Bê tông tự lèn cho các điều kiện sản xuất và khí hậu phức tạp: Kết quả nghiên cứu từ nước Nga (P2)

>> Phần 1: Tình hình nghiên cứu, sản xuất bê tông tự lèn trên thế giới

Phần 2: Bê tông tự lèn hạt mịn cường độ cao và ứng dụng trong thực tế xây dựng của Nga

Năm 2013, tác giả bài viết cùng các đồng sự thuộc Viện nghiên cứu khoa học về bê tông & bê tông cốt thép (Moskva, Nga) đã tiến hành các nghiên cứu bê tông tự lèn thành phần cốt liệu hạt thô. Tiếp nối các công trình khoa học về loại bê tông này, giữa năm 2014, nhóm đã bắt tay nghiên cứu bê tông tự lèn hạt mịn.

Để chế tạo thử nghiệm, nhóm đã tiến hành lựa chọn thành phần vữa hạt mịn, xác định tỷ lệ hợp lý của các cốt liệu mịn và phụ gia siêu dẻo.

Các nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu là:

- Xi măng pooclăng PC 500-D0 theo tiêu chuẩn GOST 10178, hoạt tính 49,0MPa;

- Cát thạch anh theo tiêu chuẩn GOST 8736, Mkr = 2,3; thành phần á sét 2,1%;

- Cốt liệu mịn (vôi bột nghiền) theo GOST 14050, tỷ diện riêng 245 m2/kg;

- Phụ gia siêu dẻo Sika Viscocreat 20 Gold theo tiêu chuẩn TU 2493-009-13613997-2011 dưới dạng vữa thương phẩm.

Từ các nguyên liệu này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thử nghiệm 50 lít vữa bê tông tự lèn trong phòng thí nghiệm. Vữa được đổ vào các hộp khuôn kích thước 10 x 10 x 10 cm.( để xác định cường độ nén và độ bền băng giá), khuôn dầm 4 x 4 x 6 cm (để xác định cường độ uốn và cường độ nén), khuôn hình lăng trụ 10 x 10 x 40 cm (để xác định module đàn hồi). Quá trình kết cứng của các mẫu diễn ra trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 20 ± 30C, và độ ẩm tương đương của không khí trong ngưỡng 97 ± 3%).

Vữa bê tông hạt mịn thu nhận được có tính lưu động cao và hầu như không có sự tách nước.

Các khối mẫu bê tông đã được kiểm nghiệm trong điều kiện băng giá. Việc thí nghiệm được tiến hành ở thời điểm 60 ngày tuổi theo biện pháp tăng cường đóng rắn bê tông được quy định trong GOST 10060. Kết quả cho thấy: mác bê tông về độ bền băng giá đạt F2150.

Việc xác định module đàn hồi của các mẫu hình lăng trụ được tiến hành ở thời điểm 60 ngày tuổi theo tiêu chuẩn GOST 24452. Sự biến dạng đo được nhờ các thiết bị chỉ báo.

Module đàn hồi được tính toán cho từng mẫu ở các mức tải trọng, chiếm 30 và 50% phần bị phá vỡ. Kết quả như sau: E0,3 = 29443 MPa; E0,5 = 27735 MPa; tức là đạt chỉ số tiêu chuẩn.

Một vấn đề khác cần quan tâm khi sản xuất các sản phẩm, các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép là kỹ thuật đổ bê tông trong điều kiện nhiệt độ không khí bên ngoài không thuận lợi.


Tại các công trường xây dựng của Nga, về mùa đông - theo nguyên tắc - mô hình bê tông “nóng” sẽ được thực hiện. Để có thể tiến hành thi công một cách đều đặn trong thời tiết lạnh giá, để vữa bê tông không kơp nguội tới nhiệt độ không cho phép, các nhà sản xuất bê tông thường sử dụng phụ gia kháng băng vốn khá đắt tiến trên thị trường xây dựng. Chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ phụ gia đặc biệt này, giá thành 01 m3 vữa bê tông đã có thể tăng gấp nhiều lần. Do đó, phương châm của các nhà sản xuất là tiết kiệm tối đa phụ gia kháng băng.

Ngoài ra, nhiệt độ thất thường trong mùa đông khắc nghiệt, việc đổ bê tông bị chậm trễ vì vận chuyển vữa xa, quãng đường băng tuyết khó lưu thông, tất cả sẽ dẫn tới độ bền băng giá của bê tông bị ảnh hưởng rất lớn.

