Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia diatomite đến tính chất cơ lý của vữa xi măng trong môi trường nước chua phèn

Các công trình nghiên cứu này đã thu một số thành tựu nhất định tuy nhiên vẫn chưa đạt hiệu quả tối ưu nhất và còn tồn tại một số hạn chế như giá thành cao, gây giảm thi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Vật liệu

Người hướng dẫn: Th.S Đặng Văn Thương

TS Khương Văn Huân

TPHCM, Tháng 12 năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn là ThS Đặng Văn Thương, giảng viên môn Vật liệu xây dựng, Cơ sở 2 - Đại học Thủy Lợi và TS Khương Văn Huân- Trưởng phòng nghiên cứu vật liệu xây dựng và kết cấu công trình – Viện Khoa học Thủy Lợi Miền Nam đã hướng dẫn tận tình, chu đáo trong suốt thời gian qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ địa điểm, tài liệu nghiên cứu và thiết bị thí nghiệm cùng sự chỉ dẫn tận tình của ThS Đoàn Văn Cừ cùng các cán bộ nghiên cứu thuộc Phòng nghiên cứu vật liệu xây dựng và kết cấu công trình - Viện Khoa học Thủy Lợi Miền Nam Sự quan tâm của Ban Khoa học công nghệ, Đoàn Thanh niên, Cơ sở 2 – Đại học Thủy Lợi trong việc quản lý, theo dõi, động viên để chúng em hoàn thành nghiên cứu

Trong thời gian thực hiện nghiên cứu, bản thân chúng em đã cố gắng hết sức,

nỗ lực để đạt được kết quả tốt nhất Tuy nhiên, vẫn còn nhiều sai sót Kính mong sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và các bạn

Trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

1

1 1

2 4

3 4

a 4

b 4

HƯƠNG 1: NG N 5

1.1 5

1.2 Bê tông và ph gia cho bê tông 8

1.2.1 8

1.2.2 C ệt Nam và trên th gi i 10

1.3 sử d ng trong sản xu t bê tông 12

1.4 18

HƯƠNG 2: DIATOMITE 22

2.1 N ả 22

2.2 24

2.3 gi ệt Nam 25

2.4 27

2.4.1 27

2.4.2 29

HƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MẪU THÍ NGHIỆM VÀ Ề XUẤ HƯỚNG NÂNG O Ộ BỀN CHO BÊ TÔNG ÔI RƯỜNG NƯỚC CHUA PHÈN 31

3.1 V t liệu sử d ng ch t o mẫu 31

3.1.1 X 31

3.1.2 Cát 32

3.1.3 Ph gia 33

3.1.4 N c trộn 33

3.2 t k c p ph i bê tông 33

3.3 Tính toán lựa ch n c p ph i bê tông 34

3.4 Tính toán thi t k thành phần c p ph i vữa 36

3.4.1 Tính toán theo lý thuy t 37

3.4.2 Ki m tra l i thành phần bằng thực nghiệm 38

3.4.3 K t quả tính toán c p ph i vữa 39

3.4.4 ú ẫu, bả ỡng mẫu vữa 40

3.5 ng 42

3.5.1 ộ pH lựa ch ng thí nghiệm 42

3.5.2 Cách t ng 43

3.6 Phân tích k t quả thí nghiệ nh ộ ch u nén 44

3.6.1 K t quả thí nghiệm c ộ nén 44

3.6.2 Nh n xét 48

3.7 Phân tích k t quả thí nghiệ ộ ch u u n 49

3.7.1 K t quả thí nghiệm 49

3.7.2 Nh n xét 53

3.8 Tính th m t 53

3.8.1 Tính th m 53

3.8.2 Ă m t 54

3.9 K t lu n chung 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

1 K t lu n 58

2 Những khó k n t i trong quá trình làm nghiên c u 58

3 Ki n ngh ng nghiên c u ti p theo 58

PHỤ LỤC 59

TÀI LIỆU THAM KH O 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.2 Tỷ lệ diện tích môi trường khu vực ĐBSCL gây ăn mòn BTCT các

(2008-2009)

Bảng 3.8 So sánh cường độ nén các mẫu vữa có phụ gia Diatomite trong hai môi

Bảng 3.9 So sánh cường độ nén các mẫu vữa ở môi trường nước chua trong trường

Bảng 2- Phụ lục Độ bền của xi măng + Phụ gia Diatomite trong môi trường

Bảng 3- Phụ lục Thành phần hạt của cát sử dụng thí nghiệm 61

Bảng 4- Phụ lục Chỉ tiêu kĩ thuật của cát sử dụng thí nghiệm theo TCVN

Hình 1.9 Bề mặt bê tông ngâm ở môi trường chua phèn – Lớp vữa dễ dàng bị

Hình 1.10 Bề mặt bê tông ngâm ở môi trường nước chua phèn sau khi vữa xi

Hình 2.7 Gạch siêu cách nhiệt 27

Hình 2.8 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ bền của xi măng và độ bền của xi măng

Hình 2.9 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông tuổi 7 và 28 ngày sử dụng Phụ

Hình 2.10 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của phụ gia Diatomite tới cường độ

Hình 3.3 Các thành phần vật liệu được sử dụng dựa theo cấp phối đã chọn và

Hình 3.18 Biểu đồ cường độ uốn mẫu vữa mác M10 tuổi 180 ngày 52

Hình 3.21 Bề mặt vữa không phụ gia và có phụ gia diatomite bị ăn mòn trong

Hình 3.22 Bề mặt mẫu vữa có phụ gia diatomite và không phụ gia bị ăn mòn

Biểu đồ 7- Phụ lục Biểu đồ thể hiện sự phát triển cường độ nén mẫu vữa mác

Biểu đồ 8- Phụ lục Biểu đồ thể hiện sự phát triển cường độ nén mẫu vữa mác

Biểu đồ 15- Phụ lục Biểu đồ thể hiện sự phát triển cường độ uốn mẫu vữa mác

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việt Nam là quốc gia có chiều dài đường bờ biển đứng thứ 27 trong tổng số 157 các quốc gia ven biển, các quốc đảo và các lãnh thổ trên Thế Giới với chiều dài lên tới hơn 3260 km kéo dài từ Bắc xuống Nam, có mạng lưới sông ngòi dày đặc cùng với nhiều vũng vịnh ăn sâu vào trong đất liền như vịnh Cam Ranh (Khánh Hòa), vịnh Hạ Long (Quảng Ninh), vịnh Lăng Cô (Huế)… Cùng với vị trí địa lý thuận lợi (nằm giữa khu vực Đông Nam Á), mỗi năm ngành kinh tế Việt Nam thu lợi hàng nghìn tỷ đồng từ các hoạt động như đánh bắt, nuôi trồng, chế biến thủy hải sản, phát triển ngành công nghiệp đóng tàu, giao thông vận tại biển và du lịch Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích

to lớn mà nó đem lại cũng tồn tại rất nhiều hạn chế, ảnh hưởng xấu tới các lĩnh vực của xã hội mà đặc biệt gây ảnh hưởng trực tiếp tới ngành công nghiệp xây dựng của nước ta hiện nay Chất lượng của các công trình thủy lợi đang có dấu hiệu bị xuống cấp trầm trọng mà chủ yếu do các nguyên nhân như chênh lệch mực nước do thủy triều lên xuống, do chênh lệch nhiệt độ (điều này được thể hiện rõ ở các tỉnh miền Bắc khi mà nhiệt độ chênh lệch giữa các mùa là rất lớn: mùa hạ có nhiệt độ lên tới hơn 40°C và mùa đông có thể xuống dưới 10°C), do thay đổi hướng gió và đặc biệt là do nước bị nhiễm mặn, nhiễm phèn ăn mòn bê tông dẫn đến nứt vỡ, phá hủy kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, gây giảm tuổi thọ các công trình Theo kết quả khảo sát của các cơ quan nghiên cứu như viện Khoa học Thủy lợi, viện Khoa học Vật liệu, viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải…thì có hơn 50% bộ phận kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của các công trình làm việc trong môi trường biển bị ăn mòn, hư hỏng nặng hoặc bị phá hủy chỉ từ 10-30 năm sử dụng Độ bền thực tế của kết cấu bê tông cốt thép phụ thuộc vào mức độ xâm thực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng (cường độ bê tông, mác chống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế, thi công

