PHỤ GIA CHO bê TÔNG KHỐI lớn

PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG KHỐI LỚN Mục Lục Định nghĩa phụ gia II Phân loại phụ gia III Phụ gia hóa học III Phụ gia khoáng Xỉ hạt lò cao Puzơlan 2.1) Puzơlan thiên nhiên a) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc núi lửa b) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc trầm tích 2.2) Puzơlan nhân tạo IV.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CHO XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG KHỐI LỚN Bê tông khối lớn có đặc điểm dùng xi măng yêu cầu nhiệt thuỷ hoá thấp Vì vậy, thường pha thêm phụ gia khoáng phụ gia hóa học để đảm bảo tính chất yêu cầu tính dễ đổ, độ đặc chắc, cường độ, tính chống thấm v.v Việc sử dụng phụ gia coi vấn đề tất yếu bê tông khối lớn I Định nghĩa phụ gia Tiêu chuẩn ACI 116R - 90 Cement and Concrete Terminology định nghĩa phụ gia thành phần thức bê tông thành phần khác (nước, xi măng, cát, đá) Phụ gia cho bê tông qui định tiêu chuẩn 14TCN 104 - 1999 Phụ gia hoá học cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật; 14TCN 105 - 1999 Phụ gia khoáng cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật ; ASTM C618 - 92A Specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in portland cement concrete; ACI 212 – 3R – 91 Chemical admixture for concrete Các phụ gia cụ thể giới thiệu hướng dẫn sử dụng sở sản xuất nước nước II Phân loại phụ gia Phụ gia gồm ba nhóm lớn: nhóm phụ gia hoá học, nhóm phụ gia khoáng nhóm phụ gia khác Nhóm 1: Phụ gia hóa học Phụ gia hoá học loại giảm nước điều chỉnh thời gian ninh kết gồm loại ký hiệu A, B, C, D, E, F, G có tác dụng sau: Loại A - Phụ gia giảm nước, có tác dụng giảm nước, giữ nguyên độ dẻo hỗn hợp bê tông Nếu không giảm nước, phụ gia làm tăng độ dẻo, nên gọi phụ gia hóa dẻo; Loại B - Phụ gia làm chậm ninh kết (kéo dài thời gian ninh kết) hỗn hợp bê tông; Loại C - Phụ gia tăng nhanh ninh kết, làm cho hỗn hợp bê tông rắn nhanh hơn; Loại D - Phụ gia giảm nước làm chậm ninh kết; Loại E - Phụ gia giảm nước bậc cao (siêu dẻo); Loại G - Phụ gia giảm nước bậc cao, làm chậm ninh kết; Nhóm 2: Phụ gia khoáng Nhóm lại phân hai tiểu nhóm: (1) Phụ gia khoáng hoạt tính có phản ứng hoá học với vôi; (2) Phụ gia khoáng không hoạt tính (phụ gia trơ) tác dụng với vôi Nhóm 3: Các phụ gia có tính khác - Phụ gia trợ bơm; - Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép bê tông cốt thép; - Phụ gia khí; - Phụ gia hạn chế phản ứng kiềm - silic; - Phụ gia gây nở; - Phụ gia tăng liên kết bê tông cũ III Phụ gia hóa học Hiện loại phụ gia hóa học cho bê tông có nhiều thị trường Việt Nam Đa số sản phẩm ngoại, có số phụ gia sản xuất nước Phụ gia hóa học thường dùng bê tông khối lớn đập bê tông phụ gia hóa dẻo siêu dẻo để giảm lượng nước trộn tỉ lệ N/CKD Phụ gia có tác dụng tăng dẻo (khi không giảm nước), đặc biệt cần dùng bê tông pha phụ gia khoáng làm giảm độ dẻo bê tông thi công bê tông bơm độ dẻo cao Theo A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman, thành phần hoạt động phụ gia tăng dẻo chất hoạt động bề mặt Chất tập trung mặt tiếp giáp hai pha không trộn lẫn với (ở nước chất rắn) làm thay đổi lực hoá lý tác động lên mặt tiếp giáp Trong hỗn hợp bê tông chất hấp phụ mặt hạt xi măng, tạo cho chúng âm tính (-), dẫn tới đẩy hạt, giải tỏa vón tụ hạt ổn định phân tán chúng Các bọt khí bị đẩy tự dính bám vào hạt xi măng Vì tích tụ chất hoạt động bề mặt, nên giữ lại phần nước, không làm cho xi măng thuỷ hoá sớm Ngoài phụ gia tăng dẻo bê tông khối lớn dùng phụ gia chống thấm, phụ gia khí phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép Về mùa hè nắng nóng, thường dùng phụ gia hóa dẻo kéo dài thời gian ninh kết để thi công thuận lợi nhiệt bê tông tăng chậm Yêu cầu kỹ thuật loại phụ gia tiêu chuẩn 14TCN 104 – 1999; ACI 