Giả thuyết khoa học

Một phần của tài liệu LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VỮA MẠCH MỎNG CHO KHỐI XÂY BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP (Trang 31)

Trong các kết cấu khối xây, vữa xây không làm việc một cách độc lập mà làm việc đồng thời với viên xây. Các tài liệu nghiên cứu đã cho thấy, đối với các khối xây sử dụng viên xây có hình dạng cố định, cường độ của khối xây chủ yếu phụ thuộc vào cường độ viên xây. Tăng gấp đôi cường độ vữa xây chỉ giúp cường độ khối xây tăng thêm khoảng từ 10% đến 15% [54]. Đối với khối xây sử

dụng vữa xây thông thường cường độ khối xây tính toán thường được xác định bằng cách tra bảng [11, 21], và có giá trị thấp hơn đáng kể so với cường độ chịu nén của viên xây.

Khi thi công khối xây bê tông khí chưng áp bằng vữa mạch mỏng với điều kiện đảm bảo khả năng bám dính, có thể cho phép lấy cường độ tính toán của khối xây bằng cường độ viên xây [22, 32]. Có thể thấy rằng, khả năng liên kết bám dính tốt giữa vữa với viên xây là đặc tính quan trọng hàng đầu cần quan tâm. Khả năng bám dính của vữa với viên xây chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau từ vật liệu đầu vào, quá trình thi công đến đặc điểm của viên xây.

Các nghiên cứu từ những năm 1930 của Feret R. [52] đã cho thấy các cấp phối vữa có cường độ chịu nén khác biệt khá lớn có thể có cường độ bám dính tương đối gần nhau. Ngoài ra, các hỗn hợp vữa dẻo thường cho cường độ bám dính cao hơn so với hỗn hợp vữa khô. Các thí nghiệm cũng cho thấy tồn tại tỷ lệ N/X tối ưu để cường độ bám dính đạt giá trị cao nhất. Tuy nhiên tỷ lệ N/X trong nghiên cứu trên lớn hơn so với tỷ lệ N/X tối ưu cho cường độ chịu nén khoảng 40-45%.

Xu hướng tăng cường độ bám dính khi tăng cường độ chịu nén của vữa được khẳng định trong một số nghiên cứu [28]. Một số nghiên cứu khác lại cho thấy không có tương quan rõ rệt giữa cường độ chịu nén và cường độ bám dính của vữa [45, 24]. Trong một số trường hợp, khi sử dụng 20% phụ gia tro bay, cường độ chịu nén giảm 21% nhưng cường độ bám dính tăng 3% [29]. Các kết quả khác nhau một phần là do điều kiện thí nghiệm về vật liệu và đặc biệt là vật liệu nền khác nhau.

Các nghiên cứu tại Liên Xô (cũ) [60, 54] chỉ ra rằng, khả năng bám dính của vữa với viên xây không chỉ phụ thuộc vào cường độ chịu nén của vữa mà còn phụ thuộc vào độ hút nước của viên xây. Thí nghiệm với vữa xi măng - cát và vữa xi măng - vôi - cát cho thấy, với các viên xây có độ hút nước thấp, khả năng bám dính của vữa tăng khi cường độ chịu nén của vữa tăng lên. Tuy nhiên, với các viên xây có độ hút nước cao, độ bám dính của vữa xi măng - vôi - cát có cường độ thấp lại lớn hơn độ bám dính của vữa xi măng - cát có cường độ cao.

Một nghiên cứu chi tiết với vữa vôi dùng xây gạch đất sét nung [38] cũng cho thấy các yếu tố ảnh hưởng lớn tới cường độ bám dính của vữa theo thứ tự giảm dần là khả năng giữ nước, lượng dùng nước và cường độ. Trong đó nhấn mạnh rằng cường độ bám dính ít bị chi phối bởi cường độ của chất kết dính mà chủ yếu phụ thuộc vào khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa.

