Nghiên cứu chế tạo xi măng polymer (thuyết minh)

mục lục
Lời nói đầu................................................................................................................................4
Ký hiệu và các từ viết tắt trong đồ án................................................................6
Chơng

I:

Tổng quan về bê tông ximăng Polymer...............................................................7

1.1 Giới thiệu chung..................................................................................................7
1.2 Các đặc tính của polymer...................................................................................8
1.3 Phân loại hỗn hợp vữa và bê tông có polymer.................................................10
1.4 Các phơng pháp đa polymer vào hỗn hợp vữa và bê tông xi măng.................10
1.5 Tác dụng của polymer trong vữa và bê tông....................................................11
1.5.1 Polymer có tác dụng làm thay đổi cấu trúc rỗng....................................11
1.5.2 Polymer cải thiện khả năng bám dính giữa đá xi măng và cốt liệu.........12
1.5.3 ảnh hởng của polymer đến cờng độ của vữa và bê tông..........................12
1.5.4 Polymer tăng tính bền chống sự thâm nhập của ion Clo........................12
1.5.5 ảnh hởng của polymer đến độ bền sunphát.............................................13
1.5.6 ảnh hởng của polymer đến độ bền hoá....................................................14
1.5.7 ảnh hởng của polymer đến độ bền đóng-tan băng và khả năng môi trờng
..........................................................................................................................14
Chơng

II:

Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chế tạo bê tông xi măng polymer.........16

2.1 Biến tính bê tông và vữa xi măng bằng polymer.............................................16
2.2 Vữa và bê tông xi măng biến tính bằng polymer latex (nhựa mủ) .................16
2.2.1 Cơ sở chung.............................................................................................16

2.2.2 Tính chất của vữa và hỗn hợp bê tông cha rắn chắc khi có mặt nhựa mủ
..........................................................................................................................19
2.2.3 Tính chất của bê tông và vữa đã rắn chắc khi có mặt nhựa mủ..............20
2.3 Vữa và bê tông xi măng biến tính bằng polymer tan trong nớc......................21
2.3.1 Cơ sở chung ............................................................................................21


2.3.2 Tính chất của hỗn hợp bê tông và vữa cha rắn chắc khi có mặt polymer
tan trong nớc....................................................................................................22
2.3.3 Tính chất của bê tông và vữa đã rắn chắc khi có mặt polymer tan trong
nớc....................................................................................................................22
2.4 Vữa và bê tông xi măng sử dụng phụ gia giảm nớc tầm cao...........................24
2.4.1 Cơ sở chung.............................................................................................24
2.4.2 Cơ chế hoá dẻo của các phụ gia giảm nớc tầm cao thế hệ 2...................24
2.5. Quá trình tơng tác giữa polymer và xi măng thuỷ hoá...................................25
2.5.1 Quá trình thuỷ hoá của xi măng pooclăng..............................................27
2.5.2 Quá trình phản ứng giữa polymer với thành phần của bê tông...............28
2.5.3 Sự tơng tác giữa sản phẩm thuỷ hoá và polymer.....................................28
Chơng

III:

phơng pháp nghiên cứu và vật liệu sử dụng...................................................31

3.1 Phơng pháp nghiên cứu.....................................................................................31
3.2 Vật liệu sử dụng................................................................................................32
3.2.1 Xi măng....................................................................................................32
3.2.2 Cát vàng..................................................................................................33
3.2.3 Phụ gia siêu dẻo......................................................................................34
3.3.3 Poly Methyl Metha Acrylate....................................................................34

3.3 Lựa chọn tỷ lệ phụ gia hợp lý...........................................................................36
3.3.1 Phụ gia siêu dẻo......................................................................................36
3.3.2 Phụ gia Poly Methyl Metha Acrylate......................................................36
3.4 Thiết kế sơ bộ thành phần vữa..........................................................................36
3.5 Xây dựng mô hình quy hoạch thực nghiệm.....................................................39
Chơng

IV:

Kết quả nghiên cứu và đánh giá..............................................................................41

4.1 ảnh hởng của PMMA đến thời gian đông kết của xi măng PC-40.................41
4.2 ảnh hởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến độ bẹt của vữa.......................41
4.3 ảnh hởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cờng độ của vữa.....................45


4.4 ảnh hởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cờng độ nén của vữa..............46
4.4.1 Cờng độ nén của vữa ở tuổi 3 ngày.........................................................46
4.4.2 Cờng độ nén của vữa ở tuổi 7 ngày.........................................................48
4.4.3 Cờng độ nén của vữa ở tuổi 28 ngày.......................................................50
4.5 ảnh hởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cờng độ uốn của vữa.............52
4.5.1 Cờng độ uốn của vữa ở tuổi 3 ngày.........................................................52
4.5.2 Cờng độ uốn của vữa ở tuổi 7 ngày.........................................................54
4.5.3 Cờng độ uốn của vữa ở tuổi 28 ngày.......................................................56
4.6 Độ hút nớc 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 ảnh hởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến cờng độ bám dính của vữa mới
và bê tông cũ............................................................................................................61
4.8 ảnh hởng của PMMA và phụ gia siêu dẻo đến độ co nở của vũa nghiên cứu 64
4.9 ảnh hởng của phụ gia siêu dẻo và PMMA đến độ giữ nớc của hỗn hợp vữa..67

