Journal of Science and Transport Technology University of Transport Technology JSTT 2022, 2 (3), 11 17 https //jstt vn/index php/vn Effect of some types of superplasticizers on workability and compres[.]
Journal of Science and Transport Technology University of Transport Technology Effect of some types of superplasticizers on workability and compressive strength of cement concrete Duy Tung Đo* Department of Structure and Construction Material, Faculty of Civil Engineering, University of Transport Technology, 54 Trieu Khuc, Thanh Xuan, Ha Noi, Viet Nam Article info Type of article: Original research paper * Corresponding author: E-mail address: tungdd@utt.edu.vn Received: 27/5/2022 Accepted: 01/7/2022 Published: 23/7/2022 JSTT 2022, (3), 11-17 Abstract: This paper presents effect of changing superplasticizers (different chemical compound such as Sulfonate naphthalene formaldehyde-SNF, Lignosulphunates-LSF and Polyacrylate) on compressive strength and workability of cement concrete using Hoang Thach cement commonly used in the North of Vietnam Experimental results show that the workability and compressive strength at different ages of cement concrete using different superplasticizers such as Sikament NN (based on SNF), Sikament R4 (based on LSF), Rheobuild 561 (based on Polyacrylate) with the same dose (0.8 l/100kg of cement PCB30) showed a difference The slump of concrete using Silikament NN was the highest, while Rheobuild 561 was the lowest The compressive strength at 28-day age of concrete using Rheobuild 561 was the highest, while using Silikament NN was the lowest Therefore, it is necessary to check the compatibility of cement and superplasticizer admixtures before concrete production for choosing the type of admixture used in accordance with specific purposes and requirements Keywords: Superplasticizer; work ability, compressive strength, cement concrete https://jstt.vn/index.php/vn Tạp chí điện tử Khoa học Công nghệ Giao thông Trường Đại học Công nghệ GTVT Nghiên cứu ảnh hưởng số loại phụ gia siêu hóa dẻo đến tính cơng tác cường độ bê tông xi măng Đỗ Duy Tùng* Bộ mơn Kết cấu Vật liệu/Khoa Cơng trình, Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, 54 Triều khúc, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Thông tin viết * Tác giả liên hệ: Địa E-mail: tungdd@utt.edu.vn Ngày nộp bài: 27/5/2022 Ngày chấp nhận: 01/7/2022 Ngày đăng bài: 23/7/2022 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu tính cơng tác cường độ chịu nén bê tông xi măng thay đổi loại phụ gia siêu dẻo (các gốc khác Sulfonat napthalen formaldehyde - SNF, Lignosulphunates - LSF Polyacrylate) với xi măng Hoàng Thạch sử dụng phổ biến Miền Bắc Việt Nam Kết thực nghiệm cho thấy tính cơng tác cường độ chịu nén bê tông xi măng sử dụng loại phụ gia siêu dẻo khác Sikament NN (gốc SNF), Sikament R4 (gốc LSF), Rheobuild 561 (gốc Polyacrylate) với liều lượng 0.8 l/100kg xi măng PCB30 ngày tuổi khác cho thấy có khác biệt Độ sụt bê tông sử dụng Silikament NN cao nhất, Rheobuild 561 thấp Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi bê tông sử dụng Rheobuild 561 cao nhất, sử dụng Silikament NN thấp Từ đó, cho thấy cần