1.4 Cơ sở khoa học
1.4.2 Ảnh hưởng của cốt liệu polystyrene phồng nở đến cường độ chịu
của bê tông
Bê tông polystyrene được thiết kế theo yêu cầu chủ yếu là khối lượng thể tích và cường độ. Để bê tông polystyrene đạt được khối lượng thể tích yêu cầu, cốt liệu EPS được cho vào hỗn hợp bê tông nền để làm giảm khối lượng thể tích của bê tơng. Khi đó, vì cốt liệu EPS có cường độ nhỏ, nên trong cấu trúc bê tơng polystyrene, bê tơng nền đóng vai trị tạo thành khung chịu lực. Cường độ chịu nén của bê tông polystyrene phụ thuộc vào khả năng chịu lực của khung nêu trên. Do đó, cường độ chịu nén của bê tông nền và độ dày của vách tạo bởi vữa xi măng bao quanh cốt liệu EPS có quan hệ mật thiết với khả năng chịu lực của bê tơng polystyrene.
a. Kích thước cốt liệu EPS lớn hơn Dmax cốt
liệu trong bê tông nền
b, Trường hợp kích thước cốt liệu EPS tương đương Dmax cốt
liệu trong bê tơng nền
c, Trường hợp kích thước cốt liệu EPS nhỏ hơn Dmax cốt liệu trong
bê tông nền
Hình 1.1 Tương quan kích thước hạt cốt liệu trong bê tơng
Vì thế, để nâng cao cường độ chịu nén của bê tông polystyrene ở cùng một khối lượng thể tích thì nâng cao cường độ chịu nén của bê tông nền là một lựa
chọn được sử dụng trong nhiều nghiên cứu đã tiến hành [7, 16, 17]. Các nghiên cứu này cũng cho thấy tính chất cơ học của bê tơng polystyrene có thể được cải thiện đáng kể khi bổ sung thêm silicafume, tro bay vào bê tông nền làm tăng lượng chất kết dính và cường độ của bê tơng nền. Nói cách khác, các tính chất cơ lý của bê tơng polystyrene phụ thuộc lớn vào tính chất của bê tơng nền.
Điều này cũng có thể thấy rõ khi phân tích mối quan hệ giữa kích thước của các thành phần cốt liệu trong bê tơng polystyrene. Do đặc trưng hình dạng cốt liệu EPS là hình khối cầu nên khi đưa cốt liệu EPS vào hỗn hợp bê tơng thì xảy ra ba trường hợp.
Trường hợp thứ nhất là kích thước cốt liệu EPS lớn hơn kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu trong bê tơng nền (Hình 1.1a). Khi đó hỗn hợp vữa xi măng bao bọc xung quanh cốt liệu EPS và khi hỗn hợp đóng rắn thì lớp này hình thành khung chịu lực cho bê tông. Chiều dày thành vách tạo bởi vữa xi măng này bằng khoảng cách giữa cốt liệu EPS. Giả thiết là cốt liệu EPS phân bố đều trong thành phần bê tơng theo mơ hình sắp xếp chặt khít nhất. Khi đó, với cùng kích thước cốt liệu EPS thì khoảng cách giữa cốt liệu EPS là như nhau.
Trường hợp thứ hai và tường hợp thứ ba là khi kích thước cốt liệu EPS nhỏ hơn hoặc bằng kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu trong bê tơng nền được thể hiện trong Hình 1.1b, Hình 1.1c. Khi đó, hỗn hợp bê tơng bao bọc xung quanh cốt liệu EPS và khi hỗn hợp đóng rắn thì lớp này hình thành khung chịu lực cho bê tơng polystyrene. Với tỷ lệ thể tích bê tơng nền lớn, khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng ở mức cao, thì chiều dày thành vách tạo bởi bê tông nền bằng khoảng cách giữa cốt liệu EPS. Tuy nhiên, khi giảm tỷ lệ thể tích bê tơng nền thì sự có mặt của cốt liệu lớn có thể ảnh hưởng đến phân bố cốt liệu EPS trong bê tơng. Khi đó, có thể xem như cốt liệu EPS phân bố đều trong hỗn hợp vữa xi măng của bê tông nền. Lúc này, giảm tỷ lệ thể tích bê tơng nền thì lượng vữa xi măng giảm, khoảng cách giữa cốt liệu EPS giảm. Khi đó, ảnh hưởng của kích thước cốt liệu nặng trong bê tơng nền đến cường độ chịu nén của bê tông polystyrene kết cấu tăng.
