a, Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén của vữa xây thông thường được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3121-11:2003. Căn cứ vào cường độ chịu nén, vữa được phân thành các mác M2,5; M5; M7,5; M10. Đối với các khối xây sử dụng vữa xây thông thường, cường độ chịu nén của vữa được sử dụng kết hợp với cường độ chịu nén viên xây để xác định cường độ chịu nén tính toán của khối xây. Đây là chỉ tiêu quan trọng phục vụ kiểm soát chất lượng và nghiệm thu tại công trường. Còn theo TCVN 9028:2011 vữa mạch mỏng gồm các mác M2,5; M5; M7,5; M10 và M12,5.
Tuy nhiên đối với vữa mạch mỏng, cả tại châu Âu và Hoa Kỳ [32, 22, 25] tính toán khối xây bê tông khí chưng áp chỉ sử dụng cường độ viên xây bê tông khí chưng áp mà không tính đến cường độ chịu nén của vữa. Theo cách tiếp cận này, việc phân loại vữa mạch mỏng theo cường độ chịu nén là không cần thiết. Tuy nhiên, nên sử dụng vữa có cường độ chịu nén cao hơn cường độ của viên xây bê tông khí chưng áp. Do đó, trong điều kiện nhất định và do tập quán, có thể vẫn duy trì việc kiểm soát cường độ chịu nén của vữa mạch mỏng.
Theo TCVN 7959:2011 bê tông khí chưng áp bao gồm các cấp cường độ chịu nén B2, B3, B4, B6 và B8. Còn trên thực tế, các viên xây bê tông khí chưng áp được ứng dụng trên thực tế có cường độ chịu nén dao động trong khoảng từ 2 MPa đến trên 6 MPa. Do đó vữa mạch mỏng đạt mác theo cường độ chịu nén M5 và M7,5 có thể được coi là phù hợp.
b, Cường độ bửa liên kết
Cường độ bửa liên kết là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng hàng đầu đối với vữa mạch mỏng. Đây chính là chỉ tiêu duy nhất đối với vữa mạch mỏng được quy định trong tiêu chuẩn ASTM 1660-10. Giá trị tối thiểu của cường độ bửa liên kết được quy định trong tiêu chuẩn phụ thuộc vào loại bê tông khí chưng áp sử dụng. Cần chú ý rằng, mối quan hệ giữa cường độ chịu kéo khi bửa với cường độ chịu nén của khối xây bê tông khí chưng áp cũng được diễn tả theo công thức tương tự [22, 18, 37]. Điều đó có nghĩa là cường độ bửa liên kết cần phải không nhỏ hơn cường độ chịu kéo khi bửa của chính viên xây bê tông khí chưng áp.
Hiện nay ở Việt Nam chưa có một khảo sát đánh giá về tương quan này đối với sản phẩm bê tông khí chưng áp sản xuất trong nước. Các theo dõi sơ bộ tiến hành tại Viện Khoa học công nghệ Xây dựng đối với mẫu bê tông khí chưng áp của một số Nhà máy hiện nay cho thấy sự chênh lệch đáng kể giữa giá trị cường độ chịu kéo khi bửa tính toán theo công thức trong tiêu chuẩn và cường
độ thực tế. Ngoài ra, bản thân hệ số dao động của cường độ chịu kéo khi bửa vẫn ở mức cao. Do đó, việc áp dụng các giá trị quy định theo ASTM 1660-10 khi sử dụng viên xây bê tông khí chưng áp của Việt Nam có thể chưa hoàn toàn phù hợp. Sự chênh lệch này có thể do đặc thù vật liệu và công nghệ sản xuất bê tông khí chưng áp hiện nay ở nước ta.
Cũng cần chú ý rằng, nếu không quy định và kiểm soát cường độ bửa liên kết thì vữa được coi như vữa xây thông thường và khối xây bê tông khí chưng áp được tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 5573:1991. Nếu được quy định và kiểm soát chỉ tiêu này thì vữa mới được coi như vữa mạch mỏng và khối xây được tính toán theo các hướng dẫn tương ứng trong Phụ lục A của ACI 530.
Trong giai đoạn trước mắt, khi chưa chuẩn hóa được giá trị cường độ chịu kéo khi bửa các sản phẩm bê tông khí chưng áp trong nước, có thể sử dụng cách tiếp cận khác khi đánh giá cường độ bửa liên kết. Theo đó, cường độ bửa liên kết cần phải so sánh với cường độ chịu kéo khi bửa của viên lập phương tạo thành mẫu thử và được quy định với các mức khác nhau.
