Giải pháp, Ứng dụng trong bê tông

Phụ gia VLP R300 hỗ trợ cải thiện ITZ của bê tông, tăng cường độ của xi măng.

Posted on by vlpus

VAI TRÒ CỦA VÙNG CHUYỂN TIẾP (ITZ) TRONG KẾT CẤU VI MÔ VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG

1. Giới thiệu chung về ITZ trong bê tông

Trong bê tông, vùng chuyển tiếp liên pha – ITZ (Interfacial Transition Zone) là lớp vi cấu trúc nằm giữa bề mặt hạt cốt liệu và hồ xi măng. Dù chỉ dày khoảng 10–50 μm, nhưng ITZ lại là mắt xích yếu nhất trong hệ thống vi cấu trúc của bê tông, ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học, độ bền lâu và biến dạng dài hạn của bê tông.

This transition zone is a thin interfacial region between the aggregate surface and the bulk cement paste. Although its thickness is only about 10–50 μm, the ITZ significantly governs mechanical strength, long-term durability, and deformation behavior of concrete.

2. Cơ chế hình thành ITZ

Khi hồ xi măng bao quanh hạt cốt liệu, hiện tượng “wall effect” xảy ra do giới hạn hình học, làm giảm mật độ đóng gói của hạt xi măng gần bề mặt cốt liệu. Điều này tạo ra một lớp giàu nước, ít xi măng và giàu khoáng dễ hòa tan như CH (Ca(OH)₂). Kết quả là ITZ có:

  • Độ rỗng cao hơn so với vùng hồ xi măng nền.

  • Tỷ lệ Ca(OH)₂ cao, cấu trúc yếu, dễ nứt.

  • Mức độ thủy hóa không hoàn toàn do phân bố nước và ion không đồng đều.

The wall effect causes a local depletion in cement grains and packing density near the aggregate surface, resulting in a water-rich, porous zone where calcium hydroxide (CH) tends to crystallize excessively, weakening the microstructure.

3. Ảnh hưởng của ITZ đến cường độ và độ bền bê tông

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng ITZ là khu vực khởi phát vết nứt dưới tải trọng. Các đặc điểm chính ảnh hưởng gồm:

  • Modun đàn hồi thấp: ITZ mềm hơn nên chịu biến dạng lớn hơn, tạo ra tập trung ứng suất.

  • Tính thấm cao: Cho phép nước và ion xâm nhập, gây phản ứng kiềm-silica hoặc xâm thực sunfat.

  • Giảm liên kết dính: Giữa hồ xi măng và cốt liệu, ảnh hưởng đến tải trọng dính bám và ứng xử nứt.

The ITZ acts as a microstructural flaw zone due to its higher porosity and weaker microstructure. It is the primary location for microcrack initiation and governs the onset of damage under mechanical or environmental loads.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc ITZ

  • Loại cốt liệu: Bề mặt nhám, hấp phụ tốt giúp giảm hiệu ứng “wall effect”.

  • Hàm lượng nước: W/C cao làm ITZ rỗng hơn, yếu hơn.

  • Phụ gia khoáng: Silica fume, fly ash cải thiện ITZ nhờ phản ứng pozzolanic và tinh chỉnh vi cấu trúc.

  • Phụ gia siêu dẻo: Giúp phân tán hạt xi măng tốt hơn, cải thiện mật độ đóng gói tại ITZ.

Aggregate properties (shape, porosity), mix design parameters (w/b ratio), and mineral admixtures like silica fume or fly ash can significantly densify ITZ by promoting secondary C-S-H formation and refining microstructure.

5. Mô hình hóa số học vùng ITZ – ứng dụng Digital Concrete

Nghiên cứu “Digital Concrete: A Multi-Scale Approach” do Grondin et al. phát triển sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và phân tích đa tỉ lệ để mô phỏng cấu trúc ITZ. Trong mô hình này:

  • Bê tông được chia làm các pha: hồ xi măng, cốt liệu, lỗ rỗng và vùng ITZ.

  • ITZ được giả định là vùng viền bao quanh cốt liệu, với độ cứng, mô đun đàn hồi và tính thấm riêng biệt.

  • Thuật toán sinh hình ngẫu nhiên giúp mô phỏng phân bố thực tế của các hạt cốt liệu và vùng ITZ.

The Digital Concrete model implemented in SYMPHONIE software allows random generation of microstructure, explicitly representing ITZ as a transitional band with distinct properties, enabling simulation of local strain, damage, and permeability fields.

6. Kết quả mô phỏng ITZ và mối liên hệ với thực nghiệm

Theo mô hình và thử nghiệm của Pimienta et al. (1996):

  • Mô đun đàn hồi của HSC được mô phỏng gần với giá trị thực nghiệm (E ≈ 50 GPa).

  • ITZ quyết định sự khởi phát hư hỏng do khác biệt lớn về mô đun nhiệt giãn nở giữa cốt liệu và hồ xi măng.

  • Khi nhiệt độ tăng, ITZ là nơi đầu tiên xuất hiện vi nứt (nhiệt độ 120–250°C), phù hợp với quan sát thực nghiệm.

The localized damage observed under thermal loading in ITZ confirms its critical role in early-stage microcracking, validating the necessity to strengthen this zone in high-performance concrete.

7. Hướng tiếp cận cải thiện ITZ bằng phụ gia

Các giải pháp thường dùng:

  • Silica fume (SF): Kích thước nano giúp lấp đầy lỗ rỗng ITZ và tạo thêm gel C-S-H thứ cấp.

  • Pozzolan tự nhiên hoặc tro bay: Tăng mật độ ITZ qua phản ứng puzolan.

  • Polymeric latex hoặc nano vật liệu: Cải thiện tính dẻo dai và độ bám dính ITZ.

Admixtures like silica fume and nano-silica actively densify ITZ by consuming CH and forming additional C-S-H gel. This enhances the stiffness and cohesion at the aggregate–paste interface.

Phụ gia VLP R300 – Giải pháp cải thiện vùng ITZ, tăng cường độ vượt trội cho bê tông cường độ cao

VLP R300 là phụ gia PCE có tính đặc biệt, được thiết kế tối ưu cho mục tiêu cải thiện vùng chuyển tiếp ITZ trong bê tông. Với nguyên liệu PCE hỗ trợ phân tán và thành phần kích hoạt độ cứng, VLP R300 giúp cải thiện bề mặt xung quanh cốt liệu,hỗ trợ kích thích phản ứng với Ca(OH)₂ để tạo gel C-S-H thứ cấp, làm tăng độ đặc chắc và cường độ tại vùng ITZ – nơi vốn là điểm yếu nhất trong bê tông.

🔬 Lợi ích nổi bật của VLP R300:

  • Gia tăng cường độ nén bê tông từ 20–30% ở 7 ngày và 28 ngày.

  • Cải thiện đáng kể mô đun đàn hồi và khả năng chống nứt vi mô tại ITZ.

  • Tăng khả năng chống thấm và độ bền lâu, đặc biệt trong môi trường khắc nghiệt.

  • Rất phù hợp cho bê tông cường độ cao (HSC), bê tông đúc sẵn (precast) và các kết cấu đòi hỏi tuổi thọ cao.

✅ Ứng dụng: Bê tông cấu kiện đúc sẵn, bê tông chịu lực cao, bê tông cọc ly tâm, sàn panel, tường chắn chịu lực, đổ bê tông thương phẩm.

📦 Dạng tồn tại: dạng lỏng dễ pha chế.

🌐 Tìm hiểu chi tiết và đặt hàng: https://vlp-us.org/san-pham/vlp-r300/

Translate »