212 – 3R – 91 III Phụ gia khoáng Phụ gia khoáng sử dụng phổ biến bê tông khối lớn, đặc biệt cho đập bê tông, nhằm giảm nhiệt thuỷ hoá Do mác bê tông công trình bê tông khối lớn không cao, nên hàm lượng xi măng bê tông thường Khi dùng phụ gia khoáng (PGK) dạng nghiền mịn để đảm bảo đủ hàm lượng vật liệu mịn nhét đầy khe kẽ bê tông, đảm bảo độ đặc khả chống thấm bê tông khối lớn Phụ gia khoáng dạng bột, nên pha trước vào xi măng để xi măng pooclăng hỗn hợp TCVN 6260: 1997 Xi măng pooclăng hỗn hợp - Yêu cầu kỹ thuật ASTM C595 - 92a Blended hydraulic cement, xi măng pooclăng puzơlan; TCVN 4033: 1995 Xi măng pooclăng puzơlan - Yêu cầu kỹ thuật; Xi măng pooclăng xỉ TCVN 4316: 1986 Xi măng xỉ hạt lò cao - Yêu cầu kỹ thuật pha riêng vào bê tông trộn Như sử dụng xi măng poolăng hỗn hợp PCB để chế tạo bê tông, pha thêm phụ gia khoáng vào bê tông trộn để nâng tỉ lệ phụ gia khoáng đến mức mong muốn, nhằm đạt yêu cầu giảm nhiệt thuỷ hoá công trình bê tông khối lớn Như nêu trên, phụ gia khoáng phân làm nhóm : Phụ gia khoáng hoạt tính không hoạt tính (trơ) Phụ gia khoáng hoạt tính (thiên nhiên nhân tạo) xỉ hạt lò cao, tro bay, puzơlan, đất sét nung, muội silic Đặc tính phụ gia khoáng hoạt tính có chứa SiO2 vô định hình có tác dụng với vôi để tạo hợp chất bền có khả cứng hoá, gọi phản ứng puzơlan: SiO2 + Ca(OH2) + H2O  CaO SiO2 2H2O Phụ gia hoạt tính (phụ gia trơ) cát thạch anh, tràng thạch nghiền mịn, bột đá, bột gạch, xỉ lò cao kết tảng, đất bentonit nghiền mịn Phụ gia có tác dụng nhét kẽ để bê tông thêm đặc chắc, nên gọi phụ gia độn Phụ gia khoáng nói chung phải có độ mịn cao, đảm bảo lượng sót sàng 08 (4900 lỗ/cm2) không 15% Việc dùng phụ gia độn không làm tăng nhiều lượng nước trộn, thể qua độ sụt hỗn hợp bê tông không giảm 1cm thay 50% xi măng phụ gia bê tông có độ sụt ban đầu - 6cm Bê tông khối lớn thường dùng loại phụ gia khoáng sau: Xỉ hạt lò cao Xỉ lò cao phế liệu trình nấu quặng Chất bã lên nước gang vớt ra, cho nguội nhanh xỉ dạng hạt, chứa phần SiO2, Al2O3 CaO có sẵn quặng đá vôi Ở nhiệt độ cao phần oxit tương tác với để tạo số thành phần khoáng cứng lại sau thủy hóa Tính chất thành phần hạt xỉ hạt lò cao qui định TCVN 4315 : 1986 Xỉ lò cao dùng để sản xuất xi măng Puzơlan Theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C618 - 92A Specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in portland cement concrete, puzơlan vật liệu thiên nhiên nhân tạo chứa SiO2 hoạt tính chứa Al2O3 thân có tính dính kết; nghiền mịn có ẩm phản ứng hoá học với Ca(OH)2 nhiệt độ thường để tạo thành hợp chất có tính dính kết Theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C618 – 92A, cần hạn chế thành phần MgO, SO3 Na2O puzơlan Theo nguồn gốc, puzơlan phân chia hai loại : 2.1) Puzơlan thiên nhiên Puzơlan thiên nhiên phân chia làm nhóm: nhóm puzơlan nguồn gốc núi lửa nhóm puzơlan nguồn gốc khác a) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc núi lửa Đây loại phụ gia khoáng hoạt tính tìm thấy giới Khi núi lửa hoạt động, có cột vật liệu gồm hỗn hợp nham thanh, tro bụi phun rơi xuống đất Một khối lượng lớn trào mặt đất, phần hạt nhỏ bay xa, nguội nhanh gọi tro núi lửa Nham thạch làm nguội nước tạo thành vật liệu xốp gọi đá bọt Ở vùng núi lửa thường tồn khối lượng lớn vật liệu hỗn hợp, gồm chất kết dính tro núi lửa mảnh vụn đá bọt, đá kết tinh gọi chung vật liệu thuỷ tinh núi lửa Nếu xốp gọi Tuf; bị ép đặc gọi Tras Tất dạng vật liệu gọi chung puzơlan thiên nhiên nguồn gốc núi lửa Đó nguồn phụ gia khoáng hoạt tính quan trọng sản xuất xi măng bê tông Khi nham thạch trào nguội từ từ, tạo thành dải đá, mà điển hình đá bazan Do thoát khí tiếp tục trình nham thạch đông đặc, nên lớp đá nguội nhanh hơn, xốp có nhiều lỗ rỗng, kết tinh không hoàn chỉnh có phần vô định hình, lớp nguội chậm