Do được sử dụng kết hợp và chịu tác động tương hỗ với viên xây nên tính chất của vữa trong khối xây khá khác biệt so với tính chất của vữa xây khi thí nghiệm riêng rẽ. Ảnh hưởng chính của viên xây tới vữa là do quá trình mất nước của vữa dưới tác động hút nước của viên xây. Như đã trình bày ở Hình 1.8. độ

hút nước của các loại viên xây khác nhau có sự khác biệt lớn. Khi đó ảnh hưởng của chúng tới vữa xây cũng khác nhau. Chính vì vậy, với mỗi loại viên xây khác nhau cần lựa chọn loại vữa xây phù hợp. Theo [33] sự phù hợp của vữa với viên xây phụ thuộc nhiều vào độ hút nước của viên xây và khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa. Đây chính là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình chuyển dịch nước từ hỗn hợp vữa vào viên xây.

Sau khi trộn với các vật liệu khô, nước chiết trong hỗn hợp vữa có chứa các vi hạt ở dạng chất rắn, dung dịch gồm Ca(OH)2 và các thể mới, sản phẩm thủy hóa xi măng. Quá trình chuyển dịch chất lỏng của hỗn hợp vữa vào nền kèm theo việc chuyển dịch một lượng chất rắn và dung dịch tới bề mặt tiếp xúc và nền sẽ có tác dụng nhất định tới tính chất miền liên kết. Các vi hạt trong dung dịch cùng với các sản phẩm thủy hóa làm tăng độ đặc chắc của cấu trúc, tạo sự liên tục giữa hai vật liệu qua miền chuyển tiếp. Ngoài ra, còn một phần có tác dụng gia cường cho vật liệu nền có độ rỗng lớn. Điều này có tác động tích cực, cải thiện khả năng bám dính của vữa với nền [47]. Quá trình chuyển dịch này phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm nền và khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa.

Bên cạnh đó, quá trình dịch chuyển nước của hỗn hợp vữa vào nền còn làm giảm tỷ lệ N/X của vữa, đặc biệt ở miền tiếp xúc. Với hỗn hợp vữa dẻo có lượng dùng nước lớn, tỷ lệ N/X giảm ở mức nhất định có tác dụng làm tăng cường độ vữa. Tuy nhiên, với các loại vữa với lượng dùng nước thấp, tỷ lệ N/X giảm quá mức sẽ dẫn đến việc không đủ nước để xi măng thủy hóa. Khi đó cường độ chịu nén và cường độ bám dính giảm. Cũng cần chú ý rằng, do đặc tính của quá trình dịch chuyển, lượng nước sẽ phân bố không đều trong mạch vữa [44]. Trong khi đó, cường độ bám dính được quyết định bởi đặc tính vùng tiếp xúc chứ không phải toàn thể thể tích vữa. Chính vì lý do này nên trong điều kiện quá trình chuyển dịch xảy ra mạnh, tương quan giữa cường độ chịu nén và cường độ bám dính dễ dàng bị phá vỡ.

Các phân tích trên cho thấy, có thể đặt ra giả thuyết rằng, để nâng cao chất lượng bám dính của vữa với viên xây cần phải điều tiết quá trình chuyển dịch nước của hỗn hợp vữa vào viên xây. Quá trình này cần đảm bảo, một mặt, cho phép một lượng nước nhất định thấm vào nền để tạo sự liên tục trong miền chuyển tiếp, tăng cường bám dính, mặt khác cần đảm bảo duy trì lượng nước cần thiết trong hỗn hợp vữa nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy hóa xi măng. Quá trình chuyển dịch trên cần gắn liền với điều kiện cụ thể - viên xây bê tông khí chưng áp và trong môi trường khí hậu cụ thể - điều kiện khí hậu Việt Nam.

Điều tiết quá trình chuyển dịch nước của hỗn hợp vữa vào nền có thể được thực hiện bằng các biện pháp công nghệ bao gồm giải pháp thi công và giải pháp vật liệu.

Trong các giải pháp thi công, làm ẩm sơ bộ viên xây là một trong những giải pháp đơn giản và hiệu quả. Giải pháp này được áp dụng cho các viên xây có độ hút nước cao. Việc làm ẩm sơ bộ trước khi xây sẽ giúp gia tăng độ ẩm của bản thân viên xây, hạn chế việc mất nước quá mức vào viên xây. Nhờ đó, cường độ bám dính được cải thiện. Tuy nhiên, hiệu quả của việc làm ẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố và khó có thể được kiểm soát tốt. Sự thay đổi về phương pháp làm ẩm, thời gian làm ẩm, thời gian chờ thi công, điều kiện môi trường là những yếu tố khiến độ ẩm viên xây sau khi làm ẩm có sự dao động lớn. Do đó, độ ổn định chất lượng khi sử dụng giải pháp này cho đến nay vẫn là một vấn đề tranh luận.

