Các phụ gia khoáng ựược sử dụng rộng rãi trong sản xuất bê tông cường ựộ cao tro bay hoặc muội silắc. Thông thường mác bê tông từ 40-60 MPa có thể sử dụng tro bay hoặc tro bay kết hợp với muội silic. Với mác bê tông từ 70-100 MPa thông thường sử dụng silic siêu mịn (muội silic).
2.3.1- Tro bay (TB):
Tro bay dùng cho bê tông mác tối ựa là M60 ựược chia thành hai loạị Tro bay loại F thường ựược sản xuất bằng cách thiêu kết than antraxit hoặc bitum và có các ựặc tắnh của pyzôlan nhưng có ắt hoặc không có các ựặc tắnh kết dắnh. Tro bay loại C thường ựược sản xuất bằng cách ựốt cháy than non hoặc than bitum , ựược cho vào ựể tăng các ựặc tắnh pyzôlan và có một số ựặc tắnh kết dắnh tự sinh. (ASTM G18)
Các ựặc tắnh kỹ thuật của tro bay phải phù hợp với các qui ựịnh trong tiêu chuẩn ASTM C 618. Các phương pháp lấy mẫu và kiểm tra ựược trình bày trong tiêu chuẩn ASTM C 311. Những biến thiên về các ựặc tắnh vật lý hoặc hoá học của các phụ gia khoáng mặc dù nằm trong phạm vi dung sai về ựặc tắnh kỹ thuật qui ựịnh nhưng chúng có thể gây ra sự biến thiên ựáng kể cho các ựặc tắnh của bê tông cường ựộ caọ điều ựặc biệt quan trọng là các phụ gia khoáng phải ựược kiểm tra về chất lượng , tắnh ựồng ựều và nghiên cứu cẩn thận các ựặc tắnh tạo ra cường ựộ và tắnh tương hợp với các vật liệu khác trong hỗn hợp bê tông trước khi chúng ựược sử dụng trong thực tế.
Yêu cầu về thành phần hoá học của 2 loại tro bay ghi trong bảng 2.1
Bảng 2.1
THÀNH PHẦN TRO BAY
LOẠI F
TRO BAY LOẠI C Silic dioxit (Si02) + Nhôm ôxit (Al203) + sắt
ôxit (Fe203), min , %
70 50
Sunfua trioxit (S03) , max , % 5,0 5,0
độ ẩm, max , % 3,0 3,0
Lượng mất khi nung, max, % 6,0 (1) 6,0
độ kiềm chuyển ựổi sang Na20 ,max, % (2) 1,5 1,5
Ghi chú :(1) Có thể cho phép giá trị này tới 12%, nếu báo cáo về phẩm chất hoặc kết quả thắ nghiệm chấp nhận ựược .
(2) Chỉ áp dụng khi bê tông dùng cốt liệu có phản ứng kiềm và xi măng có hàm lượng kiềm ựạt tới giới hạn .
độ mịn của tro bay ựược biểu thị bằng lượng lọt sàng 45ộm (No 325) tắnh bằng %. Chỉ tiêu này không quá 34% ựối với cả hai loại tro baỵ Các chỉ tiêu vật lý khác của tro bay phải phù hợp với các qui ựịnh của tiêu chuẩn ASTM C 618 . Hàm lượng tro bay có thể từ 10-25% so với lượng xi măng sử dụng trong bê tông.
2.3.2 - Muội silic(MS) :
Muội silic và các hỗn hợp chứa muội oxit silic ựược sử dụng trong bê tông mác cao dùng xi măng PC40 trở lên nhằm tăng khả năng chịu lực, kết cấu chịu mài mòn, giảm ựộ thấm nước . Muội ôxit silic là một sản phẩm phụ lấy ra từ quá trình tái sản xuất thạch anh với than ựá trong các lò hồ quang ựiện trong ngành công nghiệp sản xuất silicon và các hợp kim sắt - silicon. Muội này có hàm lượng dioxit silicon vô ựịnh hình cao và chứa các tinh thể hình cầu rất mịn thu ựược từ khắ thoát ra khỏi lò.
