Ứng dụng trong bê tông
Các loại phụ gia thông dụng sử dụng trong bê tông
1/ Định nghĩa phụ gia trong bê tông
Một vật liệu không phải là nước, cốt liệu hoặc xi măng được sử dụng như một thành phần của bê tông hoặc vữa để kiểm soát thời gian đông kết và đông cứng sớm, khả năng thi công hoặc để cung cấp các đặc tính bổ sung của xi măng.
Phụ gia của bê tông thường được sử dụng để thay đổi các đặc tính của bê tông (chẳng hạn như tăng khả năng làm việc hoặc giảm hàm lượng nước, tăng tốc hoặc làm chậm thời gian đông kết, tăng tốc phát triển cường độ và cải thiện khả năng chống lại các cuộc tấn công của thời tiết và hóa học) để làm cho nó phù hợp hơn với mục đích cụ thể. Ví dụ, canxi clorua có thể được sử dụng để tăng tốc độ phát triển cường độ của bê tông khối lớn trong mùa đông. Phụ gia cuốn khí để cải thiện đáng kể khả năng làm việc của bê tông và do đó cho phép sử dụng cốt liệu thô hơn và cấp phối kém hơn.
2/ Tại sao phụ gia được sử dụng?
Trong nhiều thập kỷ, người ta đã nỗ lực để có được bê tông với các đặc tính mong muốn nhất định như cường độ nén cao, khả năng làm việc cao và các thông số hiệu suất và độ bền cao để đáp ứng yêu cầu phức tạp của kết cấu hiện đại. Các đặc tính thường được nhắm để điều chỉnh là nhiệt của quá trình thủy hóa, tăng tốc hoặc làm chậm thời gian đông kết, khả năng làm việc, giảm nước, phân tán và cuốn khí, các yếu tố độ thấm, độ ăn mòn và độ bền.
3/ Phân loại phụ gia
- Phụ gia hóa học
- Phụ gia khoáng
Những lý do chính để sử dụng phụ gia hóa học trong hỗn hợp bê tông là:
- Để cải thiện được các đặc tính cụ thể trong bê tông tươi và bê tông đã đóng rắn
- Để duy trì tính đồng nhất của hỗn hợp bê tông ở các độ sụt khác nhau
- Để khắc phục một số trường hợp trong quá trình đổ bê tông
- Để làm làm giảm chi phí sản xuất bê tông
- Để cho phép sử dụng nhiều lựa chọn vật liệu để sản xuất bê tông hơn( các nguồn cát đá xi măng….
Theo Tiêu chuẩn Việt NamTCVN 325:2004 thì có 7 loại phụ gia hoá học dùng cho bê tông xi măng pooc lăng gồm:
- Phụ gia hoá dẻo giảm nước, ký hiệu loại A;
- Phụ gia chậm đông kết, ký hiệu loại B;
- Phụ đóng rắn nhanh, ký hiệu loại C;
- Phụ gia hoá dẻo – chậm đông kết, ký hiệu loại D;
- Phụ gia hoá dẻo – đóng rắn nhanh, ký hiệu loại E;
- Phụ gia siêu dẻo (giảm nước mức cao), ký hiệu loại F;
- Phụ gia siêu dẻo – chậm đông kết, ký hiệu loại G.
Tiêu chuẩn Mỹ ASTM C.494-86 thì chia làm
- Loại A: phụ gia giảm nước.
- Loại B: phụ gia chậm ninh kết.
- Loại C: phụ gia nhanh ninh kết.
- Loại D: phụ gia giảm nước và chậm ninh kết.
- Loại E: phụ gia giảm nước và nhanh ninh kết.
- Loại F: phụ gia giảm nước và nhanh ninh kết cao cấp (siêu dẻo).
- Loại G: phụ gia giảm nước và chậm ninh kết cao cấp (siêu dẻo).
Theo tiêu chuẩn ACI – viện bê tông mỹ thì chia làm
- Phụ gia tăng nhanh hóa rắn
- Phụ gia giảm nước vàđiều chỉnh tốcđộninh kết
- Phụ gia cho vữa trám trong công tác khoan phụt
- Phụ gia tăng hàm lượng khí trong bê tông
- Phụ gia nở
- Phụ gia chống thấm
- Phụ gia trám vá sửa các kết cấu bị hư hỏng.