Chơng

V:

Đề xuất phơng án sản xuất..........................................................................................70

5.1 Dây chuyền công nghệ sản xuất......................................................................70
5.2 Biện pháp thi công............................................................................................71
Một số kết luận và kiến 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 đợc sử dụng dới các dạng hợp chất tự nhiên. Trong 50 năm
trở lại đây, polymer tổng hợp đợc 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 tơng
tác hoá học và khả năng chèn đầy các lỗ rỗng và mao quản, đồng thời tạo ra các
màng kỵ nớc trên bề mặt mao quản và lỗ rỗng. Nhờ khả năng tạo màng của
polymer nớc đợc 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, cờng 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 nh: 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 đợc 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
sunfat và axit sunphuric.
Việc cải thiện vi cấu trúc của vữa và bê tông khi sử dụng polymer có thể đợc kết
hợp với các biện pháp khác nh sử dụng phụ gia giảm nớc 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 lợng
nớc 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 tơng đơng vữa và bê tông đối chứng.
2. Có cờng độ xấp xỉ hoặc cao hơn cờng 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 thờng.
5. Có độ rỗng mao quản, độ hút nớc bão hoà thấp hơn vữa và bê tông thờng để
bảo đảm khả năng chống thấm tốt bảo vệ cho cốt thép không bị ăn mòn khi xuất
hiện các tác nhân xâm thực.


Kết quả nghiên cứu của đề tài đã cơ bản giải quyết tốt các mục tiêu đề ra. Trong
quá trình thực hiện các tác giả đã đề xuất đợc một số phơng pháp phi tiêu chuẩn
giúp làm sáng tỏ ảnh hởng của các tác nhân đến tính chất của vữa tính năng cao đó
là:
Sử dụng mức ngậm cát nh một phơng tiện điều chỉnh độ dẻo của vữa giữ
nguyên tỷ lệ N/X trong xác định tính dễ thi công của vữa
Sử dụng bàn nhảy vữa để đánh giá độ dẻo của vữa khi giá trị ứng suất cắt lớn
Sử dụng phơng pháp tạo mẫu uốn để thử cờng độ bám dính giữa vữa cũ và
vữa mới.
Chúng tôi trân trọng cảm ơn thày giáo GVC.TS.Nguyễn Nh Quý, KS.Nguyễn
Văn Tuấn và các thầy cô ở phòng thí nghiệm VLXD, trờng đại học Xây Dựng đã
tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chúng tôi thành
cảm ơn các bạn sinh viên lớp 44VL và lớp 45VL, khoa VLXD, trờng ĐHXD đã

giúp đỡ chúng tôi thực hiện đề tài này.
Thực hiện đề tài
1. Phạm Đại Dơng 2. Phạm Đức Cờng


Ký hiệu và các từ viết tắt trong đồ án
ý nghĩa

Ký kiệu
X

Lợng dùng xi măng

C

Lợng dùng cát

N

Lợng dùng nớc

Sd

Lợng dùng phụ gia siêu dẻo Mighty

Po

Lợng dùng phụ gia Poly Methyl Metha Acrylate

PMMA

Poly Methyl Metha Acrylate

M-0

Mẫu đối chứng

M-1

Mẫu sử dụng 0,3% Sd 1% Po

M-2

Mẫu sử dụng 0,2% Sd và 1% Po

M-3

Mẫu sử dụng 0,2% Sd và 5% Po

M-4

Mẫu sử dụng 0,3% Sd và 5% Po

M-5

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po

M-6

Mẫu sử dụng 0,32% Sd và 3% Po

M-7

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 0,17% Po

M-8

Mẫu sử dụng 0,18% Sd và 3% Po

M-9

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 5,83% Po

M-10

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po

M-11

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po

M-12

Mẫu sử dụng 0,25% Sd và 3% Po


Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
Chơng I:
Tổng quan về bê tông ximăng Polymer
1.1 Giới thiệu chung

Bê tông và vữa ximăng là vật liệu composite nhân tạo. Loại vật liệu này tơng
đối rẻ và đợc sử dụng rất rộng rãi. Vật liệu xi măng đợc sử dụng trong thời kỳ cổ xa
là xi măng vôi-pozzolan. Sự ra đời của ximăng poóclăng đã thay thế loại ximăng
pozzolan cổ xa 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 nhng 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 đợc làm từ xi măng, cốt liệu lớn,
cốt liệu nhỏ và nớc đợc pha trộn với một tỷ lệ thích hợp và đợc chế tạo, bảo dỡng
theo chế độ thích hợp. Chất lợng của bê tông đợc thể hiện ở cờng độ cũng nh độ
bền. Ngoài thành phần khoáng đợc sử dụng để chế tạo bê tông, các loại vật liệu hữu
cơ khác cũng đợc sử dụng trong bê tông cổ xa dới 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-jo-daro (năm
2300 trớc công nguyên) nh một thành phần của vữa xây gồm vôi và đất sét đã đợc
làm rõ. Trong quá trình xây dựng Babylon cũng đã sử dụng các loại vật liệu hữu cơ
khác nh đậu (protein), gạo nếp, sữa động vật, nhựa thực vật,v.v... Đó là thời kỳ
polymer tự nhiên đợc 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 đợc cải thiện bằng
việc sử dụng polymer nhân tạo. Xu hớng này trở nên khá phổ biến từ 50 năm trở lại
đây. Sáng chế đầu tiên về polymer nhân tạo đợc Lefebure công bố năm 1924 liên
quan đến việc sử dụng cao su lu hoá và không lu hoá trong mẫu xi măng mủ cao su.
Năm 1925 Kirkpatrik đã sáng chế ra sản phẩm tơng tự cho cờng độ cao và khả
năng bền nớc. 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

