Ảnh hưởng của phụ gia khoáng hoạt tính Silicafume đến các tính chất của bê tông

I. Đặt vấn đề:

Trong tiến trình phát triển và hội nhập với thế giới, lĩnh vực công nghệ bê tông của ta đã và đang tiếp cận được những công nghệ, vật liệu mới và tiên tiến. Cùng với việc phát triển của khoa học công nghệ, hiện nay trên thị trường các sản phẩm phụ gia cho bê tông đã trở nên hết sức đa dạng và chất lượng ngày càng cao, vấn đề lớn nhất đối với chúng ta là làm thế nào để ứng dụng hiệu quả chúng vào trong thực trạng xây dựng nước nhà. Bài viết này tác giả muốn giới thiệu một cách tổng quan những thông tin và các kết quả nghiên cứu trên thế giới về loại phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn silica fume, đến một số tính chất của bê tông như một tài liệu tham khảo nhằm giúp các nhà nghiên cứu, thiết kế có thêm tư liệu trong việc nghiên cứu ứng dụng hiệu quả loại phụ gia này.

II. Các đặc trưng lý hoá của silica fume.

Silica fume là sản phẩm phụ của công nghiệp luyện kim. Loại hợp kim sản xuất trong lò nung là yếu tố cơ bản quyết định tính chất của vật liệu tạo thành ở các ống lọc (silica fume). Lò nung để sản xuất hợp kim sắt – silíc với hàm lượng silíc cao hơn 72% sẽ cho silica fume có chất lượng tốt và thành phần rất đồng đều. Hơi ngưng tụ từ hợp kim canxi-silíc, sắt-silíc, mangan-silíc có đặc trưng vật lý tương tự nhau, nhưng thành phần hóa học khác nhau cơ bản. Các hạt silica fume có dạng hình cầu, bề mặt trơn phẳng, kích thước trung bình của hạt silica fume vào khoảng 0.1-0.2µm, tức là vào khoảng 1:50-1:100 kích thước hạt xi măng hoặc tro bay, tỷ diện bề mặt hạt silica fume vào khoảng từ 13000-25000m2/kg [1]. Bột silica fume có khối lượng đơn vị ở trạng thái đổ đống rất nhỏ, vào khoảng 0,15-0,2 tấn/m3 [2]. Silicafume có hàm lượng ôxit silíc hoạt tính cao vào khoảng 85-98% [2].

III. Ảnh hưởng của silica fume đến các tính chất của bê tông.

1. Tính dẻo của vữa bê tông:

Một số thí nghiệm đã cho thấy với bê tông 300kg/m3 xi măng pooclăng và dưới 10% silica fume thì độ sụt thực tế không có gì thay đổi nhiều so với bê tông đối chứng có cùng hàm lượng chất kết dính. Với bê tông giàu xi măng việc thêm silica fume đòi hỏi tốn năng lượng hơn trong việc đổ và đầm do vữa bê tông bị quánh lại. Trong trường hợp đó cần thiết phải thêm vào vữa bê tông phụ gia dẻo hóa. Silica fume làm tăng tính ổn định của vữa bê tông, nó làm giảm phân tầng, tách nước cho vữa bê tông. Trong vữa bê tông giàu chất kết dính nó có thể gây nên hiện tượng nứt do co ngót. Cho nên đối với các vùng thời tiết nắng nóng và gió như tại Việt Nam thì cần thiết phải có biện pháp bảo dưỡng thật cẩn thận.