Muội silic bao gồm các hạt thuỷ tinh rất mịn với một diện tắch bề mặt lên tới 20.000 m2/kg khi ựược ựo bằng kỹ thuật hấp phụ ni tơ. Sự phân bố về mặt kắch thước hạt của một loại khói oxit silic ựiển hình cho thấy hầu hết các hạt ựều nhỏ hơn 1micro (1ộm), ựường kắnh trung bình khoảng 0,1ộm nhỏ hơn kắch thước của hạt xi măng gấp khoảng 100 lần. Khối lượng riêng của muội silic phố biến là 2,2g/cm3, nhưng cũng có thể cao hơn (2,5 g/cm3).
Theo ASTM C 1240 - 93, muội silắc có thành phần hoá học ựược qui ựịnh như trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 - Tiêu chuẩn ASTM về muội silic
( Các qui ựịnh sau ựây ựược lấy nguyên văn từ ASTM C 1240 - 93 )
Các yêu cầu hoá học - Hàm lượng Si02 tối thiểu là 85%
SO3<2%; Cl<0.3%; CaO tự do <1%; Si tự do <0.4% (EN 132-63) - độ ẩm của muội silic, tối ựa là 3%
- Lượng mất khi nung , tối ựa là 6% . Diện tắch bề mặt rỗng : 15-30 m2/g Các yêu cầu khác
- độ mịn : Lượng sót tắch luỹ trên sàng 45ộm (No 325) , không lớn hơn 10% .
- độ hoạt hoá puzơlan + : Với xi măng Poóc lăng , xác ựịnh ở tuổi 7 ngày tối thiểu 105%.
- Mức ựộ ựồng nhất: độ ựặc và ựộ mịn của các mẫu thử ựược lấy từ một nguồn muội silắc không thay ựổi quá 5% so với trị số trung bình ựã ựược xác lập bởi 10 kết quả thắ nghiệm ựã có hoặc bởi tất cả các kết quả thắ nghiệm ựã có nếu số kết quả thắ nghiệm ựó nhỏ hơn 10.
+ Cần chú ý tránh sự kết tụ của các hạt vật liệu cực nhỏ.
+ độ hoạt hoá Puzôlan ựược xácựịnh từ phép ựo cường ựộ chịu nén của bê tông dùng muội silic. đây là phép ựo phản ứng của muội silic với xi măng ựược cung cấp và có thể thay ựổi tuỳ theo nguồn cung cấp của cả muội silic và xi măng. Nhà cung cấp sản phẩm muội si lắc cần ựược công bố chỉ tiêu này .
+ Khối lượng riêng phổ biến là 2.2g/cm3.
Muội silic có hàm lượng ôxit silic và ựộ mịn cực cao nên là vật liệu có tắnh pyzôlan caọ Muội silic phản ứng với vôi trong quá trình hydrat hoá xi măng ựể tạo ra hợp chất kết dắnh bền vững - CSH. Hàm lượng muội silic trong bê tông cường ựộ cao nằm trong phạm vi từ 5 - 15% hàm lượng xi măng Poóc lăng . Với bê tông cường ựộ rất cao lượng muội silic có thể dùng ựến 25% so với lượng xi măng. Bổ xung thêm muội silic
2.3.3- đánh giá và lựa chọn phụ gia khoáng và phụ gia hoá học:
Các bột khoáng siêu mịn, ựược dự kiến sử dụng trong hỗn hợp bê tông cường ựộ cao ựược ựánh giá thông qua các mẻ trộn thử trong phòng thắ nghiệm ựể có ựược chất lượng mong muốn một cách tối ưụ Các mẻ trộn thử ựược tiến hành với các lượng xi măng và liều lượng phụ gia siêu dẻo và bột khoáng siêu mịn khác nhau ựể thiết lập các ựường cong dùng cho việc lựa chọn lượng xi măng bột khoáng và phụ gia hoá học cần thiết .
2.4 - Cốt liệu .
2.4.1- Tổng quát về cốt liệu :
Cốt liệu thô (ựá) và nhỏ (cát) hình thành cấu trúc khung xương trong bê tông cường ựộ caọ Về cơ bản vẫn dùng cốt liệu bê tông truyền thống ựể chế tạo bê tông cường ựộ caọ Trong bê tông cường ựộ cao cốt liệu không có những cải tiến lớn.