và biện pháp quản lý, sử dụng công trình…) Các khu vực bị nhiễm phèn nhiều ở nước

ta hiện nay như là các tỉnh như Hải Phòng, Nghệ An, Hà Tĩnh…

Điển hình nhất là các tỉnh tại khu vực ĐBSCL, theo số liệu thống kê năm 2009 diện tích vùng chua phèn gây ăn mòn cho bê tông và bê tông cốt thép chiếm khoảng 60% khu vực với độ pH giao động từ 3 đến 6,5 và tác nhân gây ăn mòn chính là axít

sulfuric, còn diện tích vùng nhiễm mặn chiếm khoảng 27% với tác nhân gây ăn mòn chính là muối sulfat và muối clo, hàm lượng sulfat trung bình khoảng 400 mg/lit, lượng muối NaCl từ 4 – 30 g/lit Các công trình bê tông cốt thép được xây dựng ở khu vực ĐBSCL sau vài chục năm khai thác đã có nhiều dấu hiệu bị ăn mòn, lớp bê tông bảo vệ bị bong tróc, bề mặt bê tông bị trơ đá dăm, cốt thép bị gỉ Đây cũng là tình trạng chung của các công trình bê tông cốt thép làm việc trong môi trường nước nói chung và môi trường nước chua nói riêng Hình A: Bản đồ phân bố vùng đất chua mặn ở ĐBSCL

Hình B: Biểu đồ tỷ lệ đất chua mặn ở vùng ĐBSCL

Để hạn chế vấn đề này, đã có một số công trình nghiên cứu đưa vào áp dụng thực tế: sử dung các lớp đệm, lót chống thấm, vữa chống thấm, sơn phủ bề mặt, sử dụng chất ức chế ăn mòn canxi nitrit, một số phụ gia cũng được đưa vào trong xây dựng như Idrocrete DM được dùng để sản xuất bê tông có độ thấm hút nước thấp và ngăn chặn sự biến đổi màu trên bề mặt bê tông, phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho bê tông BestProtect CN313, phụ gia hệ BENIT của Phòng nghiên cứu Vật liệu viện Khoa học Thuỷ lợi có tác dụng ngăn ngừa sự thấm nước qua bê tông, các loại phụ gia trương nở như TR-01, TR-02A, TR-04.v.v Các công trình nghiên cứu này đã thu một số thành tựu nhất định tuy nhiên vẫn chưa đạt hiệu quả tối ưu nhất và còn tồn tại một số hạn chế như giá thành cao, gây giảm thiểu cường độ, mất độ sụt nhanh chóng của bê tông, thậm trí một số chất phụ gia có thể gây kích ứng, ảnh hưởng tới sức khỏe của con người trong quá trình tiếp xúc, sử dụng

Diatomite còn có tên gọi là Kieselguhr là một loại đá trầm tích với thành phần gồm các khung xương tảo diatome, là một nguyên vật liệu phổ biến, có giá thành rẻ ở nước

ta hiện nay Diatomite có tính xốp cao, cách nhiệt, không cháy, không hòa tan trong nước, và bền trong không khí nên được ứng dụng rộng dãi làm chất trợ lọc, dùng làm chất độn, chất hấp thụ, làm vật liệu mài bóng bạc, đánh bóng vỏ ôtô, làm phụ gia trong sản xuất xi măng poóc- lăng, sản xuất tấm lợp, các chất bọc cách, sản xuất silic oxyt hoạt tính, Ở Việt Nam dù đã có nhiều nghiên cứu về diatomite, tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng về việc sử dụng diatomite trong các công trình làm việc trong môi trường nước nói chung và nước chua phèn nói riêng

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia diatomite đến tính chất cơ lý của vữa xi măng trong môi trường nước chua phèn” sẽ phần nào làm rõ được tác dụng của phụ gia diatomite trong việc nâng cao cường độ, độ bền, tăng khả năng chống thấm, chống xâm thực cho bê tông sử dụng trong môi trường nước chua phèn

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài được thực hiện nhằm hướng đến những mục đích sau:

- Nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của vữa xi măng có sử dụng phụ gia diatomite trong môi trường chua phèn có ngày tuổi khác nhau

- Đánh giá khả năng ứng dụng của phụ gia diatomie đối với một vài tính chất cơ

lý cơ bản như sự phát triển về cường độ, khả năng chống thấm, chống xâm thực của vữa xi măng và mở rộng hơn là của bê tông

- Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia diatomite với các mác bê tông khác nhau Từ đây xem xét khả năng ứng dụng loại phụ gia này vào sản xuất bê tông với tỷ lệ thích hợp

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a Cách tiếp cận

Việc thực hiện đề tài dựa trên sự xem xét các đặc trưng và ảnh hưởng của môi trường nước chua phèn đối với tính chất cơ lý của bê tông thông qua quá trình tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đồng thời kế thừa các cơ sở dữ liệu, kết quả nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài Bên cạnh đó, kết hợp yêu cầu thực tiễn về việc giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình xây dựng sao cho các công trình được sử dụng và

vận hành hiệu quả, bền vững

b Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu thực tế liên quan đến tình hình sử dụng bê tông trong môi trường nước chua phèn

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm, chế tạo mẫu vữa xi măng và đánh giá kết quả nghiên cứu, từ đó mở rộng phạm vi đánh giá cho bê tông

- Tổng hợp số liệu, kế thừa các nghiên cứu đã có để ứng dụng hiệu quả vào đề tài nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Môi trường nước chua phèn

Hiện tượng đất, nước bị nhiễm phèn đang là vấn đề được quan tâm nhiều hiện nay Diện tích đất phèn trên thế giới tương đối lớn chiếm khoảng 12 triệu ha (Dent, 1986), phần lớn những diện tích này nằm trong vùng nhiệt đới Ở nước ta diện tích đất phèn chiếm tới 1,8 triệu ha, trong đó tập trung chủ yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long (1,6 triệu ha) phần còn lại là đất phèn ven thành phố Hồ Chí Minh, miền Đông Nam Bộ và Hải Phòng (Báo cáo chương trình cấp nhà nước 70B, 1985-1986)

Nước chua vùng đồng bằng sinh ra từ vùng đất phèn mà nguyên nhân chính là do các trận mưa sinh dòng chảy trên bề mặt lưu vực Theo đó, nước mưa hòa tan đất phèn

và cuốn trôi xuống các sông kênh, sau đó nguồn nước chua này lan truyền trong cả hệ thống và xâm nhập vào các vùng khác Như vậy để làm rõ lý do môi trường nước có thể bị nhiễm chua phèn cần xuất phát từ tác nhân chủ yếu tạo nên cơ chế quy trình gây chua phèn cho nước, đó là đất phèn

Đất phèn được tạo ra trong điều kiện trầm tích Thành phần hóa học chủ yếu chứa nhiều lưu huỳnh, chúng tồn tại dưới dạng các sulfur cơ bản là pyrite với công thức chung là FeS2 Đất phèn được phân thành các loại chính là đất phèn tiềm tàng, đất phèn hoạt động và đất phèn nhiễm mặn Đất phèn tiềm tàng được duy trì khi nước luôn ngập trên tầng đất chứa FeS2 Đất phèn ở trạng thái hoạt động khi FeS2 chuyển hóa thành FeSO4, H2SO4 Để đánh giá đất phèn người ta dựa vào độ pH là chủ yếu, ngoài

ra còn đánh giá thêm SO42-, Cl-, theo đó:

Bảng 1.1 Phân loại đất phèn theo độ PH

Phèn nhiều <4 (SO42- > 0,15%, Cl- < 0,005%)

Phèn ít 4-5,5 (SO42- = 0,1-0,15%, Cl- < 0,05%)

Điển hình như ở ĐBSCL:

Bảng 1.2 Tỷ lệ diện tích môi trường khu vực ĐBSCL gây ăn mòn BTCT

các mức khác nhau theo pH

Tỷ lệ diện tích

Trong quá trình nước luôn chuyển, FeS2 kết hợp với oxy tạo nên hợp chất sulfat: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4

Tiếp diễn quá trình oxy hóa như sau:

6FeSO4 + 1/2O2 + 3H2O = 2Fe2(SO4)3 + 2Fe(OH)2

Như vậy trong đất phèn có các muối sulfat Các hợp chất trên ngoài H2SO4 thì phần còn lại khi thủy phân cũng cho H2SO4, chính vì vậy nên đất và nước rất chua:

