Trong bài viết này tác giả đề cập đến vật liệu xây dựng mới – bê tông cao su. Tỉ lệ cốt liệu, phương pháp chế tạo, các tính chất cơ–lý, hóa và lĩnh vực sử dụng của bê tông cao su được trình bày cụ thể.
Trang 1
BÊ TÔNG CAO SU – VẬT LIỆU MỚI CHO KẾT CẤU XÂY DỰNG ĐẶC BIỆT
TS Nguyễn Phan Duy
Phó tr ởng Phòng KH&HTQT, tr ng i học X y d ng Miền Trung
Tóm tắt: Trong bài báo này tác giả đề cập đến vật liệu x y d ng mới – bê tông cao su Tỉ lệ
cốt liệu, ph ơng pháp chế t o, các tính chất cơ–lý, hóa và lĩnh v c sử dụng của bê tông cao su
đ ợc trình bày cụ thể Các nghiên cứu khoa học trong lĩnh v c bê tông cao su đã chứng minh rằng, vật liệu này có thể sử dụng để chế t o những kết cấu x y d ng có khả năng chịu l c lớn
và chống ăn mòn cao, đồng th i có thể sử dụng để chế t o lớp bảo vệ cho kết cấu bê tông
đ ợc sử dụng trong môi tr ng có tính ăn mòn
Từ khóa: Polyme bê tông, vật liệu mới, bê tông cao su, vật liệu chống ăn mòn
1 Đặt vấn đề
Một trong những bài toán cấp bách
của khoa học x y d ng trong th i điểm hiện
nay là nghiên cứu chế t o ra những vật liệu
mới dùng để chế t o ra những kết cấu và sản
phẩm x y d ng theo yêu cầu x y d ng hiện
đ i, đặc biệt là trong th i kỳ phát triển v ợt
bậc của nhà cao tầng Một trong những vật
liệu mới đó phải kể đến là bê tông cao su [1]
Bê tông cao su là vật liệu phức hợp đ ợc
nghiên cứu và thí nghiệm t i tr ng i học
tổng hợp quốc gia kiến trúc – x y d ng
Voronezh d ới s h ớng dẫn của giáo s
Potapov Yuri Borisovich Khác với bê tông
xi măng, trong bê tông cao su sử dụng chất
kết dính là cao su tổng hợp (thay cho xi
măng và n ớc) trên cơ sở l u hóa cao su
2 Vật liệu sử dụng và ph ơng pháp chế t o
bê tông cao su
T ơng t nh bê tông xi măng, đối
với bê tông cao su chúng ta cũng sử dụng cốt
liệu thô (cát, sỏi), cốt liệu mịn và chất kết
dính Ngoài ra để quá trình l u hóa cao su
xảy ra thuận lợi cần sử dụng thêm những hóa
chất phụ gia sau:
– L u huỳnh kỹ thuật – có màu vàng
sáng, khối l ợng riêng 2070 kg/m3, nhiệt độ nóng chảy 114 0
C;
– Chất xúc tiến l u hóa – Thiuram-D
d ng bột màu trắng xám, có khối l ợng riêng
1300…1400 kg/m3 và nhiệt độ nóng chảy 140…154 0
C;
– Chất ho t hóa cho s l u hóa – Kẽm ôxít ZnO có d ng bột màu trắng và
khối l ợng riêng 5600…5700 kg/m3
; – Canxi ôxít CaO – bột màu trắng,
khối l ợng riêng 2500…2900 kg/m3 dùng để khử n ớc có trong hỗ hợp vữa
– Cốt liệu mịn là tro thải của các nhà máy nhiệt điện
Nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm vật liệu và kết cấu bê tông cao su với những tỉ lệ cấp phối khác nhau, kết quả họ
đã đ a ra đ ợc tỉ lệ cấp phối tối u cho bê tông cao su, tỉ lệ này đ ợc thể hiện trong bảng 1
Quá trình trộn và đổ bê tông cao su
đ ợc tiến hành nh sau: ầu tiên ta tiến hành trộn cao su với hỗn hợp hóa chất (Thiuram-D, ZnO, CaO), sau đó bổ sung cốt
Trang 2liệu mịn, và cuối cùng là bổ sung cốt liệu thô
và trộn đều Trong quá trình trộn vữa cần
phải đảm bảo s hòa tan của tất cả các hóa
chất trong cao su lỏng (không bị bón viên)
L u ý rằng, bê tông cao su kị n ớc nên tất cả
các cốt liệu thô và mịn phải đ ợc đảm bảo
khô và không còn hơi n ớc Sử dụng hỗn
hợp đã đ ợc trộn đều tiến hành đổ hỗ hộp vào khuôn (ván khuôn) Sau khi khi hoàn tất việc đổ bê tông cao su ván khuôn cùng với hỗn hợp vữa trong nó đ ợc nun nóng ở nhiệt
độ 120 5 0C để bê tông cao su khô cứng,
th i gian nun cần thiết là 12 gi [1, 4]
Bảng 1 – Tỉ lệ cấp phối tối u cho bê tông cao su
Tên thành phần Tỉ lệ % khối l ợng các thành phần
3 Tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su
Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên
cứu bê tông cao su với những lo i cao su
tổng hợp khác nhau về độ sệt riêng, điển
hình là cao su lỏng tổng hợp mác SKDN-N,
ECKDP-N và PBN Các thí nghiệm nghiên
cứu đã chứng tỏ rằng, bê tông cao su có độ bền ăn mòn rất cao, các tính chất cơ-lý thuận lợi cho các kết cấu chịu l c lớn Những tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su với tỉ lệ cấp phối tối u (bảng 1) đ ợc trình bày trong bảng 2 [1]
Bảng 2 – Tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su
Trang 3Hệ số độ bền ăn mòn trong các môi tr ng:
n ớc
