Nghiên cứu thực nghiệm các tính chất của bêtông đặc biệt dùng thi công trực tiếp trong môi trường nước

-1- MỞ ĐẦU Khi xuất bêtông cốt thép xem vật liệu bền vững theo thời gian Qua nhiều thập niên sử dụng bêtông cho công trình xây dựng, người ta nhận bêtông vật liệu không đặc hoàn toàn cấu trúc Sự tác động qua lại bê tông bêtông cốt thép với môi trường phức tạp chúng không đủ độ ổn định dẫn đến kết cấu bị ăn mòn phá vỡ Hỗn hợp bê tông phối hợp thành phần vật liệu khác ximăng, cát, đá, nước, có không phụ gia…được phối hợp theo tỷ lệ hợp lý, nhào trộn đồng qua thời gian đông kết rắn tạo thành bê tông.Việc xác định tỷ lệ cấp phối yêu cầu chất lượng hỗn hợp bê tông đảm bảo tính kỹ thuật bê tông tuổi định mà thoả mãn yêu cầu công nghệ sản xuất, liên quan đến việc lựa chọn thiết bị tạo hình, cách đổ, đầm chặt chế độ công tác khác… Vật liệu bê tông thường giòn, nặng, cường độ chịu kéo uốn kém.Trong trình rắn chắc, chúng bị co ngót, tỏa nhiệt, nước để lại nhiều lỗ rỗng Việc đổ bê tông môi trường nước ninh kết, đóng rắn bê tông khó khăn Lượng ximăng rửa trôi khoảng 20%, phản ứng thủy hóa ximăng không hoàn toàn (chậm, không đủ cường độ yêu cầu…), tốc độ đông cứng bêtông nước kéo dài gấp đôi so với sử dụng không khí Do đó, thiết kế cho công trình nước thường cường độ bê tông đạt 50 – 55% so với cường độ thiết kế Việc thi công ho bê tông khó khăn không đảm bảo cường độ độ đặc yêu cầu Chính “Nghiên cứu thực nghiệm tính chất bê tông đặc biệt dùng thi công trực tiếp môi trường nước” việc sử dụng phụ gia poly mer vào bê tông phương pháp chống chảy rửa cho bê tông nước xem giải pháp tối ưu -2- CHƯƠNG TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CHỐNG CHẢY RỬA KHI THI CÔNG DƯỚI NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1.1 THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH DƯỚI NƯỚC Công trình bê tông nước (BTDN) chịu nhiều mối nguy hại đặc biệt cấu trúc Vấn đề thi công BTDN rửa trôi thành phần chất kết dính Sự rửa trôi làm giảm tính đặc cấu trúc ảnh hưởng đến độ bền lâu dài Một giải pháp vấn đề thi công hệ kết cấu để ngăn nước thi công bê tông Cách tiến hành nhiều thời gian chi phí Phương pháp thi công thay phương pháp bơm bê tông ống tremie cung cấp cho kỹ sư phương pháp thi công chỗ Tuy nhiên, việc thiết kế hỗn hợp bê tông phải thực thí nghiệm phòng công trường sau thi công bê tông Để điều chỉnh rửa trôi chất kết dính, phải thiết kế hỗn hợp bê tông với thành phần có lượng dùng hợp lý phụ gia chống chảy rửa (PGCCR).Việc thi công BTDN dùng cho công trình diện tích rộng biển … Đối với việc thi công bê tông nước, phương pháp thi công hợp lý quan trọng, chất lượng bê tông phụ thuộc vào phương pháp thi công Sự phát triển công nghệ vấn đề thi công BTDN đạt thiết bị sử dụng phụ gia hóa học đặc biệt để hạn chế phân tầng rửa trôi chất kết dính tiếp xúc với nước Các công trình biển như: Bến tàu, cảng… , việc thi công bê tông nước sử dụng phương pháp bơm trực tiếp đường ống Với phương pháp này, mục -3- tiêu hạn chế tiếp xúc nước chất kết dính để ngăn ngừa bê tông khỏi bị phân tầng Nguyên tắc thiết kế thi công xây dựng công trình ngập nước, thiết kế loại bê tông sử dụng môi trường nước để chống lại tác động lý-hoá môi trường nước gây Trong thời gian gần đây, cấu kiện bê tông cảng, cầu công trình biển có phạm vi sử