>>
Ảnh hưởng của xi măng đến hiệu quả của phụ gia giảm nước (P1)
3. Kết quả và bình luận
Với tỷ lệ vật liệu rắn trình bày trong mục 2, tiến hành xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông với các lượng nước trộn khác nhau. Các cấp phối thực tế của hỗn hợp bê tông được trình bày trong bảng 4. Qua các thí nghiệm này có thể thấy rằng, khoảng lượng dùng nước khả dụng (hay lượng nước từ khi hỗn hợp bê tông bắt đầu có độ sụt đến khi bắt đầu có hiện tượng tách nước) phụ thuộc vào loại xi măng và đối với các cấp phối trong nghiên cứu, nằm trong phạm vi từ 183 kg/m³ đến 238 kg/m³. Tiếp tục thêm nước vào hỗn hợp bê tông vượt quá giá trị cận trên không làm thay đổi tính công tác của hỗn hợp mà chỉ làm xuất hiện và gia tăng tách nước.
Kết quả tại bảng 4 cho thấy, khi sử dụng phụ gia S1 và S2, lượng dùng nước và khoảng lượng dùng nước khả dụng giảm đáng kể. Với xi măng PC-1, khi sử dụng 1% phụ gia S1 thì khoảng lượng dùng nước khả dụng từ 183 kg/m³ đến 234 kg/m³ giảm còn từ 156 kg/m³ đến 183 kg/m³ và khi sử dụng 1% phụ gia S2 thì giảm còn từ 164 kg/m³ đến 184 kg/m³. Có thể thấy rằng, mức độ giảm lượng dùng nước là không đồng đều ở các mức độ sụt khác nhau. Bảng 5 trình bày tỷ lệ phần trăm lượng nước trộn cần thiết để hỗn hợp bê tông sử dụng phụ gia có cùng độ sụt với hỗn hợp bê tông không dùng phụ gia. Kết quả cho thấy rằng, trong tất cả các trường hợp xét đến trong nghiên cứu, khả năng giảm nước của phụ gia ở độ sụt 30±10 mm đều nhỏ hơn ở độ sụt 90±10 mm. Mức độ chênh lệch về khả năng giảm nước biến động trong khoảng từ 1% đến 7%. Điều này phù hợp với nhận định của các nghiên cứu [2,3] về hiệu quả sử dụng của chất hoạt động bề mặt ở các hỗn hợp bê tông có tính công tác cao.
Kết quả trình bày tại bảng 5 cũng cho thấy loại xi măng có ảnh hưởng lớn đến khả năng giảm nước của phụ gia. Đối với phụ gia S1, thay đổi chủng loại xi măng có thể làm thay đổi khả năng giảm nước tới 7% ở cả độ sụt 30±10 mm cũng như 90±10 mm. Thay đổi chủng loại xi măng từ xi măng pooc lăng PC-1 sang xi măng pooc lăng PC-2 cũng làm thay đổi khả năng giảm nước tới 5 - 6%. Trong khi đó, khả năng giảm nước của phụ gia S2 ít biến động hơn khi thay đổi chủng loại xi măng, chỉ nằm trong khoảng từ 1% đến 5%.
Xi măng PCB-3 phát huy hiệu quả khá tốt với phụ gia S2 (tuy không thật hiệu quả khi dùng với S1). Nguyên nhân có thể do clinker PCB-3 có thành phần C3S nhỏ hơn và C2S cao hơn so với clinker PC-1 và PC-2. Các quy luật ảnh hưởng khác của xi măng tới hiệu quả giảm nước của phụ gia không rõ nét mà phụ thuộc vào tính tương hợp của xi măng với phụ gia cụ thể. Xi măng PC-1 và PC-2 có thành phần khoáng hóa gần tương tự nhau nhưng PC-2 lại phối hợp tốt hơn với S1 ở cả 2 cấp độ sụt 30±10 mm và 90±10 mm. PC-1 phối hợp tốt hơn với S2 ở cấp độ sụt 90±10 mm.
Theo TCVN 8826:2011, khi thí nghiệm phụ gia loại xi măng được khuyến cáo sử dụng là xi măng pooc lăng đáp ứng yêu cầu của TCVN 2682:2009. Tuy nhiên, từ kết quả thí nghiệm có thể thấy rằng cùng là xi măng pooc lăng nhưng PC-1 và PC-2 cho giá trị khác nhau về khả năng giảm nước của phụ gia. Do đó, thông tin về loại xi măng sử dụng trong thí nghiệm nên được công bố. Điều này cũng liên quan đến việc sử dụng giá trị khả năng giảm nước của phụ gia khi thí nghiệm theo TCVN 8826:2011 trong lựa chọn thành phần bê tông. Có thể thấy rằng, chỉ khi sử dụng giá trị khả năng giảm nước của phụ gia ứng với loại xi măng đã thí nghiệm thì các kết quả ước tính lượng dùng nước mới có độ chính xác cao.
Một trong những chỉ tiêu quan trọng khi thi công hiện trường chịu ảnh hưởng của phụ gia là thời gian đông kết của bê tông. Ảnh hưởng của phụ gia đến thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông sử dụng các loại xi măng khác nhau, cũng như đến các cường độ bê tông được tiến hành với các cấp phối có lượng nước trộn được lựa chọn để độ sụt đạt giá trị 90±10 mm (bảng 6).
Kết quả thí nghiệm tại bảng 6 cho thấy độ chênh lệch thời gian đông kết phụ thuộc nhiều vào loại phụ gia sử dụng. Phụ gia S1 cho chênh lệch thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết khoảng 2 - 4h, dài hơn so với phụ gia S2. Tuy nhiên, ảnh hưởng của các loại xi măng khác nhau tới thông số này không thấy có quy luật rõ nét. Tương tác giữa phụ gia với xi măng trong thời gian đầu thủy hóa và đóng rắn là quá trình phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Trong đó, thành phần khoáng, hóa của xi măng và chủng loại cũng như lượng dùng phụ gia khoáng trong xi măng có ý nghĩa quyết định. Có thể thấy rằng, phụ gia S1 làm kéo dài thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết của hỗn hợp bê tông vượt quá quy định trong tiêu chuẩn TCVN 8826:2011. Tuy nhiên, cũng cần thấy rằng tỷ lệ phụ gia sử dụng trong các thí nghiệm là 1%. Với tỷ lệ phụ gia sử dụng nhỏ hơn, hiệu quả giảm nước có thể sẽ thấp hơn, nhưng mức độ chênh lệch thời gian đông kết có thể đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn. Rõ ràng rằng việc phân loại phụ gia theo TCVN 8826:2011 phụ thuộc nhiều vào lượng dùng phụ gia.
Cường độ chịu kéo khi uốn và cường độ chịu nén của bê tông đối chứng và bê tông sử dụng phụ gia được trình bày tại bảng 7. Trong bảng này cũng trình bày tỷ lệ phần trăm chênh lệch cường độ so với mẫu đối chứng sử dụng cùng loại xi măng, ở cùng ngày tuổi.
Từ các số liệu tại bảng 3 có thể thấy rằng, nếu như cường độ chịu nén của xi măng từ cao đến thấp theo thứ tự PC-1; PCB-1; PC-2 và PCB-3 thì cường độ chịu nén của bê tông sử dụng các loại xi măng nói trên lại có thứ tự PC-2; PC-1; PCB-3 và PCB-1. Điều này được lý giải là do bên cạnh cường độ xi măng, cường độ bê tông còn phụ thuộc vào tỷ lệ X/N, hệ số chất lượng vật liệu và ở đây đã điều chỉnh lượng dùng nước để giữ nguyên độ sụt của các hỗn hợp bê tông sử dụng các loại xi măng khác nhau.
Khi sử dụng phụ gia, cường độ bê tông có sự thay đổi đáng kể. Nhìn chung, bê tông sử dụng phụ gia ở các độ tuổi từ 3 ngày đến 28 ngày đều có cường độ chịu nén lớn hơn so với cường độ chịu nén của mẫu đối chứng. Với cường độ chịu kéo khi uốn, một vài trường hợp cường độ mẫu sử dụng phụ gia có giá trị nhỏ hơn cường độ mẫu đối chứng. Điều này có thể do sự khác biệt trong cơ chế phá hoại khi chịu nén và khi chịu uốn cũng như ảnh hưởng của hàm lượng bọt khí trong bê tông đến cơ chế phá hoại dưới hai dạng tác động.
