Bê tông tổ ong có thể là xu thế vật liệu mới tại Việt Nam trong tương lai. Ở các nước phát triển trên Thế giới, bê tông tổ ong đã có lịch sử phát triển gần 100 năm. Các nước Đông Nam Á như Singapore, Thái Lan, Indonesia, Malaysia đều đã ứng dụng sản phẩm này từ thập kỷ 90, còn ở Việt Nam mới chỉ thực sự phát triển trở lại từ năm 2010 đến nay.
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P1)
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P2)
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P4)
3. Đánh giá các tính chất cơ lý của bê tông tổ ong
Bê tông tổ ong là bê tông kỹ thuật có chứa các tế bào khí được phân bố một cách đồng đều, ở thể rắn được xem là bê tông nhẹ cốt liệu khí.
Khối lượng thể tích γo và cường độ nén Rn là hai chỉ tiêu quan trọng hàng đầu của bê tông tổ ong. Với bê tông công trình và bê tông công trình cách nhiệt cần đạt được yêu cầu về cường độ Rn ≥ 3 ÷ 20 MPa, khối lượng thể tích thường nằm trong khoảng 600 ÷ 1200 Kg/m3 và mác bê tông tổ ong cách nhiệt và bê tông tổ ong công trình cách nhiệt được xác định theo khối lượng thể tích khô, còn mác của bê tông tổ ong công trình được xác định theo cường độ chịu nén của bê tông. Cường độ chịu nén (Rn) của bê tông tổ ong được xác định bằng cách nén mẫu lập phương cạnh 100mm ở độ ẩm tự nhiên ≈ 8% vì cường độ bê tông tổ ong phụ thuộc vào độ ẩm của nó, độ ẩm trong bê tông càng cao thì cường độ của nó càng giảm.
Có thể đánh giá phẩm chất của bê tông tổ ong theo chỉ tiêu hệ số chất lượng là tỷ số của khối lượng thể tích và cường độ:
![]()
Trong đó:
Rn - cường độ nén (daN/cm2)
γo - khối lượng thể tích bê tông ở trạng thái khô (kg/l)
Hệ số chất lượng (A) của bê tông tổ ong nằm trong khoảng 40 ÷ 1200. Mô đun đàn hồi thường đạt từ 15000 ÷ 70000 daN/cm2. Như vậy bê tông tổ ong có biến dạng lớn hơn so với bê tông nặng (modun đàn hồi ban đầu của bê tông nặng 110000
÷ 400000 daN/cm2). Cường độ dính kết với cốt thép của bê tông tổ ong thí nghiệm với cốt thép trơn đạt 10 ÷ 20 daN/mm2 nhỏ hơn nhiều so với bê tông nặng (0,15 ÷ 0,2R28).
► Khối lượng thể tích và các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích:
Bê tông tổ ong được sấy khô đến khối lượng không đổi và được phân loại theo khối lượng thể tích như sau :
Từ 250 – 500 kg/m3: Bê tông tổ ong cách nhiệt
Từ 500 – 900 kg/m3: Bê tông tổ ong cách nhiệt - cấu kiện
Từ 900 – 1200 kg/m3: Bê tông tổ ong cấu kiện
Theo ҐOCT 16381 – 70 thì bê tông tổ ong có khối lượng thể tích đến 350 kg/m3 thuộc nhóm vật liệu cách nhiệt xây dựng nhẹ, còn khi khối lượng thể tích trong khoảng 400 – 600 kg/m3 là vật liệu cách nhiệt xây dựng nặng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích:
Đối với bê tông tổ ong, khối lượng thể tích là một chỉ tiêu quan trọng cần phải được đảm bảo. Nếu khối lượng thể tích vượt quá yêu cầu đề ra, bê tông tổ ong có thể bị hạ cấp hoặc không được nghiệm thu. Khối lượng thể tích của bê tông tổ ong phụ thuộc vào lượng dùng chất tạo rỗng (pctr), khả năng tạo rỗng (Ktr) của chúng, tức là thể tích bọt hoặc khí do 1kg chất tạo rỗng sinh ra và mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng α để làm phổng nở hỗn hợp bê tông tổ ong.
Mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng α là mức độ giữ được một lượng khí hoặc bọt nhiều hay ít từ cùng một lượng chất tạo rỗng đã dùng. Khi nhiệt độ tạo khí hoặc tạo bọt thuận lợi và ổn định thì mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng chỉ còn phụ thuộc chủ yếu vào tính lưu động của hỗn hợp, lượng dùng nước và thành phần rắn (N/R). Ngưởi ta thấy rằng khi tỷ lệ N/R <0,6 thì quan hệ α = f(N/R) là một hàm số đồng biến, tức là nếu N/R tăng thì α cũng tăng và khối lượng thể tích của bê tông tổ ong sẽ giảm.
![]()
Hình 1: Sự phụ thuộc của khối lượng thể tích bê tông khí vào lượng dùng bột nhôm PAl và tỷ lệ nước/ rắn (N/R).
![]()
Khi tính chất của hỗn hợp vữa như nhau, lượng dùng chất tạo rỗng càng nhiều thì khối lượng thể tích của bê tông khí càng thấp (và ngược lại). Mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng còn phụ thuộc vào khả năng bảo toàn cấu trúc rỗng của bê tông tổ ong sau khi tạo hình. Đối với bê tông tổ ong nói chung sau khi tạo hình, nếu cường độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông nhỏ (do tỷ lệ N/R quá cao hoặc chất kết dính đông kết chậm) sẽ không cản được việc dịch chuyển và thoát khí ra môi trường xung quanh, kết quả là làm giảm mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng α.
► Cường độ và các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ
Cường độ: Bê tông tổ ong có mác theo cường độ được xác định trên mẫu có kích thước 10x10x10cm, hay mẫu có kích thước khác với hệ số quy đổi thích ứng ở tuổi 28 ngày sau khi đã bảo dưỡng nhiệt ẩm hoặc gia công nhiệt. Bê tông tổ ong thuộc loại vật liệu giòn. Hệ số đàn hồi của bê tông tổ ong E = 0,92 – 0,97, được xác định theo công thức:
![]()
Trong đó:
ɛy: là biến dạng đàn hồi
ɛt: là biến dạng tổng và được xác định ở giá trị s = 0,5R trên mẫu trụ được chế tạo từ bê tông tổ ong, được ép theo phương pháp gia công gián đoạn, ở từng mức tải phải giữ trong khoảng từ 5 đến 15 phút.
Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ:
- Cường độ của bê tông tổ ong phụ thuộc vào cường độ của vách ngăn giữa các lỗ rỗng, cấu trúc phần rỗng, hình dạng kích thước trung bình của lỗ rỗng và sự phân bố các lỗ rỗng trong bê tông.
- Cường độ phần vữa tạo vách ngăn giữa các lỗ rỗng càng cao sẽ đảm bảo cho bê tông có cường độ càng cao khi các điều kiện khác không đổi. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ vữa là loại chất kết dính và cấu tử silic, tỷ lệ N/R, độ nghiền mịn các cấu tử, mức độ đặc chắc của phần vữa, chế độ cứng rắn sau khi tạo hình.
- Khi độ rỗng của bê tông tổ ong càng lớn nghĩa là lượng vữa đặc tạo nên các vách ngăn càng mỏng, thì cường độ bê tông càng nhỏ. Tuy vậy, các bê loại tông tổ ong có cùng khối lượng thể tích có thể có cường độ khác nhau đáng kể là do ảnh hưởng của độ đặc chắc và cường độ phần vữa tạo nên vách ngăn giữa các lỗ rỗng và của cấu trúc rỗng.
- Bê tông tổ ong có cấu trúc rỗng tối ưu chứa chủ yếu là các lỗ rỗng kín, có kích thước bé và đồng đều trong bê tông tổ ong sẽ cho cường độ bê tông cao nhất khi các điều kiện khác không đổi.
- Tỷ lệ N/R ảnh hưởng đến hầu hết các nhân tố nói trên. Khi chọn được tỷ lệ N/R thích hợp, tức là tạo nên sự kết hợp hài hòa giữa việc đảm bảo độ đặc và cường độ của phần vữa trong vách ngăn giữa các lỗ rỗng với việc đảm bảo điều kiện tạo rỗng thuận lợi, tạo nên cấu trúc rỗng tổ ong tối ưu trong bê tông sẽ đạt được cường độ bê tông tổ ong cao nhất.
► Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt của bê tông tổ ong phụ thuộc vào khối lượng thể tích và độ ẩm của bê tông. Mối liên hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ 18oC ở trạng thái khô nêu bảng 1:
![]()
Độ dẫn nhiệt của bê tông tổ ong tăng khi bị làm ẩm và có thể được xác định theo công thức:
![]()
► Độ ẩm hấp phụ và độ hút nước
Độ ẩm hấp phụ
Độ ẩm của bê tông tổ ong tương đối cao và khi bị ẩm thường rất khó sấy khô, nhất là đối với loại có khối lượng thể tích thấp. Đối với bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính là xi măng với γ = 600 ÷ 1000 kg/m3 có độ ẩm theo thể tích từ 3 ÷ 5%, khi độ ẩm tương đối của không khí φkk =100% còn khi sử dụng chất kết dính vôi – silic, độ ẩm của bê tông tổ ong ở những điều kiện trên lên tới 5 ÷ 8%. Độ ẩm tăng làm giảm cường độ và giảm hệ số dẫn nhiệt của bê tông tổ ong. Khi độ ẩm theo thể tích tăng 1% thì cường độ giảm 10 ÷ 15% và hệ số dẫn nhiệt tăng 6 ÷ 8% so với khi bê tông hoàn toàn khô.
Độ hút nước
Độ hút nước của bê tông tổ ong khi tiếp xúc với nước đạt 20 ÷ 25 % khi dùng chất kết dính xi măng, và 25 ÷ 30% khi dùng chất kết dính vôi silic. Khi hút nước khối lượng thể tích của bê tông tăng lên làm tăng tải trọng công trình và giảm cường độ cũng như khả năng cách nhiệt. Vì vậy cần phải áp dụng các biện pháp làm giảm độ hút nước cho bê tông. Bê tông tổ ong chứa chủ yếu là lỗ rỗng kín, tăng khả năng chống thấm cho bê tông tổ ong bằng cách dùng các loại phụ gia kỵ nước hoặc tăng độ đặc (giảm tỷ lệ nước/xi) cho bê tông, phủ bề mặt tiếp xúc với nước của bê tông bằng các màng không thấm...
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P2)
>> Bê tông tổ ong - Vật liệu hiệu quả trong tương lai (P4)
3. Đánh giá các tính chất cơ lý của bê tông tổ ong
Bê tông tổ ong là bê tông kỹ thuật có chứa các tế bào khí được phân bố một cách đồng đều, ở thể rắn được xem là bê tông nhẹ cốt liệu khí.
Khối lượng thể tích γo và cường độ nén Rn là hai chỉ tiêu quan trọng hàng đầu của bê tông tổ ong. Với bê tông công trình và bê tông công trình cách nhiệt cần đạt được yêu cầu về cường độ Rn ≥ 3 ÷ 20 MPa, khối lượng thể tích thường nằm trong khoảng 600 ÷ 1200 Kg/m3 và mác bê tông tổ ong cách nhiệt và bê tông tổ ong công trình cách nhiệt được xác định theo khối lượng thể tích khô, còn mác của bê tông tổ ong công trình được xác định theo cường độ chịu nén của bê tông. Cường độ chịu nén (Rn) của bê tông tổ ong được xác định bằng cách nén mẫu lập phương cạnh 100mm ở độ ẩm tự nhiên ≈ 8% vì cường độ bê tông tổ ong phụ thuộc vào độ ẩm của nó, độ ẩm trong bê tông càng cao thì cường độ của nó càng giảm.
Có thể đánh giá phẩm chất của bê tông tổ ong theo chỉ tiêu hệ số chất lượng là tỷ số của khối lượng thể tích và cường độ:
Trong đó:
Rn - cường độ nén (daN/cm2)
γo - khối lượng thể tích bê tông ở trạng thái khô (kg/l)
Hệ số chất lượng (A) của bê tông tổ ong nằm trong khoảng 40 ÷ 1200. Mô đun đàn hồi thường đạt từ 15000 ÷ 70000 daN/cm2. Như vậy bê tông tổ ong có biến dạng lớn hơn so với bê tông nặng (modun đàn hồi ban đầu của bê tông nặng 110000
÷ 400000 daN/cm2). Cường độ dính kết với cốt thép của bê tông tổ ong thí nghiệm với cốt thép trơn đạt 10 ÷ 20 daN/mm2 nhỏ hơn nhiều so với bê tông nặng (0,15 ÷ 0,2R28).
