Nghiên cứu chế tạo bê tông xi măng polymer

2.3.3

Tínli chất của bê tông và vữa
đã rắn
chắc khi có mặt polymer tan trong
MỤC
LỤC

nước..........................................................................................................................22
LỜI NÓI
ĐẦU.................................................................................................................................4
VữaVÀ
và bê
tông
măngTẮT
sử dụng
phụ Đổ
gia ÁN
giảm
nước tầm cao................................24
KÝ2.4
HIỆU
CÁC
TỪxiVIẾT
TRONG
.................................................................
6
2.4.1 I:Cơ
sở chung...................................................................................................24
CHƯƠNG
TỔNG

QUAN VỂ BÊ TÔNG XIMẢNG POLYMER..........................................7
1.1
Giới
thiệu
chung
.....................................................................................................
2.4.2 Cơchếhoá dẻo
của các phụ gia giảm nước tầm cao thế hệ 2........................247
1.2 Các đặc tính của polymer....................................................................................... 8
2.5.
trình
tác vữa
giữavà
polymer
măng thuỷ
hoá........................................25
1.3 Quá
Phân
loạitương
hỗn hợp
bê tôngvàcóxipolymer
......................................................
10
1.4 Các phương pháp đưa polymer vào hỗn hợp vữa và bê tông xi măng..................10
2.5.1 Quá trình tlĩuỷ hoá của xi măng pooclăng.....................................................27
1.5 Tác dụng của polymer trong vữa và bê tông......................................................... 11
1.5.1 Quá
Polymer
tác dụng
làm poỉymer

thay đổi cấu
trúc rỗng...........................................11
2.5.2
trìnhcóphản
ứng giữa
với thành
phần của bê tông.....................28
1.5.2 Polymer cải thiện khả năng hám dính giữa đá xỉ mãng và cốt liệu...............12
2.5.3 Sự tương tác giữa sản phẩm thuỷ lioá và polymer........................................28
1.5.3 III:
Ánh
hưởng PHÁP
của polymer
đến
cường
độ của
vữasửvàDỤNG
bê tông.....................12
CHƯƠNG
PHƯƠNG
NGHIÊN
CÚƯ
VÀ VẬT
LIỆU
...........................31
3.1ỉ .5.4
Phương
pháptăng
nghiên
31

Polymer
tính cứu
bền......................................................................................
chống sự thâm nhập của ion Clo..................................12
3.21.5.5
Vật liệu
dụng...................................................................................................
33
Ảnh sử
hưởng
của polymer đến độ bền sunphát..........................................13
1.5.6 Xi
Ánh
hưởng của polymer đến độ bền hoá.................................................14
3.2.1
măng.........................................................................................................33
ỉ .5.7 Ánh
của polymer đến độ bền đóng-tan băng và khả năng môi
3.2.2
Cáthưởng
vàng........................................................................................................33
trường.......................................................................................................................14
3.2.3
Phụ gia siêu dẻo............................................................................................34
3.3.3 Poỉy Methyl Metlia Acrylate.........................................................................35
CHƯƠNG II: Cơ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN cứu CHÊ TẠO BÊ TÔNG XI MẢNG
3.3 Lựa chọn tỷ lệ phụ gia hợp lý............................................................................... 36
POLYMER.......................................................................................................................................16
3.3.1 Phụ gia siêu dẻo............................................................................................36
2.1 Biến tính bê tông và vữa xi măng bằng polymer.................................................. 16

3.3.2 Pliụ gia Poỉy Methyl Metha Aciylate.............................................................36
2.2 Vữa và bê tông xi măng biến tính bằng polymer latex (nhựa mủ).......................16
3.4 Thiết kế sơ bộ thành phần vữa............................................................................. 36
2.2.1 Cơ sở chung..................................................................................................16
3.5 Xây dựng mô hình quy hoạch thực nghiệm......................................................... 39
2.2.2 Tính chất của vữa và hồn hợp bê tông chưa rắn chắc khi có mặt nhựa mủ
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN cứu VÀ ĐÁNH GIÁ.....................................................41
19
4.12.2.3
Ảnh Tính
hưởng
củacủa
PMMA
đếnvàthời
đông
kết khi
củacó
xi mặt
măng
PC-40.....................41
chất
bê tông
vữagian
đã rắn
chắc
nliựa
mủ....................20
4.2
của PMMA
siêu

dẻo đếntan
độtrong
bẹt của
vữa
.......................42
2.3 Ánh
Vữa hưởng
và bê tông
xi măng và
biến phụ
tínhgia
bằng
polymer
nước
.........................
21
sở chung..................................................................................................21
4.32.3.1
ÁnhCơ
hưởng
của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cường độ của vữa..................45
chất
hỗn hợp
tônggiavàsiêu
vữadẻo
chưa
rắn
chắc độ
khinén
có mặt

polymer
4.42.3.2
ÁnhTính
hưởng
củacủa
PMMA
và bêphụ
đến
cường
của vữa..........46
tan trong nước...........................................................................................................22
4.4.1 Cường độ nén của vữa ở tuổi 3 ngày.............................................................46
4.4.2

Cường độ nén của vữa ở tuổi 7 ngày.............................................................48

4.4.3

Cường độ nén của vữa ở tuổi 28 ngày...........................................................50


4.5 Ánh hưởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cường độ uốn của vữa.............52
4.5.1 Cường độ uốn của vữa ở tuổi 3 ngày............................................................52
4.5.2

Cường độ uốn của vữa ở tuổi 7 ngày............................................................54

4.5.3

Cường độ uốn của vữa ở tuổi 28 ngày..........................................................56

4.6 Độ hút nước bão hoà và độ rỗng mao quản của vữa đã đóng rắn với sự có mặt
của PMMA và phụ gia siêu dẻo...................................................................................58
4.7 Ánh hưởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cường độ bám dính của vữa
mới và bê tông cũ.........................................................................................................61
4.8 Ảnh hưởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến độ co nở của vữa nghiên cứu
64
4.9 Ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo và PMMA đến độ giữ nước của hỗn hợp vữa
67
CHƯƠNG V: ĐỂ XUẤT PHƯƠNG ÁN SẢN XUÂT...........................................70
5.1 Dây chuyền công nghệ sản xuất...........................................................................70
5.2 Biện pháp thi công............................................................................................... 71
MỘT SỐ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ................................................................. 73
A. Kết luận................................................................................................................. 73
B. Kiến nghị............................................................................................................... 73
PHỤ LỤC...............................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 78


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay việc sử dụng polymer trong bê tông trở nên khá phổ biến. Ngay từ
thời tiền sử, chúng đã được sử dụng dưới các dạng họp chất tự nhiên. Trong 50 năm
trở lại đây, polymer tổng hợp được nghiên cứu ứng dụng trong bê tông. Kết quả
nghiên cứu cho thấy polymer cải thiện cấu trúc lỗ rỗng của vữa và bê tông nhờ
tương tác hoá học và khả năng chèn đầy các lỗ rỗng và mao quản, đồng thời tạo ra
các màng kỵ nước trên bề mặt mao quản và lỗ rỗng. Nhờ khả năng tạo màng của
polymer nước được giữ lại trong bê tông và do đó giúp quá trình thuỷ hoá xi măng
diễn ra một cách thuận lợi hơn. Theo thời gian, cường độ của bê tông tăng góp phần
cải thiện cải hơn nữa vi cấu trúc của bê tông, làm tăng tính bám dính giữa chất kết
dính và các cốt liệu. Hiệu quả tạo màng còn có tác dụng cải thiện tính bền cho bê

tông như: tăng độ bền đóng và tan băng, độ bền chống cácbonát hoá, giảm sự xâm
nhập của ion Clo và giảm khả năng xảy ra phản ứng kiềm silic. Tuy nhiên, các
polymer khác nhau được sử dụng theo cách khác nhau. Mặc dù các polymer thuộc
nhóm Acrylic bền hơn so với các polymer khác song hầu hết polymer kém bền
suníat và axit sunphuric.
Việc cải thiện vi cấu trúc của vữa và bê tông khi sử dụng polymer có thể được
kết hợp với các biện pháp khác như sử dụng phụ gia giảm nước tầm cao để tạo ra
vữa và bê tông có cùng tính công tác song có độ đặc chắc cao hơn nhờ giảm đáng
kể lượng nước tự do.
Vữa dùng trong sửa chữa các công trình bê tông cốt thép theo quan điểm của
chúng tôi cần đáp ứng một số yêu cầu chính sau (Mục tiêu của đề tài):
1. Có tính công tác tương đương vữa và bê tông đối chứng.
2. Có cường độ xấp xỉ hoặc cao hơn cường độ của vữa và bê tông cũ.
3. Có khả năng bám dính tốt với vữa và bê tông cũ.
4. Có độ co nhỏ và thấp hơn nhiều so với độ co của vữa và bê tông thường.


