PHỤ GIA CHO bê TÔNG KHỐI lớn

PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG KHỐI LỚN

Mục Lục
1. Định nghĩa phụ gia
II. Phân loại phụ gia
III. Phụ gia hóa học
III. Phụ gia khoáng
1. Xỉ hạt lò cao
2. Puzơlan
2.1) Puzơlan thiên nhiên
a) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc núi lửa
b) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc trầm tích
2.2) Puzơlan nhân tạo
IV.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CHO XI MĂNG
VÀ BÊ TÔNG

PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG KHỐI LỚN
Bê tông khối lớn có đặc điểm là dùng ít xi măng và yêu cầu nhiệt thuỷ hoá
thấp. Vì vậy, thường pha thêm phụ gia khoáng và cả phụ gia hóa học để đảm bảo
các tính chất yêu cầu như tính dễ đổ, độ đặc chắc, cường độ, tính chống thấm v.v...
Việc sử dụng phụ gia có thể coi là vấn đề tất yếu đối với bê tông khối lớn.
I. Định nghĩa phụ gia


Tiêu chuẩn ACI 116R - 90 Cement and Concrete Terminology định nghĩa phụ
gia là một thành phần chính thức của bê tông như các thành phần khác (nước, xi
măng, cát, đá).
Phụ gia cho bê tông được qui định trong các tiêu chuẩn 14TCN 104 - 1999
Phụ gia hoá học cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật; 14TCN 105 - 1999 Phụ
gia khoáng cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật ; ASTM C618 - 92A
Specification for fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral

admixture in portland cement concrete; ACI 212 – 3R – 91 Chemical admixture
for concrete. Các phụ gia cụ thể được giới thiệu trong các bản hướng dẫn sử dụng
của các cơ sở sản xuất trong nước và nước ngoài.
II. Phân loại phụ gia
Phụ gia gồm ba nhóm lớn: nhóm phụ gia hoá học, nhóm phụ gia khoáng và
nhóm các phụ gia khác.
Nhóm 1: Phụ gia hóa học
Phụ gia hoá học loại giảm nước và điều chỉnh thời gian ninh kết gồm 7 loại
được ký hiệu là A, B, C, D, E, F, G và có tác dụng như sau:
Loại A - Phụ gia giảm nước, có tác dụng giảm nước, nhưng vẫn giữ nguyên
độ dẻo của hỗn hợp bê tông. Nếu không giảm nước, thì phụ gia này sẽ làm tăng độ
dẻo, nên còn gọi là phụ gia hóa dẻo;
Loại B - Phụ gia làm chậm ninh kết (kéo dài thời gian ninh kết) của hỗn hợp
bê tông;
Loại C - Phụ gia tăng nhanh ninh kết, làm cho hỗn hợp bê tông rắn nhanh hơn;
Loại D - Phụ gia giảm nước và làm chậm ninh kết;
Loại E - Phụ gia giảm nước bậc cao (siêu dẻo);
Loại G - Phụ gia giảm nước bậc cao, làm chậm ninh kết;
Nhóm 2: Phụ gia khoáng
Nhóm này lại phân ra hai tiểu nhóm:
(1) Phụ gia khoáng hoạt tính có phản ứng hoá học với vôi;
(2) Phụ gia khoáng không hoạt tính (phụ gia trơ) không có tác dụng với vôi.
Nhóm 3: Các phụ gia có các tính năng khác
- Phụ gia trợ bơm;


- Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông cốt thép;
- Phụ gia cuốn khí;
- Phụ gia hạn chế phản ứng kiềm - silic;
- Phụ gia gây nở;

- Phụ gia tăng liên kết giữa bê tông cũ và mới ...
III. Phụ gia hóa học
Hiện nay các loại phụ gia hóa học cho bê tông có rất nhiều trên thị trường
Việt Nam. Đa số là các sản phẩm ngoại, nhưng cũng có một số phụ gia được sản
xuất ở trong nước.
Phụ gia hóa học thường dùng nhất trong bê tông khối lớn như đập bê tông là
phụ gia hóa dẻo hoặc siêu dẻo để giảm lượng nước trộn hoặc tỉ lệ N/CKD. Phụ gia
cũng có tác dụng tăng dẻo (khi không giảm nước), đặc biệt cần dùng nó khi trong
bê tông pha phụ gia khoáng làm giảm độ dẻo của bê tông hoặc thi công bê tông
bằng bơm độ dẻo cao.
Theo A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman, thành phần hoạt
động của phụ gia tăng dẻo là chất hoạt động bề mặt. Chất này tập trung ở mặt tiếp
giáp của hai pha không trộn lẫn được với nhau (ở đây là nước và chất rắn) và làm
thay đổi lực hoá lý tác động lên mặt tiếp giáp đó. Trong hỗn hợp bê tông các chất
này được hấp phụ trên mặt các hạt xi măng, tạo cho chúng âm tính (-), dẫn tới sự
đẩy nhau giữa các hạt, giải tỏa sự vón tụ của các hạt và do đó ổn định sự phân tán
của chúng. Các bọt khí cũng bị đẩy và không thể tự dính bám vào các hạt xi măng.
Vì sự tích tụ chất hoạt động bề mặt, nên giữ lại một phần nước, nhưng cũng không
làm cho xi măng thuỷ hoá sớm. Ngoài phụ gia tăng dẻo trong bê tông khối lớn còn
dùng phụ gia chống thấm, phụ gia cuốn khí và phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép. Về
mùa hè nắng nóng, thường dùng phụ gia hóa dẻo kéo dài thời gian ninh kết để thi
công thuận lợi và nhiệt trong bê tông tăng chậm. Yêu cầu kỹ thuật của loại phụ gia
trong các tiêu chuẩn 14TCN 104 – 1999; ACI 212 – 3R – 91.
III. Phụ gia khoáng
Phụ gia khoáng được sử dụng khá phổ biến trong bê tông khối lớn, đặc biệt
cho các đập bê tông, nhằm giảm nhiệt thuỷ hoá. Do mác bê tông của công trình bê
tông khối lớn không cao, nên hàm lượng xi măng trong bê tông thường ít. Khi đó


có thể dùng phụ gia khoáng (PGK) ở dạng nghiền mịn để đảm bảo đủ hàm lượng

vật liệu mịn nhét đầy các khe kẽ trong bê tông, đảm bảo độ đặc chắc và khả năng
chống thấm của bê tông khối lớn.
Phụ gia khoáng ở dạng bột, nên có thể được pha trước vào xi măng để được
xi măng pooclăng hỗn hợp TCVN 6260: 1997 Xi măng pooclăng hỗn hợp - Yêu
cầu kỹ thuật. ASTM C595 - 92a Blended hydraulic cement, xi măng pooclăng
puzơlan; TCVN 4033: 1995 Xi măng pooclăng puzơlan - Yêu cầu kỹ thuật; Xi
măng pooclăng xỉ TCVN 4316: 1986 Xi măng xỉ hạt lò cao - Yêu cầu kỹ thuật hoặc
pha riêng vào bê tông khi trộn. Như vậy có thể sử dụng xi măng poolăng hỗn hợp
PCB để chế tạo bê tông, hoặc pha thêm phụ gia khoáng vào bê tông khi trộn để
nâng tỉ lệ của phụ gia khoáng đến mức mong muốn, nhằm đạt được yêu cầu giảm
nhiệt thuỷ hoá trong công trình bê tông khối lớn.
Như đã nêu trên, phụ gia khoáng được phân làm 2 nhóm là : Phụ gia khoáng
hoạt tính và không hoạt tính (trơ).
Phụ gia khoáng hoạt tính (thiên nhiên hoặc nhân tạo) như xỉ hạt lò cao, tro
bay, puzơlan, đất sét nung, muội silic... Đặc tính của phụ gia khoáng hoạt tính là
có chứa SiO2 vô định hình có tác dụng với vôi để tạo ra hợp chất bền có khả năng
cứng hoá, gọi là phản ứng puzơlan:
SiO2 + Ca(OH2) + H2O  CaO. SiO2. 2H2O
Phụ gia không có hoạt tính (phụ gia trơ) như cát thạch anh, tràng thạch
nghiền mịn, bột đá, bột gạch, xỉ lò cao kết tảng, đất bentonit nghiền mịn... Phụ gia
này chỉ có tác dụng nhét kẽ để bê tông thêm đặc chắc, nên còn gọi là phụ gia độn.
Phụ gia khoáng nói chung phải có độ mịn cao, đảm bảo lượng sót trên sàng 08
(4900 lỗ/cm2) không quá 15%. Việc dùng phụ gia độn không được làm tăng nhiều
lượng nước trộn, thể hiện qua độ sụt của hỗn hợp bê tông không giảm quá 1cm khi
thay thế 50% xi măng bằng phụ gia trong bê tông có độ sụt ban đầu bằng 3 - 6cm.
Bê tông khối lớn thường dùng các loại phụ gia khoáng sau:
1. Xỉ hạt lò cao
Xỉ lò cao là phế liệu trong quá trình nấu quặng. Chất bã nổi lên trên nước
gang được vớt ra, cho nguội nhanh sẽ được xỉ dạng hạt, trong đó chứa một phần
SiO2, Al2O3 và CaO có sẵn trong quặng và đá vôi. Ở nhiệt độ cao một phần các

oxit đó tương tác với nhau để tạo ra một số thành phần khoáng có thể cứng lại sau
khi thủy hóa. Tính chất và thành phần hạt của xỉ hạt lò cao được qui định trong
TCVN 4315 : 1986 Xỉ lò cao dùng để sản xuất xi măng.
2. Puzơlan
Theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM C618 - 92A Specification for fly ash and raw or
calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in portland cement
concrete, puzơlan là vật liệu thiên nhiên hoặc nhân tạo chứa SiO2 hoạt tính hoặc
chứa cả Al2O3 và bản thân nó có rất ít hoặc không có tính dính kết; nhưng khi
được nghiền mịn và có hơi ẩm sẽ phản ứng hoá học với Ca(OH)2 ở nhiệt độ
thường để tạo thành hợp chất có tính dính kết
Theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM C618 – 92A, cần hạn chế thành phần
MgO, SO3 và Na2O trong puzơlan.
Theo nguồn gốc, puzơlan được phân chia ra hai loại :
2.1) Puzơlan thiên nhiên
Puzơlan thiên nhiên cũng có thể được phân chia làm 2 nhóm: nhóm puzơlan
nguồn gốc núi lửa và nhóm puzơlan nguồn gốc khác.
a) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc núi lửa
Đây là loại phụ gia khoáng hoạt tính đầu tiên được tìm thấy trên thế giới. Khi
núi lửa hoạt động, có một cột vật liệu gồm hỗn hợp các nham thanh, tro bụi được
phun ra và rơi xuống đất. Một khối lượng lớn trào ra trên mặt đất, một phần hạt
nhỏ bay xa, nguội nhanh được gọi là tro núi lửa. Nham thạch được làm nguội
trong nước tạo thành vật liệu xốp được gọi là đá bọt. Ở vùng núi lửa thường tồn tại
một khối lượng lớn vật liệu hỗn hợp, gồm chất kết dính tro núi lửa và các mảnh
vụn đá bọt, đá kết tinh được gọi chung là vật liệu thuỷ tinh núi lửa. Nếu xốp thì
gọi là Tuf; nếu bị ép hoặc đặc chắc thì gọi là Tras. Tất cả các dạng vật liệu đó
được gọi chung là puzơlan thiên nhiên nguồn gốc núi lửa. Đó là nguồn phụ gia
khoáng hoạt tính quan trọng đối với sản xuất xi măng và bê tông.
Khi nham thạch trào ra nguội từ từ, tạo thành các dải đá, mà điển hình là đá