kiểm tra tính tương thích xi măng phụ gia trước sản xuất bê tông để lựa chọn loại phụ gia sử dụng phù hợp với mục đích, yêu cầu cụ thể Từ khóa: Phụ gia siêu dẻo, tính cơng tác, cường độ chịu nén, bê tơng xi măng Đặt vấn đề Hiện nay, bê tông sử dụng với nhiều mục đích khác điều kiện khác nhau, nhiên nhiều tình thực tế loại bê tông thông thường lại không đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặc biệt công nghệ hay chất lượng độ bền [1] Trong trường hợp phụ gia sử dụng nhằm mục đích thay đổi đặc trưng hỗn hợp bê tông bê tông ứng với điều kiện thực tế đặt Việc sử dụng đắn chất phụ gia vào bê tông quan trọng, sử dụng không liều lượng quy trình dẫn tới kết khơng mong muốn Vì JSTT 2022, (3), 11-17 vậy, sử dụng phụ gia cần phải cẩn trọng việc lựa chọn loại phụ gia, kiểm tra tính tương thích phụ gia với loại xi măng sử dụng dự đoán tác động phụ gia lên bê tơng Điều dựa kiến thức, kinh nghiệm đặc biệt dựa thí nghiệm điều kiện cụ thể cơng trường [2] Một yếu tố thiếu để hình thành nên cấp phối bê tơng có độ đặc độ bền cao sử dụng phụ gia giảm nước Phụ gia giảm nước hợp chất hữu tan nước, làm giảm lượng nước trộn hỗn hợp bê tông, mà giữ nguyên độ sụt hỗn hợp; hỗn https://jstt.vn/index.php/vn Đỗ JSTT 2022, (3), 11-17 hợp bê tơng có khả thi công tốt mà lượng lỗ rỗng mao quản nước tự thừa bay để lại ít, nên bê tông đặc hơn, đảm bảo đạt cường độ cao tuổi thọ lâu bền [3] Phụ gia siêu dẻo phân lớp đặc biệt tác nhân giảm nước, chúng tạo thành từ ngun liệu thơ có tác dụng làm giảm lượng nước đáng kể, tạo khả hoạt động cao bê tông chúng kết hợp với Có nhiều loại phụ gia siêu dẻo dùng xây dựng nhằm mục đích điều chỉnh tính chất bê tơng vữa hồn thiện theo mong muốn Mỗi loại phụ gia có cơng dụng tính chất khác nên người thiết kế thành phần bê tông cần phải hiểu kĩ trước sử dụng chúng Tiêu chuẩn ASTM C494 [4] quy định loại phụ gia hố học cho bê tơng như: Loại A: Giảm nước; Loại B: Chậm ninh kết; Loại C: Nhanh ninh kết; Loại D: Hoá dẻo chậm ninh kết; Loại E: Hoá dẻo nhanh ninh kết; Loại F: Siêu dẻo nhanh ninh kết; Loại G: Siêu dẻo chậm đông kết số loại phụ gia siêu dẻo Sikament NN (gốc SNF), Sikament R4 (gốc LSF), Rheobuild 561 (gốc Polyacrylate) xi măng Hoàng Thạch loại vật liệu sử dụng phổ biến Miền Bắc Việt Nam thơng qua tính cơng tác hỗn hợp bê tông cường độ bê tông xi măng Các kết phân tích đánh giá Tukey (thực phần mềm Minitab V17) Từ đưa khuyến cáo kiến nghị việc sử dụng phụ gia hóa học loại xi măng việc lựa chọn thiết kế thi công công trình sử dụng vật liệu bê tơng xi măng Vật liệu chế tạo 2.1 Đá dăm Cốt liệu lớn đá dăm sử dụng thí nghiệm có nguồn gốc từ mỏ Hòa Thạch – Sơn Tây Đá dăm có yêu cầu kỹ thuật thỏa mãn TCVN 7572-2006 [5] TCVN 7570-2006 [9] Hỗn hợp đá dăm có đường kính – 20 mm, thành phần cấp phối hạt đá dăm thể Hình Các loại phụ gia siêu dẻo chia theo gốc hóa học tạo chúng Có số gốc phụ gia siêu dẻo thường sử dụng bê tông vữa sau: Sulfonat napthalen formaldehyde (SNF): Nguồn gốc: Thu chưng cất than đá khơ tổng hợp từ chất hữu [1] Phụ gia gốc Lignosulphunates (LSF) Sản phẩm trình sản xuất bột giấy từ gỗ Polymer phenyl propane với nhóm hydroxyl, methoxyl, vịng phenyl, axit sulfnoic Các phân tử hấp