FeSO4 + 2H2O <-> Fe(OH)2 + H2SO4

Fe (SO ) + 6H O <-> 2Fe(OH) + 3H SO

Từ đặc điểm quá trình hình thành đất phèn cho thấy trong đất có hàm lượng sulfat cao Theo khảo sát cấu tạo địa chất của khu vực Nam Bộ cho thấy đất phèn thường có các tầng:

+ Tầng canh tác sâu khoảng 20-30 cm Ở đây một phần chất chua đã bị rửa trôi trong quá trình sử dụng

+ Tầng sinh phèn, thường cách mặt đất khoảng 20-70 cm Axit sulfuric được hình thành ở tầng này nên đất rất chua

+ Tầng pyrite, chứa các thành phần FeS, FeS2 là chủ yếu

Khi đất phèn bị oxy hóa, axit trong đất được hình thành và tan vào môi trường nước, do sự di chuyển của dòng chảy làm lan rộng diện tích môi trường nước mặt có tính axit và hình thành môi trường nước chua phèn

Có hai loại phèn chính là phèn sắt và phèn nhôm:

+ Phèn sắt (còn gọi là phèn nóng, Đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu là loại phèn này) tập trung ở những ruộng thấp trũng, úng chứa nhiều nguyên tố sắt, làm cho đất có màu đỏ của rỉ sắt, trên mặt nước đôi khi cũng xuất hiện một lớp váng màu nâu đỏ

+ Phèn nhôm (còn gọi là phèn lạnh) chủ yếu do sunfat nhôm tạo nên Al2(SO4)3, loại này độc hại hơn phèn nóng, thường xuất hiện ở những ruộng gò (cao) hay bị mất nước hoặc ở những chỗ gò trong ruộng không có nước, làm cho lớp đất mặt bị thiếu nước, khô và phèn ở lớp đất dưới bị xì lên (gọi là xì phèn) Bề mặt của đất bị khô, nứt nẻ có một lớp màu trắng giống như muối đó là sun phát nhôm Nước trên ruộng hay kênh mương ở những vùng đất nhiễm phèn này thường trong suốt

Nước phèn gây ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt các công trình bê tông làm việc trong nó Gây xâm thực, ăn mòn và phá hủy một phần hoặc toàn bộ kết cấu

Một số hình ảnh về hiện tượng nhiễm phèn trong đất và nước

Hình 1.2 Phèn sắt (phèn nóng) Hình 1.3 Bề mặt đất bị nhiễm phèn

Hình 1.4 Xử lý đất, nước phèn bằng Hình 1.5 Nước nhiễm phèn trước và sau

cách rắc vôi bột khi xử lý

1.2 Bê tông và phụ gia cho bê tông

1.2.1 Định nghĩa, cấu tạo bê tông

Bê tông là vật liệu đá nhân tạo do hỗn hợp của các chất kết dính vô cơ hoặc hữa cơ với nước, cốt liệu nhỏ hoặc cốt liệu lớn, được nhào trộn kỹ theo một tỷ lệ thích hợp lèn chặt và rắn chắc lại tạo thành Trước khi đóng rắn hỗn hợp này gọi là hỗn hợp bê tông

Bê tông là loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp Trong một đơn vị thể tích hỗn hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu Vcl, thể tích hồ xi măng Vh và thể tích lỗ rỗng khí Vk: Vcl + Vh + Vk = 1

Khi thi công nếu đầm nén tốt thể tích lỗ rỗng khí sẽ giảm đi, điều đó cho phép tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm và cải thiện nhiều tính chất kỹ thuật khác Cần lưu ý đến tỷ lệ N/X, lượng nước, lượng xi măng phải thích hợp để đảm bảo cấu trúc của bê tông được đặc chắc

Cấu trúc vi mô của bê tông được đặc trưng bằng cấu trúc của vật rắn, độ rỗng và đặc trưng của lỗ rỗng trong từng cấu trúc tạo nên bê tông (cốt liệu, đá xi măng) cũng như cấu tạo của lớp tiếp xúc giữa chúng

Lượng nước nhào trộn một phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần dùng để tạo thành hồ của đá ximăng, còn một phần bị cốt liệu rỗng hút vào Vì vậy hỗn hợp bê tông dẻo sau khi đổ khuôn còn có xảy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa

Độ bền của mối liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng phụ thuộc vào bản chất của cốt liệu, vào độ rỗng, độ nhám của bề mặt, độ sạch của cốt liệu, cũng như vào loại xi măng và độ hoạt tính của nó; vào tỷ lệ N/X và điều kiện rắn chắc của bê tông Độ rỗng trong bê tông bao gồm những lỗ rỗng nhỏ li ti và lỗ rỗng mao quản Độ rỗng của nó có thể lên tới 10 -15% và bao gồm:

+ Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gen, lỗ rỗng mao quản, lỗ rỗng do khí cuốn vào)

+ Lỗ rỗng trong cốt liệu

+ Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu (khoảng không gian giữa các hạt cốt liệu không được chèn hồ xi măng)

Để nâng cao độ đặc của bê tông trong quá trình thi công cần lưu ý các biện pháp kỹ thuật để hạn chế tối đa lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu, nhờ đó có thể cải thiện cấu trúc của bê tông theo hướng có lợi

1.2.2 Các nghiên cứu bê tông ở Việt Nam và trên Thế Giới

Bê tông là một trong số những vật liệu có từ lâu đời nhất Nó đã được chế tạo và đưa vào sử dụng trong rất nhiều các công trình nổi tiếng và cổ đại như: hành lang uốn khúc ở Hy Lạp (3600 năm trước công nguyên), vạn lý trường thành ở Trung Quốc (thế kỷ thứ ba trước công nguyên), các công trình trên đất Ấn Độ, Roma Cổ và nhiều địa danh khác

Tuy nhiên, bê tông chỉ được đưa vào ứng dụng và sản xuất hàng loạt từ cuối thế kỷ XIX, ở thời kỳ này chủ yếu là hỗn hợp bê tông cứng và ít lưu động, lèn chặt bằng đầm nện Qua nhiều năm nghiên cứu và chế tạo, ngày nay, bê tông đã trở thành vật liệu quan trọng không thể thiếu trong ngành xây dựng Trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về bê tông như: Giáo sư A.R Suliachenko vào những năm tám mươi của thế kỷ XIX đã nghiên cứu phác thảo lý thuyết chế tạo và đóng rắn của chất kết dính thủy và xi măng, đã chứng minh được rằng trên cơ sở loại vật liệu này có thể nhận được các kết cấu bê tông bền lâu Dưới sự chỉ đạo của giáo sư, người ta đã sản xuất bê tông có chất lượng cao Giáo sư N.A Belieliubski vào năm 1891 đã tiến hành nhiều thí nghiệm mà kết quả của chúng đã thúc đẩy nhanh việc ứng dụng của các kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng Ở Liên Xô cũ công nghệ bê tông có sự phát triển rộng rãi từ thời kỳ xây dựng các công trình thủy lợi lớn nhất đầu tiên- Công trình Volkhow (1924) và các công trình xây dựng trên sông Danhepr (1930) Các giáo sư N.M Beliaev và I.P Alecxaudrin đứng đầu cơ sở nghiên cứu ở Leningrad về bê tông đã ứng dụng các phương pháp khoa học đầu tiên chọn cấp phối bê tông vào thực tế xây dựng làm tăng đáng kể chất lượng của bê tông

Công nghệ bê tông luôn là một vấn đề được quan tâm rất nhiều ở các nước phát triển như Liên Xô, Nga, Mỹ…Các công trình nghiên cứu bê tông nặng đã được các nhà khoa học thực hiện như B.G.Skaramtaev, I.N.Akhaverdo, Iu.Bazenov, I.M.Grusko, O.P.Mchelov-petrosan, A.V.Xatankin, A.E.Xeikin và các nhà bác học khác Các công trình nghiên cứu bê tông nhẹ vật liệu rỗng thuộc về N.A.Popov, M.Z.Simionov, I.A.Ivanov và các nhà khoa học khác Các công trình nghiên cứu về bê tông silicat và bê tông tổ ong thuộc về B.N.Bozenov, A.V.Vonrenski, K.E.Gonainov

và các nhà khoa học khác Và rất nhiều các công trình nghiên cứu khác về tính lưu biến của hỗn hợp bê tông và tạo hình các cấu kiện, nghiên cứu về bê tông mùa đông và

bê tông trong môi trường khí hậu khô nóng, nghiên cứu về thúc đẩy quá trình đóng rắn của bê tông, nghiên cứu về nâng cao độ bền lâu và chống ăn mòn của bê tông v v của rất nhiều các nhà khoa học khác

