Chế tạo tấm vật liệu xi măng lưới thép sử dụng một phần cốt liệu nhẹ keramzit thay thế cát (P1)
Trong bài báo, các tác giả sẽ trình bày kết quả nghiên cứu cấp phối vữa xi măng, qui trình thử nghiệm đúc tấm xi măng lưới thép 300x400x10 mm và xử lý tăng cứng bề mặt tấm dùng dung dịch phủ liti silicat decoSIL®. Kết quả cấp phối vữa thử nghiệm thay thế 60% cát sông bằng cốt liệu keramzit, có vữa dễ tạo hình, cường độ cao >70 MPa ở 28 ngày tuổi và khối lượng nhẹ hơn 30%. Tấm xi măng lưới thép đúc theo qui trình thí nghiệm liên kết chịu lực tốt giữa vữa xi măng và lưới thép. Thử nghiệm xử lý tăng cứng bề mặt bằng dung dịch phủ cho thấy ưu điềm cải thiện khả năng kháng trầy xước đồng thời tăng cường độ chịu lực chung. Tấm vật liệu xi măng lưới thép đáp ứng cơ bản những yêu cầu điền hình để định hướng ứng dụng làm mặt bàn nội - ngoại thất.
>> Chế tạo tấm vật liệu xi măng lưới thép sử dụng một phần cốt liệu nhẹ keramzit thay thế cát (P2)
1. Giới thiệu
Vật liệu xi măng lưới thép hay terrocement là loại vật liệu compozit được cấu tạo từ hai thành phần là vữa xi măng không dùng cốt liệu lớn và một lớp khung lưới thép hoặc lưới mắt cáo được kéo căng. Như vậy xét về vai trò thì vữa xi măng chịu nén, kết hợp cùng lưới thép chịu uốn và chống phá hoại do va đập. Hình minh họa dưới đây (Hình 1) là chiếc thuyền đóng bằng xi măng lưới thép (bề dày 36 mm) năm 1940 bởii Pier Luigi Nervi, chính ông đã lần đầu tiên nêu ra khái niệm xi măng lưới thép với nhưng ưu điểm nồi bật ờ khả năng chịu uốn và tính bền. Nhìn vào lịch sử ra đời và phát triển ờ trên có thể nhận thấy chung vật liệu terrocement đóng một vai trò ứng dụng quan trọng đối với cả những nước đã và đang phát triển. Cụ thể là làm kết cấu mái, vách nhà, bể chứa nước, thực phẩm, kênh máng tưới tiêu nước hoặc các kết cấu hình dạng phức tạp có tính nghệ thuật như các mái vòm hoặc các cấu kiện phục vụ nội ngoại thất... ờ các nước phát triển, ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất đúc sẵn cũng như cài tiến tính chất chịu lực cho các loại kết cấu hình dạng phức tạp, đa dạng và mang tính nghệ thuật thẩm mỹ độc đáo hơn hay hướng đến mục đích tiết kiệm chi phí xây dựng công trình.
Theo thống kê [2], những ưu điểm chính của vật liệu xi-măng lưới thép như: (i) sử dụng nguồn vật liệu địa phương sẵn có, kỹ thuật thi công không quá phức tạp; (li) có khả năng chịu lực uốn cao hơn so với vữa thông thường; (iii) nhờ uốn lưới thép dễ dàng nên tạo hình được nhiều hình dạng phức tạp, đáp ứng được các yêu cầu thiết kế thầm mỹ; (iv) bền vững, ít tốn kém chi phí bảo dưỡng. Bên cạnh đó những nhược điểm chính bao gồm: (i) có trọng lượng lớn so với các vật liệu gỗ, nhựa, (ii) khó kiểm soát độ phẳng cùa lưới thép khi thi công.
Trong phần tiếp theo, các tác giả sẽ trình bày nghiên cứu thí nghiệm cấp phối vật liệu xi măng lưới thép sử dụng một phần cốt liệu nhẹ keramzit thay thế cát để đúc tấm mẫu mỏng (bề dày 10mm) nhằm hướng đến ứng dụng làm sản phẩm mặt bàn nội ngoại thất dựa trên một số tiêu chí: khối lượng nhẹ, tấm bản mỏng, độ bền kháng va đập, độ cứng và bề mặt phẳng.
