Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cách nhiệt kết cấu sử dụng hạt polystyrol phồng nở

Bài báo trình bày các nghiên cứu về bê tông nhẹ khối lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 700 kg/m³ sử dụng hạt polystyrol phồng nở. Kết quả cho thấytính công tác của hỗn hợp bê tông phụ thuộc nhiều vào độ xòe của hồ xi măng và hệ số dư vữa.

VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CÁCH NHIỆT KẾT CẤU SỬ DỤNG HẠT POLYSTYROL PHỒNG NỞ TS HOÀNG MINH ĐỨC Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu bê tơng nhẹ khối lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 700 kg/m³ sử dụng hạt polystyrol phồng nở Kết cho thấytính cơng tác hỗn hợp bê tơng phụ thuộc nhiều vào độ xòe hồ xi măng hệ số dư vữa Để hạn chế phân tầng hỗn hợp bê tông cần lựa chọn độ xòe thích hợp hồ hạn chế tạo hình đầm rung Để nâng cao cường độ bê tông polystyrol có khối lượng thể tích thấp nên ưu tiên tăng hệ số dư hồ.Sử dụng phụ gia khoáng polimer chế tạo bê tơng polystyrol khối lượng thể tích 700 kg/m³ đạt cường độ đến 8,0 MPa Nghiên cứu tính chất khác bê tơng polystyrol co ngót, mơ đun đàn hồi, độ hút nước, hệ số hóa mềm khả bám dính cho thấy bê tơng polystyrol hồn tồn thích hợp để chế tạo sản phẩm nhẹ blốc xây, panel nhẹ sử dụng thi cơng xây dựng cơng trình Abstract: This study focused on the lighthweigh concrete with unit weight from 400 kg/m³ to 700 kg/m³ using expanded polystyrene beams It shows that workability of concrete mixtures depends on flow of cement paste and paste excessive coefficient To reduce a segregation of mixture appropriate flow must be chosen and vibration must be avoided To increase a strenght of low unit weight concrete increasing paste excessive coefficient must prefered Using mineral and polymer admixturesthe compressive strength of 8,0 MPa can be achieved with 700 kg/m³ polystyrene concrete Study on shringkage, modulus of elasticity, water absorption, softening coefficient and bonding ability show that concrete with expanded polystyrene beams can be used in masonry unit and panel for construction Mở đầu Đối với cơng trình xây dựng đại, quy mô lớn, việc giảm nhẹ tải trọng thân kết cấu có ý nghĩa quan trọng giúp nâng cao hiệu kinh tế kỹ thuật Một biện pháp để đạt Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 yêu cầu sử dụng bê tông nhẹ cho kết cấu không chịu lực vách ngăn, tường bao che Trong đó, sử dụng bê tơng nhẹ chotường bao che giúp nâng cao khả cách nhiệt tường, cải thiện điều kiện vi khí hậu tiết kiệm lượng Để đáp ứng yêu cầu sử dụng cho tường bao che không chịu lực, bê tơng nhẹ kết cấu - cách nhiệt cần có khối lượng thể tích khoảng từ 500 kg/m³ đến 800 kg/m³, cường độ chịu nén từ 3,5 MPa đến 7,5 MPa Bên cạnh đó, để đảm bảo yêu cầu công sử dụng, bê tông nhẹ cho tường bao che cần chống thâm nhập nước mưa điều kiện khí hậu nước ta Có thể thấy rằng, loại bê tông bê tông bọt, bê tơng khí chưng áp có khối lượng thể tích cường độ phù hợp có tỷ lệ lớn lỗ rỗng khí nên độ hút nước, độ ẩm cân chúng cao nên khả chống thấm cần xem xét cải thiện Bê tông nhẹ với cốt liệu hạt polystyrol phồng nở (bê tơng polystyrol) khắc phục nhược điểm Các hạt polystyrol phồng nở có khối lượng thể tích nhỏ với bề mặt láng mịn hệ thống lỗ rỗng không thông nên khơng thấm nước, cho phép giảm độ hút nước bê tông, cải thiện khả cản nước tường Những nghiên cứu bê tông polystyrol tiến hành vào cuối năm 80 đầu 90 kỷ XX bê tông polystyrol ứng dụng rộng rãi nhiều nước giới LB Nga, CH Pháp, CH Séc, CH Italia, CHLB Đức, dạng cấu kiện chịu lực - cách nhiệt cách nhiệt [1, 2].Tại nước, công nghệ sản xuất yêu cầu kỹ thuật bê tơng polystyrol có khác nhau, nhìn chung bê tơng polystyrol chế tạo với khối lượng thể tích từ 150 kg/m³ 1200 kg/m³, cường độ chịu nén từ MPa 