Dung dịch axít sunfurit 30 %
Dung dịch axít clohiđric 5%
Dung dịch axít nitrơ 3%
Dung dịch axít lactic 10%
Dung dịch natri hidroxit 10%
1,00 0,95 0,81 0,81 0,95 0,97
1,00 0,95 – 0,80 – 0,95
– – – – – –
Sau khi ph n tích các tính chất cơ-lý
của bê tông cao su trong bảng 2 chúng ta dễ
dàng nhận thấy rằng, bê tông cao su có
c ng độ chịu kéo và nén rất cao so với bê
tông th ng, đặc biệt là bê tông cao su từ
cao su tổng hợp PBN Vì vậy nó thích hợp
cho việc chế t o những kết cấu x y d ng có
khả năng chịu l c lớn, dặc biệt là kết cấu
chịu tải trọng động Ngoài ra những tính chất
hóa học của bê tông cao su đ ợc trình bày
trong bảng 2 cũng chứng minh đ ợc rằng, bê
tông cao su có độ bền ăn mòn rất cao, vì vậy rất thích hợp cho việc chế t o những kết cấu hoặc chế t o lớp bảo vệ cho kết cấu bê tông cốt thép làm việc trong môi tr ng có tính
ăn mòn
D a và kết quả thí nghiệm nén mẩu thử chuẩn các nhà nghiên cứu đã x y d ng biểu đồ quan hệ ứng suất và biến d ng của
bê tông cao su PBN với tỉ lệ tối u đuợc thể hiện trên hình vẽ [1]
0
20
40
60
80
100
120
Hình – Biểu đồ quan hệ ứng suất và biến d ng nén của bê tông cao su (PBN)
ến th i điểm hiện nay đã có nhiều
công trình nghiên cứu và thiết lập các lý
tuyết tính toán cho các kết cấu x y d ng trên nền tảng bê tông cao su Tuy vậy hiện nay bê
Trang 4tông cao su vẫn ch a đ ợc sử dụng rộng rãi
trong xây d ng Tr ớc hết là do những tính
chất cần thiết cho việc tính toán thiết kế của
bê tông cao su vẫn ch a đ ợc chuẩn hóa,
còn nhiều đặc thù làm việc của các kết cấu
x y d ng từ bê tông cao su vẫn ch a đ ợc
nghiên cứu Tuy nhiên với những tính chất
cơ-lý và hóa học v ợt trội so với bê tông từ
xi măng, bê tông cao su sẽ dễ dàng tìm đ ợc
vị trí của mình trong x y d ng hiện đ i Nh
có c ng độ chịu kéo và nén cao nên sử
dụng bê tông cao su cho kết cấu chịu l c sẽ
làm giảm tiên tốn vật liệu và tải trọng của
toàn công trình iều này sẽ làm giảm chi
phí sản xuất và sử dụng Vả l i vì trọng
l ợng bản th n của kết cấu giảm nên tải
trọng truyền xuống móng công trình giảm,
dẫm đến giảm chi phí x y d ng nền móng
cho công trình ặc biệt với khả năng chống
ăn mòn rất cao nên kết cấu từ bê tông cao su
sẽ có tuổi thọ và độ bền cao Tuy nhiên, vật
liệu bê tông cao su có giá thành rất cao so
với bê tông th ng, vì vậy cần phải c n nhắc
về hiệu quả kinh tế khi sử dụng lo i vật liệu
này
Theo kiến nghị của các nhà nghiên cứu bê tông cao su đặc biệt hiệu quả khi sử dụng để chế t o kết cấu hoặc bảo vệ những chi tiết kết cấu làm việc d ới tác dụng của môi tr ng ăn mòn cao Ngoài ra bê tông cao su có thể sử dụng để làm mặt đ ng s n bay, đ ng ô tô t i những nơi có l u l ợng giao thông lớn [2, 3, 4, 5]
Kết luận
S ra đ i của vật liệu bê tông cao su với những tính chất cơ-lý và hóa học thuận lợi đánh dấu một b ớc phát triển mới trong lĩnh v c khoa học x y d ng và góp phần giải quyết những vấn đề cấp bách về kết cấu x y
d ng, đặc biệt kết cấu cho nhà cao tầng và kết cấu sử dụng trong môi tr ng có tính ăn mòn cao Liên hệ với điều kiện ở Việt Nam,
n ớc ta có b biển trải dài khắp đất n ớc và
có rất nhiều công trình gần biển và công trình trên biển, nơi mà có tính ăn mòn cao thì việc sử dụng vật liệu bê tông cao su cho những kết cấu này là một giải pháp tốt Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển vật liệu này trong điều kiện Việt Nam là một h ớng phát triển có tính cấp bách cao
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1.] Borisov Y M Những vật liệu phức hợp hiệu quả từ cao su tổng hợp PBN Luận án tiến sĩ Voronezh, 1998
[2.] Chmykhov V A Sức bền của bê tông cao su d ới tác dụng của môi tr ng ăn mòn Luận án tiến sĩ Voronezh, 2002
[3.] Nguyễn Phan Duy Khảo sát độ bền và khả năng chống nứt trên tiết diện thẳng góc của phần tử chịu uốn từ bê tông cao su cốt sợi ph n tán Luận án th c sỹ Voronezh, 2007 [4.] Nguyễn Phan Duy Phần tử chịu uốn hai lớp của kết cấu x y d ng từ bê tông th ng
và bê tông cao su Luận án tiến sĩ Voronezh, 2010
[5.] Polikutin A E ộ bền và khả năng chống nứt trên tiết diện nghiêng của phần tử chịu uốn kết cấu x y d ng từ bê tông cao su Luận án tiến sĩ Voronezh, 2002