Ở Việt Nam công nghiệp bê tông chỉ mới hình thành từ sau thắng lợi của cuộc kháng chiến chống Pháp với hai nhà máy sản xuất bê tông đầu tiên là nhà máy Bê tông đúc sẵn chèm Hà Nội và Bê tông đúc sẵn Hải Phòng Thời kỳ này, các sản phẩm bê tông đúc sẵn chủ yếu là cột điện, ống nước, panen Những năm 70-80 hàng loạt hệ thống các hệ thống nhà máy bê tông đúc sẵn dựa trên các công nghệ của nước ngoài được hình thành: Thịnh Liệt (công nghệ Ba Lan), Vĩnh Tuy (công nghệ Pháp), Xuân Mai (công nghệ Liên Xô cũ), Đào Tú (công nghệ Đức), Việt Trì (công nghệ Bungari), Vinh (công nghệ Đức) Thời kỳ này, công nghệ trộn bê tông sẵn chưa được phát triển, tuy nhiên đã có một số trạm trộn bê tông đã được lắp đặt để phục vụ cho các công trình lớn như thủy điện Thác Bà, sông Đà, cầu Thăng Long…

Từ những năm 90, sản phẩm bê tông tươi đi vào đời sống xây dựng trong cả nước, đáp ứng nhu cầu bê tông chất lượng cao Trong thời gian này, công nghệ sản xuất bê tông đúc sẵn cũng đã có nhiều tiến bộ vượt bậc, với việc nghiên cứu và sử dụng cá công nghệ mới như các sản phẩm dầm ứng lực nhỏ làm nhà ở trong các vùng ngập lụt của Đồng bằng sông Cửu Long của nhà máy bê tông Xuân Mai, sản xuất cọc dự ứng lực, cột điện dự ứng lực đã được sản xuất ở bê tông 620 Châu Thới, công ty Phan Vũ, Tiền Phong, Chèm, Thịnh Liệt (1998) đã tạo ra nhữn sản phẩm chất lượng cao, giá thành hạ, là một bước đột phá mới về công nghệ Trong lĩnh vực xây dựng cầu đã áp dụng kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp theo công nghệ đổ bê tông tại chỗ theo phương pháp thúc đẩy, công nghệ thi công theo phương pháp đúc hoặc lắp hẫng cân bằng, công nghệ đổ bê tông tại chỗ treo trên đà giáo di động Thời kỳ sau 1995, bê tông mác 600, 700 đã bắt đầu được sử dụng ở Việt Nam, nhiều loại phụ gia bê tông đã được đưa vào sử dụng

Trong lĩnh vực khai thác và vận chuyển dầu khí Bộ Công nghệ VLXD Trường Đại học Xây Dựng với sự chủ trì của các tác giả đã nghiên cứu thành công và đưa vào áp dụng công nghệ bọc ống thép 12m với các đường kính ngoài đến 530mm bằng bê tông nặng và rất nặng từ nguồn nguyên liệu trong nước dùng cho các ống tuyến dẫn dầu và khí từ các mỏ đầu về các trạm rót dầu không bến ngoài khơi các vùng biển Bà Rịa Vũng Tàu và về đất liền vùng Bà Rịa tới các nhà máy điện Phú Mỹ

Các loại bê tông tự đầm, bê tông đầm lăn cũng được đầu tư nghiên cứu và ứng dụng thử do các Viện nghiên cứu, các trường Đại học trong nước thực hiện

Hiện nay, một số công trình bê tông có mác 600-700 KG/cm2 được đưa vào ứng dụng thử nghiệm mặc dầu trong các phòng thí nghiệm từ lâu đã chế tạo thành công bê tông chất lượng cao có sử dụng tro trấu và metacaolanh có cường độ đạt 800, 900 KG/cm2 sử dụng xi măng PC40, PC50 do Việt Nam sản xuất Công nghệ bê tông ở Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên còn chưa theo kịp với đà phát triển chung của thế giới

Hình 1.6 Thi công Bê tông tươi

1.3 Phụ gia sử dụng trong sản xuất bê tông

Phụ gia bê tông được định nghĩa là một loại vật liệu được sử dụng như một nguyên liệu của bê tông mà ngoài xi măng, nước và cốt liệu ra nó còn được cho vào mẻ trộn hỗn hợp bê tông ngay từ khi trộn hoặc trong suốt quá trình trộn Phụ gia đã được đưa vào sử dụng từ năm 1930 cho tới nay Để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người với

nhiều mục đích khác nhau trong khi bê tông thông thường lại không đáp ứng được đầy

đủ các yêu cầu đặc biệt về công nghệ, về chất lượng và độ bền thì phụ gia là một lựa chọn hoàn hảo, chúng tạo ra nhiều đặc tính mong muốn cho bê tông và mang lại hiệu quả kinh tế trong lĩnh vực xây dựng bê tông Tuy nhiên, cần phải nhớ rằng phụ gia không phải là thứ thay thế được cho các phương pháp thi công bê tông thông thường Dựa vào đặc điểm và mục đích mà người ta có thể chia phụ gia thành nhiều nhóm để sử dụng

Phụ gia giảm nước và phụ gia làm chậm

Phụ gia giảm nước là các hợp chất hữu cơ tan trong nước, làm giảm lượng nước trộn của hỗn hợp bê tông mà vẫn giữ nguyên độ sụt của hỗn hợp Nó còn có tên gọi là phụ gia hóa dẻo vì khi giữ nguyên lượng nước, phụ gia này làm tăng rõ rệt độ sụt của hỗn hợp bê tông

Phụ gia làm chậm ninh kết là một loại phụ gia trong nhóm các phụ gia có tác dụng làm chậm lại các quá trình phản ứng hóa học xảy ra trong lòng bê tông hoặc khi đang hóa cứng, hoặc khi đã hóa cứng Các loại phụ gia này làm chậm lại các quá trình hóa học của sự hydrat hóa mà làm cho bê tông vẫn giữ được tính dẻo và dễ thi công lâu hơn so với bê tông không có phụ gia làm chậm quá trình

Phụ gia giảm nước - chậm ninh kết là một chất đa chức năng, vừa đáp ứng yêu cầu giảm nước và tăng cường độ R28 như một phụ gia giảm nước, vừa kéo dài thời gian ninh kết như một phụ gia làm chậm

Một số loại phụ gia giảm nước - chậm qúa trình ninh kết như: Plastiment R, Plastiment 96, Puzzolith, Pozzolith-300 R, Pozzolith-132 R,LK-1, LK-RD, PA-95, Sikament R4, Rheobuild 716 v v

Phụ gia cuốn khí

Chất cuốn khí là loại phụ gia có tác dụng chính là cải thiện khả năng chống băng giá cho bê tông, làm giảm sự tách nước sự phân tầng của hỗn hợp bê tông, tăng độ chống thấm cho bê tông, làm thay đổi đặc tính của hỗn hợp bê tông tươi, tăng tính dễ thi công, cải thiện sản phẩm bê tông được chế tạo với cấp phối có kích cỡ xấu Ngoài

ra, nó cũng ảnh hưởng tơi cường độ, tính lưu động, co ngót và từ biến cua hỗn hợp bê

tông Có thể sử dụng riêng phụ gia cuốn khí hoặc sử dụng kết hợp cùng với phụ gia khác

Một số loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhất để làm phụ gia cuốn khí như: muối kali của nhựa gỗ (natri abietat), Ankyl aryl snphat, Ankyl sunphat, các muối của axit béo lấy từ động vật và chất béo của rau và dầu v v