bazan. Do sự thoát khí tiếp tục trong quá trình nham thạch đông đặc, nên lớp đá
trên nguội nhanh hơn, xốp và có nhiều lỗ rỗng, kết tinh không hoàn chỉnh có một
phần vô định hình, còn lớp dưới nguội chậm hơn, kết tinh tốt hơn, tạo thành đá đặc
chắc.


Thành phần hoá học của puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc núi lửa biến đổi
trong giới hạn rộng, phụ thuộc vào điều kiện hình thành, đặc biệt chúng có hàm
lượng SiO2 cao, giao động từ nhóm đá kiềm sang nhóm đá axit (45 - 80%); sau
SiO2 là thành phần Al2O3 với hàm lượng khoảng 10 - 20% và hàm lượng kiềm
Na2O và K2O cũng đáng kể, khoảng 2 - 11%. Thành phần của một số loại puzơlan
có nguồn gốc núi lửa trên thế giới được nêu trong bảng 1.13.
Như vậy thành phần khoáng của puzơlan có nguồn gốc núi lửa phụ thuộc vào
từng khu vực. Hàm lượng, chủng loại các pha cũng giao động không giống nhau,
nhưng thực tế là chúng gồm pha thuỷ tinh và pha kết tinh (plagioclaz, pyroxen,
olivin, thạch anh, hematit, magnetit...), trong đó pha thuỷ tinh có hoạt tính. Ngoài
ra, vì trải qua thời kỳ phong hoá, nên bao giờ puzơlan gốc núi lửa cũng chứa một tỉ
lệ nhất định khoáng sét (caolinit, monmorillonit, xirixit...) và các khoáng mica
(muscovit hydromica...).
Bảng 1.13 : Thành phần hoá học của puzơlan có nguồn gốc núi lửa

Loại Puzơlan

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O
SO3 % MKN
%
%
%
%
%

%
%

Puzơlan xốp
Sacropano (Italia)

89.22 3.05

0.77

2.28

53.08 18.20

4.29

9.05

1.23

3.08

45.47 19.59

9.91

9.27

4.52

0.85

63.80 13.00

5.70

4.00

2.00

3.80

57.61 25.84

3.90

3.04

Trask (Bungari)

71.63 10.03

4.01

1.93

1.22

2.35

Tras vùng Rien (Đức)

52.12 18.29

5.81

4.94

1.20

1.48

5.06

11.1

Tras vùng Bazan (Đức)

62.45 16.47

4.41

3.39

0.94

1.91

2.06

7.41

Tras vùng Slipa (Bỉ)

55.69 15.18

6.43

2.83

1.01

0.26 16.33

Tras vùng Patki (Bỉ)

73.01 12.28

2.71

2.76

0.41

0.10

Tuf vùng Dasi (Rumani) 67.70 11.32

2.66

3.73

1.64

0.18 12.60

Tuf vùng Italia

54.68 17.70

3.82

3.61

0.95

Tuf vùng Gudraga (Ấn

40.90 12.00 14.00 14.60 1.45

Tuf và Tras
3.05

6.38

6.34

9.11
12.6

độ)
Tuf vùng Peli

62.22 19.87

4.99

4.57

2.70

2.25

1.60

2.23

b) Puzơlan thiên nhiên có nguồn gốc trầm tích
Đất diatomit, diệp thạch, opan, trêpen... cũng có hoạt tính giống như tro núi
lửa, nên cũng được dùng làm phụ gia khoáng cho xi măng và bê tông. Một số
puzơlan thiên nhiên có đặc điểm đáng chú ý như đất diatomit, làm tăng lượng
nước trộn, vì hạt có nhiều cạnh góc và xốp. Một vài loại puzơlan có nguồn gốc
phiến sét cần được nung lên từ 5500C đến 10000C để nâng cao độ hoạt tính. Nếu
không nung, thì hoạt tính rất thấp, không mang lại hiệu quả mong muốn.
Puzơlan được nghiền càng mịn càng tốt , nói chung các hạt có đường kính từ
10 - 7m.
Một số puzơlan thiên nhiên đã được nghiên cứu và sử dụng ở Việt Nam.
Từ năm 1960 đã phát hiện và nghiên cứu sử dụng puzơlan Sơn Tây để pha
vào xi măng Hải Phòng và sản xuất xi măng puzơlan. Cho đến nay chúng ta đã

khảo sát được nhiều mỏ puzơlan ở Việt Nam có nguồn gốc đá phiến sét, đá silic,
đá bazan và diatomit...
Tài liệu của Viện khoa học Thủy lợi (1998): Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên
cứu các nguồn phụ gia khoáng Việt Nam để làm chất độn mịn cho bê tông đầm
lăn” liệt kê một số mỏ đá, trữ lượng và đánh giá khả năng sử dụng chúng làm phụ
gia khoáng được nêu trong bảng 1.14.
Bảng 1.14 : Tính chất của một số mỏ puzơlan ở Việt Nam
STT
Tên mỏ