2. Sự phát triển cường độ của bê tông.

Cũng giống như các vật liệu puzơlan, silica fume tham gia phản ứng với Ca(OH)2 trong bê tông tạo ra sản phẩm có khả năng kết dính. Silica fume càng tinh khiết, càng mịn thì hiệu quả của phản ứng càng cao và nhanh. Cùng với sự khuyếch tán của mình các hạt silica fume lấp đầy vào khoảng giữa các sản phẩm thủy hóa của xi măng, làm chặt cấu trúc đá xi măng và làm tăng khả năng kết dính giữa đá xi măng và các hạt cốt liệu. Độ hoạt tính của silica fume phụ thuộc vào khả năng phản ứng của SiO2 với Ca(OH)2. Với silica fume cho phép sản xuất được bê tông có cường độ cao hơn nhiều so với bê tông thông thường. Với việc sử dụng cốt liệu thiên nhiên có thể chế tạo được bê tông có cường độ trên 150 N/mm2, với các loại cốt liệu đặc biệt thì có thể chế tạo được bê tông có cường độ lên tới 300 N/mm2[1]. Tốc độ phát triển cường độ của bê tông có sử dụng silica fume hơi khác so với bê tông thường. Trong điều kiện tiêu chuẩn, sau 7 ngày cường độ của nó chỉ đạt được từ 55-65% cường độ ở tuổi 28 ngày [1]. Hoạt tính của silica fume diễn ra chủ yếu trong giai đoạn từ 7 đến 20 ngày. Silica fume thường hay sử dụng kết hợp với tro bay hoặc xỉ lò cao để đạt được tốc độ phát triển cường độ cao hơn. Các thí nghiệm gần đây ở một số nước cho thấy, 1kg silica fume có thể thay thế từ 3-5kg xi măng pooclăng thông thường mà không làm thay đổi về cường độ của bê tông, tuy nhiên mức độ thay thế chỉ trong một chừng mực nhất định. Với việc cho vào trong bê tông lượng silica fume tới 30% và có sử dụng kết hợp với phụ gia siêu dẻo có thể chế tạo được vữa bê tông có tỷ lệ N/CKD nhỏ hơn 0,3. Loại bê tông này có cường độ rất cao trong điều kiện giữ ẩm tốt. Trong những môi trường có độ ẩm không cao có thể dẫn đến những hậu quả không như mong muốn như co, nứt, v,v... Tác động của nhiệt độ đến khả năng phản ứng của silica fume mạnh hơn so với xi măng pooclăng thông thường. Với nhiệt độ thấp phản ứng xảy ra chậm, nhiệt độ cao phản ứng xảy ra nhanh hơn.

3. Độ kiềm của bê tông:

Những nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh rằng, silica fume có ảnh hưởng đáng kể đến độ kiềm của nước trong các lỗ rỗng của gel ximăng. Phản ứng của silica fume với Ca(OH)2 dẫn đến sự hình thành các gel có hàm lượng SiO2 trong liên kết cao cùng với hàm lượng nước liên kết lớn. Độ pH trong các lỗ rỗng của bê tông thông thường vào khoảng 14, trong trường hợp có sử dụng silica fume với liều lượng vừa phải chỉ số pH nhanh chóng giảm xuống 13. Với việc sử dụng 15% silica fume trị số pH giảm xuống 12,5. Khi liều lượng dùng lên tới 25% thì silica fume trung hòa gần như hoàn toàn vôi tự do trong bê tông, lúc đó chỉ số pH giảm đến mức có ảnh hưởng tiêu cực đến tính trơ của cốt thép dưới tác động của môi trường ăn mòn.

4. Tính thấm của bê tông:

Hiệu quả từ việc lấp đầy các lỗ rỗng bằng các hạt silica fume rất mịn là làm giảm kích thước các lỗ rỗng mao quản, tăng khả năng chống thấm cho bê tông. Trên thực tế người ta đã chế tạo được bê tông không thấm với liều lượng silica fume vừa phải và hàm lượng xi măng pooclăng không cao. Hiệu quả ảnh hưởng của silica fume đến khả năng chống thấm của bê tông tốt hơn là đến cường độ [1]. Bê tông có sử dụng silica fume có khả năng chống thấm cao hơn nhiều so với bê tông thường tương đương. Điều này có ý nghĩa đặc biệt đối với các công trình thủy lợi, thủy điện có yêu cầu chống thấm cao.

