Giải pháp, Ứng dụng trong bê tông

P2. Ảnh hưởng của đặc tính cốt liệu thô đến bê tông cường độ cao, độ sụt thấp

Posted on by vlpus

Ảnh hưởng của đặc tính cốt liệu thô đến bê tông cường độ cao, độ sụt thấp

Giới thiệu:

Bê tông cường độ cao (High Strength Concrete – HSC) với cường độ nén >80 MPa cực kỳ nhạy cảm với các đặc tính của cốt liệu thô. Trong các hỗn hợp bê tông có độ sụt thấp (low-slump), thường được sử dụng trong các cấu kiện đúc sẵn có bảo dưỡng nhiệt, việc lựa chọn loại đá, hình dạng và kết cấu bề mặt có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển cường độ và khả năng thi công.

Tài liệu này trình bày phân tích chi tiết về cách các đặc điểm của cốt liệu thô – bao gồm loại đá (granite, basalt, đá vôi…), tỷ trọng, độ hút nước, hình dạng (thoi dẹt hay lập phương), kết cấu bề mặt, kích thước lớn nhất và cấp phối – ảnh hưởng đến hiệu suất của bê tông cường độ cao, độ sụt thấp. Ngoài ra, tài liệu còn xem xét các tương tác vi cấu trúc tại vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và hồ xi măng (ITZ) và thảo luận thêm các ảnh hưởng phụ đến co ngót, nứt nhiệt, mô đun đàn hồi và khối lượng thể tích của bê tông. Các bảng số liệu, biểu đồ và bảng so sánh minh họa ảnh hưởng này cũng được trình bày. Cuối cùng là các khuyến nghị lựa chọn cốt liệu cho bê tông đúc sẵn cường độ cao (thường có bảo dưỡng nhiệt), có hoặc không có sử dụng vật liệu thay thế xi măng (SCMs).

2. Đặc điểm hình học của cốt liệu: Kết cấu bề mặt, hình dạng, độ dẹt – Ảnh hưởng đến mật độ đóng gói & liên kết vữa

Kết cấu bề mặt và độ nhám:

Cốt liệu có bề mặt nhám như đá bazan hoặc đá vôi nghiền cung cấp liên kết cơ học tốt với hồ xi măng nhờ hiệu ứng “khóa – chìa”. Các vết lồi lõm vi mô trên bề mặt đá tạo điều kiện neo dính cơ học và gia tăng diện tích tiếp xúc

  • Ngược lại, các cốt liệu có bề mặt nhẵn (gravel sông hoặc granite bị phong hóa) cho liên kết yếu hơn, hồ xi măng dễ tách rời khi chịu ứng suất.

  • Các thí nghiệm xác nhận rằng bê tông với cốt liệu nhám và góc cạnh có cường độ cao hơn và kháng mỏi tốt hơn.

Ví dụ, đá vôi nghiền thường có bề mặt gãy nhám, giúp “ăn khớp” tốt hơn với hồ xi măng và tạo ra vùng ITZ chặt hơn

Hình dạng cốt liệu (góc cạnh vs. tròn):

  • Cốt liệu góc cạnh tạo hiệu ứng khóa hình học tốt hơn, đóng vai trò khung chịu lực trong bê tông độ sụt thấp. Tuy nhiên, lực ma sát trong trộn và đầm tăng, khiến hỗn hợp “khó thi công” hơn.

  • Cốt liệu tròn tự nhiên (gravel) như “ổ bi” giúp bê tông dễ chảy hơn nhưng lại gây phân tầng, giảm khả năng đóng gói và tạo ITZ yếu

Một nghiên cứu gần đây về bê tông đầm lăn (RCC) cho thấy rằng:

  • Cốt liệu thô góc cạnh, bề mặt nhám → cường độ nén cao, mật độ đồng đều

  • Cốt liệu tròn, nhẵn hoặc dẹt → cường độ thấp, khó đầm chặt, dễ phân tầng

Độ dẹt và kéo dài:

Các cốt liệu thoi dẹt hoặc dài gây ảnh hưởng nghiêm trọng:

  • Diện tích bề mặt lớn hơn làm tăng nhu cầu hồ xi măng và nước.

  • Khi đầm chặt, các hạt này dễ “cầu vòm” và tạo lỗ rỗng bên dưới.

  • Có xu hướng “nằm ngang”, tạo mặt phân tầng yếu trong bê tông, dễ gây nứt theo lớp

  • Nhiều tiêu chuẩn quy định giới hạn độ dẹt <10–15% khối lượng.

Trong một thí nghiệm, khi tỷ lệ cốt liệu thoi dẹt tăng từ 20% lên 50%, cả độ sụt và cường độ 28 ngày đều giảm rõ rệt, hỗn hợp bị phân tầng và dễ bị tổ ong.

Mật độ đóng gói:

  • Cốt liệu có hình khối (cubic), góc cạnh → mật độ đóng gói cao, ít lỗ rỗng, giảm nhu cầu hồ.

  • Cốt liệu quá dẹt hoặc dài → khó đóng gói chặt, sinh ra lỗ rỗng, gây giảm cường độ

Một số hỗn hợp dùng tỉ lệ nhỏ cốt liệu tròn để cải thiện đóng gói giữa các cốt liệu góc cạnh, nhưng rất hạn chế trong HSC.

Liên kết tại ITZ:

  • Góc cạnh và nhám → diện tích ITZ lớn nhưng có thể tạo liên kết chặt.

  • Mặt nhẵn → ITZ yếu, porosity cao, dễ gây phá hủy do không có nơi cho C-S-H neo bám

Các hình ảnh từ kính hiển vi điện tử (SEM) cho thấy ITZ quanh đá vôi hoặc basalt chặt và giàu sản phẩm hydrat hóa hơn so với gravel tròn.

Khuyến nghị tổng quát:

  • Ưu tiên: đá nghiền có hình khối, bề mặt nhám, ít thoi dẹt.

  • Loại trừ: cốt liệu tròn, nhẵn, thoi dẹt hoặc dài.

  • Áp dụng trong thực tế: Tại các nhà máy đúc sẵn, đá granite hoặc bazan nghiền có hình khối được ưa chuộng cho bê tông độ sụt thấp vì giúp đầm chặt tốt hơn và giữ được hình khối sau khi ra khỏi khuôn

📚 Tài liệu tham khảo tiếp theo:

Translate »