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

7


Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
trên polyvinyl axetate cũng đã đợc phát minh. Trong thập niên 60 của thế kỷ 20,
các loại polymer dẻo nhiệt nh arcrylic và vinylidine chlorides đã đợc chế tạo.
Polymer đợc sử dụng trong bê tông chia thành 3 nhóm: nhựa mủ, chất dẻo lỏng
và những polymer hoà tan trong nớc. Nhựa mủ là một dạng phân tán của các phần
tử polymer đặc trong nớc, trông giống nh 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 đợc sản xuất dới dạng polymer hoá nhũ tơng
monomer có dung môi là nớc. Bởi vậy chúng còn đợc gọi là nhũ tơng. Lợng nhựa
mủ sử dụng đợc tính toán dựa trên khối lợng đặc của chất khô không bay hơi đợc
xác định bằng cách lấy một khối lợng mẫu nhựa mủ, sấy khô. Tỷ lệ polymer so với
xi măng đợc tính theo khối lợng polymer đặc so với khối lợng 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 đợc phân thành polymer nhiệt dẻo, polymer nhiệt rắn và
polymer đàn hồi [16].
a) Polymer nhiệt dẻo: thờng 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 tơng đối
thấp trong khoảng từ 200-250C. 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 đợc kết nối lại thành mạng không gian ba chiều. Những mối liên kết ngang đợc
hình thành một lần không dễ tan bởi những phân đoạn này của mạng lới đại phân
tử không có khả năng di chuyển tự do tơng 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.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

8


Chơng 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 lu 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 đợc kết hợp với xi măng trong vữa. Kết quả nghiên cứu cho
thấy vinyldine chloride là một polymer nhiệt dẻo có cờng 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 tơng tự các chất
dẻo hoá thông thờng 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 thể giảm tỷ lệ N/X khi giữ
không đổi tính 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
nhiệt dẻo

Nhựa cao su nhân tạo

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

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

Nhựa
đông kết nhiệt

Epoxy (EP)

Nhựa bi tum

Nhựa đường
Nhựa đường cao su hoá
Parafin

Nhựa hỗn hợp

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

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

9


Chơng 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 đợc 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 lợng 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 Modified Mortar and
Concrete)
- Bê tông 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 trờng hợp thứ nhất, lợng dùng polymer tới hạn là 5% khối lợng xi măng.
polymer không đủ để tạo pha liên tục trong bê tông đã rắn chắc mà chỉ tác dụng
nh một chất biến tính. Trong khi đó, khi lợng dùng lớn hơn 5% có thể tạo pha liên
tục theo 3 phơng làm việc giống nh một thành phần của vữa. Trong trờng hợp thứ
ba, polymer là chất nền duy nhất liên kết hoá học với cốt liệu. Trờng hợp thứ t,
polymer đợc sử dụng dới dạng vật liệu tẩm. Quá trình tẩm đợc thực hiện khi bê

tông đã rắn chắc.
1.4 Các phơng pháp đa polymer vào hỗn hợp vữa và bê tông xi măng
Polymer đợc 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 lợng nhỏ polymer bê tông tẩm polymer (PIC) có cờng 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 lợng của xi măng, có cờng độ cao hơn rất nhiều thậm chí với PCC có
chứa 20% polymer so với lợng dùng xi măng. Trong trờng hợp của PIC, polymer đợc đa vào cấu trúc của bê tông đã rắn chắc. Vì vậy polymer không làm cản trở quá
trình hydrat hoá của xi măng poóclăng. Điều này có nghĩa là quá trình polymer hóa
diễn ra trong các lỗ rỗng mao quản. Trong suốt quá trình polymer hoá, các vết nứt
đợc hàn gắn lại và cấu trúc bê tông đợc gia cờng. Cờng độ tăng nhờ sự liên kết tốt

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

10


Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
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 đợc 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 cờng 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 trờng hợp trộn polymer vào bê tông, quá trình hydrat hoá xi măng
pooclăng bị cản trở bởi sự tơng 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 lới 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 tơng 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
thể tích phần rỗng chủ yếu đợc 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 0,1cm 3/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 àm 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 trờng hợp lợng 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 dờng nh đợc tẩm bởi một
màng polymer. Đây là một đặc trng quan trọng nâng cao độ bền nhất là khi bê
tông tiếp xúc với chất khí và dung dịch lu thông trong các mao quản. Mặc dù
không thể ngăn chặn sự phá hoại bê tông một cách triệt để, nhng sự có mặt của
polymer có tác dụng trì hoãn hay thậm chí là giảm thiểu quá trình này.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