thụ bề mặt xi măng tạo lớp màng mỏng chống keo tụ xi măng nhằm làm tăng độ dẻo hỗn hợp, giảm độ phân vữa giảm lượng nước trộn Có tác dụng làm chậm đơng kết sử dụng hàm lượng cao [1] Polyacrylate: Nhiều loại polyme polyacrylate sản xuất từ chất đơn phân thích hợp theo chế gốc tự nhờ sử dụng peroxit làm chất xúc tác trình ninh kết [1] Trên sở đó, báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tương thích Hình Biểu đồ thành phần cấp phối hạt đá dăm 2.2 Cát vàng Cốt liệu nhỏ cát sử dụng thí nghiệm có nguồn gốc từ Sơng Hồng có đường kính cỡ hạt 0.14 - 5mm Cát vàng hạt thơ có thỏa mãn TCVN 7572-2006 [6] TCVN 7570-2006 [9], thành phần cấp phối hạt hỗn hợp cốt liệu nhỏ thể Hình 12 Đỗ JSTT 2022, (3), 11-17 Các tiêu chất lượng xi măng Hoàng Thạch PCB30 thể Bảng Kết cho thấy với xi măng sử dụng nghiên cứu có độ mịn cao, thời gian ninh kết: Bắt đầu khoảng 110 ÷ 140 phút, Kết thúc sau ÷ Tốc độ phát triển cường độ ban đầu nhanh, phù hợp cho cơng trình cần tháo dỡ cốp pha nhanh Xi măng Hồng Thạch có hàm lượng khống C3S cao, hàm lượng C3A thấp, hàm lượng vôi tự nhỏ, độ ổn định thể tích tốt 2.4 Nước Hình Biểu đồ thành phần cấp phối hạt cát vàng 2.3 Xi măng Hiện nay, Việt Nam loại xi măng sản xuất sử dụng phổ biến Tùy vào loại ximăng mà có đặc tính riêng để sử dụng vào cơng trình cụ thể Trong phạm vi nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng loại phụ gila siêu dẻo đến tính cơng tác cường độ bê tơng xi măng nên nghiên cứu sử dụng xi măng Hoàng Thạch Xi măng Hoàng Thạch PCB30 sản xuất đảm bảo theo tiêu chuẩn TCVN 6260-1997 [7] Xi măng nghiên cứu có lơ sản xuất: CP080, màu sắc: xanh, xám đen Bảng Các tiêu kỹ thuật Xi măng Hoàng Thạch PCB30 Chỉ tiêu Giá trị Cường độ chịu nén tối thiểu, N/mm2 72 ± 45 phút 14 28 ngày ± 39 Thời gian đông kết Bắt đầu, phút (tối thiểu) 45 Kết thúc, (tối đa) 10 Độ nghiền mịn Phần lại sàng 0,08mm, %, 12 Bề mặt riêng (Blaine), cm /g (tối đa) 2700 Độ ổn định thể thích (Le Chatelier), 2.5 Phụ gia siêu hóa dẻo Hình Các loại phụ gia siêu hóa dẻo Thành phần phụ gia (PG) thường quy định theo hàm lượng xi măng Các loại phụ gia siêu hóa dẻo sử dụng nghiên cứu (Hình 3) bao gồm: Sikament NN (viết tắt NN) phụ gia siêu dẻo tăng nhanh ninh kết, đạt cường độ cao sớm thỏa mãn ASTM C494 Loại F Sikament R4 (viết tắt R4) phụ gia siêu dẻo làm chậm ninh kết, giảm nước nhiều, đạt cường độ cao thỏa mãn ASTM C494 loại D & G 10 Rheobuild 561 (viết tắt R561) phụ gia siêu dẻo làm chậm ninh kết, thỏa mãn ASTM C494 [8] loại B, D, G 3.5 Liều lượng sử dụng quy định theo nhà sản xuất: 0.7-1.2 l/100kg xi măng Trong nghiên cứu mm (tối đa) Hàm lượng SO3 tối đa, % Nước để chế tạo bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn bảo dưỡng bê tơng) phải có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết rắn xi măng không gây ăn mịn cốt thép Nước nhào trộn bê tơng nghiên cứu nước náy không chứa dầu mỡ, nước có độ PH > 4, có chứa muối sunfat nhỏ 0.27% (tính theo lượng ion SO42-) 13 Đỗ JSTT 2022, (3), 11-17 này, sử dụng liều lượng thực tế phổ biến 0.8 l/100kg xi măng Tỷ lệ thành phần Tỉ lệ thành phần cấp phối bê tơng M300 tính tốn theo phương pháp Bolomey-Skramtaev Chi tiết thể Bảng (Hình 4) Sau đúc