c) Môt số phương pháp khác xác định độ lỏng của bê tông tự
2.6. Đặc điểm thành phần cấu tạo của bê tông tự đầm lèn 23
Bê tông tự đầm lèn phải đồng thời đảm bảo hai tính chất trái ngược nhau : độ lỏng và sự ổn định. Để dung hịa hai tính chất này, bê tơng tự đầm lèn vì vậy phải có những
đặc điểm thành phần cấu tạo riêng biệt so với bê tơng thường mà chúng tơi sẽ trình bày
dưới đây.
2.6.1. Thể tích vữa lớn
Ma sát giữa các hạt cốt liệu lớn (sỏi, đá) làm giảm khả năng chảy và lấp đầy ván
khn của bê tơng. Vì vậy bê tơng tự đầm lèn phải có thể tích vữa lớn, dao động trong khoảng 330 ÷ 400 l/m³, nhằm tách các hạt cốt liệu lớn xa nhau.
2.6.2. Sử dụng hàm lượng lớn các hạt mịn
Để đảm bảo tính dễ thi cơng đồng thời phải hạn chế nguy cơ phân tách (lắng đọng
và tách nước), bê tông tự đầm lèn chứa một hàm lượng lớn các hạt mịn (kích thước
nhỏ hơn 80μm), khoảng 500 kg/m³.
Tuy nhiên, để tránh vấn đề nhiệt độ bê tông tăng cao q mức do q trình thủy
hóa xi măng đồng thời để giảm giá thành vật liệu, người ta thường giảm bớt xi măng
và thay thể bằng một thậm chí nhiều loại phụ gia mịn khác như tro bay, xỉ lị cao, bột
đá vơi…Loại và liều lượng phụ gia được chọn tùy thuộc vào yêu cầu cường độ và độ
bền của bê tông.
2.6.3. Sử dụng chất phụ gia siêu dẻo
Do sử dụng hàm lượng lớn xi măng và các hạt mịn, bê tông trở nên đậm đặc và
khó chảy (ngưỡng chảy τ0 của bê tông gây ra bởi sự kết bông của xi măng tăng theo hàm số mũ đối với nồng độ xi măng, xem §2.2.2). Để làm tăng độ lỏng của bê tông,
người ta thêm vào chất phụ gia siêu dẻo (superplasticizer). Đó là những chất hóa học trùng hợp cao phân tử (polymer) tích diện âm, có tác dụng làm lỏng hóa bê tơng thơng qua việc cản trở sự kết bông của các hạt xi măng. Cơ chế hoạt động của chất phụ gia
siêu dẻo chủ yếu dựa trên hiệu ứng tĩnh điện (electrostatic effect) và hiệu ứng không
gian (steric effect).
+ Hiệu ứng tĩnh điện xuất phát từ đặc tính tích điện âm của các phân tử phụ gia siêu dẻo. Các phân tử này dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện, bám vào bề mặt và tích điện âm cho các hạt xi măng, gây ra lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt xi
Ứng xử lưu biến và mơ hình thí nghiệm chảy xịe của bê tơng tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm
+ Hiệu ứng không gian xuất phát từ sự tương tác giữa các lớp phụ gia siêu dẻo bám xung quanh bề mặt hạt xi măng. Khi các hạt xi măng tiến lại gần nhau, các phân tử phụ gia siêu dẻo quấn lại chằng chịt với nhau làm tăng nồng độ
polymer và đẩy các hạt phân tử nước ra khỏi vùng giữa các hạt xi măng. Sự mất cân bằng về nồng độ này gây ra áp suất thẩm thấu đẩy các phân tử nước
trở lại vùng có nồng độ polymer lớn và do đó chống lại sự tiến lại gần nhau
của các hạt xi măng [25].