Phụ gia cho bê tông phun

Các loại phụ gia sử dụng cho bê tông phun thường có tác dụng làm tăng tốc sự ninh kết và tăng cường độ cho bê tông Tác nhân hoạt động chính của hầu hết các chất tăng tốc cho bê tông phun là ankali metal silicat, aluminat, hydroxyt, sunfat hoặc clorua, mặc dù có một vài hóa chất hữu cơ bao gồm các amines và các thành phần hydroxylated chọn lựa cũng được sử dụng Các phụ gia cho bê tông phun chỉ được sử dụng với hàm lượng phần trăm nhỏ Tuy nhiên, chúng là thành phần rất cần thiết cho các hỗn hợp đối với một số các ứng dụng đặc biệt trong công việc hầm mỏ và bảo vệ

bờ dốc

Phụ gia chống thấm cho bê tông

Chất chống thấm là một vật liệu (bột hay chất lỏng) mà khi trộn với bê tông tươi nó gây ra các hiện tượng như: giảm tính thấm thủy tĩnh của khối bê tông bảo dưỡng, đẩy nước hay tính chất hydrophobic làm cho bê tông đông cứng Phụ gia chống thấm có thể tạo ra dưới dạng bột, hồ hay dạng lỏng và có thể chứa vật liệu lấp kín lỗ rỗng hay vật liệu kỵ nước Các loại vật liệu chính trong cấp hạng vật liệu lấp kín các lỗ rỗng là: silicat của soda, nhôm sunphat hay kẽm sunphat, nhôm clorua và kẽm clorua Đây là những chất lấp kín linh hoạt về mặt hóa học Hơn nữa chúng cũng làm tăng tốc độ ninh kết của bê tông và vì vậy tạo cho bê tông tính chống thấm tốt hơn ngay ở giai đoạn đầu

Các loại phụ gia chống thấm phổ biến như: Sika W, Plastocrete N, Sika Latex, Super Barra 05, Laxtex StrongBond AC-28, Stonti CL-1, Stonti CL-3 v v

Phụ gia siêu hóa dẻo cho bê tông

Các phụ gia siêu hóa dẻo có khả năng làm giảm hàm lượng nước cần dùng trong hỗn hợp bê tông đến 25%-30% mà vẫn giữ nguyên được độ sụt cần thiết thuận tiện cho

thi công Nhờ đó cường độ bê tông có thể tăng lên tương ứng, dễ dàng tạo ra bê tông mác cao như 400 – 500 kg/cm2 (sử dụng phổ biến cho các kết cấu cầu BTCT dự ứng lực ở Việt Nam hiện nay) Phụ gia siêu dẻo cũng có thể dùng để kết hợp đạt cả 2 mục tiêu: vừa tăng ở mức độ hợp lý về độ sụt, vừa giảm ở mức độ hợp lý về lượng nước trộn Hàm lượng trộn khoảng 0,7-1,3% so với trọng lượng xi măng Trị số cụ thể sẽ được trọn trong quá trình thí nghiệm thực tế Một số loại phụ gia siêu hóa dẻo như: Sikament 163 EX, Sikament NN, Sikament R4, Sikament 520, Cosu, Selfill-2010 S, PA-99, Rheobuild 555, Super- 1S v v

Phụ gia tăng tốc

Phụ gia tăng tốc được cho vào bê tông để tăng tốc độ phát triển cường độ sớm trong bê tông nhằm:

- Cho phép dỡ ván khuôn sớm

- Giảm được thời gian bảo dưỡng theo yêu cầu

- Rút ngắn thời gian mà kết cấu có thể được đưa vào khai thác

- Bù một phần cho tác dụng làm chậm của nhiệt độ thấp trong quá trình đổ bê tông trong thời tiết lạnh

- Sửa chữa công trình khẩn cấp

Các chất tăng tốc cho xi măng có thể chia làm 2 loại khác biệt là chất tăng tốc ninh kết, làm tăng nhanh quá trình đông cứng và chất tăng cường độ, nó giúp cho sự tăng cường độ sớm của xi măng Lưu ý, không sử dụng cả hai loại phụ gia cùng một lúc vì nó có thể làm ảnh hưởng ngược lại Một số loại phụ gia tăng tốc thường được sử dụng như: canxi clorua, Imagun, Meyco SA Series, Sigunit L, Sigunit D…

Phụ gia hóa dẻo cho vữa

Trong các khối ghạch xây, đá xây, nề… vữa được xem là lớp đệm để chịu tải trọng nén và là tác nhân liên kết tham gia vào sự dính kết giữa các thành phần Vữa cần phải chịu được sự chuyển vị trong tường như sự thay đổi kích thước do nhiệt độ, do sự trương nở cả gạch sét hay sự co ngót của khối bê tông, gạch silicat canxi trong giai đoạn đầu của các vật liệu Vữa dùng cho khối gạch xây, đá xây cần phải có cường độ không quá lớn, nhưng do yêu cầu trong các điều kiện xây dựng nó cần phải phát triển

đủ cường độ một cách nhanh nhất Một loại vữa xây tốt cần phải dễ dàng trộn và không bị phân tầng khi sử dụng Có thể san gạt được dễ dàng khi sử dụng bay và duy trì đặc tính đó trong quá trình sử dụng

Vật liệu cho thêm vào các loại vữa xi măng cát với cấp phối chỉ để đạt được cường độ

đề ra và làm cho vữa này có được tính công tác theo yêu cầu, được gọi là chất hóa dẻo

Phụ gia làm chậm các quá trình

Nhóm phụ gia làm chậm các quá trình có nhiều loại, nhưng điển hình nhất là các loại phụ gia làm chậm lại các quá trình hóa học của sự hydrat hóa, làm cho bê tông vẫn giữ được tính dẻo và dễ thi công lâu hơn so với bê tông không có phụ gia làm chậm quá trình Phụ gia làm chậm quá trình cũng được sử dụng để hạn chế hoặc làm mất tác động tăng tốc của nhiệt độ cao lên trên đặc trưng ninh kết của bê tông khi đổ bê tông trong điều kiện trời nóng Phụ gia làm chậm quá trình còn được sử dụng khi đổ bê tông với một lượng lớn các mẻ đổ bê tông nối nguội khi bê tông hóa cứng Có hai nhóm phụ gia làm chậm quá trình điển hình là phụ gia ức chế bề mặt bê tông (ở Việt Nam thường dùng chất rugasol F hoặc rugasol C) và phụ gia chống ăn mòn cốt thép

Các phụ gia khoáng cho bê tông

Phụ gia khoáng là các vật liệu vô cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, có chứa SiO2 hoặc Al2O3 ở dạng hoạt tính, khi đưa vào nhằm mục đích cải thiện một số tính chất của xi măng hay bê tông làm giảm giá thành sản phẩm Sự có mặt của phụ gia khoáng làm thay đổi một số tính chất cơ bản của xi măng pooc lăng (PC) và bê tông Vai trò của của phụ gia khoáng trong công nghệ bê tông xi măng là rất quan trọng, nó

mở ra một hướng phát triển mới trong việc sử dụng phụ gia khoáng mịn để chế tạo các loại bê tông chất lượng cao, bê tông cường độ cao… Bản thân các loại vật liệu này không có hoặc có rất ít tính kết dính, nhưng khi được nghiền mịn và ở điều kiện ẩm sẽ tác dụng hóa học với vôi và có tính chất kết dính Khi thủy hóa sẽ tạo thành silicat canxi ngậm nước

Các phụ gia khoáng thường gặp là tro núi lửa (puzolan), đá bọt opal, diatomite, sét nung, tro bay, xỉ lò cao, muội silic Ba chất cuối là các khoáng nhân tạo, dung phổ biến để làm phụ gia khoáng cho bê tông hiện nay

Việc xử dụng vật liệu puzolan có từ khi xuất hiện kỹ thuật xây dựng bằng bê tông

Từ xưa người ta đã nhận ra rằng: các loại vật liệu puzolan phù hợp được sử dụng với hàm lượng hợp lý sẽ thay đổi các đặc trưng nhất định của vữa, bê tông tươi hay đã hóa cứng

Phụ gia khoáng được phân làm 2 loại:

Phụ gia khoáng thiên nhiên (loại N) ở nước ta: các mỏ puzolan tự nhiên là sản phẩm phong hóa của các tàn tích núi lửa Trên đất nước ta, một số puzolan có hoạt tính hút vôi ở nhiệt độ thường như đá Mu Rùa (Hà Tiên), bazan Phủ Quỳ (Nghệ An) Một số khác phải sử lý nhiệt trước khi dùng, chẳng hạn như puzolan Sơn Tây (Hà Tây), Pháp Cổ (Hải Phòng)…