hơn, kết tinh tốt hơn, tạo thành đá đặc Thành phần hoá học puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc núi lửa biến đổi giới hạn rộng, phụ thuộc vào điều kiện hình thành, đặc biệt chúng có hàm lượng SiO2 cao, giao động từ nhóm đá kiềm sang nhóm đá axit (45 - 80%); sau SiO2 thành phần Al2O3 với hàm lượng khoảng 10 - 20% hàm lượng kiềm Na2O K2O đáng kể, khoảng - 11% Thành phần số loại puzơlan có nguồn gốc núi lửa giới nêu bảng 1.13 Như thành phần khoáng puzơlan có nguồn gốc núi lửa phụ thuộc vào khu vực Hàm lượng, chủng loại pha giao động không giống nhau, thực tế chúng gồm pha thuỷ tinh pha kết tinh (plagioclaz, pyroxen, olivin, thạch anh, hematit, magnetit ), pha thuỷ tinh có hoạt tính Ngoài ra, trải qua thời kỳ phong hoá, nên puzơlan gốc núi lửa chứa tỉ lệ định khoáng sét (caolinit, monmorillonit, xirixit ) khoáng mica (muscovit hydromica ) Bảng 1.13 : Thành phần hoá học puzơlan có nguồn gốc núi lửa Loại Puzơlan SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 % MKN % % % % % % % Puzơlan xốp Sacropano (Italia) 89.22 3.05 0.77 2.28 53.08 18.20 4.29 9.05 1.23 3.08 45.47 19.59 9.91 9.27 4.52 0.85 63.80 13.00 5.70 4.00 2.00 3.80 57.61 25.84 3.90 3.04 Trask (Bungari) 71.63 10.03 4.01 1.93 1.22 2.35 Tras vùng Rien (Đức) 52.12 18.29 5.81 4.94 1.20 1.48 5.06 11.1 Tras vùng Bazan (Đức) 62.45 16.47 4.41 3.39 0.94 1.91 2.06 7.41 Tras vùng Slipa (Bỉ) 55.69 15.18 6.43 2.83 1.01 0.26 16.33 Tras vùng Patki (Bỉ) 73.01 12.28 2.71 2.76 0.41 0.10 Tuf vùng Dasi (Rumani) 67.70 11.32 2.66 3.73 1.64 0.18 12.60 Tuf vùng Italia 54.68 17.70 3.82 3.61 0.95 Tuf vùng Gudraga (Ấn 40.90 12.00 14.00 14.60 1.45 Tuf Tras 3.05 6.38 6.34 9.11 12.6 độ) Tuf vùng Peli 62.22 19.87 4.99 4.57 2.70 2.25 1.60 2.23 b) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc trầm tích Đất diatomit, diệp thạch, opan, trêpen có hoạt tính giống tro núi lửa, nên dùng làm phụ gia khoáng cho xi măng bê tông Một số puzơlan thiên nhiên có đặc điểm đáng ý đất diatomit, làm tăng lượng nước trộn, hạt có nhiều cạnh góc xốp Một vài loại puzơlan có nguồn gốc phiến sét cần nung lên từ 5500C đến 10000C để nâng cao độ hoạt tính Nếu không nung, hoạt tính thấp, không mang lại hiệu mong muốn Puzơlan nghiền mịn tốt , nói chung hạt có đường kính từ 10 - 7m Một số puzơlan thiên nhiên nghiên cứu sử dụng Việt Nam Từ năm 1960 phát nghiên cứu sử dụng puzơlan Sơn Tây để pha vào xi măng Hải Phòng sản xuất xi măng puzơlan Cho đến khảo sát nhiều mỏ puzơlan Việt Nam có nguồn gốc đá phiến sét, đá silic, đá bazan diatomit Tài liệu Viện khoa học Thủy lợi (1998): Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu nguồn phụ gia khoáng Việt Nam để làm chất độn mịn cho bê tông đầm lăn” liệt kê số mỏ đá, trữ lượng đánh giá khả sử dụng chúng làm phụ gia khoáng nêu bảng 1.14 Bảng 1.14 : Tính chất số mỏ puzơlan Việt Nam STT Tên mỏ Đánh giá theo ASTM C618 - 92A Trữ lượng (SiO2, triệu Al2O3, Fe2O3) Loại đá gốc Địa điểm tỉnh Phiến hình Vĩnh Phúc 0,67 SO3 MKN Đ Đ Đ Đập Trung Mẫu Hương Canh Phiến nt - KĐ - Đ Mậu Thông Phiến nt 3,2 Đ Đ Đ Núi Đanh Phiến nt 6,1 Đ Đ Đ Xóm Chùa Phiến nt 0,1 Đ Đ Đ Sơn Tây Silic Hà Tây 2,7 Đ Đ Đ Thanh Trắc Silic nt 0,5 Đ Đ Đ Pháp Cổ Silic Hải Phòng 71,5 Đ Đ Đ Cát Bà Silic nt 10 Đ Đ Đ 10 Phương Nhi Phiến Hà nam 0,55 - - - 11 Nông Cống Bazan Thanh Hoá 5-7 Đ Đ - 12 Phú Quý Bazan Nghệ An Đ Đ - 13 Núi Voi – Núi Ngang Bazan Quảng Ngãi KD - Đ 14 Đồng Điền Bazan nt KD - Đ 15 Thình Thình Bazan nt KD - - 16 Đồng Đanh Bazan nt 10 KD - Đ 17 Trung Sơn Bazan nt - KD - - 18 An Dương Bazan Bình Định Đ Đ Đ 19 Núi Mái Nhà Bazan Phú Yên - - - - 20 Kon Tum Phiến KonTum Đ Đ Đ Tiếp bảng 1.14 21 Thuận An Bazan Buôn Ma Thuật - - - 22 Chu Nga Bazan Bình Phước - - - - 23 Bình Lòng Sông Bazan nt 1,04 KĐ - - 24 Lộc Ninh Bazan Đồng Nai - KĐ - - 25 Vĩnh Tân