Cường độ của bê tông xi măng poóc lăng (BT) bị ảnh hưởng bởi các phụ gia khoáng thiên nhiên (PGKTN) như đá bazan và cát mịn. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào loại, hàm lượng và độ mịn của PGKTN. Trong bài báo này, hiệu quả của đá bazan và cát nghiền mịn trong cường độ nén của bê tông được đưa ra. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả chung của các đá bazan và cát nghiền mịn trong cường độ nén BT phụ thuộc vào hiệu quả lý học và hiệu quả hóa học của các phụ gia khoáng này.
>> Hiệu quả của đá bazan và cát nghiền mịn trong cường độ bê tông (P2)
Hiệu quả chung, hiệu quả hoạt tính và hiệu quả trơ của bazan và cát nghiền mịn đánh giá theo hàm lượng xi măng poóc lăng (PC) thực tế (lượng % PC còn lại sau khi đã thay thế từ 10 - 40% PC bằng PGKTN) phụ thuộc vào loại, độ mịn và hàm lượng của đá bazan và cát nghiền mịn, thời gian rắn chắc và cường độ BT. Khi thay thế 10 - 40% PC trong bê tông, hiệu quả của bazan vàcát nghiền mịn trong cường độ nén là cao nhất với hàm lượng từ 10 - 20%: hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính của 1% C hay BZ tương ứng đạt 0,64 - 0,96%, 0,52 - 0,63% và 0,63 - 0,65% tại tuổi 28 ngày.
1. Giới thiệu
Các loại phụ gia khoáng (PGK), đặc biệt là phụ gia khoáng thiên nhiên (PGKTN) đang được sử dụng trong xi măng và bê tông ở nước ta nhằm mục đích cải thiện tính chất cơ lý, tăng sản lượng và đạt hiệu quả kinh tế cao. Phụ gia khoáng thiên nhiên có thành phần và bản chất khác nhau nên mức độ ảnh hưởng đến đặc tính cường độ của bê tông khác nhau. PGKTN thường có hoạt tính thấp nhưng trữ lượng lớn, chất lượng ổn định và giá thành thấp hơn so với phụ gia khoáng nhân tạo. Với những ưu điểm nổi trội về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, PGKTN ngày càng được sử dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Vai trò và ảnh hưởng của PGK trong xi măng và bê tông đã được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu. Theo một số nghiên cứu [1-13], PGK nghiền mịn có ảnh hưởng đến các tính chất của xi măng và bê tông là do hiệu ứng hóa học và hiệu ứng lý học. Hiệu ứng hóa học của PGK liên quan chủ yếu đến khả năng phản ứng hóa học của các thành phần hoạt tính trong PGK với Ca(OH)2 (do thủy hóa các khoáng xi măng tạo ra), còn hiệu ứng lý học chủ yếu được gây ra do thành phần trơ của PGK. Mức độ ảnh hưởng của PGK đến đặc tính cơ lý của bê tông phụ thuộc vào nguồn gốc, thành phần và độ mịn của chúng. PGKTN đã được nghiên cứu và sử dụng làm phụ gia khoáng trong xi măng và bê tông [10-14]. Sử dụng PGK trực tiếp trong bê tông có nhiều ưu điểm như dễ dàng thay đổi hàm lượng sử dụng, đa dạng hóa sản phẩm và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. Hiệu quả của một số PGK thay thế xi măng trong vữa và BT đã được nghiên cứu [15-19]. Hiệu quả của PGK sử dụng trong vữa hay BT có thể được đánh giá qua hiệu quả chung hay cả hiệu quả do hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính. Phụ gia khoáng trơ được sử dụng trong nghiên cứu để thay thế cho thành phần trơ của PGK là BaSO4.
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của hai loại PGKTN phổ biến rộng rãi ở nước ta là đá bazan và cát nghiền với độ mịn khác nhau đến đặc tính cường độ nén của bê tông sử dụng xi măng poóc lăng (BT) có cường độ 30 và 50 MPa. Hiệu quả chung của PGK do hiệu quả hóa học và hiệu quả lý học được đánh giá dựa trên cơ sở ảnh hưởng của phụ gia khoáng trơ là BaSO4, cát và đá bazan nghiền mịn đến cường độ nén của BT. Tính toán mức độ hiệu quả do thành phần trơ và thành phần hoạt tính của PGK dựa trên cường độ của BT cường độ 30 và 50 MPa sử dụng PGK rắn chắc tại tuổi 3, 7 và 28 ngày theo hàm lượng PC thực tế (là hàm lượng PC còn lại trong BT sau khi đã thay thế một phần bằng PGK). Điều này giúp cho việc hiểu rõ hơn vai trò của hiệu ứng hóa học và hiệu ứng vật lý của PGK khi lựa chọn loại và công nghệ chế tạo chúng.