Phụ gia khoáng từ sản phẩm công nghiệp: tro bay, xỉ lò cao, muội silic, tro trấu, phụ gia khoáng hoạt tính metan caolanh…

Phụ gia khoáng ảnh hưởng tới một số tính chất của bê tông như: độ sụt, cường độ,

co ngót và từ biến, tuổi thọ, độ chống thấm, nhiệt tỏa ra trong quá trình hydrat hóa, phản ứng của cốt liệu kiềm, độ bền chống ăn mòn suphat của bê tông và một số ảnh hưởng khác

Puzolan tự nhiên, tro bay, xỉ nhiệt điện thường được sử dụng nhiều trong bê tông khối lớn, để thay thế một phần xi măng và giảm tỏa nhiệt Muội silic, tro trấu là những thành phần thiết yếu trong các loại vữa sửa chữa, bê tông cường độ cao, bê tông chất lượng cao, bê tông chịu xâm thực suphat

Trong xi măng hỗn hợp, phụ gia khoáng hoạt tính có khả năng liên kết với Ca(OH)2 để tạo thành các sản phẩm có tính kết dính và cường độ, làm tăng liên kết trong đá xi măng và bê tông, làm giảm lượng Ca(OH)2 trong đá xi măng Phụ gia khoáng với độ mịn cao có tác dụng tốt để lấp đầy lỗ rỗng nhỏ, tăng độ đặc chắc, tăng khả năng liên kết trong cấu trúc của vữa và bê tông, do đó có tác dụng cải thiện một số tính chất của xi măng và bê tông

Vì thế, khi sử dụng phụ gia khoáng với hàm lượng hợp lý sẽ đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật, giảm giá thành sản phẩm và ô nhiễm môi trường, đem lại hiệu quả kinh

tế lớn Phụ thuộc vào loại phụ gia khoáng pha vào xi măng mà có thể đạt được mức độ

hiệu quả khác nhau Phụ gia khoáng sử dụng trong xi măng và bê tông làm tăng sản lượng, tăng năng suất của nhà máy, có thể giảm giá thành sản phẩm, cải thiện một số tính chất cơ lý của xi măng và bê tông Việc xử dụng phụ gia khoáng còn tận dụng được các loại nguyên liệu trữ lượng lớn, giá rẻ do đó đem lại hiệu quả kinh tế cao Bên cạnh các hiệu quả về kinh tế và ký thuật, việc sử dụng phụ gia khoáng trong xi măng

và bê tông còn góp phần hết sức to lớn trong việc bảo vệ môi trường

Một số loại phụ gia khác

Một số loại phụ gia khác cũng được sử dụng nhiều trong việc chế tạo bê tông hiện nay như:

- Chất chống chương nở cốt liệu kiềm

- Phụ gia tạo dính kết

- Phụ gia diệt nấm, vi khuẩn và côn trùng

- Chất tạo màu

- Phụ gia chương nở cho bê tông và vữa

- Phụ gia trợ bơm

- Dung dịch bọt geofoam

Các loại phụ gia trên đã đáp ứng gần như toàn bộ nhu cầu sử dụng của con người hiện nay Tuy nhiên, việc nghiên cứu, chế tạo và tìm kiếm các loại phụ gia mới vẫn không ngừng được phát triển với mục đích tìm ra những loại phụ gia tối ưu nhất cho các công trình xây dựng

Diatomite là một phụ gia với nhiều ưu điểm nổi bật, đã được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực tuy nhiên trong nghành xây dựng còn nhiều hạn chế và chưa có nhiều công tình nghiên cứu, khai thác tác dụng của phụ gia này

1.4 Quá trình bê tông bị ăn mòn trong môi trường nước chua phèn

Tuổi thọ của một công trình phụ thuộc vào các yếu tố như mác bê tông, chất lượng cốt thép, loại xi măng và phụ gia sử dụng, điều kiện khí hậu, nhiệt độ, môi trường nước Vì vậy nguyên nhân khiến suy giảm chất lượng một trình bê tông cũng rất đa dạng, riêng với các công trình bê tông thủy công thì môi trường nước là tác nhân chủ yếu gây ăn mòn, phá hủy công trình

Ăn mòn trong môi trường nước xảy ra khi bê tông tiếp xúc với nước biển, nước phèn chua, nước khoáng, nước ngầm hoặc nước thải của các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp các loại nước này thường chứa các nhân tố có tính chất gây ăn mòn Đây là loại ăn mòn rất phổ biến đối với các công trình xây dựng đặc biệt là các công trình xây dựng ở môi trường biển, các công trình làm việc trong nước hay dưới đất có nước ngầm Sự ăn mòn bê tông rất đa dạng và diễn ra rất phức tạp, các quá trình ăn mòn này xảy ra do nhiều yếu tố, nguyên nhân khác nhau Sự ăn mòn có thể do tác động xói mòn của dòng chảy, ăn mòn do sinh vật bám trên bề mặt kết cấu bê tông, do thay đổi các điều kiện vật lí hoặc có sự tác động của hiện tượng điện hóa Tuy nhiên nguyên nhân chủ yếu gây ăn mòn bê tông là do có sự thay đổi về mặt hóa học trong thành phần của đá xi măng dưới tác động của các hợp chất hóa học có trong môi trường Trong thành phần của đá xi măng có các sản phẩm thủy hóa như Ca(OH)2 và

C3AH6 dễ hòa tan, chúng tan vào nước làm cho cấu trúc bê tông bị rỗng, do đó cường độ bê tông giảm và có thể bị phá hủy, mặt khác chúng có tính hoạt động hóa học khá mạnh, dễ tương tác với một số chất hóa học của môi trường axit và muối,… tạo thành các sản phẩm mới dễ hòa tan trong nước hơn hoặc nở thể tích nhiều gây nội ứng suất phá hoại kết cấu bê tông hoặc tạo thành các chất vô định hình , rời rạc, không có tính chất kết dính

Xuất phát từ đất phèn, trong đất phèn có yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của bê tông là axit và sulfat trong đất Nước nhiễm phèn từ đất nên nước chua phèn có thể gây nguy hại đến bê tông Qua quan sát thực tế có thể thấy các công trình dưới tác động của môi trường chua, hình thức bê tông bị xuống cấp chủ yếu là lớp bê tông bề mặt bị mất vữa kết dính, trơ đá dăm, bê tông bảo vệ bị bong tróc, cốt thép gỉ sét

Mức độ nhiễm chua phèn của nước được đánh giá chủ yếu qua chỉ tiêu độ pH Đối với bê tông, giá trị pH này phản ánh nguy cơ tác động của môi trường có tính axit tới độ bền lâu dài của nó Như vậy thực trạng bê tông bị ăn mòn, phá hoại trong môi trường chua phèn là không thể tránh khỏi Nước nhiễm chua phèn càng cao (độ pH càng nhỏ) thì sự tác động ăn mòn càng mạnh và bê tông càng bị ăn mòn thì cường độ

và khả năng chống thấm càng yếu

Thông qua một số đề tài nghiên cứu về vấn đề bê tông làm việc trong môi trường nước chua phèn như công trình nghiên cứu “Ảnh hưởng của môi trường nước chua phèn tới sự phát triển cường độ của bê tông” của KS Trần Thị Thanh (Một số kết quả nghiên cứu địa kỹ thuật, vật liệu xây dựng, Nhà xuất bản nông nghiệp, 1993) và “Báo cáo tóm tắt Điều tra cơ bản sự thoái hóa độ bền bê tông các công trình thủy lợi đã xây dựng vùng chua mặn Đồng bằng sông Cửu Long trong các năm 1998-1999-2000” của Viện khoa học Thủy lợi miền Nam,… đã cho thấy phần nào tác động của môi trường nhiễm phèn đến cường độ và tính thấm của bê tông Gần đây là đề tài nghiên cứu

“Đánh giá tốc độ ăn mòn bê tông công trình thủy lợi khu vực Đồng bằng sông Cửu Long” của ThS.NCS Khương Văn Huân (2009) đã cho thấy một thực tế:

- Cường độ bê tông các công trình khảo sát trong môi trường chua phần lớn thấp hơn cường độ bê tông phát triển trong điều kiện không bị ăn mòn

