Phụ gia và hóa phẩm cho các công trình bê tông và bê tông cốt thép

Nguyên tắc chung sử dụng phụ gia: - Phụ gia đ ợc sử dụng để cải thiện tính chất của bê tông và vữa theo h ớng dự kiến và nằm trong một giới hạn định tr ớc.. - Các chất phụ gia tác động t

PHỤ GIA VÀ HÓA PHẨM CHO CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG

VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

Gi¶ng viªn: TS TrÇn B¸ ViÖt

ViÖn KHCN X©y dùng

§Þnh nghÜa

§èi víi bª t«ng vµ v÷a (ngoµi xi

m¨ng, cèt liÖu vµ n íc) phô gia lµ

phÇn bª t«ng vµ v÷a tr íc vµ trong

cña bª t«ng vµ v÷a.

C¸c ph ¬ng ph¸p c¶i thiÖn tÝnh chÊt bª t«ng C¸c ph ¬ng ph¸p th êng ® îc sö dông lµ:

cèt liÖu;

Thay đổi chủng loại và hàm l ợng xi măng

trong giới hạn nhất định

- Nếu l ợng xi măng ít, bê tông sẽ nghèo

vữa, khó trộn, đầm

- Nếu l ợng dùng xi măng quá lớn, bê tông

sẽ co ngót mạnh và không kinh tế.

sản xuất một l ợng bê tông tập trung với

khối l ợng lớn Ví dụ nh các loại xi măng ít toả nhiệt, xi măng bền sunphát.

Cần cân nhắc về mặt kinh tế

Thay đổi chủng loại và thành phần

hạt cốt liệu

 Thay đổi cốt liệu để đảm bảo c ờng độ nén dập của cốt liệu cao hơn hoặc đã đạt đ ợc trạng thái bề mặt, hình dáng của tập hợp hạt cốt liệu tốt hơn

 Thay đổi cấp phối và thành phần hạt

chính là bài toán thiết kế cấp phối bê

tông Cho phép xác định cấp phối hạt tốt

u Nó có thể ảnh h ởng đến tính chất của

bê tông trong một chừng mực nhất định.

Thay đổi công nghệ chế tạo bê tông

 Thay đổi thiết bị và công nghệ trộn : trộn

Sö dông c¸c chÊt phô gia cÇn thiÕt

CÇn ph©n biÖt chÊt xóc t¸c vµ phô gia:

 ChÊt xóc t¸c lµ chÊt cã thÓ tham gia vµo qu¸ tr×nh (ho¸ häc) nh ng kh«ng bÞ tiªu hao Nã ® îc hoµn nguyªn sau khi qu¸ tr×nh kÕt thóc

 Cßn chÊt phô gia lµ chÊt tham gia vµo qu¸ tr×nh vµ bÞ tiªu hao cïng s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh.

- Cïng víi viÖc s¶n xuÊt bª t«ng vµ v÷a, nÕu dïng phô gia, l îng phô gia sÏ bÞ tiªu tèn cïng víi s¶n l îng bª t«ng hay v÷a Khèi l îng phô gia sö dông còng t¨ng cïng s¶n l îng bª t«ng vµ v÷a.

- Gi¸ thµnh cña phô gia ph¶i rÎ h¬n nhiÒu so víi chÊt xóc t¸c.

Nguyên tắc chung sử dụng phụ gia:

- Phụ gia đ ợc sử dụng để cải thiện tính chất của bê tông và vữa theo h ớng dự kiến và nằm trong một giới hạn định tr ớc Tác động chính của phụ gia

xảy ra trong quá trình đóng rắn của bê tông

- Các chất phụ gia tác động trực tiếp đến quá trình hoá học, hoá lý th ờng có liều dùng ít hơn so với phụ gia tác động đến quá trình hoá lý, vật lý, vì nó tác động mạnh mẽ và sâu sắc đến bản chất quá trình đóng rắn của xi măng, bê tông.

Phân loại phụ gia

- Phụ gia hóa học;

- Phụ gia khoáng hoạt tính;

- Phụ gia đầy (trơ);

- Phụ gia có công dụng đặc biệt…

Phụ gia hóa học

Có thể chia phụ gia hoá học thành 7 nhóm:

của hồ xi măng, do đó làm tăng tính dẻo của hỗn hợp bê tông

 Nhóm B: Phụ gia chậm ninh kết Làm chậm thời gian ninh kết của bê tông nên kéo dài thời gian thi công của bê tông

nh ng không làm giảm c ờng độ của bê tông.

thuỷ hoá của xi măng do đó làm tăng tốc độ ninh kết và sự phát triển c ờng độ sớm của bê tông.

phối hợp 2 tác dụng giảm n ớc và chậm ninh kết.

phối hợp 2 tác dụng giảm n ớc và đóng rắn nhanh.

phụ gia này cho phép giảm đáng kể l ợng n ớc trộn và tăng cao độ l u động của hỗn hợp bê tông.

phối hợp giữa 2 tác dụng giảm n ớc cao và ninh kết chậm.