- Phụ gia hạn chế tương tác có hại của silic-kiềm
- Phụ gia ức chế ăn mòn kim loại
- Phụ gia diệt nấm khuẩn và côn trùng
- Phụ gia điều chỉnh sựtách nước
- Phụ gia tạo màu sắc.
- Các phụ gia khoáng
Theo thống kê hiện nay các bạn có thể thấy các loại Phụ gia bê tông phổ biến nhất là Phụ gia tăng dẻo, siêu dẻo giảm nước, Phụ gia chống thấm, Phụ gia nở và không co, Phụ gia khoáng, Phụ gia sửa chữa kết cấu.
3.1 Phụ gia giảm nước
Lignosulfonat là các sản phẩm phụ của sản xuất giấy (nước bã giấy) bằng phương pháp hoá học, nó bao gồm việc làm tan lignin của gỗ bằng bisulfit tẩy rửa. Chúng thể hiện dưới dạng một chất lỏng, hoặc dạng bột mịn, mịn hơn xi măng và có thể tan rễ ràng trong nước.
Tác dụng :
- Tăng độ sụt hỗn hợp bê tông
- Giảm nước thấp: mức độ giảm nước tối đa là 12%
- Giảm lượng xi măng, tăng cường độ
- Có tác dụng làm chậm đông kết khi sử dụng hàm lượng cao
Lignosulfonat cũng tham gia vào thành phần của các Phụ gia khác như là Phụ gia cuốn khí, chất làm chậm đông cứng hoặc các chất kỵ nước.
– Xà phòng nhựa hoặc abietat kiềm, natri hoặc kali.
– ALkylary sulfonat (LAS), chất tẩy rửa tổng hợp mà các mắt xích chứa 12 – 20 cacbon. Lignosulfonat trước hết là chất giảm nước, abietat kiềm và Alkylary sulfonat (LAS) trước hết là chất cuốn khí.
Cơ chế tác dụng của Phụ gia giảm nước như sau:
Tác dụng giảm nước do giảm sức căng bề mặt
Khi cho Phụ gia giảm nước vào hỗn hợp bê tông các phân tử trong Phụ gia tan vào dung dịch, hấp phụ lên bề mặt các pha rắn (các hạt xi măng, cát, đá và các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng) và làm giảm sức căng bề mặt phân chia giữa pha rắn và lỏng, làm chiều dày màng nước bao quanh pha rắn giảm đi. Hay nói cách khác, các pha rắn trượt lên nhau dễ dàng như cũ với màng nước phân cách có chiều dày nhỏ hơn. Tức là đối với hỗn hợp bê tông , khi dùng Phụ gia giảm nước để có độ linh động không đổi thì sẽ cần một lượng nước trộn ít hơn. Nếu giữ nguyên lượng nước trộn thì lượng nước dôi ra do dùng Phụ gia giảm nước sẽ làm cho hỗn hợp bê tông có độ linh động cao hơn.
Giảm nước do cuốn khí
Khi làm giảm sức căng bề mặt của nước, các phần tử hoạt động bề mặt trong Phụ gia thường làm tăng mức cuốn khí vào hỗn hợp bê tông trong quá trình trộn. Lượng khí cuốn vào trong hỗn hợp bê tông cũng có tác dụng tăng độ sụt. Bọt khí cuốn vào trong hỗn hợp bê tông được phân bố đều, có kích thước nhỏ và có tác dụng như các đệm trên đó các pha rắn trượt lên nhau rễ dàng hơn. Thông thường cứ tăng 1% lượng khí cuốn vào có thể giảm tương ứng 1% lượng nước trộn
3.2 Phụ gia kéo dài thời gian ninh kết
Phụ gia bê tông mà khi cho vào hỗn hợp bê tông có tác dụng kéo dài thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông .
Các nguyên liệu thường có trong thành phần của Phụ gia làm chậm đông cứng bán ngoài thị trường là các chất hữu cơ thuộc các loại sau đây:
– Các Lignosulfonat canxi, natri và amonium, chúng chứa ít nhiều đường thường kéo dài sự hòa tan của C3A và C3S.
