Giải pháp, Ứng dụng trong bê tông

P3. ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO, ĐỘ SỤT THẤP

Posted on by vlpus

3. Vi cấu trúc và cơ chế liên kết tại vùng chuyển tiếp ITZ giữa cốt liệu thô và hồ xi măng

Bề dày và thành phần ITZ:

  • Trong bê tông thông thường, ITZ có bề dày 20–50 µm, nhiều tinh thể Ca(OH)₂ định hướng, porosity cao, là nơi bắt đầu các vết nứt.

  • Trong HSC, đặc biệt có silica fume, ITZ trở nên mỏng hơn (~5–20 µm), dày đặc hơn và gần giống hồ nền.

  • Ảnh hiển vi SEM cho thấy trong bê tông có silica fume, ranh giới giữa ITZ và hồ xi măng gần như không rõ – hồ xi măng bao kín cốt liệu như một thể liên tục

Liên kết cơ học vs. liên kết hóa học:

  • Liên kết cơ học: do nhám bề mặt, tạo khóa hình học vi mô, giảm trượt tại giao diện.

  • Liên kết hóa học: do tương tác bề mặt giữa khoáng cốt liệu và sản phẩm hydrat hóa. Ví dụ:

    • Đá silica (quartz) có bề mặt phân cực, có thể tạo liên kết hydrogen với sản phẩm hồ xi măng.

    • Đá dolomite hoặc đá vôi có thể phản ứng nhẹ với dung dịch kiềm, tạo kết tủa calcite hoặc brucite trong ITZ, gia tăng liên kết

So sánh ITZ theo loại đá:

  • Đá vôi hấp thụ nước: ITZ chặt, ít rỗng, hình ảnh hiển vi cho thấy liên kết tốt ngay từ ngày đầu tiên. Nước ban đầu bị hút vào trong đá vôi thay vì tạo lớp nước tại giao diện.

  • Basalt: Có khoáng hoạt tính nhẹ, có thể phản ứng kiềm – silica tạo gel C-S-H tại giao diện. ITZ chặt, giàu sản phẩm hydrat hóa, nhưng có thể gây chênh lệch ứng suất do mô đun cao.

  • Granite: Chủ yếu là quartz và feldspar → trơ, không phản ứng. ITZ chủ yếu phụ thuộc vào đóng gói tốt và silica fume.

  • Gravel tự nhiên: Bề mặt trơn, ITZ yếu nhất, thường thấy lớp Ca(OH)₂ dày 30–50 µm. Rất khó tạo liên kết mạnh, ngay cả khi dùng silica fume

Lan truyền vết nứt:

  • Trong bê tông thường (~30 MPa), vết nứt chạy quanh cốt liệu – qua ITZ.

  • Trong HSC, vết nứt có thể xuyên qua cốt liệu nếu hồ xi măng mạnh hơn – dấu hiệu đạt cường độ rất cao.

    • Nếu đá yếu hơn hồ → nứt qua đá → phá hủy từ từ (tốt cho hấp thu năng lượng).

    • Nếu ITZ yếu → nứt qua ITZ → phá hủy giòn, nhanh

ITZ trong điều kiện hấp nhiệt:

  • Nhiệt độ cao có thể gây ứng suất nhiệt tại ITZ. Nếu đá có hệ số giãn nở nhiệt (CTE) thấp (như đá vôi), sẽ tương thích tốt với hồ xi măng non, ít gây nứt.

  • Gravel giàu quartz có CTE cao → co giãn không đồng bộ → nứt vi mô sau bảo dưỡng hơi nước.

Tổng kết: để tối ưu hóa ITZ trong HSC:

  • Dùng paste ít porosity, giàu silica fume.

  • Chọn đá có năng lượng bề mặt cao hoặc phản ứng nhẹ.

  • Phối hợp độ cứng đá – hồ để tránh chênh lệch ứng suất.

  • Bảo dưỡng đúng – dùng đá hút nước có thể tạo dưỡng ẩm nội bộ hữu ích.

4. Kích thước lớn nhất và cấp phối – ảnh hưởng đến nhu cầu hồ và cường độ

Kích thước lớn nhất của cốt liệu (MAX):

  • Trong HSC, MAX thường bị giới hạn có chủ đích. Khi cường độ mục tiêu tăng, MAS thường giảm: 10–14 mm là tối ưu cho >80 MPa, UHPC có thể dùng 6–10 mm

Lý do:

  • Giảm nứt vi mô: Cốt liệu lớn tạo ITZ lớn, gây tập trung ứng suất. Cốt liệu nhỏ phân bố đều hơn, tạo cấu trúc vi mô đồng nhất.

  • Tránh vỡ hạt đá: Trong UHPC, nếu paste rất mạnh, cốt liệu lớn dễ vỡ. Cốt liệu nhỏ ít khuyết tật, chịu tải tốt hơn.

  • Tăng thi công trong cấu kiện mỏng: Cốt liệu nhỏ dễ đầm, chảy – tuy yếu tố phụ trong bê tông không độ sụt

Cấp phối:

  • Cấp phối liên tục (Fuller) → tăng mật độ đóng gói → giảm hồ → giảm w/b → tăng cường độ.

  • Nếu chỉ dùng 1 cỡ hạt → voids tăng ~35–40%, phải dùng nhiều hồ → giảm độ bền, tăng co ngót

Tối ưu:

  • MAS khoảng 10–14 mm.

  • Tỷ lệ cát/thô ~40/60% (tùy cấp phối).

  • Loại bỏ cốt liệu quá lớn so với tiết diện cấu kiện.

  • Tránh cấp phối “thiếu trung gian” – gây rỗng khó lấp đầy.

📚 Tài liệu tham khảo tiếp theo:

  • Kong et al. (2021) via MDPI

  • NIST Technical Note 1963

  • Journal of Construction & Building Materials, Elsevier

  • AJCE (Asian Journal of Civil Engineering)

  • Feret & Abrams – nghiên cứu lịch sử về ảnh hưởng cấp phối đến độ đặc và cường độ

Translate »