Phụ gia khoáng hoạt tính

Là các chất khoáng có hoạt tính thuỷ lực hoặc tính kết

dính yếu, đ ợc nghiền mịn Có thể chia làm 4 nhóm sau:

 Nhóm X: Xỉ lò cao, xỉ hạt nghiền mịn

 Nhóm P: Puzolan

 Nhóm T: Tro, tro bay

 Nhóm S: Microsilica (ASTM C1240-00)

 a) Phụ gia metacaolanh:

 b) Phụ gia tro trấu:

 c) Phụ gia silicafum

Cả 3 loại trên đều có hoạt tính thuỷ hoá rất mạnh Ngoài ra

do độ mịn cao nên có khả năng lấp đầy các khoảng trống cực nhỏ giữa các hạt xi măng thuỷ hoá, làm tăng độ đặc chắc của cấu trúc đá xi măng.

Liều l ợng sử dụng từ 5-30% so với xi măng Khi thiết kế thành phần bê tông phải coi đó là cấu tử trong thành phần bê tông

Phô gia ®Çy hay phô gia tr¬

nh : Gi¶m kh¶ n¨ng to¶ nhiÖt, gi¶m co,

trong thµnh phÇn bª t«ng.

Phụ gia có tác dụng đặc biệt

Là các loại phụ gia không thuộc nhóm trên và có công dụng đặc biệt, có thể kể ra các phụ gia sau:

 Phụ gia cuốn khí/phụ gia cho bê tông chịu băng giá;

 Phụ gia tạo bọt;

 Phụ gia tạo khí;

 Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép;

 Phụ gia gây nở;

 Phụ gia chống thấm;

 Phụ gia trợ bơm;

 Phụ gia chống mài mòn;

 Phụ gia giảm khả năng phản ứng kiềm của cốt liệu,

 Phụ gia cuốn khí - phụ gia cho bê tông chịu băng giá đã áp dụng ở công trình cải tạo khu gang thép Thái Nguyên;

 Phụ gia tạo bọt - phụ gia cho bê tông xốp, bê tông tổ ong;

 Phụ gia tạo khí - làm bê tông khí cho xây dựng Bảo tàng Hồ Chí Minh do Viện KHCN Xây dựng nghiên cứu sản xuất bằng các thiết bị và vật liệu có trong n ớc, đạt khối l ợng thể tích γc = 500 kg/m 3 ;

 Phụ gia ức chế ăn mòn: Dùng trong sửa chữa một số công trình biển, công trình công nghiệp;

 Phụ gia nở: Dùng làm bê tông neo cọc, neo đá, bệ móng máy, bu lông neo;

 Phụ gia chống thấm: Dùng cho bê tông thuỷ công, bê tông kết cấu tích chứa hầm, mái bằng,

 Phụ gia trợ bơm: Dùng khá nhiều cho bê tông bơm (cho kết cấu BTCT ứng lực tr ớc - ph ơng pháp căng sau) khi thi công các silô ở các nhà máy xi măng,

Thành phần khoáng của xi măng

 Xi măng có nhiều loại, phân biệt khác nhau chủ yếu ở

thành phần khoáng trong clinke: Ví dụ xi măng ít nhôm (xi măng bền sunphát), xi măng alít (C 3 S), xi măng bêlít (C 2 S),

xi măng ít toả nhiệt (giàu C 2 S, nghèo C 3 A), xi măng trắng (ít khoáng sắt và manhê), xi măng pooclăng,

 Xi măng pooclăng lại có nhiều loại: Pooc lăng xỉ, pooclăng puzolan, pooclăng th ờng

 Để điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng, ng ời ta còn pha vào 1-3% thạch cao.