10 MPa Hạt polystyrol phồng nở có khả biến dạng đàn hồi cao Khi bị nén hạt polystyrol phồng nở rõ ràng giới hạn bền nén không 39 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG xảy phá hoại dòn Điều ảnh hưởng đáng kể đến mơ đun đàn hồi khả biến dạng tải trọng bê tông.Do hạt polystyrol phồng nở không bám dính với đá xi măng nên nghiên cứu Pháp tiến hành biến tính bề mặt hạt polystyrol nhằm nâng cao khả bám dính hạt với đá xi măng cho đời sản phẩm hạt với tên gọi AABS bê tông Polys Beto Việc xử lý bề mặt làm tăng đáng kể giá thành nên hạn chế khả ứng dụng Trong đó, nghiên cứu khác LB Nga cho thấy, sử dụng hạt polystyrol chưa qua xử lý bề mặt chế tạo bê tơng nhẹ đáp ứng yêu cầu làm tường bao che Một vấn đề khác đặt bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ hạt polystyrol phồng nở việc đảm bảo mức độ phân tầng hỗn hợp bê tông nằm giới hạn cho phép Điều đạt thông qua việc nghiên cứu lựa chọn cấp phối chế độ gia công hợp lý Tại Việt Nam, năm 90 bê tơng nhẹ nói chung chưa nhận quan tâm nghiên cứu thích đáng chưa ứng dụng thực tế rộng rãi Trong năm gần đâybê tông polystyrol quan tâm nghiên cứu, phát triển ứng dụng cơng trình Bài báo trình bày kết nghiên cứu bê tông nhẹ cách nhiệt cốt liệu polystyrol thực Viện KHCN Xây dựng khuôn khổ đề tài mã số RDN 06-01 Vật liệu sử dụng phương pháp thí nghiệm Các nghiên cứu tiến hành ba loại cốt liệu polystyrol khác có tính chất trình bày bảng Các nghiên cứu thực với cốt liệu PS2 Cốt liệu PS1 PS3 sử dụng nghiên cứu đối chiếu Bảng 1.Tính chất cốt liệu polystyrol phồng nở Ký hiệu cốt liệu PS1 PS2 PS3 Khối lượng thể tích xốp, kg/m³ 17,8 25,7 34,5 Khối lượng thể tích, g/cm³ 0,0291 0,0423 0,0572 Độ hổng Dmax, mm 0,389 0,392 0,397 Chất kết dính sử dụng nghiên cứu bao gồm xi măng PCB40 Nghi Sơn PC30 Hồng Thạch có tính chất trình bày bảng Bảng Tính chất xi măng sử dụng nghiên cứu TT Tính chất Khối lượng riêng Lượng nước tiêu chuẩn Thời gian ninh kết - Bắt đầu - Kết thúc Cường độ chịu nén: - ngày - 28 ngày Cường độ chịu kéo uốn: - ngày -28 ngày Bên cạnh đó, nghiên cứu sử dụng số loại phụ gia khoáng bao gồm: tro tuyển Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại với lượng nung 4,6%, độ hút vôi 60,7 mg/g, silicafume với hàm lượng SiO2 93,7%, độ hút vôi 208 mg/g, vơi bột tơi cát Tính chất vật liệu sử dụng hỗn hợp bê tông bê tơng xác định theo phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn Tuy nhiên, cốt liệu hạt polystyrol phồng nở có đặc tính khác biệt so 40 Đơn vị g/cm³ % Giá trị ứng với Nghi Sơn Hoàng Thạch PCB 40 PC30 3,11 3,08 27,5 26,0 h-min h-min 1-40 2-35 1-55 3-10 MPa MPa 34,3 49,9 26,6 40,7 MPa MPa 7,7 8,9 6,2 7,9 với cốt liệu thông thường nên cần áp dụng số phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn Khối lượng thể tích cốt liệu polystyrol phồng nở xác định dựa khối lượng thể tích xốp độ hổng hạt cốt liệu Độ hổng hạt xác định tỷ lệ thể tích nước thêm vào ống đong với hạt polystyrol đổ sẵn vào giữ mức cố định Độ cứng hỗn hợp bê tông polystyrol xác định với khn đơi gồm hai hình lập phương cạnh Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG 100 mm ngăn cách chắn Đổ đầy hỗn hợp bê tơng polystyrol vào hai ơ, sau rút chắn rung bàn rung Độ cứng hỗn hợp xác định thời gian rung hỗn hợp bê tông sang đặt tới cạnh bên khuôn Độ phân tầng hỗn hợp bê tông polystyrol xác định tỷ lệ phần trăm chênh lệch khối lượng thể tích nửa nửa so với khối lượng thể tích khối hỗn hợp bê tơng bình đong 5l sau làm chặt cách rung bàn rung vòng 15 sec (Pr) chọc 50 lần (Pch) Ảnh hưởng số yếu tố đến tính chất hỗn hợp bê tơng polystyrol Lựa chọn phương án vật liệu cho bê tông nhẹ kết cấu cách nhiệt cần đáp ứng đồng thời yêu cầu khối lượng thể tích cường độ Theo đó, để giảm khối lượng thể tích với tỷ lệ cốt liệu nhẹ định cần