mẫu phủ ẩm nhiệt độ phịng tháo khn bảo dưỡng tiếp phịng có nhiệt độ 27 ± 2oC, độ ẩm 95-100% ngày thử mẫu Ở đây, mẫu bảo dưỡng cách ngâm mẫu nước Quá trình lấy mẫu tuân theo TCVN 3105-93 [9] Bảng Tỉ lệ thành phần cấp phối bê tông có M300 Loại PG Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg) Hàm lượng PG (l) NN 420 622 1172 170 3.36 R4 420 622 1172 170 3.36 Rh561 420 622 1172 170 3.36 Chế bị mẫu thí nghiệm Bê tơng thí nghiệm trộn máy trộn cưỡng Quá trình trộn tiến hành trộn khơ khoảng 1-2 phút sau cho xi măng vào cho máy trộn tiếp khoảng 1-2 phút Nước chia làm phần (70% nước khơng có phụ gia 30% nước có hịa thêm phụ gia vào) Sau trộn khơ cho 70% nước không chứa phụ gia vào trước, tiếp tục trộn từ 1-2 phút sau cho 30% nước có phụ gia vào trộn ta thấy dừng máy cho hỗn hợp bê tông [10] Độ sụt dùng để đánh giá khả dễ chảy hỗn hợp bê tông tác dụng trọng lượng thân rung động Thí nghiệm thử độ sụt hỗn hợp bê tông theo TCVN 3106-93 [8] Dụng cụ đo độ sụt hình nón cụt tiêu chuẩn có kích thước 203 x 102 x 305 mm, đáy miệng hở Que đầm thép hình trịn có đường kính 16 mm dài 600 mm Đổ bê tông đầy khn nón cụt thành ba lớp, đầm lớp 25 lần, sau rút khn lên đo độ sụt trung bình sau phút Độ sụt chiều cao côn trừ chiều cao bê tông tươi sau rút khuôn khỏi hỗn hợp bê tơng Mỗi thí nghiệm độ sut thực mẫu/tổ Tổng cộng thí nghiệm độ sụt cho hỗn hợp bê tông 18 mẫu Các mẫu dùng để thí nghiệm kiểm tra xác định cường độ nén bê tông ngày tuổi mẫu lập phương kích thước 150 x 150 x 150mm Hình Mẫu bê tông xi măng Thời gian giữ mẫu khuôn ngày đêm bê tơng có phụ gia chậm đơng rắn Mẫu phải vớt trước trước nén mẫu Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén bê tông theo TCVN 3118-93 [10] Thí nghiệm nén thực với mẫu/tổ, đánh giá tuổi ngày (3, 7, 14 28 ngày) Kết thí nghiệm thảo luận 5.1 Kết tính cơng tác Kết độ sụt hỗn hợp bê tông sử dụng phụ gia siêu dẻo khác thể Hình Kết cho thấy bê tơng sử dụng phụ gia Sikament NN có độ sụt (90 mm) cao hẳn so với hai loại phụ gia lại (Rh561 R4 có độ sụt xấp xỉ 66 70 mm) Kết phân tích so sánh Tukey với khoảng tin cậy 95% thể Hình Kết cho thấy có khác biệt đáng kể kết thí nghiệm độ sụt phụ gia NN – Rh561 R4 – NN (trừ trường hợp nhóm phụ gia R4 – Rh561 khơng có khác biệt đáng kể) Các cặp giá trị yếu tố có khác biệt đáng kể thể khoảng tin cậy không cắt qua đường “0” 14 JSTT 2022, (3), 11-17 Với độ sụt trung bình 66 mm 70 mm, bê tông sử dụng phụ gia Rh561 R4 nghiên cứu phù hợp với cấu kiện cần lực đầm rung lớn: bê tông đúc sẵn, bê tông mặt đường, phù hợp với phương pháp bê tông đổ xả (không bơm) Tuy nhiên, với độ sụt trung bình 90 mm, bê tơng sử dụng phụ gia NN nghiên cứu phù hợp với cấu kiện cần đầm rung tốt (đầm dùi…) cột, dầm, sàn… phù hợp với phương pháp bê tông đổ xả bơm (cho nhà dân dụng, cơng trình có chiều cao bơm vữa thấp) [11,12] Hình Độ sụt hỗn hợp bê tơng với loại phụ gia siêu dẻo khác Hình Trung bình hiệu khoảng tin cậy 95% độ sụt nhóm phụ gia khác 5.2 Kết cường độ nén Cường độ chịu nén bê tông thường đánh giá tiêu chuẩn mức 28 ngày tuổi Tuy nhiên, việc xác định cường độ nén ngày tuổi khác (3, 7, 14 ngày tuổi) để đánh giá phát triển cường độ nén bê tông điều cần thiết Đặc biệt, số