Cơ chế hoạt động của phụ gia

cho bê tông và vữa

59-67%

SiO216-26%

Al 2 O 3 4-8%

Fe 2 O 3 2-5%

CLINKE

Qu¸ tr×nh ph¶n øng t¹o ra CLINKE

Thµnh phÇn ho¸ häc cña xi m¨ng vµ clinke

65 ± 2 CaO 60 ± 10 3CaO.SiO 2 C 3 S AlÝt

20 ± 2 SiO 2 16 ± 10 2CaO.SiO 2 C 2 S BelÝt

 C 4 AF+aq C 3 (A,F)H 6 + Ca(OH) 2 + Fe 2 O 3 nH 2 O

Thạch cao trong n ớc phân ly thành SO 4 -2 hấp phụ lên bề mặt

khoáng C 3 S, C 3 A, làm giảm tốc độ phản ứng, kéo dài thời gian linh động của hồ xi măng, đảm bảo thời gian có thể thi công đ ợc

Quá trình hình thành cấu trúc đá xi măng

 Giai đoạn I từ những phút đầu cho tới khoảng 1h sau khi trộn Khi đó trong dung dịch ch a hình

thành cấu trúc.

 Giai đoạn II Hình thành các sợi dài CSH có cấu

trúc vi tinh thể Giai đoạn này kéo dài từ 1h đến

24h sau đó Đây là giai đoạn quan trọng, nó sẽ cơ bản xác định tính chất của đá xi măng và bê tông.

 Giai đoạn III Sau 24 h, những lỗ giọt còn lại tiếp tục đ ợc lấp đầy bởi các sợi CSH ngắn kết tinh vi tinh

Cũng có thể hình dung quá trình đóng rắn theo 3 giai đoạn t ơng ứng là: Thuỷ hoá các khoáng xi

măng; keo tụ gel xi măng, đóng rắn; kết tinh và tái kết tinh các khoáng làm cho đá xi măng có c ờng

độ.

- Quá trình đóng rắn là quá trình phản ứng xảy ra trên các bề mặt phân pha R - L - R Cụ thể là trên bề mặt hạt xi măng và pha lỏng

- Sau đó là quá trình tái kết tinh từ dung dịch quá bão hoà CSH thành các tinh thể CSH có kích th ớc khác nhau

- Mức độ và tốc độ phản ứng phụ thuộc vào

bề mặt riêng và hệ số khuyếch tán ở ranh

giới các pha

- Phản ứng hydrat không bao giờ đi tới

kết thúc,

- C ờng độ của bê tông mặc dù đ ợc coi là bão hoà ở tuổi 28 ngày, song trên thực

tế, ở những điều kiện bão d ỡng phù hợp

c ờng độ vẫn phát triển tiếp tục nhất là

trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt

 Trong bê tông luôn có một độ rỗng nào đó Các lỗ rỗng này sinh ra do l ợng n ớc d , do cuốn khí và tuỳ thuộc hàm l ợng xi măng Độ rỗng không chỉ ảnh h ởng đến c ờng độ mà nó quyết định đến các tính

chất khác của bê tông nh tuổi thọ, khả năng chống

ăn mòn, chống thấm,

rỗng (lỗ rỗng gel) còn gọi lỗ rỗng mao quản Các vi

lỗ rỗng này rất nhỏ, trong khoảng 15-20Å Khi đ ợc lấp đầy các vi lỗ rỗng này bằng phụ gia nh phụ gia

S (microsilica), chúng ta sẽ có đ ợc một sự thay đổi rất cơ bản về tính chất của bê tông và vữa.

khi quá trình thuỷ hoá và hấp thụ xảy ra.

Quan hệ giữa N/X và độ rỗng

 Lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu nhỏ/cốt liệu lớn;

xi măng nghiền) cho các khoáng tái kết tinh.

Cơ chế đối với phụ gia đầy

 Lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu mịn (nhóm puzolan P, tro T);

CSH độ bazơ thấp và tái kết tinh ở dạng vi tinh

n ớc, chống phân tầng, giữ n ớc đảm bảo cho quá trình hydrat triệt để hơn;

ợng kiềm.

Cơ chế đối với phụ gia khoáng hoạt tính

 Tác dụng đến cấu trúc của n ớc: Thay đổi độ nhớt, sức căng, khả năng phân ly của n ớc và ái lực của n ớc đối với khoáng xi măng;

keo tụ, phân tán của hệ dung dịch keo xi măng (đây là phản ứng R-L-R trong hệ phân tán keo);

 Phụ gia hoá học tác động trực tiếp đến quá trình hoá học và hoá lý của quá trình đóng rắn, cho nên rất

quan trọng và có hiệu quả cao.

mà còn có thể làm xấu đi một số tính chất nào đó Vì vậy cần phải nghiên cứu và hiểu rõ tác dụng của phụ gia trong những điều kiện nền và môi tr ờng nh điều kiện thi công, khai thác.

năng của đá xi măng đồng thời làm tốt hơn tính công tác của bê tông và vữa t ơi.