Ký kiệu

Ý nghĩa

X

Lượng dùng xi măng

c

Lượng dùng cát

N

Sd
Po
PMMA
M-0
M-l
M-2

Lượng dùng nước
KÝcứu
HIÊU
CÁC
TẮT
TRONG
ÁN tiêu đề ra. Trong
Kết quả nghiên
của VÀ
đề tài
đã Từ
cơ VIẾT
bản giải
quyết
tốt cácĐổmục
Lượng dùng phụ gia siêu dẻo Mighty
quá trình thực hiện các tác giả đã đề xuất được một số phương pháp phi tiêu chuẩn
Lượng dùng phụ gia Poly Methyl Metha Acrylate
giúp làm sáng tỏ ảnh hưởng của các tác nhân đến tính chất của vữa tính năng cao
Poly Methyl Metha Acrylate
đó là:
Mẫu đối chứng
S SửMẫu

dụng
sửmức
dụngngậm
0,3%cát
Sdnhư
1% một
Po phương tiện điều chỉnh độ dẻo của vữa giữ
nguyên
tỷ lệ
Mẫu sử dụng
0,2%
SdN/X
và 1trong
% Poxác định tính dễ thi công của vữa

M-3

S Sử
dụng
giá độ dẻo của vữa khi giá trị ứng suất cắt lớn
Mẫu
sử bàn
dụngnhảy
0,2%vữa
Sdđê
vàđánh
5% Po

M-4

S Sử
dụng
phương
pháp
uốn đế thử cườns độ bám dính giữa vữa cũ và
Mẫu
sử dụng
0,3%
Sdtạo
và mẫu
5% Po

M-5
M-6
M-7
M-8
M-9
M-10

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Povữa mới.
Mẫu sử dụng 0,32% Sd và 3% Po
Chúng tôi trân trọng cảm ơn các thầy cô ở phòng thí nghiệm VLXD, trường đại
Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 0,17% Po
học Xây Dựng đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Mẫu sử dụng 0,18% Sd và 3% Po
Chúng tôi thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp 44VL và lớp 45VL, khoa VLXD,
Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 5,83% Po
trường ĐHXD đã giúp đỡ chúng tôi thực hiện đề tài này.
Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po

M-l 1

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po

M-12

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po

Thưc hiên đề tài


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỂ BÊ TÔNG XIMÃNG POLYMER
1.1 Giới thiệu chung
Bê tông và vữa ximăng là vật liệu composite nhân tạo. Loại vật liệu này tương
đối rẻ và được sử dụng rất rộng rãi. Vật liệu xi măng được sử dụng trong thời kỳ cổ
xưa là xi măng vôi-pozzolan. Sự ra đời của ximăng poóclăng đã thay thế loại
ximăng pozzolan cổ xưa này. Kết quả khảo sát cho thấy các công trình bê tông xây
dựng từ xi măng vôi-pozzolan dù có tuổi thọ rất lâu nhưng vẫn bền vững. Có một
vài công trình xây dựng thuộc dạng này vẫn tồn tại trong điều kiện tốt cho tới ngày
nay. Bí quyết tạo ra loại vật liệu phẩm chất cao này là sự lựa chọn loại vật liệu phù
hợp, tỷ lệ pha trộn chính xác và tính công tác tốt. Bê tông được làm từ xi măng, cốt
liệu lớn, cốt liệu nhỏ và nước được pha trộn với một tỷ lệ thích họp và được chế tạo,
bảo dưỡng theo chế độ thích hợp. Chất lượng của bê tông được thể hiện ở cường độ
cũng như độ bền. Ngoài thành phần khoáng được sử dụng để chế tạo bê tông, các
loại vật liệu hữu cơ khác cũng được sử dụng trong bê tông cổ xưa dưới dạng phụ
gia. Những tài liệu ghi chép có giá trị còn lại hiện nằm rải rác và một số lớn bị thất
lạc khó có khả năng hệ thống lại. Tuy nhiên việc sử dụng asphalt cho bồn tắm của
Mohen-ịo-claro (năm 2300 trước công nguyên) như một thành phần của vữa xây

gồm vôi và đất sét đã được làm rõ. Trong quá trình xây dựng Babylon cũng đã sử
dụng các loại vật liệu hữu cơ khác như đậu (protein), gạo nếp, sữa động vật, nhựa
thực vật,v.v... Đó là thời kỳ polymer tự nhiên được sử dụng phổ biến. Cùng với thời
gian việc sử dụng polymer tự nhiên không còn rộng rãi. Tính chất của bê tông giờ
đây có thể được cải thiện bằng việc sử dụng polymer nhân tạo. Xu hướng này trở
nên khá phổ biến từ 50 năm trở lại đây. Sáng chế đầu tiên về polymer nhân tạo
được Lẹỷebure công bố năm 1924 liên quan đến việc sử dụng cao su luu hoá và
không lưu hoá trong mẫu xi măng mủ cao su. Năm 1925 Kirkpatrik đã sáng chế ra
sản phẩm tương tự cho cường độ cao và khả năng bền nước. Bê tông xi măng
polymer trong những năm 1930 hầu hết đều dựa trên việc sử dụng mủ cao su. về
sau vào những năm 1940 các sản phẩm khác dựa trên polyvinyl axetate cũng đã

7


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
được phát minh. Trong thập niên 60 của thế kỷ 20, các loại polymer dẻo nhiệt như
arcrylic và vinylidine chlorides đã được chế tạo.
Polymer được sử dụng trong bê tông chia thành 3 nhóm: nhựa mủ, chất dẻo
lỏng và những polymer hoà tan trong nước. Nhựa mủ là một dạng phân tán của các
phần tử polymer đặc trong nước, trông giống như sữa. Độ quánh của một hệ phân
tán này có thể thay đổi từ rất lỏng tới nhớt phụ thuộc vào nồng độ của các phần tử
vi mô. Polymer dạng này khi ở trạng thái phân tán có nồng độ 30-50% chất khô.
Trừ nhựa Epoxy, còn lại tất cả các dạng khác được sản xuất dưới dạng polymer hoá
nhũ tương monomer có dung môi là nước. Bởi vậy chúng còn được gọi là nhũ
tương. Lượng nhựa mủ sử dụng được tính toán dựa trên khối lượng đặc của chất
khô không bay hơi được xác định bằng cách lấy một khối lượng mẫu nhựa mủ, sấy
khô. Tỷ lệ polymer so với xi măng được tính theo khối lượng polymer đặc so với
khối lượng xi măng hay vữa xây.
1.2 Các đặc tính của polymer

Đặc tính của polymer liên quan tới cấu trúc của chúng và những biến đổi khi bị
đốt nóng. Polymer được phân thành polymer nhiệt dẻo, polymer nhiệt rắn và
polymer đàn hồi [16].
a) Polymer nhiệt dẻo: thường là những polymer dạng mạch thẳng, những
polymer tan tuy ở các trạng thái khác nhau độ hoà tan cũng khác nhau phụ thuộc
vào độ dài của mạch. Hầu hết các polymer nhiệt dẻo nóng chảy ở nhiệt độ tương
đối thấp trong khoảng từ 200-250°C. Chúng có khả năng mềm hoá khi bị đốt nóng
và rắn chắc khi để nguội.
b) Polymer nhiệt rắn: là những polymer mạch không gian gồm những chuỗi
dài được kết nối lại thành mạng không gian ba chiều. Những mối liên kết ngang
được hình thành một lần không dễ tan bởi những phân đoạn này của mạng lưới đại
phân tử không có khả năng di chuyển tự do tương đối so với các phân đoạn khác.
Tính không hoà tan, tính chịu lực và tính co giãn thấp của polymer nhiệt rắn là
thuộc tính của hầu hết các polymer có mối liên kết ngang.