Bazan nt 35 Đ Đ - 26 Xuân Lộc Bazan Bà Rịa - - - 27 Núi Nhạn Bazan nt - - - - 28 Núi Đất Bazan nt - - - - 29 Gia Quỳ (Mu Rùa) Bazan Quảng Trị 40,7 Đ - DDD 30 Cam Nghĩa Bazan An Giang KĐ - - 31 An Giang Điatonit Lâm Đồng - Đ Đ Đ 32 Lâm Đồng Điatonit nt - Đ Đ Đ Ghi chú: Ký hiệu Đ KĐ đạt không đạt Như số phụ gia khoáng nêu có số đạt yêu cầu khai thác sử dụng nêu Gần có thêm số phụ gia khoáng khác thăm dò nghiên cứu Tuy bazan có thành phần hoá học giống bazan thuộc dạng sản phẩm núi lửa kiềm tính (SiO2 = 45 - 52%), khác bazan với cấu trúc rỗng tỉ lệ pha thành phần khoáng vật Yêu cầu kỹ thuật phụ gia bazan qui định TCXD 208:1998 Đá bazan làm phụ gia cho xi măng bảng 1.15 Bảng 1.15 : Chất lượng phụ gia đá bazan N Các tiêu chất lượng Chỉ số hoạt tính cường độ, %, không nhỏ Mức cho phép  80 Thời gian kết thúc đông kết vữa, ngày đêm, không lớn Độ bền nước, ngày đêm, không nhỏ Màu sắc Hàm lượng SiO2, %, không nhỏ 40% Hàm lượng Al2O3, %, khoảng 12 – 25 Xanh đen, xanh xám Hàm lượng Fe2O3, %, không lớn Hàm lượng kiềm quy đổi Na2O,%, không lớn Lượng khí nung (MKN), %, không lớn 14 2.2) Puzơlan nhân tạo Ngoài loại phụ gia puzơlan thiên nhiên nêu trên, có puzơlan nhân tạo có tính chất tác dụng giống puzơlan thiên nhiên, nên sử dụng nhiều làm phụ gia cho xi măng bê tông tro bay, tro trấu, muội silic a) Phụ gia tro bay phụ liệu thu đốt than cám nhà máy nhiệt điện Tro bay lắng đọng phương pháp tĩnh điện học từ ống khói Đây loại puzơlan nhân tạo phổ biến (A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman) Hạt tro bay có dạng hình cầu có độ mịn cao, phần lớn hạt có kích thước từ 100 m đến 1m tỉ diện khoảng 2500 đến 6000 cm2/g; thuận lợi cho phản ứng tro bay với canxi hydroxit Khối lượng riêng tro bay thường khoảng 2,35kg/dm3 Tiêu chuẩn 14TCN 105 - 1999 ; ASTM C618 - 92A phân tro bay thành loại: loại C loại F, theo loại than dùng để đốt Nếu đốt than chứa bitum than non (linhit), tro chứa nhiều vôi, gọi loại C Nếu đốt than antraxit, thu tro bay loại F chứa vôi Tro bay có hoạt tính rõ rệt, điều quan trọng tro bay phải có độ mịn hàm lượng cácbon ổn định Hai yêu cầu có quan hệ với nhau, hạt than thường lớn hạt tro, làm giảm độ mịn tro bay Than chưa cháy làm cho xi măng biến đổi thể tích không đều, có hại cho độ bền bê tông dùng tro bay Các tiêu chuẩn 14TCN 105 - 1999 ; ASTM C618 - 92A nêu lên yêu cầu tro bay tổng hàm lượng SiO2, Al2O3 Fe2O3 tối thiểu 70%, hàm lượng tối đa SO3 5%, lượng khí nung tối đa 6% (tuy nhiên tiêu tăng lên đến 12%, qua thí nghiệm thấy dùng được), hàm lượng kiềm áp dụng dùng cốt liệu có phản ứng kiềm Tiêu chuẩn Anh BS 3892: Phần (1993) quy định hàm lượng SO3 tối đa 2,5% Hàm lượng MgO không quy định, tồn dạng phản ứng Khi hàm lượng cácbon nhiều, tro có màu thẫm, nên làm cho mầu bê tông thẫm dùng tro bay bê tông Tro bay loại C đặc trưng hàm lượng vôi cao, có tới 24% Nó có khả biến cứng yếu sau trộn với nước (tính chất thuỷ lực) vôi tro bay kết hợp với phần SiO2 Al2O3, thành phần tác dụng với vôi sinh xi măng thuỷ hoá Loại tro bay có độ mịn cao, hàm lượng cácbon thấp, nên có mầu nhạt Hàm lượng MgO cao với CaO gây nở thể tích có hại cho ổn định đá xi măng bê tông có phụ gia Tro bay vốn dạng bột mịn, qua công đoạn nung nghiền, mà trực tiếp dùng ngay, nên đạt hiệu kinh tế cao sản xuất bê tông Tro bay dùng phổ biến nhiều nước (A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman; M.Laquerbe (1990) Béton, Paris) b) Silicafume (muội silic) phụ gia khoáng hoạt tính cao cấp siêu mịn dùng làm phụ gia cho bê tông chất lượng cao Đây loại phụ gia khoáng nghiên cứu sử dụng nhiều nước (Phùng Văn Lự (1999) Báo cáo tổng kết đề tài “Nâng cao chất lượng bê tông mác cao dùng xây dựng sửa chữa cầu”; A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman; M.Laquerbe (1990) Béton, Paris) Ở Việt