Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P1)

>> Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P2)

>> Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P3)

>> Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P4)
 

Trong bài viết xin được lược dịch và giới thiệu các nghiên cứu mới nhất của Arthur Harrisson, Vương Quốc Anh, về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong quá trình hydrat hóa xi măng trong bê tông, mà thường bị ảnh hưởng bởi nhiều biến số thực tế. Trong quy trình hai bước gồm bước đông kết và hóa rắn, ông đã tiến hành quan sát các thành phần tham gia bởi các sulphate và C₃A, đồng thời chỉ ra những hiểu biết về tâm quan trọng của các yêu tố khác như hàm lượng C₃S và nhu cầu nước của xi măng… vì yếu tố quan trọng nhất trong cường độ bê tông khi toàn bộ các xi măng có sẵn được xem xét chính là lượng nước được yêu câu đề đạt được tính công tác mong muốn. Việc bổ sung thêm quá nhiều nước sẽ làm giảm cường độ bê tông ở tất cả các độ tuổi.

1. Phát triển cường độ sớm trong bê tông

Một số nghiên cứu về các hệ số ảnh hưởng tới hiệu quả đạt cường độ sớm đã được thực hiện dưới các điều kiện có kiểm soát với số lượng các biến số có hạn. Quá trình hydrat hóa xi măng thường được chia thành hai bước đông kết và hóa rắn, như sau:

1.1. Đông kết

Theo lý thuyết, đông kết và phát triển cường độ thường được phân tách ra nhưng trong thực tế, việc đông kết hồ xi măng đánh dấu sự thay đổi trạng thái từ lỏng sang rắn với cường độ đo được sẽ được xác định bằng độ xuyên thấu của kim thử.

Lý do đông kết thường không rõ ràng. Một số mô hình hydrat hóa xi măng cho thấy rằng sự có mặt của ettring từ phản ứng giữa C₃A, SO₃ và nước gây ra đông kết bằng cách tạo thành một kết cấu các tinh thể ettring hình lăng trụ dài. Trong kết cấu này, sự phát triển của các pha hydrat hóa khác có thể tiếp tục diễn ra, bổ sung thêm cường độ cho nguyên liệu.

Trong các trường hợp khác, thì đông kết là trùng với sự phát triển calcium silicate hydrate (C-S-H) từ phản ứng của C₃S với nước. Do đó, sự chuyển đổi từ đông kết sang hóa rắn có liên quan tới toàn bộ các phản ứng hydrat hóa.

Sự phát triển ettring phụ thuộc vào độ hòa tan và tỷ lệ của bốn thành phân chính gồm CaO, SO₃, Al₂O₃ và H₂O. Việc cung cấp CaO trong xi măng hydrat hóa không phải là vấn đề như tất cả các nguồn cung cấp ôxít chính ngoại trừ nước đã chứa CaO có thê khai thác được. Sulphate có sẵn trong thành phần clinker xi măng và trong thạch cao được bổ sung thêm vào (hoặc nguồn thay thế) và Al₂O₃ được cung câp từ C₃A do hóa tan nhanh khi được trộn với nước.

Mặc dù các mức hàm lượng SO3 cung cấp từ clinker và thạch cao bổ sung thêm vào là khác nhau, giả định rằng các mẫu khác nhau của một nguồn xi măng cụ thể có chứa cùng một lượng SO₃ đã hòa tan thì khi đó, các khác biệt về hàm lượng SO3 trong xi măng phụ thuộc chủ yếu vào lượng thạch cao bổ sung thêm vào.

Hình 1-1 cho thấy sự so sánh mối quan hệ giữa hàm lượng SO₃ thời gian đông kết và cường độ hai ngày tuổi của các mẫu xi măng được lấy từ bốn nhà máy khác nhau. Các mối quan hệ giả định rằng sẽ rất khó phân tách hiệu quả đông kết và hiệu quả hóa rắn. Việc tăng SO₃ trong môi trường hợp đã dẫn đến thời gian đông kết ngắn hơn và cường độ bền nén hai ngày cao hơn. Các kết quả thu được từ các thử nghiệm này đã dẫn đến việc điều chỉnh bổ sung lượng SO₃ vào máy nghiền xi măng, được thực hiện mỗi ngày cho mỗi thử nghiệm.

Cũng như các thay đổi về độ hòa tan giữa sulphate trong clinker và thạch cao được bổ sung thêm vào, thì trường hợp sulphate được bổ sung thêm vào clinker trong máy nghiền xi măng và các thay đổi diễn ra trong máy nghiền đã gây ảnh hưởng tới thời gian đông kết. Nhiệt sinh ra qua quá trình nghiền trong một máy nghiền xi măng thường là đủ để sinh ra một lượng nhất định khử hydrat trong thạch cao, thay đổi từ dạng dihydrat sang dạng bán hydrat và sự có mặt của calcium sulphate bán hydrat (thạch cao Paris) trong xi măng, nếu có đủ, có thể gây ra đông kết giả. Ảnh hưởng của việc khử hydrat hóa thạch cao không phải là sự thay đổi đột ngột về trạng thái, trong đó ở mức này, đông kết là tiêu chuẩn và ở mức khác xi măng trải qua đông kết giả. Trong thực tế, hầu hết các xi măng mà được bổ sung thêm thạch cao tại máy nghiền xi măng có chứa một lượng bán hydrate nhất định. Hơn nữa, nó được quan sát thấy là sẽ rút ngắn thời gian đông kết trong bê tông, khi tăng lượng nhu câu nước. Mặt khác, việc thiếu sulphate trong clinker có chứa C₃A dẫn đến đông kết nhanh vì C₃A phản ứng với nước nhanh chóng tạo ra các calcium aluminate hydrat mà khiến cho hồ xi măng (và bê tông, trong đó hồ có thể lắng lại) không thể thi công được.

Như đã bàn luận ở trước, đông kết giả thường không được xem là một hiện tượng nghiêm trọng. Ngay khi được phối trộn trong bê tông, hồ xi măng được khuấy liên tục cho đến khi đổ và trừ khi sự ngưng kết của thạch cao từ dung dịch và sự siêu bão hòa tiếp theo của hồ xi măng với thạch cao là quá lớn, các xu hướng đông kết nhanh đều dần tăng lên. Tuy nhiên, khi ở trạng thái tĩnh, vẫn diễn ra sự hóa rắn nhanh và vẫn sẽ đạt được thời gian đông kết ngắn.

Tương tự, lượng C₃A dư thừa so với lượng sulphate có sẵn để làm chậm lại phản ứng với nước sẽ không nhất thiết tạo ra ngay sự đông kết nhanh thực sự, nhưng sẽ tạo ra xu hướng đông kết nhanh mà được xem là thời gian đông kết ngắn.

Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng)