ANH HƯONG CUA PHU GIA ĐONG KẾT NHANH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN LÂU DÀI CUA BÊ TONG. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Các tính chất cơ lý của bê tông phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối, loại vật liệu sử dụng, hàng lượng xi măng, tỉ lệ nước/ xi măng, hàm lượng phụ gia, môi trường dưỡng hộ…Việc sử

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Thế V ơng

NH HƯ NG C A TỶ LỆ H GIA Đ NG KẾT NHANH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ

CHỊU NÉN LÂU DÀI C A BÊ T NG

Học viên: Trần Thế Vương Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình DD và CN

Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K34.XDD.QNg, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt:

Bê tông là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng Các tính chất cơ lý của bê tông phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cấp phối, loại vật liệu sử dụng, hàng lượng xi măng, tỉ lệ nước/ xi măng, hàm lượng phụ gia, môi trường dưỡng hộ…Việc sử dụng phụ gia hóa học, cụ thể là phụ gia đông kết nhanh để rút ngắn thời gian thi công cho công tác bê tông ngày càng được sử dụng rộng rãi Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đông kết nhanh Sikament R4 đến cường độ chịu nén lâu dài của bê tông khi được dưỡng hộ trong cả hai môi trường nước và không khí; với hai tỉ lệ chất lỏng/xi măng là 0,5 và 0,42 Tỉ lệ phụ gia được sử dụng là 0,5%, 0,75% và 1% tổng khối lượng xi măng

Kết quả cho thấy rằng khi sử dụng tỉ lệ phụ gia hợp lý và giảm lượng nước trộn sao cho độ sụt hỗn hợp vẫn đảm bảo tính lưu động của bê tông so với mẫu đối chứng thì cường độ bê tông ở 7 ngày tuổi phát triển rất cao đạt bằng cường độ bê tông không sử dụng phụ gia tại thời điểm 28 ngày Điều đó có thể thấy hiệu quả chủ yếu của phụ gia là giảm nước nhưng vẫn đảm bảo độ lưu động bê tông ướt (thể hiện qua độ sụt) và giúp tăng nhanh cường độ ở tuổi sớm (7 ngày) Ngoài ra, có thể thấy rằng cường độ chịu nén của các mẫu bê tông có hay không có phụ gia khi được dưỡng hộ trong môi trường nước cũng cao hơn so với

bê tông dưỡng hộ trong môi trường không khí Đến 90 ngày, hầu như các mẫu bê tông có phụ gia cả dưỡng

hộ trong nước và không khí gia tăng cường độ rất bé so với thời điểm 56 ngày, thậm chí mẫu bê tông sử dụng 1% phụ gia khi được dưỡng hộ ngoài không khí thì cường độ chịu nén tại 90 ngày giảm hơn so với 56 ngày Do đó, phụ gia đông kết nhanh giúp phát triển cường độ sớm và có cường độ cao hơn với mẫu không dùng phụ gia trong giai đoạn đầu (đến 56 ngày tuổi) càng về sâu (đến 90 ngày tuổi) cường độ bê tông không phát triển thêm nhiều mà thậm chí còn giảm

Từ hó : bê tông, cường độ chịu nén, phụ gia Sikament R4, môi trường nước, môi trường không khí

EFFECT OF FAST SETTING OF ADDITIVE RATIO ON LONG-TERM

COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE

Summary: Concrete is widely used in construction works The mechanical and physical properties of concrete depend mainly on the mix proportions, the type of materials used, cement content, the water and cement ratio, the admixtures, curing environment, The use of chemical admixtures, particularly rapid setting admixtures for shortening the construction time is widely used

The thesis studies the effect of rapid setting admixture Sikament R4 on the long-term compressive strength of concrete in both water curing and laboratory curing The liquid and cement ratios were 0.5 and 0.42 in which liquid is denifed as the total of water and Sikament R4 The proportions of rapid setting admixture were 0.5%, 0.75% and 1% by weight of cement

The results show that when a reasonable proportion of admixture used and reducing the amount of water so that the slump still ensures the worability of concrete, the compressive strength of concrete at 7 days are equal or higher than that of the control samples without admixture at 28 days It can be seen that the main effect of additives is to reduce water but still ensure workability of fresh concrete via slump and increase early age (7 days) compressive strengths In addition, it can be seen that the compressive strength

of concrete samples with or without admixture cured in water are also higher than that of concrete cured in

an air environment At 90 days, the compressive strength of concrete samples cured in both envieonments increase are higher than that of 56 days, but the increase is not significant for 0.5% and 0.75% samples, even reduced for 1% of admixture samples cured in air environments Therefore, rapid setting admixture improves early age compressive strength (7 days) at higher strength than that of the control samples at 28 days, but the longterm compressive strength (90 days) was not developed or even reduced

Keywords: concrete, compressive strength, rapid setting admixture Sikament, water curing, air curing

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Bố cục của luận văn 2

CHƯƠNG 1 T NH CH T CƠ H C C A B T NG, T NG UAN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG C A PHỤ GIA TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG 3

1.1 T NH CH T CƠ H C C A B T NG 3

1.1.1 Khái niệm thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông 3

1.1.2 Tính chất cơ học của Bê tông 4

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông 5

1.2 T NG UAN V PHỤ GIA TRONG B T NG 8

1.2.1 Khái niệm và phân loại phụ gia cho bê tông 8

1.2.2 Ảnh hưởng của phụ gia đến một số đặc tính của bê tông 18

1.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHỤ GIA TRONG VỮA VÀ B T NG Ở VIỆT NAM 18

1.4 VAI TRÒ, THÀNH PHẦN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG C A PHỤ GIA Đ NG KẾT NHANH TRONG B T NG 20

1.4.1 Vai trò 20

1.4.2 Thành phần hóa học của phụ gia đông kết nhanh 21

1.4.3 Ứng dụng của phụ gia đông kết nhanh trong bê tông đối với các công trình hiện nay: 22

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ THIẾT BỊ TH NGHIỆM 23

2.1.VẬT LIỆU SỬ DỤNG 23

2.1.1 Cát (Cốt liệu nhỏ) 23

2.1.2 Đá dăm (Cốt liệu lớn) 24

2.1.3 Xi măng 25

2.1.5 Phụ gia đông kết nhanh 28

2.2 THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO TH NGHIỆM 29

2.2.1.Ván khuôn 29

2.2.2 Đầm bê tông 30

2.2.3 Máy nén 30

2.2.4 Phòng dưỡng hộ mẫu nén 30

2.2.5 Máy trộn bê tông: sử dụng máy trộn dung tích 300l 30

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31

CHƯƠNG 3 TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG C A PHỤ GIA Đ NG KẾT NHANH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN LÂU DÀI C A B T NG 32

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 32

3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG TH NGHIỆM 32

3.3 TH NGHİỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG C A PHỤ GİA Đ NG KẾT NHANH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ B T NG KHİ KH NG THAY Đ İ LƯỢNG NƯỚC TRỘN (CL/X=0,5) 32

3.3.1 Thành phần cấp phối 32

3.3.2 Xác định độ sụt của các thành phần cấp phối 34

3.3.3 Đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu 35

3.3.4 Thí nghiệm nén mẫu 36

3.3.5 Hình ảnh quá trình chuẩn bị và thực hiện thí nghiệm 37

3.3.6 Các kết quả thí nghiệm và thảo luận 39

3.4 TH NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG C A PHỤ GIA Đ NG KẾT NHANH ĐẾN CƯỜNG ĐỘ B T NG KHI GIẢM LƯỢNG NƯỚC PHA TRỘN (CL/X=0,42) 45

3.4.1 Thành phần cấp phối, xác định độ sụt, đúc mẫu và dưỡng hộ mẫu 45

3.4.2 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 48

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54

KẾT LUẬN VÀ KİẾN NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 UYẾT ĐỊNH GIAO Đ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN C A HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT C A CÁC PHẢN BIỆN

Bảng 2.1 Thành phần hạt của cát 23

Bảng 2.2 Hàm lượng ion Cl- trong cát 23

Bảng 2.3 Thành phần hạt của cốt liệu lớn 24

Bảng 2.4 Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập 24

Bảng 2.5 Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm 25

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng 25

Bảng 2.7 So sánh chỉ tiêu chất lượng của Xi măng Kinh Đỉnh PCB40 với TCVN 26

Bảng 2.8 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sun at, ion clorua và cặn không tan trong nước trộn v a 27

Bảng 2.9 Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sun at, ion clorua và cặn không tan trong nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông 28

Bảng 2.10 Các yêu cầu về thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của v a 28

Bảng 3.1 Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông 33

Bảng 3.2 Thành phần cấp phối của 1 mẻ trộn 33

Bảng 3.3 Kết quả đo độ sụt 40

Bảng 3.4.1 Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm(CL/X=0,5) 40

Bảng 3.4.2.Tổng hợp Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm(CL/X=0,5) 44

Bảng 3.5 Thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông khi giảm lượng nước trộn (CL/X=0,42) 46

Bảng 3.6 Thành phần cấp phối của 1 mẻ trộn(CL/X=0,42) 46

Bảng 3.7 Xác định độ sụt của các thành phần cấp phối (CL/X=0.42) 47

Bảng 3.8.1 Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm(CL/X=0,42) 48

Bảng 3.8.2 Tổng hợp Cường độ chịu nén của các mẫu thí nghiệm(CL/X=0,42) 51

Hình 1.1 Mẫu thí nghiệm nén 4

Hình 1.2 Sự phá hoại mẫu thử khối vuông 5

Hình 1.3 Biểu đồ sự phá hoại mẫu thử khối vuông 6

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn 7

Hình 1.5 Cấu trúc lignosulfonate 21

Hình 2.1 phụ gia sikament R4 29

Hình 2.2 Máy nén bê tông 30

Hình 2.3 Bảo dưỡng mẫu trong môi trường nước và không khí 30

Hình 3.1 Côn đo độ sụt 34

Hình 3.2 Đo độ sụt cấp phối 35

Hình 3.3 Cân, đo các thành phần cấp phối và trộn bê tông 35

Hình 3.4 Dưỡng hộ mẫu nén trong bể nước và ngoài không khí 36

Hình 3.5 Mẫu nén sau gia tải 37

Hình 3.6 Kết quả mẫu nén(mẫu) 37

Hình 3.7 Ván khuôn đúc mẫu nén,lưu mẫu và đo độ sụt bê tông 39

Hình 3.8 Sự phát triển cường độ chịu nén của mẫu nhóm dưỡng hộ không khí(A)-(CL/X=0.5) 44

Hình 3.9 Sự phát triển cường độ chịu nén của mẫu nhóm dưỡng hộ nước(W) (CL/X=0.5) 44

Hình 3.10 Sự phát triển cường độ chịu nén của mẫu nhóm dưỡng hộ không khí(A)(CL/X=0,42) 52

Hình 3.11 Sự phát triển cường độ chịu nén đến 56 ngày tuổi của mẫu nhóm dưỡng hộ nước(W) (CL/X=0,42) 52

bê tông thì hàng năm trên thế giới sử dụng khoảng 35 tỷ tấn bê tông các loại và sản

lượng bê tông tiếp tục tăng lên trong các năm tới.[1]

Trên thế giới, phụ gia cho bê tông được quan tâm ngay từ cuối thế ký 19 Ở nước

ta việc nghiên cứu sử dụng phụ gia trong bê tông bắt đầu vào nh ng năm 1970; tuy nhiên mãi đến nh ng năm 1990 trở về sau này thì phụ gia trong bê tông được dùng rộng rãi ở nước ta với nhiều hãng cung cấp như: công ty SIKA Thụy sĩ , MBT Thụy sĩ, GRAC Mĩ, osroc Anh, SKW Đức, Mapei , Theo một báo cáo khảo sát và đánh giá của Grand View Research (Mỹ), các sản phẩm phụ gia - hóa chất xây dựng trên toàn thế giới sẽ tăng trưởng dần đều hàng năm (từ 2013 - 2024) nhờ sự phát triển và quá trình đô thị hóa mạnh mẽ ở các nước Mặc dù chiếm tỷ lệ rất nhỏ (khoảng 2 - 3%) trong tổng chi phí của mỗi công trình, nhưng phụ gia - hóa chất xây dựng lại góp một phần không nhỏ vào chất lượng, tiến độ, thẩm mỹ,… của công trình Trong đó, phụ gia

bê tông (PGBT) là một trong nh ng dòng sản phẩm tham gia trực tiếp vào phần kết cấu của công trình[2]

Ngày nay ở Việt Nam, để đáp ứng nhu cầu của kinh tế xã hội; rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành xây dựng, tăng hiệu quả đầu tư nên trong cấp phối bê tông người ta dùng phụ gia hóa dẻo để làm tăng nhanh đông kết của bê tông làm cho bê tông nhanh đạt cường độ thiết kế trong thời gian ngắn nhất 3 ngày, 7 ngày Điều đó làm giảm thời gian thi công, rút ngắn tiến độ; sớm đưa công trình vào sử dụng

Tuy nhiên việc sử dụng phụ gia trong bê tông, cụ thể là phụ gia đông kết nhanh ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông Việc rút ngắn thời gian phát triển cường độ bê tông đạt mức thiết kế ảnh hưởng đến nhiều tính chất cơ lý của bê tông Đánh giá ảnh hưởng của phụ gia đông kết nhanh đến cường độ lâu dài của bê tông là việc cần thiết góp phần đánh giá khả năng chịu lực thực tế của cấu kiện bê tông cốt thép trong thời

gian tồn tại của công trình Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu:“ nh

h ởng ủ phụ gi đông ết nh nh đến ng độ hịu nén lâu dài ủ bê tông”

2 Mụ tiêu ủ đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đông kết nhanh đến cường độ chịu nén lâu dài của bê tông trong cả hai môi trường dưỡng hộ là dưỡng hộ trong nước và trong không khí

Đối t ng nghiên u

3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Ảnh hưởng của phụ gia đông kết

nhanh đến cường độ chịu nén lâu dài của bê tông

3.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của phụ

gia đông kết nhanh đến cường độ chịu nén của bê tông tại các thời điểm 1 ngày, 3 ngày, 7 ngày, 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày Tại thời điểm mỗi ngày nén 3 mẫu và lấy giá trị trung bình Thí nghiệm xem xét đến cả ảnh hưởng của hai môi trường dưỡng hộ gồm dưỡng hộ trong nước và dưỡng hộ trong không khí

4 hạm vi nghiên u

- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn TCVN 3105 - 1993: Hỗn hợp bê tông nặng và Bê tông nặng – Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu; TCVN 3106 -1993; Hỗn hợp bê tông nặng – Phương pháp thử độ sụt; TCVN 3118 – 1993: Bê tông nặng – phương pháp xác định cường độ nén

- Các mẫu bê tông thí nghiệm có thành phần tỷ lệ phụ gia đông kết nhanh (Sikament R4) dùng trong tỉ lệ chất lỏng là 0,5%, 0,75%, 1%

- Phân tích và thảo luận các kết quả thí nghiệm

- Đánh giá sự ảnh hưởng của tỷ lệ phụ gia đến cường độ chịu nén của bê tông

5 Bố ụ ủ luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về bê tông dùng phụ gia và phạm vi ứng dụng của các loại phụ gia trong bê tông

Chương 2: Tiêu chuẩn, vật liệu và thiết bị thí nghiệm

Chương 3: Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của phụ gia đông kết nhanh đến cường độ chịu nén lâu dài của bê tông

CHƯƠNG 1

T NH CH T CƠ HỌC C A BÊ T NG T NG UAN VÀ HẠM VI ỨNG D NG C A H GIA TRONG LĨNH VỰC XÂ DỰNG

1 1 T NH CH T CƠ HỌC C A BÊ T NG

1 1 1 Khái niệm thành phần ấu trú và phân l ại bê tông

Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác[8]

Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường

độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm[12]

Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm chất kết dính liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng [4]

Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dạng kích thước cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một số ít nước thừa và lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi)

uá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo

* Bê tông đ phân l ại the á á h s u đây:

Theo cấu trúc: bê tông đặc chắc, bê tông có lỗ rỗng (dùng ít cát), bê tông

tổ ong, bê tông xốp

Theo dung lượng: bê tông nặng (γ = 2200 ÷ 2500 kG/m3 ); bê tông nặng cốt liệu bé (γ = 1800 ÷ 2200 kG/m3 ); bê tông nhẹ (γ < 1800 kG/m3 ); bê tông đặc biệt nặng (γ> 2500 kG/m3 )

Theo chất kết dính: bê tông xi măng, bê tông nhựa, bê tông chất dẻo, bê tông thạch cao, bê tông xỉ, bê tông sillicat

Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tông chịu nóng,

bê tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực v.v…

Theo thành phần hạt: bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn đá hộc…

1.1.2 Tính hất ơ h ủ Bê tông

Cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu Cường độ của bê tông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó Với bê tông cần xác định cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo

1.1.2.1 Cường độ chịu nén

Cường độ chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tông Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn

để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn Mẫu để

đo cường độ có thể dạng khối vuông cạnh a = 10; 15; 20 cm; khối lăng trụ đáy vuông; khối trụ tròn, được thực hiện theo điều kiện chuẩn trong thời gian 28 ngày

Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương tác dụng lực, bê tông còn bị

nở ngang Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm cho bê tông bị nứt và bị phá

vỡ Nếu hạn chế được mức độ nở ngang của bê tông có thể làm tăng khả năng chịu nén của nó Trong thí nghiệm nếu không bôi trơn mặt tiếp xúc gi a mẫu thử và bàn nén thì tại đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang, kết quả mẫu bị phá hoại theo hình tháp đối đỉnh như hình 1.1 Nếu bôi trơn mặt tiếp xúc để bê tông tự do nở ngang thì khi biến dạng ngang quá mức trong mẫu sẽ xuất hiện các vết nứt dọc và sự

phá hoại xảy ra như trên hình 1.1c Cường độ của mẫu được bôi trơn thấp hơn cường

độ của mẫu khối vuông có ma sát

1.1.2.2 Cường độ chịu kéo

Cường độ chịu kéo của bê tông là một chỉ tiêu quan trọng của bê tông Nó được xác định trên cơ sở uốn dầm bê tông Thông thường cường độ chịu kéo bằng khoảng 10-20% cường độ chịu nén của bê tông, tùy thuộc vào kích thước, hình dạng của các loại cốt liệu Tuy nhiên việc xác định mối quan hệ gi a cường độ chịu kéo và cường

độ chịu nén của bê tông một cách chính xác nhất là thông qua việc thực hiện thí nghiệm mẫu

1 1 Cá nhân tố ảnh h ởng đến ng độ ủ bê tông

Độ cứng, độ sạch và cấp phối cốt liệu

Tỷ lệ gi a nước và xi măng

Chất lượng của việc nhào trộn, đổ, đầm và điều kiện bảo dưỡng BT

Nói chung các nhân tố trên ảnh hưởng quyết định đến cường độ chịu nén (R),

và cường độ chịu kéo (Rt) nhưng mức độ có khác nhau Ví dụ tỷ lệ nước trên ximăng (N/X) có ảnh hưởng rất lớn đến R và có phần ít hơn đối với Rt; độ sạch cốt liệu ảnh hưởng lớn đến R và rất lớn đối với Rt cũng như khả năng chịu cắt của bê tông

1.1.3.2 Tuổi của bê tông

Tuổi là thời gian t (ngày) tính từ lúc chế tạo BT đến khi nó chịu lực Cường độ của bê tông tăng theo thời gian Thời gian đầu cường độ tăng nhanh, sau chậm dần

Với BT dùng xi măng pooclăng chế tạo và bảo dưỡng trong điều kiện bình thường, cường độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu

Để biểu diễn sự tăng của R theo t có thể dùng một số công thức thực nghiệm Công thức của B.G XKramtaep (1935) theo qui luật logarit, với t = 7÷300 ngày:

Hình 1.3 Biểu đồ sự phá hoại mẫu thử khối vuông

Trong môi trường thuận lợi (nhiệt độ dương, độ ẩm cao) sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm Còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể

Dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng BT làm cho cường độ tăng rất nhanh trong vài ngày đầu, nhưng sẽ làm cho BT trở nên dòn hơn và có cường độ cuối cùng thấp hơn so với BT được bảo dưỡng theo điều kiện tiêu chuẩn

1.1.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ gia tải và thời gian tác dụng của tải trọng

Tốc độ gia tải khi thí nghiệm cũng ảnh hưởng đến cường độ của mẫu Tốc độ gia tải qui định bằng 2kg/cm2/giây và cường độ đạt được là R Khi gia tải rất chậm, cường độ BT chỉ đạt khoảng (0,85-0.90)R Khi gia tải nhanh, cường độ BT có thể đạt (1,15-1,20)R

Thí nghiệm nén mẫu bê tông đến ứng suất 0,90 đến 0,95R, rồi gi nguyên lực nén trong thời gian dài thì một lúc nào đó mẫu cũng bị phá hoại Đó là hiện tượng bê tông bị giảm cường độ khi tải trọng tác dụng dài hạn

1.1.3.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến cường độ chịu nén, chịu uốn của bê tông

Đá xi măng (mác xi măng và tỷ lệ X/N ) có ảnh hưởng lớn đến cường độ của

bê tông Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ X/N thực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa Hình 1.6 biểu thị mối quan hệ gi a cường

độ bê tông và lượng nước nhào trộn

Độ rỗng tạo ra do lượng nước thừa có thể xác định bằng công thức:

Trong đó:

- N, X : Lượng nước và lượng xi măng trong 1m3 bê tông (kg)

- : Lượng nước liên kết hóa học tính bằng % khối lượng xi măng Ở tuổi

28 ngày lượng nước liên kết hóa học khoảng 15 - 20%

a-Vùng hỗn hợp bê tông cứng không đầm chặt được; b-Vùng hỗn hợp bê tông

có cường độ và độ đặc cao; c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo; d-Vùng hỗn hợp bê

tông chảy

Hình 1.4 Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn

Mối quan hệ gi a cường độ bê tông với mác xi măng, tỷ lệ X/N được biểu thị qua công thức Bolomey-Skramtaev sau:

Đối với bê tông có X/N = 1,4 2,5 thì: Rb = A Rx ( – 0,5)

Đối với bê tông có X/N > 2,5 thì: Rb = A1 Rx ( + 0,5)

Trong đó:

- Rb: Cường độ nén của bê tông ở tuổi 28 ngày(kG/cm2)

- Rx: Mác của xi măng (cường độ) (kG/cm2)

- A, A1 là hệ số được xác định theo chất lượng vật liệu và phương pháp xác định mác xi măng (bảng 1-1)

- X/N là Tỉ lệ Xi măng/nước

Bảng 1.1 Hệ số chất lượng vật liệu A và A1Chất

Tốt - gia thuỷ Xi măng hoạt tính cao không trộnphụ

- Cốt liệu: Đá sạch, cường độ cao, cấp

phối hạt tốt Cát sạch, Mdl = 2.4 2.7

Trung

bình

- Xi măng hoạt tính trung bình,xi

măng poóc lăng hỗn hợp chứa 10

- Xi măng hoạt tính thấp, xi măngpoóc

lăng hỗn hợp chứa trên 15% phụ gia thuỷ

- Cốt liệu: Đá có 1chỉ tiêu chưa phù hợp

TCVN 1771:1987 Cát nhỏ Mdl<2

1 2 T NG UAN VỀ H GIA TRONG BÊ TÔNG

1.2.1 Khái niệm và phân l ại phụ gi h bê tông

Phụ gia là nh ng chất được đưa vào với hàm lượng nhất định để làm thay đổi một số tính chất của xi măng, bê tông trước và sau đóng rắn

Theo sự phân loại của Viện Bê tông Mỹ (ACI), có khoảng 14 loại phụ gia cho

bê tông khác nhau

Tuy vậy, có thể phân các loại phụ gia bê tông thành 2 nhóm chính đó là: Phụ gia khoáng và phụ gia hoá học Trong đó phụ gia hoá học lại phân thành:

- Phụ gia cuốn khí

- Phụ gia giảm nước

- Phụ gia điều chỉnh đông kết

Vì đối tượng nghiên cứu là phụ gia cho bê tông do vậy các loại phụ gia đều được cho vào bê tông trong quá trình chế tạo hỗn hợp bê tông

Ở Việt Nam đã có một số cơ quan soạn thảo các TCVN về phụ gia nhưng do việc sử dụng phụ gia ở Việt Nam còn tương đối mới mẻ và việc chế tạo sản xuất phụ gia bê tông còn hết sức manh mún, chưa thật sự trở thành ngành hoá phẩm xây dựng

Do đó ở quy mô quốc gia chưa có các bộ tiêu chuẩn liên quan Thị trường hoá phẩm xây dựng hiện nay chủ yếu do các hãng nước ngoài nắm nên việc áp dụng các bộ tiêu chuẩn của nước ngoài nhất là ASTM trở nên khá phổ biến, các tiêu chuẩn đó là:

Tiêu chuẩn ASTM C 618 "Tiêu chuẩn về tro bay, puzơlan thiên nhiên nung và không nung làm phụ gia khoáng cho bê tông xi măng pooclăng"

Tiêu chuẩn ASTM C 494 "Tiêu chuẩn về phụ gia hoá học cho bê tông"

Theo tiêu chuẩn này, phụ gia hoá học chia thành 7 loại:

1- Loại A: phụ gia giảm nước

2- Loại B: phụ gia chậm rắn

3- Loại C: phụ gia rắn nhanh

4- Loại D: phụ gia giảm nước - chậm rắn

5- Loại : phụ gia giảm nước - rắn nhanh

6- Loại : phụ gia giảm nước tầm cao

7- Loại G: phụ gia giảm nước tầm cao - chậm rắn

Tiêu chuẩn Anh (UK) có:

Theo Tiêu chuẩn TVCN 8826 – 2011 áp dụng cho 7 loại phụ gia hóa học dùng

cho bê tông xi măng poóc lăng gồm:

- Phụ gia hóa dẻo giảm nước, ký hiệu loại A;

- Phụ gia chậm đông kết, ký hiệu loại B;

- Phụ gia đóng rắn nhanh, ký hiệu loại C;

- Phụ gia hóa dẻo - chậm đông kết, ký hiệu loại D;

- Phụ gia hóa dẻo - đóng rắn nhanh, ký hiệu loại ;

- Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao), ký hiệu loại ;

- Phụ gia siêu dẻo - chậm đông kết, ký hiệu loại G

Phụ gia hóa học (Chemical admixtures): Chất được đưa vào mẻ trộn trước hoặc trong quá trình trộn với một liều lượng nhất định (không lớn hơn 5 % khối lượng xi măng), nhằm mục đích thay đổi một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông

* Phụ gia hóa dẻo giảm nước (Water-reducing admixtures)

Chất phụ gia làm tăng độ sụt của hỗn hợp bê tông khi gi nguyên tỉ lệ Nước/Xi măng, hoặc làm giảm lượng nước trộn mà vẫn gi nguyên độ sụt của hỗn hợp bê tông, bê tông có cường độ cơ học cao hơn

* Phụ gia chậm đông kết (Retarding admixtures)

Phụ gia làm giảm tốc độ phản ứng gi a xi măng và nước, do đó kéo dài thời gian đông kết của bê tông

* Phụ gia đóng rắn nhanh (Accelerating admixtures)

Phụ gia làm tăng nhanh tốc độ phản ứng ban đầu gi a xi măng và nước, do đó rút ngắn thời gian đông kết của bê tông và làm tăng cường độ của bê tông ở tuổi ngắn ngày

* Phụ gia hóa dẻo - chậm đông kết (Water-reducing and retarding admixtures)

Phụ gia kết hợp được các chức năng của phụ gia hóa dẻo và phụ gia chậm đông kết

* Phụ gia hóa dẻo - đóng rắn nhanh (Water-reducing and accelerating admixutres)

Phụ gia kết hợp được các chức năng của phụ gia hóa dẻo và phụ gia đóng rắn nhanh

* Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao) (Water-reducing, high range admixtures)

Phụ gia cho phép giảm một lượng lớn nước trộn không nhỏ hơn 12 % mà vẫn gi nguyên được độ sụt của hỗn hợp v a bê tông, thu được bê tông có cường độ cao hơn

* Phụ gia siêu dẻo - chậm đông kết (Water-reducing, high range, and retarding admixtures)

Phụ gia kết hợp được chức năng của phụ gia siêu dẻo và phụ gia chậm đông kết

1.2.1.1 Phụ gia khoáng dùng trong bê tông

Phụ gia khoáng dùng trong bê tông có thể có các loại sau:

- Phụ gia lấp đầy: tác dụng chủ yếu của loại phụ gia này là cải thiện thành phần hạt của bê tông, tiết kiệm xi măng, tăng độ đặc vi cấu trúc (phụ gia trơ)

- Phụ gia hoạt tính puzơlan: thay thế xi măng, tăng dẻo, tăng độ đặc vi cấu trúc, tăng độ bền lâu của bê tông trong các môi trường có tác nhân xâm thực (phụ gia khoáng hoạt tính) Puzơlan là các vật liệu nguồn gốc thiên nhiên hay nhân tạo có hay không có đặc tính xi măng hóa, nhưng ở dạng nghiền mịn và trong môi trường ẩm nó

có thể phản ứng hóa học với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường tạo nên các thành phần xi măng hoá Thực tế tên gọi Puzơlan đầu tiên dùng cho các vật liệu Pyroclastic tạo nên

do các hoạt động của núi lửa nhưng đến nay nó được sử dụng như thuật ng chung để miêu tả các vật liệu có khả năng xi măng hoá hoặc phản ứng với việc khi có mặt của nước hình thành các thành phần rắn và tạo nên cường độ

Thuật ng “Phụ gia khoáng” thường được sử dụng cho tất cả các vật liệu xi măng hoá và Puzơlaníc không phân biệt nguồn gốc của chúng Khả năng hoạt tính của các phụ gia khoáng có thể đánh giá bởi chỉ số hoạt tính với vôi hoặc xi măng Pooclăng hay thông qua độ hút vôi

Một trong các sản phẩm hình thành trong quá trình hyđrat hoá của xi măng Poóclăng là Ca(OH)2 và hàm lượng của nó phụ thuộc vào thành phần của xi măng và thời gian đóng rắn Trong v a và bê tông, Ca(OH)2 biểu hiện liên kết yếu nhất trong vùng liên kết gi a hồ và cốt liệu, vì vậy nó ảnh hưởng xấu tới cường độ của v a và bê tông Hơn n a, sự có mặt của Ca(OH)2 có thể làm giảm độ bền của v a và bê tông trong môi trường ăn mòn Do đó độ bền bê tông không thể đảm bảo khi sử dụng xi măng Pooclăng Vì thế, các phụ gia khoáng pha vào xi măng Pooclăng không chỉ làm giảm hàm lượng Ca(OH)2 mà còn làm tăng cấu trúc của v a và bê tông, do đó góp phần cải thiện một số tính chất của v a và bê tông

Phụ gia khoáng có thể phân ra làm 2 loại dựa vào nguồn gốc của chúng là: phụ gia khoáng thiên nhiên và phụ gia khoáng nhân tạo Các phụ gia khoáng nhân tạo có thể là các thải phẩm của công nghiệp như: tro, xỉ hay các dạng đất sét nung, Silica um, mêtacaolanh, tro trấu Các phụ gia này thường có hiệu quả cao nhưng giá thành lớn, đặc biệt là Silica um, mêtacaolanh Thực tế sử dụng chỉ ra rằng phụ gia khoáng thiên nhiên có hiệu quả thấp hơn, nhưng do giá thành thấp và sẵn có nên thường được sử dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển Tùy theo mục đích và yêu cầu kỹ thuật cụ thể mà lựa chọn loại phụ gia cho hợp lý Nhưng thực tế cho thấy, khi chế tạo các loại sản phẩm yêu cầu tính năng kỹ thuật cao như bê tông chất lượng cao, bê tông bền sun at thì nên sử dụng các loại phụ gia nhân tạo có hoạt tính cao

* Phụ gia khoáng thiên nhiên:

Là loại phụ gia đã được sử dụng từ lâu trong công nghiệp xi măng và bê tông Phụ gia khoáng thiên nhiên bao gồm đá bazan, tro núi lửa, trass, điatomít, đá silic Thành phần chủ yếu của các phụ gia khoáng thiên nhiên là SiO2, ngoài ra còn có Al2O3

và Fe2O3 Độ hoạt tính của phụ gia phụ thuộc chủ yếu vào thành phần của chúng, điều này có nghĩa là phụ thuộc vào nguồn gốc và điều kiện hình thành của phụ gia Điển hình là đá núi lửa và zeolite Đá núi lửa theo nghiên cứu là loại đá có khả năng hoạt tính puzzơlanic Mặc dù hoạt tính thấp ,nhưng do giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi làm phụ gia cho xi măng và bê tông Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra một số loại đá có khả năng hoạt tính puzơlaníc ở nhiều nước người ta đã sử dụng trass, đá bọt, thay thế đến 20% trọng lượng xi măng trong v a và bê tông Zeolít cũng được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là Trung uốc Ảnh hưởng của nó trong đặc tính của

xi măng và bê tông phụ thuộc và mức độ trộn lẫn Bê tông sử dụng xi măng trộn lẫn 30% zeolít có lượng nước yêu cầu tương tự như xi măng Pooclăng với cùng độ sụt., nhưng sự phân tầng giảm đi Yêu cầu nước tăng lên khi mức độ thay thế vượt quá 30%, sự thêm zeolít vào bê tông dẫn đến sự tăng cường độ nén và giảm hàm lượng lỗ rỗng trong hồ trộn lẫn Đặc biệt mức tăng 10 15% Rn có thể đạt được khi trộn lẫn 10% zeolít trong bê tông sử dụng phụ gia siêu dẻo (SP) cho các tỷ lệ N/X = 0.31 0.35 Zeolít còn làm giảm mức độ kết tinh của Ca(OH)2 trong vùng chuyển tiếp bề mặt

gi a lỗ và cột tiêu, do đó làm tăng cấu trúc và đặc tính của vùng này Thêm vào đó, sự

có mặt của zeolít trong bê tông còn chống lại sự giãn nở của phản ứng alkali của cốt liệu do sự giảm nồng độ của alkali trong nước lỗ rỗng

Ở nước ta, nguồn gốc phụ gia khoáng thiên nhiên rất phong phú và đa dạng Từ lâu chúng đã được sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng và chế tạo bê tông Ngay từ nh ng năm 1980 nước ta đã có tiêu chuẩn quy định chất lượng và phương pháp kiểm tra đối với phụ gia hoạt tính Puzơlan (TCVN 735 - 82), xỉ lò cao (TCVN

4315 - 1986) và gần đây là tiêu chuẩn đối với đá bazan (TCXD 208 - 1998) sử dụng làm phụ gia cho xi măng và bê tông

Trước đây các nhà máy thường sản xuất xi măng Pooclăng PC30, PC40 theo TCVN 2682 - 78, trong đó cho phép pha không quá 15% phụ gia khoáng (xỉ lò cao, puzơlan nhân tạo, tro bay, ) Hiện nay, sau khi Nhà nước ban hành TCVN 6260 -

1997 xi măng Pooclăng hỗn hợp - yêu cầu kỹ thuật, cho phép pha các phụ gia khoáng tối đa đến 40% khối lượng xi măng, thì nhu cầu sử dụng các loại phụ gia khoáng ngày càng tăng Việc tăng tỷ lệ phụ gia trong xi măng đã làm tăng đáng kể sản lượng xi măng sản xuất và đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật rất lớn cho nền kinh tế quốc dân

* Phụ gia khoáng nhân tạo

Ngày nay phụ gia khoáng thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, bởi vậy phụ gia khoáng nhân tạo càng được sử dung rông rãi Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, một số phụ gia khoáng nhân tạo có hoạt tính puzơlaníc cao đang được sử dụng ngày càng rộng rãi, tuy nhiên một số phụ gia khoáng nhân tạo giá thành cao

Phụ gia khoáng nhân tạo dược sử dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới là xỉ

lò cao (BFS), hay tro bay (FA), đất sét nung, silica um, tro trấu (RHA), mêtacaolanh (MK) Các phụ gia khoáng nhân tạo là các phế thải công nghiệp như B S, A được sử dụng rộng rãi nhất không chỉ do giá thành thấp mà còn do đóng góp bảo vệ môi trường Sự khác nhau về nguồn gốc và điều kiện hình thành của các phụ gia khoáng nhân tạo dẫn đến sự khác nhau về hoạt tính puzơlaníc, bởi vậy hiệu quả sử dụng chúng trong xi măng và bê tông sẽ khác nhau

Xỉ được sử dụng làm phụ gia trong xi măng và bêtông chủ yếu là xỉ lò cao tạo hạt (B S) Thành phần cơ bản của một số ôxyt trong xỉ lò cao nằm trong giới hạn sau SiO2=27-40%, Al2O3= 30-50%, CaO=5-23%, MgO=1-21%

Cũng giống như xỉ, tro bay là phế liệu của công nghiệp được sử dụng rộng rãi làm phụ gia trong xi măng và bê tông Thành phần hoá học của tro bay phụ thuộc thành phần của than Tro bay chứa hàm lượng pha thuỷ tinh cao được sử dụng để pha trộn vào xi măng Poóc lăng Thành phần hoá học chủ yếu của các loại tro bay như SiO2 ,Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3là khác nhau

Silica um là phụ gia khoáng hoạt tính gồm các hạt SiO2 rất mịn chủ yếu ở trạng thái vô định hình Thực tế thành phần hóa học chủ yếu của nó là SiO2 thường lớn hơn 80% phụ thuộc vào phương pháp sản xuất Kích thước hạt silica um nhỏ hơn

Tro trấu (RHA) là sản phẩm sản xuất bằng cách đốt tro trấu tại nhiệt độ khoảng

7500c thành phần chính của RHA là SiO2 nằm trong khoảng 80-95% phụ thuộc vào hàm lượng các bon không nung Tuy nhiên độ hoạt tính của RHA không bị giảm bởi

sự có mặt của cácbon mà chỉ làm giảm hàm lượng SiO2 vô định hình có mặt trong tro trấu

Mêtacaolanh(MK) là alumôsilicát hoạt tính hình thành do nung caolanh tinh

khiết hoặc đất sét caolinhít trong khoảng nhiệt độ hợp lý và nghiền đến độ mịn cao

Mêtacaolanh có thể kết hợp với Ca(OH)2để hình thành các sản phẩm hyđrát, vì thế nó

góp phần làm tăng các đặc tính của v a bê tông Khả năng phản ứng của MK phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng, nguồn gốc nguyên vật liệu và điều kiến

sản xuất

Một số phụ gia hoạt tính cao như silica um, tro trấu, đất sét nung, mêtacaolanh

đã được sử dụng rộng rãi trong bê tông và xi măng Nhiều kết quả nghiên cứu tại nhiều

nược trên thế giới chỉ ra rằng :mặc dù lượng nước yêu cầu tăng lên nhanh cùng với

việc tăng mức độ thay thế, nhưng sự trộn lẫn của các phụ gia này trong xi măng và bê

tông có thể :

- Tăng cường độ của v a bê tôngvới hàm lượng thay thế thích hợp

- Giảm nhiệt toả của xi măng và bê tông

- Giảm lỗ rỗng trong đá xi măng và trong vùng chuyển tiếp bề mặt gi a hồ và

cốt liệu

- Giảm tính thấm của v a và bê tông

- Tăng độ bền trong môi trường ăn mòn

- Giảm phản ứng alkali của cốt liệu, do đó quá trìnhăn mòn cốt thép của bê tông

giảm đi

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu xây dựng,

các sản phẩm bê tông cường độ cao và chất lượng cao ngày càng được sử dụng nhiều

Việc sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính cao góp phần đảm bảo các yêu cầu này của bê

tông chất lượng cao Vì vậy yêu cầu về các phụ gia hoạt tính cao là không thể thiếu

trong bê tông

Nói chung phụ gia khoáng khi sử dụng cho phép tạo ra các hiệu quả sau:

(1) Tăng dẻo (giảm nước) nhờ hiệu ứng ổ bi (Ball - bearing e ect) các phụ gia

như tro bay nhiệt điện, silica ume có hình dạng tròn khi cho vào bê tông có tác dụng

làm giảm ma sát khô

(2) Cải thiện thành phần hạt làm tăng độ đặc (increase packing desity), giảm

tách nước (trừ phụ gia xỉ lò cao tạo hạt nghiền mịn)

(3) Tăng cường độ, tăng độ bền lâu và giảm toả nhiệt cho bê tông khối lớn nhờ

có hoạt tính puzơlanic

1.2.1.2 Phụ gia hoá học trong bê tông

Theo phân loại của ASTM C 494 có ít nhất 7 loại phụ gia hoá học cho bê tông.Trong đó chủ yếu là các loại phụ gia giảm nước, đây là loại phụ gia được sử dụng phổ biến hiện nay ở Việt Nam cũng như các nước khác trên thế giới

* Các loại phụ gia giảm nước tầm cao thế hệ mới

(1) Naphtalene Formandehyde Sunfonated - NFS

(2) Melamine Formandehyde Sunfonated - MFS

(3) PolyCarboxylate (Arcrylate 1)

(4) PolyCarboxylate Ether (Arcrylate 2)

(5) Cross-linked polymer (Arcrylate 3) Polime liên kết chéo

(6) Amino-sunfonate polymer

1.2.1.3 Cơ chế hoá dẻo của phụ gia giảm nước tầm cao thế hệ 2

a Thuyết phân tán (Dispersion Theory)

Để tăng khả năng giảm nước của bê tông cần tăng cường khả năng phân tán của các hạt xi măng Khả năng này cần được duy trì theo thời gian và khả năng này có được nhờ lực đẩy tĩnh điện và khả năng chống vón tụ của các chất hấp phụ lên bề mặt hạt xi măng

Cơ chế tạo tính ổn định của hạt vô cơ cũng như của các hạt xi măng cơ bản giống nhau Tuy vậy, đối với xi măng, trạng thái bề mặt của chúng thay đổi theo thời gian do tiến trình thuỷ hoá xi măng

b Thuyết DLVO

Để giải thích tính ổn định của trạng thái phân tán dưới góc độ lực đẩy tĩnh điện, thuyết DLVO (do Derjaguin, Landau, Verwey và Overbeck đề xuất) Theo đó tính ổn định của trạng thái này cũng được quyết định bởi độ cong của đường thế năng, V , tạo thành từ lực đẩy tĩnh điện, VR, thu được khi có 2 phần tử tiến lại gần nhau và lực hấp dẫn Van der Waal, VA Khi khoảng cách gi a 2 phần tử ứng với điểm trên đường cong tại đó V đạt maximum, Vmax, thì 2 phần tử này sẽ đẩy nhau Khi Vmax tăng lên thì độ phân tán cũng tăng lên và tỷ lệ với Zeta Potential

c Thuyết hiệu ứng chống vón tụ (Steric e ect Theory)

Tính ổn định phân tán nhờ hiệu ứng chống vón tụ có thể được giải thích bằng thuyết hiệu ứng ntropi do Mackor đề xuất Tổng thế năng V gi a 2 phần tử được xác định như sau:

V = VA + VRS

Trong đó: VA- lực hấp dẫn Van der Waal

VRS- Năng lượng đẩy chống vón tụ bằng ntropi của cấu tạo và hình dạng của chất hấp phụ lên bề mặt các phần tử

Tính ổn định phân tán được duy trì bởi lực đẩy chống vón tụ này

Hiệu quả giảm nước của v a và bê tông đạt được là nhờ độ phân tán của các hạt

xi măng tăng Theo cơ chế tác dụng có thể phân phụ gia giảm nước thành 2 loại:

1- Giảm nước do tăng Zeta-potential của bề mặt hạt xi măng và tăng lực đẩy tĩnh điện

2- Giảm nước do tăng lực đẩy do lớp hấp phụ phân bố trên bề mặt hạt xi măng

có khả năng bành trướng

Phụ gia N S và M S hấp phụ lên bề mặt các hạt xi măng dưới dạng chuỗi hình que theo nhiều lớp Các hạt xi măng bị phân tán nhờ lực đẩy gi a các ion âm của nhóm sunphuric gây ra (SO3-) Cường độ lực đẩy có thể được đánh giá bằng cách đo thế Zeta của bề mặt các hạt xi măng Tính phân tán và khả năng giảm nước có thể được đánh giá gián tiếp bằng nhiều phương pháp khác nhau Trong phụ gia giảm nước PolyCarboxylate, hiệu quả giảm nước đạt được do phân tán các hạt xi măng do các tác nhân sau: 1- Lực đẩy tĩnh điện gi a các ion tích điện âm của các nhóm Carboxylic có trong cấu trúc hoá học của phụ gia; 2- Hiệu ứng chống vón tụ của mạch chính và mạch phụ (gra t chain) Do đó phụ gia giảm nước từ PolyCarboxylate cho hiệu quả giảm nước tương đương như N S và M S với lượng dùng tương đối nhỏ vì phụ gia N S và

M S chỉ có tác dụng phân tán các hạt xi măng nhờ lực đẩy tĩnh điện

1 2 2 nh h ởng ủ phụ gi đến một số đặ tính ủ bê tông

nh h ởng đến s ăng bề mặt ủ bê tông:

+ Hóa dẻo giảm sức căng bề mặt Chế độ hoạt động bề mặt gồm 2 phần:

Phần phân cực và không phân cực Phần không phân cực hấp thụ vào cát hạt pha rắn làm giảm sức căng bề mặt làm phân chia pha rắn – lỏng; phần phân cực tan vào trong nước.[13]

+ Hóa dẻo cuốn khí: Khi làm giảm sức căng bề mặt phụ gia siêu dẻo đồng thời có tác dụng cuốn khí Các bọt khí trong bê tông có tác dụng như tấm

đệm làm cho pha rắn trượt lên nhau dễ dàng hơn

nh h ng đến tính l u biến: Phụ gia siêu dẻo làm giảm đột nhớt của hồ

xi măng – nước

Phụ gia siêu dẻo đông kết nhanh giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn gi được độ sụt theo yêu cầu; tăng khả năng duy trì độ sụt, tăng tính công tác;

làm giảm sự tách nước và phân tầng; làm tăng nhanh thời gian ninh kết

Tăng cường độ ban đầu và cường độ bê tông; giảm nhiệt thủy hóa trong quá trình đóng rắn; tăng khả năng chống thấm cho bê tông; giảm khả năng sự ăn

nh ng loại phụ gia được sử dụng với khối lượng lớn nhất là phụ gia tăng dẻo và siêu dẻo Nguồn cung cấp chủ yếu các loại phụ gia này là từ các đại lý của các công ty hoá phẩm xây dựng nước ngoài như SIKA, MBT, GRAC Các đại lý này có mặt hàng rất

đa dạng và có thể cung cấp tấp cả các loại phụ gia sử dụng trong bê tông từ phụ gia cuốn khí, phụ gia dãn nở cho đến phụ gia cho bê tông bơm, bê tông phun bắn, v.v Các loại phụ gia này có chất lượng tốt và ổn định, nhưng giá thành cao

Ở Việt Nam Cũng trong đầu nh ng năm 80, do nhu cầu chế tạo bê tông lỏng tại công trình xây dựng nhà máy thủy điện sông Đà, Viện KHCN Vật liệu xây dựng đã nghiên cứu và chế tạo thành công phụ gia siêu dẻo SD-83 trên cơ sở naphtalen sunphônát ormalđêhýt, mở ra khả năng phát triển dòng phụ gia cao cấp cho bê tông

tại Việt nam Cuối nh ng năm 80 đầu 90, nền kinh tế mở cửa ca nước ta đã thu hút nhiều nhà doanh nghiệp nước ngoài đến mở thị trường tại Việt nam Trong lĩnh vực hoá phẩm xây dựng, công ty SIKA Thụy sĩ rồi tiếp đó các công ty khác như MBT Thụy sĩ, GRAC Mĩ, osroc Anh, SKW Đức đã ào ạt đưa vào thị trường trong nước hàng loạt sản phẩm phụ gia bê tông dưới nhiều tên thương phẩm khác nhau, tạo nên mặt thị trưởng hoá phẩm xây dựng sôi động Với tính chuyên nghiệp cao, với tiềm năng lớn sẵn có về kĩ thuật và kinh tế, với kinh nghiệm thị trường sâu sắc, các công ty nước ngoài nhanh chóng chiếm lĩnh tuyệt đại đa số thị trưởng hoá phẩm đang hình thành và phát triển mạnh mẽ ỡ nước ta Tuy nhiên cần thấy mặt tích cực của sự có mặt các công ty hoá phẩm lớn trên thế giới tại Việt nam: Các nhà thi công xây dựng và các nhà sản xuất vật liệu xây dựng được tiếp cận và sử dụng rất nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau của công nghiệp hoá phẩm xây dựng, được biết và áp dụng nhiều công nghệ mới khi sử dụng các sản phẩm này, có điều kiện để nâng cao chất lượng sản phẩm và công tnnh xây dựng , các nhà nghiên cứu thấy được sự trạng lớn của lĩnh vực hoá phẩm xây dựng, tính đa dạng về chủng loại sản phẩm cũng như địa chỉ và phương thức