Đánh giá theo ASTM
C618 - 92A

Trữ
lượng (SiO2,
triệu tấn Al2O3,
Fe2O3)

Loại
đá gốc

Địa điểm
tỉnh

Phiến hình

Vĩnh Phúc

0,67

SO3

MKN

Đ

Đ

Đ

1

Đập Trung Mẫu

2

Hương Canh

Phiến

nt

-

KĐ

-

Đ

3

Mậu Thông

Phiến

nt

3,2

Đ

Đ

Đ

4

Núi Đanh

Phiến

nt

6,1

Đ

Đ

Đ

5

Xóm Chùa

Phiến

nt

0,1

Đ

Đ

Đ

6

Sơn Tây

Silic

Hà Tây

2,7

Đ

Đ

Đ


7

Thanh Trắc

Silic

nt

0,5

Đ

Đ

Đ

8

Pháp Cổ

Silic

Hải Phòng

71,5

Đ

Đ

Đ

9

Cát Bà

Silic

nt

10

Đ

Đ

Đ

10

Phương Nhi

Phiến

Hà nam

0,55

-

-

-

11

Nông Cống

Bazan

Thanh Hoá

5-7

Đ

Đ

-

12

Phú Quý

Bazan

Nghệ An

5

Đ

Đ

-

13

Núi Voi – Núi
Ngang

Bazan

Quảng
Ngãi

2

KD

-

Đ

14

Đồng Điền

Bazan

nt

5

KD

-

Đ

15

Thình Thình

Bazan

nt

2

KD

-

-

16

Đồng Đanh

Bazan

nt

10

KD

-

Đ

17

Trung Sơn

Bazan

nt

-

KD

-

-

18

An Dương

Bazan

Bình Định

5

Đ

Đ

Đ

19

Núi Mái Nhà

Bazan

Phú Yên

-

-

-

-

20

Kon Tum

Phiến

KonTum

Đ

Đ

Đ


Tiếp bảng 1.14
21

Thuận An

Bazan

Buôn Ma
Thuật

4

-

-

-

22

Chu Nga

Bazan

Bình Phước

-

-

-

-

23

Bình Lòng Sông

Bazan

nt

1,04

KĐ

-

-

24

Lộc Ninh

Bazan

Đồng Nai

-

KĐ

-

-

25

Vĩnh Tân

Bazan

nt

35

Đ

Đ

-

26

Xuân Lộc

Bazan

Bà Rịa

5

-

-

-

27

Núi Nhạn

Bazan

nt

-

-

-

-

28

Núi Đất

Bazan

nt

-

-

-

-

29

Gia Quỳ (Mu
Rùa)

Bazan

Quảng Trị

40,7

Đ

-

DDD

30

Cam Nghĩa

Bazan

An Giang

1

KĐ

-

-

31

An Giang

Điatonit

Lâm Đồng

-

Đ

Đ

Đ

32

Lâm Đồng

Điatonit

nt

-

Đ

Đ

Đ

Ghi chú: Ký hiệu Đ và KĐ là đạt và không đạt
Như vậy trong số các phụ gia khoáng đã được nêu ra chỉ có một số đạt yêu
cầu và đã được khai thác sử dụng như đã nêu trên. Gần đây còn có thêm một số
phụ gia khoáng khác được thăm dò và nghiên cứu.
Tuy bazan có thành phần hoá học giống bazan thuộc dạng sản phẩm núi lửa
kiềm tính (SiO2 = 45 - 52%), nhưng khác bazan với cấu trúc rỗng và tỉ lệ các pha
trong thành phần khoáng vật. Yêu cầu kỹ thuật của phụ gia bazan được qui định
trong TCXD 208:1998 Đá bazan làm phụ gia cho xi măng như ở bảng 1.15.
Bảng 1.15 : Chất lượng phụ gia đá bazan
N
1

Các chỉ tiêu chất lượng
Chỉ số hoạt tính cường độ, %, không nhỏ hơn

Mức cho phép
 80

3

Thời gian kết thúc đông kết của vữa, ngày đêm,
không lớn hơn
Độ bền nước, ngày đêm, không nhỏ hơn

4

Màu sắc

5

Hàm lượng SiO2, %, không nhỏ hơn

40%

6

Hàm lượng Al2O3, %, trong khoảng

12 – 25

2

4
3
Xanh đen, xanh xám


7
8
9

Hàm lượng Fe2O3, %, không lớn hơn
Hàm lượng kiềm quy đổi ra Na2O,%, không lớn
hơn
Lượng mất khí nung (MKN), %, không lớn hơn