giảm khối lượng thể tích đá xi măng tức làm tăng tỷ lệ N/X Mặt khác, lý thuyết cường độ bê tông cải thiện tăng cường độ đá xi măng tức giảm tỷ lệ N/X Tuy nhiên, giảm N/X làm giảm thể tích hồ xi măng Khi thể tích hồ giảm tới giá trị định, cấu trúc bê tơng khơng liên tục mà bao gồm hốc rỗng hạt cốt liệu Điều làm suy giảm đáng kể cường độ Do đó, cần xác định giá trị tối ưu thông số thông qua thực nghiệm Hỗn hợp bê tông polystyrol thiết kế bao gồm hạt cốt liệu polystyrol phồng nở hồ xi măng Tính chất hồ đáxi măng có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất bê tơng Hạt cốt liệu polystyrol gần khơng hút nước, tỷ lệ N/X bê tông coi tỷ lệ N/X thực hồ xi măng, tức có tương quan trực tiếp với cường độ đá xi măng Trong thí nghiệm sơ tiến hành xác định độ xòe theo ống Sustat hồ xi măng với tỷ lệ N/X 0,40, 0,43, 0,45 0,48 có giá trị tương ứng 10 cm, 12 cm, 14 cm 16 cm Hồ xi măng trộn với hạt polystyrol với tỷ lệ cho trước (thể thông qua hệ số dư hồ Kd) để đạt khối lượng thể tích thiết kế Tiến hành xác định tính công tác độ phân tầng hỗn hợp bê tơng Kết thí nghiệm trình bày bảng Bảng 3.Tính chất hỗn hợp bê tơng polystyrol Thơng số Tính cơng tác Độ phân tầng, % TT KLTT, kg/m³ N/X Kd Độ sụt, cm Độ cứng, sec Pr Pch 400 0,40 0,604 - 23 - - 400 0,43 0,629 - 17 18,23 3,66 400 0,45 0,646 - 10 21,89 5,28 400 0,48 0,671 - 28,16 7,93 500 0,40 0,761 - 20 - - 500 0,43 0,793 - 13 14,68 5,85 500 0,45 0,814 - 16,72 4,06 500 0,48 0,845 - 24,45 6,27 600 0,40 0,918 - 17,25 4,25 10 600 0,43 0,956 5,5 - 15,64 3,98 11 600 0,45 0,981 - 19,13 5,02 12 600 0,48 1,003 8,5 - 27,87 7,69 13 700 0,39 1,105 - 16,27 4,83 14 700 0,40 1,133 10,5 - 13,57 4,01 15 700 0,43 1,220 15 - 18,45 5,68 16 700 0,45 1,281 18 - 26,81 8,21 17 400 0,53 0,660 - 10 17,25 4,21 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 41 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MƠI TRƯỜNG Thơng số Tính cơng tác Độ phân tầng, % KLTT, kg/m³ N/X Kd Độ sụt, cm Độ cứng, sec Pr Pch 18 500 0,53 0,832 - 13,26 3,92 19 600 0,53 1,005 14 - 16,37 5,21 TT 20 700 0,53 1,335 17 19,13 5,97 Ghi chú: Cấp phối số 17, 18, 19 20 sử dụng chất kết dính gồm tro tuyển với tỷ lệ 0,3 khối lượng xi măng, độ xòe hồ xi măng tro tuyển 12 cm Các kết thí nghiệm cho thấy tăng độ xoè hồ ximăng hay tăng hệ số dư hồ làm tăng độ sụt, giảm độ cứng hỗn hợp bê tông polystyrol Hỗn hợp bê tơng có hệ số dư hồ nhỏ rời rạc, hồ xi măng hỗn hợp bê tông đủ để hình thành lớp vỏ mỏng bao quanh hạt cốt liệu không đủ để điền đầy lỗ rỗng hạt Ở cấp phối số số xảy tượng vón cục lượng hồ xi măng hạt cốt liệu nhẹ khơng có khả hỗ trợ phân tán hồ xi măng hỗn hợp bê tông thơng thường Tính cơng tác hỗn hợp bê tơng polystyrol có khối lượng thể tích lớn nhạy cảm với thay đổi độ xoè hồ ximăng Điều phần giải thích thay đổi hệ số dư hồ chuyển sang sử dụng hồ xi măng có độ xoè cao cấp phối bê tơng có khối lượng thể tích lớn hơn, lớn nguy phân tầng trình tạo hình lớn so với bê tơng thơng thường Khi đó, bên cạnh việc xác định thành phần thích hợp lựa chọn chế độ tạo hình phù hợp quan trọng khơng Theo khuyến cáo [3] độ phân tầng Pr bêtông polystyrol khơng vượt q 25% Trong thí nghiệm tiến hành xác định độ phân tầng hỗn hợp bê tông điều kiện đầm rung không rung Khi thay đổi tỷ lệ N/X hay lượng dùng nước hỗn hợp bê tông, độ xoè hồ ximăng thay đổi, đó, muốn giữ nguyên khối lượng thể tích bê tơng hệ số dư hồ phải thay đổi Mặt khác, sử dụng phụ gia, tỷ lệ N/X để vữa ximăng đạt độ xoè phụ thuộc nhiều vào chất lượng dùng phụ gia Vậy nên, để đảm bảo tính công táccủa hỗn hợp bê tông polystyrol, nên điều chỉnh hai thông số gồm độ xoè hồ hệ số dư hồ độ xoè vữa So sánh kết thí nghiệm với Việc thay phần xi măng phụ gia khống (tro tuyển) khơng làm tăng lượng dùng nước hồ xi măng mà làm tăng hệ số dư