Kết quả thí nghiệm bê tông khí chưng áp sử dụng trong thí nghiệm cho thấy cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông đạt 0,35 MPa. Do đó, cường độ bửa liên kết tối thiểu cần đạt được quy định bằng 0,35 MPa. Đây là chỉ tiêu được đề tài đề xuất nghiên cứu.
c, Cường độ chịu cắt
Cường độ chịu cắt được xác định theo EN 1052-3:2007. Theo đó, các mảnh mẫu thí nghiệm từ viên xây bê tông khí chưng áp được gắn với nhau bằng vữa mạch mỏng. Mẫu thí nghiệm loại A gồm hai mạch vữa, loại B gồm một mạch vữa. Quy trình và thiết bị sử dụng để xác định cường độ chịu cắt tương đối phức tạp và khó có thể áp dụng đại trà ở nước ta. Do đó, phương pháp này nên được nghiên cứu trước mắt dùng để tham khảo.
d, Cường độ bám dính tổ hợp
Tiêu chuẩn TCVN 9028:2011 hiện nay chỉ quy định chỉ tiêu cường độ bám dính thí nghiệm theo TCVN 3121-12:2003 cần đạt trên 0,4 MPa. Theo đó, chỉ đánh giá cường độ bám dính của lớp vữa trên bề mặt viên xây mà không xét đến sự bám dính tổ hợp của vữa với viên xây trên và dưới. Các thí nghiệm thực tế cho thấy cường độ bám dính của hệ viên xây - vữa - viên xây thường có giá trị nhỏ hơn cường độ bám dính của hệ vữa - viên xây. Theo các tài liệu nước ngoài, chỉ tiêu này thường chỉ áp dụng cho vữa trát. Do đó cần nghiên cứu mở rộng để có cách đánh giá toàn diện hơn khả năng bám dính của vữa mạch mỏng.
Để đánh giá khả năng liên kết của vữa mạch mỏng, luận án đề xuất sử dụng chỉ tiêu cường độ bám dính tổ hợp. Phương pháp xác định cường độ bám dính tổ hợp được phát triển dựa trên phương pháp đánh giá độ bám dính của vữa dán gạch ốp lát [14, 15]. Theo đó, viên mẫu kích thước 50x50x20 mm cắt từ viên xây bê tông khí chưng áp được gắn lên trên tấm nền là chính viên xây bê tông khí chưng áp thông qua lớp vữa mạch mỏng. Tiến hành kéo nhổ mẫu để xác định cường độ bám dính của tổ hợp.
Thí nghiệm xác định cường độ bám dính tổ hợp và cường độ bửa liên kết đều mô phỏng việc thi công viên xây bê tông khí chưng áp bằng vữa mỏng trên nền bê tông khí chưng áp. Tuy nhiên, trong thí nghiệm cường độ bám dính tổ hợp có mô phỏng cả tác động của viên xây bên trên đến chất lượng bám dính chung khi xây bằng vữa mạch mỏng. Do đó, cường độ bám dính tổ hợp phản ảnh tốt hơn sự làm việc của hệ.
Cũng giống như trường hợp cường độ bửa liên kết, cường độ bám dính tổ hợp phụ thuộc và bị giới hạn bởi cường độ nhổ giật bản thân viên xây bê tông khí chưng áp. Do đó, có thể quy định giá trị cường độ bám dính tổ hợp trong mối tương quan với cường độ nhổ giật của bản thân viên xây và chia thành nhiều mức khác nhau. Các số liệu về cường độ bám dính tổ hợp hiện chưa có nhiều. Do đó, có thể sử dụng các quy đổi tương đương với giá trị bửa liên kết để quy định giá trị cần đạt cho chỉ tiêu này. Các thí nghiệm sơ bộ cho thấy, với cường độ bửa liên kết ở mức 0,35 MPa các mẫu thí nghiệm sử dụng cùng loại vữa cho giá trị cường độ bám dính tổ hợp 0,42 MPa.
Trong điều kiện nước ta hiện nay, các chỉ tiêu kỹ thuật đối với vữa mạch mỏng cho khối xây bê tông khí chưng áp có thể bao gồm: tính công tác, thời gian công tác, thời gian hiệu chỉnh, khả năng giữ nước, cường độ chịu nén, hoặc cường độ bửa liên kết hoặc cường độ bám dính tổ hợp. Trong đó, thời gian hiệu chỉnh, cường độ chịu nén hoặc cường độ bửa liên kết cần được quy định trong tiêu chuẩn. Các chỉ tiêu khác do Nhà sản xuất công bố. Bên cạnh đó, các yêu cầu về vật liệu đầu vào như kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu, hàm lượng clorua của các vật liệu chế tạo cũng cần được quy định trong tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật của vữa.