8


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
c) Polymer đàn hồi: là những polymer có mối liên kết không chặt chẽ của
những polymer mạch thẳng với sự dịch chuyển hạn chế của các chuỗi tạo nên tính
đàn hồi cao su. Các mối liên kết cao su tự nhiên hay cao su lưu hoá là vật liệu thuộc
nhóm này.
Polymer dẻo nhiệt nhìn chung có khả năng chịu tác dụng lực lớn hơn so với
polymer đàn hồi khi được kết hợp với xi măng trong vữa. Kết quả nghiên cứu cho
thấy vinyldine chloride là một polymer nhiệt dẻo có cường độ nén cao hơn rất
nhiều với polymer đàn hồi styrene butadiene.
Hầu hết các polymer có khả năng tăng dẻo cho vữa và bê tông tương tự các chất
dẻo hoá thông thường trong bê tông nhờ tính chất bề mặt của các tác nhân hoá dẻo
có mặt trong polymer đó. Do đó khi sử dụng polymer có thê giảm tỷ lệ N/X khi giữ

không đổi tĩnh công tác của hỗn hợp vữa, bê tông. Ví dụ, thêm nhựa
polychloropene vào vữa với tỷ lệ polymer so với ximăng là 0,15 cho phép giảm tỷ
lệ N/X khoảng 40%.

— Nhựa cao su tự nhiên
Nhựa
đàn
hồi

Nhựa mủ
Polymer
thay thế
xi măng

— Nhựa cao su nhân tạo —

Cao su Styrene-butađiene (SBR)
Cao su Polychloroprene (CR)
Cao su Acrylonitrile-butadiene

— Polyacrylic ester (PEA)
— Polyethylene-vinyl acetate (EVA)
— Polyvinylidene chloride-vinyl chloride
Nhựa
nhiệt dẻo
(PVDC)
— Polyvinyl acetate (PVAC)
— Polyvinylpropionate (PVP)
Polypropylene
Nhựa

đô ne kết nhiệt — Epoxy (EP)
— Nhựa bi tum

— Nhựa hỗn hợp

— Nhựa đường
— Nhựa đườnu cao
su hoá
— Paraíin

Hình 1.1 - Nhựa mủ polymer sử dụng làm phụ gia hay thay thế một phần Xi

9


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer

1.3 Phân loại hỗn hợp vữa và bê tông có polymer
Hỗn hợp bê tông polymer là một loại hỗn hợp bê tông được chế tạo trên cơ sở
sử dụng polymer làm phụ gia hay thay thế một phần hoặc toàn bộ chất kết dính xi
măng bằng vữa polymer. Căn cứ vào số lượng polymer sử dụng và cách chế tạo
chúng về căn bản có thể phân loại thành các nhóm sau:
- Bê tông và vữa polymer biến tính, PMC (Polymer Modiíĩed Mortar and
Concrete)
- Bê tôns và vữa xi măng polymer, PCC (Polymer Cement Mortar and Concrete)
- Bê tông và vữa polymer, PC (Polymer Mortar and Concrete)
- Bê tông và vữa tẩm polymer, PIC (Polymer Impregnated Mortar and Concrete)
Trong trường hợp thứ nhất, lượng dùng polymer tới hạn là 5% khối lượng xi
măng, polymer không đủ để tạo pha liên tục trone bê tông đã rắn chắc mà chỉ tác
dụng như một chất biến tính. Trong khi đó, khi lượng dùng lớn hơn 5% có thể tạo

pha liên tục theo 3 phương làm việc giống như một thành phần của vữa. Trong
trường hợp thứ ba, polymer là chất nền duy nhất liên kết hoá học với cốt liệu.
Trường hợp thứ tư, polymer được sử dụng dưới dạng vật liệu tẩm. Quá trình tẩm
được thực hiện khi bê tông đã rắn chắc.
1.4 Các phương pháp đưa polymer vào hỗn hợp vữa và bê tông xi măng
Polymer được sử dụng trong hỗn hợp xi măng polymer theo hai cách:
- Nhào trộn cùng lúc với các thành phần khác khi chế tạo vữa và bê tông.
- Tẩm bê tông đã rắn chắc
Với một lượng nhỏ polymer bê tông tẩm polymer (PIC) có cường độ nén cao
hơn bê tông xi măng polymer (PCC). Ví dụ PIC, với tỷ lệ polymer dùng là 1,5 7,5% so với khối lượng của xi măng, có cường độ cao hơn rất nhiều thậm chí với
PCC có chứa 20% polymer so với lượng dùng xi măng. Trong trường hợp của PIC,
10


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
nhờ sự liên kết tốt hơn giữa các sản phẩm hydrat hoá xi măng và cốt liệu, một phần
mao quản bị lấp đầy và vết nứt vi mô có thể được hàn gắn bởi polymer. Bên cạnh
đó, việc pha trộn polymer trong khi chế tạo vữa và bê tông cũng cũng có tác dụng
hàn gắn các vết nứt và cải thiện cường độ uốn. Tính co dãn tốt của polymer có thể
giúp phân bố ứng suất trong chất nền một cách đồng đều hơn. Sự phát triển vết nứt
do vậy có thể giảm đi.
Trong trường hợp trộn polymer vào bê tông, quá trình hydrat hoá xi măng
pooclăng bị cản trở bởi sự tương tác của polymer với các sản phẩm hydrát và sự
hình thành màng polymer do sự liên kết giữa các phần tử polymer. Kết quả là tạo ra
một chất nền với một mạng lưới cấu trúc trong đó pha hydrat và pha polymer tồn
tại đan xen nhau.

1.5 Tác dụng của polymer trong vữa và bê tông
1.5.1 Polymer có tác dụng làm thay đổi cấu trúc rỗng
Polymer tương tác với các sản phẩm thuỷ hoá xi măng trong vữa và bê tông để

tạo ra màng polymer do đó làm thay đổi cấu trúc rỗng của bê tông. Trong bê tông
thế tích phần rỗng chủ yếu được tạo bởi các lỗ rỗng có bán kính trung bình trong
phạm vi từ 430 tới 4300 A chủ yếu tập trung trong khoảng 750 tới 1400 A . Độ
rỗng này ở vào khoảng 0,lcm3/g bê tông. Sự có mặt của polymer có tác dụng giảm
thể tích rỗng của các mao quản có bán kính lớn hơn 0,2 pm hay lớn hơn và làm
giảm đáng kể lỗ rỗng bán kính 75nm và nhỏ hơn. Thể tích rỗng giảm khi tăng tỷ lệ
polymer so với xi măng. Trong một vài trường hợp lượng polymer có thể không đủ
để lấp đầy hoàn toàn các lỗ rỗng. Lúc đó polymer bao bọc bề mặt lỗ rỗng hoặc
chèn đầy một bộ phận các lỗ rỗng làm cho các ống mao quản dường như được tẩm
bởi một màng polymer. Đây là một đặc trưng quan trọng nâng cao độ bền nhất là
khi bê tông tiếp xúc với chất khí và dung dịch lưu thông trong các mao quản. Mặc
dù không thế ngăn chặn sự phá hoại bê tông một cách triệt để, nhưng sự có mặt của

11


Tỷ lê polymer với Hệ số khuếch tán của ion Ch
XM (%)
(cm2/s)
Mẫu đối chứng
0
6,4x108
Chương I: Tổng quan
Vữa biến tính bằng SBR
10 về bê tông xi măng polymer
6 4xl0'8
20
3,9x10'*
Loại vữa

8
định hệ số khuếch10tán của ion cr trong vữa
polymer
biến tính. Những thử nghiệm
Vữa biến tính bằng EVA
4 4x10‘
20
2,4x10'*
1.5.2
cảitrên
thiện
khả
năng
bám
dính
giữabiển
đá tự
xi măng
này đã
đượcPolymer
tiến hành
mẫu
vữa
ngâm
trong
nước
nhiên. và cốt liệu
Vữa biến tính bằng PAE
10
3 8xl0’8

