Ảnh hưởng của xi măng đến hiệu quả của phụ gia giảm nước (P1)

Kết quả cho thấy, để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của bê tông cần phải lựa chọn tổ hợp xi măng - phụ gia phù hợp. Khi kiểm tra, chứng nhận phụ gia việc nêu rõ chủng loại và tính chất xi măng sẽ có ý nghĩa tham khảo tốt. Ngoài ra, nên đánh giá thêm hiệu quả của phụ gia với các lượng dùng khác nhau và với các loại xi măng phù hợp.

1. Mở đầu

Phụ gia giảm nước được phát triển từ những thập niên đầu của thế kỷ XX và cho đến nay, đã trở thành vật liệu không thể thiếu trong sản xuất bê tông nói chung và các loại bê tông đặc chủng, bê tông chất lượng cao nói riêng. Nghiên cứu về phụ gia giảm nước được coi là một trong những hướng nghiên cứu đem lại các bước đột phá về công nghệ, nâng cao hiệu quả của bê tông. Các loại phụ gia giảm nước đầu tiên là các hợp chất lignosulfonate thu được từ quá trình xử lý phế thải công nghiệp. Ở bước phát triển tiếp theo, phụ gia giảm nước được tổng hợp một cách chuyên biệt bao gồm các hợp chất naphthalene formaldehyde, melamine formaldehyde và polycarboxylate có khả năng giảm nước được nâng cao đáng kể [1, 2].

Được sử dụng để chế tạo hỗn hợp bê tông có cùng tính công tác nhưng với lượng dùng nước nhỏ hơn, phụ gia giảm nước cho phép nâng cao cường độ của bê tông thông qua việc nâng cao tỷ lệ xi măng trên nước khi giữ nguyên lượng dùng xi măng trong bê tông. Như vậy, hiệu quả của phụ gia giảm nước được đánh giá thông qua khả năng làm giảm lượng dùng nước. Cũng cần lưu ý rằng, một số phụ gia với khả năng cuốn khí cũng có xu hướng làm tăng độ sụt nhưng bọt khí cuốn vào lại làm suy giảm cường độ [3, 4]. Đánh giá hiệu quả của phụ gia giảm nước được thực hiện theo quy trình tiêu chuẩn bao gồm so sánh kết quả thí nghiệm của cấp phối thử nghiệm có sử dụng phụ gia với cấp phối đối chứng không sử dụng phụ gia. Vật liệu sử dụng như xi măng, cát, đá được quy định chặt chẽ về chất lượng và khối lượng. Ở nước ta, TCVN 8826:2011 quy định vật liệu sử dụng và thành phần bê tông thử nghiệm và yêu cầu sử dụng xi măng pooc lăng tuân thủ TCVN 2682:2009 "Xi măng pooc lăng - Yêu cầu kỹ thuật" trong thử nghiệm. Các loại xi măng pooc lăng hỗn hợp được sử dụng trong thí nghiệm kiểm tra, nhưng không dùng để từ chối.

Phụ gia giảm nước là các chất hoạt động bề mặt với cấu trúc phân tử gồm các nhóm ưa nước và mạch hydro cacbon kỵ nước. Trong hỗn hợp bê tông, các phân tử phụ gia sẽ hấp thụ lên bề mặt của hạt xi măng, làm ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa cũng như các tính chất lưu biến, xúc biến của hỗn hợp bê tông. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã cho thấy, khả năng hấp phụ của mỗi loại phụ gia lên bề mặt lại phụ thuộc vào bản chất của khoáng xi măng. Ví dụ như khả năng hấp phụ của canxi lignosulfonate lên các khoáng xi măng được sắp xếp từ cao đến thấp theo thứ tự C₃A - C₄AF - C₃S - C₂S [5]. Một nghiên cứu khác về tương tác giữa phụ gia giảm nước tầm cao với các loại xi măng cho thấy khả năng hấp phụ của naphthalene formaldehyde giảm dần theo thứ tự xi măng Type III - Type I - Type II [6]. Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của C₃A trong xi măng tới khả năng hấp phụ và cho thấy rằng để đạt cùng tính công tác, xi măng Type I đòi hỏi lượng dùng phụ gia lớn hơn so với xi măng Type V. Như vậy, hiệu quả của phụ gia giảm nước phụ thuộc vào bản chất của xi măng sử dụng hay nói cách khác có một mức độ tương thích nhất định giữa xi măng và loại phụ gia giảm nước. Do đó, việc lựa chọn loại xi măng phù hợp trong thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng, quyết định việc đánh giá chất lượng phụ gia. Công tác thí nghiệm, kiểm tra trong thời gian qua cũng cho thấy có những trường hợp sau khi thay đổi loại xi măng dùng trong thí nghiệm, các đánh giá về phụ gia có sự thay đổi đáng kể. Bên cạnh đó, hiệu quả của phụ gia cũng phụ thuộc vào lượng dùng. Thông thường, lượng dùng được khuyến cáo bởi nhà sản xuất sẽ cho hiệu quả lớn nhất. Tuy nhiên, trong thực tế, các lượng dùng khác với khuyến cáo cũng vẫn được sử dụng, tùy theo các tính toán về hiệu quả kinh tế kỹ thuật của bê tông.