2. Vật liệu sử dụng và phương phương pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu sử dụng
Xi măng poóc lăng Bút Sơn được sử dụng trong nghiên cứu đạt yêu cầu PC40 có cường độ nén đạt 43,8 MPa tại tuổi 28 ngày. Phụ gia khoáng tự nhiên là đá bazan (BZ) và cát mịn (C) đã được sửdụng trong nghiên cứu. Cát sử dụng là cát mịn lấy từ cảng Phà Đen – Sông Hồng có môdun độ lớn là 1,28 được sấy khô và nghiền trong máy nghiền bi rung để có độ mịn khác nhau là C1 và C2. Đá bazan lấy từ Hà Nam được đập nhỏ, phơi khô, nghiền với 2 độ mịn là BZ1, BZ2. Phụ gia khoáng trơ Barít BaSO4 (Ba) sử dụng gồm độ nghiền mịn thấp (Ba1) và độ mịn cao (Ba2). Xác định các đặc tính kĩ thuật của PGK được đưa ra trong Bảng 1.
Hiệu quả chung, hiệu quả hoạt tính và hiệu quả trơ của bazan và cát nghiền mịn đánh giá theo hàm lượng xi măng poóc lăng (PC) thực tế (lượng % PC còn lại sau khi đã thay thế từ 10 - 40% PC bằng PGKTN) phụ thuộc vào loại, độ mịn và hàm lượng của đá bazan và cát nghiền mịn, thời gian rắn chắc và cường độ BT. Khi thay thế 10 - 40% PC trong bê tông, hiệu quả của bazan vàcát nghiền mịn trong cường độ nén là cao nhất với hàm lượng từ 10 - 20%: hiệu quả chung, hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính của 1% C hay BZ tương ứng đạt 0,64 - 0,96%, 0,52 - 0,63% và 0,63 - 0,65% tại tuổi 28 ngày.
1. Giới thiệu
Các loại phụ gia khoáng (PGK), đặc biệt là phụ gia khoáng thiên nhiên (PGKTN) đang được sử dụng trong xi măng và bê tông ở nước ta nhằm mục đích cải thiện tính chất cơ lý, tăng sản lượng và đạt hiệu quả kinh tế cao. Phụ gia khoáng thiên nhiên có thành phần và bản chất khác nhau nên mức độ ảnh hưởng đến đặc tính cường độ của bê tông khác nhau. PGKTN thường có hoạt tính thấp nhưng trữ lượng lớn, chất lượng ổn định và giá thành thấp hơn so với phụ gia khoáng nhân tạo. Với những ưu điểm nổi trội về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, PGKTN ngày càng được sử dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Vai trò và ảnh hưởng của PGK trong xi măng và bê tông đã được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu. Theo một số nghiên cứu [1-13], PGK nghiền mịn có ảnh hưởng đến các tính chất của xi măng và bê tông là do hiệu ứng hóa học và hiệu ứng lý học. Hiệu ứng hóa học của PGK liên quan chủ yếu đến khả năng phản ứng hóa học của các thành phần hoạt tính trong PGK với Ca(OH)2 (do thủy hóa các khoáng xi măng tạo ra), còn hiệu ứng lý học chủ yếu được gây ra do thành phần trơ của PGK. Mức độ ảnh hưởng của PGK đến đặc tính cơ lý của bê tông phụ thuộc vào nguồn gốc, thành phần và độ mịn của chúng. PGKTN đã được nghiên cứu và sử dụng làm phụ gia khoáng trong xi măng và bê tông [10-14]. Sử dụng PGK trực tiếp trong bê tông có nhiều ưu điểm như dễ dàng thay đổi hàm lượng sử dụng, đa dạng hóa sản phẩm và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn. Hiệu quả của một số PGK thay thế xi măng trong vữa và BT đã được nghiên cứu [15-19]. Hiệu quả của PGK sử dụng trong vữa hay BT có thể được đánh giá qua hiệu quả chung hay cả hiệu quả do hiệu quả trơ và hiệu quả hoạt tính. Phụ gia khoáng trơ được sử dụng trong nghiên cứu để thay thế cho thành phần trơ của PGK là BaSO4.