5. Khả năng bảo vệ cốt thép:

Về lý thuyết độ kiềm trong bê tông cốt thép giảm sẽ làm giảm độ bền của nó dưới tác động của cabonat hóa và clo. Tuy nhiên những nghiên cứu ở Na uy và Thụy Điển đối với các kết cấu bê tông cốt thép trong vòng 12 năm cho thấy, độ bền của bê tông cốt thép chất lượng cao có sử dụng silica fume dưới tác động của cácbonat hóa không thấp hơn bê tông sử dụng ximăng pooclăng thông thường có cường độ tương đương, ngoài ra bê tông có sử dụng silica fume có khả năng ngăn ngừa thấm clo từ nước biển lớn hơn nhiều so với bê tông thường. Tuy nhiên nếu sự bảo dưỡng bê tông có sử dụng silica fume không tốt thì sự hư hỏng của kết cấu lại lớn hơn so với bê tông thường. Một số các thí nghiệm nghiên cứu ăn mòn cốt thép của một số nước cho thấy trong điều kiện bảo dưỡng tốt khả năng bảo vệ cốt thép của bê tông có sử dụng silica fume không khác so với bê tông thông thường có cùng cường độ. 6. Bê tông có sử dụng silica fume dưới tác động hóa học (sunphát): Chúng ta biết rằng, khả năng chống thấm cao và hàm lượng vôi tự do ít làm tăng độ bền của bê tông chống lại một số chất xâm thực hóa học. Bê tông có sử dụng silica fume có độ bền rất tốt với hàng loạt các chất xâm thực. Các thí nghiệm trong một thời gian dài và toàn diện ở Na uy đã cho thấy độ bền của bê tông có sử dụng silica fume trong môi trường sunphát tương đương với độ bền của bê tông sử dụng xi măng pooclăng bền sunphát [1].

IV. Kết luận.

Silica fume với những tính năng ưu việt của mình đã cải biến một cách rất hiệu quả một số tính chất cơ bản của bê tông như đã nêu trên. Hiện nay việc nghiên cứu và sử dụng nó ở nước ta chưa phổ biến, đặc biệt là trong ngành Thuỷ lợi, cần phải được tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng sâu rộng hơn nữa nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công nghệ xây dựng trong nước.

Tài liệu tham khảo:

1. Д. Дж. Паркер - Бетон с содержанием микрокремнезема – 2006. (Bê tông có sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính silicafume – 2006). 2. Баженов Ю. M. - Технология бетона – 2002. (I.M. Bazhehov. - Công nghệ bê tông – 2002). 3. Rachel J. Detwiler and P. Kumar Mehta - Chemical and Physical Effects of Silica Fume on the Mechanical Behavior of Concrete, Materials Journal – 1989. (Rachel J. Detwiler và P. Kumar Mehta – Hiệu ứng lý hoá của silica fume đến tính chất cơ học của bê tông, tạp chí vật liệu xây dựng – 1999). 4. Ziad Bayasi and Jing Zhou - Properties of Silica Fume Concrete and Mortar, Materials Journal – 1993. (Ziad Bayasi và Jing Zhou – Các tính chất của bê tông và vữa có dùng silica fume, tạp chí vật liệu xây dựng – 1993).

Số người đang online:
20
Số lượt truy cập:
3,046,796
© Bản quyền nội dung thuộc về Viện Thủy Công
Địa chỉ: Số 3 Ngõ 95, phố Chùa Bộc, Quận Đống Đa, TP Hà nội.
Điện thoại: 04.35632821 Fax: +(84)4.35637750

Mọi thông tin sao chép từ website này đều phải ghi rõ nguồn www.thuycong.ac.vn

Thiết kế bởi Trung tâm Công nghệ phần mềm Thủy Lợi