JSOFT
Vai trò của phụ gia khoáng trong công nghệ sản xuất bê tông liền khối và bê tông cốt thép
20/04/2022
(MOC.GOV.VN) - Các phụ gia khoáng được tích cực sử dụng trong công nghệ sản xuất bê tông trên toàn thế giới; một trong các lý do liên quan đến khả năng xử lý chất thải từ các quy trình công nghệ, hơn nữa phụ gia khoáng giúp bê tông đạt được các đặc tính công nghệ, cơ lý độc đáo, giảm đáng kể giá thành của bê tông thành phẩm.

Sự xuất hiện của chất hóa dẻo gốc polycarboxylate với hiệu quả giảm nước 30 - 40% đã giúp tăng cường hoạt động của các phụ gia khoáng trong bê tông. Sự tăng cường này được biểu hiện rất rõ khi sử dụng phụ gia khoáng có tỷ diện bề mặt được xác định theo GOST 310.3-76, cao hơn so với xi măng thương phẩm thông thường có tỷ diện riêng bề mặt 3000 - 4000 cm2 / g (theo Blaine).

Theo GOST R 56592-2015, phụ gia khoáng hoạt tính có tỷ diện bề mặt cao gồm có microsilica (MKU -65, MKU - 85, MKU - 95); metakaolin, xỉ lò cao, tro bay. Các phụ gia khoáng thường được dùng có tỷ diện bề mặt 5000 cm2 / g (theo Blaine) đối với xỉ; 15000 - 20000 cm2 / g đối với microsilica;  3000 - 4200 cm2 / g đối với tro bay (silic hoặc canxi tùy từng loại).

Ngoài ra trên thị trường Nga còn có các phụ gia khoáng không hoạt tính (theo thuật ngữ trong GOST R56592). Một đặc điểm quan trọng của các phụ gia này là “tính trơ”, tức là thiếu hoạt tính trong điều kiện bình thường; trong số này có đá vôi, dolomit, bột khoáng loại MP có tỷ diện bề mặt 11000 cm2 / g, bột đá granit, cát, một số loại tro (tro từ bãi thải của các nhà máy nhiệt điện) không có hoạt tính thủy lực.

Tỷ diện bề mặt của các phụ gia khoáng không hoạt tính rất khác nhau, có thể trong khoảng 300 - 11.000 cm2 / g; giá trị này liên quan đến hệ số mật độ tiêu chuẩn của chất kết dính khoáng vật (được xác định bằng thử nghiệm sử dụng bộ dụng cụ Vicat).

Phụ gia khoáng metakaolin 

Khi phụ gia khoáng hoạt tính/không hoạt tính có tỷ diện bề mặt nhỏ hơn tỷ diện bề mặt của xi măng được đưa vào chất kết dính khoáng vật (xi măng + phụ gia khoáng), hệ số mật độ tiêu chuẩn của hỗn hợp biến tính sẽ giảm. Tỷ diện bề mặt của phụ gia khoáng tăng lên sẽ dẫn đến tăng giá trị hệ số mật độ.Hiệu quả thấy rõ khi sử dụng microsilica có tỷ diện bề mặt cao;  còn xỉ nghiền và tro bay có tỷ diện bề mặt gần với các tính chất của xi măng cho hiệu quả khó xác định hơn..Sự gia tăng giá trị của hệ số mật độ ảnh hưởng đến việc tăng tỷ lệ nước/ xi măng trong cấp phối bê tông, kéo theo các hệ quả tiêu cực đối với các tính chất cơ lý của bê tông. Về vấn đề này, việc sử dụng chất siêu dẻo trong công nghệ bê tông nhằm kháng lại sự gia tăng tỷ lệ nước/ chất kết dính chính là yếu tố đầu tiên trong việc sử dụng phụ gia khoáng.

Yếu tố thứ hai - sự thay đổi hoạt tính của chất kết dính hỗn hợp tùy thuộc vào phụ gia khoáng được sử dụng là phụ gia hoạt tính hay không hoạt tính. Để xác định mức độ ảnh hưởng của yếu tố này, các chuyên gia tiến hành thử nghiệm đánh giá hoạt tính của chất kết dính hỗn hợp trên các thanh xi măng-cát (cát sông Volga) theo phương pháp quy định trong GOST 310.4-81 ở tuổi thiết kế, hoặc GOST 30744-2001 trên cát hạt hỗn hợp. Nguyên tắc chung đơn giản - các phụ gia khoáng trơ làm giảm hoạt tính của chất kết dính hỗn hợp, còn phụ gia khoáng hoạt tính tăng hoặc duy trì ở mức xấp xỉ của xi măng ban đầu.

