Khái lược về phụ gia bê tông
1. Đặc tính của một số loại phụ gia chủ yếu
Theo hiệu quả làm việc, chúng ta có thể phân loại như sau:
1.1 Phụ gia cuốn khí
Loại phụ gia này có tác dụng tạo ra rất nhiều các bọt khí nhỏ trong bê tông để nâng cao khả năng chịu đóng băng và tan của bê tông, tăng tính linh động của bê tông khi đổ bê tông trong vùng nhiệt độ thấp. Tác dụng của loại phụ gia này sẽ giảm khi tăng nhiệt độ trong bê tông và hàm lượng xi măng cao, có trộn chất độn tro bay.
1.2 Phụ gia giảm thấm nước
Là loại phụ gia để giảm mức độ truyền dẫn hơi nước ẩm tiết ra trong dạng lỏng hay hơi nước từ trong bê tông hay đi qua bê tông. Các loại phụ gia này bắt nguồn từ các loại vật liệu hạt nhỏ có tính pozzolanic nghĩa là nó có thể phản ứng với hydroxide calci được giải phóng từ sự thuỷ hóa xi măng để tạo ra một thành phần có tính xi măng chèn vào các lỗ trống.
1.3 Phụ gia đông cứng nhanh
Dùng để trợ giúp đổ bê tông trong thời tiết lạnh, cho phép kết thúc việc đổ bê tông và có thể tháo dỡ ván khuôn sớm. Loại phụ gia này có thể dùng trong điều kiện để trám chỗ rò rỉ do áp lực nước, kết thúc việc sữa chữa kết cấu sớm hơn.
Tác dụng của loại phụ gia này làm tăng nhanh quá trình ninh kết, tăng nhanh cường độ bê tông trong thời gian ban đầu nhưng nó có thể làm giảm cường độ lâu dài của bê tông.
Nên chú ý rằng nếu dùng quá liều lượng sẽ làm cho bê tông giảm cường độ chịu lực. Trong phụ gia đông cứng nhanh có ion clo nên nó có khuynh hướng gia tăng gỉ cho các kết cấu thép chôn vào bê tông.
1.4 Phụ gia làm chậm đông cứng
Phụ gia này dùng để đổ bê tông trong thời tiết quá nóng, hoặc đổ bê tông với khối lượng lớn, để loại trừ các mối nối nguội. Nó có tác dụng tốt khi chuyên chở bê tông hoặc vữa với cự ly quá xa.
Tác dụng của loại phụ gia này làm chậm đông cứng bê tông, nó làm giảm cường độ bê tông ở tuổi ban đầu (đến 7 ngày) nhưng không làm giảm cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày.
Vật liệu dùng để chế tạo loại phụ gia này là các loại axit Lignosulphonic, axit hydroxy carborylic và các muối của nó. Để có được hiệu quả chậm đông cứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ của bê tông, thành phần hóa học của xi măng và hàm lượng xi măng trong bê tông.
Nếu hàm lượng phụ gia quá nhiều làm cho cường độ bê tông chậm phát triển, có khi cường độ bê tông dừng phát triển cho đến khi hàm lượng không khí trong bê tông không thừa, bê tông không được phép khô trong khi tiếp tục phát triển cường độ có nghĩa là phải kéo dài thời gian bảo dưỡng một cách thích hợp. Việc cho quá liều lượng phụ gia chậm đông cứng dẫn đến làm giảm cường độ của bê tông.
1.5 Phụ gia trợ bơm
Là loại phụ gia để cho bê tông trơn hơn, dễ dàng bơm bê tông cho cự ly xa tránh phân tầng bê tông. Tác dụng của loại phụ gia này là ép nước ở trong hồ xi măng, làm cho hồ xi măng trở nên dẻo hơn và chui vào các khe hở của cốt liệu làm cho bê tông trơn.
Loại phụ gia này chỉ dùng cho bê tông được thiết kế với cấp phối giành cho bê tông bơm không phải để biến loại bê tông được thiết kế với cấp phối bình thường trở thành bê tông bơm.
1.6 Phụ gia bê tông nở
Phụ gia này làm tăng thể tích của vữa hoặc của bê tông để sản xuất vữa bơm cho bu lông neo, chèn chân cột, sản xuất bê tông tự ứng suất. Loại phụ gia này hoạt động trong lúc thuỷ hóa xi măng hoặc tự nở hoặc phản ứng với các thành phần khác của bê tông tạo ra sự trương nở. Vật liệu của loại phụ gia có thể có ba loại. Loại có chứa sắt và chất gia tăng oxit, loại phụ gia tạo khí chứa bột nhôm, loại có chứa oxit calci tự do.Do đó khi dùng phải xem xét kỹ việc dùng với các phụ gia khác cho tương thích, nếu không bê tông sẽ bị phá hoại. Việc dùng quá liều lượng phụ gia sẽ làm cho bê tông bị phá vỡ do lực giãn nở trong bê tông.