Tuỳ theo phụ gia mà cơ chế tác dụng của chúng hoàn toàn khác nhau.

 Phụ gia tạo bọt cho phép tạo bọt có kích th ớc lớn trong hồ

Cơ chế đối với các phụ gia đặc biệt

 Trong một cấp phối, nên sử dụng đồng

bộ phụ gia của một nhà cung cấp

cho phép của mỗi loại phụ gia

tr ớc khi thi công.

cầu của nhà cung cấp.

Một số chú ý khi sử dụng phụ gia

Phụ gia siêu dẻo giảm n ớc cao có gốc cơ bản là:

 Cacboxyl: Các hydrocaboxylat và các polyme hydroxylat;

 Melamin: Melamin sulfonat;

 Sulfonat: Các muối sulfonat

Nếu giữ nguyên độ sụt có thể giảm n ớc tới 35% vì vậy nó

có hiệu quả làm tăng c ờng độ mạnh mẽ Th ờng đ a các

chất điều chỉnh, các chất kéo dài thời gian ninh kết hoặc một số phụ gia dẻo hoá nhằm tạo ra một hỗn hợp phụ gia phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế Các dẫn xuất phụ gia có thể dùng để chế tạo bê tông c ờng độ cao, bê

tông bơm, bê tông có độ sụt cao, bê tông kéo dài ninh kết chống tổn thất độ sụt, bê tông cho cốp pha tr ợt, bê tông tự chảy, bê tông chống thấm,

Một số phụ gia hiệu quả nâng cao tính

năng của bê tông và vữa

Phụ gia siêu dẻo giảm n ớc cao

Một số nhà cung cấp sản phẩm này mang các tên th ơng mại:

huyền phù Loại này hiệu quả cao hơn nh ng cũng đắt hơn Với sản phẩm METACAOLANH có thể sử dụng cho bê tông

Cã nhiÒu lo¹i sîi: V« c¬ hay h÷u c¬, sîi th«

vµ sîi mÞn, sîi tËp trung vµ sîi ph©n t¸n.

trung tÝnh, sîi kho¸ng bazan, sîi thÐp.

x¬ dõa, døa d¹i, sîi ®ay, sîi r¬m,

polyamid, sîi polypropylen, sîi cacbon.

sîi.

Nhãm phô gia cèt sîi

 ViÖc sö dông cèt sîi nh»m c¶i thiÖn c¸c

tÝnh chÊt c¬ lý cña bª t«ng, kh¶ n¨ng chÞu kÐo, chèng nøt, gi¶m tÝnh dßn,

c¶ c¸c lo¹i sîi lµ kh¶ n¨ng bÒn kiÒm cña

nã trong m«i tr êng bª t«ng cã pH 12

 Sợi thép phân tán làm tăng đáng kể c

ờng độ kéo khi uốn, khả năng chống nứt

và chống mài mòn.

 Sợi cacbon tập trung có c ờng độ cao

gấp nhiều lần so với thép c ờng độ cao

và khối l ợng thể tích nhỏ

 Phụ gia sợi siêu mịn polypropylen:

Trong 1 kg sợi chứa hơn 100 triệu sợi

Sợi này đ ợc dùng trong các loại vữa sửa chữa, vữa lót c ờng độ cao và một số

công trình BTCT có mô đun hở lớn nh

mặt đ ờng, sân bay, sân đỗ,

C¸c s¶n phÈm ho¸ häc tiÕn tiÕn

®ang ® îc sö dông trong x©y dùng

Phô Gia Ho¸

häc

V÷a Söa ch÷a

VËt LiÖu chÌn

BT

Tù ch¶y R Cao

VËt LiÖu chèng thÊm

V÷a R Cao

Ho¸

phÈm gia cè nÒn

Keo XM D¸n èp

Keo C¸c lo¹i

S¶n phÈm Th¹ch cao

S¬n Gç C¸c Lo¹i

S¬n

N íc c¸c Lo¹i

C¸c s¶n phÈm Nhùa

Bét B¶

 Tr ớc đây th ờng chế tạo gioăng bằng đồng, chì,

thép Vật liệu chèn mối nối là bitum xảm sợ đay, bitum cát

 Hiện nay th ờng hay dùng gioăng cao su, PVC,

composit với rất nhiều dạng Vật liệu chèn đầy là mastic gốc bitum, silicon, PU, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của tất cả các mối nối, khớp nối,

mạch ngừng, thoả mãn yêu cầu cho thiết kế, thi công, sửa chữa, đặc biệt các mối nối có yêu cầu chống thấm.