– Các axit và các muối của axit hyđroxy cacboxilic;
– Các hydrat cacbon: gluco, sacaro, tinh bột, xenlulô.
Tác dụng của chúng có thể biểu hiện ở mức độ khác nhau phụ thuộc tính chất của ximăng và các liều lượng sử dụng. Nói chung, các chất làm chậm đông cứng giảm nhiều cường độ ở tất cả các ngày tuổi ban đầu và giảm nhiệt thuỷ hoá một cách tương ứng
Cơ chế:
- Hấp thụ lên bề mặt các khoáng xi măng, làm chậm phản ứng hydaration, giảm cường độ sớm, tuy nhiên có thể tăng cường độ trễ, tăng khả năng tách nước.
- Để giảm tối thiểu liều lượng của retarter với cùng hiệu quả mong muốn và giảm được các ảnh hưởng khác, retarder nên được thêm vào bê tông càng trễ càng tốt (trước khi thi công), để tạo điều kiện cho phản ứng giữa C3A và sulphate
Chú ý:
- Việc sử dụng liều lượng không phù hợp có thể dẫn đến việc chậm đông cứng và giảm cường độ sớm
- Cường độ trễ sẽ tốt.
- Cần khảo sát kĩ liều lượng trong cấp phối.
3.3 Phụ gia siêu dẻo
Phụ gia bê tông siêu dẻo là loại Phụ gia có thể làm giảm lượng nước trong khi trộn hỗn hợp bê tông tươi rất nhiều, nhưng nó khác với loại Phụ gia giảm nước bình thường là nó không ảnh hưởng tới thời gian ninh kết của bê tông .
Thành phần hoá học của Phụ gia này thường là các loại:
- Phụ gia gốc Sulfonates Napthalene Formaldehyte (SNF): Giảm nước tối đa 25%, giảm cường độ ban đầu
- Phụ gia gốc Sulfonates Melamine Formaldehyte (SMF): giảm nước đến 25%, tăng cường độ ban đầu.
- Phụ gia gốc Vinylcopolymer giảm nước đến 30%, kéo dài thời gian ninh kết, thích hợp xi măng hỗn hợp.
- Phụ gia gốc Polycacboxylate thế hệ 3 và 4: Giảm nước đến 40%, tính công tác cao, cường độ sớm tốt.
Cơ chế của phụ gia siêu dẻo
Hóa dẻo do giảm sức căng bềmặt
– Chất hoạt động bề mặt bao gồm 2 phần:
+ Phần phân cực
+ Phần không phân cực
– Cơ chế:
+ Phần không phân cực hấp phụ vào các hạt pha rắn làm giảm sức căng bề mặt phân chia pha rắn – lỏng.
+ Phần phân cực tan vào trong nước
Hóa dẻo cuốn khí
– Khi làm giảm sức căng bề mặt PGSD đồng thời có tác dụng cu ốn khí
– Các bọt khí trong bê tông có tác dụng như tấm đệm làm cho pha rắn trượt lên nhau dễ dàng hơn
Cơ chế hóa dẻo do chống kết dính và chống keo tụ
– Hóa dẻo do lực đẩy tĩnhđiện (SNF), SMF
– Hóa dẻo do lực đẩy không gian (polycacboxylate)
Mô hình hoạt động của phụ gia hóa dẻo
3.4 Phụ gia cuốn khí (Air- entraining admixtures)
Là loại Phụ gia bê tông có tác dụng tạo ra rất nhiều các bọt khí nhỏ ( đường kính chủ yếu 0.25-1mm) 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 bê tông này sẽ giảm khi tăng nhiệt độ trong bê tông và hàm lượng xi măng cao, có trộn chất độn tro bay.
Các nguyên liệu gốc thường được sử dụng để sản xuất Phụ gia cuốn khí là các loại sau đây:
– Lignosulfonat và abietate natri, muối của Etanoamin, sunfonat rượu béo, alkylarylsulfonat, xà phòng kiềm của axit béo…
Cơ chế
Phụ gia cuốn khí là hỗn hợp các chất có 2 đầu, 1 đầu không phân cực và 1 đầu anion ( cực âm) được thể hiện trong hình bên dưới.