dụng lớn hơn, việc sử dụng BTCCR để đảm bảo tốt cho việc thi công nước trở nên gia tăng Những yêu cầu cho BTCCR chống chảy rửa hay chống lại phân tầng, khả tự chảy, tự san điều chỉnh độ tách nước Việc nâng cao tính bền, tính thấm nhỏ nhất, hỗn hợp đồng cao, chống tác nhân xâm thực từ môi trường cho bê tông bê tông cốt thép Một loại bê tông dựa khoa học nhằm cải tiến cường độ (nén, kéo, uốn) độ đặc bê tông thông thường, BTCCR môi trường nước Tuy nhiên, BTCCR lại khác với quan niệm từ phương pháp thi công cải thiện tính chất hỗn hợp bê tông tươi Được thể độ nhớt chống phân tầng chảy rửa nước cách sử dụng PGCCR Hiệu việc sử dụng phụ gia tăng cường vững cho bê tông thi công nước, mà góp phần bảo vệ môi trường khu vực xây dựng công trình Những tính chất làm cho việc thi công thuận lợi so với sử dụng bê tông thông thường; công trình đòi hỏi vững cao, công trình dòng nước chảy công trình kéo dài phạm vi rộng đòi hỏi khả tự san Hơn nữa, việc thi công công trình khó khăn sử dụng bê tông thông thường Để chế tạo bê tông có chất lượng kết cấu làm việc đạt yêu cầu, việc xem xét thành phần hỗn hợp , -4- trộn, vận chuyển thi công bê tông cần thiết sử dụng BTCCR Đặc biệt, chế tạo bê tông , thời gian dài máy trộn lớn để phân tán PGCCR việc thi công bê tông phương pháp bơm, cần xem xét thiết kế phương án thi công như: thiết bị, khoảng cách … cản trở bơm tăng độ nhớt hỗn hợp bê tông cao BTCCR sử dụng nhiều phạm vi khác công trình nước (cả nước nước biển), nơi mà đặc tính (chống rửa trôi, khả tự điền đầy khả tự san bằng) thuận lợi lớn Tuy nhiên, kết cấu sau không sử dụng loại bê tông này: - Kết cấu nằm bên mặt nước - Kết cấu tiếp xúc với không khí - Bê tông ứng lực trước - Tường chắn Điều kiện thi công loại BTCCR nước có dòng chảy vận tốc cm/s, chiều cao rơi thấp 50 cm khoảng cách chảy không 5m PGCCR phụ gia hóa học mà liên kết nước tự hỗn hợp bê tông làm giảm mát vật liệu mịn bị rửa trôi vào nước suốt trình thi công bê tông PGCCR polymer-cement (P-X) có tỷ lệ từ 0.2-2.0% bê tông xi măng thông thường Sự phát triển phụ gia tập trung trước Bắc Âu, gần phát triển Nhật Bản Mỹ Phụ gia chứa phần tất thành phần sau: polymer trọng lượng cao phân tử, phụ gia giảm nước phạm vi rộng, dẫn xuất cellulose keo nhựa thông Lượng dùng lớn PGCCR cung cấp bê tông có độ dính kết thích hợp ngăn ngừa rửa trôi phân tầng suốt trình thi công Số lượng lớn -5- PGCCR làm tăng giá thành bê tông Hỗn hợp bê tông đủ dính kết để trì độ đồng rơi tự nước đủ khả chảy để tự san Bê tông sử dụng PGCCR thường dính (quánh), nhạy cảm với thay đổi nhỏ lượng nước, phụ gia khác thường hay bị dính, khó tháo khỏi thiết bị PGCCR kết hợp với phụ gia giảm nước phụ gia khí nên kiểm tra khả tương thích 1.2.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN BTCCR KHI THI CÔNG DƯỚI NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC [12] 1.2.1 PGCCR RHEOMAC UW 450 [20] Phụ gia sử dụng chống chảy rửa cho bê tông RHEOMAC UW 450 dựa chất lỏng cellulose Bê tông có chứa phụ gia Rheomac UW450 chống chảy rửa chất kết dính (CKD) cốt liệu nhỏ tốt hơn, cản trở việc rò rỉ vật liệu mịn hỗn hợp bê tông Đặc điểm phụ gia Rheomac UW 450: - Giảm chảy rửa CKD cốt liệu nhỏ - Giảm phân tầng, độ lưu động cao, tỷ lệ nước CKD cao - Tính lưu biến làm cứng bê tông sau thi công Chảy rửa xác định tiêu chuẩn