kết cấu cơng trình Đỗ có yêu cầu đặc biệt cường độ nén bê tơng tuổi sớm Hình thể kết cường độ nén bê tông ngày tuổi với loại phụ gia siêu hóa dẻo khác Qua biểu đồ kết cường độ chịu nén sơ đánh giá mẫu bê tơng sử dụng phụ gia Rh561 có cường độ lớn ngày tuổi số mẫu so sánh Tuy nhiên, phát triển cường độ bê tơng có khác biệt rõ rệt Ở ngày, mẫu bê tơng khơng có chênh lệch nhiều cường độ (18.66-20.5 MPa) Ở 28 ngày mẫu bê tơng có chênh lệch nhiều (30.49-38.71 MPa) Bê tông sử dụng phụ gia NN cường độ nén 28 ngày tuổi tăng 63.39% so với cường độ ngày tuổi; giá trị 80,10% phụ gia R4, 88.82% phụ gia Rh561 Có thể thấy, bê tơng sử dụng phụ gia NN có phát triển cường độ tăng đặn qua tuổi ngày 3, 7,14, 28 ngày tuổi Trong đó, bê tơng sử dụng phụ gia R4 tăng nhanh cường độ ngày sau từ ngày 14 đến ngày 28, sử dụng phụ gia Rh561 tăng nhanh cường độ sau ngày tuổi đến 28 ngày tuổi Hình Cường độ nén bê tơng ngày tuổi với loại phụ gia siêu hóa dẻo khác Kết phân tích so sánh Tukey với khoảng tin cậy 95% cường độ chịu nén tuổi ngày khác thể biểu đồ Hình Kết cho thấy ngày tuổi sớm, (3 ngày ngày) khơng có khác biệt đáng kể cường độ nén nhóm phụ gia Tuy nhiên, 14 28 ngày tuổi có khác biệt đáng 15 JSTT 2022, (3), 11-17 kể nhóm phụ gia Cụ thể, 14 ngày tuổi, có khác biệt đáng kể nhóm phụ gia NN – Rh561 R4 – Rh561 Ở 28 ngày tuổi, có khác biệt đáng kể nhóm phụ gia NN – Rh561 Có thể thấy, loại bê tông sử dụng loại phụ gia NN, R4 Rh561 đạt cường độ lớn 30 MPa 28 ngày Tuy nhiên, độ sụt hỗn hợp bê tông khác (66-90 mm) trình phát triển cường độ theo ngày tuổi Đỗ có khác biệt nhiều Việc sử dụng phụ gia siêu dẻo có gốc khác (SNF, LSF, Polyacrylate) liều lượng có ảnh hưởng đáng kể đến độ sụt cường độ nén bê tông tuổi ngày khác Điều tương đồng với kết nghiên cứu trước cơng bố [13-15] Vì vậy, tùy theo mục đích sử dụng bê tơng vào kết cấu yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn phụ gia cho phù hợp Hình Trung bình hiệu khoảng tin cậy 95% cường độ chịu nén nhóm phụ gia khác tuổi ngày khác nhau: ngày (a), ngày (b), 14 ngày (c), 28 ngày (d) Kết luận kiến nghị Từ kết thực nghiệm nghiên cứu đánh giá cường độ chịu nén độ sụt bê tông M300 sử dụng xi măng PC30 Hoàng Thạch loại phụ gia khác R nghiên cứu này, kết luận kiến nghị sau rút ra: Độ sụt bê tông sử dụng NN cao nhất, Rh561 thấp Cường độ chịu nén bê tông sử dụng Rh561 cao nhất, sử dụng NN thấp Sự phát triển cường độ loại bê tông khác không đồng qua tuổi ngày bê tông sử dụng phụ gia NN có phát triển cường độ tăng đặn qua tuổi ngày 3, 7,14, 28 ngày tuổi Trong đó, bê tơng sử dụng phụ gia R4 tăng 16 ... 2700 Độ ổn định thể thích (Le Chatelier), 2.5 Phụ gia siêu hóa dẻo Hình Các loại phụ gia siêu hóa dẻo Thành phần phụ gia (PG) thường quy định theo hàm lượng xi măng Các loại phụ gia siêu hóa dẻo. .. tra tính tương thích xi măng phụ gia trước sản xuất bê tông để lựa chọn loại phụ gia sử dụng phù hợp với mục đích, u cầu cụ thể Từ khóa: Phụ gia siêu dẻo, tính cơng tác, cường độ chịu nén, bê tông. .. chí điện tử Khoa học Cơng nghệ Giao thông Trường Đại học Công nghệ GTVT Nghiên cứu ảnh hưởng số loại phụ gia siêu hóa dẻo đến tính cơng tác cường độ bê tơng xi măng Đỗ Duy Tùng* Bộ môn Kết cấu