áp dụng, có điều kiện mở cho việc chọn hướng nghiên cứu của mình, đồng thời dễ dàng có được các số liệu so sánh với các sản phẩm cùng loại đang có mặt trên thị trường; các cơ sở sản xuất và kinh doanh có được một thị trường đã khai phá rộng lớn,

có thêm nhiều kinh nghiệm trạng việc đánh giá và làm thị trường, học được Các phương án và thủ thuật kinh doanh, chọn các sản phẩm mũi nhọn, có khả năng tiêu thụ lớn Như được kích thích bởi một thị trường hoá phẩm xây dựng đầy tiềm năng, nhiều cơ sở trong nước đã đầu tư nghiên cứu và đưa ra thị trướng thêm nhiều sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau như: PLACC-02A, SELFLLL-2010S, SELFLLL-2010R Liên hiệp UANG-HOA-ĐIỆN-TƯ, B NIT-1, BENIT-2, BENIT-3 Viện KHKT Thủy lợi, PUZ LIT, PA95 CI NCO 1, Z CAGI Viện KHKT Giao thông vận tải, Viện KT uân sự, SACA Viện KHCN Vật liệu xây dựng Các sản phẩm này đã góp phần làm phong phú thêm cho thị trường phụ gia bê tông, đồng thời khẳng định khả năng nghiên cứu, sản xuất và đáp ứng thị trường về mặt hàng này của các cơ sở trong nước Về mặt nguyên liệu cho sản xuất phụ gia bê tông, các cơ sở trong nước đã tận dụng tối đa các nguồn vật tư sẵn có, đặc biệt là phế thải hoặc các sản phẩm phụ của các ngành công nông nghiệp Các phụ gia dẻo hoá và làm chậm đóng rắn thưởng được sản xuất từ các phế thải của các nhà máy giấy, nhà máy đường, nhà máy sản xuất bia

rượu Cũng có nh ng phụ gla bê tông được chế tạo từ nh ng nguyên liệu dễ kiếm trong nưởc như bentônít, alunít, puzôlan, cao lanh Một số loại phụ gia cao cấp như phụ gia siêu dẻo trên cơ sở naphtalen sunphônát ormalđêhýt và mêlamin sunphônát ormalđêhýt được tổng hợp bằng con đường hoá học trên cơ sở tận dụng tối đa nguyên liệu trong nước Mặc dù có nh ng nỗ lực rất lớn, cho đến nay tổng thị phần của tất cả các cơ sở sản xuất trong nước còn rất khiêm tốn: phần lớn thị phần hoá phẩm xây dựng nói chung và phụ gia bê tông nói riêng vẫn do các cóng ty nước ngoài nắm gi Trong lĩnh vực hoá phẩm xây dựng ở nước ta hiện nay, nhập khẩu vẫn chiếm đại đa

số, chỉ có khác về hình thức: thay vì phải ki hợp đồng ngoại chuyển tiền ra nước ngoài

và vận chuyển sản phẩm về nước thì các nhà sử dung hoá phẩm xây dưng trong nước đưa tiền cho các công ty 100% vốn nước ngoài tại Việt nam và lấy hàng ho đã mang sẵn vào Trong khi đó rất nhiều loại sản phẩm các cơ sở sản xuất trong nước có thể đáp ứng được với chất lượng tốt[2]

Đối với hỗn hợp bê tông trộn sẵn với tỉ lệ nước xi măng thấp và rất thấp trường hợp chế tạo bê tông cường độ cao, bê tông chất lượng cao thì tổn thất độ sụt bê tông là một vấn đề rất lớn Đặc biệt trong điều kiện nắng nóng ở nước ta vấn đề tổn thất độ sụt của loại bê tông này dường như rất khó khống chế Hiện nay trên thế giới đã đưa vào

sử dụng phụ gia siêu dẻo thế hệ mới, cho phép khống chế độ sụt của bê tông rất tốt

trong khoảng 01 - 02 giờ đầu mà hoàn toàn không ảnh hưởng đến sự phát triển cường

độ của bê tông Loại phu gia siêu dẻo mới này đặc biệt thích hợp đối với bê tông có tỉ

lệ nước/xi măng thấp hoặc rất thấp có thể xuống tới 0,15

1.4.2 Thành phần hó h ủ phụ gi đông ết nh nh

Thành phần hóa học của phụ gia đông kết nhanh có gốc hóa học là Lignosulfonat Trên thế giới, lignosul onat được sử dụng rộng rãi để làm phụ gia bê tông xây dựng trong nhiều thập kỷ do nó có giá thành tương đối thấp Từ một phụ gia giảm nước từ 6-10% được Malhotra [13] báo cáo tại Hội nghị uốc tế về xi măng và bê tông năm 1997, tiếp đó, nh ng tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong quá trình sản xuất và sử dụng lignosul onat thế hệ mới đã làm giảm lượng nước trộn bê tông từ 15-25%, báo cáo của Reknes và Peterson[14] cho rằng có thể sản xuất bê tông tự đầm từ phụ gia này Sự có mặt của phụ gia lignosul onat trong bê tông làm cho hỗn hợp bê tông linh động, dễ thi công, hơn n a làm giảm được lượng nước trộn, tăng cường độ sớm của bê tông[15] Tuy nhiên, sự giảm lượng nước trộn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng như: loại xi măng, lượng phụ gia, nhiệt độ môi trường và thời gian Cấu trúc của lignosul onat được thể hiện ở Hình

1.5[16]

Hình 1.5: Cấu trúc lignosulfonate

Cơ chế hoạt động của phụ gia tăng dẻo là do sự phân li trong nước thành các nhóm phân cực mạnh như các nhóm hidrocacbon (OH-), (COOH-), (CHO-)… và gốc cacbon còn lại ở dạng cao phân tử phân cực yếu Các nhóm phân cực mạnh có tác dụng làm dung dịch huyền phù tăng tính linh động; còn nhóm cao phân tử có sức căng bề mặt kém hơn nên hấp phụ bề mặt phụ gia làm tăng tính nhớt Ngoài ra trong chúng còn tồn tại dạng axit lignosunphuric có tác dụng cuốn khí tạo ra bọt bám xung quanh các hạt xi măng làm giảm diện tích tiếp xúc gi a các hạt do đó làm giảm lực ma sát và

dẫn đến làm tăng tính linh động gi a các hạt xi măng Khi hấp thụ lên bề mặt các hạt xi măng phụ gia còn có tác dụng kiềm chế tốc độ thủy hóa

1.4.3 Ứng dụng ủ phụ gi đông ết nh nh tr ng bê tông đối v i á ông trình hiện n y:

Ứng dụng của phụ gia đông kết nhanh (chất siêu hóa dẻo) dùng cho bê tông tấm sàn, nền móng, cấu kiện mỏng có mật độ cốt théo dày, tường, cột, dầm,

đà Dùng cho các công trình cần rút ngắn tiến độ thi công; tháo dở ván khuôn sớm tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu

Ứng dụng dùng trong cấp phối bê tông và nhà máy bê tông thương phẩm vì các tính năng ưu việc như: duy trì độ sụt của bê tông lâu dài; cường độ ban đầu và cuối cùng tăng đáng kể; giảm đáng kể lượng xi măng so với bê tông thông thường; không làm gia tăng sự cuốn khí; tăng khả năng chống thấm Khống chế độ sụt ngay cả khi nhiệt độ môi trường tăng lên, giảm co ngót và

từ biến

Dùng trong bê tông khối lớn và bê tông kết cấu ở nh ng nơi có yêu cầu cải thiện thời gian thi công

