Phụ gia và hóa phẩm cho các công trình bê tông và bê tông cốt thép

PHỤ GIA VÀ HÓA PHẨM CHO
CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG
VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP
Gi¶ng viªn: TS. TrÇn B¸ ViÖt
ViÖn KHCN X©y dùng


Định nghĩa

Đối với bê tông và vữa (ngoài xi
măng, cốt liệu và nớc) phụ gia là
chất đợc cho thêm vào trong thành
phần bê tông và vữa trớc và trong
khi trộn nhằm cải thiện tính chất
của bê tông và vữa.


Sơ đồ công nghệ chế tạo bê tông, vữa
Xi măng

Cốt liệu (thô, mịn)

Quá trình trộn
Hỗn hợp bê tông (vữa)
Qúa trình tạo hình
Bê tông (vữa)
(cấu kiện, sản phẩm)

Nớc

Phụ gia

Các phơng pháp cải thiện tính chất bê tông

Các phơng pháp thờng đợc sử dụng là:
Thay đổi chủng loại và hàm lợng xi măng
trong 1m3 bê tông;
Thay đổi chủng loại và thành phần hạt
cốt liệu;
Thay đổi tỷ lệ N/X;
Thay đổi công nghệ chế tạo bê tông;
Sử dụng các chất phụ gia cần thiết;


Thay đổi chủng loại và hàm lợng xi măng

Thay đổi lợng dùng: chỉ có thể thay đổi
trong giới hạn nhất định.
- Nếu lợng xi măng ít, bê tông sẽ nghèo
vữa, khó trộn, đầm.
- Nếu lợng dùng xi măng quá lớn, bê tông
sẽ co ngót mạnh và không kinh tế.
Thay đổi chủng loại xi măng: cần thiết khi
sản xuất một lợng bê tông tập trung với
khối lợng lớn. Ví dụ nh các loại xi măng ít
toả nhiệt, xi măng bền sunphát.
Thay đổi mác xi măng: (PC 30 bằng PC 40).
Cần cân nhắc về mặt kinh tế.

Thay đổi chủng loại và thành phần
hạt cốt liệu
Thay đổi cốt liệu để đảm bảo cờng độ nén
dập của cốt liệu cao hơn hoặc đã đạt đợc
trạng thái bề mặt, hình dáng của tập hợp
hạt cốt liệu tốt hơn.
Thay đổi cấp phối và thành phần hạt
chính là bài toán thiết kế cấp phối bê
tông. Cho phép xác định cấp phối hạt tốt
u .Nó có thể ảnh hởng đến tính chất của
bê tông trong một chừng mực nhất định.



Thay đổi tỷ lệ N/X


Điều chỉnh tỷ lệ N/X là nhiệm vụ thiết
kế bê tông
- Nếu N/X quá nhỏ, sẽ không trộn và
đầm tốt đợc.
- N/X lớn sẽ xảy ra hiện tợng tách nớc,
phân tầng, giảm chất lợng bê tông.


Thay đổi công nghệ chế tạo bê tông
Thay đổi thiết bị và công nghệ trộn: trộn
tự do, trộn cỡng bức, trộn va rung,...
Thay đổi thiết bị tạo hình: Rung, rung ép

có tải trọng, tự chảy.
Có thể phù hợp với bê tông đúc sẵn hoặc
bê tông khối lợng lớn



Sử dụng các chất phụ gia cần thiết
Cần phân biệt chất xúc tác và phụ gia:
Chất xúc tác là chất có thể tham gia vào quá trình (hoá học) nhng
không bị tiêu hao. Nó đợc hoàn nguyên sau khi quá trình kết thúc.
Còn chất phụ gia là chất tham gia vào quá trình và bị tiêu hao cùng
sản phẩm của quá trình.
- Cùng với việc sản xuất bê tông và vữa, nếu dùng phụ gia, lợng phụ
gia sẽ bị tiêu tốn cùng với sản lợng bê tông hay vữa. Khối lợng phụ
gia sử dụng cũng tăng cùng sản lợng bê tông và vữa.
- Giá thành của phụ gia phải rẻ hơn nhiều so với chất xúc tác.


Nguyên tắc chung sử dụng phụ gia:
-

-

Phụ gia đợc sử dụng để cải thiện tính chất của bê
tông và vữa theo hớng dự kiến và nằm trong một
giới hạn định trớc. Tác động chính của phụ gia
xảy ra trong quá trình đóng rắn của bê tông.
Các chất phụ gia tác động trực tiếp đến quá trình
hoá học, hoá lý thờng có liều dùng ít hơn so với
phụ gia tác động đến quá trình hoá lý, vật lý, vì nó

tác động mạnh mẽ và sâu sắc đến bản chất quá
trình đóng rắn của xi măng, bê tông.


