỤNG CỦA PGHD

PGHD CÓ TÁC DỤNG TĂNG ĐỘ DẺO, HOẶC TĂNG CƯỜNG ĐỘ HOẶC GIẢM LƯỢNG XI MĂNG DÙNG.

Giải thích tác dụng của PGHD

Nhận xét: Khi thi công bê tông bao giờ người ta cũng muốn đạt được 3 chỉ tiêu:

Độ dẻo cao; Cường độ cao; Tiết kiệm xi măng Song 3 chỉ tiêu này luôn mâu

thuẫn với nhau Trong trường hợp không pha phụ gia thì để đạt được một chỉ tiêu thì 2 chỉ tiêu còn lại sẽ bị ảnh hưởng theo hướng bất lợi.

Giải thích: Để giải thích cho 3 tác dụng của PGHD, ta dựa vào:

+ Nguyên lý hoạt động của PG

+ Công thức quan hệ giữa cường độ bê tông và tỷ lệ N/X

TH1: Pha PGHD N=const, X=const  Sn; Rb= const

TH2: Pha PGHD N; X= const  Sn= const; Rb

TH3: Pha PGHD N; X sao cho X/N=const  Sn= const; Rb= const

PHỤ GIA HOẠT TÍNH BỀ MẶT

1 Khái niệm; phân loại; cấu tạo và cấu trúc bê tông XM.

Phân loại:

+ Theo khối lượng đơn vị: bt đặc biệt nặng, bt nặng, bt nhẹ, bt rỗng (rất

nhẹ)

+ Theo độ lưu động: bt rất khô, bt khô, bt dẻo, bt chảy, bt rất chảy

+ Theo yêu cầu sử dụng: theo cường độ; chất kết dính; cốt liệu thô; bt

thường; bt thuỷ công (mực nước td, khối lớn, bt chịu áp); bt đặc biệt (chịu nhiệt, chịu axít, chịu mài mòn, chống phóng xạ…)

- Cã ý nghÜa lín trong viÖc so s¸nh, lùa chän c¸c ph ¬ng ¸n.

Bê tông xi măng Po

Bê tông xi măng Po

2 Các tính chất kỹ thuật của bê tông

a/ Tính dễ đổ (tính công tác):

(1)Tính giữ nước: biểu thị khả năng giữ nước bên trong của

hhbt trong quá trình vận chuyển và thi công

(2)Tính dính: biểu thị khả năng bám dính của vữa XM với cốt

liệu tạo nên một thể đồng nhất trong hhbt

(3)Tính dẻo (tính lưu động): biểu thị khả năng trơn trượt giữa

các cốt liệu lên nhau khi chịu chấn động cơ học

* Các nhân tố ảnh hưởng đến độ dẻo của hỗn hợp bê tông

(nước trộn, xi măng, phụ gia hoạt tính bề mặt, cốt liệu, biện

pháp chế tạo).