► Khối lượng thể tích và các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích:
Bê tông tổ ong được sấy khô đến khối lượng không đổi và được phân loại theo khối lượng thể tích như sau :
Từ 250 – 500 kg/m3: Bê tông tổ ong cách nhiệt
Từ 500 – 900 kg/m3: Bê tông tổ ong cách nhiệt - cấu kiện
Từ 900 – 1200 kg/m3: Bê tông tổ ong cấu kiện
Theo ҐOCT 16381 – 70 thì bê tông tổ ong có khối lượng thể tích đến 350 kg/m3 thuộc nhóm vật liệu cách nhiệt xây dựng nhẹ, còn khi khối lượng thể tích trong khoảng 400 – 600 kg/m3 là vật liệu cách nhiệt xây dựng nặng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích:
Đối với bê tông tổ ong, khối lượng thể tích là một chỉ tiêu quan trọng cần phải được đảm bảo. Nếu khối lượng thể tích vượt quá yêu cầu đề ra, bê tông tổ ong có thể bị hạ cấp hoặc không được nghiệm thu. Khối lượng thể tích của bê tông tổ ong phụ thuộc vào lượng dùng chất tạo rỗng (pctr), khả năng tạo rỗng (Ktr) của chúng, tức là thể tích bọt hoặc khí do 1kg chất tạo rỗng sinh ra và mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng α để làm phổng nở hỗn hợp bê tông tổ ong.
Mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng α là mức độ giữ được một lượng khí hoặc bọt nhiều hay ít từ cùng một lượng chất tạo rỗng đã dùng. Khi nhiệt độ tạo khí hoặc tạo bọt thuận lợi và ổn định thì mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng chỉ còn phụ thuộc chủ yếu vào tính lưu động của hỗn hợp, lượng dùng nước và thành phần rắn (N/R). Ngưởi ta thấy rằng khi tỷ lệ N/R <0,6 thì quan hệ α = f(N/R) là một hàm số đồng biến, tức là nếu N/R tăng thì α cũng tăng và khối lượng thể tích của bê tông tổ ong sẽ giảm.
Hình 1: Sự phụ thuộc của khối lượng thể tích bê tông khí vào lượng dùng bột nhôm PAl và tỷ lệ nước/ rắn (N/R).
1. PAI = 250g/cm3
2. PAI = 350g/cm3
3. PAI = 450g/cm3
4. PAI = 550g/cm3
2. PAI = 350g/cm3
3. PAI = 450g/cm3
4. PAI = 550g/cm3
Hình 2: Sự phụ thuộc cường độ bê tông tổ ong R và sự tạo rỗng α vào tỷ lệ N/R.
Khi tính chất của hỗn hợp vữa như nhau, lượng dùng chất tạo rỗng càng nhiều thì khối lượng thể tích của bê tông khí càng thấp (và ngược lại). Mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng còn phụ thuộc vào khả năng bảo toàn cấu trúc rỗng của bê tông tổ ong sau khi tạo hình. Đối với bê tông tổ ong nói chung sau khi tạo hình, nếu cường độ nhớt dẻo của hỗn hợp bê tông nhỏ (do tỷ lệ N/R quá cao hoặc chất kết dính đông kết chậm) sẽ không cản được việc dịch chuyển và thoát khí ra môi trường xung quanh, kết quả là làm giảm mức độ lợi dụng khả năng tạo rỗng α.
► Cường độ và các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ
Cường độ: Bê tông tổ ong có mác theo cường độ được xác định trên mẫu có kích thước 10x10x10cm, hay mẫu có kích thước khác với hệ số quy đổi thích ứng ở tuổi 28 ngày sau khi đã bảo dưỡng nhiệt ẩm hoặc gia công nhiệt. Bê tông tổ ong thuộc loại vật liệu giòn. Hệ số đàn hồi của bê tông tổ ong E = 0,92 – 0,97, được xác định theo công thức:
Trong đó:
ɛy: là biến dạng đàn hồi
ɛt: là biến dạng tổng và được xác định ở giá trị s = 0,5R trên mẫu trụ được chế tạo từ bê tông tổ ong, được ép theo phương pháp gia công gián đoạn, ở từng mức tải phải giữ trong khoảng từ 5 đến 15 phút.
Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ:
- Cường độ của bê tông tổ ong phụ thuộc vào cường độ của vách ngăn giữa các lỗ rỗng, cấu trúc phần rỗng, hình dạng kích thước trung bình của lỗ rỗng và sự phân bố các lỗ rỗng trong bê tông.
- Cường độ phần vữa tạo vách ngăn giữa các lỗ rỗng càng cao sẽ đảm bảo cho bê tông có cường độ càng cao khi các điều kiện khác không đổi. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ vữa là loại chất kết dính và cấu tử silic, tỷ lệ N/R, độ nghiền mịn các cấu tử, mức độ đặc chắc của phần vữa, chế độ cứng rắn sau khi tạo hình.
- Khi độ rỗng của bê tông tổ ong càng lớn nghĩa là lượng vữa đặc tạo nên các vách ngăn càng mỏng, thì cường độ bê tông càng nhỏ. Tuy vậy, các bê loại tông tổ ong có cùng khối lượng thể tích có thể có cường độ khác nhau đáng kể là do ảnh hưởng của độ đặc chắc và cường độ phần vữa tạo nên vách ngăn giữa các lỗ rỗng và của cấu trúc rỗng.
- Bê tông tổ ong có cấu trúc rỗng tối ưu chứa chủ yếu là các lỗ rỗng kín, có kích thước bé và đồng đều trong bê tông tổ ong sẽ cho cường độ bê tông cao nhất khi các điều kiện khác không đổi.
- Tỷ lệ N/R ảnh hưởng đến hầu hết các nhân tố nói trên. Khi chọn được tỷ lệ N/R thích hợp, tức là tạo nên sự kết hợp hài hòa giữa việc đảm bảo độ đặc và cường độ của phần vữa trong vách ngăn giữa các lỗ rỗng với việc đảm bảo điều kiện tạo rỗng thuận lợi, tạo nên cấu trúc rỗng tổ ong tối ưu trong bê tông sẽ đạt được cường độ bê tông tổ ong cao nhất.
► Hệ số dẫn nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt của bê tông tổ ong phụ thuộc vào khối lượng thể tích và độ ẩm của bê tông. Mối liên hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ 18oC ở trạng thái khô nêu bảng 1:
Độ dẫn nhiệt của bê tông tổ ong tăng khi bị làm ẩm và có thể được xác định theo công thức:
► Độ ẩm hấp phụ và độ hút nước
Độ ẩm hấp phụ
Độ ẩm của bê tông tổ ong tương đối cao và khi bị ẩm thường rất khó sấy khô, nhất là đối với loại có khối lượng thể tích thấp. Đối với bê tông tổ ong sử dụng chất kết dính là xi măng với γ = 600 ÷ 1000 kg/m3 có độ ẩm theo thể tích từ 3 ÷ 5%, khi độ ẩm tương đối của không khí φkk =100% còn khi sử dụng chất kết dính vôi – silic, độ ẩm của bê tông tổ ong ở những điều kiện trên lên tới 5 ÷ 8%. Độ ẩm tăng làm giảm cường độ và giảm hệ số dẫn nhiệt của bê tông tổ ong. Khi độ ẩm theo thể tích tăng 1% thì cường độ giảm 10 ÷ 15% và hệ số dẫn nhiệt tăng 6 ÷ 8% so với khi bê tông hoàn toàn khô.
Độ hút nước
Độ hút nước của bê tông tổ ong khi tiếp xúc với nước đạt 20 ÷ 25 % khi dùng chất kết dính xi măng, và 25 ÷ 30% khi dùng chất kết dính vôi silic. Khi hút nước khối lượng thể tích của bê tông tăng lên làm tăng tải trọng công trình và giảm cường độ cũng như khả năng cách nhiệt. Vì vậy cần phải áp dụng các biện pháp làm giảm độ hút nước cho bê tông. Bê tông tổ ong chứa chủ yếu là lỗ rỗng kín, tăng khả năng chống thấm cho bê tông tổ ong bằng cách dùng các loại phụ gia kỵ nước hoặc tăng độ đặc (giảm tỷ lệ nước/xi) cho bê tông, phủ bề mặt tiếp xúc với nước của bê tông bằng các màng không thấm...
Theo TTKHKT Xi măng