14
4
5

2.2) Puzơlan nhân tạo
Ngoài các loại phụ gia puzơlan thiên nhiên đã nêu trên, còn có các puzơlan
nhân tạo có tính chất và tác dụng giống puzơlan thiên nhiên, nên đã được sử dụng
nhiều làm phụ gia cho xi măng và bê tông như tro bay, tro trấu, muội silic...
a) Phụ gia tro bay là phụ liệu thu được khi đốt than cám ở nhà máy nhiệt
điện. Tro bay được lắng đọng bằng phương pháp tĩnh điện hoặc cơ học từ ống
khói. Đây là một loại puzơlan nhân tạo phổ biến nhất (A.M Neville (1997)
Properties of concrete, Longman). Hạt tro bay có dạng hình cầu và có độ mịn khá
cao, phần lớn các hạt có kích thước từ 100 m đến dưới 1m và tỉ diện trong
khoảng 2500 đến 6000 cm2/g; do đó thuận lợi cho phản ứng của tro bay với canxi
hydroxit. Khối lượng riêng của tro bay thường bằng khoảng 2,35kg/dm3. Tiêu
chuẩn 14TCN 105 - 1999 ; ASTM C618 - 92A phân tro bay thành 2 loại: loại C và
loại F, theo loại than dùng để đốt. Nếu đốt than chứa bitum hoặc than non (linhit),
thì được tro chứa nhiều vôi, được gọi là loại C. Nếu đốt than antraxit, thì thu được
tro bay loại F chứa ít vôi.
Tro bay có hoạt tính rõ rệt, nhưng điều quan trọng đối với tro bay là nó phải
là có độ mịn và hàm lượng cácbon ổn định. Hai yêu cầu đó có quan hệ với nhau, vì
các hạt than thường lớn hơn hạt tro, làm giảm độ mịn của tro bay. Than chưa cháy
làm cho xi măng biến đổi thể tích không đều, có hại cho độ bền của bê tông dùng
tro bay.
Các tiêu chuẩn 14TCN 105 - 1999 ; ASTM C618 - 92A nêu lên các yêu cầu
chính đối với tro bay là tổng hàm lượng của SiO2, Al2O3 và Fe2O3 tối thiểu bằng
70%, hàm lượng tối đa của SO3 là 5%, lượng mất khí nung tối đa là 6% (tuy nhiên
chỉ tiêu này có thể tăng lên đến 12%, nếu qua thí nghiệm thấy có thể dùng được),
còn hàm lượng kiềm chỉ áp dụng khi dùng cốt liệu có phản ứng kiềm. Tiêu chuẩn

Anh BS 3892: Phần 1 (1993) quy định hàm lượng SO3 tối đa là 2,5%. Hàm lượng
MgO không được quy định, vì nó tồn tại ở dạng không có phản ứng. Khi hàm


lượng cácbon nhiều, tro có màu thẫm, nên cũng làm cho mầu bê tông thẫm hơn
khi dùng tro bay trong bê tông.
Tro bay loại C được đặc trưng bởi hàm lượng vôi cao, có khi tới 24%. Nó có
khả năng biến cứng yếu sau khi trộn với nước (tính chất thuỷ lực) do vôi trong tro
bay đã kết hợp với một phần SiO2 và Al2O3, vì vậy các thành phần này sẽ tác dụng
kém hơn với vôi được sinh ra khi xi măng thuỷ hoá. Loại tro bay này có độ mịn
cao, hàm lượng cácbon thấp, nên có mầu nhạt. Hàm lượng MgO có thể cao và
cùng với CaO có thể gây nở thể tích có hại cho sự ổn định của đá xi măng và bê
tông có phụ gia này.
Tro bay vốn ở dạng bột mịn, không phải qua công đoạn nung và nghiền, mà
trực tiếp dùng ngay, nên đạt được hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất bê tông. Tro
bay được dùng phổ biến ở nhiều nước (A.M Neville (1997) Properties of concrete,
Longman; M.Laquerbe (1990) Béton, Paris).
b) Silicafume (muội silic) là một phụ gia khoáng hoạt tính cao cấp siêu mịn
được dùng làm phụ gia cho bê tông chất lượng cao. Đây là loại phụ gia khoáng đã
được nghiên cứu sử dụng ở nhiều nước (Phùng Văn Lự (1999) Báo cáo tổng kết đề
tài “Nâng cao chất lượng bê tông mác cao dùng trong xây dựng và sửa chữa
cầu”; A.M Neville (1997) Properties of concrete, Longman; M.Laquerbe (1990)
Béton, Paris). Ở Việt Nam tuy chưa sản xuất được, nhưng loại phụ gia này đã có
mặt trên thị trường Việt Nam từ nhiều năm nay. Về nguồn gốc, silicafume là phế
liệu của sản xuất silic và ferosilic từ thạch anh có độ tinh khiết cao và than đá
trong lò cung lửa điện ngập. Độ mịn của muội silic được hình thành tự nhiên, chứ
không phải do nghiền. Các hạt mịn cực mịn xâm nhập vào khoảng trống giữa các
hạt xi măng làm cho cấu trúc bê tông đặc chắc hơn, chống thấm và chống ăn mòn
tốt hơn. Silicafume có hoạt tính cao do hàm lượng SiO2 rất cao, đạt gần 100%,
nhưng lại rất xốp nhẹ, khối lượng thể tích bằng khoảng 200 - 300kg/m3 và khối

lượng riêng đạt khoảng 2,2kg/dm3. Độ lớn của hạt nằm trong khoảng 0,03 0,3m, cỡ trung bình cũng nhỏ hơn 12 - 20 lần cỡ hạt phụ gia puzơlan nói chung.
c) Phụ gia Metacaolanh (MK) : là phụ gia khoáng thiên nhiên, nhưng được
hoạt hoá bằng phương pháp nhân tạo có hoạt tính cao. Metacaolanh thương phẩm
có hàm lượng SiO2 + Al2O3 > 90% ở dạng nghiền mịn, có đường kính hạt trung
bình 1,5 m, tỉ diện bằng khoảng 16.000cm2/g; như vậy thấp hơn muội silic.