11


Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
1.5.2 Polymer cải thiện khả năng bám dính giữa đá xi măng và cốt liệu
Sự có mặt của polymer có tác dụng cải thiện sự liên kết giữa các phần tử trong
vữa và bê tông so với vữa xi măng và bê tông thờng. Khả năng này có đợc là do sự

bám dính cao của bản thân polymer. Ngoài ra polymer còn thấm đầy chất nền và vì
vậy bịt kín các vết nứt và đồng thời làm tăng lực liên kết. Tính bám dính phụ thuộc
vào tỷ lệ polymer so với xi măng mặc dù tỷ lệ polymer so với xi măng không mang
tính cực trị. Tỷ lệ pha trộn có ảnh hởng lớn đến đặc điểm phá hoại của vữa và bê
tông. Khi tỷ lệ Polymer/Xi măng = 1:2, sự phá hoại khi uốn xảy ra phổ biến xuyên
qua bề mặt giao diện, nhng ở tỷ lệ 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 phơng pháp thử khác, điều
kiện bảo dỡng và độ rỗng của chất nền.
1.5.3 ảnh hởng của polymer đến cờng độ của vữa và bê tông
Bê tông và vữa có chứa polymer cờng độ nén, uốn và kéo đều đợc cải thiện.
Trong đó cờng độ đợc cải thiện rõ rệt nhất. Nguyên nhân là do polymer có cờng 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 dỡng cũng có ảnh hởng lớn tới cờng độ. Cờng độ tối đa phần lớn đạt đợc do quá trình thuỷ hoá xi măng diễn ra một
cách hợp lý trong điều kiện bảo dỡng ẩm và tiếp theo là bảo dỡng khô. Trong suốt
thời gian bảo dỡng, các phần tử polymer tái hợp lại để tạo màng. Vì vậy, nớc đợc
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 Cl- đợc thử bằng cách ngâm mẫu trong nớc biển (với hàm lợng NaCl 2,4%) Kết quả cho thấy có sự cải thiện đáng kể khi có
mặt polymer, trừ trờng hợp mủ cao su Styrene butadiene (SBR). Mặc dù khi tăng tỷ
lệ polymer so với xi măng tính bền chống sự thâm nhập của ion Cl- đợc cải thiện
nhiều hơn nhng khó có thể rút ra đợc 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 Cl- lớn hơn so với khi sử dụng SBR. Dới đây là kết quả xác định hệ số

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

12

Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
khuếch tán của ion Cl- trong vữa polymer biến tính. Những thử nghiệm này đã đợc
tiến hành trên mẫu vữa ngâm trong nớc biển tự nhiên.
Bảng 1.1 - Hệ số khuếch tán của ion Cl- trong vữa polymer biến tính[16]
Loại vữa
Mẫu đối chứng
Vữa biến tính bằng SBR
Vữa biến tính bằng EVA
Vữa biến tính bằng PAE

Tỷ lệ polymer với
XM (%)
0
10
20
10
20
10
20

Hệ số khuếch tán của ion Cl(cm2/s)
6,4ì10-8
6,4ì10-8
3,9ì10-8
4,4ì10-8
2,4ì10-8
3,8ì10-8
4,4ì10-8

Bảng 1.2 - Hệ số khuếch tán của ion Cl- trong bê tông polymer biến tính[16]
Tỷ lệ polymer với XM
Loại bê tông
(%)
Mẫu đối chứng
0
10
Vữa biến tính bằng SBR
20
10
Vữa biến tính bằng EVA
20
10
Vữa biến tính bằng PAE
20

Hệ số khuếch tán của ion Cl(cm2/s)
2,1ì10-8
1,9ì10-8
9,3ì10-8
7,9ì10-8
1,0ì10-8
6,2ì10-8
5,8ì10-8

1.5.5 ảnh hởng của polymer đến độ bền sunphát
Độ bền sunphát đợc thử bằng cách ngâm mẫu trong thời gian 28 ngày trong
dụng dịch Na2SO4 và (NH4)2SO4 đậm đặc không cho kết quả cải thiện đáng kể. Mẫu
thí nghiệm bị ăn mòn mạnh và khi ngâm trong dung dịch (NH 4)2SO4 mẫu bị ăn
mòn nhiều hơn so với trong dung dịch Na2SO4. Kết quả cũng cho thấy độ bền

sunphát không đợc cải thiện thậm chí khi tăng tỷ lệ polymer so với ximăng.
Nguyên nhân polymer có trong vữa và bê tông kém bền sunphát còn cha đợc làm
sáng tỏ.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

13


Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
1.5.6 ảnh hởng của polymer đến độ bền 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 HCl nồng độ 2% của bê tông polymer biến tính đợc cải thiện phần nào
so với bê tông không biến tính. Mặt khác, bền độ axit H 2SO4 nồng độ 5% của bê
tông này hầu nh không đợc cải thiện.
1.5.7 ảnh hởng của polymer đến độ bền đóng-tan băng và khả năng môi trờng
Bê tông và vữa polymer biến tính có khả năng bền chống đóng-tan băng so với
bê tông và vữa thờng nhờ giảm độ rỗng và giảm khả năng thấm do lấp đầy các lỗ
rỗng cũng nh tạo màng trên bề mặt các lỗ rỗng mao quản làm cho chúng có tính kỵ
nớc. 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 đợc cải thiện đáng kể
khi sử dụng 5% polymer. Khi vợt 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, nhng vấn đề
này lại gây tranh cãi khi Chandra và Avik đa ra kết quả thực nghiệm sau: Khi sử