Phân loại phụ gia
- Phụ gia hóa học;
- Phụ gia khoáng hoạt tính;
- Phụ gia đầy (trơ);
- Phụ gia có công dụng đặc biệt


Phụ gia hóa học

Có thể chia phụ gia hoá học thành 7 nhóm:












Nhóm A: Phụ gia giảm nớc dẻo hoá. Nó làm tăng độ chảy
của hồ xi măng, do đó làm tăng tính dẻo của hỗn hợp bê
tông .
Nhóm B: Phụ gia chậm ninh kết. Làm chậm thời gian ninh

kết của bê tông nên kéo dài thời gian thi công của bê tông
nhng không làm giảm cờng độ của bê tông.
Nhóm C: Phụ gia tăng nhanh đóng rắn. Làm tăng tốc độ
thuỷ hoá của xi măng do đó làm tăng tốc độ ninh kết và sự
phát triển cờng độ sớm của bê tông.
Nhóm D: Phụ gia giảm nớc và chậm ninh kết. Là phụ gia
phối hợp 2 tác dụng giảm nớc và chậm ninh kết.
Nhóm E: Phụ gia giảm nớc và đóng rắn nhanh. Là phụ gia
phối hợp 2 tác dụng giảm nớc và đóng rắn nhanh.
Nhóm F: Phụ gia giảm nớc cao hay phụ gia siêu dẻo. Loại
phụ gia này cho phép giảm đáng kể lợng nớc trộn và tăng
cao độ lu động của hỗn hợp bê tông.
Nhóm G: Phụ gia giảm nớc cao và ninh kết chậm. Loại này
phối hợp giữa 2 tác dụng giảm nớc cao và ninh kết chậm.


Phụ gia khoáng hoạt tính
Là các chất khoáng có hoạt tính thuỷ lực hoặc tính kết
dính yếu, đợc nghiền mịn. Có thể chia làm 4 nhóm sau:
Nhóm X: Xỉ lò cao, xỉ hạt nghiền mịn.
Nhóm P: Puzolan
Nhóm T: Tro, tro bay
Nhóm S: Microsilica (ASTM C1240-00)




a) Phụ gia metacaolanh:
b) Phụ gia tro trấu:
c) Phụ gia silicafum

Cả 3 loại trên đều có hoạt tính thuỷ hoá rất mạnh. Ngoài ra
do độ mịn cao nên có khả năng lấp đầy các khoảng trống cực
nhỏ giữa các hạt xi măng thuỷ hoá, làm tăng độ đặc chắc của
cấu trúc đá xi măng.

Liều lợng sử dụng từ 5-30% so với xi măng. Khi thiết kế
thành phần bê tông phải coi đó là cấu tử trong thành
phần bê tông.


Phụ gia đầy hay phụ gia trơ

Là các chất khoáng cơ bản là trơ
Đa vào để có thể cải thiện một số tính chất
nh: Giảm khả năng toả nhiệt, giảm co,...
Khi thiết kế, phụ gia trơ đợc coi là cấu tử
trong thành phần bê tông.



Phụ gia có tác dụng đặc biệt
Là các loại phụ gia không thuộc nhóm trên và có công dụng đặc biệt, có thể kể ra các
phụ gia sau:

Phụ gia cuốn khí/phụ gia cho bê tông chịu băng giá;
Phụ gia tạo bọt;
Phụ gia tạo khí;
Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép;
Phụ gia gây nở;
Phụ gia chống thấm;
Phụ gia trợ bơm;
Phụ gia chống mài mòn;
Phụ gia giảm khả năng phản ứng kiềm của cốt liệu,...












Phụ gia cuốn khí - phụ gia cho bê tông chịu băng giá đã áp dụng ở công trình cải tạo khu gang
thép Thái Nguyên;
Phụ gia tạo bọt - phụ gia cho bê tông xốp, bê tông tổ ong;
Phụ gia tạo khí - làm bê tông khí cho xây dựng Bảo tàng Hồ Chí Minh do Viện KHCN Xây dựng
nghiên cứu sản xuất bằng các thiết bị và vật liệu có trong nớc, đạt khối lợng thể tích c = 500 kg/m3;
Phụ gia ức chế ăn mòn: Dùng trong sửa chữa một số công trình biển, công trình công nghiệp;

Phụ gia nở: Dùng làm bê tông neo cọc, neo đá, bệ móng máy, bu lông neo;
Phụ gia chống thấm: Dùng cho bê tông thuỷ công, bê tông kết cấu tích chứa hầm, mái bằng,...
Phụ gia trợ bơm: Dùng khá nhiều cho bê tông bơm (cho kết cấu BTCT ứng lực trớc - phơng pháp
căng sau) khi thi công các silô ở các nhà máy xi măng,...


Cơ chế hoạt động của phụ gia
cho bê tông và vữa
Thành phần khoáng của xi măng






Xi măng có nhiều loại, phân biệt khác nhau chủ yếu ở
thành phần khoáng trong clinke: Ví dụ xi măng ít nhôm (xi
măng bền sunphát), xi măng alít (C3S), xi măng bêlít (C2S),
xi măng ít toả nhiệt (giàu C2S, nghèo C3A), xi măng trắng (ít
khoáng sắt và manhê), xi măng pooclăng,...
Xi măng pooclăng lại có nhiều loại: Pooc lăng xỉ, pooclăng
puzolan, pooclăng thờng
Để điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng, ngời ta còn
pha vào 1-3% thạch cao.