Ở nước ta Viện khoa học Công nghệ vật liệu xây dựng đã nghiên cứu sản
xuất Metacaolanh bằng cách nung cao lanh ở nhiệt độ 700 - 9000C khoảng 3 giờ,
rồi nghiền mịn [44].
Phụ gia SISEX được nghiên cứu ở khoa Hoá trường Đại học Tổng hợp để
nâng cao độ bền của bê tông cũng là một loại Metacaolanh và có tác dụng tương
tự như phụ gia của Viện VLXD đã nêu trên [45].
d) Phụ gia tro trấu là một loại phụ gia khoáng nhân tạo có hoạt tính cao được
nghiên cứu và sử dụng trong bê tông [46, 47, 48]. Tro trấu được tạo ra sau khi đốt
trấu theo một công nghệ đặc biệt để có hoạt tính cao. Tro trấu có hàm lượng chủ yếu
là SiO2 tới 92,45%, còn các thành phần khác rất ít.
Ở nước ta ngoài tiêu chuẩn 14 TCN 105 – 1999 về phụ gia khoáng cho bê
tông và vữa, còn có một số tiêu chuẩn khác liên quan đến phụ gia khoáng cho xi
măng và bê tông như tiêu chuẩn ngành xây dựng TCXD 208 : 1998 [41] về yêu
cầu kỹ thuật và phương pháp thử phụ gia đá bazan.
Tiêu chuẩn TCVN 3735 – 82 [49] phân puzơlan làm ba loại theo độ hoạt tính
dựa vào độ hút vôi của phụ gia sau 30 ngày đêm ngâm trong dung dịch bão hoà
vôi như trong bảng 1.16.
Thời gian đông kết của mẫu hồ vôi - puzơlan với tỉ lệ puzơlan 20  80%
theo khối lượng không chậm hơn một ngày đêm. Ngoài ra phụ gia còn phải đảm
bảo khả năng chịu nước của vữa: ngâm nước không bị vỡ trong 3 ngày đêm kể từ
lúc kết thúc đông kết. Hàm lượng SO3 trong puzơlan không lớn hơn 1%.
Tiêu chuẩn TCVN 6882 : 2001 [50] quy định các yêu cầu đối với phụ gia
khoáng hoạt tính và trơ cho xi măng (cũng là cho bê tông) như trong bảng 1.17.

Bảng 1.16 : Độ hút vôi của puzơlan

Độ hoạt tính của puzơlan

Lượng vôi bị hút từ dung dịch bão hoà vôi sau 30
ngày đêm ngâm puzơlan (mg vôi/1g phụ gia)

Mạnh

Lớn hơn 100

Trung bình

60 – 100


Yếu

Lớn hơn 30 đến nhỏ hơn 60

Bảng 1.17 : Các yêu cầu đối với phụ gia khoáng cho xi măng
Mức qui định
STT

Tên chỉ tiêu

Phụ gia khoáng
hoạt tính

Phụ gia trơ

1

Chỉ số hoạt tính cường độ, %

75

KQĐ

2

Thời gian kết thúc đông kết của hồ
vôi - phụ gia, giờ, không muộn hơn

96

KQĐ

3

Độ bền nước của hồ vôi – phụ gia

Đạt yêu cầu

KQĐ

4

Tạp chất bụi và sét, % không lớn hơn

KQĐ

3,0

5

Hàm lượng SO3, %, không lớn hơn

4

4

6

Kiềm có hại của phụ gia sau 28 ngày,
%, không lớn hơn *

1,5

1,5

Ghi chú:
- KQĐ : không quy định.
- Chỉ tiêu (6) chỉ dùng cho cốt liệu có phản ứng kiềm – silic.
Tiêu chuẩn 14 TCN 114 : 2001 [51] hướng dẫn sử dụng phụ gia trong bê
tông giúp ta lựa chọn được loại phụ gia thích hợp và sử dụng hợp lý chúng để phát
huy hiệu quả phụ gia trong bê tông nói chung và bê tông khối lớn như đập bê tông
trọng lực nói riêng.
IV.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỤ GIA KHOÁNG HOẠT TÍNH CHO XI MĂNG
VÀ BÊ TÔNG

Theo tài liệu [52], lúc đầu một số phụ gia khoáng hoạt tính nguồn gốc núi
lửa được gọi puzơlan. Sản phẩm thiên nhiên tiêu biểu là tro núi lửa được tìm thấy
đầu tiên trên trái đất và từ rất lâu đời được sử dụng hiệu quả làm phụ gia khoáng
hoạt tính cho xi măng và bê tông. Chất thủy tinh trong tro núi lửa chịu ảnh hưởng
lâu dài của nước, CO2 và các yếu tố khác bị hydrat hoá ở mức độ nhất định. Một


phần nước liên kết ở dạng kết tinh, một phần nước hút bám không tạo nên hoạt
tính, mà chỉ có phần thủy tinh của SiO2 hình 4 cạnh và Al2O3 tạo nên hoạt tính của
loại puzơlan này, bao gồm chất thủy tinh đã được thủy hoá và không thủy hoá.
Phần nước liên kết trong chất thủy tinh ở dạng nhóm OH đặc trưng cho độ hoạt
tính ở một mức độ nhất định. Một số loại đá nguồn gốc núi lửa khi được nung 600