Army Corps of Engineers CRDC61, “Test Method for Determining the Resistance of Freshly Mixed Concrete to Washing out in Water” Kết thí nghiệm cho thấy việc thêm vào PGCCR cho bê tông Rheomac UW 450 làm giảm đáng kể việc chống chảy rửa cho xi măng cốt liệu nhỏ, so với bê tông mà không dùng -6- Hình 1.1: nh hưởng phụ gia UW 450 đến chảy rửa BTDN 12 10 % khối lượng Mẫu đối chứng 850ml/100kg 975ml/100kg1200ml/100kg % hàm lượng phụ gia(ml/100kg) - Xi maêng: 386 kg/m3 - W/C = 0.49 - Độ sụt: 100 ± 10 mm Độ sụt: Bê tông thi công nước có độ sụt từ 20-25 cm, phụ gia Rheomac UW450 thêm vào, việc giảm độ sụt lưu ý Việc thêm phụ gia siêu hóa dẻo để đạt độ sụt theo yêu cầu thi công Đánh giá độ sụt khoảng 60 phút cho thấy, Rheomac UW450 không ảnh hưởng ngược lại việc trì độ sụt Hàm lượng khí: Hàm lượng phụ gia khí cao để đạt hàm lượng khí mong muốn sử dụng phụ gia Rheomac UW450 Thời gian đông kết: Phụ gia Rheomac UW450 không ảnh hưởng đến thời gian đông kết bê tông dùng từ 260-780 ml/100 kg Thời gian đông kết kéo dài hàm lượng dùng vượt 780 ml/100 kg -7- Cường độ chịu nén : Sử dụng phụ gia Rheomac UW450 Bê tông đđạt cường đđộ cao chảy rửa giảm Hầu hết hỗn hợp bê tông nước tương ứng với tiêu chuẩn ACI 304R, “Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete” Khi cần thiết, tỷ lệ nước đvới chất kết dính thấp để đạt đđược kết mong muốn 1.2.2 SỰ KHÔNG PHÂN TÁN CỦA BÊTÔNG DƯỚI NƯỚC SỬ DỤNG PHỤ GIA POLYMER [18] Các công trình bê tông biển, thi công BTDN bơm ống tremie với phương pháp thi công cho thấy xu hướng bị phân tầng tác động dòng chảy, kỹ thuật thi công cải tiến trở nên cần thiết Mặt khác, đặc tính BTDN không bị phân tán có tính nhớt cao phát triển phạm vi lớn Quan trọng hơn, bê tông không bị phân tán nước cho phép rơi tự nước nhờ trọng lượng thân mà không bị phân tầng chảy rửa xi măng dùng phụ gia polymer thích hợp Trong điều kiện này, nhiều tác giả phát triển loại BTDN gọi JOILUC (Jointless underwater concrete) Ngoài đặc tính trên, JOILUC không cần thi công mối nối liên kết công trình có thời gian thi công dài, có tính lưu động cao nhờ sử dụng PGSD thích hợp ứng dụng cho cấu kiện bê tông cốt thép mà không cần gia công chấn động Đặc tính không bị phân tán bê tông nhờ polymer tan nước sử dụng tác nhân làm tăng tính nhớt khả chảy cao tác dụng chất siêu dẻo dạng polymer Việc làm tăng tính nhớt nước trộn thêm vào polymer tan nước tăng cường chống phân tầng bê tông nước Những thí -8- nghiệm sử dụng vữa với tỷ lệ N/X = 0.50 đến để xem xét làm việc polymer tan nước tác nhân làm tăng độ nhớt Một thí nghiệm để xác định chống phân tầng bê tông thực cách sử dụng hroxy propyl metyl cellulose (HPMC), hroxyl ethyl cellulose (HEC) polyethylene oxidic (PEO) Thành phần hỗn hợp kết thí nghiệm cho bảng 1.1 bảng 1.2 Bảng 1.1 : Thành phần cấp phối BT sử dụng PGCCR Tỷ lệ N/X (%) Phần trăm cát C/(C+Đ) 55 48 Nước Xi măng Cốt liệu nhỏ (lít) (kg) (kg) 220 400 769 Cốt liệu lớn (kg) 855 Bảng 1.2 : Kết thí nghiệm chống phân tầng STT thành phần hỗn hợp Polymer tan nước Hàm lượng (Khối lượng%/XM) (Khối lượng%/nước) Độ nhớt nước trộn(N.s/m2) Độ sụt (cm) Hàm lượng khí (%) Tỷ lệ cường độ chịu nén Độ chống phân tầng O:Tốt ∆: Yeáu HPMC HEC PEO HPMC HEC 0.6 1.09 1.2 19.8 5.0 0.61 0.75 1.36 2.90 20.2 5.2 0.75 1.2 2.18 16.0 20.5 4.8 0.90 0.35 0.64 0.80 20.2 4.8 