CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC
2.2 Cấu trúc của bê tông xi măng [4], [6]
Sau khi tạo hình các cấu tử của h n hợp bê tông được sắp xếp chặt chẽ hơn. Cùng với sự thuỷ hoá của xi măng, cấu trúc của bê tông được hình thành. Giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thành cấu trúc. Các sản phẩm mới được hình thành do xi măng thủy hóa dần dần tăng lên, đến một lúc nào đó thì cấu trúc keo tụ chuyển sang 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 đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hoá học. H n 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 rút ngắn giai đoạn hình thành cấu trúc. Trong trường hợp cần duy trì tính công tác của h n hợp bê tông trong lúc vận chuyển cũng như thời tiết nóng có thể dùng phụ gia chậm cứng rắn.
Cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 26
Cấu trúc vĩ mô: Bê tông là loại vật liệu có cấu trúc vĩ mô phức tạp. Trong một đơn vị thể tích h n hợp bê tông đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu Vcl, thể tích hồ xi măng Vh và thể tích l r ng khí Vk: Vcl + Vh + Vk = 1
Khi thi công nếu đầm nén tốt thể tích l r ng khí sẽ giảm đi, điều đó cho ph p tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm và cải thiện nhiều tính chất kỹ thuật khác. Cần lưu ý đến tỷ lệ N/X, lượng nước, lượng xi măng phải thích hợp để đảm bảo cấu trúc của bê tông được đặc chắc.
Cấu trúc vi mô của bê tông được đặc trưng bằng cấu trúc của vật rắn, độ r ng và đặc trưng của l r ng trong từng cấu tử tạo nên bê tông (cốt liệu, đá xi măng) cũng như cấu tạo của lớp tiếp xúc giữa chúng.
Lượng nước nhào trộn một phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần dùng để tạo thành hồ của đá ximăng, còn một phần bị cốt liệu r ng hút vào. Vì vậy h n hợp bê tông dẻo sau khi đổ khuôn còn có xảy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa. Độ bền của mối liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng phụ thuộc vào bản chất của cốt liệu, vào độ r ng, độ nhám của bề mặt, độ sạch của cốt liệu, cũng như vào loại xi măng và độ hoạt tính của nó; vào tỷ lệ N/X và điều kiện rắn chắc của bê tông.
Độ r ng trong bê tông bao gồm những l r ng nhỏ li ti và l r ng mao quản, độ r ng của nó có thể lên tới 10 -15% và bao gồm:
- L r ng trong đá xi măng (l r ng gen, l r ng mao quản, l r ng do khí cuốn vào);
- L r ng trong cốt liệu;
- L r ng giữa các hạt cốt liệu (khoảng không gian giữa các hạt cốt liệu không được chèn hồ xi măng).
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 27
Để nâng cao độ đặc của bê tông trong quá trình thi công cần lưu ý các biện pháp kỹ thuật để hạn chế tối đa l r ng giữa các hạt cốt liệu, nhờ đó có thể cải thiện cấu trúc của bê tông theo hướng có lợi.
Bê tông là vật liệu đá có cấu trúc phức tạp, được tạo nên từ ba thành phần sau:
- Cốt liệu với hình dạng, kích thước, cỡ hạt, độ đặc chắc, cường độ…khác nhau - Chất kết dính
- Hệ thống mao quản lớn và bé, các l r ng trong đó chứa không khí hơi nước hoặc nước.
Những tính chất cơ lý và những tính năng kỹ thuật của bê tông được quyết định bởi tính chất của các thành phần cấu tạo trên và ở một mức độ đáng kể phụ thuộc vào cấu trúc của bê tông mà quan trọng nhất là tính chất của bề mặt tiếp xúc giữa hạt cốt liệu và đá xi măng cũng như diện tích tiếp xúc giữa chúng.
Với bê tông công trình có cấu tạo toàn khối liên tục, trong đó hạt cốt liệu lớn, bé và chất kết dính (đá xi măng) được phân bố tương đối đồng đều, ngoài ra còn chứa một lượng không lớn không khí. Để hạ thấp khối lượng thể tích và cải thiện tính cách nhiệt có thể làm r ng nhân tạo bê tông này bằn cách sử dụng đồng thời cốt liệu đặc và nặng với cốt liệu r ng và nhẹ hoặc bằng cách đưa một lượng không khí vào hồ xi măng, vữa xi măng cát hoặc h n hợp bê tông.
Một đặc điểm của bê tông là do không đồng nhất về mặt cấu tạo và tính chất cơ lý đàn hồi của các thành phần tạo nên chúng. Đó là nguyên nhân xuất hiện nội ứng suất dẫn đến sự hình thành các vết nứt khi bê tông bị co ngót, nở và biến dạng vì nhiệt độ, ảnh hưởng bất lợi đến các tính chất kỹ thuật của bê tông.
Đặc trưng quan trọng nhất của bê tông là độ đặc và độ r ng của bê tông. Đặc trưng này quyết định hầu hết tính chất kỹ thuật của của bê tông như cường độ, tính bền vững, khả năng chống xâm thực hóa học, tính thấm nước, thấm hơi, tính truyền nhiệt, truyền âm cũng như khối ượng thể tích…do đó nâng cao độ đặc chắc của bê
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 28
tông là một biện pháp quan trọng hàng đầu để nâng cao phẩm chất sử dụng của bê tông. Độ đặc chắc của bê tông thường là 0,85- 0,90 và có thể nâng lên đến 0,93-0,95 nhưng khó có thể nâng cao độ đặc chắc của bê tông hơn nữa vì không thể tránh được sự xuất hiện các mao quản trong đá xi măng và sự xâm nhập của một thể tích không khí nhất định khi nhào trộn, đổ khuôn, đầm chặt h n hợp bê tông. Thể tích khí xâm nhâph phụ thuộc vào tính chất các thành phần vật liệu và h n hợp bê tông.
Khi cỡ hạt trung bình của cốt liệu giảm, nhất là khi hàm lượng hạt mịn của cát tăng và độ cứng của h n hợp bê tông lớn thì độ r ng tăng.
hi đầm chặt mạnh mẽ h n hợp bê tông trong quá trình hình thành sản phẩm một phần lượng khí này có thể thoát ra nhưng không hoàn toàn, thể tích khí còn lại chiếm từ 2-3% thể tích chung của bê tông. Lượng khí này tuy không nhiều nhưng thường phân bố thành lớp mỏng trên bề mặt phân chia pha làm giảm đáng kể cường độ n n và đặc biệt cường độ kéo của bê tông (m i phần trăm khí còn lại có thể giảm từ 5-10% cường độ nén). Có thể tiếp tục làm giảm lượng khí này bằng phương pháp bơm hút chân không đẩy lượng khí và nước trong h n hợp ra ngoài làm kết cấu của bê tông đặc chắc hơn.
hi x t đến độ đặc, độ r ng của bê tông cần phải đặc biệt chú ý đến tính chất cấu trúc phần r ng đó, hình dạng cấu trúc l r ng, sự phân bố trong cấu trúc bê tông và tính chất kín, hở, thông nhau của các l r ng… ích thước và cấu tạo r r ng quyết định bởi dạng liên kết của nước trong phần r ng và khả năng thoát nước trong bê tông. L r ng nhỏ thông nhau và những mao quản ảnh hưởng xấu đến tính chất bê tông, những l r ng kín là những bọt khí không thông nhau, không gay lên ảnh hưởng bất lợi trong bê tông mà có khi lại có lợi.
Độ đặc chắc của bê tông là tỷ số phần thể tích rắn so với tổng thể tích của bê tông.
đ =
b ran
V V
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 29
Độ đặc biến hóa theo thời gian rắn chắc và rất khó xác định một cách chính xác độ đặc của bê tông. Thường xác định bằng tổng hợp thể tích tuyệt đối của thành phần rắn trong một đơn vị khối lượng thể tích bê tông.
p d
c vc
P P X D
C đ X
1000
) . (
X, C, D, P: khối lượng xi măng, cát, cốt liệu lớn và phụ gia nghiền mịn trong một đơn vị thể tích bê tông.
ρx , ρc, ρd, ρp là khối lượng riêng của xi măng, cát, cốt liệu lớn và phụ gia.
Trị số α thay đổi theo tuổi dưỡng hộ.
Ngày 7 28 90 300
0,12 0,15 0,19 0,25