Ban đầu hỗn hợp sẽ kết hợp với không khí tạo nên các quả cầu bọt khí với về mặt là các anion
Tại bề mặt pha nước- không khí, các nhóm phân cực sẽ được định hướng về phía nước, hạ thấp sức căng bề mặt, thúc đẩy hình thành bong bóng, và chống lại xu hướng phân tán.
Tại bề mặt rắn- nước: các nhóm phân cực của bọt khí sẽ bị hút về phía hạt xi măng và cốt liệu, làm cho hỗn hợp trở nên xốp hơn -> làm cho hỗn hợp bê tông xốp hơn.
Vai trò và tác dụng của Phụ gia cuốn khí
Việc dùng phụ gia cuốn khí sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến ba đặc tính sau của bê tông:
– Tăng khả năng chống đóng băng và rã đông của bê tông
– Cải thiện khả năng làm việc
– Giảm cường độ chịu nén của bê tông ( giảm khối lượng thể tích)
Ngoài ra, việc sử dụng sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính ngẫu nhiên như sau:
– Làm giảm xu hướng phân tầng
– Làm giảm sự tách nước của bê tông.
– Giảm độ thẩm thấu.
– Tăng khả năng chống lại sự tấn công hóa học.
– Cho phép giảm hàm lượng cát, hàm lượng nước, chi phí và giảm nhiệt thủy hóa.
– Giảm khối lượng đơn vị, phản ứng tổng hợp kiềm, mô đun đàn hồi
Lưu ý:
- Hàm lượng bọt khí trong bê tông làm giảm cường độ, 1% bọt khí sẽ làm giảm 5% độ bền nén.Tuy nhiên, khi sử dụng phụ gia cuốn khí, tỷ lệ nước giảm nên cải thiện 1 phần sự sụt giảm cường độ do bọt khí, Với cấp phối thấp (N/X cao), mức độ suy giảm cường độ khi sử dụng phụ gia cuốn khí được giảm thiểu.
- tăng độ mịn của xi măng sẽ làm giảm hàm lượng bọt khí, tăng hàm lượng cát cũng có thể tăng hàm lượng bọt khí, tăng hàm lượng xi măng có thể giảm hàm lượng bọt khí.
- Nhiệt độ tăng làm giảm hàm lượng bọt khí.
3.5 Phụ gia tăng cường đông cứng
Phụ gia bê tông đông cứng nhanh là Phụ gia mà khi cho vào hỗn hợp bê tông có tác dụng rút ngắn thời gian ninh kết của hỗn hợp bê tông
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 .
Cơ chế
Kích hoạt phản ứng hydration (tăng độ hòa tan) của khoáng C3A, C3S và C2S, thường kèm theo hiện tượng mất sụt nhanh và cường độ trễ giảm, do tạo metastable C-S-H trên bề mặt các khoáng, ngăn chặn phản ứng lâu dài.
Lưu ý
Việc dùng phụ gia thúc đẩy đông kết gốc chloride dẫn đến việc thúc đẩy ăn mòn cốt thép
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 thường có ion clo nên nó có khuynh hướng gia tăng gỉ cho các kết cấu bê tông cốt thép. Vì thế hiện nay trong sản xuất được khuyến cáo không nên sử dụng Phụ gia có chứa gốc Clo.
Các nguyên liệu để chế tạo Phụ gia bê tông đông cứng nhanh là:
– Clorua: canxi, natri, nhôm. – Các chất gốc kiềm: sút, potat, amoniắc, cũng như các muối của chúng: cacbua, aluminat, borat natri và borat kali, nitrat, nitrit, focmiat canxi.