Để đánh giá việc tăng/ giảm độ hoạt tính của chất kết dính theo các phương pháp phù hợp tiêu chuẩn châu Âu EN206-2016 và GOST R57345-2016 / EN206-1: 2003, cần áp dụng chỉ số hoạt tính K. Có thể hiểu đơn giản như sau: việc đưa vào 20 kg / m3 microsilica (chỉ số hoạt tính K = 2) - với hoạt tính như nhau của chất kết dính thu được - tương đương với việc giảm 40 kg / m3 xi măng và ngược lại. Đồng thời, việc đưa vào 60 kg / m3 xỉ nghiền (chỉ số hoạt tính K = 0,8) tương đương với việc giảm hàm lượng xi măng trong cấp phối bê tông từ 60 xuống 48 kg / m3.

Như vậy, ảnh hưởng tới nhu cầu tiêu thụ nước của chất kết dính hỗn hợp và sự thay đổi hoạt tính của cấu trúc thu nhận được là những yếu tố quyết định cho việc sử dụng phụ gia khoáng trong thiết kế cấp phối của bê tông.

Bài viết sẽ không xem xét vấn đề giảm hoặc duy trì tỷ lệ nước/ chất kết dính; điều này về cơ bản được giải quyết thông qua tăng cường giảm nước bằng các chất siêu hóa dẻo, bằng cách tăng liều lượng các chất này trong tổng khối lượng chất kết dính. Vấn đề quan trọng ở đây là cần sử dụng lượng phụ gia khoáng bao nhiêu để không làm mất đi các tính chất cơ lý? Vẫn còn một số vấn đề khoa học- kỹ thuật chưa được giải quyết dứt điểm, như ảnh hưởng của lượng khoáng chất của phụ gia khoáng hoạt tính / không hoạt tính tới tuổi thọ của bê tông, tính kháng băng tuyết, bền sunfat, bền ăn mòn..., do đó cần thiết lập mức hạn chế khối lượng phụ gia đầu vào. Với việc tăng lượng tiêu hao các phụ gia khoáng hoạt tính / không hoạt tính trong thành phần của chất kết dính xi măng và tỷ lệ xi măngthay thế cao, độ pH trong đá xi măng có thể giảm, ảnh hưởng không tốt đến trạng thái thụ động của cốt thép trong quá trình hoạt động của kết cấu bê tông cốt thép. Chẳng hạn, đối với phụ gia khoáng hoạt tính, không cho quá 15% microsilica vào thành phần chất kết dính (liều lượng hiệu quả nhất của microsilica là 8 - 10%). Lượng microsilica tối thiểu để có thể xác định sự thay đổi các tính chất của vữa và bê tông (trong hầu hết các thí nghiệm xây dựng) không được thấp hơn 4-5% khối lượng chất kết dính khoáng vật. 

Cần lưu ý: EN206-1 khuyến nghị sử dụng lượng microsilica tối đa không vượt 11% khối lượng chất kết dính, do lượng silica này có thể tạo nên những liên kết hóa học mới không hòa tan và bền vững nhờ sự kết tinh lại các sản phẩm hydrat hóa của pha đầu tiên; lượng silica còn lại (nếu lớn hơn 11%) sẽ chuyển thành chất độn trơ.

Đối với xỉ nghiền, liều lượng trong ngưỡng 10 - 30% khối lượng của chất kết dính trong cấp phối bê tông. Nhiều thử nghiệm cho thấy việc đưa xỉ nghiền vào bê tông thành phẩm làm chậm động học tập trung cường độ nén của bê tông, tới 20- 30% ở bê tông một ngày tuổi, và 10 - 15% ở bê tông ba ngày tuổi so với cấp phối “xi măng sạch” của bê tông. Ngoài ra, hầu như không có sự khác biệt về động học ở bê tông 7 ngày tuổi.

Theo kinh nghiệm sản xuất bê tông ở Nga, lượng xỉ nghiền tối ưu không được vượt quá 15 - 20% trong cấp phối bê tông mác B25 - B30 để có thể phù hợp thời tiết cuối thu, đầu xuân khi nhiệt độ ngoài trời giảm thấp; còn giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 9, đặc biệt với tiết trời ấm ở miền Trung Nga, có thể tăng lượng xỉ lên 30 - 35%.