dụng một lợng nhỏ polymer (1%) không cuốn khí trong bê tông độ bền đóng-tan
băng của bê tông đợc cải thiện đáng kể so với bê tông thờng có có phụ gia cuốn
khí, mặc dù polymer không làm tăng hàm lợng bọt khí. Việc tăng độ bền đóng-tan
băng là nhờ sự phân tán cấu trúc rỗng do polymer tạo ra khi tơng tác hoá học, do
lấp đầy các lỗ rỗng và do tạo màng polymer[16]
Dới tác dụng của khí quyển, vữa polymer biến tính tăng độ bền khí quyển so
với vữa và bê tông thờng. Mặc dù cờng độ nén, uốn của bê tông và vữa polymer
biến tính có dấu hiệu suy giảm sau 10 năm để lộ sáng. Tính bám dính giữa vữa
polymer biến tính và vữa ximăng thờng sau 10 năm lộ ánh sáng ngoài trời cho kết

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

14


Chơng I: Tổng quan về bê tông xi măng polymer
quả đạt yêu cầu. Trong khi vữa bê tông không biến đổi có cờng độ giảm dần sau 1
năm.
Việc tẩm dầm bê tông bằng polymer đợc 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.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

15

Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
Chơng II:
Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chế tạo bê tông xi măng
polymer
2.1 Biến tính bê tông và vữa xi măng bằng polymer
Hớng nghiên cứu sử dụng polymer để biến tính bê tông và vữa đợc tiến hành từ
những năm 20 - 30 của thế kỷ này. Năm 1924, Lefbure lần đầu tiên đa ra kết quả
nghiên cứu sử dụng Latex cao su thiên nhiên để biến tính bê tông và vữa xi măng.
Tiếp theo đó nhờ sự phát triển mạnh mẽ của ngành hoá học cao phân tử, nhiều hợp
chất polymer thiên nhiên, nhân tạo và tổng hợp đã đợc nghiên cứu sử dụng để biến
tính bê tông. Từ năm 1967 đến năm 1981 đã có khoảng 10 cuộc hội nghị, hội thảo
quốc tế ở Mỹ, Anh, Nhật, Pháp... về polymer trong bê tông. Các hợp chất polymer
và monomer đợc khuyến cáo cần phải tơng hợp tốt với xi măng, không bị keo tụ
riêng rẽ và rắn chắc chuyển thành trạng thái rắn. Nói một cách khác, quá trình thuỷ
hoá xi măng và hình thành pha polymer trong tổ hợp xi măng - polymer xảy ra
cùng lúc và có sự tơng tác giữa pha hydrat và pha polymer. Sự tơng 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 đợc biến tính so với bê tông và vữa thờng. Trong số các
hợp chất polymer và monomer dùng biến tính vữa và bê tông thì nhóm polymer
Latex và polymer tan trong nớc đợc sử dụng phổ biến hơn cả.
2.2 Vữa và bê tông xi măng biến tính bằng polymer latex (nhựa mủ)
2.2.1 Cơ sở chung
Latex là một chất phân tán ổn định của các phần tử polymer hữu cơ trong dung
dịch chất hoạt động bề mặt có nớc tạo thành thể sữa lỏng có màu trắng hoặc trắng
nhạt. Khi khô, những phân tử này đông tụ lại tạo màng liên tục. (Các latex polymer
đợc sử dụng phổ biến để biến tính bê tông và vữa: Xem Hình 1.1)
Theo khả năng nhũ tơng hoá thì latex có hai loại:

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

16


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
Loại 1: Loại latex có thể nhũ tơng hoá lại. Loại này chỉ nên dùng trong các
ứng dụng không làm việc trong môi trờng ngâm trong nớc hoặc có độ ẩm cao.
Loại 2: loại không nhũ tơng hoá lại. Loại này có thể dùng trong môi trờng
ngâm trong nớc hoặc có độ ẩm cao.
Các hạt latex có kích thớc vô cùng nhỏ bé, phải cỡ 0,05 - 3 àm. Chúng có cấu
trúc mixel dạng cầu hoặc elip khối, và đợc cấu tạo bởi 2 lớp: lớp trong cùng là
cacbohydro, vỏ bọc bên ngoài là lớp hấp phụ làm nhiệm vụ bảo vệ latex không bị
keo tụ. Thành phần hoá học chủ yếu của lớp hấp phụ là các hợp chất thiên nhiên
chứa nitơ nh: protein, các chất béo và xà phòng của các axit béo. Trong polymer
latex còn có các chất phân tán, chất ổn định, chất nhũ tơng hoá và chất hoạt động
bề mặt... để ngăn cản sự keo tụ của các tiểu polymer trớc khi chúng phân tán đều
trong hồ xi măng.
Tất cả các loại latex (trừ nhựa Epoxy) đợc sản xuất nhờ quá trình trùng hợp nhũ
tơng. Chính vì thế mà latex đôi khi còn đợc gọi là các nhũ tơng. Quá trình chế tạo
là trộn một hoặc nhiều monomer với nớc, chất ổn định và chất khơi mào phản ứng.
Chất khơi mào phản ứng Initiator kết hợp các liên kết tự do lại tạo thành chuỗi.
Công thức chế tạo điển hình cho ở bảng sau:
Bảng 2.1 - Thành phần của latex[18]
Chủng loại
Monomer