0.52 0.55 1.00 2.67 21.4 4.7 0.78 0.5 0.91 0.77 19.5 5.3 0.45 1.0 1.82 7.80 21.0 4.5 0.76 Χ ∆ Ο Χ ∆ Χ ∆ Χ : Bất thường 0.6 0.5 1.09 0.91 34.0 20.0 4.6 0.90 O -Độ nhớt dung dịch polymer 1% HPMC, HEC PEO 0.72, 2.67 1.26 N.s/m2 -Thành phần hỗn hợp số hàm lượng tính theo chất rắn -9- Bảng 1.3: Kết thí nghiệm tính chất BTCCR sử dụng PGSD Phụ gia siêu dẻo Hàm lượng(Khối lượng%/XM) Độ sụt (cm) Độ bẹt (cm) Hàm lượng khí (%) Tỷ lệ cường độ chịu nén MS 0.4 0.8 1.6 2.4 23.0 24.5 25.5 26.5 41.0 47.0 54.0 59.8 4.6 4.7 5.2 5.5 0.90 0.93 0.90 0.95 NS 0.4 0.8 1.6 22.6 23.8 23.2 40.0 42.5 41.5 4.8 5.8 7.0 0.89 0.90 0.90 2.4 22.0 37.5 7.8 0.88 MS: Melaminesulfunic acid formaldehyde high condensate NS: Naphthalene sulfonic acid formaldehyde high condensate Bảng 1.4:Phụ gia, AKLITH 12 Thành Phần -Tác nhân tăng tính nhớt - HPMC - Phụ gia siêu dẻo – MS - Chất làm chậm đông kết – LG Bột màu vàng Bề Trọng lượng riêng 0.41 Biểu kiến 1.45 Thực PH (20 C, 5h) 8.0 Ig.loss (105 C, 5h) 4.5% 2.8% phần cặn Độ mịn (Tiêu chuẩn JIS Z8801 cỡ sàng 0.3mm) LG: Lignosulfonate Ở đây, tác nhân làm giảm khí thêm vào để điều chỉnh hàm lượng khí phạm vi từ 4-6% Tính nhớt nước trộn, dung dịch nước polymer đo máy đo nhớt kế dạng có cánh khuấy Những mẫu thử không khí đúc theo tiêu chuẩn JIS A 1132 mẫu thử nước đúc với việc thi công tự nước với khoảng cách 30 cm Hình 1.2: Đồ thị thể mối quan hệ độ nhớt nước trộn tỷ lệ cường độ chịu nén mẫu thử nước so với không khí Ta thấy rõ ràng phạm vi độ nhớt nước trộn vượt xấp xỉ N.s/m2, tỷ lệ cường độ vượt 0.80, mà điều rõ việc tăng cường việc chống lại - 10 - phân tầng loại polymer sử dụng Như ý trên, loại polymer chứng minh hiệu Theo đó, HPMC sử dụng thử để làm tác nhân tăng tính nhớt Hình 1.3 : Đồ thị thể độ nhớt hỗn hợp nước trộn không sử dụng PGSD hàm lượng HPMC tăng Độ nhớt hỗn hợp nước trộn chứa HPMC MS so sánh với hỗn hợp nước trộn có HPMC có khuynh hướng giảm Nói khác độ nhớt hỗn hợp nước trộn có chứa HPMC NS gia tăng nhanh lớn tỷ lệ HPMC/N 0.3% gia tăng sản phẩm gel trình phản ứng HPMC NS Sự kết hợp HPMC NS không bình thường sản phẫm gel làm hỏng tính dễ chảy hỗn hợp nguyên nhân làm cho tác dụng Từ thí nghiệm kết hợp HPMC MS thành phần phụ gia sử dụng cho BTCCR Tỷ lệ cường độ chịu nén Hình 1.2 : Sự thay đổi tỷ lệ Rdn độ nhớt nước trộn Rkk HPMC HEC PEO Độ nhớt nước trộn (N.s/m2) - 106 - (gần 0.9% so với khô) Tỷ lệ cường độ mẫu thi công nước xấp xỉ Do vậy, tỷ số N/X từ 0.47- 0.6, quy luật N/X cao cường độ bê tông thấp, cường độ mẫu thi công giảm dần theo tỷ số N/X Hàm lượng PGCCR 1,8% Khi lượng PGCCR thêm vào 1.8% cường độ mẫu thi công không khí có giảm xuống, N/X 0.55, cường độ giảm vào 28 ngày 48.09Mpa , cường độ mẫu đối chứng 51.82Mpa, giảm cường độ không đáng kể Cường độ mẫu thi công nước mẫu thi công không khí gần xấp xỉ (tỷ số cường độ 0.9-1) Cường độ mẫu thi công nước ứng với tỷ lệ N/X từ 0.47-0.55 vào thời điểm 28 ngày đạt 40 Mpa Sự ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia 1.8% đến cường độ bê tông không đáng kể Do lượng polyme phụ gia tạo màng mỏng, chúng gây ảnh hưởng nhỏ đến cường độ bê tông ban đầu Nhưng màng polyme mỏng giữ nước từ từ hạt ximăng chưa hydrate hóa hút nước từ màng thực trình hydrate hóa cho cường độ ban đầu có giảm không đáng kể Vậy ứng với tỷ lệ 1.8% PGCCR thích hợp với