8 vữa
Sự
có 1.1
mặt- Hệ
của
cải
thiện
sự polymer
liên kết biến
giữa tícác
Bảng
khuếch có
tántác
củadụng
ion Cl'
trong
nhịphần
16] tử trong
20sôpolymer
4,4x1ữ

vữa vàTỷbêlêtông
so với
bê tôngtán
thường.
polymer
với vữa
XM xi măng
Hệ và
số khuếch

của ionKhả
Ch năng này có được là do
(%)của bản thân polymer. Ngoài ra polymer còn thấm đầy chất nền và
sự bám dính cao
Mẫu đối chứng
0
2,1x108
vì vậy bịt kín các vết nứt và đồng thời làm tăng
lực liên kết. Tính bám dính phụ
Vữa biến tính bằng SBR
10
1 9xl0'8
9,3x10*
thuộc vào tỷ lệ 20
polymer so với xi măng mặc
dù tỷ lệ polymer so với xi măng không
Loại bê tông

Vữa biến tính bằng EVA
10 Tỷ lệ pha trộn có ảnh 7hưởng
9xl0'8 lớn đến đặc điểm phá hoại của vữa
mang tính cực trị.
20
l,0xl0'8
và bê tông. Khi tỷ lệ Polymer/Xi măng = 1:2, sự
phá hoại khi uốn xảy ra phổ biến
Vữa biến tính bằng PAE
10
6 2xl0'8
20 giao diện, nhưng ở tỷ lệ

5,8x10*
xuyên qua bề mặt
1:3 sự phá hoại lại xảy ra xuyên qua chất
nền đá xi măng. Số liệu về tính bám dính phụ thuộc vào những phương pháp thử
Bảng
1.2kiện
- Hệbảo
sô dưỡng
khuếchvàtán
trong
bê tông polymer biến tínỉĩị 16]
khác,
điều
độ của
rỗngion
củactchất
nền.
1.5.3 Ảnh hưởng của polymer đến cường độ của vữa và bê tông
Bê tông và vữa có chứa polymer cường độ nén, uốn và kéo đều được cải thiện.
Trong đó cường độ được cải thiện rõ rệt nhất. Nguyên nhân là do polymer có cường
độ kéo cao và mặt khác sự có mặt của polymer góp phần cải thiện mối liên kết giữa
các phần tử trong vữa và bê tông. Điều kiện bảo dưỡng cũng có ảnh hưởng lớn tới
cường độ. Cường độ tối đa phần lớn đạt được do quá trình thuỷ hoá xi măng diễn ra
một cách hợp lý trong điều kiện bảo dưỡng ẩm và tiếp theo là bảo dưỡng khô.
Trong suốt thời gian bảo dưỡng, các phần tử polymer tái hợp lại để tạo màng. Vì
vậy, nước được giữ lại trong bê tông và quá trình thuỷ hoá xi măng tiếp tục diễn ra.
1.5.4 Polymer tăng tính bền chống sự thâm nhập của ion Clo
Tính bền chống sự thâm nhập của ion cr được thử bằng cách ngâm mẫu trong
nước biển (với hàm lượng NaCl 2,4%) Kết quả cho thấy có sự cải thiện đáng kể khi
có mặt polymer, trừ trường hợp mủ cao su Styrene butadiene (SBR). Mặc dù khi

tăng tỷ lệ polymer so với xi măng tĩnh bền chống sự thâm nhập của ion cr được cải
thiện nhiều hơn nhưng khó có thể rút ra được quy luật chung cho kết quả nghiên
cứu này. Thực tế cho thấy nhựa Acrylic có khả năng cải thiện tính bền chống lại sự
thâm nhập của ion cr lớn hơn so với khi sử dụng SBR. Dưới đây là kết quả xác
12


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer

1.5.6 Ảnh hưởng của polymer đến độ bên hoá
Nhìn chung độ bền hoá của bê tông và vữa biến tính bằng polymer ít tuân theo
một quy luật nhất định mà phụ thuộc vào bản chất của polymer, tỷ lệ polymer so
với xi măng và loại hoá chất sử dụng trong thử nghiệm bền hoá. Hầu hết bê tông và
vữa polymer biến tính đều bị ăn mòn bởi axit vô cơ. Kết quả nghiên cứu cho thấy
độ bền axit HC1 nồng độ 2% của bê tông polymer biến tính được cải thiện phần nào
so với bê tông không biến tính. Mặt khác, bền độ axit H 2S04 nồng độ 5% của bê
tông này hầu như không được cải thiện.
1.5.7 Ảnh hưởng của polymer đến độ bén đóng-tan băng và khả năng môi
trường
Bê tông và vữa polymer biến tính có khả năng bền chống đóng-tan băng so với
bê tông và vữa thường nhờ giảm độ rỗng và giảm khả năng thấm do lấp đầy các lỗ
rỗng cũng như tạo màng trên bề mặt các lỗ rỗng mao quản làm cho chúng có tính
kỵ nước. Ngoài ra sự cuốn khí vào trong vữa và bê tông cũng diễn ra do sự có mặt
của chất hoạt động bề mặt trong polymer. Độ bền đóng-tan băng được cải thiện
đáng kể khi sử dụng 5% polymer. Khi vượt quá tỷ lệ này polymer không có tác
dụng làm tăng thêm độ bền chống đóng-tan băng của bê tông so với bê tông có 5%
polymer. Nhìn chung bọt khí cuốn vào bê tông cải thiện độ bền đóng-tan băng,
1.5.5 Ảnh hưởng của polymer đến độ bền sunphát
nhưng vấn đề này lại gây tranh cãi khi Chandra và Avik đưa ra kết quả thực nghiệm
được

thử nhỏ
bằngpolymer
cách ngâm
trong
thờikhígian
28 bê
ngày
trong
sau: Độ
Khibền
sử sunphát
dụng một
lượng
(1%)mẫu
không
cuốn
trong
tông
độ
dụngđóng-tan
dịch Nabăng
và (NH
đặc
không
kếtvới
quảbê cải
đáng
bền
bê tông
thiện

đángcho
kể so
tôngthiện
thường
có kể.
có
2S04 của
4)2S0được
4 đậmcải
Mẫu gia
thí cuốn
nghiệm
ăn dù
mòn
mạnh không
và khi làm
ngâm
)2S04 tăng
mẫu độ
bị
phụ
khí,bịmặc
polymer
tăngtrong
hàmdung
lượngdịch
bọt (NH
khí. 4Việc
ăn mòn
nhiềubăng

hơn làsonhờ
vớisựtrong
dịchtrúc
Na 2rỗng
S04. do
Kếtpolymer
quả cũng
thấytương
độ bền
bền
đóng-tan
phândung
tán cấu
tạo cho
ra khi
tác
sunphát
không
được
thiện
thậm
chí khi
tăng tỷ6] lệ polymer so với ximăng.
hoá
học, do
lấp đầy
các cải
lỗ rỗng
và do
tạo màng

polymer[l
Nguyên nhân polymer có trong vữa và bê tông kém bền sunphát còn chưa được làm
Dưới tác dụng của khí quyển, vữa polymer biến tính tăng độ bền khí quyển so
sáng tỏ.
với vữa và bê tông thường. Mặc dù cường độ nén, uốn của bê tông và vữa polymer
biến tính có dấu hiệu suy giảm sau 10 năm đế’ lộ sáng. Tính bám dính giữa vữa
polymer biến tính và vữa ximăng thường sau 10 năm lộ ánh sáng ngoài trời cho kết
14
13


Chương I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
quả đạt yêu cầu. Trong khi vữa bê tông không biến đổi có cường độ giảm dần sau 1
năm.
Việc tẩm dầm bê tông bằng polymer được thử ở Trondhiem, NaUy sau 19 năm
để ngoài trời cho kết quả rất tốt. Độ bền chống cacbonat hoá cũng tăng lên khi tẩm
bê tông bằng methyl metha-acrylate.

15


Chủng loại

Phần trọng lượng

Monomer
Chất ổn định
Chương II: Cơ sở lý thuyết...