Phần trọng lợng
100

Chất ổn định

1 - 10

Chất khơi mào phản ứng

0,1 - 2

Nớc

80 - 150

Các thành phần khác

0 10

Các u điểm của latex:
- Không độc.
- Khó cháy.
- Latex có thể đợc chế tạo ở dạng 60% hàm lợng chất khô mà vẫn có tính dẻo
hợp lý, trong khi các thể đặc giới hạn trong hệ dung môi là khoảng 10%.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

17

Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
- Trùng hợp nhũ tơng 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,
cờng độ, cải thiện liên kết các chất nền bê tông, nâng cao độ dẻo dai và khả năng
bền chống va đập, bền nớc, bền hoá học, tính bền băng giá và giảm tính thấm.
Cơ chế quá trình hình thành cấu trúc của đá xi măng đợc biến tính bằng latex
polymer xảy ra qua một số giai đoạn nh Hình 2.1 sau:
Nước

Hạt latex

Thủy hoá xi măng

Sự kết bông của các hạt latex
Sự tạo thành cấu trúc
nhồi chặt của các hạt
latex

Thủy hoá xi măng

Sự thoát nước giữa các hạt

Thủy hoá xi măng

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 nớc hấp phụ lên bề mặt của
hạt xi măng. Qúa trình thuỷ hoá xi măng làm giảm lợng nớc các hạt polymer do đó
keo tụ lại. Xi măng tiếp tục lấy nớc để hydrat hoá, pha polymer đã keo tụ chuyển

thành màng mỏng phân bố xen kẽ trên các sản phẩm hydrat. Màng polymer phân

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

18


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
bố trong xi măng có tác dụng ngăn cản sự hình thành vết nứt vi mô (giảm ứng suất
nội), đồng thời tăng cờng liên kết bám dính giữa các thành phần của tổ hợp vật liệu.
Vì vậy bê tông và vữa biến tính bằng polymer latex u việt hơn so với bê tông và vữa
thờng.
Rất nhiều tài liệu đa ra kết quả nghiên cứu 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
cha rắn chắc và các tính chất của vật liệu đã rắn chắc đợc biến đổi bằng polymer
latex so với bê tông và vữa thờng 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 cha rắn chắc khi có mặt nhựa
mủ
Hỗn hợp bê tông và vữa cha rắn chắc khi có mặt polymer latex có độ dẻo cao
(khả năng thi công dễ hơn so với bê tông và vữa thờng). Nguyên nhân tăng độ dẻo
là do tác dụng của thành phần polymer và các chất ổn định trong latex cũng nh tác
dụng cuốn khí. Độ dẻo của hỗn hợp bê tông biến đổi bằng polymer latex có tỷ lệ
N/X cố định tăng đáng kể khi tăng tỉ lệ Polymer/Xi măng (P/X) trong giới hạn cho
phép. Do vậy khi giữ nguyên độ dẻo cho phép giảm lợng nớc sử dụng giúp nâng
cao cờng độ và giảm vết nứt trong vật liệu biến tính.
Hỗn hợp bê tông và vữa có polymer latex chậm khô hơn so với bê tông và vữa
thờng. Bản chất polymer và tỷ lệ Polymer/ Xi măng (P/X) sử dụng có ảnh hởng đến

thuộc tính này. Nguyên nhân chậm khô do các chất hoạt động bề mặt có trong 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 nớc 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 lợng 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.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

19


Chơng 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 cờng độ kéo và uốn tăng, tuy
nhiên cờng độ nén lại giảm so với bê tông thờng. Điều này đợc giải thích do
polymer tham gia vào thành phần kết dính có cờng độ kéo cao và tăng khả năng
liên kết bám dính của xi măng với các thành phần khác của vật liệu. Cờng độ của
bê tông và vữa biến đổi phụ thuộc vào yếu tố có tác dụng tơng hỗ nh 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 để biến tính bê tông và vữa, cờng độ của
vật liệu không chỉ phụ thuộc vào bản chất hoá học của chúng mà còn phụ thuộc vào
lợng monomer trong polymer, phụ thuộc vào lợng và kiểu chất ổn định, kích thớc
của các mạch polymer phân tán.
Điều kiện rắn chắc bê tông và vữa biến tính bằng polymer latex khác với bê
tông và vữa thờng 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 u của pha xi măng phát triển trong

môi trờng ẩm trong khi pha polymer lại phát triển trong môi trờng khô. H. Wagner
đã nghiên cứu chế độ rắn chắc tối u để đạt cờng độ cao cho vật liệu biến đổi. Đầu
tiên mẫu đợc giữ trong môi trờng ẩm để thuỷ hoá xi măng, sau đó chuyển sang môi
trờng khô để phát triển cờng 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 - 10ì103 MPa) so với đá xi măng (modul đàn hồi 10 30ì103 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 thờng. Vật liệu biến tính còn có độ co
ngót nhỏ, cờng độ chống nứt chống mài mòn cao hơn bê tông và vữa thờng.
Một đặc trng quan trọng khác của bê tông và vữa biến tính là đạt độ bền chống
thấm nớc 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 dới tác động của môi trờng
(tác động của khí quyển, cácbonát hoá, môi trờng ăn mòn...) và khả năng sử dụng
chúng làm vật liệu bảo vệ ăn mòn cốt thép (trong bê tông cốt thép) trong môi trờng
xâm thực.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