hồ hỗn hợp bê tông (trong điều kiện giữ cố định khối lượng thể tích) cải thiện tính cơng tác hỗn hợp bê tơng polystyrol Nhìn chung độ x thích hợp hồ cho cấp phối bê tơng polystyrol nghiên cứu nằm khoảng từ 10 cm đến 14cm Để đạt độ sụt hỗn hợp bê tơng cấp phối có hệ số dư hồ thấp đòi hỏi vữa có độ x cao Cốt liệu hạt polystyrol phồng nở có khối lượng thể tích nhỏ nhiều so với hồ xi măng, 42 Kết thí nghiệm bảng cho thấy độ phân tầng hỗn hợp bê tông polystyrol tăng tăng độ xoè hồ tăng hệ số dư hồ Các hỗn hợp bê tơng có hệ số dư hồ lớn có xu hướng phân tầng cao so với hỗn hợp bê tơng có hệ số dư vữa nhỏ Vậy nên để đảm bảo độ đồng cho hỗn hợp bê tơng có hệ số dư hồ cao cần giảm yêu cầu [3] cho thấy để đảm bảo độ đồng hỗn hợp bê tông, tuỳ thuộc vào hệ số dư hồ, hỗn hợp cần có độ xoè nằm khoảng từ cm đến 14cm Chế độ tạo hình đầm rung làm tăng khả phân tầng hỗn hợp bê tơng polystyrol, hỗn hợp có độ sụt cao Các hỗn hợp bê tông tạo hình phương pháp khơng rung có độ phân tầng nhỏ 10% Do điều kiện bình thường, khơng khuyến cáo sử dụng phương pháp đầm rung để tạo hình hỗn hợp bê tơng polystyrol Như để hạn chế khả phân tầng hỗn hợp bê tông cần lựa chọn giá trị độ xoè vữa hệ số dư vữa thích hợp Trong đó, giá trị hệ số dư vữa cấp phối bê tơng với khối lượng thể tích cho trước dao động khoảng xác định, ta chủ động lựa chọn độ x thích hợp hỗn hợp vữa Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG Ảnh hưởng số yếu tố đến cường độ bê tơng Cấp phối bê tơng thí nghiệm lựa chọn theo hai bước Trước tiên, lựa chọn tỷ lệ N/X phụ thuộc vào chủng loại liều lượng phụ gia khống cho đảm bảo tính cơng tác hỗn hợp bê tông Lượng dùng cốt liệu polystyrol hay hệ số Kd tính tốn để đảm bảo khối lượng thể tích cho trước 400, 500, 600 700 kg/m³ Hỗn hợp bê tông trộn máy tạo hình thủ cơng (khơng sử dụng đầm rung) Bảo dưỡng mẫu bê tông polystyrol thực điều kiện tiêu chuẩn Các cấp phối mặc định sử dụng xi măng Nghi Sơn PCB 40, cốt liệu polystyrol PS2 Các thay đổi chủng loại vật liệu sử dụng thể phần ghi chú.Song song với việc đúc mẫu bê tông, tiến hành đúc mẫu vữa xi măng theo tỷ lệ N/X PGK/X tương ứng Các mẫu vữa ximăng đúc bảo dưỡng điều kiện tương tự Kết thí nghiệm trình bày bảng Bảng Ảnh hưởng số yếu tố đến cường độ bê tông polystyrol Ký hiệu D4X4a D5X4a D6X4a D7X4a D4X4b D5X4b D6X4b D7X4b D4X3 D5X3 D6X3 D7X3 D4T D5T D6T D7T D4V D5V D6V D7V D4S D5S D6S D7S Thông số cấp phối bê tông KLTT, kg/m³ 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 400 500 600 700 PKG/X N/X Kd 0 0 0 0 0 0 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,45 0,45 0,45 0,45 0,42 0,42 0,42 0,42 0,45 0,45 0,45 0,45 0,53 0,53 0,53 0,53 0,64 0,64 0,64 0,64 0,54 0,54 0,54 0,54 0,646 0,814 0,981 1,281 0,612 0,782 0,943 1,19 0,646 0,814 0,981 1,281 0,660 0,832 1,005 1,335 0,808 1,031 1,433 1,974 0,682 0,859 1,063 1,424 Cường độ đá xi măng, MPa uốn, nén, Rxu Rxn 8,2 52,1 8,2 52,1 8,2 52,1 8,2 52,1 8,5 53,8 8,5 53,8 8,5 53,8 8,5 53,8 7,0 41,7 7,0 41,7 7,0 41,7 7,0 41,7 5,6 47,1 5,6 47,1 5,6 47,1 5,6 47,1 4,7 43,6 4,7 43,6 4,7 43,6 4,7 43,6 7,5 51,9 7,5 51,9 7,5 51,9 7,5 51,9 Trong thí nghiệm việc thay ximăng Nghi Sơn PCB 40 Hoàng Thạch PC 30 không làm ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng cho cấp phối bê tơng khối lượng thể tích Kết thí nghiệm cho thấy cường độ bê tơng polystyrol tăng tăng cường độ đá xi măng Mức độ ảnh hưởng cường độ đá xi măng tới cường độ bê tông thể thông qua tỷ lệ cường độ bê tông cường độ đá xi măng phụ thuộc nhiều vào hệ số dư hồ hay khối lượng thể tích bê tơng Nâng cao cường độ đá xi măng nhờ giảm tỷ lệ N/X cấp phối có hệ số dư hồ thấp khơng có hiệu rõ rệt Khi sử dụng phụ gia khoáng khoảng nghiên cứu, cường độ đá xi măng giảm cường Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 Cường độ bê tông, MPa uốn, nén, Rbu Rbn 0,49 1,1 0,55 1,5 1,01 3,3 1,17 4,7 0,48 0,9 0,56 1,5 1,04 3,0 1,18 4,9 0,44 1,0 0,50 1,4 0,92 2,9 0,98 4,0 0,66 1,1 0,71 1,8 1,11 3,4 1,65 5,5 0,50 1,2 0,69 1,9 1,01 3,6 1,48 5,3 0,63 1,2 0,75 1,9 1,27 3,8 1,80 6,0 Tỷ lệ cường độ, % Rbu/Rxu Rbn/Rxn 6,0 6,7 12,3 14,3 5,6 6,6 12,2 13,9 6,3 7,1 13,1 14,0 11,7 12,6 19,8 29,4 10,6 14,6 21,4 31,3 8,4 10,0 16,9 23,9 2,1 2,9 6,3 9,0 1,7 2,8 5,6 9,1 2,4 3,4 7,0 9,6 2,3 3,8 7,2 11,7 2,8 4,4 8,3 12,2 2,3 3,7 7,3 11,6 Ghi PC 30 PC 30 PC 30 PC 30 Tro tuyển Tro tuyển Tro tuyển Tro tuyển Vôi Vôi Vôi Vôi SF SF SF SF độ bê tông polystyrol lại tăng Đặc biệt tỷ lệ cường độ bê tông cường độ đá xi măng ứng với mức khối lượng thể tích khác tăng cao so với không sử dụng phụ gia khống Đó sử dụng phụ gia khoáng, hệ số dư hồ cấp phối tăng Điều giải thích dựa vào đặc điểm cấu trúc bê tông polystyrol mối quan hệ cấu trúc cường độ Theo [4] cường độ vật liệu khối lượng thể tích phụ thuộc vào dạng cấu trúc chúng Cường độ tăng cấu trúc vật liệu chuyển từ cấu trúc hốc lớn sang cấu trúc liên tục có lỗ rỗng cấu trúc liên tục đặc Mặt khác phân tích trên, hệ số dư hồ thông 43 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG số định cấu trúc bê tông Khi tăng hệ số dư hồ từ 0,6 đến 1,4 thí nghiệm tiến hành, cấu trúc bê tông chuyển từ cấu trúc hốc lớn sang cấu trúc liên tục Qua thí nghiệm ta thấy rằng, hệ số dư hồ cường độ đá xi măng định cường độ bê tông bê tơng polystyrol có cấu trúc hốc lớn (hệ số dư vữa nhỏ), hệ số dư hồ có vai trò quan trọng cường độ bê tơng Ngược lại bê tơng polystyrol có cấu trúc liên tục (hệ số dư hồ lớn) cường độ đá xi măng có ảnh hưởng lớn tới cường độ bê tơng Cũng thấy việc sử dụng phụ gia khống bê tơng polystyrol có hiệu lớn khơng việc giảm giá thành mà việc cải thiện tính chất bê tơng Trong loại phụ gia khoáng sử dụng, tro tuyển lựa chọn cho nghiên cứu có hiệu giá thành rẻ Việc sử dụng tro tuyển góp phần giải vấn đề môi trường Bề mặt hạt cốt liệu polystyrol nhẵn trơ nên chúng khơng bám dính với hồ xi măng Việc gia tăng khả bám dính hạt với đá xi măng giúp cải thiện cường độ bê tơng Điều thực nhờ sử dụng phụ gia polimer Các cấp phối thí nghiệm lấp theo Bảng 4, lượng dùng phụ gia polimer 5% tính theo lượng dùng xi măng Kết trình bày bảng Bảng 5.Cường độ bê tông polystyrol sử dụng 5% phụ gia polimer (theo ximăng) Ký hiệu D4TP D5TP D6TP D7TP Cường độ đá xi măng, MPa Thông số cấp phối bê tông KLTT, kg/m³ 400 500 600 700 PKG/X N/X Kd 0,3 0,3 0,3 0,3 0,53 0,53 0,53 0,53 0,660 0,832 1,005 1,335 Cường độ bê tông, MPa Tỷ lệ cường độ, % uốn, Rxu nén, Rxn uốn, Rbu nén, Rbn Rbu/Rxu 7,8 7,8 7,8 7,8 Kết thí nghiệm cho thấy phụ gia polimer với lượng dùng 5% cải thiện đáng kể cường độ bê tông polystyrol Ở đây, sử dụng phụ gia polimer không làm thay đổi hệ số dư hồ bê tông Mặc dù cường độ đá xi măng có tăng nhẹ so với kết tương ứng bảng 4, thấy cường độ bê tông cải thiện đáng kể tác dụng tăng độ liên kết đá xi măng hạt cốt liệu,giúp cải thiện khả làm việc đồng thời chúng Hạt polystyrol có mơđun đàn hồi thấp nên vết nứt phát triển đến bề mặt hạt, ứng xuất phát triển vết nứt bị giảm nhẹ 49,8 49,8 49,8 49,8 0,86 1,45 1,93 2,21 1,5 2,3 4,4 8,0 11,0 18,6 24,7 28,3 Ghi Rbn/Rxn 3,0 4,6 8,8 16,1 Tro tuyển Tro tuyển Tro tuyển Tro tuyển Hạt polystyrol phồng nở đóng vai trò cốt liệu nhẹ chiếm thể tích đáng kể bê tơng Kích thước tính chất hạt có ảnh hưởng định đến tính chất bê tơng.