Các phân tích ở trên và thực tế thi công cho phép đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật cho vữa mạch mỏng bao gồm các chỉ tiêu và giá trị cần đạt được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với vữa mạch mỏng
TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
cần đạt
Phương pháp thí nghiệm 1 Kích thước lớn nhất của hạt cốt
liệu mm 0,63 TCVN 3121-1:2003
2 Khả năng giữ nước % ≥ 95 ГОСТ 5802-86
3 Thời gian hiệu chỉnh Mức I
Mức II Phút
≥ 5
≥ 10 EN 1015-9:2006 4 Thời gian công tác Phút ≥ 180 EN 1015-9:2006 5 Cường độ chịu nén M5
M7,5 MPa
≥ 5,0
≥ 7,5 TCVN 3121-11:2003 6 Cường độ bửa liên kết *) MPa ≥ 0,35 ASTM C1660-10 7 Cường độ bám dính tổ hợp **) MPa ≥ 0,42 -
Ghi chú: *) Phụ lục cho tính toán khối xây theo Phụ lục A của ACI 530 **) Tham khảo
3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố đến tính chất hỗn hợp vữa và vữa mạch mỏng
Các phân tích trình bày tại Chương 1 đã xác định sự cần thiết của việc làm chủ quá trình chuyển dịch nước từ hỗn hợp vữa vào nền để đảm bảo khả năng bám dính của vữa với nền thông qua việc biến tính hệ vữa bằng các loại phụ gia, trong đó định hướng chính là các phụ gia xenlulô. Bên cạnh đó, việc sử dụng vôi và phụ gia khoáng cũng cần được nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của vữa.
Các nghiên cứu được tiến hành theo hướng làm rõ các ảnh hưởng của các phương án sử dụng đến các tính chất của hỗn hợp vữa và vữa mạch mỏng. Qua đó lựa chọn phương án vật liệu tối ưu đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra.
Như đã biết, các ester xenlulô rất đa dạng và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các sản phẩm ester xenlulô được sản xuất công nghiệp. Đặc tính và chất lượng của các sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu và công nghệ chế tạo. Bên cạnh bản chất hóa, bậc thay thế, số mol thay thế, kích thước hạt, khả năng hòa tan, độ nhớt, ... thì việc biến tính các ester xenlulô này ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính và tác dụng của chúng. Các sản phẩm phụ gia xenlulô được cung cấp ra thị trường hiện nay đều là các sản phẩm thương mại
sản xuất theo công nghệ của hãng theo các bản quyền. Điều này ít nhiều ảnh hưởng đến việc nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố liên quan đến cấu trúc phân tử, đặc điểm biến tính, ... tới tính chất của hệ vữa do thiếu các số liệu cần thiết.
Đánh giá sơ bộ sự tương thích của các loại ester xenlulô trên thị trường hiện nay cho phép lựa chọn 4 loại phụ gia phù hợp với hệ vữa xi măng để triển khai các nghiên cứu tiếp theo. Bốn loại phụ gia xenlulô này được lựa chọn với một số chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau theo công bố của nhà sản xuất được trình bày trong Chương 2. Tuy nhiên, do giới hạn về thông tin sản phẩm và bí quyết công nghệ nên đánh giá ảnh hưởng của bản chất và việc biến tính các ester xenlulô được thực hiện trong một giới hạn nhất định. Mục đích của nghiên cứu tập trung vào phương pháp lựa chọn loại phụ gia thích hợp nhất theo các tiêu chí đã đặt ra.
Trên cơ sở tham khảo các tài liệu kỹ thuật [29, 30, 39, 51, 55, 57] và các thí nghiệm sơ bộ với vật liệu thực tế sử dụng đã xác định được khoảng giá trị lượng dùng các vật liệu trong nghiên cứu. Ngoài ra, các thí nghiệm sơ bộ cũng cho phép đánh giá về sai số và mô hình quan hệ giữa các yếu tố liên quan.