Các kết quả nghiên cứu và thực tế cho thấy, bê tông khí chưng áp khá nhạy cảm với các biến dạng do thay đổi độ ẩm. Làm ẩm bê tông khí chưng áp trước khi xây đồng nghĩa với việc tích trữ một lượng ẩm nhất định trong viên xây và trong tường. Trong quá trình sử dụng, lượng ẩm này thoát ra làm viên xây co ngót có thể dẫn đến việc nứt tường. Do đó, giải pháp thi công như làm ẩm viên xây bê tông khí chưng áp không phải là giải pháp hiệu quả.

Để giải quyết vấn đề trên, cần xem xét các giải pháp vật liệu. Trong điều kiện môi trường và viên xây cố định, lượng nước chuyển dịch từ hỗn hợp vữa vào viên xây tỷ lệ nghịch với lượng nước còn lại trong hỗn hợp vữa. Vì vậy, khi xét đến giải pháp vật liệu, có thể sử dụng chỉ tiêu khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa trong điều kiện nền hút nước mạnh để đánh giá mức độ chuyển dịch nước từ hỗn hợp vữa vào nền. Chỉ tiêu này được đề cập cụ thể trong 2.2.1 c, và 3.1.1 d, và sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo của luận án.

Giải pháp vật liệu trong việc điều khiển quá trình chuyển dịch nước của hỗn hợp vữa vào nền bao gồm việc sử dụng các phụ gia khác nhau (phụ gia khoáng và phụ gia hóa học) nhằm thay đổi lượng dùng nước và khả năng giữ nước của hỗn hợp. Một trong những vật liệu được sử dụng sớm nhất và phổ biến nhất để nâng cao khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa là vôi [60, 49]. Tác dụng của vôi trong vữa đã được nghiên cứu từ rất sớm và cho đến nay, vữa vôi, vữa xi măng - vôi vẫn được sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Mặc dù cường độ chịu nén của vữa vôi thấp hơn so với vữa xi măng, nhưng nhờ khả năng giữ nước được cải thiện, khi sử dụng với nền có độ hút nước cao, vữa vôi cho cường độ liên kết với nền cao hơn so với vữa xi măng. Ngoài ra vữa vôi có hệ số thoát hơi lớn hơn so với vữa xi măng nên phù hợp với các loại nền có độ thoát hơi lớn [38, 30]. Tuy nhiên, ngày nay với sự phát triển của công nghiệp hóa học, đã xuất hiện nhiều loại phụ gia polimer có tác dụng giữ nước vượt trội hơn so với vôi. Các loại phụ gia này, chỉ với liều dùng tương đối nhỏ có thể ảnh hưởng lớn đến động học của các quá trình vật lý và hóa lý của vữa và tương tác giữa chúng với viên xây và môi trường.

Phụ gia polimer cải thiện khả năng giữ nước của vữa được ứng dụng nhiều nhất là các este xenlulô. Xenlulô là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-D-Glucose, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5.000-14.000. Este xenlulô là sản phẩm thu được khi tiến hành kiềm hóa hoặc ankyl hóa các xenlulô. Các este xenlulô được sử dụng phổ biến nhất trong vữa là hydroxy etyl metyl xenlulô và hydroxy propyl metyl xenlulô (cấu trúc phân tử được trình bày tại Hình 1.8 và Hình 1.9). Chúng thường được gọi chung là metyl xenlulô (mặc dù metyl xenlulô nguyên chất hiện nay ít được dùng) và chiếm khoảng 90% khối lượng phụ gia este xenlulô dùng cho vữa khô. Loại este xenlulô khác cũng được dùng trong vữa khô là etyl hydroxy etyl xenlulô và hydroxy etyl xenlulô (cấu trúc phân tử được trình bày tại Hình 1.10) [21].