Để làm sáng tỏ điều này, tiến hành thí nghiệm với hai loại cốt liệu polystyrol với khối lượng thể tích khác Tính chất cốt liệu trình bày bảng Trong thí nghiệm với loại cốt liệu khác nhau, tính chất vữa xi măng khối lượng riêng bê tông giữ cố định Kết trình bày bảng Bảng6 Ảnh hưởng cốt liệu đến cường độ bê tông polystyrol Thông số cấp phối bê tông Ký hiệu D4X4aS1 D5X4aS1 D6X4aS1 D7X4aS1 D4X4aS3 D5X4aS3 D6X4aS3 D7X4aS3 KLTT, kg/m³ 400 500 600 700 400 500 600 700 PKG/ X 0 0 0 0 N/X Kd 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,656 0,824 0,992 1,302 0,621 0,787 0,952 1,223 Cường độ đá xi măng, MPa uốn, nén, Rxn Rxu 8,2 52,2 8,2 52,2 8,2 52,2 8,2 52,2 8,2 52,2 8,2 52,2 8,2 52,2 8,2 52,2 Trong điều kiện thí nghiệm, việc thay đổi cốt liệu dẫn đến thay đổi nhẹ hệ số dư hồ bê tông Độ 44 Cường độ bê tông, MPa uốn, nén, Rbu Rbn 0,50 1,0 0,53 1,4 0,92 3,0 1,08 4,2 0,49 1,1 0,57 1,7 1,22 3,6 1,41 4,9 Tỷ lệ cường độ, % Ghi Rbu/Rxu Rbn/Rxn 6,1 6,5 11,2 13,2 6,0 7,0 14,9 17,2 1,9 2,7 5,7 8,0 2,1 3,3 6,9 9,4 PS No.1 PS No.1 PS No.1 PS No.1 PS No.3 PS No.3 PS No.3 PS No.3 rỗng loại cốt liệu sử dụng khơng dao động nhiều, hệ số dư hồ thay đổi chủ yếu Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MƠI TRƯỜNG khối lượng thể tích cốt liệu thay đổi Phân tích kết thí nghiệm cho thấy, tăng khối lượng thể tích cốt liệu, cường độ bê tơng tăng khơng nhiều Điều mức độ thay đổi kích thước tính chất hạt nghiên cứu chưa đủ lớn để thể rõ nét ảnh hưởng hạt polystyrol đến cường độ bê tơng Nghiên cứu số tính chất bê tơng polystyrol Nghiên cứu tính chất bê tông thực số cấp phối lựa chọn phần trên, cụ thể cấp phối sử dụng tro tuyển Các tính chất nghiên cứu bao gồm co ngót, mơđun đàn hồi, hệ số hóa mềm khả bám dính bê tơng polystyrol Độ co ngót bê tơng polystyrol tiến hành theo TCVN 3117:1993 mẫu kích thước 100x100x400 mm điều kiện tự nhiên Cấp phối bê tông polystyrol lấy theo Bảng Kết trình bày bảng Bảng 7.Độ co ngót bê tơng polystyrol Ký hiệu cấp phối D4T D5T D6T D7T KLTT, kg/m³ 400 500 600 700 0,12 0,09 0,07 0,05 Độ co ngót bê tơng, mm/m thời điểm, ngày 14 28 60 0,26 0,38 0,45 0,57 0,65 0,20 0,24 0,32 0,36 0,42 0,13 0,16 0,23 0,29 0,34 0,10 0,16 0,21 0,30 0,20 Số liệu thí nghiệm cho thấy co ngót bê tơng polystyrol đạt ổn định sau 90 ngày Khối lượng thể tích bê tơng cao độ co ngót giảm Nhìn chung bê tơng polystyrol có độ co ngót cao ổn định sớm so với bê tông thường(bê tơng nặng có độ co khoảngtừ 0,2 mm/m đến0,45 mm/m ổn định sau từ đến tháng) Thành phần gây co ngót bê tơng đá xi măng Trong bê tơng thường, có mặt cốt liệu có tác dụng cản co khiến độ co ngót bê tơng giảm đáng kể so với độ co ngót đá xi măng Đối với bê tơng polystyrol, hạt cốt liệu có cường độ mơđun đàn hồi thấp nên khả cản co chúng không cao Mặt khác cấu trúc hốc rỗng bê tơng polystyrol với khối lượng thể tích thấp nguyên nhân làm tăng độ co ngót Môđun đàn hồi bê tông polystyrol xác định theo TCVN 5726:1993 Trong thí nghiệm, thay cho việc đo đồng hồ học, độ biến dạng đo thông qua cảm biến gắn bề mặt mẫu Thí nghiệm tiến hành phòng nghiên cứu thí nghiệm cơng trình thuộc Viện KHCN Xây dựng Kết thí nghiệm cho thấy 90 0,65 0,43 0,35 0,31 cấp phối D4T, D5T, D6T D7T (Bảng 4) có mơ đun đàn hồi tương ứng 0,077 GPa, 0,128 GPa, 0,194 GPa 0,228 GPa Có thể thấy rằng, mô đun đàn hồi bê tông polystyrol tăng theo chiều tăng cường độ bê tông (khối lượng thể tích bê tơng) Mơ đun đàn hồi bê tông phụ thuộc nhiều vào làm lượng tính chất cốt liệu hồ ximăng Sử dụng hạt polystyrol với môđun đàn hồi thấp làm giảm môđun đàn hồi bê tông Theo dõi trình biến dạng bê tơng polystyrol với khối lượng thể tích 500 kg/m³ 400 kg/m³ cho thấy biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo có thành phần biến dạng dẻo ảo Đó nhánh xuống biểu đồ quan hệ áp lực biến dạng Theo [4] sảy biến dạng dẻo ảo bê tơng chưa có dấu hiệu phá vỡ bên ngồi cấu trúc tính liên tục xuất nhiều vi nứt Độ hút nước bê tông polstyrol xác định theo TCVN 3113:1993 Hệ số hố mềm bê tơng polystyrol xác định riêng theo cường độ chịu nén chịu kéo uốn Kết thí nghiệm trình bày bảng Bảng Độ hút nước hệ số hố mềm bê tơng polystyrol