Tiểu luận lưu biến học silicat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU SILICÁT
----------

TIỂU LUẬN
LƯU BIẾN HỌC
TRONG XI MĂNG VÀ BÊ TƠNG
“Ảnh hưởng của phụ gia khống hoạt tính đến
tính lưu biến của vữa xi măng và bê tông”

Sinh viên thực hiện
Giáo viên hướng dẫn
Lớp
Mã học viên

:
:
:
:

HÀ NỘI, 5/2017

LỜI MỞ ĐẦU

1

Trần Ngọc Tân
TS. Nguyễn Thành Đông
16BKTHH-VICEM
CB160037

Các thử nghiệm về tính lưu biến trên vữa xi măng được sử dụng thành công trong việc lựa
chọn loại và định lượng các loại phụ gia khống hoạt tính để cải thiện khả năng thi công của bê
tông. Trong sáu loại phụ gia khống hoạt tính khác nhau được thử nghiệm, tro bay siêu mịn
(UFFA) được xác định để cho kết quả tốt nhất bằng cách giảm ứng suất đàn hồi và độ nhớt.
Những đặc tính lưu biến được cải thiện này không thể đạt được bằng cách tăng lượng nước tiêu
chuẩn hoặc tăng lượng phụ gia làm giảm nước cao cấp (HRWR). Do đó, việc bổ sung (UFFA)
đã cải thiện tính chảy của bê tơng mà khơng làm giảm tính chất đóng rắn hoặc làm tăng chi phí.
Các kết luận đạt được dựa trên các bài kiểm tra trên vữa xi măng thông qua việc kiểm tra độ sụt
bê tơng. Dữ liệu về đặc tính lưu biến của vữa xi măng cũng được so sánh bằng cách sử dụng hai
phép thử đơn giản là phương pháp độ sụt cơn mini và phương pháp sử dụng cơn Marsh. Mục
đích là để xác định liệu các phép thử đơn giản được sử dụng có thể mơ tả một cách đầy đủ tính
lưu biến của vữa xi măng hay khơng. Tuy nhiên các kết luận qua những kiểm tra đơn giản này là
chưa đủ tin cậy để đo lường khả năng thi công của vữa bê tông.

1. Giới thiệu
Bê tông hiệu năng cao (HPC) là một hỗn hợp phức tạp thường chứa 5±10 loại vật liệu khác
nhau. Sự tương tác giữa các vật liệu khác nhau có thể gây ra nhiều thay đổi trong khả năng thi
cơng, ngồi ra cịn phụ thuộc vào loại vật liệu cụ thể và tỷ lệ được sử dụng. Việc xác định các
đặc tính làm việc bằng cách thử nghiệm bê tông không phải lúc nào cũng thực hiện được. Do các
yêu cầu thử nghiệm bê tơng mở rộng địi hỏi nhiều vật liệu và nhân cơng, điều này là rất tốn
kém. Do đó, cần phải dự đốn đặc tính làm việc của bê tơng thơng qua các cách tiệm cận với
phương pháp trong phịng thí nghiệm mà lại đơn giản và rẻ tiền hơn. Bài báo này mô tả một nỗ
lực trong việc sử dụng các phép đo lưu biến trong vữa xi măng như là một chỉ số hợp lý về đặc
tính thi cơng của bê tông. Theo viện nghiên cứu bê tông Mỹ (ACI), khả năng thi công bê tông
được xác định theo sự dễ dàng trong việc đổ bê tông và thường được định lượng bởi kết quả
kiểm tra độ sụt côn tiêu chuẩn.
Các thử nghiệm về tính lưu biến trên vữa xi măng được sử dụng trong việc lựa chọn loại và
định lượng các loại phụ gia khống hoạt tính để cải thiện khả năng thi công của bê tông. Các kết

luận đạt được dựa trên các bài kiểm tra trên vữa xi măng thông qua việc kiểm tra độ sụt bê tơng.
Nó cũng cho thấy rằng khá thú vị khi so sánh các thông số cơ bản (ứng suất đàn hồi và độ nhớt)
được đo bằng lưu biến kế chất lỏng với các kết quả từ hai kiểm tra thực nghiệm thông thường là
độ sụt côn mini và các bài kiểm tra cơn Marsh. Nếu một mối quan hệ có thể được thiết lập, các
bài kiểm tra thực nghiệm có thể được sử dụng để thiết kế các vật liệu có một ứng suất đàn hồi và
độ nhớt nhất định hoặc ít nhất cũng xếp hạng được các vật liệu khác nhau dựa trên ứng suất đàn
hồi hoặc độ nhớt. Quyết định nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia khoáng hoạt tính đã được quyết
định bởi sự gia tăng gần đây trong việc sử dụng phụ gia khoáng để cải thiện độ bền của bê tông.
Về mặt kinh tế (yêu cầu ít xi măng hơn) và các cân nhắc về vấn đề mơi trường cũng đóng vai
trị quan trọng trong việc tăng cường sử dụng phụ gia khống hoạt tính. Yêu cầu xi măng ít hơn
cũng dẫn đến việc giảm lượng khí cácbonic được tạo ra từ q trình sản xuất xi măng, trong khi
việc sử dụng phụ gia khoáng qua việc tận dụng một sản phẩm mà sản phẩm đó bị ràng buộc
trong vấn đề đất đá thải. Do đó sẽ có lợi về vấn đề mơi trường khi sử dụng phụ gia khống hoạt
tính.

2. Cơ sở dữ liệu
2.1. Đặc tính thi cơng của bê tơng
Khả năng thi cơng của bê tông không thể hy sinh để cải thiện các tính chất đóng rắn như độ
bền hoặc cường độ bê tông. Khả năng thi công của bê tông thường được định lượng tại công
trường bằng kết quả kiểm tra độ sụt côn tiêu chuẩn. Tuy nhiên, một cuộc khảo sát [1] được thực
hiện bởi Hiệp hội bê tông quốc gia (NRMCA) và Viện nghiên cứu Quốc gia về các tiêu chuẩn và
công nghệ (NIST) xác định rằng, đối với bê tông hiệu năng cao (HPC), giá trị độ sụt côn tiêu
chuẩn không đặc trưng cho khả năng dễ xử lý của bê tơng tại hiện trường. Điều này có nghĩa
rằng các hỗn hợp bê tơng tuy có cùng độ sụt nhưng không thể xử lý theo cách giống nhau trong

2


suốt q trình thi cơng. Điều này ngụ ý rằng giá trị sụt côn tiêu chuẩn không cung cấp đủ cơ sở
dữ liệu để mô tả đầy đủ về đặc tính chảy của bê tơng. Trong lĩnh vực xây dựng, các thuật ngữ

như khả năng thi cơng, đặc tính chảy và đặc tính liên kết được sử dụng và đơi khi hốn đổi cho
nhau để mơ tả các đặc tính làm việc của bê tông dưới dạng chảy lỏng. Các định nghĩa của các
thuật ngữ này là rất chủ quan. Do đó cần một mơ tả có cơ sở hơn về mặt định lượng tính chảy
của bê tơng. Nhiều nghiên cứu [2-4] đã thành cơng khi sử dụng phương trình Bingham. Hai tham
số xác định dòng chảy: Ứng suất đàn hồi và độ nhớt dẻo [5]. Ứng suất đàn hồi có liên quan đến
độ sụt bê tơng [6,7], nhưng độ nhớt dẻo thường được bỏ qua vì chỉ có một vài loại dụng cụ tồn
tại có thể đo được nó [8]. Tuy nhiên, độ nhớt có thể liên quan đến các tính chất như độ dính, khả
năng tạo hình, khả năng bơm và tính kết thúc. Ngồi ra, sự phân tách có thể được định nghĩa như
là khả năng tách ra của cốt liệu để di chuyển (hoặc chìm xuống) trong vữa xi măng. Hiện tượng
này liên quan đến độ nhớt của vữa xi măng và thiết kế hỗn hợp bê tơng. Do đó các phương pháp
để dự đốn khả năng thi cơng bê tơng cần phải tính đến nhiều hơn là chỉ quan tâm đến ứng suất
đàn hồi.
2.2. Lưu biến của bê tông từ lưu biến của vữa xi măng
Phụ gia khoáng ảnh hưởng chủ yếu đến trạng thái chảy của vữa xi măng mà không thay đổi
đến thành phần hoặc trạng thái của cốt liệu. Do đó, có vẻ hợp lý trong việc lựa chọn loại phụ gia,
thành phần hóa học và khống chất bằng cách chỉ kiểm tra vữa xi măng. Lý tưởng nhất là kết quả
sau đó sẽ liên quan đến khả năng thi cơng của bê tơng. Nhưng thật khơng may, mối liên hệ giữa
tính lưu biến của vữa xi măng và tính lưu biến của bê tơng chưa bao giờ được hồn thiện.
Ngun nhân chính của điều này là tính lưu biến của vữa xi măng thường được đo dưới các điều
kiện mà không bao giờ có được bởi vữa xi măng trong bê tơng. Do đó, các thơng số lưu biến của
vữa xi măng đo lường được có thể khác với các thơng số lưu biến của bê tơng được dự đốn. Các
giá trị thường được báo cáo trong tài liệu đối với vữa xi măng mà khơng tính đến sự có mặt của
các cốt liệu [9]. Các cốt liệu hoạt động như một bộ phận tản nhiệt và chia cắt vữa xi măng trong
suốt q trình trộn. Một mơ hình máy tính để mô phỏng bê tông bị cắt đang được phát triển tại
(NIST) [10]. Mơ hình này sẽ dự đốn tính lưu biến từ tính chất của các cấu tử hợp thành bao
gồm các phép đo lưu biến trên vữa xi măng.
Tuy nhiên, tính chảy của vữa xi măng, nếu được đo "đúng", có thể được sử dụng để lựa chọn
các phụ gia khoáng. Các chi tiết của phương pháp được trình bày tại [11], nhưng cũng cần tuân
theo nguyên tắc được lặp đi lặp lại. Vữa xi măng cần được trộn và thử nghiệm trong các điều
kiện tương tự như những gì nó sẽ được thử nghiệm trong bê tơng, chủ yếu là cắt và lịch sử nhiệt

độ. Do đó, cần phải sử dụng một máy trộn cường độ cao, có kiểm sốt nhiệt độ để đo các thơng
số lưu biến của dòng chảy vữa xi măng, Một lưu biến kế dạng tấm phẳng song song được sử
dụng bởi vì nó là lưu biến kế duy nhất có hình học biến đổi. Nó đã được thiết lập [ 12] để xác
định rằng đặc tính lưu biến của vữa xi măng hoặc cốt liệu như trong bê tông thay đổi nếu được
ép giữa hai bề mặt. Khoảng cách giữa các bề mặt được gọi là "khoảng trống". Trong một thiết bị
đo lưu biến kế chất lỏng song song, khoảng trống hay khoảng cách giữa các tấm có thể dễ dàng
thay đổi để mô tả chặt chẽ hơn tác động cắt trên vữa xi măng trong bê tông. Trong bài báo này,
các thông số lưu biến của vữa xi măng đã được đo bằng phương pháp ở trên như là một sự kết
hợp của loại và liều lượng phụ gia khoáng.
2.3. Vai trò của bột mịn các loại phụ gia tới khả năng thi công của bê tông.
Các báo cáo thông thường chỉ ra rằng, nếu phần trăm khối lượng thể tích của một chất rắn
được giữ cố định, việc bổ sung các phụ gia khoáng sẽ cải thiện hiệu quả của bê tơng nhưng làm
giảm khả năng thi cơng của nó. Nguyên nhân chủ yếu giải thích cho khả năng thi công kém là
việc bổ sung bột mịn phụ gia sẽ làm tăng nhu cầu về nước do sự gia tăng diện tích bề mặt.
Niềm tin này được hỗ trợ bởi các kết quả kiểm tra chỉ ra rằng việc bổ sung các hạt silicafum
(SF) mịn đã làm tăng nhu cầu về nước để đạt được mức độ khả thi trong thi cơng. Tuy nhiên,
trong một số trường hợp lại có báo cáo rằng việc sử dụng bột mịn phụ gia khống có thể làm
giảm nhu cầu nước hoặc tăng độ sụt bê tông. Lange et al [13] đã đo lượng nước tiêu chuẩn của

3


vữa khi tăng lượng phụ gia xỉ lò cao rất mịn vào. Ơng nhận thấy rằng, đối với mỗi dịng chảy cụ
thể, một lượng xỉ lò cao tối ưu làm giảm lượng nước tiêu chuẩn của vữa xi măng. Một giả thuyết
phổ biến được đưa ra để giải thích việc gia tăng khả năng thi công của vữa xi măng là do có sử
dụng một lượng phụ gia khống mịn nhất định đặc biệt là tro bay (FA) hoặc SF,chúng là các hạt
hình cầu nên dễ dàng lăn trượt trên nhau, làm giảm sự liên kết giữa các hạt [14]. Dạng hình cầu
cũng giảm thiểu tỷ lệ bề diện tích mặt trên thể tích của hạt, dẫn đến nhu cầu nước ít hơn. Trong
tất cả các hình dạng 3D thì hình cầu tạo ra diện tích bề mặt nhỏ nhất đối với một thể tích xác
định [15]. Sakai et al [16] có một báo cáo rằng khi mật độ đóng gói cao hơn sẽ dễ thu được các

hạt hình cầu hơn so với khi các hạt được nghiền ở trạng thái ướt. Điều này dẫn đến việc giữ nước
ít hơn trong trường hợp các hạt có hình cầu và từ đó giảm lượng nước tiêu chuẩn đối với một khả
năng làm việc cụ thể của bê tông. Sự phụ thuộc mạnh vào độ linh động (được định nghĩa là giá
trị nghịch đảo của độ nhớt) trên kích thước hạt trung bình được báo cáo cùng với một giá trị tối
ưu [16]. Nó đã giải thích được rằng, ở một kích thước hạt tối ưu, mật độ đóng gói là tối đa, điều
này giúp đạt được độ linh động tối đa. Gần đây, Collins và Sanjayan [17] đã báo cáo rằng trong
bê tơng chứa xỉ hạt có hoạt tính kiềm làm chất kết dính, khả năng thi cơng của bê tơng được cải
thiện bằng cách thay thế một phần chất kết dính bằng các vật liệu siêu mịn. Các vật liệu này có
90% khối lượng là các hạt nhỏ hơn 13,7µm. Tuy nhiên cũng có báo cáo rằng một số vật liệu
tương tự lại khơng có hiệu quả trong việc cải thiện đặc tính làm việc của bê tơng. Có thể kết
luận từ cuộc khảo sát về tài liệu này rằng việc lựa chọn một phụ gia khoáng mịn để cải thiện đặc
tính làm việc của bê tơng khơng phải là một vấn đề tầm thường. Hiện tại, lựa chọn này khơng thể
dự đốn được từ các tính chất hóa học và lý học của phụ gia và chỉ có thể được xác định bằng
cách sử dụng một bài kiểm tra được thiết kế một cách hợp lý.

3. Chi tiết về vật liệu, cách pha trộn và kiểm tra.
Các yêu cầu về vật liệu, cách pha trộn và thử nghiệm được cung cấp ở đây chỉ dành cho các
thử nghiệm của vữa xi măng. Các chi tiết đối với chương trình thử nghiệm bê tông được cung
cấp trong Phần 5.
3.1. Các loại vật liệu
Xi măng là loại xi măng portland Type I theo tiêu chuẩn ASTM có thành phần được mơ tả
trong Bảng 1. Xi măng này được sử dụng cho tất cả các phép thử, kể cả bê tông và vữa xi măng.
Phụ gia siêu giảm nước (HRWR) là một sản phẩm dựa trên naphthalene sulfonat với một tỷ lệ
chiếm 43% khối lượng trong thành phần hoạt chất. Các phụ gia khoáng chất sử dụng được chỉ ra
ở Bảng 2 với đường kính hạt trung bình (PDs). Kích thước hạt trung bình được đo bằng một
máy phân tích kích thước hạt nhiễu xạ laser. Bốn loại tro bay (FA) khác nhau, tất cả đều từ cùng
một nhà máy đã được thử nghiệm. Tro bay là theo tiêu chuẩn tro bay có sẵn trong nhà máy đó và
được sử dụng trong các loại bê tông khác nhau.
Bảng 1: Thành phần xi măng
Thành phần hóa

Phần trăm khối lượng
Mất khi nung (LOI)
1,29
(SO3)
2,79
(SiO2)
20,86
(Fe2O3)
3,47
(MgO)
1,21
(Al2O3)
4,60
(as Na2O)
0,46
(CaO)
64,34
Vơi tự do
Cặn không tan (IR)
0,1
(C3S)
59,57
(C3A)
6,31

4


Số
1

2
6
3
4
5

Bảng 2: Các phụ gia khống
Tên gọi
Kích thước hạt trung bình (PD) [µm]
Coarse Fly Ash (CFA)
18,0
Fly Ash (FA)
10,9
Fine Fly Ash (FFA)
5,7
Ultra Fine Fly Ash (UFFA)
3,1
Metakaolin (MK)
7,4
Silica Fume (SF)
≈0,1

Tro bay thô (CFA) là loại tro bay bị loại do không đáp ứng được yêu cầu của ASTM C618 về
kích thước hạt. Tro bay mịn (FFA) là dạng mịn hơn thu được bằng cách tách ra từ tro bay thô
bằng cách sử dụng một thiết bị phân loại. Tro bay siêu mịn (UFFA) là một loại tro siêu mịn thu
được bằng cách phân tách kỹ hơn nữa.
Thành phần vữa xi măng được thay đổi để tìm hiểu ảnh hưởng của loại và lượng phụ gia
khống đến các đặc tính lưu biến. Các khác biệt về hiệu quả trong q trình gia cơng khi thêm
phụ gia khống được đo lường bằng các tính chất lưu biến ở một lượng nước không đổi hoặc
bằng việc giảm lượng nước ở một liều lượng phụ gia khống cố định. Các thành phần của vữa xi

măng có thể được tóm tắt như sau:
 Tỷ lệ nước/xi măng: 0,28±0,35;
 Định lượng phụ gia khoáng: 0±16% xi măng, (thay thế xi măng theo khối lượng)
và
 Định lượng phụ gia giảm nước cao HRWR (dựa trên naphthalene sulfonat
dạng đông đặc): 0,45±0,70% khối lượng chất kết dính ở dạng rắn.
3.2. Chuẩn bị vữa xi măng
Việc chuẩn bị vữa xi măng là rất quan trọng bởi vì lịch sử chia cắt của một hỗn hợp sẽ ảnh
hưởng đến diễn biến lưu biến của nó. Trong trường hợp này, chúng ta muốn có lịch sử cắt ngang
như trong bê tơng để có thể so sánh diễn biến của vữa xi măng và dòng chảy bê tông. Hai loại
máy trộn đã được sử dụng: một máy trộn tiêu chuẩn kiểu mái chèo [18] và máy khuấy tốc độ
cao. Vữa xi măng được trộn trong máy trộn kiểu mái chèo theo quy trình của tiêu chuẩn ASTM
C305, ngoại trừ việc không thêm cát vào.
Máy trộn thứ hai được sử dụng là máy khuấy loại lớn (4L). Máy khuấy này khơng kiểm sốt
được nhiệt độ. Hỗn hợp vữa xi măng được chuẩn bị theo trình tự sau.
• Xi măng và phụ gia khống (nếu có) được trộn khơ trong khoảng 5 giây bằng tay bên ngồi
máy trộn.
• Nước đã được đổ vào máy khuấy 4L.
• Máy trộn đã được bắt đầu ở tốc độ chậm và hỗn hợp xi măng+phụ gia khoáng được thêm
vào trong khoảng thời gian 50 giây.
• Phụ gia giảm nước (HRWR) được thêm vào trong 5 giây.
• Hỗn hợp được trộn trong 60 giây tiếp theo ở tốc độ chậm.
3.3. Kiểm tra chi tiết vữa xi măng
Các mẫu xi măng tươi được thử nghiệm đầu tiên trong một lưu biến kế chất lỏng dạng tấm
phẳng song song và sau đó sử dụng côn mini và côn Marsh. Các chi tiết kiểm tra được đưa ra
dưới đây.
3.3.1. Lưu biến kế dạng tấm phẳng song song
Lưu biến kế dạng tấm phẳng song song được sử dụng để xác định ứng suất đàn hồi và độ nhớt
dẻo như đã được định nghĩa bởi Bingham. Khoảng cách giữa hai tấm của lưu biến kế song song
sẽ được lựa chọn dựa vào lượng vữa xi măng trong hỗn hợp bê tơng đặc trưng.

Tuy nhiên, vì phương pháp này được sử dụng như là một bài kiểm tra mang tính sàng lọc, và
khơng có sự so sánh với một hỗn hợp bê tông được thiết kế cụ thể, khoảng trống (là khoảng cách

5


giữa các tấm) được cố định 0,4 mm dựa trên giá trị trung bình của khoảng cách giữa các cốt liệu
trong bê tông [11].
Tốc độ cắt được sử dụng trong khoảng từ 3 đến 50 s -1. Dải này được lựa chọn để tương ứng với
các tốc độ cắt được sử dụng trong lưu biến kế bê tông [7]. Bề mặt của hai tấm được sẻ rãnh,
được tạo ra do nhà sản xuất để tránh hiện tượng trượt. Sau đây là danh sách của quy trình các
phép đo được thực hiện.
• Một mililit vữa xi măng được đặt vào bằng cách sử dụng một ống tiêm, trên tấm dưới cùng.
• Hai tấm được đặt sát nhau với khoảng cách yêu cầu là 0,4 mm.
• Hệ thống máy tính điều khiển tăng tốc độ cắt từ 0 lên 70 s-1 trong vòng 160 giây. Ngay khi
đạt được tốc độ cắt cao nhất, tấm sẽ ngừng quay.
• Sau giai đoạn đầu tiên này (cần đồng nhất lại mẫu), một chu kỳ đầy đủ của quá trình tăng
tốc độ cắt trong 10 bước từ 3 đến 50 s-1 và thực hiện quay lại tốc độ cắt bằng 0 với 10 bước nữa.
Ở mỗi bước, ứng suất được đo và giá trị của ứng suất liên tục được ghi lại. Nếu ứng suất không
đổi khơng đạt được trong 20 giây, máy tính sẽ lấy trung bình 5 giá trị cuối cùng được ghi lại.
• Độ dốc của đường cong xuống (khi giảm tốc độ cắt) được sử dụng để tính tốn độ nhớt dẻo,
trong khi phần mặt phẳng lúc tốc độ cắt bằng không được sử dụng để tính tốn ứng suất đàn hồi.
Một ví dụ của đường cong thu được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1: Đường cong cơ sở đạt được từ lưu biến kế chất lỏng
3.3.2. Kiểm tra chi tiết độ sụt côn mini
Kantro [19] đã phát triển cách kiểm tra độ sụt cơn mini. Thí nghiệm được tiến hành như sau
(Hình 2):
• Một tấm kính vng phẳng mà trên đó các đường chéo và tâm được phủ một lớp nhựa. Lớp
nhựa là cần thiết để tránh nước hoặc vữa lỏng dính vào dưới cơn mini.

• Cơn mini được đặt ở giữa tấm kính và được điền đầy cùng vữa xi măng.
• Cơn mini được nhấc nhẹ nhàng và sau một phút đường kính của lớp đệm được hình thành và
được đo dọc theo các đường thẳng đánh dấu trên kính theo bốn hướng.
• Tất cả bốn đường kính được ghi lại và đường kính trung bình sẽ được tính tốn.

6


Hình 2: Cơn mini
3.3.3. Chi tiết kiểm tra cơn Marsh
Cơn Marsh (Hình 3) là một phễu có cổ dài và một lỗ mở 5mm, hiện đang được sử dụng để
kiểm tra xi măng dầu [20]. Kiểm tra này không phải là một kiểm tra tiêu chuẩn. Thử nghiệm
được tiến hành theo trình sau.
• Một cơn Marsh đã được gắn vào một giá đỡ sao cho lỗ nhỏ hướng xuống dưới và một cái bình
thủy tinh hình trụ được đặt dưới chân cơn (xem Hình 3).
• Bịt lỗ nhỏ bằng một ngón tay, 1 lít vữa xi măng được rót vào cơn.
• Nắp được mở ra và một chiếc đồng hồ bấm giờ
• Thời gian cho một lượng vữa xi măng nhất định chảy qua. Thể tích được lựa chọn là 300, 500
và 700 ml. Các thiết lập này được lựa chọn từ các nghiên cứu bởi Nehdi et al. [21] cho thấy một
dịng chảy phi tuyến tính của vữa xi măng với một lượng vữa cao hơn 700 ml.

Hình 3: Côn Marsh

4. Các kết quả và thảo luận
4.1. Ảnh hưởng của thiết bị trộn đối với các đặc tính lưu biến của vữa xi măng
Mục đích của việc kiểm tra vữa xi măng thay vì bê tơng là để tiết kiệm vật liệu và nhân cơng.
Tuy nhiên, để có lợi, các kết quả vữa xi măng cần phải dự đoán được đặc tính của bê tơng. Do đó
vữa xi măng cần được cắt với cùng cường độ như là khi nó thực nghiệm trộn trong bê tơng.
Một cách để xác định xem phương pháp trộn được lựa chọn có thích hợp hay không là lựa
chọn vài thành phần của hỗn hợp vữa xi măng và so sánh với diễn biến lưu biến của vữa xi măng

với đặc tính bê tơng. Trong bài báo này, chúng tôi đã chọn vữa xi măng có và khơng có phụ gia
khống. Kết quả quan trọng cho thấy rằng chúng tơi đã có phương pháp pha trộn chính xác, đó là
hỗn hợp phụ khống làm giảm đáng kể ứng suất đàn hồi hoặc độ nhớt so với mẫu kiểm sốt
khơng có phụ gia khống, phương pháp trộn này sẽ giống nhau trong cả vữa xi măng và trong bê
tông. Hai máy trộn sẵn cho chúng tôi là máy trộn Hobart và một máy xay (kiểu máy xay sinh tố).
Để thực hiện việc so sánh, chúng tơi đã chọn ba phụ gia khống (metakaolin (MK), UFFA và
SF) để thử nghiệm trong vữa xi măng. Nếu sự lựa chọn phụ gia khoáng tốt nhất dựa trên dữ liệu

7


chỉ ra trong biểu đồ Hình 4, kết quả sẽ phụ thuộc vào máy trộn được sử dụng. Xem diễn biến
ứng suất đàn hồi (YS) (dạng thanh và trên trục trái). Phụ gia tốt nhất sẽ giảm ứng suất đàn hồi so
với mẫu kiểm sốt (khơng có phụ gia). Nếu các thanh màu đen (với máy trộn kiểu mái chèo)
được kiểm tra, phụ gia tốt nhất sẽ là meta cao lanh (MK), trong khi nếu thanh màu xám được
kiểm tra, sự lựa chọn sẽ là UFFA.
Khi kiểm tra các kết quả thu được bằng bê tông [23], đối với các độ sụt tương đương, nước
tiêu chuẩn là thấp nhất đối với hỗn hợp có chứa UFFA. Nói cách khác, UFFA làm tăng độ sụt bê
tông khi lượng nước giữ không đổi. Tóm lại, UFFA là phụ gia "tốt nhất" cả trong bê tông và vữa
xi măng nếu trộn trong cùng một máy xay. Do đó, đặc tính bê tơng được dự đốn chính xác hơn
khi vữa xi măng được trộn trong máy xay và không trộn trong máy trộn Hobart. Điều này khẳng
định nghiên cứu của Helmuth et al. [22] nói rằng trong bê tơng, trong suốt q trình trộn, vữa xi
măng được cắt với cùng một năng lượng và tốc độ được mô phỏng kỹ hơn khi thực hiện trong
máy xay so với tốc độ cắt thấp của máy trộn Hobart. Do đó, để dự đốn trạng thái bê tơng, cần sử
dụng máy trộn chính xác khi chuẩn bị vữa xi măng. Do vậy, phần còn lại của dữ liệu báo cáo
trong bài báo này đã thu được bằng cách sử dụng máy xay (kiểu máy xay sinh tố).

Hình 4: Ảnh hưởng của máy trộn tới đặc tính lưu biến của vữa xi măng.
“YS” là ứng suất đàn hồi; “Visc” là độ nhớt dẻo
4.2. Các so sánh lưu biến và các kiểm tra thực nghiệm.

Một lưu biến kế chất lỏng cho vữa xi măng thường không được sử dụng rộng rãi trong ngành
cơng nghiệp xây dựng vì nhiều lý do. Hai lý do chính đó là: (1) dụng cụ đo lường tương đối đắt
(khoảng 40.000 USD) và (2) tầm quan trọng trong việc sử dụng một thiết bị như vậy cho vữa xi
măng không được ủng hộ cho đến gần đây [11,12 ]. Do đó, nó sẽ có thuận lợi khi sử dụng các
thí nghiệm đơn giản như sụt côn mini và các bài kiểm tra bằng côn Marsh. Một sự so sánh giữa
lưu biến kế và các kết quả kiểm tra khác được trình bày trong Hình 5 và 6. Những con số này là
tổng hợp của tất cả các bài kiểm tra đã được thực hiện trong chương trình nghiên cứu này bằng
cách sử dụng một máy xay để trộn vữa xi măng. Mỗi điểm đại diện cho việc bổ sung các loại phụ
gia khoáng, tỷ lệ nước/xi măng và phụ gia giảm nước cao (HRWR) ở các định lượng khác nhau.

8


Hình 5: So sánh phân bố độ sụt cơn mini và ứng suất đàn hồi. Mỗi điểm biểu diễn cho một phép
đo (khơng phải là giá trị trung bình), do đó khơng ước lượng được tính khơng chắc chắn có thể
tính tốn được.
Biểu đồ đường cong ứng suất đàn hồi với đường kính phân bố độ sụt cơn mini ( Hình 5) cho
thấy một mối tương quan nhẹ: Ứng suất đàn hồi cao hơn tương ứng với phân bố độ sụt cơn thấp
hơn. Do đó, một dấu hiệu chỉ thị ứng suất đàn hồi có thể thu được bằng cách sử dụng độ sụt côn
mini. Kết quả này được mong đợi bởi vì vữa xi măng trong một phép thử độ sụt côn mini sẽ chỉ
chảy ra nếu sức căng gây ra do trọng lượng của vữa xi măng chứa trong côn là đủ cao, nghĩa là
cao hơn ứng suất đàn hồi của vữa xi măng. Nên nhớ rằng đường kính tối thiểu có thể đo được là
70 mm, tương ứng với đường kính đáy dưới của cơn mini. Vì vậy, mặc dù vài sự phân tán của dữ
liệu được hiển thị trên Hình 5, một sự xấp xỉ của ứng suất có thể thu được bằng cách đặt một
đường thẳng qua dữ liệu. Phù hợp này sẽ không được thực hiện ở đây bởi vì nó có một ý nghĩa
giới hạn do sự phân tán rộng của dữ liệu.

Hình 6: So sánh giữa thời gian chảy qua côn Marsh và độ nhớt dẻo. Mỗi điểm đại diện cho một
phép đo (khơng phải là trung bình), do đó khơng ước lượng được tính khơng chắc chắn có thể
tính tốn được.

Ngược lại, việc dựng thời gian chảy cho 300 ml (kết quả kiểm tra chảy qua côn Marsh) và độ
nhớt biểu thị trong (Hình 6) cho thấy khơng có sự tương quan nào cả. Nếu bỏ qua các yếu tố bên
ngoài, một sự phân bố theo kiểu “bắn súng” có thể quan sát được.
Các kết quả tương tự thu được khi thời gian chảy của 500 hoặc 700 ml đã được vẽ ra, bởi vì
thời gian chảy có một mối quan hệ tuyến tính với tổng lượng vật liệu đo được. Ngoài ra, trong
một số trường hợp hạn chế, một thời gian chảy thấp hơn lại tương ứng với một độ nhớt thấp hơn.
Tuy nhiên, sẽ rất nguy hiểm khi dựa vào nón cơn Marsh để lựa chọn vật liệu cho một yêu cầu về

9


độ nhớt nhất định hoặc thậm chí xếp loại các vật liệu dựa trên độ nhớt dẫn đến sự thiếu tương
quan trong tổng thể. Kết quả này là một số điều bất ngờ vì nó được giả định rằng khối lượng của
vữa xi măng đủ cao để vượt qua ứng suất đàn hồi và do đó tốc độ của vữa xi măng chảy qua cơn
nón sẽ phụ thuộc vào độ nhớt của nó. Từ các kết quả thu được, có vẻ như các yếu tố khác cũng
góp phần tác động vào dòng chảy, như ma sát và sự lắng đọng.
4.3. Hiệu quả của loại phụ gia khống đến đặc tính lưu biến của vữa xi măng.
Trong Hình 7, Ứng suất đàn hồi và độ nhớt được thể hiện cho hỗn hợp gồm vữa xi măng với
cùng tỷ lệ nước/xi măng (W/C) là 0,35 và các định lượng khác nhau của phụ gia giảm nước cao
(HRWR). Các lượng của các phụ gia khoáng khác nhau theo khối lượng thay thế xi măng được
chỉ ra trên hình vẽ. Rõ ràng là việc thay thế xi măng bằng tro bay siêu mịn (UFFA) dẫn đến một
sự giảm định lượng (HRWR) qua mẫu kiểm sốt (mẫu khơng có phụ gia khống) tại một ứng
suất đàn hồi và độ nhớt nhất định. Ngược lại, việc thay thế xi măng bằng silicafum (SF) làm tăng
đáng kể định lượng (HRWR) ở một ứng suất đàn hồi và độ nhớt nhất định. Sự bổ sung của meta
cao lanh (MK) cho thấy khơng có cải thiện đáng nào trong ứng suất đàn hồi và độ nhớt dẻo qua
mẫu kiểm sốt (Control). Do đó, khơng có sự lưu biến hoặc rút ra đáng kể nào trong việc sử
dụng mê ta cao lanh (MK) như là một phụ gia khoáng hoạt tính, ít nhất là ở định lượng đã được
thử nghiệm.

Hình 7: Định lượng phụ gia giảm nước cao (HRWR) và hiệu quả của nó đến tính chảy. Tỷ lệ

nước/xi măng (W /C) là 0,35. Các thanh báo lỗi đại diện cho một tỷ lệ phần trăm lỗi ước tính:
1,7% trên ứng suất đàn hồi và 10% trên độ nhớt. Lỗi này được ước lượng từ rất nhiều bài kiểm
tra đã được thực hiện.
4.4. Ảnh hưởng của kích thước hạt trung bình (PD) tới các đặc tính lưu biến của vữa xi
măng.
Trong Hình 8, các phép đo lưu biến cho bốn loại tro bay (FA)/vữa xi măng được vẽ lại với
kích thước hạt trung bình của các loại tro bay. Tất cả các phép thử được tiến hành ở cùng một
định lượng phụ gia khoáng (12% thay thế xi măng theo khối lượng), cùng tỷ lệ nước/xi măng
(W/C) là 0,35 và cùng một lượng HRWR (0,45% chất rắn theo khối lượng xi măng). Rõ ràng là
độ nhớt và ứng suất đàn hồi thấp nhất đạt được ở kích thước hạt trung bình (PD) là 3 µm. Giá trị
này tương ứng với (UFFA). Dường như độ nhớt tối đa đạt được tại kích thước hạt trung bình
(PD) là khoảng 11µm, và ứng suất đàn hồi tối đa ở kích thước hạt trung bình (PD) là 5,7 µm.

10


Hình 8: Ảnh hưởng của kích thước hạt trung bình đến tính chảy của vữa xi măng. Tỷ lệ nước/xi
măng (W/C) là 0,35. Các thanh báo lỗi đại diện cho một tỷ lệ phần trăm lỗi ước tính: 1,7% trên
ứng suất đàn hồi và 10% trên độ nhớt. Lỗi này được ước lượng từ rất nhiều bài kiểm tra đã được
thực hiện.
Kết quả này dường như chỉ ra một kích thước hạt tối ưu và chưa tối ưu, với kích thước tối ưu
là 3 µm và chưa tối ưu ở 5,7 µm. Thật khơng may, một phụ gia tro bay (FA) với một kích thước
hạt trung bình nhỏ hơn 3 µm lại khơng có sẵn để sử dụng nếu cần đạt được sự tối ưu chính xác.
Sakai et al. [16] cũng cho thấy rằng có một điều chưa tối ưu ở 18 µm, nhưng ơng đã sử dụng bột
đá vơi chứ khơng phải tro bay (FA). Có thể nhận thấy rằng giá trị tối ưu và không tối ưu phụ
thuộc vào loại phụ gia khống được sử dụng, và tính chất hóa lý của các hạt riêng rẽ.
4.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng đến các đặc tính lưu biến của vữa xi măng.
Hình 9 cho thấy các kết quả kiểm tra được thực hiện trên vữa xi măng với phụ gia tro bay siêu
mịn (UFFA) (tại mức thay thế 12% xi măng) ở các tỷ lệ nước/xi măng (W/C) với các định lượng
phụ gia giảm nước (HRWR) khác nhau được vẽ ra. Có nhiều cách để sử dụng hoặc để giải thích

các kết quả này: (1) Xác định đúng liều lượng (HRWR) cần thiết để đạt được cùng một ứng suất
đàn hồi và/hoặc độ nhớt với các hỗn hợp có (UFFA) và kiểm sốt ở các tỷ lệ nước/xi măng khác
nhau; (2) Xác định sự giảm nước bằng cách sử dụng phụ gia khống (UFFA) và duy trì cùng một
ứng suất đàn hồi và /hoặc độ nhớt; hoặc (3) xác định sự giảm định lượng của phụ gia ( HRWR)
trong khi duy trì cùng một ứng suất đàn hồi và/hoặc độ nhớt.
Tóm lại, việc bổ sung phụ gia khống (UFFA) cải thiện tính các tính chất lưu biến. Nếu mục
đích là bổ sung (UFFA) và đạt được cùng một ứng suất đàn hồi và độ nhớt như mẫu kiểm sốt,
Hình 9 cho thấy tỷ lệ nước/xi măng (W/C) có thể giảm 10% và định lượng (HRWR) có thể
giảm tới 40%. Mặt khác, nếu hàm lượng nước giảm xuống 20% (tỷ lệ W/C là 0,28) thì cần tăng
liều (HRWR) một cách đáng kể (gần như gấp đôi) để duy trì ứng suất đàn hồi hoặc độ nhớt, để
tạo các hỗn hợp có cùng tính chất lưu biến như khi sử dụng phụ gia silicafum (SF).

Hình 9: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/xi măng (W/C) đến các đặc tính lưu biến của vữa xi măng
cùng với UFFA ở mức 12% thay thế xi măng theo khối lượng. Các con số trong ảnh minh họa

11


cho thấy tỷ lệ nước/xi măng được sử dụng. Các thanh báo lỗi đại diện cho một tỷ lệ phần trăm
sai số ước tính: 17% trên ứng suất đàn hồi và 10% độ nhớt. Lỗi này được ước lượng từ rất nhiều
bài kiểm tra được thực hiện.
4.6. Ảnh hưởng của lượng phụ gia tro bay siêu mịn (UFFA) tới các đặc tính lưu biến của
vữa xi măng.
Hình 10 Cho thấy ảnh hưởng của lượng phụ gia tro bay siêu mịn (UFFA) đến tính chất lưu
biến của vữa xi măng. Các kiểm tra thực hiện với tỷ lệ nước/xi măng W/C là 0,35 và lượng phụ
gia giảm nước (HRWR) cố định là 0,45% dạng rắn theo khối lượng của xi măng. Sơ đồ cho thấy
rằng một lượng 12% khối lượng của UFFA là tối ưu nhất cho các đặc tính lưu biến. Các định
lượng cho thấy giá trị tối ưu tương ứng với giá trị thấp nhất đạt được của ứng suất đàn hồi với 12
% UFFA theo khối lượng. Hình dạng của đường cong (Hình 10) là một kết quả quan trọng vì nó
tương ứng với cùng diễn biến lưu biến ở trong bê tông, như sẽ được thể hiện trong Phần 6 và

trong Hình 12.

Hình 10: Ảnh hưởng của lượng phụ gia tro bay siêu mịn (UFFA) đến các đặc tính lưu biến của
vữa xi măng với lượng phụ gia giảm nước (HRWRA) không đổi (0,44% (13 aoxơ/100 pao đối
với vật liệu kết dính)). Tỷ lệ nước/xi măng (W/C) là 0,35. Các thanh báo lỗi đại diện cho một tỷ
lệ phần trăm sai số ước tính: 17% trên ứng suất đàn hồi và 10% trên độ nhớt. Lỗi này được ước
lượng từ rất nhiều kiểm tra đã được thực hiện.

5. Kiểm tra bê tơng
5.1. Hỗn hợp bê tơng
Mục đích của các phép đo bê tông là để xác nhận các kết luận rút ra từ dữ liệu thu được trong
vữa xi măng đối với loại và lượng phụ gia khống tốt nhất. Các diễn biến lưu biến bê tơng đã
được kiểm tra bằng cách sử dụng các bài kiểm tra độ sụt cơn tiêu chuẩn. Do đó, chỉ có một chỉ số
của ứng suất đàn hồi đã có sẵn để so sánh.
Bảng 3: Tỷ lệ hỗn hợp (Test A)
Sêri 360
Loại vật liệu
Xi măng
SF
UFFA
CA
FA
Nước
W/C
HRWR
HRWRmix/
HRWRcontrol
AEA

Mẫu kiểm

soát
360
0
0
1035
745
142
0,39
655

SF

UFFA 3

UFFA 4

UFFA 5

UFFA 6

331
29
0
1035
735
143
0,4
1047

331

0
43
1035
733
141
0,38
524

331
0
29
1035
778
130
0,36
589

331
0
43
1035
764
129
0,34
655

331
0
43
1035

789
120
0,32
818

1,00

1,60

0,80

0,90

1,00

1,25

33

39

52

46

52

52

12

Độ sụt (mm)
Lượng khơng
khí (%)

200

190

185

165

6,4

5,0

5,6

5,4

210
5,4

190
6,5

Sêri 420
Loại vật liệu

Mẫu kiểm
sốt

SF

UFFA 9

Xi măng

420

386

386

SF

0

34

0

0

UFFA

0

0

50

50

CA

1041

1041

1041

1041

FA

673

661

689

713

Nước

148

156

133

120

W/C

0,35

0,37

0,31

0,28

WR

0

0

0

0

HRWR

655

1178

655

982

HRWRmix/
HRWRcontrol

1,00

1,80

1,00

1,50

AEA

33

46

59

52

Độ sụt (mm)

210

230

250

230

Lượng khơng
khí (%)

4,7

6,3

5,0

2,6

UFFA 10
386

Xi măng, SF, UFFA, CA, FA và nước tính bằng kilơgam trên mét khối. WR, HRWR và AEA tính
theo ml trên 100 kg vật liệu kết dính.
Hiệu quả của việc bổ sung một phụ gia khoáng được phát hiện bởi sự tăng sụt độ sụt côn hoặc
giảm hàm lượng nước và /hoặc giảm lượng phụ gia giảm nước (HRWR) cần thiết để đạt được
độ sụt cơn tương tự trên mẫu kiểm sốt. Hai chương trình kiểm tra bê tông khác nhau được tiến
hành. Đây được xác định là Test A và Test B. Cả hai chương trình thử nghiệm này đều xác định
cả tính chất của bê tơng tươi và bê tơng đã đóng rắn. Chỉ có những tính chất lưu biến sẽ được
thảo luận ở đây. Các chi tiết khác được đề cập ở [23]. Trong tất cả các phép thử bê tông cụ thể,
chỉ sử dụng SF hoặc UFFA. Khơng có chất phụ gia khống nào khác được thử nghiệm vì hai loại

này dường như đã bao gồm dải phạm vi của toàn bộ diễn biến lưu biến. Ngoài ra, sẽ là quá đắt để
kiểm tra tất cả các phụ gia khoáng trong bê tông. Xi măng được sử dụng cũng giống như mơ tả ở
Bảng 1.
Test A được chia thành 2 nhóm: Sêri 360 và Sêri 420 thử nghiệm (Bảng 3). Loạt sản phẩm
này được đặt tên theo các chất kết dính (gồm xi măng và phụ gia khoáng) tương ứng là 360 và
420 kg/m3. Lượng UFFA và tỷ lệ W/C khác nhau để đạt được độ sụt côn tương tự và để xác định
ảnh hưởng của các yếu tố này tới độ sụt côn. Bảng 3 đưa ra chi tiết về thành phần bê tông và độ
sụt côn và hàm lượng khơng khí của bê tơng.
Các mẫu bê tơng trong Test B có 370 kg/m3 vật liệu kết dính. Tỷ lệ W/C được giữ ở mức 0,4
đối với tất cả nhưng chỉ có hai hỗn hợp. Lượng UFFA đã thay đổi từ 8% đến 16% theo khối
lượng xi măng. Hai hỗn hợp đã được thực hiện với SF thay thế 8% và 12% khối lượng của xi
măng. Bảng 4 cho thấy thành phần, độ sụt và lượng khơng khí của bê tông.
5.2. Khả năng thi công của bê tông.

13


Để xác định ảnh hưởng của phụ gia khoáng trong bê tông, các định lượng HRWR và tỷ lệ
W/C được so sánh. Định lượng HRWR được báo cáo là tỷ lệ giữa lượng dùng cho hỗn hợp có
chứa phụ gia khống và lượng dùng trong mẫu kiểm sốt (khơng có phụ gia khoáng). Một giá trị
dưới 1 cho thấy việc bổ sung phụ gia khống cải thiện tính chảy so với mẫu kiểm soát, trong khi
một giá trị trên 1 cho thấy sự ngược lại. Việc giảm tỷ lệ W/C ngụ ý rằng việc bổ sung các phụ
gia khoáng là có lợi. Do đó, các kết quả trong Hình 11 sẽ giải thích được để xác định thành phần
làm giảm tỷ lệ W/C và HRWR.

(a)

(b)

(c)

Hình 11: So sánh yêu cầu về nước và phụ gia giảm nước (HRWR) của bê tơng chứa SF và
UFFA ở các chất kết dính khác nhau: (a) 360; (B) 420; và (c) Test B. Quan hệ định lượng
(HRWR) là tỷ lệ giữa lượng dùng trong hỗn hợp có chứa phụ gia khống và mẫu kiểm soát.
Đường nét đứt cho biết giá trị của lượng HRWR trong mẫu kiểm soát đối với lượng dùng
HRWR, tức là bằng 1. Đây là các kiểm tra duy nhất, do đó khơng có lỗi nào có thể tính tốn
được.

14


Hình 12: Ảnh hưởng của việc thay thế một phần xi măng bằng lượng UFFA đến độ sụt bê
tông. Đây là những thử nghiệm duy nhất, do đó, khơng có lỗi nào có thể được tính tốn được.
Một giá trị dưới 1 cho thấy rằng phụ gia khoáng cải thiện tính chảy của bê tơng so với mẫu
kiểm sốt, trong khi một giá trị trên 1 cho thấy điều ngược lại. Việc giảm tỷ lệ W/C ngụ ý rằng
việc bổ sung các chất phụ gia khống là có lợi. Do đó, các kết quả trong Hình 11 được diễn giải
để xác định thành phần làm giảm tỷ lệ của cả HRWR và W/C. Có thể được nhìn rõ từ Hình 11
cho thấy rằng trong cả ba sêri bổ sung silicafum (SF) không bao giờ dẫn đến một giá trị thấp hơn
trong mẫu kiểm soát. Tuy nhiên, việc bổ sung phụ gia tro bay siêu mịn (UFFA) lại làm giảm
lượng (HRWR) và tỷ lệ nước/xi măng (W/C) trong hầu hết tất cả các hỗn hợp. Chỉ có ngoại lệ
đối với sự cải thiện này là khi W/C nhỏ hơn 0,31 tương ứng với việc giảm hàm lượng nước trên
20% so với mẫu kiểm soát với tỷ lệ W/C là 0,40 (trong Hình 11 c).
Cụ thể hơn, có thể nhận thấy rằng đối với Sêri 360, với rải độ sụt từ 180 đến 210 mm, hỗn
hợp có chứa (UFFA) chỉ cần 50-63% lượng (HRWR) có trong hỗn hợp bê tơng chứa (SF). Điều
này đã đạt được thậm chí với ít hơn 10% nước so với lượng nước đã được sử dụng trong hỗn hợp
bê tông chứa (SF). Khi hỗn hợp bê tông (UFFA) có ít hơn 16% nước, nó vẫn chỉ cần 78% lượng
(HRWR) của hỗn hợp bê tông (SF). Đối với Sêri 420, tại rải độ sụt từ 210 đến 250 mm, các hỗn
hợp bê tơng có chứa (UFFA) chỉ cần 56% và 83% lượng (HRWR) và có lượng nước thấp hơn
15% và 23% so với hỗn hợp bê tông chứa (SF).Trong Test B, ở cùng một lượng nước và tổng
lượng chất kết dính, phụ gia (SF) khi sử dụng với 8% và 12% thay thế tương ứng với sự tăng
lượng (HRWR) lên 30% và 50% so với mẫu kiểm soát, Ngược lại, (UFFA) đã làm giảm lượng

(HRWR) xuống 30%, 42% và 50% khi sử dụng ở 8%, 12% và 16% thay thế. Nhu cầu HRWR
giảm khi lượng xi măng thay thế bằng UFFA tăng lên. Cần lưu ý rằng độ sụt côn thấp hơn đáng
kể đối với việc bổ sung 12% UFFA so với 8% hoặc 16% (Bảng 4).
Bảng 4: Thành phần hỗn hợp (Test B)
I.D hỗn hợp

Xi măng
UFFA
SF
Total CM
Nước
W/CM
HRWR1
HRWRmix/
HRWRcontrol

Mẫu
kiểm
soát
37
0
37
0
14
8
0,4
51
6
1,00

UFFA UFFA UFFA

UFFA

UFFA

8/0,4

12/0,35

12/0,31

12/0,4

16/0,4

326

310

340
30
-

44
-

34
0

59
-

34
0
44

38
4

44
38
4

370

370

369

148

148

148

133

118

0,4

0,4

0,4

0,35

0,31

364

298

258

397

622

0,70

0,58

0,50

0,77

1,20

SF 8
34
0
50
39
0
14
8

SF 12
326
75
401
148

0,4
66
8
1,30

0,4
774
1,50

14
19
133
158
133
146

158
146
6
0
Xi măng, SF, UFFA, CA, FA, và nước tính bằng kilơgam trên mét khối. (CM) là vật liệu chất kết
dính, nghĩa là xi măng và phụ gia SF hoặc UFFA. Lượng HRWR được thể hiện bằng ml/100kg
vật liệu kết dính. Số đầu tiên trong I.D hỗn hợp cho biết liều lượng phụ gia khoáng và số thứ hai
(sau dấu gạch chéo "/") cho biết tỷ lệ nước/xi măng (W/C).
Độ sụt (mm)

15


Những thí nghiệm cụ thể này đã chỉ ra rằng nếu mục tiêu là để giảm bất kỳ hoặc tất cả như độ
sụt côn, tỷ lệ nước/xi măng (W/C) và định lượng (HRWR) trong một hỗn hợp có chứa một phụ
gia khống hoạt tính, lựa chọn tốt nhất là sử dụng (UFFA) chứ khơng phải (SF). Các thí nghiệm
này bị giới hạn bởi vì chúng khơng đề cập đến các loại phụ gia khoáng khác, nhưng chúng đủ cơ
sở để sử dụng như là một phép thử để xác nhận một số kiểm tra của vữa xi măng.

CÁC KẾT LUẬN
Mục đích của nghiên cứu này là để xác định xem tính chất lưu biến của vữa xi măng chứa phụ
gia khống có thể được sử dụng để dự đốn tính chất lưu biến của các hỗn hợp bê tông tương
ứng. Trong vữa xi măng, một số phụ gia khoáng đã được kiểm tra và xác định rằng các hỗn hợp
với UFFA thể hiện sự cải thiện tốt nhất về tính lưu biến trong khi đó SF đại diện cho các kết quả
tệ nhất. Nó đã chỉ ra được rằng việc thay thế xi măng bởi silicafum (SF) làm tăng nhu cầu nước
và lượng HRWR để có thể duy trì các đặc tính lưu biến như trong mẫu kiểm sốt. Ngược lại, việc
thay thế xi măng bằng UFFA dẫn đến việc giảm nhu cầu nước và liều lượng HRWR để duy trì
các tính chất lưu biến như trong mẫu kiểm sốt. Các phụ gia khống hoạt tính khác như MK,
CFA, FA và FFA cho kết quả giữa SF và UFFA, do đó, khơng được nghiên cứu rộng rãi như SF
và UFFA.

Qua các thử nghiệm trên bê tông, tổng lượng nguyên vật liệu và nhân công cần thiết đã được
giới hạn ở SF và UFFA cũng như các định lượng đã chọn của HRWR và các phụ gia khoáng. Các
kết quả thu được cho thấy rằng việc thay thế xi măng bằng UFFA lên đến 12% theo khối lượng
xi măng làm giảm lượng (HRWR) và nước/xi măng (W/C) cần thiết để có được độ sự bê tông
tương tự như trong mẫu kiểm sốt. Các thử nghiệm bê tơng bổ sung khơng thể thực hiện được do
cần phải có thời gian và cơng sức.
Một mục tiêu khác của nghiên cứu này là xác định mức độ thay thế tối ưu cho xi măng (định
lượng) bằng UFFA được xác định bởi sự giảm ứng suất đàn hồi cao nhất hoặc độ nhớt dẻo (với
độ sụt cao hơn). Lượng dùng của (UFFA) phụ thuộc vào tỷ lệ nước/xi măng (W/C) và lượng phụ
gia giảm nước HRWR. Sử dụng các đo lường trên vữa xi măng, có thể kết luận rằng lượng phụ
gia tro bay siêu mịn (UFFA) tối ưu là 12% thay thế xi măng theo khối lượng (Hình 10). Kết quả
này cần được xác nhận với các dữ liệu bê tông. Nhưng thật không may, các phép đo trong bê
tông đã không được thực hiện ở một lượng HRWR không đổi như trong vữa xi măng. Do đó,
khó xác định xem nếu lượng tro bay siêu mịn (UFFA) tốt nhất (Hình 12) có được do sự gia tăng
lượng HRWR (so với 16%) hay toàn bộ lượng UFFA tối ưu. Những kết quả kiểm tra bê tông này
cho thấy giá trị của các bài kiểm tra vữa xi măng: Làm cho việc chuẩn bị thêm hỗn hợp để kiểm
tra ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau dễ dàng hơn và tốn ít cơng sức hơn.
Có thể kết luận được rằng các phép đo các đặc tính lưu biến trong vữa xi măng để sàng lọc
định lượng và loại phụ gia khoáng được sử dụng trong bê tông là một cách dùng đầy hứa hẹn với
điều kiện các bài kiểm tra được tiến hành theo phương pháp được phát triển tại NIST. Điều này
ngụ ý rằng vữa xi măng nên được trộn bằng một máy xay sinh tố chứ không phải máy trộn
Hobart và các phép đo ứng suất đàn hồi và độ nhớt phải được thực hiện bằng cách sử dụng một
lưu biến kế chất lỏng.
Có một vài cách kiểm tra đơn giản hơn, chẳng hạn như sử dụng độ sụt mini và sử dụng côn
Marsh nhưng không thể dựa vào. Các kết quả kiểm tra độ sụt côn mini tương quan trong một số
trường hợp ứng suất đàn hồi nhất định, nhưng có một sự phân tán rộng của dữ liệu. Tuy nhiên,
không có sự tương quan khi quan sát giữa thời gian chảy trong nón cơn Marsh với độ nhớt dẻo.
Cần phải kiểm tra thêm để khẳng định rằng các phép đo lưu biến trong vữa xi măng có thể
được sử dụng như là một phép đo chuẩn để dự đoán các thông số lưu biến của bê tông của một
loạt các thành phần.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] C.F. Ferraris, C. Lobo, Processing of HPC, Concr. Int. 20 (4) (1998) 61-64.

16


[2] P.F.G. Banfill, Rheology of Fresh Cement and Concrete, E&FN Spon, London, 1991.
[3] D. Beaupré, Rheology of High Performance Shotcrete, PhD thesis, University of British Columhia (Canada),
1994.
[4] F. De Larrard, T. Sedran, C. Hu, J.C. Sitzkar, M. Joly, F. Derkx, Evolution of the workahility of
superplasticized concretes: Assess- ment with BTRHEOM rheometer, in: P.J.M. Bartos, D.L. Marrs, D.J.
Cleland (Eds.), Proceedings of the International RILEM Confer- ence on Production Methods and Workahility
of Concrete, RILEM, Paisley, 1996, pp. 377-388.
[5] C.F. Ferraris, F. de Larrard, N. Martys, in: J. Skalny (Ed.), Fresh Concrete Rheology — Recent Developments,
Material Science of Concrete, vol. 6, ACers, OH, USA, 2001 (accepted for publication).
[6] C. Hu, Rhéologie des bétons fluides, Etudes et Recherches des Labor- atoires des Ponts et Chaussées, OA 16,
1995.
[7] C.F. Ferraris, F. de Larrard, Testing and Modelling of Fresh Concrete Rheology, NIST, USA, 1998 (NISTIR
6094).
[8] C.F. Ferraris, Measurement of the rheological properties of high per- formance concrete: State of the art report,
J. Res. NIST 104 (5) (1999) 461 -478.
[9] P. Bartos, Fresh Concrete: Properties and Tests, Elsevier, New York, 1992.
[10] N.S. Martys, R.D. Mountain, Velocity Verlet algorithm for dissipative- particle-dynamics-based models of
suspensions, Phys. Rev. E 59 (3) (1999) 3733-3736.
[11] C.F. Ferraris, Measurement of the rheological properties of cement paste: A new approach, in: J.G. Cabrera, R.
Rivera-Villareal (Eds.), International RILEM Conference on the Role of Admixtures in High Performance
Concrete, RILEM, Monterrey, Mexico, 1999, pp. 333-342.
[12] C.F. Ferraris, J.M. Gaidis, The connection bet^een the rheology of concrete and the rheology of cement paste,
ACI Mater. J. 88 (4) (1992) 388-393.

[13] F. Lange, N. Mortel, V. Rudert, Dense packing of cement pastes and resulting consequences on mortar
properties, Cem. Concr. Res. 27 (10) (1997) 1481-1488.
[14] V.S. Ramachandran, Concrete Admixtures Handbook, Properties, Science and Technology, Noyes Publications,
Park Ridge, NJ, 1995.
[15] G. Polya, G. Szego, Isoperimetric Inequality in Mathematical Physics, Princeton Univ. Press, Princeton, NJ,
1951.
[16] E. Sakai, S. Hoshimo, Y. Ohba, M. Daimon, The fluidity of cement paste with various types of inorganic
powders, Proceedings of the 10th International Congress on the Chemistry of Cement, Sweden, 1997, p. 2ii002
Amarkai AB, Sweden (8 pp.).
[17] F. Collins, J.G. Sanjayan, Effects of ultra-fine materials on workahility and strength of concrete containing
alkali-activated slag as the binder, Cem. Concr. Res. 29 (1999) 459-462.
[18] ASTM C305-94, Standard Practice for Mechanical Mixing of Hy- draulic Cement Pastes and Mortars of Plastic
Consistency, vol. 04.01, 1998.
[19] D.L. Kantro, Influence of water-reducing admixtures on properties of cement paste — a miniature slump test,
Cem., Concr. Aggregates 2 (1980) 95-102.
[20] American Petroleum Institute Standard API RP 18B.
[21] M. Nehdi, S. Mindess, P.-C. Aĩtcin, Statistical modelling of the micro- filler effect on the rheology of
composite pastes, Adv. Cem. Res. 9 (33) (1997) 37-46.
[22] R. Helmuth, L.M. Hills, D.A. Whitting, S. Bhattacharja, Abnormal Concrete Performance in the Presence of
Admixtures, PCA R&D Report No. 2006, Skokie, USA, 1995.
[23] K.H Obla, R. Hill, M.D.A. Thomas, R.D. Hooton, Properties of con- crete containing ultra fine fly ash, Fifth
CANMET/ACI/International Conference on Durability of Concrete, Supplementary Volume, Chair- person:
Mohan Malhotra, Barcelona, Spain, 2000, pp. 141-156 ACI, Farmington Hill, MI.

17