Các nghiên cứu thực hiện tại Viện Chuyên ngành Bê tông - Viện Khoa học công nghệ xây dựng trình bày trong bài bào này được thực hiện với mục đích đánh giá sơ bộ mức độ ảnh hưởng của một số loại xi măng trên thị trường Việt Nam cả xi măng pooc lăng và xi măng pooc lăng hỗn hợp tới hiệu quả của phụ gia giảm nước. Qua đó đề xuất một số kiến nghị về lựa chọn phụ gia phù hợp để nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của cấp phối bê tông.

2. Vật liệu sử dụng và phương pháp thí nghiệm

Các nghiên cứu được tiến hành với 4 loại xi măng của 3 Nhà máy xi măng lò quay tại Việt Nam (ký hiệu Nhà máy "1", "2" và "3"). Trong đó, sử dụng xi măng pooc lăng (PC-1) và xi măng pooc lăng hỗn hợp (PCB-1) của nhà máy 1 (cùng loại clanhker), sử dụng xi măng pooc lăng (PC-2) của nhà máy 2 và xi măng pooc lăng hỗn hợp (PCB-3) của nhà máy 3. Kết quả thí nghiệm tính chất của xi măng sử dụng được trình bày tại bảng 1. Thành phần hóa và khoáng của xi măng theo số liệu do nhà máy cung cấp được trình bày tại bảng 2.
 

 

 

Trong nghiên cứu đã sử dụng 2 loại phụ gia giảm nước cao sẵn có trên thị trường (ký hiệu S1 và S2) gốc naphthalene formaldehyde và polycarboxylate. Tính chất của phụ gia được trình bày tại bảng 3.
 

 

Để chế tạo bê tông, đã sử dụng cốt liệu lớn là đá dăm Hà Nam. Cốt liệu lớn được phân loại qua sàng 5 mm, 10 mm và 20 mm thành các cỡ hạt 5 - 10 mm và 10 - 20 mm. Tỷ lệ sử dụng giữa hai cỡ hạt được lấy theo TCVN 8826:2011. Đá dăm có khối lượng thể tích khô 2,72 g/cm³, khối lượng thể tích xốp là 1.370 kg/m³ và độ hút nước 0,6%. Cát sử dụng trong nghiên cứu là cát vàng sông Hồng có khối lượng thể tích khô 2,63 g/cm³, khối lượng thể tích xốp là 1.470 kg/m³, độ hút nước 0,6% và mô đun độ lớn bằng 2,3. Nước trộn bê tông là nước máy sinh hoạt đáp ứng các yêu cầu của TCVN 4506:2012. Thành phần bê tông thí nghiệm được lấy theo khuyến cáo trong TCVN 8826:2011. Thành phần vật liệu rắn gồm 310±3 kg xi măng, 765±5 kg cát và 1140±10 kg đá 5x20 mm. Hàm lượng phụ gia sử dụng được lấy theo khuyến cáo của nhà sản xuất và bằng 1% khối lượng xi măng. Lượng nước được lựa chọn theo thực tế để hỗn hợp bê tông đối chứng có độ sụt 90±10 mm. Với cách làm này, khi tăng lượng nước cấp phối bê tông thực tế có sự thay đổi, lượng dùng xi măng thực tế sẽ giảm dần theo chiều tăng lượng nước trộn. Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu, mức chênh lượng dùng xi măng không vượt quá 20 kg/m³.
(Còn nữa)

VLXD.org (TH/ Tạp chí KHCNXD)