- Cường độ bê tông trong môi trường chua bị giảm theo thời gian Số công trình có cường độ thấp hơn mác thiết kế chiếm khoảng 8%, số công trình có cường độ thấp hơn 110% chiếm khoảng 80% Các công trình bê tông sau 30 năm có nguy cơ mất khả năng chịu lực do cường độ xuống thấp hơn mác thiết kế

Hình 1.7 Bề mặt bê tông Hình 1.8 Bề mặt bê tông trong

Hình 1.9 Bề mặt bê tông ngâm ở Hình 1.10 Bề mặt bê tông ngâm ở môi trường chua phèn – Lớp vữa môi trường nước chua phèn sau khi

dễ dàng bị tách khỏi bề mặt bê tông vữa xi măng bị tan rã

Hình 1.11 Lát cắt bề mặt bê tông Hình 1.12 Lỗ rỗng có tác động sau chưa bị ăn mòn phóng đại 200 lần quá trình ăn mòn phóng đại 200 lần

Hình 1.13 Lỗ rỗng bê tông vùng chua Hình 1.14 Lỗ rỗng bê tông vùng chua phèn từ lõi khoan cống Rạch Chanh phèn theo chiều sâu cống Chợ Giữa

CHƯƠNG 2 DIATOMITE

2.1 Nguồn gốc, sản lượng

Diatomite là đá trầm tích với thành phần chủ yếu là silic oxit Nó còn có tên là kizengua hay đất tảo silic, là những mảnh xương của loài sinh vật đơn bào được gọi là tảo cát Những vi tảo có khả năng chiết xuất silica từ nước để tạo ra cấu trúc xương của chúng Khi tảo cát chết xương còn sót lại của chúng chìm xuống đáy hồ, đại dương

và tạo thành một tiền gửi diatomite Diatomite tự nhiên được khai thác từ các mỏ, đã được hình thành hàng triệu năm trước Silica (cát) là một hợp chất có nhiều nhất trên vỏ đất Diatomite tự nhiên bao gồm 85% silica sự cân bằng là oxit trơ khác.Diatomite có màu thay đổi từ trắng xám, vàng đến đỏ tùy thuộc vào thành phần oxit chứa trong chúng Diatomite tỉ trọng nhẹ, có độ xốp cao nhờ vào cấu trúc như một loại đá có các

lỗ hổng rất nhỏ và đều, cách nhiệt, không hòa tan trong nước và bền trong không khí

Hình 2.1 Cấu trúc vi mô của diatomite

Ở Việt Nam có rất nhiều các khu mỏ khai thác diatomite với trữ lượng được dự báo khoảng 165 triệu tấn, nhiều nhất tại Phú Yên, khoảng 60 triệu tấn, Bảo Lộc với 8,5 triệu tấn Việt Nam là một trong những nước có trữ lượng diatomite cao Theo British

Geological Survey/World Mineral Production (2004-2008), sản lượng diatomite hàng năm của Việt Nam là 10 ngàn tấn

Trên thế giới trữ lượng diatomite được US Bureau of Mines dự báo từ năm 1985 vào khoảng hơn 2 tỉ tấn Diatomite có nhiều nhất ở Mỹ: 250 triệu tấn kế đến là Trung Quốc: 110 triệu tấn Mỹ và Trung Quốc cũng là 2 nước dẫn đầu về sản lượng diatomite, kế đến là Đan Mạch

Hình 2.2 Mỏ diatomite Phú Yên Hình 2.3 Phơi khô quặng diatomite

Hình 2.4 Diatomite dạng quặng Hình 2.5 Diatomite dạng bột

Bảng 2.1: Thống kê trữ lượng diatomite ở một số nước trên thế giới (2008-2009)

(Ngàn tấn)

Sản lượng

2008 (Ngàn tấn)

Sản lượng 2009(Ngàn tấn)

2.2 Đặc điểm cấu tạo, tính chất

Diatomite có thành phần chủ yếu là thạch anh vô định hình dưới dạng opan hoặc calcedoan, được gắn kết yếu với độ lỗ hổng cao (90÷92%) Các hồ lục địa và đầm lầy Neogen thuộc các cảnh quan núi lửa là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các sinh vật nêu trên Diatomit không bền vững, với thời gian sẽ bị phá hủy thay thế biến thành trepen, đản bạch hoặc phá huỷ thành đá khác trong đó:

- Diatomit (đá tảo cát): là loại đá có màu trắng phớt vàng, xám xi măng bở rời hoặc gắn kết yếu, rất nhẹ, nổi được trên mặt nước Thành phần khoáng vật chủ yếu của diatomit là vỏ diatomea (70÷80%) có thành phần là opan Ngoài ra còn có ít gai hải miên, radiolaria, các khoáng vật sét, glauconit, tro núi lửa, và các mảnh vụn khác

Thành phần hoá học trung bình gồm (%): SiO2: 85,26; TiO2: 0,22; Al2O3: 4,4;

Fe2O3: 2,07; CaO: 1,4; MgO: 0,5; K2O+Na2O: 0,21 Diatomit có độ lỗ hổng cao, tỷ trọng 1,9÷2,2T/m3, thể trọng khô 0,42-0,96T/m3 chịu được axit và nhiệt độ cao, có khả năng hút vôi

- Trepen (khuê tảo): đá có màu xám sáng, xám phớt vàng Dưới kính hiển vi nó

là những hạt cầu opan (0,01÷0,001mm), không còn hoặc rất ít vỏ diatomea Kiến trúc sinh vật Trong đá cứng có ít gai hải miên, radiolaria, khoáng vật sét, lác đác có ít hạt thạch anh, felspat và vảy mica Trepen có tỷ trọng 2,2÷2,5T/m3, thể trọng khô 0,5÷1,27T/m3, độ lỗ hổng 60÷64%, chịu nhiệt cao và có tính hút vôi Độ cứng từ 1- 3 Thành phần hoá học trung bình (%): SiO2: 82,72; Al2O3: 7,4; Fe2O3: 2,7; CaO: 0,96; MgO: 0,23

- Đản bạch: Đản bạch khác diatomit và trepen ở chỗ nó đã được gắn kết chắc hơn, độ cứng 3÷5 (Morth) Thành phần khoáng vật chủ yếu là các hạt cầu opan kích thước nhỏ, với một lượng không đáng kể mảnh xác diatomea, radiolaria, hải miên Thành phần hoá học trung bình (%): SiO2: 88,93; TiO2: 0,16; Al2O3: 4,28;Fe2O3: 2,03; CaO: 0,41; MgO: 0,44; K2O+Na2O: 0,34 Tỷ trọng 2,3÷2,35T/m3, thể trọng khô 1,04÷1,82T/m3, độ lỗ hổng 25÷55%

Diatomite có rất nhiều đặc tính độc đáo như:trọng lượng nhẹ, độ xốp cao, độ tinh khiết cao, đa hình, cứng, trơ

2.3 Các nghiên cứu ứng dụng của diatomite trên Thế giới và Việt Nam

Với các đặc tính của mình, diatomit là một trong những khoáng sản được ứng dụng nhiều nhất trong mọi lĩnh vực với một số tác dụng như:

- Dùng để lọc: làm chất trợ lọc trong sản xuất bia, rượu, nước mía ép, nước quả ép hoặc làm trong dầu ăn; làm sạch môi trường nuôi thủy sản…

- Làm chất độn: diatomite khá trơ, chịu được lửa, có khả năng hấp thụ lớn nên rất thích hợp để làm chất độn trong sản xuất sơn, gia công chất dẻo, cao su, giấy, sản xuất thuốc đánh răng và đúc răng giả

- Làm vật liệu mài bóng bạc, đánh bóng vỏ xe

- Làm chất hấp thụ: diatomite có thể hấp thụ một lượng chất lỏng lớn gấp ba lần khối lượng của nó, được dùng làm chất mang cho các loại thuốc trừ sinh vật hại, các chất xúc tác, làm chất chống đóng vón hay chất hấp thụ mùi hôi thối của phân súc vật nuôi trong nhà

- Các ứng dụng khác: làm phụ gia trong sản xuất xi măng, sản xuất tấm lợp, các chất bọc cách, mỹ phẩm, chất tẩy rửa, nông nghiệp, làm tinh sạch ADN…

Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về ứng dụng của diatomite như:

- Năm 1867 Alfred Nobel sáng chế ra thuốc nổ và diatomite được ứng dụng đầu tiên trong công nghiệp như là một chất hấp thụ và ổn định cho dynamite và nitroglycerine trong vận chuyển, sản xuất thuốc nổ Năm 1900 một sáng chế Mỹ đầu tiên công bố sử dụng diatomite trong lọc bia, đây là ứng dụng tiên tiến trong thời kỳ này

- Tại Institute of Medical Chemistry and Biochemistry, University of Innsbruck, (nước Áo) đã nghiên cứu sử dụng diatomite để làm giảm cholesterol trong máu Theo dữ liệu dữ liệu sáng chế tiếp cận được, diatomite dùng để lọc và xử lý môi trường có nhiều sáng chế (SC) nhất (B01D): 44 SC; kế đến là các phương pháp điều chế diatomite theo yêu cầu sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau (C02F+C01B): 56 SC; sử dụng trong vật liệu xây dựng (C04B): 19 SC… Mineral Commodity Summaries đã thống kê tỉ lệ sử dụng diatomite như sau: trợ lọc: 55%, phụ gia xi măng: 23%, chất hấp thụ: 10%, chất đệm: 9%, chất cách ly (nhiệt): 2%, còn 1% dùng trong các ứng dụng khác như dược phẩm, mỹ phẩm…

Ở Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu về diatomite như:

- Nghiên cứu chế tạo bột trợ lọc từ diatomite ở Phú Yên của Viện Công nghệ Hóa học tại TP Hồ Chí Minh, năm 2002

- Nghiên cứu xây dựng các mô hình xử lý nước sinh hoạt cho người dân vùng thị xã Long Xuyên (phần An Giang) bằng nguyên liệu diatomite, tại Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002

- Sản xuất thử màng lọc và bugi lọc nước dạng nung từ diatomite An Giang,

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh An Giang, năm 2002

- Nghiên cứu sử dụng diatomite Phú yên là phụ gia sản xuất xi măng và bê tông nhẹ tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, năm 2008

- Chế tạo thành công gạch siêu cách nhiệt được công bố tháng 12/2009 là kết quả nghiên cứu của PGS.TS Đỗ Quang Minh, kỹ sư Nguyễn Học Thắng và nhóm sinh viên khoa công nghệ vật liệu trường ĐH Bách khoa TP.HCM, ưu điểm của loại gạch này là nhẹ, khoảng 700gram/viên, khả năng chịu nhiệt lên đến 900

Hình 2.6 Bê tông siêu nhẹ, cách nhiệt Hình 2.7 Gạch siêu cách nhiệt

2.4 Ảnh hưởng của diatomite đến tính chất xi măng, bê tông

Theo Báo cáo sơ kết Nghiên cứu biện pháp chống ăn mòn bê tông trong môi trường phèn mặn vùng Đồng bằng Sông Cửu Long của Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi Nam Bộ năm 1993 và đề tài nghiên cứu “Nâng cao chống ăn mòn của bê tông vùng nước phèn, mặn Đồng bằng Sông Cửu Long bằng phụ gia Diatomite” của

KS Huỳnh Đăng Toàn và KS Võ Thanh Nga cho thấy mức độ ảnh hưởng của phụ gia Diatomite đến xi măng và bê tông như sau:

2.4.1 Ảnh hưởng của Diatomite tới xi măng

Theo kết quả thí nghiệm được bảng 1 và bảng 2 trong phụ lục ta thấy: khi cho diatomite với các tỷ lệ khác nhau vào xi măng, diatomite có xu hướng làm cho thời

gian đông kết của xi măng chậm lại, thời gian bắt đầu đông kết chậm hơn 3 – 15 phút, thời gian kết thúc đông kết chậm hơn 15 – 30 phút Ngoài ra cường độ nén của xi măng giảm không đáng kể từ 0-9% Như với tỷ lệ trộn 10%, cường độ chỉ giảm 2,5% Trong môi trường ăn mòn, việc kết hợp thêm phụ gia diatomite cũng làm tăng độ bền của xi măng so với xi măng không phụ gia được đánh giá thông qua hệ số chống

ăn mòn Xi măng với 5 – 15% diatomite ở tất cả các mẫu đều có hệ số chống ăn mòn K>1, như vậy được xem như có khả năng chống ăn mòn trong khi xi măng không có phụ gia, hệ số ăn mòn chỉ là K= 0,8 So với tiêu chuẩn xi mưng có K<0,8 coi như không có khả năng chống ăn mòn, vì vậy xi măng không có phụ gia chỉ xấp xỉ giới hạn trên của tiêu chuẩn đặc biệt, hệ số này lớn nhất khi kết hợp xi măng với tỷ lệ diatomite 7% (K=1,26) Vì vậy cần dùng diatomite để nâng cao tính chống ăn mòn của xi măng

Hình 2.8 Biểu đồ mối quan hệ giữa độ bền của xi măng và độ bền

của xi măng có pha trộn phụ gia Diatomite với tỷ lệ khác nhau

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0% 3% 5% 7% 10% 15% Tỷ lệ pha trộn

BIỂU ĐỒ MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ BỀN CỦA XI MĂNG VÀ PHỤ GIA DIATOMITE TRONG MÔI

TRƯỜNG ĂN MÒN

2.4.2 Ảnh hưởng của Diatomite tới bê tông

Theo kết quả nghiên cứu của KS Huỳnh Đăng Toàn và KS Võ Thanh Nga khi đưa 10% diatomite vào bê tông (giảm 10% xi măng) cường độ bê tông thay đổi không đáng kể Với mác cao cường độ giảm khoảng 14% nhưng ở tất cả mác bê tông có 10% diatomite, độ chống thấm cao hơn 1-2 atm, đồng thời biến dạng nở giảm

Các số liệu thí nghiệm đã chứng tỏ rằng đưa diatomite vào bê tông ngoài hai tác dụng chính là chống ăn mòn bê tông và hạn chế phản ứng kiềm – cốt liệu trong bê tông, còn có tác dụng tăng độ chống thấm của bê tông Vì vậy diatomite là một loại phụ gia khoáng hoạt tính có thể cải thiện tính chất của bê tông

BIỂU ĐỒ ẢNH HƯỞNG PHỤ GIA DIATOMITE (10%) ĐẾN CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA BÊ TÔNG 7 VÀ 28 NGÀY TUỔI

Hình 2.9 Biểu đồ cường độ chịu nén của bê tông tuổi 7 và 28 ngày sử dụng

200-28 250-28 300-28

28 ngày

Xi măng PC40 không phụ gia

Xi măng PC40 + 10% diatomite

Mác bê tông

Hình 2.10 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của phụ gia Diatomite tới

cường độ chịu kéo của bê tông ở tuổi 7 và 28 ngày Khi quan sát vi cấu trúc tinh thể trên có thể thấy được khi sử dụng phụ gia Diatomite và giảm tỷ lệ xi măng, vi cấu trúc tinh thể sẽ tăng lên (mạng lưới tinh thể dày đặc hơn), các liên kết trở nên chặt chẽ, lỗ rỗng giảm vì vậy có thể làm tăng khả năng chống thấm cho bê tông

Tóm lại diatomite có khả năng gây ảnh hưởng đến tính chất của xi măng và bê tông Các nghiên cứu đã xem xét ở nhiều tỷ lệ diatomite khác nhau cho thấy tầm quan trọng của việc kết hợp đúng tỷ lệ loại phụ gia này nhằm phát huy hiệu quả tốt nhất của phụ gia Với kết quả mang tính khả quan nhận thấy ở tỷ lệ diatomite 7% Tuy nhiên, các đề tài này chỉ dừng lại ở thời gian ngắn với việc nghiên cứu ở những ngày tuổi đầu Để kết quả đạt được có tính chính xác và thuyết phục cao, cần phải có các công trình nghiên cứu ở thời gian lâu hơn Bên cạnh đó, việc lựa chọn sử dụng mác bê tông thích hợp cũng là một yếu tố cần thiết Vì vậy, ở điều kiện phạm vi nghiên cứu của đề tài này, chúng tôi đã lựa chọn việc kết hợp phụ gia diatomite tỷ lệ 7% với vữa xi măng

ở các ngày tuổi dài hơn như: 28, 90 và 180 ngày tuổi với các mác vữa là 10, 15 và 20

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Xi măng PC40 + 10% diatomite