Tro bay cần được sử dụng thận trọng hơn. Điều này là do ảnh hưởng của phụ gia khoáng hoạt tính đối với cường độ ở thời hạn kết cứng sớm và trung bình (1-7 ngày) của bê tông so với bê tông có cấp phối “xi măng sạch”. Ảnh hưởng thực sự vượt trội so với một số tác động chậm của xỉ trong thành phần chất kết dính đối với động học tập trung cường độ. Về nguyên tắc, cường độ nén của bê tông giảm mạnh trong khoảng từ 1 đến 7 ngày với giá trị từ 30 - 40% (ở 7 ngày) đến 60 - 80% (ở một ngày tuổi). Tuy nhiên, bắt đầu từ ngày tuổi thứ 14, chênh lệch được thu nhỏ, đến khi bê tông đạt 28 ngày tuổi, các chỉ số cường độ bê tông được bảo đảm đầy đủ. Về vấn đề này, lượng tro bay cho các cấp phối “phù hợp với mọi thời tiết” của bê tông B25- B30 được khuyến nghị từ 10 - 12% tổng lượng chất kết dính; từ tháng 4 đến tháng 9 có thể tăng lên 15 - 20%. Tuy nhiên, đối với cấp phối của các bê tông đặc biệt dùng trong những kết cấu khối lớn hoặc bê tông cường độ cao có mức thoát nhiệt và nứt hạn chế, có thể ứng dụng hiệu quả tới 30% tro bay và tới 40% xỉ nghiền.

Có thể kết hợp sử dụng cùng lúc một - hai loại phụ gia khoáng hoạt tính kết hợp với một phụ gia khoáng trơ và riêng xi măng không?

Câu trả lời là có thể và cần thiết, trong trường hợp thiết kế bê tông tự lèn cường độ cao B45 - B50 cho các kết cấu lớn, bê tông cường độ cao và bê tông siêu cường B60 - B120, và giải quyết một số bài toán khác của xây dựng hiện đại. Trong thực tế, thường gặp sự kết hợp xi măng + microsilica + xỉ hoặc xi măng với xỉ và phụ gia khoáng trơ.

Việc sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính hoặc phụ gia khoáng trơ có ảnh hưởng thế nào tới hoạt tính của chất kết dính?

Không có đánh giá này, rất khó để lựa chọn cấp phối hợp chuẩn có phụ gia khoáng. Nói một cách chính xác, cần phải sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn để đánh giá hoạt tính. Tuy nhiên nhiều khi không đủ thời gian để thực hiện thí nghiệm theo đúng kỹ thuật, với yêu cầu đánh giá ở 28 ngày tuổi. Khi đó, có thể vận dụng các khuyến nghị như sau để đánh giá sự thay đổi hoạt tính của chất kết dính, phù hợp với các tính toán thực tế. Chẳng hạn, sử dụng microsilica MKU-85 ở mức 5% tổng lượng chất kết dính dẫn đến gia tăng khoảng 10% hoạt tính của chất kết dính. Tăng microsilica MKU-95 với liều lượng 5% tổng khối lượng chất kết dính khiến cường độ tăng thêm 15%. Việc sử dụng 10% MKU-85 trong khối lượng chất kết dính sẽ tăng hoạt tính của chất kết dính lên 20%. Cùng một lượng MKU-95 sẽ tăng hoạt tính của chất kết dính ít nhất 25%.

Microsilica MKU - 85 

Việc sử dụng xỉ nghiền ở tỷ lệ 10% khối lượng chất kết dính làm tăng hoạt tính của chất kết dính lên 5 - 7%; tăng liều lượng tới 20% dẫn đến bảo toàn hoạt tính thực tế của xi măng. Việc sử dụng xỉ với liều lượng 30% sẽ làm giảm hoạt tính của chất kết dính khoảng 10% so với các cấp phối không cho xỉ vào, với tỷ lệ nước/ xi măng và nước /chất kết dính như nhau.

Các phụ gia khoáng trơ với liều lượng tới 10% khối lượng của chất kết dính hầu như không làm thay đổi hoạt tính của chất kết dính; hiệu quả này có thể do một số cải thiện về độ đặc của vữa bê tông, về giảm hiện tượng phân tầng...Tuy nhiên, tăng thêm liều lượng phụ gia khoáng trơ sẽ làm giảm hoạt tính của chất kết dính. Ở liều lượng 15 - 20% tổng khối lượng chất kết dính, khuyến nghị áp dụng hệ số 0,85 - 0,8 đối với hoạt tính của chất kết dính; ở liều lượng 25 - 30%, khuyến nghị áp dụng hệ số 0,7- 0,65 đối với hoạt tính của từng mác xi măng cụ thể.