Đánh giá mức độ gia tăng cường độ chịu nén của mẫu sử dụng phụ gia so với mẫu đối chứng cho thấy có sự tương quan nhất định với khả năng giảm nước của phụ gia tương ứng với từng loại xi măng. Trong trường hợp phụ gia S1, khả năng giảm nước tốt nhất được xác định là ứng với xi măng PC-2 và tương ứng với nó là mức độ gia tăng cường độ lớn nhất. Bên cạnh đó, với xi măng PCB-1, mặc dù cường độ xi măng khá cao nhưng cường độ bê tông đối chứng và bê tông sử dụng phụ gia đều thấp hơn so với các loại xi măng còn lại. Hiện nay, với xi măng pooc lăng hỗn hợp, không bắt buộc phải công bố lượng dùng và chủng loại phụ gia khoáng sử dụng. Do thiếu các thông tin này nên việc phân tích kỹ các ảnh hưởng để có đánh giá chính xác về nguyên nhân gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, có thể thấy rằng, ở đây có thể tương tác giữa phụ gia giảm nước và phụ gia khoáng sử dụng trong xi măng pooc lăng hỗn hợp, sự thay đổi về lượng dùng nước cũng như hàm lượng bọt khí trong bê tông đã đóng vai trò nhất định.
Tổng hợp các kết quả trên đây cho thấy loại xi măng và phụ gia sử dụng có ảnh hưởng qua lại mật thiết đến các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. Xi măng kết hợp phụ gia cho hiệu quả giảm nước tốt, đồng thời cũng có hiệu quả về cường độ. Ví dụ cường độ nén, uốn ở tuổi 3, 7, 28 ngày của các cặp xi măng - phụ gia có giá trị tương ứng: PCB-3 - S2 (nén 147/174/156, uốn 129/138/108%), PC-2 - S1 (nén 166/162/149%, uốn 44/106/125%) và PC-1 - S2 (nén 146/146/143, uốn 129/120/113), trong khi các cặp có hiệu quả giảm nước yếu tương hợp yếu hơn thường có cường độ thấp hơn.
Ở đây cũng có thể nhấn mạnh thêm về vai trò quan trọng của lượng dùng phụ gia, Dùng đúng liều lượng (theo khuyến cáo của nhà sản xuất hoặc thí nghiệm) sẽ đảm bảo duy trì được các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. Dùng quá liều có thể nâng cao mức giảm nước, nhưng có thể gây thiệt hại cho các tính chất khác của hỗn hợp bê tông (như thời gian đông kết, độ tách nước, tách vữa,...) và bê tông (như cường độ nén, uốn ở tuổi sớm).
4. Kết luận
Kết quả nghiên cứu trên cho thấy hiệu quả của phụ gia giảm nước phụ thuộc nhiều vào chủng loại xi măng sử dụng. Với cùng một loại phụ gia giảm nước, khi thay đổi chủng loại xi măng thì khả năng giảm nước, thời gian đông kết, cường độ bê tông cũng như các tính chất khác có thể thay đổi đáng kể. Để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của bê tông cần phải lựa chọn tổ hợp xi măng - phụ gia phù hợp.
Các tổ hợp xi măng - phụ gia cho khả năng giảm nước cao sẽ có hiệu quả tốt về gia tăng cường độ bê tông. Trong kiểm tra chứng nhận phụ gia việc công bố chủng loại và tính chất xi măng sử dụng sẽ có ý nghĩa tham khảo rất tốt cho các đơn vị sản xuất. Ngoài ra, cũng nên đánh giá thêm hiệu quả của phụ gia với lượng dùng khác nhau và với các loại xi măng khác nhau để xác định phương án vật liệu phù hợp mà phụ gia có thể phát huy tối đa khả năng của mình.
Lựa chọn lượng nước trộn ban đầu khi thiết kế thành phần bê tông cần căn cứ theo khả năng giảm nước của phụ gia ứng với tỷ lệ phụ gia và loại xi măng cụ thể sử dụng. Nhà sản xuất phụ gia nên thiết lập và cung cấp các số liệu thí nghiệm thực tế để khuyến cáo chi tiết về hiệu quả của phụ gia khi sử dụng với các loại xi măng khác nhau.
(Hết)
Tài liệu tham khảo
1. Батраков В.Г (1998). Модифицированные бетоны. М., Стройиздат, 1998, 768 с.
2. Advanced Concrete Technology (2003). Constituent Materials. Ed. John Newman, Elsevier, 280 p.
3. Li Zongjin Advanced Concrete Technology. 2011, Wiley, 506 p.
4. Ратинов В.Б., Розенберг Г.И (1989). Добавки в бетон. М., Стройиздат, 188 с.
5. Юнг В.Н., Тринкер Б.Д (1960). Поверхностноактивные гидрофильные вещества и электролиты в бетонах. М., Госстройиздат, 166 с.
6. Ramachandran V.S (1996). Concrete Admixtures Handbook. Properties, Science and Technology. 2nd Ed. 1183 p.
VLXD.org (TH/ Tạp chí KHCNXD)