Trong hỗn hợp bê tơng, hồ vữa xi măng đóng vai trị làm lớp đệm đảm bảo tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng. Khi tăng lượng sử dụng cốt liệu EPS trong hỗn hợp bê tơng, tính cơng tác của hỗn hợp bê tơng và các tính chất khác sẽ có những chuyển biến và sẽ có thay đổi đột ngột khi lớp hồ này giảm kích thước đến mức
nhỏ hơn kích thước hạt cốt liệu nhỏ trong hồ. Khi đó, nếu tiếp tục tăng tỷ lệ sử dụng cốt liệu EPS, hay nói cách khác là giảm khối lượng thể tích của bê tơng polystyrene, thì cấu trúc bê tơng có thể chuyển từ cấu trúc liên tục sang cấu trúc không liên tục.
Hình 1.2 Ảnh hưởng của cường độ cốt liệu pha nền
Phân tích các trường hợp trên, có thể thấy rằng trong bê tơng polystyrene thì đường kính cốt liệu của bê tơng nền có ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tơng và bê tơng. Bên cạnh đó, trong thực tế, cốt liệu có độ thoi dệt nhất định nên sự phân bố cốt liệu EPS là khơng đồng đều mà phụ thuộc kích thước, hình dạng hạt.
Hình 1.2 biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ chịu nén của bê tông vào cường độ pha nền khi sử dụng các loại cốt liệu khác nhau. Mặt khác, theo [13] cường độ của cốt liệu có ảnh hưởng lớn đến cường độ chịu nén của bê tơng nhẹ. Theo đó, cường độ chịu nén của bê tơng nhẹ có thể coi là tỷ lệ thuận với cường độ chịu nén của bê tông nền và cường độ cốt liệu.
Với cùng cường độ chịu nén của bê tơng nền thì cường độ chịu nén của bê tông sử dụng cốt liệu granit cao hơn cường độ chịu nén của bê tông sử dụng cốt liệu keramzit [51]. Đường biểu diễn tương quan cường độ vữa nền và cường độ chịu nén của bê tông cho thấy bê tông sử dụng cốt liệu đá granit nằm trên đường phân giác 0N tức là có bê tơng sử dụng đá granit cường độ cao ln có cường độ cao hơn pha nền. Khi đó, việc sử dụng cốt liệu có cường độ cao thể hiện rõ vai trò ảnh hưởng đối với cường độ chịu nén của bê tông. Bê tông sử dụng cốt liệu
keramzit có khoảng giao với đường phân giác, miền cao hơn đường phân giác này có cường độ cao hơn pha nền.
Theo dõi ảnh hưởng của cường độ bê tông nền đến cường độ chiu nén của bê tông tổ ong, thực hiện tại Viện CN Bê tông, cho phép xây dựng đường biểu diễn số 4 (Hình 1.2). Có thể coi, bọt khí trong bê tơng tổ ong như một loại cốt liệu nhẹ khơng có cường độ. Vậy, có thể suy luận rằng cốt liệu EPS là loại cốt liệu nhẹ có cường độ chịu nén khơng đáng kể nên bê tơng polystyrene kết cấu sẽ có cường độ chịu nén phụ thuộc cường độ pha nền và luôn thấp hơn pha nền. Làm rõ được mối quan hệ này có thể xác định được giá trị cường độ pha nền tới hạn mà tại đó việc gia tằng cường độ pha nền ít có tác động tới cường độ chịu nén của bê tơng polystyrene.
Bên cạnh đó, khác với bê tơng keramzit sử dụng cốt liệu lớn keramzit, kích thước của cốt liệu EPS thuộc cỡ hạt cốt liệu nhỏ. Do đó, khi bổ sung cốt liệu EPS vào trong bê tơng nền thì tương quan kích thước cốt liệu EPS và kích thước của cốt liệu trong pha nền cũng có nhưng ảnh hưởng nhất định đến cường độ chịu nén của bê tơng. Do đó, xác định được tương quan này là cơ sở để lựa chọn vật liệu phù hợp nhằm chế tạo bê tông polystyrene kết cấu đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật tốt nhất.