Ký hiệu cấp phối KLTT, kg/m³ Độ hút nước,% D4X4a D5X4a D6X4a D7X4a 400 500 600 700 27,3 22,5 18,6 16,7 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 Cường độ, MPa trạng thái khơ bão hồ nước uốn nén uốn nén 0,49 1,1 0,49 1,1 0,55 1,5 0,54 1,4 1,01 3,3 1,00 2,8 1,17 4,7 1,05 3,9 Hệ số hoá mềm theo uốn 1,00 0,98 0,99 0,90 nén 1,00 0,93 0,85 0,83 45 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG Ký hiệu cấp phối KLTT, kg/m³ Độ hút nước,% D4T D5T D6T D7T 400 500 600 700 25,8 23,7 17,7 16,2 Cường độ, MPa trạng thái khơ bão hồ nước uốn nén uốn nén 0,66 1,1 0,66 1,1 0,71 1,8 0,71 1,5 1,11 3,4 1,10 2,8 1,65 5,5 1,41 4,5 Độ hút nước bê tông polystyrol giảm tăng khối lượng thể tích bê tơng nằm khoảng từ 27,3% đến 16,2% Các hạt cốt liệu polystyrol không hút nước nên độ hút nước bê tông phụ thuộc vào độ hút nước đá xi măng Bên cạnh đó, yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ hút nước cấu trúc bê tông Các cấp phối với hệ số dư vữa thấp có cấu trúc hốc rỗng Các hốc rỗng làm tăng đáng kể độ hút nước bê tông polystyrol Theo chiều tăng hệ số dư vữa, thể tích hốc rỗng giảm dần độ hút nước cải thiện Khi bê tơng có cấu trúc liên tục, độ hút nước tiến tới giá trị nhỏ độ hút nước vữa xi măng Chính để cải thiện độ hút nước bê tông polystyrol có khối lượng thể tích thấp cần tăng hệ số dư vữa Còn bê tơng polystyrol có khối lượng thể tích cao cần giảm độ hút nước vữa.Mặc dù độ hút nước bê tông polystyrol với khối lượng thể tích khác dao động mạnh độ ẩm cân bê tông Hệ số hoá mềm theo uốn 1,00 1,00 0,99 0,85 nén 1,00 0,83 0,82 0,82 polystyrol dao động nằm khoảng từ 4,5 % đến 6,3% Hệ số hoá mềm bê tông polystyrol biến động khoảng từ 0,82 đến 1,00 Hệ số hoá mềm theo cường độ chịu uốn biến động so với hệ số hố mềm theo cường độ chịu nén Bê tơng polystyrol có khối lượng thể tích lớn hệ số hoá mềm nhỏ Điều chứng tỏ khối lượng bê tơng lớn ảnh hưởng cường độ vữa xi măng tới cường độ bê tông thể rõ nét Khả bám dính bê tơng polystyrol nghiên cứu với hai đối tượng bao gồm bám dính vứi cốt thép bám dính với vữa Thí nghiệm khả liên kết cốt thép bê tông tiến hành tuổi 28 ngày mẫu bê tơng polystyrol kích thước 100x100x200mm theo phương pháp trình bày [5] Các thí nghiệm tiến hành với cốt thép trơn cốt thép gai D10 Kết thí nghiệm trình bày bảng Bảng Độ bám dính bê tơng polystyrol với cốt thép Ký hiệu cấp phối KLTT, kg/m³ Loại thép D4T 400 thép trơn D4T 400 thép gai D7T 700 thép trơn D7T 700 thép gai Lực kéo tối đa, KG 265 230 330 140 100 85 1550 1025 1450 1170 1340 1180 Độ bám dính, MPa mẫu trung bình 0,43 0,37 0,45 0,53 0,23 0,16 0,18 0,14 2,51 1,66 2,17 2,34 1,89 2,17 1,99 1,91 Kết thí nghiệm cho thấy độ liên kết cốt tông polystyrol tăng theo chiều tăng khối lượng thể thép bê tông phụ thuộc vào khối lượng thể tích tích với khối lượng thể tích 700 kg/m³ có giá trị bê tông polystyrol Cũng theo [5], độ liên kết gần với giá trị bê tông thường cốt thép bê tơng thường tính 0,19 mác bê tơng Như vậy, giá có trị tuyệt đối thấp hơn, tỷ lệ độ bám dính cốt thép cường độ bê tông polystyrol cao so với bê tơng thường Độ bám dính cốt thép với bê 46 Đối với bê tông thường, độ bám dính thép gai thường lớn so với thép trơn, thí nghiệm với bê tơng polystyrol cho kết ngược lại Khối lượng thể tích bê tơng polystyrol tăng mức độ cách biệt thép gai thép trơn Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG giảm Điều giải thích đặc điểm cấu liệu xây dựng nước ta Trong đó, bê tơng nhẹ sử trúc bê tông polystyrol Do bê tông polystyrol với khối lượng thể tích thấp có cấu trúc hốc rỗng dụng hạt polystyrol phồng nở vật liệu mới, có nhiều triển vọng ứng dụng, nâng cao hiệu diện tích tiếp xúc bề mặt cốt thép bê tông bị hạn chế Mặt khác, sử dụng thép gai với cơng trình khoảng cách gai tương đương kích thước hạt