1.7 Phụ gia tự bảo dưỡng bê tông (Rehocure)
Bắt đầu từ năm 1988 nhà sản xuất MBT (chi nhánh tại Úc) có đưa ra một loại phụ gia tự bảo dưỡng 736 (Rechocure 736). Với loại phụ gia này (liều lượng 5 lít/m3 bê tông) thì bê tông không cần bảo dưỡng mà bê tông vẫn đạt cường độ, giảm tỷ lệ lỗ rỗng và độ chống mài mòn tương đương như các phương pháp bảo dưỡng bằng nước hoặc bằng màng bọc thông thường, đặc biệt trị số co ngót dẻo của bê tông giảm đi so với bê tông được bảo dưỡng bằng phương pháp thông thường.
Các phương pháp bảo dưỡng thông thường là tưới nước ở mặt ngoài bê tông hoặc giữ nước ở mặt ngoài của bê tông (màng bọc), cơ cấu của tự bảo dưỡng là tạo ra dính kết hydrogen giữa các phân tử nước với nhóm OH trên một phân tử Polyme.
Ngoài ra có nhiều loại phụ gia khác như phụ gia chống ăn mòn, phụ gia giảm co ngót.
1.8 Phụ gia hóa dẻo để giảm nước trong bê tông
Phụ gia giảm nước có tác dụng phân tán các hạt xi măng làm tăng độ chảy của bê tông và làm tăng tính linh động của bê tông do đó có thể giảm lượng nước trong bê tông. Tuy nhiên những chất hóa học làm tăng tính linh động thông thường lại có tác dụng làm chậm quá trình thuỷ hóa xi măng và do đó ảnh hưởng đến thời gian ninh kết của bê tông nên người ta cần phải bù một lượng thích hợp các hóa chất tăng nhanh đông cứng. Thành phần hóa học của loại phụ gia này dùng loại gốc Lignosulphonate. Các nghiên cứu chỉ ra rằng dùng loại phụ gia này làm tăng co ngót khô và từ biến của bê tông.
1.9 Phụ gia siêu dẻo giảm nước cao
Phụ gia siêu dẻo là loại có thể giảm lượng nước trong bê tông rất nhiều, nhưng nó khác với loại phụ gia giảm nước bình thường là nó không ảnh hướng tới thời gian ninh kết của bê tông. Bởi vậy nó có thể tạo ra các loại bê tông có độ linh động cao. Ở giai đoạn đầu tiên khi mới phát triển phụ gia siêu dẻo, tác dụng của phụ gia chỉ kéo dài trong thời gian 30 phút cho nên phải kiểm tra rất chặt chẽ thời điểm mà chất phụ gia được trộn vào bê tông. Ngày nay đã sản xuất các loại phụ gia mà thời gian tác dụng của nó vượt qua giới hạn này rất nhiều, có thể kéo dài 180 phút. Thành phần hóa học của loại phụ gia này thường là các loại:
+ Melamine formaldehyde
+ Naphthalene formaldehyde hoặc là các loại khác.
Phụ gia siêu dẻo có thể được dùng với mục đích:
- Tăng tính linh động của bê tông khi vẫn giữ tỷ lệ nước – xi măng (N/X) cố định.
- Tăng cường độ của bê tông bằng cách giảm lượng nước. Thế hệ phụ gia siêu dẻo đầu tiên có thể giảm nước được 25%, ngày nay có loại giảm được 30% nước và có loại giảm được 40% nước.
Trong phạm vi tăng độ linh động của bê tông có thể làm cho bê tông đạt tới độ sụt 200mm. Loại bê tông này có thể tự làm bằng mặt nhưng chưa tự đầm được. Lĩnh vực áp dụng điển hình của phụ gia siêu dẻo cho bê tông trong những trường hợp sau
- Cải thiện việc đổ bê tông và đầm bê tông ở những vùng của cấu kiện bê tông bố trí dày đặc cốt thép và khó tiếp cận.
- Sản xuất bê tông cường độ cao.
- Trợ giúp cho việc bơm bê tông đi xa hơn và cao hơn.
Khi dùng phụ gia siêu dẻo cần phải chú ý những điểm sau đây:
- Chọn loại thích hợp cho loại xi măng nhất định theo chỉ dẫn của nhà sản xuất và với liều lượng theo điều kiện cụ thể.
- Mặc dầu bê tông có phụ gia siêu dẻo có thể tự làm bằng mặt nhưng vẫn phải được đầm chặt.