2. Nguyên liệu và cấp phối
2.1. Nguyên liệu
Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm: xi măng Poóclăng PC40 (Vicem Hà Tiên), tro bay, cốt liệu cát sông, cốt liệu nhẹ keramzit, nước và phụ gia siêu dẻo SIKA ViscoCrete 8700M. Kết quả phân tích, thí nghiệm các chì tiêu cơ lý nguyên liệu xi măng PC40 Vicem Hà Tiên cho thấy hoàn toàn đáp ứng yêu cầu sử dụng. Thừ nghiệm về mức giảm nước và tính tương thích với phụ gia SIKA ViscoCrete 8700M cho thấy tính tương thích tốt, với liều dùng 1% khối lượng xi măng thì mức độ giảm nước 38,60%.
Tro bay sử dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính thay thế xi măng đồng thời giúp tăng tính chảy để tạo hình đúc tấm. Chúng tôi sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Hưng Nghiệp - Nhơn Trạch. Tro bay nhà máy Hưng Nghiệp - Nhơn Trạch thuộc nhóm tro axit (loại F) với tồng % hàm lượng (SiO2 +AI2O3) > 80% và % hàm lượng CaO < 10%. Kết quả đo lượng mất khi nung trung bình (TCVN 10302-2014) 3,5 ± 0,5 %, cho thấy nguồn tro chất lượng tốt.
Cốt liệu cát sông khá mịn với giá trị mođun độ lớn xấp xỉ 1,57. Biểu đồ trên Hình 2 thể hiện kết quả % tích lũy cỡ hạt trên hệ sàng chuẩn. Kích cỡ hạt tập trung chủ yếu trên sàng 0,315 và 0,14mm. cốt liệu nhẹ keramzit sử dụng là sản phẩm thương mại cùa Công ty TNHH Sản xuất Đá nhẹ Vĩnh Cừu. Bảng 1 tóm tắt một số chì tiêu tính chất cốt liệu keramzit, thích hợp phổ biến dùng làm cốt liệu bê tông nhẹ. Trong nghiên cứu này để thu được kích cỡ hạt cốt liệu nhẹ tương đương với thay thế cát sông nên chúng tôi tiến hành gia công đập, nghiền sơ bộ ừong cối nghiền bi và cho qua sàng 0,63 mm tại phòng thí nghiệm. Hạt cốt liệu bị phá vỡ biểu hiện tính xốp rỗng, hình dạng có tính góc cạnh và hút nước mạnh.
Lưới thép đan được sử dụng để đúc tấm vữa xi măng lưới thép. Kích thước mắt lưới mesh 5 hay kích thước lỗ 4 mm, đường kính sợi lưới khoảng 0,5 mm. Lưới được bán dạng cuộn dùng phổ biến trong xây dựng và được cắt thành tấm nhỏ phù hợp với khuôn đúc và được bè phẳng mặt.
2.2. Cấp phối và chế tạo đúc mẫu tấm 10 mm
Thành phần vữa xi măng chiếm 90% thể tích nên đóng vai trò quyết định tính chất cùa thành phẩm xi măng lưới thép. Theo tài liệu tham khảo [3], vữa xi măng nên được trộn theo khối lượng với tỷ lệ cát/xi măng (C/X) từ 1,5 - 2,5 và nước/xi măng (N/X) từ 0,35 - 0,45. Vữa có độ linh động tốt sẽ có thể dễ dàng chảy qua lớp lưới thép, nằm giữa các lỗ mắt lưới nhằm tạo thành khối đồng nhất ờ phần trên và dưới lưới thép, qua đó đảm bảo khả năng làm việc đồng thời cùa lưới thép và hai lớp vữa kẹp ờ trên dưới khi chịu lực. Nếu xảy ra tách lớp, hoặc liên kết bị lỗi tại vài vị trí thì cũng dẫn đến mất khả năng chịu tải.
Trong nghiên cứu này, cấp phối cơ sờ được xây dựng bằng cách dựa theo các tì lệ cố định C/X = 2, N/X = 0,3 và PG = 1% khối lượng X. Hàm lượng tro bay (FA) tương ứng 30% X trong cấp phối và hàm lượng cốt liệu keramzit cũng lần lượt thay thế tương đương 30 và 60% khối lượng cốt liệu cát. Quá trình thử nghiệm sơ bộ chúng tôi nhận thấy tính cần thiết phải ngâm bão hòa nước trước cốt liệu keramzit để không phải khó khăn điều chình lượng nước nhào trộn. Bảng 2 trình bày tỷ lệ vật liệu phối trộn vữa xi măng.