thiết kế tỷ lệ N/X 0.47-0.50 Hàm lượng PGCCR 2-4% Dưạ vào đồ thị, ta thấy tỷ lệ PGCCR 2-4% , N/X tăng từ 0.45-0.6 lượng phụ gia đưa vào với nhiều, liên kết ban đầu hỗn hợp bê tông gần liên kết polyme nối kết hạt cốt liệu lại với nhau, chúng bao bọc hạt ximăng lại thành nhóm làm cho ximăng bao bọc hạt cốt liệu thủy hóa ximăng giảm xuống, độ rỗng tăng lên , cường độ bê tông giảm - 107 - Kết luận ảnh hưởng N/X với cường độ BT Dựa vào đồ thị kết cường độ mẫu thi công không khí nước, Ứng với tỷ lệ N/X lượng PGCCR đưa vào thích hợp để tăng tính nhớt lấp đầy lỗ rỗng, đồng thời chúng không làm rửa trôi hạt mịn hỗn hợp bê tông, nâng cao cường độ mẫu bê tông không sử dụng phụ gia Khi tỷ lệ N/X từ 0.45- 0.55 ứng với tỷ lệ phụ gia cho vào 1.5-2.5% thích hợp Tỷ lệ N/X từ 0.55-0.6 việc thiết kế bê tông thông thường cho độ sụt cao(23-25cm), độ chảy rửa cao, hỗn hợp bê tông gần bị phân tầng tách nước, nên cường độ giảm Nhưng thêm vào PGCCR với tỷ lệ từ 2,5-4%, thủy hóa xi măng không triệt để, độ rỗng tăng, cường độ bê tông nước giảm Tỷ số cường độ BTDN so với không khí thông số ảnh hưởng đến việc đánh giá tính chống chảy rửa bê tông nước Từ đồ thị N/X 0.5 ta nhận thấy cường độ mẫu bê tông đối chứng PGCCR 28 ngày khoảng 50% Khi thêm phụ gia cải thiện cường độ mẫu thi công lớn, lượng nghiên cứu mức định, cường độ giảm không đáng kể lượng PGCCR tăng, lượng PGCCR thêm vào đến mức độ bão hoà chúng tạo cường độ mẫu thi công cạn mẫu đỗ nước tối ưu Với lượng PGCCR tăng liên tục, tỷ số cường độ mẫu thi công nước không khí tăng lên dần Tuy nhiên, nghóa đặc tính cường độ bê tông sử dụng phụ gia tối ưu Từ vài đánh giá, tăng lên tỷ số cường độ bê tông với tỷ lệ PGCCR liều lượng lớn làm giảm cường độ bê tông Trong tỷ lệ cân đối, việc thêm PGCCR cải thiện tính chống chảy rửa nước lớn Tuy nhiên, liều lượng chúng vượt - 108 - lượng tối ưu, chúng nguyên nhân giảm cường độ lớn, gây ảnh hưởng đến tính chất cường độ bê tông KẾT LUẬN Qua khảo sát – nghiên cứu tính chất BTCCR môi trường nước, ta đến kết luận: 1.Hệ nguyên vật liệu sử dụng: Xi măng PCB 40 , cát có khối lượng riêng 2.5g/cm3, khối lượng thể tích 1.42g/cm3, đường cấp phối hạt nằm giới hạn cho phép theo TCVN (339-343)1986, Đá dăm có khối lượng riêng 2.64g/cm3, khối lượng thể tích 1.36g/cm3 đường cấp phối hạt nằm phạm vi cho phép, nước thích hợp cho sử dụng bê tông theo TCVN 4506-1987, Phụ gia siêu dẻo cao cấp gốc acrylic hệ mới, PGCCR Polymer Polyvinyl alcoholacetate (PVAA), phụ thuộc loại polymer không ion chứa nhóm vinyl Bài toán thành phần nguyên vật liệu: Thiết kế cho BTCCR môi trường nước với lượng ximăng từ 350- 400kg/m3, cát / (cát + đá ) từ 40-45%, N/X từ 0.45-0.60, lượng phụ gia siêu dẻo 1.25% so với xi măng để đạt độ sụt thiết kế từ 18-23 cm, lượng dùng PGCCR theo nghiên cứu thực nghiệm 1.5-4.0 % so với lượng ximăng 3.Theo kết thực nghiệm, cố định hàm lượng ximăng, cát, đá, phụ gia siêu dẻo, tỷ lệ N/X 0.45-0.55, hàm lượng PGCCR sử dụng tối ưu 1.52.5%, độ sụt- độ bẹt cao đảm bảo cho thiết kế hỗn hợp bê tông bơm, thể đặc tính tự san tự lèn, không xảy phân tầng cường độ, độ chảy rửa 3-10% so với mẫu không khí Cường độ mẫu nước đạt 93% so với cường độ mẫu đỗ không khí , so với thiết kế sơ ban đầu Cường độ bê tông thiết kế dùng thi công trực tiếp môi trường nước Mác 400 - 109 - CHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA POLYMER PVAA ĐẾN TÍNH CHẤT VÀ SỰ HÌNH THÀNH CẤU TRÚC CỦA ĐÁ XM 5.1 ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA PVAA ĐẾN VỮA XI MĂNG: Thực nghiệm nghiên cứu vữa xi măng dùng phụ gia Polymer Polyvinyl alcohol-acetate (PVAA) Nguyên vật liệu sử dụng cát, xi măng, PVAA nước, tỷ lệ thành phần vữa sau: X N = , = 0.45, C X P = 1.5 − 2.5% Đúc mẫu X 40x40x160mm, sau tháo khuôn dưỡng hộ điều kiện đem mẫu kiểm tra tính chất lý 5.1.1 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN, UỐN 5.1.1.1 ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯNG PVAA Cườ ng độ né n (MPa) 60 50 40 30 20 10 0 1,50% 2% 2,50% PVAA(%) Cườ ng độ uốn (MPa) Hình 5.1 Quan hệ P/X Cường độ nén 0 1,50% 2% 2,50% PVAA(%) Hình 5.2 Quan hệ P/X Cường độ uốn - 110 - Cường độ nén thêm phụ gia PVAA giảm không đáng kể, cường độ uốn mẫu có 1,5%PVAA tăng 21% so với mẫu đối chứng Đối với tỷ lệ P/X = 2-2,5% cải tiến đáng kể 5.1.1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ TRONG THỜI GIAN THỦY HÓA : Sự phát triển cường độ thời gian thủy hóa xi măng biểu diễn trình thủy hóa hình thành màng Polymer Để nghiên cứu tính chất lý vữa xm với thời gian thủy hóa, mẫu vữa xm dưỡng hộ điều kiện chuẩn tồn trữ độ ẩm 60% Cường độ nén uốn xác định với thời gian 2, 7, 28 90 ngày Sự phát triển cường độ nén mẫu có PVAA có tăng chút so với mẫu đối chứng sau 90 ngày (hình 5.3) Do độ xốp cao vữa có phụ gia Polymer, giá trị cường độ kết tượng trái ngược : giảm cường độ nén lượng khí đưa vào cao cải tiến cường độ nén gia tăng cường độ liên kết cốt liệu pha xi măng, cấu trúc lèn chặt hay hình thành màng Polymer cầu nối với cốt liệu Phân tích cường độ uốn (hình 5.4) điều kiện dưỡng hộ yếu tố quan trọng.Trong thời gian dưỡng hộ theo điều kiện chuẩn, trình dưỡng hộ khô áp dụng sau ngày dưỡng hộ ẩm Sự gia tăng cường độ uốn mẫu có phụ gia PVAA lớn nhiều so với mẫu đối chứng với thời gian – 28 ngày Phân tích nhiệt chứng minh số lượng nước giới hạn hỗn hợp vữa Polymer không bị sau thời gian ngày thủy hóa Sự gia tăng lớn cường độ uốn sau ngày chứng minh hình thành màng Polymer - 111 - Cường độ nén (MPa) 60 50 40 Đối chứng 30 PVAA 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thời gian thủy hóa (ngày) Hình 5.3 Cường độ nén mẫu có phụ gia PVAA mẫu đối chứng với thời gian hydrat hóa Cườ ng độ uố n (MPA) Đố i ng PVAA 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Thờ i gian thủ y hó a (ngà y) Hình 5.4 Cường độ uốn mẫu có phụ gia PVAA mẫu đối chứng với thời gian hydrat hóa 5.2.CÁC THÀNH PHẦN KHOÁNG TRONG QUÁ TRÌNH HYDRAT CỦA VỮA XM CÓ MẶT POLYMER PVAA : Quá trình phản ứng thủy hóa xi măng phản ứng Polymer PVAA thử nghiệm cường độ lý mẫu, phân tích: XRD, DTG (thể hình 5.5, 5.6, 5.7) nhận thấy phản ứng thủy hóa xi - 112 - măng xảy chậm sau có tham gia phụ gia Polymer PVAA, nói cách khác khoáng tạo thành, có khác số lượng Hình 5.5 DTG mẫu đối chứng mẫu có PVAA sau 24 Đối chứng PVAA Không thủy hóa Không thủy hóa Hình 5.6.DTG mẫu đối chứng mẫu có PVAA sau 90 ngày Đối chứng Không thủy hóa PVAA Không thủy hóa - 113 - Đối chứng Không thủy hóa PVAA Không thủy hóa Hình 5.7.XRD mẫu đối chứng PVAA sau 4, 12, 24 90 ngày A = alite, B = Belite, F= Ferrite, G = gypsum, Au =aluminate, CH = Ca(OH)2 - 114 - 5.3.CẤU TRÚC CỦA VỮA XI MĂNG