CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KHOA HỌC
3.1. Cơ sở khoa học của bê tông đường xi măng
Khi nhào trộn xi măng với nước ở giai đoạn đầu xảy ra phản ứng thủy hóa giữa các khoáng trong xi măng với nước. Trong đó phản ứng của alit với nước xảy ra như sau:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H 2O + 3Ca(OH)2 (1)
Vì đã có Ca(OH)2 tách ra từ alit nên bêlit thủy hóa chậm hơn và tách ra ít Ca(OH)2 hơn:
2(2CaO.SiO2) + 4H2O →3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 (2) 3Cao.Al2O3 và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 cũng phản ứng với nước:
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO. Al2O3.6H2O (3)
4CaO.Al2O3.Fe2O3+mH2O→3CaO.Al2O3.Fe2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.nH2O (4) Khi xi măng rắn chắc, các quá trình vật lý và hóa lí phức tạp đi kèm theo các phản ứng hóa học có một ý nghĩa rất lớn và tạo ra sự biến đổi tổng hợp, khiến cho xi măng khi nhào trộn với nước, lúc đầu chỉ là hồ dẻo và sau đó biến thành đá có cường độ. Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng khoáng với nước để tạo ra các sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hưởng lẫn nhau.Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tương hỗ với nhau và với các khoáng khác của clanke để hình thành các liên kết mới. Do đó hồ xi măng là một hệ phức tạp cả về cấu trúc thành phần cũng như sự biến đổi. Để giải thích quá trình rắn chắc của xi măng người ta dùng thuyết Baikor – Rebinder. Theo thuyết này, quá trình rắn chắc của xi măng được chia làm 3 giai đoạn:
Giai đoạn hòa tan: Khi nhào trộn xi măng với nước các thành phần khoáng của clanke sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt hạt xi măng . Những sản phẩm tạo
được [Ca(OH)2; 3CaO.Al2O3.6H2O] sẽ tan ra. Nhưng vì độ tan của nó không lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hòa.
Giai đoạn hóa keo: Trong dung dịch quá bão hòa,các sản phẩm Ca(OH)2; 3CaO.Al2O3.6H2O) mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo. Còn các sản phẩm etringit, C-S-H vốn không tan nên tồn tại ở thể keo phân tán. Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với xi măng ), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỷ lệ rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo.
Giai đoạn kết tinh: Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều. Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho các hệ thống hoá cứng và cường độ tăng. [10]
Tóm lại quá trình rắn chắc của xi măng có thể biểu diễn như sau:
Hình 3.1 Hồ Xi măng rắn chắc 3.1.2. Cơ sở vật lý:
Sau khi đầm nén, các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xếp lại chặt chẽ hơn, cùng với sự thuỷ hoá của xi măng cấu trúc của bê tông được hình thành. Giai đoạn này gọi là hình thành cấu trúc. Các sản phẩm mới được hình thành do xi măng thuỷ hoá dần dần tăng lên, đến một lúc nào đó, chúng tách ra khỏi dung dịch quá bão hoà. Số lượng sản phẩm mới tách ra tăng lên đến 1 mức nào đó thì cấu trúc keo tụ chuyển hoá cấu trúc tinh thể, làm cho cường độ của bê tông tăng lên. Sự hình thành cấu trúc tinh thể sẽ sinh ra 2 hiện tượng ngược nhau: tăng cường độ và hình thành nội ứng suất trong mạng lưới tinh thể. Đó là nguyên nhân sinh ra vết nứt và giảm cường độ của bê tông.
Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ dẻo (cường độ đầu tiên) của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hoá học. Hỗn hợp bê tông cứng và kém dẻo với tỷ lệ nước – xi măng không lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc ngắn.Việc dùng xi măng và phụ gia rắn nhanh sẽ rút ngắn giai đoạn hình thành cấu trúc.
Bên cạnh đó, tác động của quá trình đầm chặt sẽ hạn chế được sự thay đổi thể tích, sự co ngót của betông, ảnh hưởng đến độ bền của bê tông trong điều kiện nhiệt độ nóng ẩm.
Hình 3.2 Quá trình co ngót dẫn đến vết nứt trong bê tông