Những tính chất công nghệ nào của vữa bê tông thay đổi trong trường hợp sử dụng phụ gia khoáng?

Nói chung, vấn đề này phụ thuộc vào loại phụ gia khoáng được dùng và định hướng thiết kế bê tông. Theo quy định, phụ gia khoáng hoạt tính với tỷ diện bề mặt tăng cao (cao hơn xi măng) sẽ cải thiện các chỉ số tách nước của vữa bê tông theo GOST 7473-2010. Đồng thời, việc sử dụng phụ gia khoáng không hoạt tính với tỷ diện bề mặt nhỏ, với lượng 20 - 30% khối lượng của chất kết dính, trong trường hợp thay thế trực tiếp cho xi măng trong thành phần sẽ có thể làm giảm hiệu quả phân tầng của vữa, thậm chí gây ra việc vữa bị nghẽn trong các boongke và bơm bê tông. Trong nhiều trường hợp, việc giảm tỷ trọng của vữa bê tông dẫn đến giảm cường độ của bê tông ở 28 ngày tuổi. Những tác động tiêu cực của phụ gia khoáng hoạt tính / không hoạt tính tới tính bảo quản của vữa bê tông cũng được ghi nhận tuy ở mức độ ít hơn. Về nguyên tắc, phụ gia khoáng hoạt tính / không hoạt tính ít tác động đến tính bảo quản của vữa, mặc dù có những ví dụ về tác động tích cực (ví dụ tro bay), nhưng các tác động này sẽ lớn hơn từ xi măng và các đặc điểm khoáng vật học của xi măng, mức tiêu thụ và tính chất của phụ gia hóa học được sử dụng, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ của vữa bê tông.

Như vậy, khi áp dụng các phụ gia khoáng trong sản xuất bê tông, có một số lợi ích rõ ràng:

- Giảm giá thành bê tông nhờ thay thế xi măng trong thành phần bê tông bằng các phụ gia khoáng hoạt tính hay phụ gia khoáng trơ rẻ hơn, trong khi cường độ và tính kháng thấm nước theo quy định của bê tông vẫn được duy trì.

- Cải thiện các tính chất công nghệ của vữa, các thuộc tính kỹ thuật, thuộc tính cơ lý của bê tông mà không làm tăng giá thành.

- Thu nhận được các loại bê tông đặc biệt như bê tông tự lèn, bê tông cường độ cao, bê tông siêu cường B90 - B120, với mức tỏa nhiệt thấp cho các kết cấu bê tông khối lớn.

Xét về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, việc ứng dụng phụ gia khoáng và hiệu quả kinh tế của phụ gia này liên quan chặt chẽ với giá thành xi măng tại từng vùng miền cụ thể trong Liên bang Nga, cũng như việc sẵn có và giá cả của các phụ gia khoáng (hoạt tính hoặc trơ).

Tất cả các đơn vị trộn bê tông hiện đại của các nhà máy sản xuất bê tông quy mô vừa và lớn có công suất từ 120.000 - 25.000 m3 / tháng tại St.Peterburg đều có khả năng và kinh nghiệm sản xuất về tự động cung cấp và định lượng phụ gia khoáng (mọi loại phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia khoáng trơ). Đối với phụ gia khoáng thường áp dụng các silo xi măng, thiết bị cấp liệu và lập trình tương thích. Đã có nhiều trường hợp vón cục, bám dính phụ gia khoáng vào thiết bị công nghệ và máy cấp liệu trục vít. Điều này khiến microsilica MK biến mất dần trên thị trường, và thay thế bằng dòng silica MKU đang có nhu cầu rất lớn do có đặc tính công nghệ cao, nén tốt.

Hiện nay, việc sử dụng các loại phụ gia khoáng khác nhau không gây ra các vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng. Một ưu điểm rất rõ của phụ gia khoáng là khả năng bảo quản lâu hơn mà không mất đi các thuộc tính công nghệ - sử dụng so với xi măng. 

