Mục đích nghiên cứu của luận án là chế tạo và sử dụng vữa xây mạch mỏng được nâng cao chất lượng bám dính cho khối xây bê tông khí chưng áp. Các nghiên cứu trong luận án gắn liền với điều kiện đặc thù về khí hậu, vật liệu xây và công nghệ thi công của Việt Nam.
Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu, dựa trên cơ sở lý luận và giả thuyết khoa học đã phân tích và thiết lập ở trên, luận án đề ra các nhiệm vụ nghiên cứu chế tạo và sử dụng vữa mạch mỏng cho khối xây bê tông khí chưng áp bao gồm các vấn đề sau:
- Nghiên cứu hoàn thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của vữa xây mạch mỏng cho khối xây bê tông khí chưng áp trong điều kiện Việt Nam nhằm áp dụng khối xây bê tông khí chưng áp theo một số tiêu chuẩn thiết kế khác nhau;
- Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu đầu vào tới tính chất của hỗn hợp vữa và vữa xây mạch mỏng cho khối xây bê tông khí chưng áp. Điều tiết lượng nước thâm nhập vào viên xây thông qua việc điều chỉnh khả năng giữ nước xủa hỗn hợp vữa;
- Nghiên cứu một số tính chất của vữa xây mạch mỏng cho khối xây bê tông khí chưng áp.
- Nghiên cứu khả năng chịu lực của khối xây bê tông khí chưng áp sử dụng vữa mạch mỏng;
- Sử dụng thực tế và tính toán hiệu quả kinh tế so với khối xây sử dụng vữa xây thông thường.
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu sử dụng
2.1.1 Xi măng
Xi măng là thành phần quan trọng trong vữa, giữ vai trò quyết định trong việc hình thành, phát triển cấu trúc và các tính chất cơ lý của vữa. Hiện nay Việt Nam đã sản xuất được nhiều loại xi măng phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng. Để sản xuất vữa xây thông thường có thể sử dụng xi măng pooclăng, xi măng pooclăng hỗn hợp, xi măng nề với mức cường độ 30 MPa hoặc 40 MPa. Tuy nhiên trong nghiên cứu vữa xây chất lượng cao, để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần lựa chọn sử dụng xi măng có cường độ đảm bảo và độ ổn định chất lượng cao.
Xi măng sử dụng trong nghiên cứu là xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40 sản xuất tại Nhà máy Xi măng Nghi Sơn. Tính chất cơ lý, thành phần hóa và thành phần khoáng của xi măng được trình bày tại các Bảng 2.1, 2.2 và 2.3.
Bảng 2.1 Tính chất cơ lý của xi măng
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Phương pháp thí nghiệm
Khối lượng riêng g/cm3 3,11 TCVN 4030:2003
Bề mặt riêng cm2/g 3380 TCVN 4030:2003
Lượng sót trên sàng 0,08 % 0,8 TCVN 4030:2003
Độ dẻo tiêu chuẩn % 28,5 TCVN 6017:1995
Độ ổn định thể tích Mm 1,0 TCVN 6017:1995
Thời gian đông kết: - Bắt đầu
- Kết thúc phút
110
155 TCVN 6017:1995 Cường độ chịu uốn: - 3 ngày
- 7 ngày - 28 ngày MPa 6,4 8,7 9,8 TCVN 6016:1995
Cường độ chịu nén: -3 ngày - 7 ngày - 28 ngày MPa 27,9 40,4 51,9 TCVN 6016:1995
Bảng 2.2 Thành phần hóa của xi măng Loại
xi măng
Thành phần hóa, % Độ
ẩm SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O SO3 MKN PCB 40 20,16 3,53 5,18 64,12 0,96 0,19 0,72 1,96 2,67 0,5
Bảng 2.3 Thành phần khoáng của xi măng (NSX cung cấp) Loại xi măng
Thành phần khoáng, %
C3S C2S C3A C4AF
PCB 40 55 15 10 8
2.1.2 Cốt liệu nhỏ
Cát là thành phần chính, chiếm tỷ lệ lớn nhất trong thành phần vữa và có ảnh hưởng lớn tới tính chất của hỗn hợp vữa và vữa. Kích thước hạt lớn nhất của cát không được vượt quá 1,25 mm. Mặt khác nên giảm kích thước hạt của cát để nâng cao độ đồng nhất của vữa, tạo điều kiện thuận lợi cho thi công. Trong nghiên cứu đã sử dụng ba loại cát khác nhau gồm cát trắng Quảng Bình (C1), cát vàng Sông Lô (C2) và cát đen Sông Hồng (C3). Thành phần hạt và các tính chất cơ bản của các loại cát được trình bày tại các Bảng 2.4, 2.5, 2.6 và 2.7.