800

0

C

hoặc

có

khi

chỉ

o

300  400 C, độ hoạt tính cũng tăng lên, vì khi đó phần kết tinh của đá và phần
tạp chất đất sét trong đá cũng trở nên có hoạt tính. Các chất này mất nước trong
thời gian nung, sau này có phản ứng với nước và canxi oxit và biến cứng.
Hoạt tính của puzơlan được đánh giá theo độ hút vôi, nhưng không phải luôn
chính xác cứ độ hút vôi cao, thì luôn luôn đạt hiệu quả cao. Có trường hợp độ hút
vôi không lớn, nhưng khi pha vào xi măng vẫn đạt chỉ tiêu kỹ thuật cao. Vì vậy
ngoài độ hút vôi, còn dùng phương pháp trộn puzơlan với vôi hoặc xi măng rồi
đánh giá cường độ, qua đó đánh giá được hoạt tính và tìm ra tỉ lệ pha trộn thích
hợp. Tương tự như vậy, trong tiêu chuẩn ASTM C 618 dùng chỉ tiêu hoạt tính
cường độ để đánh giá độ hoạt tính của puzơlan. Loại puzơlan có hoạt tính thấp, thì
cần tăng tỉ lệ pha trộn để tác dụng hết với vôi nhưng cường độ xi măng sẽ giảm
nhiều, nhất là trong thời kỳ đầu cứng hoá.
Sự có mặt của puzơlan không làm thay đổi tính tương tác của các khoáng của
clanhke như trong xi măng không pha puzơlan. Tuy nhiên sự tương tác trong xi
măng pha puzơlan diễn biến theo hai quá trình [52, 53] với những phản ứng sơ cấp
và thứ cấp [53]. Phản ứng sơ cấp xảy ra trong quá trình thứ nhất là tương tác của
các thành phần khoáng của xi măng với nước, trong đó có alit (3CaO.SiO2) và
belit (2CaO.SiO2) như sau [54]:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O
và

=

2(2CaO.SiO2) + 4H2O =

3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

Phản ứng thứ cấp xảy ra trong quá trình thứ hai là tương tác của thành phần

hoạt tính trong puzơlan (SiO2ht) với Ca(OH)2 đã được sinh ra trong hai phản ứng
trên để tạo ra hydro canxi silicat có công thức chung là CSH(B) theo phản ứng
được gọi là phản ứng puzơlan sau đây :
mCa(OH)2 + SiO2ht + nH2O = mCaO.SiO2.pH2O


CSH(B) là chất không tan trong nước, có khả năng biến cứng, nên giảm nồng
độ Ca(OH)2 trong hệ xi măng - nước, do đó cũng có tác dụng đẩy nhanh sự thủy
phân của canxi silicat trong xi măng. Ngoài CSH(B), có thể còn sinh ra
hydrogelenit có công thức 2CaO.Al2O3.SiO2.8H2O. Ở điều kiện nhiệt độ thường,
tuỳ thuộc vào nồng độ canxi oxit trong môi trường nước, tạo nên hợp chất có m =
0,8
–
1,5
và
p = 2; khi đó CSH(B) có dạng (0,8 – 1,5) CaO.SiO2.2H2O. Nếu trong phụ gia
khoáng chứa Al2O3 hoạt tính, thì đầu tiên nó tác dụng với CaO để tạo thành 4
canxi hydroaluminat hoặc 2 canxi hydroaluminat hình sáu cạnh khá ổn định (tuỳ
thuộc vào nồng độ của canxi oxit trong dung dịch), sau đó chuyển thành
3CaO.Al2O3.6H2O ổn định. Như vậy có thể viết phản ứng của Al2O3ht với Ca(OH)2
như sau : Al2O3 + 3Ca(OH)2 + 3H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O. Nói chung hoạt
tính của puzơlan càng cao, khả năng tương tác với vôi càng lớn. Các chất mới sinh
chủ yếu ở dạng gen á tế vi có biến dạng co nhiều hơn nhất là khi puzơlan thuộc
nguồn gốc trầm tích do hàm lượng gen lớn và lượng cần nước của mạng lưới mao
quản cực nhỏ (lỗ rỗng trong gen) cao. Khi đông cứng trong không khí, nước liên
kết hút bám sẽ bay hơi, gây ra co mạnh ở phần gen và phát sinh sức căng ở mao
quản. Ngược lại, khi ở trong nước, xi măng pha puzơlan nở thể tích do hấp thụ
nước và chất dạng keo nở thể tích. Các biến dạng này đặc biệt lớn ở giai đoạn
cứng hoá đầu tiên, về sau giảm đi và tắt dần, nhưng giá trị của chúng vẫn lớn hơn
xi măng không pha puzơlan. Hiện tượng co nguy hiểm hơn hiện tượng nở nhiều.

Nếu không có biện pháp khắc phục nó (giữ ẩm thời gian đầu), thì có khi ảnh
hưởng xấu đến sự dính kết của chất dính kết và cốt liệu trong bê tông hoặc gây nứt
nẻ bê tông trên bề mặt. Theo P.I. Glusge độ co tổng thể tương đối của xi măng pha
phụ gia Trêpen (nguồn gốc trầm tích) là 1,49, pha Tras (nguồn gốc núi lửa) là 1,
pha xỉ là 0,93 và xi măng poóclăng gốc là 1. Như vậy puzơlan nguồn gốc núi lửa
không làm tăng độ co rõ rệt. Đó cũng là một điểm tốt của loại puzơlan này đáng
được tận dụng. Xi măng pha puzơlan rất nhạy cảm với nhiệt độ. Ở nhiệt độ 10 –
12 oC, đông kết cứng hoá diễn ra rất chậm; ở nhiệt độ bằng hoặc nhỏ hơn 5 oC quá
trình đông cứng bị dừng lại. Khi tăng nhiệt độ, thì xi măng pha puzơlan lại đông
cứng nhanh hơn xi măng không pha puzơlan. Điều này có lợi trong điều kiện khí
hậu nóng ở Việt Nam.
Xi măng pha puzơlan có nhiệt thủy hoá thấp hơn nhiều so với xi măng
poóclăng. Nhiệt thủy hoá sinh ra trong hai quá trình tương tác hoá học đã nêu trên.


