Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về phụ gia hóa học cho bê tông
1.2.6. Phụ gia siêu dẻo NFS và MFS
a) Giới thiệu
Trong suốt ba thập kỷ trƣớc, thành phần chính của phụ gia siêu dẻo là những polyme tổng hợp tan trong nƣớc nhƣ melamine formaldehyde sulfonated (MFS), naphthalene formaldehyde sulfonated (NFS), và lignosulfonate (MLS). Những ƣu điểm của phụ gia siêu dẻo tổng hợp hòa tan trong nƣớc là làm giảm sự mất độ sụt và giảm lƣợng nƣớc sử dụng. Đó là sản phẩm ngƣng tự của melaminsunfonat với formaldehyt và sản phẩm ngƣng tự của naphthalensunfonat với formaldehyt.
21 Cấu trúc hóa học của NFS:
b) Cơ chế tác dụng
Khi đƣa phụ gia hoạt tính bề mặt vào hệ xi măng - nƣớc thì tính chất lƣu biến của hệ cũng nhƣ tốc độ hydrát hóa của xi măng póoclăng bị thay đổi.
Đặc trưng hấp thụ của hệ xi măng – nước – phụ gia hoạt tính bề mặt:
Phụ gia hoạt tính bề mặt hấp phụ lên các hạt xi măng theo mô hình 1.2 dƣới đây [14][21][22]:
Hình 1.2 Mô hình hấp phụ chất hoạt tính bề mặt của xi măng pooclang
Do tác động của quá trình hấp phụ, bề mặt các hạt xi măng cũng mang điện tích âm, tạo nên hàng rào thế năng ngăn cản các hạt xi măng kết tụ lại với nhau, làm tăng độ phân tán của các hạt rắn. Mặt khác, cũng do lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt xi măng mà chúng dễ dàng trƣợt lên nhau, làm tăng độ linh động của hệ. Độ lớn của lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt xi măng đƣợc thông qua thế zeta (zeta-potential) [22][23][24]. Với tỉ lệ sử dụng thông thƣờng thì các phụ gia hóa dẻo cho giá trị thế zeta trong khoảng từ -8 đến -18 mV, trong khi đó các phụ gia siêu dẻo từ -23 đến - 28 mV, thậm chí tới -40 đến -45 mV khi sử dụng ở tỉ lệ cao [17]. Tuy nhiên, thế zeta trong hệ xi măng – nƣớc tăng dần theo thời gian (hình 1.3).
22
Hình 1.3 Thế zeta trong hồ xi măng pooclăng có phụ gia NFS [17].
Tác dụng làm tăng khả năng phân tán các hạt xi măng của phụ gia hoạt tính bề mặt và vì thế làm tăng độ chảy hồ xi măng có liên quan trực tiếp đến tƣơng tác hóa lý giữa các phân tử phụ gia với các thành phần của xi măng. Việc nghiên cứu tốc độ và hàm lƣợng phụ gia hấp phụ lên các sản phẩm hydrát hóa có thể cung cấp các thông tin về tính lƣu biến cũng nhƣ đông kết của hồ xi măng póoclăng.
Nghiên cứu hấp phụ đƣợc đánh giá qua lƣợng phụ gia còn lại trong pha lỏng. Nồng độ phụ gia hoạt tính bề mặt trong pha lỏng có thể đƣợc xác định bằng phƣơng pháp quang phổ [13].
Phụ gia hoạt tính bề mặt trong hồ xi măng có thể ở dạng tự do trong pha lỏng hoặc hấp phụ lên các hạt xi măng. Đặc trƣng hấp phụ của phụ gia siêu dẻo mêlamin focmanđêhýt sunphônát (MSF) lên xi măng, C3A và C3S trong nƣớc theo thời gian. Hấp phụ của phụ gia lên C3A xảy ra mạnh ngay trong vài phút đầu. Các sản phẩm hydrát của aluminat lục phƣơng hấp phụ không thuận nghịch một lƣợng lớn phụ gia. Các phụ gia hoạt tính bề mặt tạo phức với C3A đang hydrát hóa và làm chậm quá trình chuyển từ dạng lục phƣơng sang lập phƣơng. Các thí nghiệm hấp phụ của C3S cho thấy trong 1 giờ đầu lƣợng phụ gia bị hấp phụ thấp, sau đó hầu nhƣ không thay đổi đến khoảng 5 giờ. Lƣợng hấp phụ tăng sau 5 giờ là do hydrát hóa mạnh của C3S.