Bảng 2.4 Thành phần hạt của cát C1 Kích thước danh
định lỗ sàng
Lượng sót trên từng sàng Lượng sót tích lũy, % G % 1,25 1 0,1 0,1 0,63 6 0,6 0,7 0,315 338 33,8 34,5 0,14 469 46,9 81,4 <0,14 186 18,6 100
Cát C1 được lựa chọn sử dụng mặc định trong các nghiên cứu chính. Cát C2 và C3 được sử dụng trong các thí nghiệm đối chứng.
Bảng 2.5 Thành phần hạt của cát C2 Kích thước danh
định lỗ sàng
Lượng sót trên từng sàng Lượng sót tích lũy, % G % 1,25 0 0,0 - 0,63 0,6 0,1 0,1 0,315 670 69,5 70,6 0,14 258 26,7 96,4 <0,14 36 3,7 100,0 Bảng 2.6 Thành phần hạt của cát C3 Kích thước danh định lỗ sàng
Lượng sót trên từng sàng Lượng sót tích lũy, % G % 1,25 1 0,1 0,1 0,63 2 0,2 0,3 0,315 41 4,1 4,4 0,14 785 78,5 82,9 <0,14 171 17,1 100 Bảng 2.7 Tính chất cơ bản của cát
No. Chỉ tiêu Đơn vị
Giá trị tương ứng với
loại cát Phương pháp thí nghiệm C1 C2 C3
1 Khối lượng riêng g/cm3 2,66 2,67 2,66 TCVN 7572-4:2006 2 KLTT bão hòa nước g/cm3 2,64 2,65 2,62 TCVN 7572-4:2006 3 KLTT g/cm3 2,63 2,64 2,60 TCVN 7572-4:2006 5 KLTT xốp kg/m3 1250 1470 1210 TCVN 7572-6:2006 6 Độ hút nước % 0,4 0,5 0,5 TCVN 7572-4:2006 7 Mô đun độ lớn - 1,2 1,7 0,9 TCVN 7572-2:2006 8 Tổng lượng hạt >5mm % 0 0 0 TCVN 7572-2:2006 9 Hàm lượng bùn, sét % 0,4 0,4 1,0 TCVN 7572-8:2006
2.1.3 Chất độn mịn
Chất độn mịn được sử dụng trong vữa nhằm cải thiện khả năng giữ nước của hỗn hợp, tăng độ dẻo của hỗn hợp giúp quá trình thi công được thuận lợi. Mặt khác việc tăng hàm lượng vi hạt trong vữa cũng giúp cải thiện cấu trúc, cải thiện cường độ và khả năng bám dính của vữa với nền.
Trong nghiên cứu sử dụng vôi bột và tro bay đã qua tuyển của Nhà máy nhiệt điện Phả Lại. Tính chất của vôi và tro bay được trình bày tại Bảng 2.8 - Bảng 2.10.