4. Phụ gia khoáng
Phụ gia khoáng hoạt tính
Phụ gia khoáng là các vật liệu vô cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo có chứa SiO2 hoặc Al2O3 ở dạng hoạt tính
Phân loại
Nhóm X: phụ phẩm của công nghệ luyện gang xỉ lò cao, xỉ hạt nghiền mịn
Nhóm P: Phụ gia hoạt tính Puzoland từ tro núi lửa
Nhóm T: Quá trình đốt than nghiền, than bột
Nhóm S: Phụ gia gốc microsilica, cỡ hạt siêu mịn
- Phụ gia meta caolanh
- Phụ gia silicafum: chứa oxit silic vô định hình
- Phụ gia tro trấu: đốt trấu, nghiền mịn
Hoạt tính puzolan
- Pozzolan là những vật liệu chứa SiO 2 vôđịnh hình hoặc các alumosilicatởcó kích thước hạt rất bé và khi có mặtẩm thì xảy ra phảnứng hóa học với Ca(OH)2 (sản phẩm của quá trình hydrate hóa xi măng) tạo thành những hợp chất có tính chất của xi măng
- Phụgia khoáng hoạt tính khi sửdụng cho bê tông thông thường có hàm lượng không vượt quá 60%
Cơ chế làm tăng cường tính chất của PGKHT
PGKHT có thành phần chủ yếu SiO2 , Al2O3 hoạt tính hoặc Al2O3.2SiO2 và CaO.SiO2 , Al2O3 hoạt tính, Al2O3.2SiO 2 + H2O, Ca(OH)2→ CSH, CAH bền vững và làm tăng cường độ của đá xi măng.
Lấp đầy các khoảng trống do các hạt cốt liệu , các lỗ trống do quá trình mất nước của gel để lại
4.1 Phụ gia khoáng hoạt tính xỉ
4.1.1 Tổng quan về xỉ
– Xỉ là sản phẩm tạo thành của ngành công ngiệp luyện kim
– Thành phần chủy ếu là SiO 2 vôđịnh hình và các alumosilicat của CaO
– Kích thước hạt của xỉthường < 45μm
– Xỉcó thểlà chất kết dính độc lập
4.1.2 Ảnh hưởng đến tính chất
- Giảm lượng nước sửdụng
- Tăng thời gian bắtđầu và kết thúcđông kết
- Giảm lượng nhiệt của quá trình hydrat hóa
- Giảm phản ứng akali – cốt liệu, tăng khả năng chống phản ứng hóa học
4.2 Silicafume
4.2.1 Tính chất
- kích thước hạt (trung bình): 0,1 đến 0,5 µm
- hạt hình cầu, thường kết tụ
- cấu trúc vô định hình
- Khối lượng : 2,1 – 2,25
- Thành phần hóa: Thường chứa 85%-98% SiO2
4.2.2 Ảnh hưởng tính chất
- Tăng lượng nước nhào trộn
- Gỉam khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp vữa và bê tông
- Tăng cường độ của vữa hoặc bê tông
- Gỉam ASR và tăng khả năng chống phảnứng hoá học
4.3 Tro bay
- 4.3.1 Tổng quan
- Là sản phẩm của quá trình cháy của nhiên liệu (than và các thành phần khác) trong các nhà máy nhiệtđiện
- Thành phần chủ yếu là các SiO2 , Al2O3 pha thủy tinh và các oxyt Fe2O3 , CaO. Trong tro bay hàm lượng pha tinh thểr ất ít.
- Fly ash có cỡhạt từ1-100μm, cỡhạt trung bình khoảng 20μm có dạng hình cầu hoặc hình cầu rỗng
- Có thểcó tính thủy lực
4.3.2 Phân loại
Theo ASTM C618, tro bayđược phân loại theo hàm lượng CaO và C dư
- Loại F: hàm lượng CaO≤10% và C dư ≤5%
- Loại C: hàm lượng CaO có thể đến 30% và C dư ≤2%
4.3.3 Ảnh hưởng đến tính chất
- Hàm lượng tro bay tăng, thời gian ninh kết dài, cường độ sớm thấp
- Hàm lượng tro bay tăng, lượng nước tiêu chuẩn giảm , tăng tính công tác.
- Giảm khả năng tách nước, phân tầng của hỗn hợp bê tông
- Làm giảm nhiệt thủy hóa của BT
- Làm giảm khả năng phảnứng ASR
- Tăng khả năng chống phản ứng hóa học của BT
- Hàm lượng bọt khí giảm
- Khả năng bơm tăng
4.4 Tổng hợp 1 số ảnh hưởng đến tính chất bê tông