Hình 3 trình bày chi tiết quá trình nhào trộn và tạo hình đúc tấm panen dày 10 mm. Thực tế để đo cường độ chịu nén mẫu vữa 40x40x160 mm cũng được đúc khuôn và bảo dưỡng tương tự. Quá trình kéo căng lưới thép được tiến hành cẩn thận nhờ các mối hàn tạm lên thành khuôn. Vữa điền đầy khuôn một phần nhờ tiến hành gõ nhẹ lên thành tạo lực rung. Quá trình bảo dưỡng phát ừiển cường độ tấm liên tục suốt 28 ngày. Bề mặt tấm áp vào đáy khuôn khá phẳng nhẵn được đưa đi tiến hành phủ tăng cứng chống trầy xước bề mặt.
ximang.vn (TH/ Tạp chí KHCN Xây dựng)
1. Giới thiệu
Vật liệu xi măng lưới thép hay terrocement là loại vật liệu compozit được cấu tạo từ hai thành phần là vữa xi măng không dùng cốt liệu lớn và một lớp khung lưới thép hoặc lưới mắt cáo được kéo căng. Như vậy xét về vai trò thì vữa xi măng chịu nén, kết hợp cùng lưới thép chịu uốn và chống phá hoại do va đập. Hình minh họa dưới đây (Hình 1) là chiếc thuyền đóng bằng xi măng lưới thép (bề dày 36 mm) năm 1940 bởii Pier Luigi Nervi, chính ông đã lần đầu tiên nêu ra khái niệm xi măng lưới thép với nhưng ưu điểm nồi bật ờ khả năng chịu uốn và tính bền. Nhìn vào lịch sử ra đời và phát triển ờ trên có thể nhận thấy chung vật liệu terrocement đóng một vai trò ứng dụng quan trọng đối với cả những nước đã và đang phát triển. Cụ thể là làm kết cấu mái, vách nhà, bể chứa nước, thực phẩm, kênh máng tưới tiêu nước hoặc các kết cấu hình dạng phức tạp có tính nghệ thuật như các mái vòm hoặc các cấu kiện phục vụ nội ngoại thất... ờ các nước phát triển, ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất đúc sẵn cũng như cài tiến tính chất chịu lực cho các loại kết cấu hình dạng phức tạp, đa dạng và mang tính nghệ thuật thẩm mỹ độc đáo hơn hay hướng đến mục đích tiết kiệm chi phí xây dựng công trình.
Theo thống kê [2], những ưu điểm chính của vật liệu xi-măng lưới thép như: (i) sử dụng nguồn vật liệu địa phương sẵn có, kỹ thuật thi công không quá phức tạp; (li) có khả năng chịu lực uốn cao hơn so với vữa thông thường; (iii) nhờ uốn lưới thép dễ dàng nên tạo hình được nhiều hình dạng phức tạp, đáp ứng được các yêu cầu thiết kế thầm mỹ; (iv) bền vững, ít tốn kém chi phí bảo dưỡng. Bên cạnh đó những nhược điểm chính bao gồm: (i) có trọng lượng lớn so với các vật liệu gỗ, nhựa, (ii) khó kiểm soát độ phẳng cùa lưới thép khi thi công.
Trong phần tiếp theo, các tác giả sẽ trình bày nghiên cứu thí nghiệm cấp phối vật liệu xi măng lưới thép sử dụng một phần cốt liệu nhẹ keramzit thay thế cát để đúc tấm mẫu mỏng (bề dày 10mm) nhằm hướng đến ứng dụng làm sản phẩm mặt bàn nội ngoại thất dựa trên một số tiêu chí: khối lượng nhẹ, tấm bản mỏng, độ bền kháng va đập, độ cứng và bề mặt phẳng.
2. Nguyên liệu và cấp phối
2.1. Nguyên liệu
Các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm: xi măng Poóclăng PC40 (Vicem Hà Tiên), tro bay, cốt liệu cát sông, cốt liệu nhẹ keramzit, nước và phụ gia siêu dẻo SIKA ViscoCrete 8700M. Kết quả phân tích, thí nghiệm các chì tiêu cơ lý nguyên liệu xi măng PC40 Vicem Hà Tiên cho thấy hoàn toàn đáp ứng yêu cầu sử dụng. Thừ nghiệm về mức giảm nước và tính tương thích với phụ gia SIKA ViscoCrete 8700M cho thấy tính tương thích tốt, với liều dùng 1% khối lượng xi măng thì mức độ giảm nước 38,60%.
