a. Xi măng
Xi măng là chất kết dính thủy lực do khi tác dụng với nước tạo ra các hợp chất có tính dính kết, các hợp chất này đóng rắn trong nước và các sản phẩm đóng rắn bền trong nước. Các loại xi măng gồm có:
-Xi măng pooclăngdựa trên cơ sởCaO–SiO2chứa thêm Al2O3.Fe2O3 -Xi măng alumin trên cơ sởCaO–Al2O3 có chứa thêm SiO2.Fe2O3
-Xi măng xỉlò cao giống xi măng pooc lăng nhưng có thêm thạch cao hay vôi.
Trong các loại trên thì xi măng pooclăng là loại thông dụng nhất. Quá trình sản xuất xi măng pooclăng như sau:
- Nguyên liệu gồm đá vôi, đất sét (cung cấp Al2O3) và quặng sắt (cung cấp Fe2O3) theo tỷlệ quy định được nghiền mịn và trộn đều.
- Phối liệu được nung luyện trong lò quay ở nhiệt độ 1400 – 15000C để tạo ra các khoáng chất như 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3 và 4CaO.Fe2O3 sản phẩm này được gọi là clinke.
- Nghiền mịn clinke đến cỡ hạt 0,5 - 50μm thành dạng bột gọi là xi măng. Trong quá trình nghiền clinke thường cho thêm các chất phụ gia để điều chỉnh một vài tính chất của xi măng (ví dụ thêm thạch cao để điều chỉnh độ đông kết của xi măng).
Khi hòa tan xi măng với nước sẽbị hydrat hóa theo các phảnứng sau đây: 2(3CaO.SiO2) + 6H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 6H2O→ 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
Nếu xi măng có độmịn đạt yêu cầu và được trộn đủ nước thì quá trình hydrat hóa xảy ra hoàn toàn. Nếu thiếu nước một phần xi măng không được phảnứng. Nếu thừa nước sẽtạo ra các lỗ, kênh chứa nước làm cho vữa linh động dễ thao tác nhưng độbền sau khi đông kết sẽ bị giảm. Sau quá trình hydrat hóa là giai đoạn kết tinh tạo ra các
tinh thể hydrat với kích thước 1 - 10μm làm cho khối xi măng trở nên vững chắc và chịu được tải trọng yêu cầu.
Hình 4.4.Sơ đồ mô tảquá trình hydrat hóa vàđông đặc của vữa xi măng
Để đánh giá độ bền cơ học của xi măng ta dùng chỉ tiêu mác xi măng được quy định là giới hạn bền nén của mẫu của hỗn hợp xi măng –cát theo tỷlệ 1/3 bảo dưỡng 28 ngày trong điều kiện quy định. Theo TCVN 2682 – 1992 PC30 là xi măng pooclăng có giới hạn bền nén là 30Mpa
b. Bê tông
Bê tông được chếtạo từhỗn hợp các vật liệu silicat với kích thước hạt khác nhau (ví dụ: sỏi hay đá dặm cỡ 1-4cm, cát vàng cỡ hạt 0,1 -0,2mm, xi măng cỡ hạt 0,5- 50μm. Để tạo ra mật độ cao cho bê tông: hạt cát điền đầy vào chỗtrống giữa các viên sỏi, đá dăm, còn các hạt xi măng sẽ chen vào khoảng trống giữa các hạt cát. Ngoài ra bề mặt của các hạt cát, sỏi, đá dăm sẽ xúc tiến tạo mầm ký sinh cho quá trình kết tinh của các hợp chất hydrat của xi măng.
Cốt liệu của bê tông thường sử dụng là cát, sỏi, đá vôi, đát granit (khối lượng riêng cỡ 3g/cm3. Đểchếtạo bê tông nhẹcốt liệu phải là loại xốp, khối lượng riêng nhỏ (khoảng 1g/cm3) như xỉ lò cao, đá xốp thiên nhiên hay dùng phụ gia tạo ra bọt khí trong quá trình đóng rắn. Cơ tính của bê tông tương tự như ceramic là có độ bền nén cao, độ bền kéo thấp. Giới hạn bền nén của bê tông thuộc vào tỷ lệ hỗn hợp, bảo dưỡng... dao động từ5- 60Mpa, còn giới hạn bền kéo chỉbằng từ1/8 -1/10 bền nén.
c. Bê tông cốt thép
Ta bốtrí thêm cốt thép theo quy luật nhất định (thanh, dây, lưới...) trong bê tông tươi sẽtạo ra bê tông cốt thép. Cốt thép trong khối bê tông làm cho kết cấu chịu kéo, nén và uốn tốt hơn. Nếu có hiện tượng nứt trong bê tông thì sựphát triển của vết nuets cũng bị cốt ngăn cản. Sở dĩ thép được dùng làm cốt trong bê tông vì ngoàiđộbền kéo cao, độ dẻo lớn, thép có hệ số nở nhiệt gần giống bê tông, ăn mòn chậm trong môi trường bê tông và dính kết tương đối chắc với bê tông. Nếu bề mặt thép có gân (thép vằn) sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc và có khả năng khóa hãm.
Để tăng khả năng chịu nén cho bê tông tạo ra ứng suất nén dư dọc theo chiều cốt thép chịu lực chính và gọi là bê tông ứng suất trước (bê tông ứng lực trước). Phương
pháp này dựa vào đặc điểm của vật liệu giòn là chịu nén tốt hơn chịu kéo và do vậy khi làm việc ứng suất kéo tác dụng vượt quá ứng suất nén dư thì khối bê tông mới bị phá hủy. Có hai cách tạo bê tôngứng suất trước:
Cách 1, dây thép có độ bền cao được đặt vào khuôn rỗng, được kéo với lực kéo lớn và giữ căng. Sau khi đổ bê tông vào khuôn và đông cứng mới bỏ lực kéo ra. Lúc này do biến dạng đàn hồi bị mất đi dây thép bị co lại gây cho cấu kiện bê tông ứng suất nén doứng suất được truyền tải tới bê tông thông liên kết bê tông dây thép.
Cách 2, dây thép được luồn qua cácống bằng kim loại hay cao su đã có sẵn trong bê tông đãđông cứng và được kéo căng đặt vào hai mặt đối diện của kết cấu, làm cho cấu kiệnở trạng thái nén. Sau đó đổ vào vữa bê tông vào các lỗbao kín dây thép. Khi bê tông đãđông cứng và bảo dưỡng tốt mới tháo kích ra.
Bê tông ứng suất trước được dùng trong các cấu kiện cầu đường sắt, đường cao tốc cũng như nhi ều kết cấu xây dựng khác.[18]