cốt liệu, diện tích tiếp xúc bị thu hẹp Khi tăng khối lượng thể tích, hệ số dư vữa tăng, cấu trúc bê tông dần trở nên liên tục (giống với cấu trúc bê tơng thường), độ bám dính tăng theo quy luật chi phối dần tiệm cận với quy luật bê tông thường Khả liên kết với vữa trát bê tông polystyrol xác định theo TCVN 3121-12:2003 Nền để trát bê tơng polystyrol kích thước 300x500x100mm Sau đúc 14 ngày tiến hành trát vữa xi măng cát vàng M75 dày 1cm lên bề mặt bê tông polystyrol Sau 28 ngày tiến hành thí nghiệm kéo nhổ xác định độ bám dính Đồng thời, tiến hành kéo nhổ thân bê tông để xác định cường độ cố kết bê tông Kết cho thấy, cường độ cố kết bê tông polystyrol D4T D7T có giá trị tương ứng 0,29 MPa 0,61 MPa Trong đó, với bê tơng polystyrol D4T có khối lượng thể tích 400 kg/m³, vùng phá hoại thử nghiệm nằm bê tông nền, giá trị cường độ kéo đứt ghi nhận vào khoảng 0,27 MPa tương đương với cường độ cố kết thân bê tông Với bê tông polystyrol D7T có khối lượng thể tích 700 kg/m³, phá hoại kéo nhổ sảy vùng tiếp giáp vữa bê tơng Độ bám dính ghi nhận 0,55 MPa, khơng thua so với bê tông thường Như vậy, sử dụng bê tông polystyrol làm tường cho nhà cơng trình, hoàn thiện bề mặt vữa trát tường gạch hay tường bê tông thông thường So với loại vật liệu nhẹ có khối lượng thể tích tương đương, ví dụ bê tơng khí chưng áp, bê tơng polystyrol với khối lượng thể tích 600-700 kg/m³ có giá thành cao khoảng 25% Tuy nhiên, với độ hút nước thấp hơn, khả chống thấm cao hơn, bê tông polystyrol lựa chọn phù hợp cho tường bao che tường khu vực dùng nước cơng trình Kết luận Nghiên cứu sử dụng bê tông nhẹ xây dựng định hướng quan trọng phát triển vật Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 Kết nghiên cứu bê tông polystyrol với khối lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 700 kg/m³ cho thấy, tính cơng tác hỗn hợp bê tơng phụ thuộc nhiều vào độ xòe hồ xi măng hệ số dư hồ Để hạn chế phân tầng hỗn hợp bê tơng cần lựa chọn độ xòe thích hợp hồ hạn chế tạo hình đầm rung Cường độ bê tông polystyrol phụ thuộc vào cường độ đá xi măng hệ số dư hồ Để nâng cao cường độ bê tông polystyrol có khối lượng thể tích thấp nên ưu tiên tăng hệ số dư hồ Sử dụng phụ gia khoáng polimer chế tạo bê tơng polystyrol khối lượng thể tích 700 kg/m³ đạt cường độ đến 8,0 MPa Nghiên cứu tính chất khác bê tơng polystyrol co ngót, mơ đun đàn hồi, độ hút nước, hệ số hóa mềm khả bám dính cho thấy bê tơng polystyrol hồn tồn thích hợp để chế tạo sản phẩm nhẹ blốc xây, panel nhẹ sử dụng thi cơng xây dựng cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Довжик В.Г., Россовский В.Н., Савельева Г.С., Иванова Ю.В., Хаймов И.С., Семенова Т.Д., Сафонов А.А полистиролбетона Технология для стеновых и свойства конструкций Бетон и железобетон, 1997, № 2, стр.5-9 Милых Т.И Конструкционно-теплоизоляционный полистиролбетон Бетон и железобетон, 1988, №10, стр.11-13 ГОСТ Р 51263-99 "Полистиролбетон Технические условия" 12 Баженов Ю.М Технлогия бетона Изд-во АСВ, 2002, 500с Nguyễn Tấn Quý, Phan Duy Hữu, Nguyễn Thúc Kiên Giáo trình thí nghiệm vật liệu xây dựng NXB ĐH&THCN, 1983, 192c Ngày nhận bài: 02/01/2018 Ngày nhận sửa lần cuối: 12/01/2018 47 ... Trong đó, bê tông nhẹ sử trúc bê tông polystyrol Do bê tơng polystyrol với khối lượng thể tích thấp có cấu trúc hốc rỗng dụng hạt polystyrol phồng nở vật liệu mới, có nhiều triển vọng ứng dụng, nâng... AABS bê tông Polys Beto Việc xử lý bề mặt làm tăng đáng kể giá thành nên hạn chế khả ứng dụng Trong đó, nghiên cứu khác LB Nga cho thấy, sử dụng hạt polystyrol chưa qua xử lý bề mặt chế tạo bê tông. .. rộng rãi Trong năm gần đâybê tông polystyrol quan tâm nghiên cứu, phát triển ứng dụng cơng trình Bài báo trình bày kết nghiên cứu bê tông nhẹ cách nhiệt cốt liệu polystyrol thực Viện KHCN Xây dựng