Các thí nghiệm sơ bộ cho thấy các tính chất của vữa liên quan đến nền như cường độ bửa liên kết và cường độ bám dính tổ hợp chịu ảnh hưởng nhiều của nền thể hiện ở đặc điểm và vị trí vùng phá hoại. Nếu các phá hoại không xảy ra ở vữa hoặc vùng liên kết, giá trị đo được sẽ nhỏ hơn giá trị tiềm năng mà vữa có thể mang lại. Trong trường hợp này dao động chất lượng của bê tông khí chưng áp có ảnh hưởng nhất định đến kết quả thu được. Do đó, trong nghiên cứu không sử dụng mô hình toán đa thức bậc hai xây dựng trên cơ sở quy hoạch thực nghiệm.
3.2.1 Lượng dùng nước và khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa
a, Ảnh hưởng của phụ gia xenlulô
Lượng dùng nước của hỗn hợp vữa phụ thuộc vào bản chất và lượng dùng vật liệu. Trong các thí nghiệm đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của phụ gia xenlulô, tro bay, vôi và xi măng tới lượng dùng nước.
Ảnh hưởng của phụ gia xenlulô tới các tính chất của hỗn hợp vữa được nghiên cứu trên 04 loại phụ gia khác nhau P1, P2, P3 và P4 với mục đích so sánh ảnh hưởng của hydroxy propyl metyl xenlulô có độ nhớt khác nhau và với hydroxy etyl xenlulô.
Hình 3.1 Ảnh hưởng của phụ gia xenlulô đến lượng dùng nước
Thành phần vữa khô sử dụng trong nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia được giữ cố định, bao gồm 30% xi măng, 10% tro bay, 8% vôi. Lượng dùng phụ gia xenlulô thay đổi từ 0 đến 0,3%. Lượng cát sử dụng được tính toán thêm vào cho đủ 100% chất khô.
Kết quả xác định lượng dùng nước để hỗn hợp vữa đạt độ xòe 170 mm trình bày trên Hình 3.1 cho thấy, các loại phụ gia xenlulô sử dụng trong nghiên cứu có ảnh hưởng lớn tới lượng dùng nước của hỗn hợp vữa. Với lượng dùng phụ gia 0,3% vữa khô theo khối lượng, lượng dùng nước tăng 14-16% khi sử dụng phụ gia gốc hydroxy propyl metyl xenlulô và tới 9% khi sử dụng phụ gia gốc hydroxy etyl xenlulô. Mức độ tăng lượng dùng nước tăng khi tăng lượng dùng phụ gia trong khoảng nghiên cứu theo tỷ lệ thuận với quy luật gần như tuyến tính.
Mức độ tăng lượng dùng nước khi tăng lượng dùng phụ gia phụ thuộc vào chủng loại phụ gia. Kết quả thí nghiệm cho thấy mức độ gia tăng lượng dùng nước khi tăng lượng dùng của các loại phụ gia gốc hydroxy propyl metyl xenlulô là gần như nhau và lớn hơn gần gấp đôi so với mức độ tăng khi sử dụng phụ gia gốc hydroxy etyl xenlulô.
Lượng dùng nước của hỗn hợp vữa phụ thuộc vào độ nhớt của polimer sử dụng. Vữa sử dụng phụ gia xenlulô có độ nhớt cao sẽ cần lượng nước lớn hơn để đạt cùng tính công tác. Bên cạnh đó cấu trúc phụ gia cũng có ảnh hưởng lớn đến lượng dùng nước. Phụ gia xenlulô không biến tính đòi hỏi lượng dùng nước nhỏ hơn so với phụ gia xenlulô đã được biến tính. Các kết quả trên là tương đồng với một số nghiên cứu trên thế giới [36].
Khả năng giữ nước của các hỗn hợp vữa sử dụng phụ gia xenlulô được xác định theo 2.2.1 b và được trình bày trên Hình 3.2.
Hình 3.2 Ảnh hưởng của phụ gia xenlulô tới khả năng giữ nước
Khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa được nâng cao đáng kể khi sử dụng bốn loại phụ gia xenlulô từ mức 75,4% khi không sử dụng phụ gia (hỗn hợp vữa xi măng cát) lên đến trên 98%. Điều này cho thấy vai trò đặc biệt quan trọng của xenlulô trong việc đảm bảo các tính năng cần thiết cho hỗn hợp vữa.
Có thể thấy rằng các phụ gia xenlulô sử dụng trong nghiên cứu đều có ảnh hưởng tích cực đến khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa. Với lượng dùng phụ gia từ 0,05% trở lên, hỗn hợp vữa đều có khả năng giữ nước trên 90%. Mức độ ảnh hưởng của phụ gia tới khả năng giữ nước có sự khác biệt đáng kể. Để đảm bảo khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa trên 95% với phụ gia P4 cần sử dụng