Trong quá trình thứ nhất nhiệt thủy hoá sinh ra do tương tác của các thành phần
khoáng của clanhke với nước. Nhiệt thủy hoá cũng sinh ra trong quá trình thứ hai
khi thành phần hoạt tính trong puzơlan tương tác với Ca(OH)2 (phản ứng
puzơlan). Có ít tài liệu nói về mức độ sinh nhiệt của phản ứng puzơlan. Tài liệu [8]
cho rằng lượng puzơlan sinh nhiệt bằng 15 – 50% của nhiệt sinh bởi lượng xi
măng bị puzơlan thay thế. Tuy nhiên trong thực tế có nhiều loại puzơlan với thành
phần khoáng và độ hoạt tính khác nhau, chắc rằng cũng phát sinh nhiệt không
giống nhau khi được pha vào xi măng và bê tông. Đây là một vấn đề cần nghiên
cứu để khẳng định mức độ sinh nhiệt của từng loại puzơlan cụ thể. Theo tài liệu
[52], việc pha puzơlan vào xi măng sẽ cho tính bền nước cao hơn vì : (1) Thành
phần Ca(OH)2 dễ hoà tan qua phản ứng puzơlan được biến thành hydrocanxi
silicat khó hoà tan; (2) Trong xi măng sinh ra chất gen nở phồng khi có mặt dung
dịch nước của canxi hydroxit, nên tăng độ chống thấm của đá xi măng. Đá xi
măng bền trong nước, sẽ tạo cho bê tông có tính ổn định tốt hơn trong nước. Mặt
khác, thể tích của hồ xi măng có puzơlan lớn hơn thể tích của hồ xi măng không

có puzơlan thay thế vì khối lượng riêng cỉa puzơlan nhỏ hơn xi măng. Như vậy bê
tông pha puzơlan giầu hồ hơn, nên cấu trúc bê tông có thể đặc chặt hơn, và cũng
có khả năng chống thấm nước tốt hơn. Chính vì vậy mà bê tông pha puzơlan thích
hợp hơn trong môi trường nước, dưới đất hơn bê tông chỉ dùng xi măng poóclăng.
Còn ở trên khô thì bê tông pha puzơlan đòi hỏi sự bảo dưỡng ẩm tốt trong thời kỳ
đầu. Như vậy việc dùng puzơlan thích hợp đối với bê tông công trình thủy lợi nói
chung.
Bê tông pha puzơlan bền sunfat hơn bê tông không pha puzơlan, vì các
nguyên nhân sau đây : (1) Thành phần Ca(OH)2 dễ hoà tan đã phản ứng với SiO2ht
và tạo thành hydro canxi silicat bền trong nước; (2) tính chống thấm của bê tông
được nâng cao; (3) không còn các khoáng có hàm lượng kiềm cao ( 3 canxi và 4
canxi hydro aluminat ) để phản ứng với sunfat và tạo thành ettringit nở thể tích
gấp 3 lần phá hoại đá xi măng và bê tông. Tuy nhiên chỉ có puzơlan nguồn gốc núi
lửa chứa nhiều SiO2 mới bền sunfat nên cần tận dụng loại puzơlan này đối với
công trình thủy, còn puzơlan khác chứa nhiều Al2O3, thì không những không
chống được sunfat, mà còn bất lợi hơn do sự có mặt của Al2O3. Nói chung, muốn
chống được sunfat tốt thì ngoài puzơlan, còn phải cải biến thành phần khoáng của
xi măng (clanhke), sao cho thành phần 3CaO.Al2O3 không quá 8%. Khi pha
puzơlan vào bê tông, có thể cho phép dùng xi măng có độ kiềm cao, vì puzơlan là


chất ức chế có hiệu quả phản ứng kiềm – silic. Như vậy việc pha puzơlan có thể
tránh được nguy cơ phá hoại của phản ứng kiềm – cốt liệu. Đó là điều rất đáng
quan tâm đối với công trình bê tông khối lớn như đập trọng lực.
Trong trường hợp bê tông ít xi măng, việc pha puzơlan vào bê tông, ngoài
việc tương tác với Ca(OH)2, puzơlan được nghiền mịn sẽ cùng với xi măng nhét
đầy khe kẽ giữa các hạt cát và đá trong bê tông, tạo ra khối bê tông đặc chặt và
tăng độ dẻo của hỗn hợp bê tông, cũng như tăng tính chống thấm cho bê tông như
đã nêu trên.
Lý thuyết nêu trên về tác dụng của puzơlan trong xi măng và bê tông được

coi là cơ sở lý thuyết cho đề tài nghiên cứu của luận án này.

1 - Nhiệt kế có dây
2 - Lỗ chừa ở tâm KĐ h= H/2+2,5 cm
để đo nhiệt độ Tmax
3 - Lỗ chừa h =8cm
4 - Gờ chỉ
5 - Tấm nắp đậy
6 - Móc xách tay
7 - Nước đổ cao 5cm
8 - Khoảnh đổ
L x B x H = 12m x 8m x 2m

T©m khèi ®æ

Kho¶nh ®æ L x B x H

Hình 4.4 : Sơ đồ đo nhiệt độ trong khoảnh đổ


Hình 4.11 : Phân khoảnh đổ bê tông công trình đập Lòng Sông (2002)