20


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
Nhợc điểm chính của bê tông và vữa biến tính bằng polymer latex là độ bền
trong môi trờng ẩm và nớc kém. Sự suy giảm này có quan hệ trực tiếp tới độ bền
trong môi trờng 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 trờng ẩm.
2.3 Vữa và bê tông xi măng biến tính bằng polymer tan trong nớc
2.3.1 Cơ sở chung
Phân loại polymer tan trong nớc đợc mô tả trong Hình 2.2

Tinh bột
Keo dán tự nhiên
Đạm thực vật

Polymer
tự nhiên

Tinh bột từ động vật

Tinh bột
Polymer
hoà tan
trong
nước

Polymer
bán nhân
tạo

Cellulose
nào đó

Tinh bột được phân huỷ
Tinh bột
Dẫn xuất tinh bột
Hydroxy propyl methyl cellulose
Hydroxy ethyl cellulose (HEC)
Cacboxy methyl cellulose (CMC)
Hydroxy propyl cellulose (HPC)

Chất điện
Muối Natri
phân
Poly vinyl alcohol
Vinyl
Polymer
nhân tạo

Xà phòng hoá đầy đủ
Xà phòng hoá trung gian
Xà phòng hoá từng phần

Poly vinyl alcohol nhân tạo biến tính
Etylen

Oxyt polyethylene

Hình 2.2 - Phân loại polymer tan trong nớc
Các polymer hoặc oligome tan trong nớc là các hợp chất cao phân tử tổng hợp.
Chúng đợc nghiên cứu sử dụng để biến tính bê tông và vữa muộn hơn nhóm latex
polymer. Tuy vậy, ngày nay nhóm polymer tan trong nớc đợc sử dụng nhiều để
biến đổi bê tông và vữa, đặc biệt là các oligome trên cơ sở Ure Melamine
Formaldehyde và Ure Melamine trùng ngng với Fomaldehyde. Các hợp chất cao
phân tử và copolyme chứa nhóm Hydroxyl (OH -) có khả năng phản ứng hoá học
theo nhóm chức (OH-) và khả năng tạo ra liên kết hydro với các chất cho hay nhận

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

21


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
proton. Chính nhờ những đặc trng này và sự phân tán của chúng trong nớc đạt mức
độ phân tử nên nhóm nhựa tan trong nớc có độ ổn định và tơng hợp cao với xi
măng. Cơ chế tác dụng tơng hỗ của các polymer tan trong nớc trong bê tông khác
về mặt nguyên tắc so với nhóm polymer latex. Các phân tử polymer này khi đa vào
bê tông đợc đóng rắn trong môi trờng kiềm do quá trình thuỷ hoá xi măng sinh ra
để 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, lợng polymer tan trong nớc đa vào trong bê
tông và vữa thờng nhỏ hơn so với lợng polymer latex (không quá 3% hàm lợng
polymer khô so với vữa xi măng). Trong trờng 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 thờng.
2.3.2 Tính chất của hỗn hợp bê tông và vữa cha rắn chắc khi có mặt polymer
tan trong nớc
Hỗn hợp bê tông biến tính bằng nhóm polymer tan trong nớc thờng 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, tơng hợp cao và hiệu ứng cuốn khí của nhóm polymer này. Sự tăng độ
dẻo của hỗn hợp bê tông cho phép giảm lợng nớc nhào trộn ở mức tối đa, từ đó
nâng cao cờng độ, tạo tính chống thấm tốt và độ co ngót nhỏ. Hỗn hợp bê tông và
vữa có polymer tan trong nớc chậm mất nớc hơn nhiều so với bê tông và vữa thờng
và khả năng chậm mất nớc 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
nớc
Bê tông và vữa biến tính với lợng nhỏ polymer tan trong nớc làm tăng cả cờng
độ kéo, uốn và nén (khác với hệ biến tính bằng polymer latex cờng độ nén không

tăng), khả năng bám dính khả năng chống thấm tốt hơn so với bê tông và vữa thờng. Satalkin đã đa ra kết quả nghiên cứu các tính chất quan trọng của bê tông hạt

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

22


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
mịn có các polymer tan trong nớc C-89 trên cơ sở ure-formandehyde và trên cơ sở
polyvinyl styrene CKC-65.
Do tăng cờng độ kéo và uốn nên vật liệu biến tính bằng polymer tan trong nớc
làm tăng biến dạng tơng đối so với trong bê tông thờng. Kết quả nghiên cứu cho
thấy sự phụ thuộc của biến dạng tơng đối vào thời gian ở độ ẩm 90% và nhiệt độ 20
- 25C. Kết quả tốt nhất đợc quan sát bê tông biến tính nhựa C-89 có cờng 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 nớc có các tính chất quan trọng nh cờng
độ kéo, uốn và nén lớn hơn nhiều so với bê tông thờng và lớn hơn cả bê tông biến
tính bằng polymer phân tán trong nớc.
Tác giả Y.Ohama nhận thấy cờng độ nén và kéo khi uốn có xu hớng giảm ở bê
tông biến tính bằng Methylcelluloze và Polyacrylamid. Một đặc trng quan trọng
khác của bê tông và vữa có các polymer tan trong nớc là đạt độ bền chống thấm rất
cao. Giá trị độ bền chống thấm của chúng gấp nhiều lần bê tông thờng và lớn hơn
cả bê tông biến tính với nhóm polymer phân tán trong nớc. Giữa độ bền chống
thấm và hệ số thấm khí của bê tông có mối liên quan tỷ lệ thuận. Đặc trng 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 trờng xâm thực.
Cũng nh hệ biến tính với nhóm latex polymer, tổ hợp bê tông và vữa với các
polymer tan trong nớc có cờng độ bám dính với bề mặt của vật liệu nền nh bê tông