Bảng 2.8 Thành phần hóa của vôi bột Vật
liệu
Thành phần hóa, % Độ
ẩm MKN SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3
Vôi bột 3,5 0,1 - - 88,82 3,78 - - - 0,64 Bảng 2.9 Tính chất của tro bay Phả Lại
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Phương pháp thí nghiệm Khối lượng riêng g/cm3 2,12 TCVN 4030-2003
Lượng nước yêu cầu % 93,7 ASTM C311
Độ nở autoclave % 0,025 ASTM C311 Độ mịn trên sàng 45μm % 22,4 ASTM C311 Chỉ số hoạt tính cường độ: - 7 ngày - 28 ngày % 81,8 84,6 ASTM C311
Bảng 2.10 Thành phần hóa của tro bay Phả Lại Vật
liệu
Thành phần hóa, % Độ
ẩm MKN SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3
Tro
bay 2,86 57,57 5,76 25,12 0,86 1,43 3,41 0,19 0,56 0,8
2.1.4 Phụ gia hóa học
Phụ gia hóa học sử dụng trong nghiên cứu là các este xenlulô được nhập khẩu từ nước ngoài.
Các hợp chất xenlulô rất đa dạng với các tính chất và phạm vi sử dụng khác nhau trong nhiều ngành công nghiệp. Các sản phẩm dùng trong vữa xi măng cần có một số đặc tính phù hợp về nhiệt độ tạo gen, độ nhớt, độ pH, ...
Lựa chọn sơ bộ các sản phẩm phụ gia xenlulô trên thị trường được tiến hành nhằm xác định một số loại phụ gia phù hợp với hệ vữa ximăng. Trong số đó, tiếp tục lựa chọn một số loại phụ gia có bản chất hóa và các tính chất khác nhau phục vụ các nghiên cứu trong luận án.
Phụ gia xenlulô bao gồm hai loại là hydroxy propyl metyl xenlulô và hydroxy etyl xenlulô. Trong nhóm phụ gia hydroxy propyl metyl xenlulô đề tài đã sử dụng 3 sản phẩm có độ nhớt khác nhau. Các phụ gia được ký hiệu từ P1 đến P4 và có tính chất như sau:
Phụ gia P1: Bản chất hóa: Hydroxypropyl metyl xenlulô Công thức: C6H7O2(OH)2OCHCOONa Độ pH: 4-8
Độ nhớt, mPa.s (dung dịch 2% ở 20O
C): 35.000 - 47.000 Kích thước hạt: sót sàng 0,125 mm tối đa 10%
Dạng: bột trắng
Phụ gia P2: Bản chất hóa: Hydroxypropyl metyl xenlulô biến tính Công thức: C6H7O2(OH)2OCHCOONa
Độ pH: 4-8
Độ nhớt, mPa.s (dung dịch 2% ở 20O
C): 70.000 Dạng: bột trắng
Phụ gia P3: Bản chất hóa: Hydroxypropyl metyl xenlulô Công thức: C6H7O2(OH)2OCHCOONa Độ pH: 4-8
Độ nhớt, mPa.s: 100.000 Dạng: bột trắng
Phụ gia P4: Bản chất hóa: Hydroxyethyl xenlulô
Công thức: [C6H7O2(OH)3-x[OCH(OH)CH3]x]n; Độ pH: 6,0 - 8,5
Độ nhớt, mPa.s (dung dịch 1% ở 25O
C): 1.500 – 2.500 Dạng: bột trắng
2.1.5 Nước trộn
Nước trộn bê tông sử dụng trong các thí nghiệm là nước sinh hoạt từ mạng lưới nước máy, thỏa mãn các yêu cầu của TCXDVN 302:2004 "Nước trộn bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật".
2.1.6 Bê tông khí chưng áp
Bê tông khí chưng áp sử dụng trong thí nghiệm là sản phẩm của Công ty Cổ phần Bê tông khí chưng áp Viglacera. Trong toàn bộ các thí nghiệm sử dụng các viên xây bê tông khí chưng áp lấy từ cùng một mẻ sản phẩm tạo hình và chưng áp trong một chu kỳ sản xuất. Mẫu thí nghiệm với kích thước khác nhau được đánh dấu chiều thoát khí và đặc tính bề mặt và được cắt ra từ các blốc bê tông khí chưng áp. Các mẫu được lưu giữ ổn định trong điều kiện phòng thí nghiệm trước khi tạo mẫu thí nghiệm. Ngoại trừ các trường hợp có quy định riêng, độ ẩm của các mẫu thí nghiệm bê tông khí chưng áp được duy trì ổn định trong khoảng từ 5% đến 15%.