Nam chưa sản xuất được, loại phụ gia có mặt thị trường Việt Nam từ nhiều năm Về nguồn gốc, silicafume phế liệu sản xuất silic ferosilic từ thạch anh có độ tinh khiết cao than đá lò cung lửa điện ngập Độ mịn muội silic hình thành tự nhiên, nghiền Các hạt mịn cực mịn xâm nhập vào khoảng trống hạt xi măng làm cho cấu trúc bê tông đặc hơn, chống thấm chống ăn mòn tốt Silicafume có hoạt tính cao hàm lượng SiO2 cao, đạt gần 100%, lại xốp nhẹ, khối lượng thể tích khoảng 200 - 300kg/m3 khối lượng riêng đạt khoảng 2,2kg/dm3 Độ lớn hạt nằm khoảng 0,03 0,3m, cỡ trung bình nhỏ 12 - 20 lần cỡ hạt phụ gia puzơlan nói chung c) Phụ gia Metacaolanh (MK) : phụ gia khoáng thiên nhiên, hoạt hoá phương pháp nhân tạo có hoạt tính cao Metacaolanh thương phẩm có hàm lượng SiO2 + Al2O3 > 90% dạng nghiền mịn, có đường kính hạt trung bình 1,5 m, tỉ diện khoảng 16.000cm2/g; thấp muội silic Ở nước ta Viện khoa học Công nghệ vật liệu xây dựng nghiên cứu sản xuất Metacaolanh cách nung cao lanh nhiệt độ 700 - 9000C khoảng giờ, nghiền mịn [44] Phụ gia SISEX nghiên cứu khoa Hoá trường Đại học Tổng hợp để nâng cao độ bền bê tông loại Metacaolanh có tác dụng tương tự phụ gia Viện VLXD nêu [45] d) Phụ gia tro trấu loại phụ gia khoáng nhân tạo có hoạt tính cao nghiên cứu sử dụng bê tông [46, 47, 48] Tro trấu tạo sau đốt trấu theo công nghệ đặc biệt để có hoạt tính cao Tro trấu có hàm lượng chủ yếu SiO2 tới 92,45%, thành phần khác Ở nước ta tiêu chuẩn 14 TCN 105 – 1999 phụ gia khoáng cho bê tông vữa, có số tiêu chuẩn khác liên quan đến phụ gia khoáng cho xi măng bê tông tiêu chuẩn ngành xây dựng TCXD 208 : 1998 [41] yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử phụ gia đá bazan Tiêu chuẩn TCVN 3735 – 82 [49] phân puzơlan làm ba loại theo độ hoạt tính dựa vào độ hút vôi phụ gia sau 30 ngày đêm ngâm dung dịch bão hoà vôi bảng 1.16 Thời gian đông kết mẫu hồ vôi - puzơlan với tỉ lệ puzơlan 20  80% theo khối lượng không chậm ngày đêm Ngoài phụ gia phải đảm bảo khả chịu nước vữa: ngâm nước không bị vỡ ngày đêm kể từ lúc kết thúc đông kết Hàm lượng SO3 puzơlan không lớn 1% Tiêu chuẩn TCVN 6882 : 2001 [50] quy định yêu cầu phụ gia khoáng hoạt tính trơ cho xi măng (cũng cho bê tông) bảng 1.17 Bảng 1.16 : Độ hút vôi puzơlan Độ hoạt tính puzơlan Lượng vôi bị hút từ dung dịch bão hoà vôi sau 30 ngày đêm ngâm puzơlan (mg vôi/1g phụ gia) Mạnh Lớn 100 Trung bình 60 – 100 Yếu Lớn 30 đến nhỏ 60 Bảng 1.17 : Các yêu cầu phụ gia khoáng cho xi măng Mức qui định STT Tên tiêu Phụ gia khoáng hoạt tính Phụ gia trơ Chỉ số hoạt tính cường độ, % 75 KQĐ Thời gian kết thúc đông kết hồ vôi - phụ gia, giờ, không muộn 96 KQĐ Độ bền nước hồ vôi – phụ gia Đạt yêu cầu KQĐ Tạp chất bụi sét, % không lớn KQĐ 3,0 Hàm lượng SO3, %, không lớn 4 Kiềm có hại phụ gia sau 28 ngày, %, không lớn * 1,5 1,5 Ghi chú: - KQĐ : không quy định - Chỉ tiêu (6) dùng cho cốt liệu có phản ứng kiềm – silic Tiêu chuẩn 14 TCN 114 : 2001 [51] hướng dẫn sử dụng phụ gia bê tông giúp ta lựa chọn loại phụ gia thích hợp sử dụng hợp lý chúng để phát huy hiệu phụ gia bê tông nói chung bê tông khối lớn đập bê tông trọng lực nói riêng IV.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CHO XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG Theo tài liệu [52], lúc đầu số phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc núi lửa gọi puzơlan Sản phẩm thiên nhiên tiêu biểu tro núi lửa tìm thấy trái đất từ lâu đời sử dụng hiệu làm phụ gia khoáng hoạt tính cho xi măng bê tông Chất thủy tinh tro núi lửa chịu ảnh hưởng lâu dài nước, CO2 yếu tố khác bị hydrat hoá mức độ định Một phần nước liên kết dạng kết tinh, phần nước hút bám không tạo nên hoạt tính, mà có phần thủy tinh SiO2 hình cạnh Al2O3 tạo nên hoạt tính loại puzơlan này, bao gồm chất thủy tinh thủy hoá không thủy