Tro bay sử dụng làm phụ gia khoáng hoạt tính thay thế xi măng đồng thời giúp tăng tính chảy để tạo hình đúc tấm. Chúng tôi sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện Hưng Nghiệp - Nhơn Trạch. Tro bay nhà máy Hưng Nghiệp - Nhơn Trạch thuộc nhóm tro axit (loại F) với tồng % hàm lượng (SiO2 +AI2O3) > 80% và % hàm lượng CaO < 10%. Kết quả đo lượng mất khi nung trung bình (TCVN 10302-2014) 3,5 ± 0,5 %, cho thấy nguồn tro chất lượng tốt.
Cốt liệu cát sông khá mịn với giá trị mođun độ lớn xấp xỉ 1,57. Biểu đồ trên Hình 2 thể hiện kết quả % tích lũy cỡ hạt trên hệ sàng chuẩn. Kích cỡ hạt tập trung chủ yếu trên sàng 0,315 và 0,14mm. cốt liệu nhẹ keramzit sử dụng là sản phẩm thương mại cùa Công ty TNHH Sản xuất Đá nhẹ Vĩnh Cừu. Bảng 1 tóm tắt một số chì tiêu tính chất cốt liệu keramzit, thích hợp phổ biến dùng làm cốt liệu bê tông nhẹ. Trong nghiên cứu này để thu được kích cỡ hạt cốt liệu nhẹ tương đương với thay thế cát sông nên chúng tôi tiến hành gia công đập, nghiền sơ bộ ừong cối nghiền bi và cho qua sàng 0,63 mm tại phòng thí nghiệm. Hạt cốt liệu bị phá vỡ biểu hiện tính xốp rỗng, hình dạng có tính góc cạnh và hút nước mạnh.
Lưới thép đan được sử dụng để đúc tấm vữa xi măng lưới thép. Kích thước mắt lưới mesh 5 hay kích thước lỗ 4 mm, đường kính sợi lưới khoảng 0,5 mm. Lưới được bán dạng cuộn dùng phổ biến trong xây dựng và được cắt thành tấm nhỏ phù hợp với khuôn đúc và được bè phẳng mặt.
2.2. Cấp phối và chế tạo đúc mẫu tấm 10 mm
Thành phần vữa xi măng chiếm 90% thể tích nên đóng vai trò quyết định tính chất cùa thành phẩm xi măng lưới thép. Theo tài liệu tham khảo [3], vữa xi măng nên được trộn theo khối lượng với tỷ lệ cát/xi măng (C/X) từ 1,5 - 2,5 và nước/xi măng (N/X) từ 0,35 - 0,45. Vữa có độ linh động tốt sẽ có thể dễ dàng chảy qua lớp lưới thép, nằm giữa các lỗ mắt lưới nhằm tạo thành khối đồng nhất ờ phần trên và dưới lưới thép, qua đó đảm bảo khả năng làm việc đồng thời cùa lưới thép và hai lớp vữa kẹp ờ trên dưới khi chịu lực. Nếu xảy ra tách lớp, hoặc liên kết bị lỗi tại vài vị trí thì cũng dẫn đến mất khả năng chịu tải.
Trong nghiên cứu này, cấp phối cơ sờ được xây dựng bằng cách dựa theo các tì lệ cố định C/X = 2, N/X = 0,3 và PG = 1% khối lượng X. Hàm lượng tro bay (FA) tương ứng 30% X trong cấp phối và hàm lượng cốt liệu keramzit cũng lần lượt thay thế tương đương 30 và 60% khối lượng cốt liệu cát. Quá trình thử nghiệm sơ bộ chúng tôi nhận thấy tính cần thiết phải ngâm bão hòa nước trước cốt liệu keramzit để không phải khó khăn điều chình lượng nước nhào trộn. Bảng 2 trình bày tỷ lệ vật liệu phối trộn vữa xi măng.
Hình 3 trình bày chi tiết quá trình nhào trộn và tạo hình đúc tấm panen dày 10 mm. Thực tế để đo cường độ chịu nén mẫu vữa 40x40x160 mm cũng được đúc khuôn và bảo dưỡng tương tự. Quá trình kéo căng lưới thép được tiến hành cẩn thận nhờ các mối hàn tạm lên thành khuôn. Vữa điền đầy khuôn một phần nhờ tiến hành gõ nhẹ lên thành tạo lực rung. Quá trình bảo dưỡng phát ừiển cường độ tấm liên tục suốt 28 ngày. Bề mặt tấm áp vào đáy khuôn khá phẳng nhẵn được đưa đi tiến hành phủ tăng cứng chống trầy xước bề mặt.
ximang.vn (TH/ Tạp chí KHCN Xây dựng)