100

1 - 10

Chất khơi mào phản ứng

0,1 - 2
Loại 1: Loại latex có thể nhũ tương hoá lại. Loại này chỉ nên dùng trong các
Nước
80- 150
ứng dụng không làm việc trong môi
trường ngâm
CHƯƠNG
II: trong nước hoặc có độ ẩm cao.
Các thành phần khác
0- 10

Cơ

Loại 2: loại không nhũ tương hoá lại. Loại này có thể dùng trong môi trường
SỞ LÝ THUYẾT
NGHIÊN cứu CHÊ TẠƠ BÊ TÔNG XI MÃNG
ngâm trong nước hoặc có độ ẩm cao.

Các hạt latex có kích thước vô cùng nhỏ bé, phải cỡ 0,05 - 3 prn. Chúng có cấu
POLYMER
trúc mixel dạng cầu hoặc elip khối, và được cấu tạo bởi 2 lớp: lớp trong cùng là
cacbohydro,
bọc
là xilớp
hấpbằng
phụ polymer

làm nhiệm vụ bảo vệ latex không bị
2.1 Biếnvỏ
tính
bê bên
tôngngoài
và vữa
măng
keo Hướng
tụ. Thành
phầncứu
hoásửhọc
chủpolymer
yếu của
cácvàhợp
nghiên
dụng
để lớp
biếnhấp
tínhphụ
bê là
tông
vữachất
đượcthiên
tiến nhiên
hành
chứa
nitơ năm
như: 20
protein,
các thế

chấtkỷbéo
và Năm
xà phòng
các axit
Trongđưapolymer
từ
những
- 30 của
này.
1924, của
Leỷbure
lần béo.
đầu tiên
ra kết
latex
còn
có
các
chất
phân
tán,
chất
ổn
định,
chất
nhũ
tương
hoá
và
chất

hoạt
động
quả nghiên cứu sử dụng Latex cao su thiên nhiên đế’ biến tính bê tông và vữa
xi
bề mặt...
để theo
ngăn đó
cảnnhờ
sự keo
tụ của
cácmạnh
tiểu polymer
tán đều
măng.
Tiếp
sự phát
triển
mẽ của trước
ngànhkhi
hoáchúng
học phân
cao phân
tử,
trong hồ
xi măng.
nhiều
họp
chất polymer thiên nhiên, nhân tạo và tổng họp đã được nghiên cứu sử
dụngTất
để cảbiến

tông.(trừ
Từnhựa
năm Epoxy)
1967 đến
nămsản
1981
có khoảng
cuộc hợp
hội
cáctính
loạibêlatex
được
xuấtđãnhờ
quá trình10trùng
nghị,
hội thảo
quốcvì tếthếở mà
Mỹ,latex
Anh,đôi
Nhật,
về polymer
tông.Quá
Các trình
hợp
nhũ tương.
Chính
khi Pháp...
còn được
gọi là cáctrong
nhũ bê

tương.
chất
polymer
monomer
được monomer
khuyến cáo
phải
hợp và
tốt chất
với
chế tạo
là trộnvàmột
hoặc nhiều
với cần
nước,
chấttương
ổn định
không
bị keo
riêng
rẽ phản
và rắn
chuyển
trạng
phản ứng.
Chấttụkhơi
mào
ứngchắc
Initiator
kết thành

hợp các
liênthái
kết rắn.
tự doNói
lại

xi măng,
khơi
mào
một
cách
tạo thành

Bảng
2.1 - Thành
củapha
latex[
18] trong tổ hợp xi măng khác, quá trình thuỷ hoá
xi măng
và hìnhphần
thành
polymer
polymer xảy ra cùng lúc và có sự tương tác giữa pha hydrat và pha polymer. Sự
tương tác của polymer với sản phẩm hydrat làm thay đổi cấu trúc xi măng polymer tạo làm thay đổi các tính chất của vật liệu đã được biến tính so với bê tông
và vữa thường. Trong số các hợp chất polymer và monomer dùng biến tính vữa và
bê tông thì nhóm polymer Latex và polymer tan trong nước được sử dụng phổ biến
hơn cả.
2.2 ưu
Vữa
và bê

Các
điểm
củatông
latex:xi măng biến tính bằng polymer latex (nhựa mủ)
- Không độc.
2.2.1 Cơ sở chung
một chất phân tán ổn định của các phần tử polymer hữu cơ trong dung
-Latex
Khó là
cháy.
dịch chất hoạt động bề mặt có nước tạo thành thẻ sữa lỏng có màu trắng hoặc trắng
- Latex có thể được chế tạo ở dạng 60% hàm lượng chất khô mà vẫn có tính dẻo
16
17


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
- Trùng hợp nhũ tương cho phép cải thiện một số tính chất của xi măng.
- Bê tông biến tính bằng latex (LMC) là sự phối hợp giữa xi măng pooclăng, cốt
liệu và latex. Phụ thuộc vào loại latex sử dụng mà bê tông có thể tăng tính công tác,
cường độ, cải thiện liên kết các chất nền bê tông, nâng cao độ dẻo dai và khả năng
bền chống va đập, bền nước, bền hoá học, tính bền băng giá và giảm tính thấm.
Cơ chế quá trình hình thành cấu trúc của đá xi măng được biến tính bằng latex
polymer xảy ra qua
một số giai đoạn như Hình
2.1 sau:
Nước
Hat latex

Sự kết bông của các hạt latex

Sự thoát nước giữa các hạt

Hình 2.1 - Mô hình đơn giản hoá việc tạo thành màng polymer trong quá trình
thuỷ hoá ximăng
Đầu tiên, các tiểu phân tử polymer phân tán trong nước hấp phụ lên bề mặt của
hạt xi mãng. Qúa trình thuỷ hoá xi măng làm eiảm lượng nước các hạt polymer do
đó keo tụ lại. Xi măng tiếp tục lấy nước để hydrat hoá, pha polymer đã keo tụ
18


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
phân bố trong xi măng có tác dụng ngăn cản sự hình thành vết nứt vi mô (giảm ứng
suất nội), đồng thời tăng cường liên kết bám dính giữa các thành phần của tổ hợp
vật liệu. Vì vậy bê tông và vữa biến tính bằng polymer latex ưu việt hơn so với bê
tông và vữa thường.
Rất nhiều tài liệu đưa ra kết quả nghiên cún tính chất quan trọng của bê tông và
vữa có mặt polymer latex. Theo đó sự thay đổi tính chất của hỗn hợp bê tông và vữa
chưa rắn chắc và các tính chất của vật liệu đã rắn chắc được biến đổi bằng polymer
latex so với bê tông và vữa thường phụ thuộc chủ yếu vào bản chất, thành phần
polymer, tỷ lệ polymer so với xi măng và công nghệ tạo ra chúng.
2.2.2 Tính chất của vữa và hỗn hợp bê tông chưa rắn chắc khi có mặt nhựa
mủ
Hỗn hợp bê tông và vữa chưa rắn chắc khi có mặt polymer latex có độ dẻo cao
(khả năng thi công dễ hơn so với bê tông và vữa thường). Nguyên nhân tăng độ dẻo
là do tác dụng của thành phần polymer và các chất ổn định trong latex cũng như tác
dụng cuốn khí. Độ dẻo của hỗn hợp bê tông biến đổi bằng polymer latex có tỷ lệ
N/X cố định tăna đáng kể khi tăng tỉ lệ Polymer/Xi măne (P/X) trong giới hạn cho
phép. Do vậy khi giữ nguyên độ dẻo cho phép giảm lượng nước sử dụng giúp nâng
cao cường độ và giảm vết nứt trong vật liệu biến tính.

Hỗn họp bê tông và vữa có polymer latex chậm khô hơn so với bê tông và vữa
thường. Bản chất polymer và tỷ lệ Polymer/ Xi măng (P/X) sử dụng có ảnh hưởng
đến thuộc tính này. Neuyên nhân chậm khô do các chất hoạt độna bề mặt có trone
latex (chất ổn định latex) hấp phụ lên bề mặt hạt xi măng làm giảm tốc độ thuỷ hoá
xi măng.
Các polymer latex còn có tác dụng làm hạn chế quá trình mất nước của hỗn hợp
bê tông sau khi tạo hình. Tác dụng này làm cho bề mặt vật liệu có độ hoàn thiện
cao và tạo ra giải pháp thi công đạt chất lượng tốt khi đổ kết cấu bê tông có bề mặt
hở lớn và nhất là khi thi công bê tông trong điều kiện khí hậu nóng - khô.

19


Chương II: Cơ sở lý thuyết...

2.2.3 Tính chất của bê tông và vữa đã rắn chắc khi có mặt nhựa mủ
Bê tông và vữa biến đổi bằng polymer latex có cường độ kéo và uốn tăng, tuy
nhiên cường độ nén lại giảm so với bê tông thường. Điều này được giải thích do
polymer tham gia vào thành phần kết dính có cường độ kéo cao và tăng khả năng
liên kết bám dính của xi măng với các thành phần khác của vật liệu. Cường độ của
bê tông và vữa biến đổi phụ thuộc vào yếu tố có tác dụng tương hỗ như bản chất
của vật liệu sử dụng (xi măng, chất kết dính và cốt liệu), công nghệ chế tạo và điều
kiện rắn chắc. Đối với polymer tổng hợp dùng đế biến tính bê tông và vữa, cường
độ của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào bản chất hoá học của chúng mà còn phụ
thuộc vào lượng monomer trong polymer, phụ thuộc vào lượng và kiểu chất ổn
định, kích thước của các mạch polymer phân tán.
Điều kiện rắn chắc bê tông và vữa biến tĩnh bằng polymer latex khác với bê
tông và vữa thường do chất kết dính xi măng và chất kết dính gồm hai pha
(polymer và xi măng) có bản chất khác nhau. Độ bền tối ưu của pha xi măng phát
triển trong môi trường ẩm trong khi pha polymer lại phát triển trong môi trường

khô. H. Wagner đã nghiên cứu chế độ rắn chắc tối ưu để đạt cường độ cao cho vật
liệu biến đổi. Đầu tiên mẫu được giữ trong môi trường ẩm để thuỷ hoá xi măng, sau
đó chuyển sang môi trường khô để phát triển cường độ của pha polymer.
Bê tông và vữa biến tính bằng polymer latex có giá trị modul đàn hồi nhỏ
(modul đàn hồi cỡ 0,001 - 10xl0 3 MPa) so với đá xi măng (modul đàn hồi 10 30xl03 MPa) và nhờ sự tổ hợp hai pha xi măng - polymer tạo cho vật liệu có khả
năng biến dạng lớn hơn so với bê tông và vữa thường. Vật liệu biến tính còn có độ
co ngót nhỏ, cường độ chống nứt chống mài mòn cao hơn bê tông và vữa thường.
Một đặc trưng quan trọng khác của bê tông và vữa biến tính là đạt độ bền chống
thấm nước và khí cao với khả năng bám dính tốt với các bề mặt vật liệu cũ và mới.
Tính năng này làm tăng độ bền lâu của bản thân vật liệu dưới tác động của môi
trường (tác động của khí quyển, cácbonát hoá, môi trường ăn mòn...) và khả năng

20


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
Nhược điểm chính của bê tông và vữa biến tính bằng polymer latex là độ bền
trong môi trường ẩm và nước kém. Sự suy giảm này có quan hệ trực tiếp tới độ bền
trong môi trường ẩm kém của pha polymer. Điển hình là bê tông và vữa có
polyvinyl Acetate có độ bền nén và khả năng bám dính giảm rất nhanh trong môi
trường ẩm.

2.3 Vữa và bê tông xi măng biến tính bằng polymer tan trong nước
2.3.1 Cơ sở chung

- - - -Tinh bột
- - - -Keo dán tự nhiên
- - - -Đạm thực vật
- - - -Tinh bột từ động vật

Polymer
tự nhiên

— Tinh bột
Polymer
hoà tan
trong
nước

— Tinh bột được phân huỷ
Tinh bột
— Dẫn xuất tinh bôt
—

Hydroxy propyl methyl
cellulose
Cellulose
— Hydroxy ethyl cellulose
nào đó
(HEC)
— Cacboxy methyl cellulose
— Chất điện -----Muối Natri
— Xà phòng hoá đầy đủ
phân

Polymer
bán nhân
tạo

r

— Vinyl —
Polymer
nhân tao

- Poly vinyl alcohol nhân tạo biến tính
— Etylen

Hình

Poly vinyl alcohol —I— Xà phòng hoá trung gian
— Xà phòng hoá từng phần

2.2

-

-------Oxyt polyethylene

Phản

loại

polymer

tan

trong

nước

Các polymer hoặc oligome tan trong nước là các họp chất cao phân tử tổng hợp.
Chúng được nghiên cứu sử dụng để biến tính bê tông và vữa muộn hơn nhóm latex
polymer. Tuy vậy, ngày nay nhóm polymer tan trong nước được sử dụng nhiều để
biến đổi bê tông và vữa, đặc biệt là các oligome trên cơ sở Ưre Melamine
Formaldehyde và Ure Melamine trùng ngưng với Fomaldehyde. Các hợp chất cao
phân tử và copolyme chứa nhóm Hydroxyl (OH) có khả năng phản ứng hoá học

21


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
theo nhóm chức (OH) và khả năng tạo ra liên kết hydro với các chất cho hay nhận
proton. Chính nhờ những đặc trưng này và sự phân tán của chúng trong nước đạt
mức độ phân tử nên nhóm nhựa tan trong nước có độ ổn định và tương hợp cao với
xi măng. Cơ chế tác dụng tương hỗ của các polymer tan trong nước trong bê tông
khác về mặt nguyên tắc so với nhóm polymer latex. Các phân tử polymer này khi
đưa vào bê tông được đóng rắn trong môi trường kiềm do quá trình thuỷ hoá xi
măng sinh ra đế tạo thành các mạch polymer bền vững hấp phụ lên bề mặt các sản
phẩm mới hình thành của đá xi măng và xuyên vào vùng tiếp xúc giữa các tinh thể.
Mặt khác, hệ kết dính xi măng - polymer còn có độ liên kết bám dính cao bởi
các cấu tử hình thành vật liệu. Vì vậy, lượng polymer tan trong nước đưa vào trong
bê tông và vữa thường nhỏ hơn so với lượng polymer latex (không quá 3% hàm
lượng polymer khô so với vữa xi măng). Trong trường hợp này, tổ hợp vật liệu đạt
độ bền cơ lý cao, đặc biệt là khả năng chống thấm và bám dính liền khối tốt hơn
nhiều so với bê tông và vữa thường.
2.3.2 Tính chất của hỗn họp bê tông và vữa chưa rắn chắc khi có mặt
polymer tan trong nước
Hỗn hợp bê tông biến tĩnh bằng nhóm polymer tan trong nước thường dùng tỷ
lệ p/x khá nhỏ đã đạt độ dẻo cao. Tác dụng hoá dẻo cao có thể liên quan tới khả

năng phân tán, tương hợp cao và hiệu ứng cuốn khí của nhóm polymer này. Sự tăng
độ dẻo của hỗn hợp bê tông cho phép giảm lượng nước nhào trộn ở mức tối đa, từ
đó nâng cao cường độ, tạo tính chống thấm tốt và độ co ngót nhỏ. Hỗn hợp bê tông
và vữa có polymer tan trong nước chậm mất nước hơn nhiều so với bê tông và vữa
thường và khả năng chậm mất nước càng tăng khi tăng tỷ lệ p/x.
2.3.3 Tính chất của bê tông và vữa đã rắn chắc khi có mặt polymer tan trong
nước
Bê tông và vữa biến tĩnh với lượng nhỏ polymer tan trong nước làm tăng cả
cường độ kéo, uốn và nén (khác với hệ biến tính bằng polymer latex cường độ nén
không tăng), khả năng bám dính khả năng chống thấm tốt hơn so với bê tông và
22