Từ thực tế đó, nghiên cứu của các nhà khoa học Viện bê tông & bê tông cốt thép hướng vào mục tiêu mới: làm thế nào để phát huy những đặc tính của bê tông tự lèn, nhằm nâng cao chất lượng của các kết cấu đúc khuôn toàn khối trong điều kiện mùa đông. Các tính chất của bê tông tự lèn kết cứng ở nhiệt độ thấp đã được các tác giả thử nghiệm với việc sử dụng phụ gia kháng băng và không sử dụng phụ gia này.

Phương pháp sưởi bằng nhiệt cho bê tông sau công đoạn đổ vào cốp pha khá phổ biến và được rất nhiều đơn vị xây dựng áp dụng. Chính vì thế, để đánh giá hiệu quả của phụ gia kháng băng trong bê tông tự lèn khi thi công đổ bê tông vào mùa đông, các nhà khoa học đã áp dụng phương pháp “bê tông nóng”.

Mô tả phương pháp như sau: Vữa bê tông được đổ vào các khuôn kim loại nguội (để tạo hình trong những điều kiện khắc nghiệt trên công trường thi công). Các khối mẫu có cạnh 10 cm được đặt trong những khoang nhiệt quy định là -15 độ C trong vòng 04 giờ đồng hồ, theo đúng quy định trong tiêu chuẩn GOST 30459. Sự kết cứng sau đó sẽ diễn ra trong điều kiện tiêu chuẩn.

Qua các thí nghiệm tính chất, bê tông tự lèn sau khi đúc khuôn ở nhiệt độ -15 độ C không sử dụng phụ gia kháng băng, có chỉ số cường độ giảm hẳn. Bên cạnh đó, trên các mẫu còn phát hiện thấy các vết nứt. Điều này liên quan tới sự biến đổi cấu trúc của bê tông và lượng nước tự do để có thể đóng băng bị giảm hẳn trong thành phần vữa bê tông. Nguyên nhân có thể là do sự có mặt của các phần tử cốt liệu mịn (kích thước hạt nhỏ hơn 20 mkr), cũng như việc trong vữa có chất phụ gia trên cơ sở polycarboxylat làm biến đổi cấu trúc đá xi măng và bê tông. Do đó, để đảm bảo cường độ tiêu chuẩn của sản phẩm bê tông sau khi đúc khuôn, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thành công và đề xuất phương án: cấp nhiệt cho bê tông sau công đoạn đổ bê tông vào cốp pha. Phương pháp này sau khi thử nghiệm thành công đã nhanh chóng được phổ biến và được rất nhiều doanh nghiệp xây dựng trong nước (Nga) áp dụng.

Nhóm tác giả cũng đang thực hiện một nghiên cứu khác - chất kết dính trong điều kiện nhiệt độ thấp, qua đó đi tới kết luận: khi sử dụng chất kết dính này với tỷ diện riêng 550 - 600 m2/kg, việc tiêu hao phụ gia kháng băng giá giảm rõ rệt. Các nghiên cứu trên đây cũng xác định rõ sự phụ thuộc giữa mức độ nhiễm lạnh (mức độ đóng băng) của bê tông và tỷ diện riêng của chất kết dính. Khi chất kết dính có tỷ diện hơn 550 m2/kg, diện tích phần bê tông bị nhiễm lạnh giảm rõ rệt (ở nhiệt độ kết cứng tới -200C). Tác hại từ việc tính bền băng giá của bê tông bị phá vỡ hầu như không còn. Cường độ nén và cường độ uốn của bê tông thành phẩm đều vượt sự mong đợi.

Bê tông tự lèn hạt mịn cường độ cao từ các thử nghiệm của nhóm tác giả có module đàn hồi tương ứng không lớn, do đó ngăn ngừa hiện tượng “hóa giòn” - khá đặc trưng cho các bê tông nặng truyền thống có cường độ trên 40 MPa. Trong thời gian tới đây, các nhà nghiên cứu của Viện Nghiên cứu khoa học bê tông & bê tông cốt thép Nga sẽ tiếp tục nghiên cứu đặc tính chảy rão của bê tông tự lèn, tiếp tục hoàn thiện các công nghệ ứng dụng loại bê tông này vào thực tế xây dựng của Nga.