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của hai loại PGKTN phổ biến rộng rãi ở nước ta là đá bazan và cát nghiền với độ mịn khác nhau đến đặc tính cường độ nén của bê tông sử dụng xi măng poóc lăng (BT) có cường độ 30 và 50 MPa. Hiệu quả chung của PGK do hiệu quả hóa học và hiệu quả lý học được đánh giá dựa trên cơ sở ảnh hưởng của phụ gia khoáng trơ là BaSO4, cát và đá bazan nghiền mịn đến cường độ nén của BT. Tính toán mức độ hiệu quả do thành phần trơ và thành phần hoạt tính của PGK dựa trên cường độ của BT cường độ 30 và 50 MPa sử dụng PGK rắn chắc tại tuổi 3, 7 và 28 ngày theo hàm lượng PC thực tế (là hàm lượng PC còn lại trong BT sau khi đã thay thế một phần bằng PGK). Điều này giúp cho việc hiểu rõ hơn vai trò của hiệu ứng hóa học và hiệu ứng vật lý của PGK khi lựa chọn loại và công nghệ chế tạo chúng.
2. Vật liệu sử dụng và phương phương pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu sử dụng
Xi măng poóc lăng Bút Sơn được sử dụng trong nghiên cứu đạt yêu cầu PC40 có cường độ nén đạt 43,8 MPa tại tuổi 28 ngày. Phụ gia khoáng tự nhiên là đá bazan (BZ) và cát mịn (C) đã được sửdụng trong nghiên cứu. Cát sử dụng là cát mịn lấy từ cảng Phà Đen – Sông Hồng có môdun độ lớn là 1,28 được sấy khô và nghiền trong máy nghiền bi rung để có độ mịn khác nhau là C1 và C2. Đá bazan lấy từ Hà Nam được đập nhỏ, phơi khô, nghiền với 2 độ mịn là BZ1, BZ2. Phụ gia khoáng trơ Barít BaSO4 (Ba) sử dụng gồm độ nghiền mịn thấp (Ba1) và độ mịn cao (Ba2). Xác định các đặc tính kĩ thuật của PGK được đưa ra trong Bảng 1.
Cốt liệu sử dụng là cát vàng sông Lô và đá dăm 5 - 10 mm được lấy từ trạm trộn bê tông Transmeco. Đặc tính cơ lý của đá dăm và cát vàng đưa ra trong Bảng 2.
Nước sử dụng thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 4506:2012 đối với nước trộn vữa và bê tông. Phụ gia siêu dẻo sử dụng là phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate của hãng BIFI Việt Nam cótên thương phẩm là MC-PowerFlow 5313 là dạng lỏng, màu cam có khối lượng riêng: 1,06 g/cm3, hàm lượng sử dụng: 0,6 - 1,2% và có khả năng giảm nước đến 25%.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Các đặc tính của nguyên vật liệu sử dụng và cường độ nén bê tông xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Hiệu quả do thành phần hóa học (Hhh) và do thành phần trơ (Htrơ) do phân tán và làm đầy của PGKTN trong cường độ BT được xác định thông qua hiệu quả chung do PGKTN sử dụng và phụ gia khoáng trơ là BaSO4 trong mỗi cấp phối với cùng tỷ lệ. BaSO4 được sử dụng để thay thếthành phần trơ trong PGKTN nghiên cứu. Tính toán hiệu quả của PGKTN trong cường độ của các cấp phối BT nghiên cứu theo hàm lượng PC thực tế thực hiện như sau:
- Hiệu quả chung: HC-pgk-i = Rpgk-i - Rpc-i.
- Hiệu quả trơ: Htrơ-pgk-i = Rtrơ-pgk-i - Rpc-i.
- Hiệu quả hoạt tính: Hht-pgk-i = HC-pgk-i - Htrơ-pgk-i.
trong đó Rpc-i là cường độ của mẫu BT tính toán theo hàm lượng % PC thực tế tại tuổi rắn chắc i (ngày) bằng 100%; Rpgk-i, Rtrơ-i là cường độ (%) của mẫu BT có PGKTN và mẫu có Ba (được coi như thành phần trơ của PGKTN) tương ứng với cùng mức độ thay thế PC tính theo hàm lượng % PC thực tế tại cùng tuổi rắn chắc i (ngày); HC-pgk-i, Htrơ-pgki, Hht-pgk-i là mức độ hiệu quả chung, hiệu quả do thành phần trơ và hoạt tính của PGKTN sử dụng trong BT so với mẫu BT có hàm lượng % PC thực tế tại tuổi rắn chắc i (ngày).
ximang.vn (TH/ Tạp chí KHCNXD)