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
vữa thường. Satalkin đã đưa ra kết quả nghiên cứu các tính chất quan trọng của bê
tông hạt mịn có các polymer tan trong nước C-89 trên cơ sở ure-formandehyde và
trên cơ sở polyvinyl styrene CKC-65.
Do tăng cường độ kéo và uốn nên vật liệu biến tính bằng polymer tan trong
nước làm tăng biến dạng tương đối so với trong bê tông thường. Kết quả nghiên
cứu cho thấy sự phụ thuộc của biến dạng tương đối vào thời gian ở độ ẩm 90% và
nhiệt độ 20 - 25°C. Kết quả tốt nhất được quan sát bê tông biến tính nhựa C-89 có
cường độ bền tăng gần 3 lần so với bê tông không có polymer. Từ những kết quả
trên cho thấy bê tông biến tính bằng các polymer tan trong nước có các tính chất
quan trọng như cường độ kéo, uốn và nén lớn hon nhiều so với bê tông thường và
lớn hơn cả bê tông biến tính bằng polymer phân tán trong nước.
Tác giả Y.Ohama nhận thấy cường độ nén và kéo khi uốn có xu hướng giảm ở
bê tông biến tính bằng Methylcelluloze và Polyacrylamid. Một đặc trưng quan
trọng khác của bê tông và vữa có các polymer tan trong nước là đạt độ bền chống
thấm rất cao. Giá trị độ bền chống thấm của chúng gấp nhiều lần bê tông thường và
lớn hơn cả bê tông biến tính với nhóm polymer phân tán trong nước. Giữa độ bền

chống thấm và hệ số thấm khí của bê tông có mối liên quan tỷ lệ thuận. Đặc trưng
độ bền thấm chất lỏng và khí là tiêu chuẩn quan trọng đánh giá độ bền lâu và khả
năng bảo vệ cốt thép của bê tông trong môi trường xâm thực.
Cũng như hệ biến tính với nhóm latex polymer, tổ hợp bê tông và vữa với các
polymer tan trong nước có cường độ bám dính với bề mặt của vật liệu nền như bê
tông cũ và mới, gạch, đá, sứ... và cường độ bám dính tăng khi tỷ lệ p/x tăng trong
giới hạn nhất định. Độ co ngót của bê tông biến tính cũng nhỏ hơn bê tông thường.
Một ưu điểm nữa của bê tông và vữa biến tính bằng polymer tan trong nước so
với bê tông biến tính bằng các latex polymer là điều kiện rắn chắc và độ bền trong
điều kiện ẩm của vật liệu sau khi đã rắn chắc. Nhờ khả năng tương hợp tốt với xi
măng, lượng sử dụng nhỏ và giá thành hạ (so với nhóm polymer latex) kết họp với
các đặc trưng độ bền cao, điều kiện công nghệ thuận lợi nên nhóm polymer tan

23


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
Ngoài hai nhóm polymer latex và polymer tan trong nước được nghiên cứu sử
dụng phổ biến để biến tính bê tông và vữa, trong những năm gần đây các nhà khoa
học còn nghiên cứu sử dụng các polymer nhựa lỏng như Epoxy, Polyeste không no,
Polyurethane

và

các

monomer

Furfurilalcol,

Methylmethacrylat,

Styren,

Acrylonitril... để biến tính bê tông và vữa. Các nhựa lỏng hoặc các monomer được
trộn đều trong hỗn hợp bê tông hoặc vữa sau đó phải được đóng rắn chuyển sang
trạng thái rắn chắc trong hoặc sau khi xi măng thuỷ hoá.
2.4 Vữa và bê tông xi măng sử dụng phụ gia giảm nước tầm cao
2.4.1 Cơ sở chung
Các phụ gia siêu dẻo (PGSD) hay các chất có tác dụng giảm nước lớn thông
dụng hiện nay đã được biết đến từ đầu những năm 1906. Ớ nước ta, vấn đề nghiên
cứu phụ gia cho bê tông được tiến hành từ năm 1960 nhằm mục đích tăng độ dẻo,
nâng cao độ bền và khả năng chống thấm, rút ngắn thời gian bảo dưỡng đồng thời
hỗ trợ cho công nghệ thi công. Việc sử dụng bê tông chất lượng cao trên cơ sở phụ
gia cho phép giảm nhẹ trọng lượng công trình, giảm các chi phí cẩu lắp và xử lý
nền móng công trình, tuổi thọ công trình cao, tạo ra dáng vẻ kiến trúc đẹp, nhẹ
nhàng, thanh mảnh.
Một số loại phụ gia siêu dẻo chính đang được sử dụng trong thực tiễn như
Naphtalene

Formandehyde

Suníonated

(NFS),

Melamine

Formandehyde

Suníonated (MFS), Polycarboxylate (Acrylate 1), PolyCarboxylate Ether (Acrylate
2), Cross-linked polymer (Acrylate 3) - polymer liên kết chéo, Amino-sunfonate
polymer...Đây là các phụ gia giảm nước tầm cao thế hệ 2.
2.4.2 Cơ chê hoá dẻo của các phụ gia giảm nước tầm cao thế hệ 2
2.4.2. ì Thuyết phân tán
Để tăng khả năng giảm nước của hỗn hợp bê tông cần tăng cường khả năng
phân tán của các hạt xi măng. Khả năng này cần được duy trì theo thời gian và khả
năng này có được nhờ lực đẩy tĩnh điện và khả năng chống vón tụ của các chất hấp
phụ lên bề mặt hạt xi măng.
24


V

T

V

A

T

v

R

Chương II: Cơ sở lý thuyết...

Trong
VA - lực hấp dẫn Van der Waal.

2.4.22 đó:
Thuyết DLVO
S
VRđịnh
- năng
bằnggóc
Entropi
củađẩy
cấutĩnh
tạo và
Để giải thích tính ổn
củalượng
trạngđẩy
tháichống
phânvón
tán tụdưới
độ lực
điện,

hình dạng của
chất hấp
phụ lênvàbềOverbeck
mặt các phần
tử. Theo đó tính ổn
thuyết DLVO do Derjaguin,
Landau,
Verwey
đề xuất.
định của trạng thái này cũng được quyết định bởi độ cong của đường thế năng V T
Tính ổn định phân tán được duy trì bởi lực đẩy chống vón tụ này.

tạo thành từ lực đẩy tĩnh điện, V R thu được khi có hai phần tử tiến lại gần nhau và
trìnhder
tương
tácVgiữa
polymer
vàcách
xi măng
hoá tử ứng với điểm trên
lực 2.5.
hấp Quá
dẫn Van
Waal,
khoảng
giữathuỷ
hai phần
A. Khi
Ngày
nay,
polymerVvà
chất hữu cơ phân tử lượng thấp được sử
đường
cong
tạinhiều
đó VThợp
đạtchất
maximum,
max thì 2 phần tử này sẽ đẩy nhau. Khi V max
dụng
trong
bêphân

tôngtán
vàcũng
vữa.tăng
Việc
vai
trò tăng cường của chúng khi kết
tăng lên
thì độ
lênnghiên
và tỷ lệcứu
với V
max
hợp với xi măng và sự hình thành cấu trúc xi măng - polymer đã được quan tâm từ
những
năm Thuyết
30-40 của
kỷchống
này và
24.2.3
hiệuthế
ứng
vónđến
tụ nay đã có nhiều kết quả nghiên cứu được
côngTính
bố với
các vật
do có
cơ thể
chếđược
quá trình

tươngbằng
tác
ổn định
phânliệu
tánbiến
nhờ tính
hiệukhác
ứng nhau.
chống Song
vón tụ
giải thích
giữa
chấtứng
hữuEntropi
cơ và xi
trongđềvàxuất.
sau quá
phức
vì thế
thuyếthợp
hiệu
do măng
Mackor
Tổngtrình
thế thuỷ
nănghoá
VTrấtgiữa
haitạpphần
tử
đến

có tổng
đượcnay
xác chưa
định như
sau: kết đầy đủ về cơ chế này. Hình 2.4 chỉ ra tương tác giữa xi
măng và latex polymer.
V,. = V + V s

25


Xi măng poóclăng
Thành phần hoá học
CaO

Clinke
Tỷ lệ (%)

Chương65
II:±2
Cơ sở lý thuyết...
3Ca0.Si02

Si02
A1203

Pha Clinke

20 ±2

Ký hiệu Tỷ lệ (%)
C 3S

2Ca0.Si0
C 2S
2 mãng chưa ihuv hoá
Phần xi

60 ±2
16 ± 10

1. Ngay sau khi nhào trộn

2. 1Bước
+Quá
2 mk
3Ca0.Al
C3Axi
-5-13thứvà clinkel4]
203của xi măng
2.5.16Bảng
trình
thuỷ hoá
pooclăng
2.2
- Thành
phần
chính của
măng nhất
poóclăng

Cốt
liệu

Fe203

3±2
4.