Tính chất cơ lý của bê tông khí chưng áp sử dụng trong nghiên cứu được trình bày tại Bảng 2.11.
Bảng 2.11 Tính chất cơ lý của bê tông khí chưng áp
TT Chỉ tiêu Đơn
vị Giá trị
Phương pháp thí nghiệm 1 Khối lượng thể tích khô kg/m3 690 TCVN 7959:2008 2 Cường độ chịu nén trung bình MPa 4,3 TCVN 7959:2008 3 Cường độ chịu nén tối thiểu MPa 3,5 TCVN 7959:2008 4 Cường độ nhổ giật MPa 0,61 TCXD 236:1999 5 Cường độ chịu kéo khi bửa MPa 0,35 ASTM C1006 - 07
Hiện nay các đơn vị sản xuất đang tiến hành quản lý chất lượng sản phẩm theo tiêu chí về khối lượng thể tích và cường độ chịu nén. Cường độ nhổ giật và cường độ kéo khi bửa được xác định để phục vụ các nội dung nghiên cứu. Đánh giá sơ bộ cho thấy mức độ dao động về giá trị của hai chỉ tiêu trên là đáng kể.
Đối với cường độ nhổ giật, giá trị trung bình đạt 0,61 MPa, giá trị lớn nhất 0,86 MPa, giá trị nhỏ nhất 0,41 MPa, hệ số dao động chất lượng lên tới 25%.
Đối với cường độ chịu kéo khi bửa, giá trị trung bình đạt 0,35 MPa, giá trị lớn nhất 0,41 MPa, giá trị nhỏ nhất 0,26 MPa, hệ số dao động chất lượng lên đến 17%.
2.2 Phƣơng pháp thí nghiệm
2.2.1 Phương pháp tiêu chuẩn
Tính công tác của hỗn hợp vữa được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3121-3 : 2003 "Vữa xây dựng - Phương pháp thử. Phần 3: Xác định độ lưu động của vữa tươi (phương pháp bàn dằn)".
Hỗn hợp vữa trong các thí nghiệm được định lượng thủ công và trộn bằng máy với chế độ trộn như nhau.
b, Phương pháp thí nghiệm thời gian công tác và thời gian hiệu chỉnh của hỗn hợp vữa
Thời gian công tác, thời gian hiệu chỉnh được xác định theo tiêu chuẩn EN 1015-9 "Methods of test for mortar for masonry - Part 9: Determination of workable life and correction time of fresh mortar". Thời gian công tác xác định theo phương pháp B (Method B - Workable life of thin-layer mortar) còn thời gian hiệu chỉnh xác định theo phương pháp C (Method C - Correction time of thin-layer mortar).
Theo đó, thời gian công tác được xác định bằng khoảng thời gian mà độ lưu động của hỗn hợp vữa bị giảm đi 30 mm so với độ lưu động ban đầu xác định sau khi trộn 10 phút.
Thời gian hiệu chỉnh được xác định bằng khoảng thời gian mà ít nhất 50% bề mặt của mẫu bê tông khí chưng áp hình lập phương cạnh 50 mm được bao phủ bởi vữa khi mẫu được nhấc lên sau khi đặt lên trên lớp vữa mạch mỏng đã trải trên bề mặt gạch nền. Tấm nền trong thí nghiệm là viên xây bê tông khí chưng áp D700 kích thước 100x200x600mm. Thí nghiệm thời gian hiệu chỉnh được minh họa tại Hình 2.1.
a, b,
Hình 2.1 Thí nghiệm kiểm tra thời gian hiệu chỉnh của vữa mạch mỏng
a, Bề mặt tiếp xúc sau 2 phút; b, Bề mặt tiếp xúc sau 6 phút c, Phương pháp thí nghiệm khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa
Khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa được xác định theo tiêu chuẩn LB Nga ГОСТ 5802-86 "Растворы строительные - Методы испытаний" (GOST 5802-86 Vữa xây dựng - Phương pháp thử). Theo đó, khả năng giữ nước của
hỗn hợp vữa được xác định bằng tỷ lệ phần trăm lượng nước trong hỗn hợp vữa sau và trước khi thí nghiệm theo phương pháp tiêu chuẩn.