1 5 KẾT LUẬN CHƯƠNG

- Bê tông là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi, được được chết tạo từ các loại

vật liệu rời, chất kết dính, nước và có thể thêm phụ gia Đặc tính quan trọng của bê tông là cường độ chịu nén cao khi đạt độ tuổi 28 ngày, sau đó tiếp tục phát triển cường

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU SỬ D NG VÀ THIẾT BỊ TH NGHIỆM

Bảng 2.2 Hàm lượng ion Cl - trong cát

L ại bê tông Hàm l ng i n Cl - hối l ng

Loại cát sử dụng trong thí nghiệm là cát sông Trà Khúc (tại thành phố uảng Ngãi) Vì điều kiện thí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các

chỉ tiêu của cát Trà Khúc, mà chỉ sử dụng đúc các mẫu thí nghiệm sau khi được phơi khô trong môi trường không khí để loại bỏ độ ẩm trong cát

2 1 2 Đá dăm (Cốt liệu l n)

Cốt liệu lớn có thể được cung cấp dưới dạng hỗn hợp nhiều cỡ hạt hoặc các cỡ hạt riêng biệt Thành phần hạt của cốt liệu lớn, biểu thị bằng lượng sót tích luỹ trên các sàng, được quy định trong Bảng 2.3, TCVN 7570-2006 [3]

Sỏi và sỏi dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông các cấp phải có độ nén dập trong

xi lanh phù hợp với yêu cầu trong Bảng 2.5, TCVN 7572-12:2006 [4] Độ hao mòn khi

va đập của cốt liệu lớn thí nghiệm trong máy Los Angeles, không lớn hơn 50 % khối lượng Hàm lượng hạt thoi dẹt trong cốt liệu lớn không vượt quá 15 % đối với bê tông cấp cao hơn B30 và không vượt quá 35 % đối với cấp B30 và thấp hơn Tạp chất h u

cơ trong sỏi xác định theo phương pháp so màu, không thẫm hơn màu chuẩn

Bảng 2.5 Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm

Cấp bê tông

Độ nén dập ở trạng thái bã h à n hối l ng hông l n hơn

Hàm lượng ion Cl- (tan trong axit) trong cốt liệu lớn, không vượt quá 0,01%

Có thể được sử dụng cốt liệu lớn có hàm lượng ion Cl- lớn hơn 0,01 % nếu tổng hàm lượng ion Cl- trong 1m3 bê tông không vượt quá 0,6 kg

Thí nghiệm sử dụng đá (1x2cm) Bình Đông, huyện Bình Sơn, tỉnh uảng Ngãi Vì điều kiện thí nghiệm còn hạn chế nên tác giả không tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu của đá, mà chỉ sử dụng đúc các mẫu thí nghiệm sau khi được phơi khô trong môi trượng không khí để loại bỏ độ ẩm trong đá

2 1 Xi măng

Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2682:2009[5]

Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng được quy định trong Bảng 2.6

Bảng 2 Các ch tiêu chất lượng của xi măng poóc lăng

2 Thời gian đông kết, phút

3 Độ nghiền mịn, xác định theo:

Bảng 2.7 So sánh ch tiêu chất lượng của i măng Kinh Đ nh PCB40 với TCVN

Tên hỉ tiêu Đơn vị

tính

TCVN 6260:2009

Xi măng Kim Đỉnh PCB40

1 Cường độ nén, MPa, không nhỏ hơn:

2 1 4 N

Tiêu chuẩn TCVN 4506 : 2012[7] yêu cầu nước trộn bê tông, rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông cần có chất lượng thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ

- Lượng tạp chất h u cơ không lớn hơn 15 mg/L

- Độ pH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5

- Không có màu

-Theo mục đích sử dụng, hàm lượng muối hòa tan, lượng ion sun at, lượng ion clo và cặn không tan không được lớn hơn các giá trị quy định trong Mục 1, Bảng 2.8 (đối với nước trộn bê tông) và Mục 2, Bảng 2.8 (đối với nước dùng để rửa cốt liệu và bảo dưỡng bê tông)

- Các yêu cầu kỹ thuật khác đối với nước trộn bê tông:

+ Thời gian đông kết của xi măng và cường độ chịu nén của v a phải thỏa mãn các giá trị quy định trong Mục 3, Bảng 2.8

+ Tổng đương lượng kiềm qui đổi tính theo Na2O không được lớn hơn 1000mg/L khi sử dụng cùng với cốt liệu có khả năng gây phản ứng kiềm - silic

Bảng 2 Hàm lượng tối đa cho phép của muối h a tan, ion sun at, ion clorua và c n

không tan trong nước trộn v a

Đơn vị tính bằng miligam trên lít (mg/L)

Mụ đí h sử dụng

Hàm l ng tối đ h phép Muối

hòa tan

Ion sunfat (SO4-2)

Ionclo (Cl-)

Cặn hông tan

1 Nước trộn bê tông và nước trộn v a bơm

bảo vệ cốt thép cho các kết cấu bê tông cốt

thép ứng lực trước

2 Nước trộn bê tông và nước trộn v a chèn

3 Nước trộn bê tông cho các kết cấu bê tông

không cốt thép Nước trộn v a xây dựng và

trát

CHÚ TH CH 1: Khi sử dụng xi măng cao nhôm làm chất kết dính cho bê tông, nước dùng cho tất cả các phạm vi sử dụng đều phải theo quy định của Mục 1, Bảng 2.8 CHÚ TH CH 2: Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng nước có hàm lượng ion clo vượt quá qui định của Mục 2, Bảng 2.8 để trộn bê tông cho kết cấu bê tông cốt thép, nếu tổng hàm lượng ion clo trong bê tông không vượt quá 0,6 kg/m3

CHÚ TH CH 3: Trong trường hợp nước dùng để trộn v a xây, trát các kết cấu có yêu cầu trang trí bề mặt hoặc ở phần kết cấu thường xuyên tiếp xúc ẩm thì hàm lượng ion clo được khống chế không quá 1.200 mg/L

Bảng 2 Hàm lượng tối đa cho phép của muối h a tan, ion sun at, ion clorua và c n

không tan trong nước d ng để rửa cốt liệu và bảo dư ng bê tông

Đơn vị tính bằng miligam trên lít (mg/L)

Mụ đí h sử dụng

Hàm l ng tối đ h phép Muối

hòa tan

Ion sunfat (SO4-2)

Ionclo (Cl-)

Cặn không tan

1 Nước bảo dưỡng bê tông các kết cấu có yêu

cầu trang trí bề mặt Nước rửa, tưới ướt và sàng

3 Nước tưới ướt mạch ngừng trước khi đổ tiếp

bê tông tưới ướt các bề mặt bê tông trước khi

chèn khe nối Nước bảo dưỡng bê tông trong

các công trình xả nước và làm nguội bê tông

trong các ống xả nhiệt của khối lớn

Thời gian đông kết của xi măng, min

- Bắt đầu, không nhỏ hơn

- Kết thúc, không lớn hơn

45

420 Cường độ chịu nén của v a tại tuổi 7 ngày không

nhỏ hơn, % (tỷ lệ so với mẫu đối chứng)

90

CHÚ TH CH: Mẫu đối chứng sử dụng nước sinh hoạt (đạt yêu cầu CVN

02:2009/BYT) được tiến hành song song và dùng cùng loại xi măng với mẫu thử

2.1.5 hụ gi đông ết nh nh

Thông tin về sản phẩm

- Hàm lượng clorua: Không có

Thi công Sikament R4

- Liều lượng: 0,60 – 1,60 lít/100 kg xi măng

- Liều lượng điển hình: 0,8 – 1,20 lít /100 kg xi măng

- Loại xi măng: Tất cả các loại xi măng Portland kể cả xi măng bền sulphat

- Định lượng: Có thể cho sikament R4 trực tiếp vào nước đã được định lượng trước khi cho vào hỗn hợp bê tông khô hoặc cho đồng thời vào nước đã được định lượng tại trạm trộn Khi cho trực tiếp vào bê tông tươi vừa mới trộn, hiệu quả về tính hóa dẻo rõ rệt hơn Khi cho vào tại công trình, cho sikament R4 vào ngay trước khi đổ

bê tông và sau khi đã trộn thêm 3 phút

2 2 THIẾT BỊ SỬ D NG CHO TH NGHIỆM