Khi sử dụng phụ gia khoáng, vẫn chưa có ý kiến đồng nhất về ảnh hưởng tích cực đến tuổi thọ của bê tông, nhất là tính kháng băng giá. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng phụ gia khoáng hoạt tính / không hoạt tính tác động tiêu cực đến tính kháng băng giá của bê tông. Song nhiều chuyên gia cũng có những số liệu cụ thể về tác động tích cực, ví dụ, chỉ số “mức cơ bản” của xỉ nghiền có giá trị lớn hơn 1,3 đối với việc tăng khả năng chống băng giá của bê tông. Module mức cơ bản của xỉ được xác định theo công thức (СаО + MgO) / (SiO2). Đồng thời, các chỉ số về khả năng kháng thấm nước W (đối với tất cả các loại phụ gia khoáng) và tính bền sunfat của bê tông (đối với phụ gia khoáng hoạt tính) đều được cải thiện đáng kể. Tính kháng băng giá đối với bê tông thông thường là F1 (theo GOST 26633-2015) ở liều lượng vừa phải của phụ gia khoáng hoạt tính / không hoạt tính, từ 10–15% tổng lượng chất kết dính khoán có thể gia tăng đến một ngưỡng nhất định nhờ giảm tính thấm và tỷ lệ nước / xi măng (nước/ chất kết dính).

Nhìn chung, việc sử dụng phụ gia khoáng trong sản xuất bê tông ở Liên bang Nga sẽ ngày càng phát triển, bởi ngoài hiệu quả kinh tế do giá thành bê tông giảm, một số vấn đề môi trường cấp thiết liên quan tới xử lý chất thải của các ngành công nghiệp luyện kim và năng lượng cũng đang dần được tháo gỡ. 

 

 V.Koval

Tạp chí Công nghệ bê tông (Nga) số 2/2021

Biên dịch: Lệ Minh

 

Tin chỉ đạo, điều hành

Penetron và các tiêu chuẩn môi trường trong xây dựng

Góp ý cho dự thảo Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ ngành Xây dựng giai đoạn 2021-2030

Khai mạc phiên chính thức Đại hội Đại biểu Đảng bộ Bộ Xây dựng lần thứ IX, nhiệm kỳ 2020-2025

Quyết định về việc thành lập Hội đồng tư vấn đánh giá nghiệm thu kết quả thực hiện nhiệm vụ thường xuyên theo chức năng năm 2019 của Viện Vật liệu xây dựng

Quyết định về việc thành lập Hội đồng tư vấn đánh giá nghiệm thu kết quả nhiệm vụ KHCN “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp đầu tư, quản lý, khai thác không gian ngầm phục vụ công cộng đô thị thích ứng với điều kiện Việt Nam”

Bộ Xây dựng trao Quyết định bổ nhiệm Phó Vụ trưởng Vụ Khoa học công nghệ và môi trường

Thứ trưởng Lê Quang Hùng chủ trì cuộc họp Hội đồng Tư vấn hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật xây dựng

Quyết định thành lập Hội đồng tư vấn đánh giá nghiệm thu kết quả thực hiện nhiệm vụ “Nghiên cứu thay thế sợi amiăng bằng các loại sợi khác trong sản xuất tấm lợp amiăng xi măng ”, mã số RD 106-18

Le Doan Hop

Tổ chức các hoạt động của Tháng hành động vì môi trường hưởng ứng Ngày Môi trường Thế giới và Ngày Quốc tế Đa dạng sinh học năm 2021

Thông báo đề xuất các nhiệm vụ, dự án bảo vệ môi trường từ nguồn sự nghiệp môi trường năm 2022 và giai đoạn 03 năm (2022-2024)

Bổ sung giải pháp theo QCVN 06:2010/BXD đối với công trình Khu phức hợp B3-CC1 khu trung tâm khu đô thị Tây Hồ Tây

Giải đáp vướng mắc trong việc áp dụng QCVN 06:2010/BXD tại dự án Tòa nhà hỗn hợp thương mại dịch vụ và căn hộ chung cư Alacarte Hạ Long

Luận chứng kỹ thuật bổ sung giải pháp thiết kế đảm bảo PCCC cho công trình Tháp A dự án Sunbay Park Hotel & Resort

Giải đáp vướng mắc trong việc áp dụng QCVN 13:2018/BXD

Luận chứng kỹ thuật bổ sung giải pháp thiết kế đảm bảo PCCC cho công trình Văn phòng làm việc, xây dựng tại số 65 đường Hải Phòng, phường Thạch Thang, quận Hải Châu, TP. Đà Nẵng

Luận chứng kỹ thuật bổ sung giải pháp thiết kế đảm bảo PCCC cho công trình Khu chung cư cao tầng, văn phòng thương mại và nhà ở Tuyên Sơn

® MOC giữ bản quyền nội dung trên website này.
THÔNG TIN LIÊN HỆ.