- Phải chú ý làm ván khuôn cho chặt khít tốt để bê tông không bị rò chảy ra ngoài do độ linh động cao.
- Khi bơm bê tông với phụ gia siêu dẻo cần có máy bơm dự phòng vì nếu máy bơm bị hỏng thì không có thời gian để chữa máy bơm.
- Trong trường hợp dùng phụ gia siêu dẻo có tác dụng trong thời gian từ 2 đến 3 giờ thì mới được phép trộn thêm phụ gia ở trạm trộn.
2. Phân loại phụ gia siêu dẻo theo thành phần hóa học
Phần trên đã trình bày chi tiết về phụ gia siêu dẻo để giảm hàm lượng nước trong bê tông. Trong phần này sẽ trình bày chi tiết hơn về phụ gia siêu dẻo. Bởi vì khi giảm hàm lượng nước trong bê tông sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bê tông. Yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ bền lâu của bê tông là độ đặc chắc của bộ khung xương của bê tông. Khi độ đặc chắc cao thì độ rỗng (độ xốp) thấp dẫn đến tính kháng cacbonát hóa cao, bê tông có tuổi thọ cao, chi phí giá thành duy tu thấp.
Từ năm 1919 Duff Abram đã đưa ra định luật quan hệ giữa tỷ lệ N/X với cường độ của bê tông.
Trong đó W/C là tỷ lệ nước-ximăng; K1,2 là các hằng số thực nghiệm, fc là cường độ bê tông.
Muốn đạt được bê tông có chất lượng cao cần sử dụng phụ gia siêu dẻo giảm nước cao để giảm tỷ lệ N/X.
Nếu theo thành phần hóa học thì phụ gia siêu dẻo có những loại sau đây.
2.1 Phụ gia siêu dẻo gốc Lignosulphonate (LS)
Đây là loại phụ gia siêu dẻo thế hệ đầu, gốc của nó là loại cao phân tử tự nhiên, thành phần chủ yếu của gỗ và cellulose, hiệu quả giảm nước thấp, độ giảm nước tối đa 10%.
2.2 Phụ gia siêu dẻo Polyme gốc sulphonate Melamine (MFS)
Phụ gia bê tông thế hệ thứ 2 gốc ure và formaldehyde nó có thể giảm nước tối đa được 25%. Tính năng của loại phụ gia này cho cường độ sớm, thời gian thi công ngắn khi tỷ lệ N/X thấp và trong điều kiện khí hậu nóng.
2.3 Phụ gia gốc Naphthalenesulphonate (BNS)
Đây là loại phụ gia thế hệ thứ 2, thu được khi chưng cất than đá, giảm nước tới 25%. Loại phụ gia này cải thiện được tính linh động của bê tông nhưng giảm cường độ ban đầu.
2.4 Phụ gia siêu dẻo gốc Polycarboxylate (PC)
Đây là loại phụ gia bê tông cao cấp thế hệ 2, sản phẩm từ dầu thô. Loại này có thể giảm nước tới 30%. Loại phụ gia này có thể kéo dài thời gian có hiệu, nâng cao khả năng tương thích với các loại xi măng hỗn hợp.
2.5 Phụ gia siêu dẻo gốc Polycarboxylate (PC)
Phụ gia bê tông thế hệ thứ ba, gốc cao phân tử tổng hợp. Nó có thể giảm nước tới 40%. Đặc tính của loại phụ gia này có thể tạo ra các phân tử có các yêu cầu cụ thể. Với tỷ lệ N/X thấp, duy trì được tính linh động của bê tông lâu và bê tông đạt được cường độ cao.
Như vậy với cùng một loại phụ gia siêu dẻo, các loại xi măng khác nhau sẽ tương tác khác nhau. Nếu chọn phụ gia siêu dẻo không tương thích với xi măng sẽ làm cho tính linh động của bê tông mất nhanh theo thời gian. Người ta có thể khắc phục tình trạng này bằng cách kết hợp với chất Polyme Polycarboxylate có tính hấp thụ khác nhau đối với các loại xi măng nhất định. Tính hấp thụ phải được thể hiện trong tương quan có độ linh động cao và duy trì tính linh động lâu. Quá trình hấp thụ nhanh làm cho hồ xi măng có độ chảy ban đầu cao, quá trình hấp thụ của các phân tử chậm sẽ làm duy trì độ linh động (độ chảy) lâu.
Ngày nay người ta đã dùng rộng rãi loại phụ gia Polymer thế hệ mới có khả năng giảm nước cao và duy trì độ linh động tốt để có thể sản xuất bê tông có chất lượng cao.
Lê Văn Tuân