CÓ MẶT CỦA PHỤ GIA POLYMER PVAA : Để có hiểu biết rõ ràng ứng xử vó mô làm sáng tỏ kết thí nghiệm, cần nghiên cứu cấu trúc vữa xi măng Sự có mặt polymer tan nước phụ gia PVAA tác động tính chất vi cấu trúc vữa xi măng đông cứng vài phương thức: tính chất xốp (độ rỗng), hình thái sản phẩm thủy hóa, kích cỡ hạt sản phẩm, định hướng tinh thể hydrat vi cấu trúc mặt phân giới bị thay đổi Các kết cường độ lý mẫu chứng tỏ có hình thành màng Polymer 5.3.1 CẤU TRÚC LỖ RỖNG : Cấu trúc lỗ rỗng bị tác động polymer , phụ thuộc vào dạng Polymer tỷ số P/X, hoạt động bề mặt polymer, polymer tan có khuynh hướng ổn định khoảng khí rỗng vữa xi măng hoạt động hỗn hợp khí đưa vào, Polymer không tạo khí hỗn hợp, ổn định khí bao phủ Màng bao phủ hình thành trình nhào trộn Sự phân bố kích thước lỗ rỗng xác định SEM cho thấy cách tổng quan chất lượng cấu trúc lỗ rỗng vữa xm Các tính chất lý độ bền vữa xi măng không bị ảnh hưởng độ rỗng mà cấu trúc lỗ rỗng vữa Sự quan hệ số lượng, hình dạng phân bố lỗ rỗng pha tác động tới ứng xử vật liệu phạm vi lớn SEM thể rõ cấu trúc phân bố hình dạng lỗ rỗng (hình 5.8) - 115 - Đối với mẫu phụ gia PVAA cấu trúc hình dạng lỗ rỗng lớn nhiều so với mẫu có sử dụng 1.5% PVAA Hình 5.8 Cấu trúc lỗ rỗng kính hiển vi điện tử sau 90 ngày a/ mẫu đối chứng phụ gia PVAA b/ mẫu có phụ gia PVAA với hàm lượng1.5% 5.3.2 MÀNG POLYMER TRONG CẤU TRÚC CỦA ĐÁ XM: Với kết cường độ lý mẫu chứng minh hình thành màng Polymer tạo tăng đáng kể cường độ uốn sau 90 ngày thủy hóa làm chậm trình thủy hóa thời gian đầu Thể hình 5.9 màng Polymer hình thành tạo liên kết tinh thể Ca(OH)2, khoáng Ettringite (hình 5.10), bao phủ pha C-S-H (hình 5.11) Đối với bề mặt cốt liệu Màng polymer hình thành bao phủ hạt cốt liệu hay tạo thành cầu nối bề mặt cốt liệu với tạo nên dính kết, chống lại tác nhân chảy rửa (hình 5.12) phát triển cường độ sau 90 ngày thủy hóa - 116 - Màng Polymer Hình 5.9 Màng Polymer bao phủ tinh thể Ca(OH)2 sau 90 ngày Màng Polymer Hình 5.10.Màng Polymer hình thành khoáng Ettringite sau 90 ngày - 117 - Hình 5.11 Màng Polymer bao phủ pha C-S-H sau 90 ngày Hình 5.12 Màng Polymer bao phủ bề mặt cốt liệu sau 90 ngày - 118 - KẾT LUẬN Có hai trình diễn trình đông cứng vữa xi măng hiệu chỉnh phụ gia polymer PVAA, thủy hóa xi măng hình thành màng Polymer , tác động PVAA đến hình thành cấu trúc nghiên cứu kết cường độ lý, phân tích nhiệt (DTG), XRD SEM Sự có mặt phụ gia polymer PVAA hỗn hợp vữa ảnh hưởng đến tốc độ thủy hóa số lượng sản phẩm tạo trình hydrat, Polymer PVAA làm gián đoạn giai đoạn đầu trình thủy hóa làm chậm phản ứng hydrat giai đoạn Sau 24 h thủy hóa, giai đoạn thủy hóa sau bắt đầu, có mặt Polymer ảnh hưởng hình thái tinh thể Ca(OH)2 ngược lại vữa xm thường tinh thể Ca(OH)2 chịu ứng suất, tạo trình thủy hóa sớm tái bố trí thủy hóa xảy không gian giới hạn Màng Polymer hay cầu nối phát lớp tinh thể Ca(OH)2 hoạt động tác nhân liên kết với lớp khác tăng liên kết phân tử làm cho cấu trúc tốt , bao phủ pha C-S-H hay hòa vào pha xi măng, màng Polymer có tác động rõ ràng tới cường độ uốn, cường độ nén có khuynh hướng giảm xuống Sự phát triển cường độ nén với thời gian thủy hóa xi măng - 119 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHO ĐỀ TÀI KẾT LUẬN : 1.