Tuy nhiên cũng có những nghiên cứu về vấn ựề này chủ yếu là về quan hệ giữa cường ựộ của ựá và cường ựộ của bê tông cường ựộ caọ
Các tiêu chuẩn về cốt liệu cho bê tông cường ựộ cao vẫn sử dụng các tiêu chuẩn của bê tông truyền thống.
Cả cốt liệu thô và nhỏ ựược sử dụng trong bê tông cường ựộ cao cần ựáp ứng những yêu cầu tối thiểu của ASTM C 33 ; hoặc TCVN 1770 - 86 , TCVN 1771 - 87 .
2.4.2 - Phân loại:
2.4.2.1 - Cốt liệu nhỏ (Cát) :
Cát với mô ựun ựộ lớn nhỏ hơn 2,5 không ựược sử dụng cho bê tông cường ựộ caọ Cát với mô ựun ựộ lớn khoảng 3,0 cho ựộ sụt và cường ựộ nén tốt nhất. Cốt liệu nhỏ cho bê tông cường ựộ cao là cát tự nhiên sạch, loại to có môựun ựộ lớn nằm trong khoảng 2,5 -3,2 và có cấp phối tốt, không có phản ứng kiềm với xi măng. Các tắnh chất của cát phải ựạt các yêu cầu của tiêu chuẩn TCVN 1770 - 86.
2.4.2.2 - Cốt liệu thô (ựá) :
Cốt liệu thô quyết ựịnh cường ựộ và ựộ dẻo của bê tông cường ựộ caọ Yếu tố ảnh hưởng ựến tắnh chất bê tông cường ựộ cao là hàm lượng cốt liệu
Bê tông có cường ựộ nén lớn hơn 75MPa mẫu lập phương tiêu chuẩn (62,5 MPa mẫu hình trụ tiêu chuẩn ) với hàm lượng xi măng cao và tỉ lệ nước - xi măng thấp thì kắch thước tối ựa của cốt liệu thô nên giữ ở mức tối thiểu từ 12,7 mm ựến 9,5 mm . Các kắch thước tối ựa từ 19,0mm ựến 25,4mm ựược sử dụng khi cường ựộ bê tông nén từ 60 MPa - 75 MPa mẫu lập phương (hoặc 50MPa - 62,5 MPa mẫu hình trụ).
Cốt liệu lý tưởng cho bê tông cường ựộ cao là cốt liệu sạch, dạng khối, có góc cạnh, 100% ựã ựược nghiền và có lượng hạt thoi dẹt nhỏ nhất so với các qui ựịnh của tiêu chuẩn hiện hành .
Các khoáng thuộc nhóm silic có khả năng liên kết tốt với xi măng Poóc lăng .
Cốt liệu thô dùng cho bê tông cường ựộ cao là ựá dăm ựược sản xuất từ ựá gốc là ựá phún xuất và biến chất có cường ựộ ở trạng thái bão hoà nước lớn hơn hoặc bằng 2 lần cường ựộ bê tông. Khi dùng ựá trầm tắch có cường ựộ thấp hơn yêu cầu ựó, phải thắ nghiệm cường ựộ bê tông với ựá này ựể chứng minh rằng loại
ựá này có thể cho cường ựộ bê tông mong muốn . Nên dùng ựá dăm có kắch thước hạt lớn nhất (Dmax ) từ 10 ựến 20 mm theo tiêu chuẩn Việt Nam ( hoặc từ 9,5 - 25 mm theo tiêu chuẩn Mỹ) có cấp phối liên tục và thành phần hạt ựược qui ựịnh trong ASTM C 33 hoặc TCVN 1771-87.
Các tắnh chất của ựá dăm ựược thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 1772 - 87.
2.5 - Nước :
Nước trộn bê tông phải phù hợp với TCVN 4506 - 87 hoặc AASHTO - 26.
3. Thiết kế thành phần bê tông cường ựộ cao theo phương pháp viện bê tông Hoa Kỳ-Tiêu chuẩn 22TCN GTVT