Vai trò của phụ gia hoạt tính bề mặt nói chung và của phụ gia siêu dẻo nói riêng trong 1 giờ đầu tiếp xúc với xi măng là rất quan trọng để hiểu đƣợc hiệu ứng
23
hóa lỏng của nó. Ngƣời ta đã nghiên cứu sự hấp phụ của MSF trong hệ C3A – thạch cao đƣợc hydrát hóa trƣớc trong những khoảng thời gian khác nhau. Tốc độ và hàm lƣợng hấp phụ thấp hơn đối với các hệ đã đƣợc hydrát hóa trƣớc trong khoảng 5-30 phút. Trong các hệ này, các sản phẩm hydrát đã hình thành trên bề mặt C3A làm giảm khả năng khuyếch tán của MSF và cần phải có thời gian để toàn bộ MSF đƣợc hấp phụ. Từ khoảng 1 giờ đến 2 ngày thì các pha chính trong hệ là sunphoaluminat và C3A. Có thể thấy sunpho aluminat hấp phục MSF lớn. Hơn nữa nhƣ đã biết C3A hydrát hóa hấp phụ siêu dẻo lớn hơn C3S, xi măng giàu C3A cần lƣợng phụ gia cao hơn để có cùng độ công tác nhƣ xi măng ít C3A. Mặt khác đƣa phụ gia vào sau khi đã trộn ƣớt xi măng cũng làm tăng tốc độ công tác của hệ xi măng – nƣớc – phụ gia.
Tính chất lưu biến của hệ xi măng – nước – phụ gia hoạt tính bề mặt:
Phụ gia hoạt tính bề mặt làm thay đổi tính chất lƣu biến của hệ xi măng – nƣớc. Tính chất lƣu biến của hồ xi măng póoclăng phụ thuộc vào tỷ lệ nƣớc/xi măng, loại xi măng, độ mịn của xi măng, loại hàm lƣợng phụ gia, các điều kiện thí nghiệm nhƣ quy trình trộn, thời gian trộn, nhiệt độ môi trƣờng…
Nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng nhớt kế nhớt kế quay để khảo sát tính chất chảy của hồ xi măng không có và có phụ gia.
Sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt làm giảm giới hạn của hồ xi măng một cách rõ rệt. Sự có mặt của phụ gia hoạt tính bề mặt làm giảm cả độ nhớt và giới hạn của dòng hồ xi măng. Với tỷ lệ sử dụng thông thƣờng, khả năng giảm độ nhớt hồ xi măng tăng dần theo thứ tự: natri lignôsunphônát – natri gluconat - natri naphtalen focman đêhýt sunphônát. Muốn duy trì độ nhớt nhƣ mẫu hồ xi măng không có phụ gia trong khoảng tỷ lệ nƣớc/xi măng từ 0,3 đến 0,5 thì cần giảm lƣợng nƣớc trộn trong hồ xi măng có các phụ gia tƣơng ứng (khi sử dụng với tỷ lệ thông thƣờng) là [22]:
- Natri lignôsunphônát: giảm khoảng 10% nƣớc. - Natri gluconat: giảm khoảng 16% nƣớc.
24
c) Một số nghiên cứu
Uchikawa và các cộng sự [24] nghiên cứu khả năng hấp phụ NSF của C3A và C3S sau 5 phút trộn ƣớt và thấy rằng mức độ hấp phụ của C3A và C3S khác nhau và phụ thuộc cả vào thời điểm đƣa NSF vào hệ. Nếu đƣa NSF vào nƣớc trộn trƣớc rồi mới trộn ƣớt với C3A và C3S hấp phụ lần lƣợt là 94,3 và 2,6 mg/g khoáng; trong khi đó nếu đƣa NSF vào sau khi đã trộn ƣớt các khoáng trên trƣớc 1 phút thì lƣợng NSF bị hấp phụ lần lƣợt là 20,1 và 2,7mg/g khoáng.
Lƣợng phụ gia siêu dẻo hấp phụ lên xi măng có liên hệ đến độ linh động của hồ xi măng. Ramachandran [21] đã tổng hợp kết quả nghiên cứu của Collepardi và các cộng sự về độ chảy của hồ xi măng có phụ gia NSF. Kết quả cho thấy khi lƣợng phụ gia đƣợc hấp phụ tăng lên thì độ chảy của hồ xi măng cũng tăng lên.
Tanaka [27], Yamakawa [28] và các đồng sự đã thí nghiệm cho thấy khả năng duy trì độ sụt của hỗn hợp bê tông rất tốt khi sử dụng phụ gia NFS.
Yoshita [30] và các đồng sự đã thí nghiệm với tổ hợp gồm NFS là tác nhân hóa lỏng và copolyme chứa các nhóm sunphonic và cacboxylic là tác nhân duy trì độ sụt.
Thái Hồng Chƣơng [3] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của phụ gia siêu dẻo chậm đông kết trên cơ sở Naphtalen Focmanđêhýt Sunphonat, polyvinylalcohol và natri citrat đến các tính chất của bê tông trộn sẵn.