Các hoá phẩm để làm gioăng và vật liệu

chèn mối nối

C¸c ho¸ phÈm lµm nÒn, sµn

 Vữa bơm, vữa rót tự chảy c ờng độ cao dùng cho lắp máy, đệm máy, lỗ neo bu lông, sửa chữa kết cấu bê tông rỗ, nứt, mác 400-800

Lo¹i bª t«ng nµy ® îc dïng cho:

 CÊu kiÖn chÞu t¶i träng lín;

 CÊu kiÖn chÞu mµi mßn, chèng thÊm, chèng r¹n nøt nh bª t«ng b¶n mÆt cÇu;

 Dán gạch gốm trong nhà, ngoài trời,

đảm bảo không bong, rạn, dễ thi

công,

Keo dán, ốp gốc xi măng

 Các loại chất kết dính vôi, xi măng;

 Các loại dung dịch silicat;

 Các loại vải địa kỹ thuật (geotextile);

 Các loại bấc thấm;

 Các loại cọc ống gốc composit,

Các loại hoá phẩm dùng gia cố nền

Ch ¬ng II

Mét sè lo¹i phô gia

cã tÝnh n¨ng cao

 Gốc Carboxylat;

 Gốc Melamin;

 Gốc Sulphonate.

- Các muối phosphate/hydroxycarboxylic axit có

khả giảm n ớc cao, giá cao: 35.000-50.000đ/lít

- Các muối Sulphonate có khả năng giảm n ớc trung bình; th ờng làm cho bê tông bị mất độ sụt nhanh; giá thành: 15.000-20.000đ/lít

- Các muối Melamin Formaldehyde hoặc

Sulphonated Melamin Formadehyde có giá thành cao hơn gốc Sulphonate, nh ng chống đ ợc tổn thất

độ sụt, phù hợp với điều kiện nắng nóng Việt Nam

Nhóm các loại phụ gia siêu dẻo

Giíi thiÖu mét sè lo¹i phô gia siªu dÎo

Quan hÖ gi÷a l îng dïng phô gia & kh¶ n¨ng gi¶m n íc

Dïng phô gia gi¶m n íc cao

H×nh ¶nh bª t«ng khi cã phô gia siªu dÎo

 Microsilica ngày càng phổ biến

 Microsilica trở thành một cấu tử không thể thiếu trong thành phần các loại bê tông nói trên

 Độ mịn cực cao và có độ hoạt tính lớn hơn hoặc bằng 80%, hoặc độ hút vôi

lớn hơn hoặc bằng 300mg/gCaO.

Phụ gia hoạt tính nhóm S (microsilica)

 T¸c dông víi v«i

 LÊp ®Çy lç rçng mao qu¶n

Quan hệ giữa độ xốp và c ờng độ

Quan hệ giữa độ rỗng và hàm l ợng silicafume

 Microsilica (S) nên dùng với phụ gia siêu dẻo

 ở Việt Nam đã sử dụng Microsilica (S) cho bê tông c ờng độ cao, bê tông chống thấm, bê tông thuỷ công, bê tông khối lớn, bê tông đập tràn

Nhất thiết phải có thử nghiệm và thiết kế cấp phối

bê tông

L u ý khi sử dụng

 Ng ời thiết kế và sử dụng cần hiểu rõ mục đích yêu cầu của công trình

 Điều kiện thi công và khai thác công trình

 Yêu cầu các hoá phẩm cần thiết

 Lựa chọn các sản phẩm đáp ứng các yêu cầu đặt ra.

 Tr ớc khi sử dụng phải có thử nghiệm để điều

chỉnh cho phù hợp.

 L u ý đến điều kiện khí hậu nóng ẩm VN

 Hoá phẩm ngày càng đa dạng, phong phú về

chủng loại, về đặc tính kỹ thuật, giá cả, điều kiện thi công và bảo d ỡng Vì vậy việc cập nhật các

thông tin, quy phạm, chỉ dẫn, tiêu chuẩn phải đ ợc tiến hành th ờng xuyên để việc sử dụng chúng đ ợc chính xác, có hiệu quả cao cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Kết luận