4Ca0.Al203.Fe903

Bước thứ ba (cấu trúc đã
đóng rắn)

C4AF

3.

Bước thứ hai

1 H-16

o ° Các hạt polymer

• • Khoảng không hở là nước

Sự pha trộn của phán xi mãng
khòng thuỷ hoá và gel xi măng
(polymer lắng một phần)

Sự pha trộn của gcl xi măng

và phán xi măng không thuỷ
hoá phát triển với một lớp
lèn chặt các hạt polymer

Quá trình thuỷ hoá xi măng có thể chia ra một số giai đoạn nối tiếp nhau. Đầu
tiên là sự thuỷ hoá pha C3S, c,s tạo ra Ca(OH)2 và canxi silicat được hydrat hoá ở
mức độ khác nhau (C-S-H). Ở giai đoạn này, các sản phẩm thuỷ hoá chưa tạo ra
cấu trúc. Giai đoạn tiếp theo tạo ra các mầm tinh thể và phát triển thành sợi của CS-H và Ca(OH)2 hình thành nhiều, bắt đầu kết tinh. Trong giai đoạn trên, pha C 3A
và C4AF cũng tham gia phản ứng thuỷ hoá gần giống nhau. Sự thuỷ hoá của C 3A
khi không có ion sunfat:
Hình 2.3 - Tương tác giữa xi măng và polymer latex
C3A + 21 H C4AH13 + QAH.g -> 2C3AH6 + 9 H
(không bền)
(bền)
Có hai
quancủa
điểm
thuyết
cơ cao
chế đưa
tương
của polymer
bê chỉnh
tông.
Khi
có mặt
ion lý
suníat
(có về
thạch

vàotáckhoáng
xi măngtrong
để điều
Quan điểm thứ nhất cho rằng giữa polymer và bê tông không có sự tương tác tương
thời gian đóng rắn), phản ứng thuỷ hoá C3A và tạo ra etringite.
hỗ. Trong quá trình thuỷ hoá xi măng, phần ưa nước của phân tử polymer định
+ 3CSH
+ 26HhướngC3về
A.3CaS0
3A phần
4.32H
hướng vào pha nước, C
còn
kỵ2 nước
pha khí
(lỗ20rỗng vi mô của đá xi
măng không chứa nước). Khi chuyển sang trạng thái khô các phần kỵ nước hên kết
Nhưng lại có thể kết hợp với etringite tạo ra monosuníat:
lại với nhau và tạo ra màng mỏng vi mô. Lý thuyết này thường sử dụng để giải
3A + C3A.3 CaS04.32H + 4H 3(C3A.CaS04.12H)
thích tác dụng của các hệ 2C
biến
tính xi măng polymer không có nhóm chức. Ngược
lại, Các
lý thuyết
thứ thuỷ
hai khẳng
định
sự tương
tác kết

giữathúc
polymer
cácCấu
sảntrúc
phẩm
giai đoạn
hoá các
phacóclinke
xi măng
sau 24vớigiờ.
đá
thuỷ
hoá chủ
của yếu
ximăng.
Đây
trường
hợp được
các hệhydrat
biến hoá
tính (C-S-H)
xi măng và
từ cầu
các nối
polymer
xi
măng
là các
sợilàcanxi
silicat

giữa
có chứađược
các nhóm
chứccác
có khả
phản ứng
chúng
lấp đầy
phânnăng
tử nước
còn như:
các -COO',
vi xốp -OH,
chứa -S0
đầy3\...
các sản phẩm thuỷ
hoá. Sau giai đoạn này, nhờ giữ được nước, cấu trúc đá xi măng tiếp tục phát triển

27
26


Chương II: Cơ sở lý thuyết...

2.5.2

Quá trình phản ứng giữa polymer vói thành phần của bê tông
0^C"ỒR 0^CvỒR

-C—OR

II
Ỗ

-ROH (tr/droxyt)
R: ahóm Aakia
--

O' ơ* O"
Ca^: đuợc aiab ca do quá trlữb tbuý hữá xi mảcg

^C. c. -C .c
ọ o ọ 9^ o

\£
H^o -*► cá1

JD o JD _

ú p -*■ cá -^-H^O

y'\ t\

LiẽQkétvới
\_ o n o JDMoi Qối polime
be mật cốt liệu (SiCỌ với các ioaCa 14

Hình 2.4 Minh hoạ phản ứng giữa poyimer chứa nhóm Cacboxynat (chuỗi este)

2.5.3

Sự tương tác giữa sản phẩm thuỷ hoá và polymer

Sản phẩm chính của quá trình thuỷ hoá xi măng poóclăng là Ca(OH) 2 và hydro
canxi silicat, vì vậy việc nghiên cứu tương tác của polymer trong và sau quá trình
thuỷ hoá được tập trang nghiên cứu vào sự tương tác của polymer với các sản phẩm
này.
- Sự tương tác giữa Ca(OH)2 và polymer:
Ca(OH)0 được tạo ra ngay sau khi cho nước vào xi măng poóclăng. Vì vậy
nghiên cứu khả năng tương tác của Ca(OH) 2 với polymer có ý nghĩa quan trọng.
S.Chandra đã nghiên cứu sự tương tác của Ca(OH) 2 với polymer ethyl methacrylate
phân tán trong nước nhận thấy Ca +2 tương tác với (-COO ) tạo ra liên kết ion. Với

28


Chương II: Cơ sở lý thuyết...
ứng với hoá trị tự do của nguyên tử Canxi trên bề mặt. Sự tưong tác này ở Hình 2-4.
Sự tương tác hoá học này làm ức chế khả năng tạo màng của polymer.

Hình 2.5 - Sự tạo liên kết ion của polymer với ion Ca2+ và Ca(OH)2
Các polymer chứa nhóm suníonate (-S032') như melamine Formaldehyde
Suníbnated (MFS), Naphtalene Fomaldehyde Sulíonated (NFS) và
Lignosulfonate...là những phụ gia siêu dẻo cho bê tông được dùng rất phổ biến
cũng tương tác với ion Canxi.
- Sự tương tác của Canxi silicat (C-S) và polymer biến tính:
T.Suqama và L.F.Kukacka đã nghiên cứu sự tương tác của Dicanxi silicate (C^S)
và Tricanxi silicat (C 3S) với một số polymer đã nhận thấy rằng Ca 2+ của C-S tạo
liên kết với nhóm cacboxylat TriMethylPropanTriMethylAcrylate và tương tác với
nhóm (-CH2-) của polymer ethyl methacrylate và polystyren. Bằng phương pháp
nhiễu xạ Rơnghen, quang phổ IR, DTA, người ta đã khẳng định sự tương tác của

Ca2+ với các polymer phân tán có nhóm chức. Đối với polymer tan trong nước còn
có khả năng hoạt hoá hơn tham gia vào cấu trúc đá xi măng.

29


Chương II: Cơ sở lý thuyết...

Hình 2.6 - Sơ đồ tương tác của Ca 2* với polymer tan trong nước có nhóm -SOj 2
Ngày nay, nhiều tổ hợp chất cao phân tử và monomer đã được sử dụng biến tính
bê tông và vữa. Các tổ hợp vật liệu trên cơ sở hệ kết dính xi măng - polymer có độ
bền cơ lý hoá cao, đặc biệt khả năng bền thấm và bám dính liền khối hơn nhiều so
với bê tông và vữa thường. Các loại vật liệu xây dựng mới này đã được sử dụng
rộng rãi trong thực tế với các mục đích khác nhau, đáng chú ý là vật liệu chống ăn
mòn và bảo vệ cốt thép trong môi trường xâm thực. Các đặc trưng của tổ hợp vật
liệu xi măng - polymer được quyết định bởi bản chất và khả năng tương tác, tương
hỗ giữa pha polymer và chất kết dính vô cơ.

30