hoá Phần nước liên kết chất thủy tinh dạng nhóm OH đặc trưng cho độ hoạt tính mức độ định Một số loại đá nguồn gốc núi lửa nung 600  800 C có o 300  400 C, độ hoạt tính tăng lên, phần kết tinh đá phần tạp chất đất sét đá trở nên có hoạt tính Các chất nước thời gian nung, sau có phản ứng với nước canxi oxit biến cứng Hoạt tính puzơlan đánh giá theo độ hút vôi, xác độ hút vôi cao, luôn đạt hiệu cao Có trường hợp độ hút vôi không lớn, pha vào xi măng đạt tiêu kỹ thuật cao Vì độ hút vôi, dùng phương pháp trộn puzơlan với vôi xi măng đánh giá cường độ, qua đánh giá hoạt tính tìm tỉ lệ pha trộn thích hợp Tương tự vậy, tiêu chuẩn ASTM C 618 dùng tiêu hoạt tính cường độ để đánh giá độ hoạt tính puzơlan Loại puzơlan có hoạt tính thấp, cần tăng tỉ lệ pha trộn để tác dụng hết với vôi cường độ xi măng giảm nhiều, thời kỳ đầu cứng hoá Sự có mặt puzơlan không làm thay đổi tính tương tác khoáng clanhke xi măng không pha puzơlan Tuy nhiên tương tác xi măng pha puzơlan diễn biến theo hai trình [52, 53] với phản ứng sơ cấp thứ cấp [53] Phản ứng sơ cấp xảy trình thứ tương tác thành phần khoáng xi măng với nước, có alit (3CaO.SiO2) belit (2CaO.SiO2) sau [54]: 2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 Phản ứng thứ cấp xảy trình thứ hai tương tác thành phần hoạt tính puzơlan (SiO2ht) với Ca(OH)2 sinh hai phản ứng để tạo hydro canxi silicat có công thức chung CSH(B) theo phản ứng gọi phản ứng puzơlan sau : mCa(OH)2 + SiO2ht + nH2O = mCaO.SiO2.pH2O CSH(B) chất không tan nước, có khả biến cứng, nên giảm nồng độ Ca(OH)2 hệ xi măng - nước, có tác dụng đẩy nhanh thủy phân canxi silicat xi măng Ngoài CSH(B), sinh hydrogelenit có công thức 2CaO.Al2O3.SiO2.8H2O Ở điều kiện nhiệt độ thường, tuỳ thuộc vào nồng độ canxi oxit môi trường nước, tạo nên hợp chất có m = 0,8 – 1,5 p = 2; CSH(B) có dạng (0,8 – 1,5) CaO.SiO2.2H2O Nếu phụ gia khoáng chứa Al2O3 hoạt tính, tác dụng với CaO để tạo thành canxi hydroaluminat canxi hydroaluminat hình sáu cạnh ổn định (tuỳ thuộc vào nồng độ canxi oxit dung dịch), sau chuyển thành 3CaO.Al2O3.6H2O ổn định Như viết phản ứng Al2O3ht với Ca(OH)2 sau : Al2O3 + 3Ca(OH)2 + 3H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O Nói chung hoạt tính puzơlan cao, khả tương tác với vôi lớn Các chất sinh chủ yếu dạng gen tế vi có biến dạng co nhiều puzơlan thuộc nguồn gốc trầm tích hàm lượng gen lớn lượng cần nước mạng lưới mao quản cực nhỏ (lỗ rỗng gen) cao Khi đông cứng không khí, nước liên kết hút bám bay hơi, gây co mạnh phần gen phát sinh sức căng mao quản Ngược lại, nước, xi măng pha puzơlan nở thể tích hấp thụ nước chất dạng keo nở thể tích Các biến dạng đặc biệt lớn giai đoạn cứng hoá đầu tiên, sau giảm tắt dần, giá trị chúng lớn xi măng không pha puzơlan Hiện tượng co nguy hiểm tượng nở nhiều Nếu biện pháp khắc phục (giữ ẩm thời gian đầu), có ảnh hưởng xấu đến dính kết chất dính kết cốt liệu bê tông gây nứt nẻ bê tông bề mặt Theo P.I Glusge độ co tổng thể tương đối xi măng pha phụ gia Trêpen (nguồn gốc trầm tích) 1,49, pha Tras (nguồn gốc núi lửa) 1, pha xỉ 0,93 xi măng poóclăng gốc Như puzơlan nguồn gốc núi lửa không làm tăng độ co rõ rệt Đó điểm tốt loại puzơlan đáng tận dụng Xi măng pha puzơlan nhạy cảm với nhiệt độ Ở nhiệt độ 10 – 12 oC, đông kết cứng hoá diễn chậm; nhiệt độ nhỏ oC trình đông cứng bị dừng lại Khi tăng nhiệt độ, xi măng pha puzơlan lại đông cứng nhanh xi măng không pha puzơlan Điều có lợi điều kiện khí hậu nóng Việt Nam Xi măng pha puzơlan có nhiệt thủy hoá thấp nhiều so với xi măng poóclăng Nhiệt thủy hoá sinh hai trình tương tác hoá học nêu Trong trình thứ nhiệt thủy hoá sinh tương tác thành phần khoáng clanhke với nước Nhiệt thủy hoá sinh trình thứ hai thành phần hoạt tính puzơlan tương tác với Ca(OH)2 (phản ứng puzơlan) Có tài liệu nói mức độ sinh