Hỗn hợp vữa sau khi trộn được điền đầy vào vòng kim loại có đường kính 100 mm và chiều cao 12 mm đặt trên lớp vải màn và 10 lớp giấy thấm kê trên tấm kính dày 5 mm có kích thước 150x150 mm.
Hỗn hợp vữa được lưu giữ trong thiết bị trên trong vòng 10 phút. Khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa được xác định theo công thức:
100 100 3 4 1 2 m m m m G (2.1)
trong đó G: khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa, %
m1 : khối lượng giấy thấm trước khi thí nghiệm, g m2 : khối lượng giấy thấm sau khi thí nghiệm, g
m3 : khối lượng của thiết bị (không có hỗn hợp vữa), g m4 : khối lượng của thiết bị đã có hỗn hợp vữa, g
Khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa được xác định hai lần cho mỗi mẫu hỗn hợp vữa và được tính bằng trung bình cộng kết quả hai lần thí nghiệm khi giá trị kết quả lớn hơn không vượt quá 20% so với giá trị kết quả nhỏ hơn. Nếu kết quả lớn hơn vượt quá 20% so với kết quả nhỏ hơn thì loại bỏ cả hai và tiến hành thí nghiệm lại.
d, Phương pháp thí nghiệm cường độ chịu nén của vữa: Cường độ chịu nén của vữa xác định theo TCVN 3121-11:2003"Vữa xây dựng - phương pháp thử. Phần 11: Xác định cường độ uốn và nén của vữa đã đóng rắn".
e, Phương pháp thí nghiệm cường độ bám dính tổ hợp gạch-vữa-gạch
Cường độ bám dính giữa vữa và nền thường được xác định dựa trên cơ sở tiêu chuẩn TCVN 3121-12:2003 "Vữa xây dựng - phương pháp thử. Phần 12: Xác định cường độ bám dính của vữa đã đóng rắn trên nền". Trong đó, tấm nền sử dụng trong thí nghiệm là các viên xây bê tông khí chưng áp D700. Nếu không có chỉ dẫn khác, độ ẩm của tấm nền khi chế tạo mẫu nằm trong khoảng từ 5% đến 15%. Các mẫu thí nghiệm cường độ bám dính được chế tạo và bảo dưỡng trong điều kiện phòng thí nghiệm. Sơ đồ thí nghiệm cường độ bám dính của vữa với nền được minh họa trên Hình 2.2 a. Tuy nhiên, đối với vữa xây mạch mỏng, phương pháp này chưa hoàn toàn phù hợp vì chưa tính đến khả năng bám dính của viên xây bên trên.
Cường độ bám dính tổ hợp gạch-vữa-gạch (cường độ bám dính tổ hợp) được xác định trên cơ sở tiêu chuẩn TCXDVN 336:2005 "Vữa dán gạch ốp lát - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử" và TCXD 236:1999 "Lớp phủ mặt kết cấu xây dựng - Phương pháp kéo đứt thử độ bám dính nền". Trong thí nghiệm
này, sử dụng các loại vữa nghiên cứu để xây tấm dán lên tấm nền. Việc xây tấm dán lên nền được thực hiện theo phương pháp xây mạch mỏng.
Tấm nền trong thí nghiệm là các viên xây bê tông khí chưng áp D700 kích thước 100x200x600 mm. Tấm dán có kích thước 50x50x20 mm. Độ ẩm của tấm nền và tấm dán khi chế tạo mẫu nằm trong khoảng từ 5% đến 15%. Mẫu được chế tạo và bảo dưỡng trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Sơ đồ thí nghiệm cường độ bám dính tổ hợp được minh họa trên Hình 2.2