Đã tổng hợp có hệ thống đầy đủ có sở khoa học kết nghiên cứu BTCCR giới để làm nghiên cứu phát triển tiếp tục Đã nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết làm tảng khoa học để nghiên cứu phát triển loại BTCCR cụ thể là: - Cơ chế hoạt động phụ gia polymer cấu trúc bê tông để chống chảy rửa cuả bê tông thi công trực tiếp môi trường nước - Các phương pháp thực nghiệm áp dụng giới để nghiên cứu tính chảy rửa hổn hợp bê tông chống chảy rửa Hệ nguyên vật liệu sử dụng: Xi măng PCB 40 , Cát có khối lượng riêng 2.5g/cm3, khối lượng thể tích 1.42g/cm3, đường cấp phối hạt nằm giới hạn cho phép theo TCVN (339-343)1986, Đá dăm có khối lượng riêng 2.64g/cm3, khối lượng thể tích 1.36g/cm3 đường cấp phối hạt nằm phạm vi cho phép, nước thích hợp cho sử dụng bê tông theo TCVN 4506-1987, Phụ gia siêu dẻo cao cấp gốc acrylic hệ mới, PGCCR Polymer Polyvinyl alcoholacetate (PVAA), phụ thuộc loại polymer không ion chứa nhóm vinyl Bài toán thành phần nguyên vật liệu: Thiết kế cho BTCCR môi trường nước với lượng ximăng từ 350- 400kg/m3, cát / (cát + đá ) từ 40-45%, N/X từ 0.45-0.60, lượng phụ gia siêu dẻo 1.25% so với xi măng để đạt độ sụt thiết kế từ 18-23 cm, lượng dùng PGCCR theo nghiên cứu thực nghiệm 1.5-4.0 % so với lượng ximăng 5.Theo kết thực nghiệm, cố định hàm lượng ximăng, cát, đá, phụ gia siêu dẻo, tỷ lệ N/X 0.45-0.55, hàm lượng PGCCR sử dụng tối ưu 1.52.5%, độ sụt- độ bẹt cao đảm bảo cho thiết kế hỗn hợp bê tông bơm, thể - 120 - đặc tính tự san tự lèn, không xảy phân tầng cường độ, độ chảy rửa 3-10% so với mẫu không khí Cường độ mẫu nước đạt 93% so với cường độ mẫu đỗ không khí , so với thiết kế sơ ban đầu Cường độ bê tông thiết kế dùng thi công trực tiếp môi trường nước Mác 400 6.Cấu trúc đá xi măng có phụ gia chống chảy rửa polymer PVAA : Sự có mặt phụ gia polymer PVAA hỗn hợp vữa ảnh hưởng đến tốc độ thủy hóa số lượng sản phẩm tạo trình hydrat, phụ gia Polymer PVAA làm gián đoạn giai đoạn đầu trình thủy hóa làm chậm phản ứng hydrat giai đoạn Sau 24 h thủy hóa, giai đoạn thủy hóa sau bắt đầu Màng Polymer hay cầu nối hình thành liên kết tinh thể tạo thành trình thủy hóa xi măng : Ca(OH)2, C-S-H, Ettringite Tạo liên kết chặt chẽ hồ xi măng với tinh thể, làm cho hồ xi măng không bị chảy rửa môi trường nước phát triển cường độ theo thời gian Màng polymer tạo dính kết chặt chẽ hạt cốt liệu với xi măng làm cho hồ xi măng hạn chế phân tầng, tách lớp chống lại chảy rữa môi trường nước Màng polymer làm cho hỗn hợp bê tông tăng tính dẻo, dính (quánh) không bị chảy rữa theo thời gian phát triển cường đo hydrat hóa xi măng KIẾN NGHỊ : Mở rộng việc nghiên cứu độ bền bê tông chống chảy rửa môi trường nước môi trường có độ xâm thực khác Triển khai thực tế áp dụng cho công trình điều kiện cụ thể ... đó, chọn đề tài “ Nghiên cứu thực ngiệm tính chất bê tông đặc biệt dùng thi công trực tiếp môi trường nước” Mục tiêu đề tài nghiên cứu ứng dụng polymer vào bê tông cải tiến đặc tính hỗn hợp bê... tông thi công trực tiếp môi trường nước - Các phương pháp thực nghiệm áp dụng giới để nghiên cứu tính chảy rửa hổn hợp bê tông chống chảy rửa - 30 - CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... công nghệ vấn đề thi công BTDN đạt thi? ??t bị sử dụng phụ gia hóa học đặc biệt để hạn chế phân tầng rửa trôi chất kết dính tiếp xúc với nước Các công trình biển như: Bến tàu, cảng… , việc thi công