cũ và mới, gạch, đá, sứ... và cờng 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 thờng.
Một u điểm nữa của bê tông và vữa biến tính bằng polymer tan trong nớc 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 tơng hợp tốt với xi măng, lợng sử dụng nhỏ và giá thành hạ (so với nhóm polymer latex) kết hợp với các đặc
trng độ bền cao, điều kiện công nghệ thuận lợi nên nhóm polymer tan trong nớc đợc sử dụng nhiều trong bê tông.
Ngoài hai nhóm polymer latex và polymer tan trong nớc đợc nghiên cứu sử
dụng phổ biến để biến tính bê tông và vữa, trong những năm gần đây các nhà khoa

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

23


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
học còn nghiên cứu sử dụng các polymer nhựa lỏng nh 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 đợc
trộn đều trong hỗn hợp bê tông hoặc vữa sau đó phải đợc 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 nớc tầm cao
2.4.1 Cơ sở chung
Các phụ gia siêu dẻo (PGSD) hay các chất có tác dụng giảm nớc lớn thông dụng
hiện nay đã đợc biết đến từ đầu những năm 1906. ở nớc ta, vấn đề nghiên cứu phụ
gia cho bê tông đợc 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 dỡng đồng thời hỗ trợ cho
công nghệ thi công. Việc sử dụng bê tông chất lợng cao trên cơ sở phụ gia cho phép
giảm nhẹ trọng lợng 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 đợc sử dụng trong thực tiễn nh
Naphtalene

Formandehyde

Sunfonated

(NFS),

Melamine

Formandehyde

Sunfonated (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 nớc tầm cao thế hệ 2.

2.4.2 Cơ chế hoá dẻo của các phụ gia giảm nớc tầm cao thế hệ 2
2.4.2.1 Thuyết phân tán
Để tăng khả năng giảm nớc của hỗn hợp bê tông cần tăng cờng khả năng phân
tán của các hạt xi măng. Khả năng này cần đợc duy trì theo thời gian và khả năng
này có đợc nhờ lực đẩy tĩnh điện và khả năng chống vón tụ của các chất hấp phụ
lên bề mặt hạt xi măng.
2.4.2.2 Thuyết DLVO

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

24


Chơng II: Cơ sở lý thuyết...
Để giải thích tính ổn định của trạng thái phân tán dới góc độ lực đẩy tĩnh điện,
thuyết DLVO do Derjaguin, Landau, Verwey và Overbeck đề xuất. Theo đó tính ổn
định của trạng thái này cũng đợc quyết định bởi độ cong của đờng thế năng VT tạo
thành từ lực đẩy tĩnh điện, VR thu đợc khi có hai phần tử tiến lại gần nhau và lực
hấp dẫn Van der Waal, VA. Khi khoảng cách giữa hai phần tử ứng với điểm trên đờng cong tại đó VT đạt maximum, Vmax thì 2 phần tử này sẽ đẩy nhau. Khi Vmax tăng
lên thì độ phân tán cũng tăng lên và tỷ lệ với Vmax
2.4.2.3 Thuyết hiệu ứng chống vón tụ
Tính ổn định phân tán nhờ hiệu ứng chống vón tụ có thể đợc giải thích bằng
thuyết hiệu ứng Entropi do Mackor đề xuất. Tổng thế năng V T giữa hai phần tử đợc
xác định nh sau:
VT = VA + VRS
Trong đó:

VA - lực hấp dẫn Van der Waal.

VRS - năng lợng đẩy chống vón tụ bằng Entropi của cấu tạo và

hình dạng của chất hấp phụ lên bề mặt các phần tử.
Tính ổn định phân tán đợc duy trì bởi lực đẩy chống vón tụ này.
2.5. Quá trình tơng tác giữa polymer và xi măng thuỷ hoá
Ngày nay, nhiều hợp chất polymer và chất hữu cơ phân tử lợng thấp đợc sử
dụng trong bê tông và vữa. Việc nghiên cứu vai trò tăng cờng của chúng khi kết
hợp với xi măng và sự hình thành cấu trúc xi măng - polymer đã đợc quan tâm từ
những năm 30-40 của thế kỷ này và đến nay đã có nhiều kết quả nghiên cứu đợc
công bố với các vật liệu biến tính khác nhau. Song do cơ chế quá trình tơng tác giữa
hợp chất hữu cơ và xi măng trong và sau quá trình thuỷ hoá rất phức tạp vì thế đến
nay cha có tổng kết đầy đủ về cơ chế này. Hình 2.4 chỉ ra tơng tác giữa xi măng và
latex polymer.

Phạm Đại Dơng - Phạm Đức Cờng

Lớp: 44VL

25