Tương quan giữa hiệu ứng tĩnh điện và hiệu ứng không gian trong việc ngăn cản
sự kết bông của các hạt xi măng phụ thuộc vào loại cũng như khối lượng phân tử của chất phụ gia siêu dẻo. Đối với những chất phụ gia siêu dẻo thuộc thế hệ cũ (các chất dẫn xuất sulfo), hiệu ứng tĩnh điện là chủ yếu [25]. Ngược lại, đối với những chất phụ gia siêu dẻo thuộc thế hệ mới (gốc polycarboxynate), hiệu ứng không gian chiếm ưu
thế [25, 26]. So với chất phụ gia siêu dẻo thuộc thế hệ cũ, chất phụ gia siêu dẻo mới cho phép cải thiện cũng như duy trì độ lỏng của bê tơng theo thời gian tốt hơn [27].
Ảnh hưởng của chất phụ gia siêu dẻo đối với ứng xử lưu biến của bê tông đã thu
hút được sự quan tâm của rất nhiều những nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới. Coi bê tông là chất lỏng nhớt dẻo Bingham, Banfill [28] nhận thấy rằng ngưỡng chảy τ0 và
độ nhớt dẻo η của bê tông giảm dần với hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo. Trong một
số nghiên cứu, người ta còn nhận thấy rằng bê tơng có ứng xử lưu biến chảy đặc (shear – thickening) khi sử dụng hàm lượng chất phụ gia siêu dẻo vượt quá hàm lượng bão hòa [11, 29].
2.6.4. Sử dụng chất phụ gia tăng nhớt
Việc sử dụng chất phụ gia siêu dẻo nhằm làm tăng độ lỏng của bê tông tự đầm lèn dẫn đến nguy cơ bê tông không ổn định, dễ phân tách và lắng đọng. Để khắc phục vấn
đề này, người ta thêm vào bê tông chất phụ gia tăng nhớt (Viscosity Enhancing
Admixture), đó là những chất hóa học trùng hợp cao phân tử (polymer) có tác dụng đảm bảo sự ổn định và đồng nhất thông qua việc làm tăng độ nhớt của bê tông. Cơ chế
hoạt động của các chất phụ gia này chủ yếu dựa trên 3 hiệu ứng sau [30] :
+ Hấp thụ : các phân tử nước bị hấp thụ và bám vào các chuỗi phân tử phụ gia tăng nhớt, làm giảm hàm lượng nước tự do trong dung dịch và vì vậy làm tăng
độ nhớt của bê tông.
+ Kết hợp : các phân tử phụ gia siêu dẻo kết hợp với nhau dưới tác dụng của lực hút Van der Waals hoặc thông qua các cầu liên kết Hydro tạo thành mạng lưới
đóng băng sự chuyển động của các phân tử nước tự do và vì vậy làm tăng độ
nhớt của bê tông.
+ Quyện vào nhau : Ở trạng thái nghỉ (không chảy) hoặc khi vận tốc biến dạng trượt còn nhỏ, các chuỗi phân tử phụ gia tăng nhớt quyện lại chằng chịt với nhau, làm tăng độ nhớt và do đó đảm bảo sự ổn định của bê tông. Khi vận tốc biến dạng trượt tăng lên, các chuỗi phân tử này có khả năng duỗi ra theo hướng chảy, làm giảm độ nhớt của bê tơng. Hiện tượng này giải thích kiểu ứng xử lưu biến chảy lỏng (shear – thinning) của bê tông, cho phép đảm bảo
sự ổn định của bê tông ở trạng thái nghỉ và đảm bảo độ lỏng cần thiết của bê tông khi thi công.
Cho đến hiện nay, rất nhiều cơng trình nghiên cứu về ảnh hưởng của chất phụ gia tăng nhớt đối với ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông đã được thực hiện và
công bố [30, 31]. Những nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc thêm chất phụ gia này không chỉ làm tăng độ nhớt mà còn làm tăng ngưỡng chảy, tăng mức độ chảy lỏng
(degree of shear – thinning) và tăng hiệu ứng xúc biến của vữa xi măng và bê tông.