nhiệt phản ứng puzơlan Tài liệu [8] cho lượng puzơlan sinh nhiệt 15 – 50% nhiệt sinh lượng xi măng bị puzơlan thay Tuy nhiên thực tế có nhiều loại puzơlan với thành phần khoáng độ hoạt tính khác nhau, phát sinh nhiệt không giống pha vào xi măng bê tông Đây vấn đề cần nghiên cứu để khẳng định mức độ sinh nhiệt loại puzơlan cụ thể Theo tài liệu [52], việc pha puzơlan vào xi măng cho tính bền nước cao : (1) Thành phần Ca(OH)2 dễ hoà tan qua phản ứng puzơlan biến thành hydrocanxi silicat khó hoà tan; (2) Trong xi măng sinh chất gen nở phồng có mặt dung dịch nước canxi hydroxit, nên tăng độ chống thấm đá xi măng Đá xi măng bền nước, tạo cho bê tông có tính ổn định tốt nước Mặt khác, thể tích hồ xi măng có puzơlan lớn thể tích hồ xi măng puzơlan thay khối lượng riêng cỉa puzơlan nhỏ xi măng Như bê tông pha puzơlan giầu hồ hơn, nên cấu trúc bê tông đặc chặt hơn, có khả chống thấm nước tốt Chính mà bê tông pha puzơlan thích hợp môi trường nước, đất bê tông dùng xi măng poóclăng Còn khô bê tông pha puzơlan đòi hỏi bảo dưỡng ẩm tốt thời kỳ đầu Như việc dùng puzơlan thích hợp bê tông công trình thủy lợi nói chung Bê tông pha puzơlan bền sunfat bê tông không pha puzơlan, nguyên nhân sau : (1) Thành phần Ca(OH)2 dễ hoà tan phản ứng với SiO2ht tạo thành hydro canxi silicat bền nước; (2) tính chống thấm bê tông nâng cao; (3) không khoáng có hàm lượng kiềm cao ( canxi canxi hydro aluminat ) để phản ứng với sunfat tạo thành ettringit nở thể tích gấp lần phá hoại đá xi măng bê tông Tuy nhiên có puzơlan nguồn gốc núi lửa chứa nhiều SiO2 bền sunfat nên cần tận dụng loại puzơlan công trình thủy, puzơlan khác chứa nhiều Al2O3, không chống sunfat, mà bất lợi có mặt Al2O3 Nói chung, muốn chống sunfat tốt puzơlan, phải cải biến thành phần khoáng xi măng (clanhke), cho thành phần 3CaO.Al2O3 không 8% Khi pha puzơlan vào bê tông, cho phép dùng xi măng có độ kiềm cao, puzơlan chất ức chế có hiệu phản ứng kiềm – silic Như việc pha puzơlan tránh nguy phá hoại phản ứng kiềm – cốt liệu Đó điều đáng quan tâm công trình bê tông khối lớn đập trọng lực Trong trường hợp bê tông xi măng, việc pha puzơlan vào bê tông, việc tương tác với Ca(OH)2, puzơlan nghiền mịn với xi măng nhét đầy khe kẽ hạt cát đá bê tông, tạo khối bê tông đặc chặt tăng độ dẻo hỗn hợp bê tông, tăng tính chống thấm cho bê tông nêu Lý thuyết nêu tác dụng puzơlan xi măng bê tông coi sở lý thuyết cho đề tài nghiên cứu luận án - Nhiệt kế có dây - Lỗ chừa tâm KĐ h= H/2+2,5 cm để đo nhiệt độ Tmax - Lỗ chừa h =8cm - Gờ - Tấm nắp đậy - Móc xách tay - Nước đổ cao 5cm - Khoảnh đổ L x B x H = 12m x 8m x 2m T©m khèi ®æ Kho¶nh ®æ L x B x H Hình 4.4 : Sơ đồ đo nhiệt độ khoảnh đổ Hình 4.11 : Phân khoảnh đổ bê tông công trình đập Lòng Sông (2002) [...]... chuẩn 14 TCN 114 : 2001 [51] hướng dẫn sử dụng phụ gia trong bê tông giúp ta lựa chọn được loại phụ gia thích hợp và sử dụng hợp lý chúng để phát huy hiệu quả phụ gia trong bê tông nói chung và bê tông khối lớn như đập bê tông trọng lực nói riêng IV.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CHO XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG Theo tài liệu [52], lúc đầu một số phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc núi lửa được gọi... ngoài tiêu chuẩn 14 TCN 105 – 1999 về phụ gia khoáng cho bê tông và vữa, còn có một số tiêu chuẩn khác liên quan đến phụ gia khoáng cho xi măng và bê tông như tiêu chuẩn ngành xây dựng TCXD 208 : 1998 [41] về yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử phụ gia đá bazan Tiêu chuẩn TCVN 3735 – 82 [49] phân puzơlan làm ba loại theo độ hoạt tính dựa vào độ hút vôi của phụ gia sau 30 ngày đêm ngâm trong dung dịch... măng (cũng là cho bê tông) như trong bảng 1.17 Bảng 1.16 : Độ hút vôi của puzơlan Độ hoạt tính của puzơlan Lượng vôi bị hút từ dung dịch bão hoà vôi sau 30 ngày đêm ngâm puzơlan (mg vôi/1g phụ gia) Mạnh Lớn hơn 100 Trung bình 60 – 100 Yếu Lớn hơn 30 đến nhỏ hơn 60 Bảng 1.17 : Các yêu cầu đối với phụ gia khoáng cho xi măng Mức qui định STT Tên chỉ tiêu Phụ gia khoáng hoạt tính Phụ gia trơ 1 Chỉ số hoạt... puzơlan được nghiền mịn sẽ cùng với xi măng nhét đầy khe kẽ giữa các hạt cát và đá trong bê tông, tạo ra khối bê tông đặc chặt và tăng độ dẻo của hỗn hợp bê tông, cũng như tăng tính chống thấm cho bê tông như đã nêu trên Lý thuyết nêu trên về tác dụng của puzơlan trong xi măng và bê tông được coi là cơ sở lý thuyết cho đề tài nghiên cứu của luận án này 1 - Nhiệt kế có dây 2 - Lỗ chừa ở tâm KĐ h= H/2+2,5... nhiệt độ 700 - 9000C khoảng 3 giờ, rồi nghiền mịn [44] Phụ gia SISEX được nghiên cứu ở khoa Hoá trường Đại học Tổng hợp để nâng cao độ bền của bê tông cũng là một loại Metacaolanh và có tác dụng tương tự như phụ gia của Viện VLXD đã nêu trên [45] d) Phụ gia tro trấu là một loại phụ gia khoáng nhân tạo có hoạt tính cao được nghiên cứu và sử dụng trong bê tông [46, 47, 48] Tro trấu được tạo ra sau khi đốt... hoạt tính cường độ, % 75 KQĐ 2 Thời gian kết thúc đông kết của hồ vôi - phụ gia, giờ, không muộn hơn 96 KQĐ 3 Độ bền nước của hồ vôi – phụ gia Đạt yêu cầu KQĐ 4 Tạp chất bụi và sét, % không lớn hơn KQĐ 3,0 5 Hàm lượng SO3, %, không lớn hơn 4 4 6 Kiềm có hại của phụ gia sau 28 ngày, %, không lớn hơn * 1,5 1,5 Ghi chú: - KQĐ : không quy định - Chỉ tiêu (6) chỉ dùng cho cốt liệu có phản ứng kiềm – silic... làm cho cấu trúc bê tông đặc chắc hơn, chống thấm và chống ăn mòn tốt hơn Silicafume có hoạt tính cao do hàm lượng SiO2 rất cao, đạt gần 100%, nhưng lại rất xốp nhẹ, khối lượng thể tích bằng khoảng 200 - 300kg/m3 và khối lượng riêng đạt khoảng 2,2kg/dm3 Độ lớn của hạt nằm trong khoảng 0,03 0,3m, cỡ trung bình cũng nhỏ hơn 12 - 20 lần cỡ hạt phụ gia puzơlan nói chung c) Phụ gia Metacaolanh (MK) : là phụ. .. của hồ xi măng không có puzơlan thay thế vì khối lượng riêng cỉa puzơlan nhỏ hơn xi măng Như vậy bê tông pha puzơlan giầu hồ hơn, nên cấu trúc bê tông có thể đặc chặt hơn, và cũng có khả năng chống thấm nước tốt hơn Chính vì vậy mà bê tông pha puzơlan thích hợp hơn trong môi trường nước, dưới đất hơn bê tông chỉ dùng xi măng poóclăng Còn ở trên khô thì bê tông pha puzơlan đòi hỏi sự bảo dưỡng ẩm tốt... quá 8% Khi pha puzơlan vào bê tông, có thể cho phép dùng xi măng có độ kiềm cao, vì puzơlan là chất ức chế có hiệu quả phản ứng kiềm – silic Như vậy việc pha puzơlan có thể tránh được nguy cơ phá hoại của phản ứng kiềm – cốt liệu Đó là điều rất đáng quan tâm đối với công trình bê tông khối lớn như đập trọng lực Trong trường hợp bê tông ít xi măng, việc pha puzơlan vào bê tông, ngoài việc tương tác... siêu mịn được dùng làm phụ gia cho bê tông chất lượng cao Đây là loại phụ gia khoáng đã được nghiên cứu sử dụng ở nhiều nước (Phùng Văn Lự (1999) Báo cáo tổng kết đề tài “Nâng cao chất lượng bê tông mác cao dùng trong xây dựng và sửa chữa cầu”; A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman; M.Laquerbe (1990) Béton, Paris) Ở Việt Nam tuy chưa sản xuất được, nhưng loại phụ gia này đã có mặt trên ... - Phụ gia trợ bơm; - Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép bê tông cốt thép; - Phụ gia khí; - Phụ gia hạn chế phản ứng kiềm - silic; - Phụ gia gây nở; - Phụ gia tăng liên kết bê tông cũ III Phụ gia. .. học Hiện loại phụ gia hóa học cho bê tông có nhiều thị trường Việt Nam Đa số sản phẩm ngoại, có số phụ gia sản xuất nước Phụ gia hóa học thường dùng bê tông khối lớn đập bê tông phụ gia hóa dẻo... phổ biến bê tông khối lớn, đặc biệt cho đập bê tông, nhằm giảm nhiệt thuỷ hoá Do mác bê tông công trình bê tông khối lớn không cao, nên hàm lượng xi măng bê tông thường Khi dùng phụ gia khoáng