Hình 1.8 Cấu trúc phân tử của hydroxy etyl metyl xenlulô (HEMC)

Hình 1.10 Cấu trúc phân tử của hydroxy etyl xenlulô (HEC)

Các este xenlulô dùng cho vữa trộn sẵn được cung cấp dưới dạng bột. Metyl xenlulô tan trong nước trong một khoảng nhiệt độ rộng. Metyl xenlulô là các chất bột có kích thước hạt nhỏ hơn 63 m từ 20% đến 60% theo khối lượng. Trong hỗn hợp vữa khô, các thành phần hạt metyl xenlulô có kích thước nằm giữa chất kết dính và các hạt cốt liệu, tránh tạo thành hiện tượng vón cục. Hiện tượng vón cục thành tảng, miếng chỉ xảy ra khi chất bột được trộn trực tiếp vào nước. Các sản phẩm metyl xenlulô thô, hạt kích thước lớn, có khả năng hoà tan trong nước mà không xảy ra hiện tượng vón cục lại. Nhưng metyl xenlulô thô lại tan chậm và điều này làm cho metyl xenlulô thô không phù hợp cho việc sử dụng trong hỗn hợp vữa khô. Đối với hỗn hợp vữa khô có độ pH trung tính, kích thước hạt đóng vai trò quan trọng vì nó quyết định giới hạn tan của metyl xenlulô. Một vài loại metyl xenlulô được trộn lẫn với các chất có liên kết hoá học điều khiển quá trình tan giúp các hạt hòa tan nhanh trong môi trường kiềm (ví dụ môi trường kiềm do xi măng hoặc do vôi hyđrat). Môi trường kiềm dẫn đến phá huỷ, bẻ gãy liên kết hoá học rất nhanh cho phép metyl xenlulô tan nhanh trong hỗn hợp vữa.

Trong dung dịch tinh khiết và trong hỗn hợp vữa ướt, metyl xenlulô hình thành một độ nhớt nhất định. Sự khác biệt giữa độ nhớt cao và thấp có thể dễ dàng quan sát trong dung dịch nước 2%. Metyl xenlulô thường được chỉ định độ nhớt theo phương pháp đo cô đặc dung dịch. Độ nhớt của rất nhiều dung dịch nằm trong phạm vi từ vài trăm mPas (nước) cho tới vài nghìn mPas. Trong thực tế hiện nay đang sử dụng một số phương pháp và dụng cụ thí nghiệm khác nhau để xác định độ nhớt của metyl xenlulô như phương pháp Hooke Rotovisko, Hopple, Ubbelohde, Brookfield. Giá trị độ nhớt xác định theo các phương pháp trên có thể khác nhau đến vài phần trăm. Điều này cần được chú ý khi so sánh các độ nhớt của các metyl xenlulô của các nhà sản xuất khác nhau.

Các nghiên cứu [36, 39, 40] cho thấy, este xenlulô không những làm thay đổi lượng dùng nước và tính chất của hỗn hợp vữa trong một khoảng rộng mà còn ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vữa. Tính năng và ảnh hưởng của

các este xenlulô tới tính chất của hỗn hợp vữa và vữa phụ thuộc vào một số yếu tố chính như bản chất hóa học, bậc thay thế (degree of substitution - số lượng trung bình của hydroxyls được thay thế trên mỗi đơn vị anhydro glucose), thay thế phân tử (molecular substitution - số mol thay thế trung bình trên mỗi đơn vị anhydro glucose), kích thước hạt, khả năng hòa tan và các yếu tố khác. Bằng cách lựa chọn các thông số thích hợp của este xenlulô có thể thu được các tính năng mong muốn của hỗn hợp vữa và vữa. Đây cũng là giải pháp có tính hiệu quả và ổn định cao.

Trong điều kiện Việt Nam còn ít công trình nghiên cứu sâu về vữa xây cho khối xây bê tông khí chưng áp, đề tài chọn hướng nghiên cứu chính là vữa xây mạch mỏng, mục tiêu chính là cải thiện chất lượng bám dính giữa vữa với viên xây, nội dung khoa học chính là hạn chế sự chuyển dịch nhanh của nước từ hỗn hợp vữa vào viên xây, giải pháp chính là sử dụng tối ưu tổ hợp phụ gia có khả năng giữ nước.

Một phần của tài liệu LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VỮA MẠCH MỎNG CHO KHỐI XÂY BÊ TÔNG KHÍ CHƯNG ÁP (Trang 31)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(135 trang)