Ảnh hưởng của kiềm hòa tan đến khả năng tương thích xi măng – phụ gia siêu dẻo (P1)
1. Giới thiệu
Trong bê tông chất lượng cao, nghĩa là bê tông có sử dụng phụ gia siêu dẻo với một tỷ lệ nước/ xi măng (w/c) thấp, tính công tác ban đầu cao đôi khi được duy trì trong thời gian ngắn và tiếp theo là tổn thất độ sụt nhanh. Trong trường hợp đó, xi măng và phụ gia siêu dẻo được cho là không tương thích về tính lưu biến. Kết quả khảo sát cho thấy rằng tính lưu biến của bê tông hóa dẻo chất lượng cao có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số liên quan đến xi măng, phụ gia siêu dẻo, hoặc tương tác giữa chúng, cụ thể là:
– Thành phần hóa học và thành phần pha của xi măng, đặc biệt là C3A và hàm lượng kiềm;
– Độ mịn xi măng;
– Hàm lượng và loại canxi sulfat trong xi măng;
– Tính chất hóa học và khối lượng phân tử trung bình của phụ gia siêu dẻo;
– Mức độ sulfonat hóa của phụ gia siêu dẻo và bản chất của ion trái dấu;
– Liều lượng phụ gia siêu dẻo và phương pháp bổ sung.
Vai trò quan trọng của sulfat đã được nhấn mạnh trong các nghiên cứu. Một số nghiên cứu về khả năng tương thích xi măng và phụ gia siêu dẻo đã xem xét tới tương tác canxi sulfat và phụ gia siêu dẻo. Hiện tượng này thường được cho là do những thay đổi về tốc độ hòa tan của ion SO42-. Cho tới nay, nghiên cứu đã tập trung vào ảnh hưởng của các canxi sulfat (loại và hàm lượng) đến khả năng tương thích xi măng/ phụ gia siêu dẻo. Ảnh hưởng của kiềm sulfat đến tính lưu biến của hồ xi măng có sử dụng phụ gia siêu dẻo rất ít được quan tâm.
Khi không sử dụng phụ gia siêu dẻo, xi măng với hàm lượng kiềm cao thường thể hiện tính lưu biến kém hơn so với xi măng có hàm lượng kiềm thấp. Nhưng khi sử dụng phụ gia siêu dẻo polynaphtalen sulfonat (PNS), việc hỗ trợ tính lưu biến của hồ xi măng thấp kiềm có thể được cải thiện nếu bổ sung thêm một ít kiềm sulfat (Na2SO4) vào hỗn hợp. Mặt khác, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng việc giảm hàm lượng kiềm sulfat tăng cường độ chảy hỗn hợp đã hóa dẻo. Cuối cùng, ảnh hưởng của kiềm sulfat đến độ chảy ban đầu của hồ xi măng đã được nghiên cứu, nhưng không tập trung vào tính tổn thất độ chảy (tổn thất độ sụt) theo thời gian.
Mục tiêu của nghiên cứu này là làm nổi bật vai trò kiềm hoà tan trong việc đảm bảo khả năng tương thích giữa xi măng poóc lăng và phụ gia siêu dẻo PNS.
2. Thí nghiệm
2.1. Nguyên vật liệu
2.1.1. Xi măng poóc lăng
Có 6 loại xi măng thông dụng đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Thành phần hóa học và pha của các loại xi măng này cũng như độ mịn được trình bày trong Bảng 1. Xi măng C1 và C2 có đặc trưng là hàm lượng C3A thấp và tương ứng với xi măng loại V theo ASTM. Xi măng C3 đến C6 tương ứng với xi măng loại I. Các loại xi măng được chọn có dải thành phần rộng: hàm lượng C3A rất khác nhau từ thấp là 2,4% đối với xi măng C2 lên đến 11% đối với xi măng C6, tính theo công thức Bogue. Hàm lượng tổng Na2Otd trong khoảng từ 0,31% (xi măng C1 và C6) đến 0,92% (xi măng C3).
Muối natri của phụ gia siêu dẻo PNS đã được sử dụng trong nghiên cứu này, là một dung dịch ngậm nước có hàm lượng chất rắn là 41%. Độ pH (dung dịch 10%) là 7,85; Hàm lượng sulfate là 1,08%; độ nhớt là 65cps (22oC) và tỷ trọng là 1,21.
2.2. Đo lường và phương pháp
Hiển nhiên, không có cách nào để dự đoán các tính lưu biến của một loại xi măng và phụ gia siêu dẻo ở tỷ lệ w/c thấp chỉ đơn giản bằng cách xem xét bảng chỉ tiêu kỹ thuật. Cần tiến hành một số thí nghiệm về tính lưu biến ban đầu với vữa lỏng (grout) và dạng hồ (paste). Các tính chất lưu biến của hồ xi măng là một hàm của thời gian và liều lượng phụ gia siêu dẻo, cung cấp các thông tin liên quan về các đặc tính quan trọng, chẳng hạn như độ sụt và tổn thất độ sụt, mà kết quả này có thể được chuyển cho cho bê tông tươi. Tính tương thích của xi măng và phụ gia siêu dẻo liên quan tới tổn thất độ sụt, do đó có thể được nghiên cứu trước bằng cách xác định độ chảy của hồ xi măng hoặc vữa với thí nghiệm độ sụt (thí nghiệm độ sụt rút gọn Kantro) hoặc thí nghiệm độ chảy côn Marsh. Các kết quả thu được với hồ xi măng sau đó phải được xác nhận trên bê tông.
2.3. Quy trình trộn của hồ xi măng
Các hồ xi măng được chế tạo với tỷ lệ w/c = 0,35. Phụ gia siêu dẻo đã được thêm vào nước trộn, sau đó được trộn với xi măng. Ban đầu hồ được trộn bằng tay trong 1,5 phút, sau đó với được trộn với một máy trộn tốc độ cao trong 2,5 phút để thu được vữa có độ phân tán tốt. Quá trình trộn được tiến hành ở nhiệt độ kiểm soát 25 ± 1oC. Hàm lượng phụ gia siêu dẻo trong hỗn hợp được tính trên khối lượng khô (khối lượng chất rắn của phụ gia siêu dẻo so với khối lượng xi măng).
2.4. Thí nghiệm độ sụt rút gọn (Mini-slump test)
Như tên gọi, phương pháp này tiến hành thí nghiệm độ sụt trên một lượng nhỏ hồ xi măng. Hồ xi măng được đổ vào côn Plexiglas có hình dạng tương tự như côn Abram để kiểm tra độ sụt thường xuyên, nhưng với kích thước nhỏ hơn (chiều cao 60 mm). Nhấc côn mini ra và đo đường kính chảy tỏa của hồ xi măng.
2.5. Thí nghiệm côn Marsh
Thí nghiệm bao gồm đo thời gian cần thiết để 1,0 L hồ chảy qua côn Marsh với đường kính 5 mm và chứa 1,2 L hồ xi măng. Đo thời gian chảy ở thời điểm 5 phút và 60 phút sau khi trộn. Giữa các lần đo, bảo quản hồ trong bình kín và khuấy nhẹ. Quy trình thí nghiệm chi tiết hơn được mô tả ở bài báo khác.
Bê tông được chế tạo với tỷ lệ w/c = 0,30. Các độ sụt được đo ở thời điểm 10, 30, 60 và 90 phút theo ASTM C143-90a. Các thí nghiệm cường độ nén được tiến hành trên mẫu bê tông hình trụ 100×200 mm theo ASTM C39-94. Các kết quả cường độ nén là giá trị trung bình của ba mẫu.
(Còn nữa)