SiO2
16-26%
CaO
59-67%

Al2O3
4-8%

Fe2O3
2-5%
Qu¸ tr×nh ph¶n øng t¹o ra CLINKE

CLINKE


Thµnh phÇn ho¸ häc cña xi m¨ng vµ clinke
Xi mang

Clinke

%

Thµnh
phÇn

%

Thµnh phÇn

Ký
hiÖu

65 ± 2

CaO

60 ± 10

3CaO.SiO2

C3S

AlÝt

20 ± 2

SiO2

16 ± 10

2CaO.SiO2

C2S

BelÝt

6± 2

Al2O3

1 ÷ 13

3CaO.Al2O3

C3A

Alumosilicat

3± 2

Fe2O3

0 ÷ 16

4CaO.Al2O3.Fe2
O3

C4AF

Alumofferit

1÷2

Th¹ch
cao

CaSO4.2H2O

Tªn
kho¸ng


Cơ chế đóng rắn của xi măng
Các khoáng khi tác dụng với nớc sẽ xảy ra các phản ứng sau:

C3S + aq. C2SH2 + Ca(OH)2
C2S + aq. CSH



C3A + aq. C3AH6
C4AF+aq.
C3(A,F)H6 + Ca(OH)2 + Fe2O3.nH2O
Thạch cao trong nớc phân ly thành SO4-2 hấp phụ lên bề mặt
khoáng C3S, C3A, làm giảm tốc độ phản ứng, kéo dài thời gian
linh động của hồ xi măng, đảm bảo thời gian có thể thi công đợc


Qu¸ tr×nh h×nh thµnh cÊu tróc ®¸ xi m¨ng








Giai đoạn I. từ những phút đầu cho tới khoảng 1h
sau khi trộn. Khi đó trong dung dịch cha hình
thành cấu trúc.
Giai đoạn II. Hình thành các sợi dài CSH có cấu
trúc vi tinh thể. Giai đoạn này kéo dài từ 1h đến
24h sau đó. Đây là giai đoạn quan trọng, nó sẽ cơ
bản xác định tính chất của đá xi măng và bê tông.
Giai đoạn III. Sau 24 h, những lỗ giọt còn lại tiếp

tục đợc lấp đầy bởi các sợi CSH ngắn kết tinh vi
tinh
Cũng có thể hình dung quá trình đóng rắn theo 3
giai đoạn tơng ứng là: Thuỷ hoá các khoáng xi
măng; keo tụ gel xi măng, đóng rắn; kết tinh và tái
kết tinh các khoáng làm cho đá xi măng có cờng
độ.


- Quá trình đóng rắn là quá trình phản ứng
xảy ra trên các bề mặt phân pha R - L - R. Cụ
thể là trên bề mặt hạt xi măng và pha lỏng.
- Sau đó là quá trình tái kết tinh từ dung dịch
quá bão hoà CSH thành các tinh thể CSH có
kích thớc khác nhau.
- Mức độ và tốc độ phản ứng phụ thuộc vào
bề mặt riêng và hệ số khuyếch tán ở ranh
giới các pha.


- Phản ứng hydrat không bao giờ đi tới
kết thúc,
- Cờng độ của bê tông mặc dù đợc coi là
bão hoà ở tuổi 28 ngày, song trên thực
tế, ở những điều kiện bão dỡng phù hợp
cờng độ vẫn phát triển tiếp tục nhất là
trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt
Nam.
- Đây là cơ sở tin cậy quan trọng cho việc
sử dụng các công trình bê tông vì cờng

độ bê tông chỉ đồng biến chứ không bị
suy giảm trong điều kiện thờng.








Trong bê tông luôn có một độ rỗng nào đó. Các lỗ
rỗng này sinh ra do lợng nớc d, do cuốn khí và tuỳ
thuộc hàm lợng xi măng. Độ rỗng không chỉ ảnh h
ởng đến cờng độ mà nó quyết định đến các tính
chất khác của bê tông nh tuổi thọ, khả năng chống
ăn mòn, chống thấm,...
Trong vi cấu trúc của đá xi măng còn một loại vi lỗ
rỗng (lỗ rỗng gel) còn gọi lỗ rỗng mao quản. Các vi
lỗ rỗng này rất nhỏ, trong khoảng 15-20. Khi đợc
lấp đầy các vi lỗ rỗng này bằng phụ gia nh phụ gia
S (microsilica), chúng ta sẽ có đợc một sự thay đổi
rất cơ bản về tính chất của bê tông và vữa.
Phụ gia sẽ chỉ có tác dụng khi có mặt nớc, tức là
khi quá trình thuỷ hoá và hấp thụ xảy ra.