Bê tông chống rửa trôi

MỤC LỤC


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. LÝ THUYẾT VỀ SỰ RẮN CHẮC CỦA XIMĂNG POÓCLĂNG
Sự rắn chắc của ximăng poóclăng_một chất kết dính đa khoáng là một quá trình
hóa lý phức tạp kèm theo sự biến đổi liên tục và sự hình thành cấu trúc đá ximăng.
Mặc dù đã đạt được những thành tựu đáng kể trong nghiên cứu các chất kết dính vô vơ
nhưng cho đến nay vẫn chưa có một lý thuyết chặt chẽ nào được thừa nhận rộng rãi về
sự rắn chắc của ximăng pooclăng.
Quá trình đóng rắn của ximăng là quá trình từ vữa ximăng biến thành đá
ximăng. Đây là quá trình hoá lý phức tạp. Quá trình rắn chắc của ximăng thường chia
làm 2 thời kỳ: ninh kết và rắn chắc. Trong thời kỳ ninh kết, hồ ximăng mất dần tính
dẻo và đặc dần lại, nhưng chưa có cường độ. Trong thời kỳ rắn chắc, vữa ximăng hoàn
toàn mất tính dẻo và cường độ phát triển dần dần.
Có nhiều lý luận giải thích quá trình rắn chắc của ximăng nhưng Lý thuyết rắn
chắc của ximăng pooclăng được phát triển trên cơ sở những công trình nghiên cứu của
Lơ Satolie, Mikhaơlix, Baykov, Rebinder và nhiều nhà bác học khác. Do đó, khi
ximăng khi nhào trộn với nước trải qua 3 giai đoạn rắn chắc
(1) Giai đoạn hòa tan(khoảng từ 1-3 giờ) :
Khi nhào trộn ximăng với nước, giữa chúng sẽ xảy ra các tác dụng hoá học và
vật lý. Đầu tiên cùng với sự phân bố nước trên bề mặt hạt ximăng, quá trình hòa tan
các khoáng hoạt tính cao nhất thuỷ hoá như C 3A, C3S và do độ hòa tan của chúng bé,
sự bão hoà pha lỏng bởi các sản phẩm thuỷ hóa bắt đầu.
(2) Giai đoạn hóa keo(khoảng 5-10 giờ):
Giai đoạn này tương đối dài và là thời kỳ tiến triển mạnh mẽ (đặc biệt là ở nhiệt
độ cao). Quá trình cơ bản của các khoáng clanhke là sự hoá hợp trực tiếp của nước và
pha rắn không có sự hoà tan trung gian tạo nên những hợp chất hyđrát mới có tính ổn
định nhiệt lực cao hơn khoáng tạo nên nó và do tác dụng tương hỗ với nước, các sản
phẩm thuỷ hoá có độ mịn khá lớn và gần với dạng keo, hay còn gọi là giai doạn hoá
keo.

Các sản phẩm thủy hóa (và một phần thủy phân) cơ bản của các khoáng ximăng
pooclăng là các hyđrô silicat canxi với số lượng chiếm từ 75-805 khối lượng clanhke.


Các chất này trong giai đoạn đầu có độ phân tán cao gần với thể keo dần dần chuyển
hoá thành gel và cũng tạo mầm kết tinh .
Ngoài các hydrô silicat canxi, do kết quả thuỷ phân các khoáng clanhke, trong
đá ximăng rắn chắc còn tạo nên nhóm thứ 2 các hyđrát mới tạo thành có cấu trúc kết
tinh thô hơn, khác với những tinh thể gel, đó là hyđrat của ôxyt canxi [Ca(OH) 2] tạo ra
khi thuỷ phân C3S hoặc hyđrô aluminat canxi (3CaO.Al 2O3.6H2O), hyđrô ferit canxi
(3CaO.fe2O3.H2O) cũng như sunfua aluminat canxi (3CaO.Al 2O3.CaSO4.31H2O) tạo
nên do thêm chất phụ gia thạch cao vào ximăng khi nghiền clinker ximăng.
Trong giai đoạn này một phần nước tự do chuyển sang dạng nước liên kết hóa
học, làm giảm thể tích tuyệt đối của sản phẩm mới tạo thành so với thể tích tuyệt đối
của các thành phần ban đầu của ximăng, nhưng do thể tích bên ngoài của đá ximăng
không thay đổi đáng kể dẫn đến sự hình thành lỗ rỗng kín nâng cao độ đặc chắc của
pha rắn. Tổng thể tích các lỗ rỗng này tỉ lệ với khối lượng chất kết dính được thủy hóa
và có thể đạt đến 6-7lit cho 100kg ximăng pooclăng hỗn hợp bêtông.
(3) Giai đoạn ninh kết, rắn chắc:
Cùng với sự phát triển của quá trình thủy hóa và sự tăng lên của sản phẩm thủy
hóa, lượng nước tự do trong hệ không ngừng giảm xuống. Trừ một lượng nước mất đi
do bốc hơi hoặc tách ra trong quá trình trầm lắng, nước còn lại được phân bố lại và
trong hệ xuất hiện những dạng liên kết phức tạp của nước với pha rắn. Do sự giảm
lượng nước tự do dự trữ trong hệ, hồ ximăng (hỗn hợp bêtông) dần dần sệt lại cho đến
khi mất đi hoàn toàn tính lưu động. Thời kỳ này gọi là thời kỳ ninh kết.
Kết cấu keo tụ được tạo thành trong thời gian này có đặc tính là có khả năng
phục hồi xúc biến (hóa lỏng và phục hồi kết cấu).


Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình thuỷ hoá kèm theo sự toả nhiệt mạnh

mẽ nhất.
Tên các khoáng
chủ yếu
C3S
C2S
C3A
C4AF

Lượng nhiệt khi thuỷ hoá theo thời gian (Cal/g)
3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 tháng
96.6
100.6
116.2
124.3
15.1
24.8
39.6
43.9
141.0
157.6
208.6
221.7
42.3
59.6
90.3
99.4

Sau đó là thời kỳ rắn chắc tương đối dài với sự phát triển không ngừng cường
độ cơ học do cấu trúc đá ximăng không ngừng được lèn chặt và quá trình kết tinh phát
triển. Tác dụng lèn chặt này sinh ra do sự phát triển của quá trình thủy hóa và sự tăng
tinh thể tích pha rắn (thể tích các hyđrat luôn luôn lớn hơn thể tích pha rắn ban đầu
trong khi thể tích ngoài của hệ không tăng, thậm chí có khi giảm). Sự phát triển các
tinh thể do hiện tượng tái kết tinh làm thay đổi trạng thái tiếp xúc trong nội bộ đá
ximăng, từ chỗ tiếp xúc màng nước biến thành tiếp xúc tinh thể. Ở giai đoạn này kết
cấu keo tụ của hồ ximăng rắn chắc được thay thế bằng kết cấu kết tinh của đá ximăng.


Song song với những biến đổi về kết cấu trên, thể tích rỗng trong hồ ximăng
(cũng như hỗn hợp bêtông) cũng biến đổi. Ban đầu khi mới nhào trộn ximăng với
nước, thể tích rỗng trong hồ ximăng tương đối lớn, các phần rỗng là các ống mao quản
lớn thông nhau, chứa một lương đáng kể nước nhào trộn. Trong quá trình thủy hóa, số
lượng tạp chất thủy hóa mới tạo thành ngày càng nhiều, thể tích pha rắn lấp dần làm
tiết diện của các mao quản bé lại và thể tích rỗng giảm đi.
Nếu duy trì trong hệ một lượng nước giảm đầy đủ và bảo đảm độ ẩm môi
trường thì quá trình thủy hóa và rắn chắc của ximăng portland sẽ tiến triển trong một
thời gian dài, nhưng tốc độ thủy hóa sẽ yếu dần.
Tên các khoáng chủ
yếu
C3S
C2S
C3A
C4AF
Hạt ximăng có cỡ hạt

µ

Chiều sâu lớp thủy hóa theo thời gian( : micrông)

3 ngày
7 ngày
28 ngày
3 tháng
3.5
4.7
7.9
11.5
0.6
0.9
1.0
1.6
10.1
10.4
11.2
13.5
7.7
8.0
8.4
12.2

µ
3.85
4.64
6.56
2-100 ở 250C
Các giai đoạn trên tuy tách ra làm 3, song chúng không phải riêng rẽ mà xen kẽ lẫn

nhau, nghĩa là khi xuất hiện tinh thể thì vẫn có chỗ mới bắt đầu thời kỳ thứ nhất là hoà
tan.

2.2. LÝ THUYẾT ĐÓNG RẮN CỦA BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG
2.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tông
Cấu trúc bêtông hình thành do kết quả đông kết của hỗn hợp bê tông và đóng
rắn sau đó của bê tông. Thủy hóa của ximăng, đông kết và rắn chắc của chúng có ảnh
hưởng quyết định đến sự hình thành cấu trúc của chúng.
Theo quan điểm hiện đại, ở giai đoạn đầu khi nhào trộn ximăng với nước trong
quá trình thủy phân silicat ba canxi, canxi hyđrôxyt được tách tạo thành dung dịch bão
hoà. Trong dung dịch này có các ion sunphat, hyđroxyt và kiềm, cũng như một hàm
lượng không lớn nhôm oxyt, silic oxyt và sắt oxyt. Nồng độ các ion canxi và sunphat
quan sát thấy ở một thời gian dài kể từ khi nhào trộn ximăng với nước cao, bởi vì
trong một ít phút từ dung dịch bắt đầu kết tủa các sản phẩm mới tạo thành đầu tiên –
canxi hydroxyt và ettringhit.


Giai đoạn thứ hai bắt đầu sau khoảng một giờ của quá trình thủy hóa. Đặc
trưng bằng sự tạo thành các canxi hydro silicat rất nhỏ. Trong phản ứng chỉ tham gia
bề mặt của hạt ximăng, kích thước của hạt ximăng giảm không đáng kể. Các pha
hydrat vừa tạo thành gọi là gel ximăng, có đặc trưng rất mỏng. Các sản phẩm mới tạo
thành trước tiên xuất hiện trên bề mặt hạt ximăng. Khi tăng số lượng các sản phẩm
mới tạo thành và mật độ sắp xếp chúng, lớp ranh giới tạo thành trở thành lớp thấm
nước kém trong khoảng 2-6 giờ. Giai đoạn hai thủy hóa chậm gọi là giai đoạn ẩn của
thủy hóa ximăng.
Giai đoạn ba của quá trình thủy hóa bắt đầu. Giai đoạn này được đặc trưng bởi
sự bắt đầu kết tinh của canxi hydroxyt từ dung dịch. Quá trình này xảy ra rất mạnh.
Bởi vì ở giai đoạn này số lượng pha hydrat rất ít, nên trong khoảng không giữa các hạt
ximăng xảy ra sự phát triển tự do của các phiến mỏng của canxi hydrôxyt, canxi hydrô
silicat và các ettringite dưới dạng sợi tóc dài được hình thành đồng lúc. Các sợi tóc
nhỏ của các sản phẩm mới tạo thành xuyên qua các lỗ rỗng, chia nhỏ chúng ra, tạo
thành mối liên kết không gian tăng độ bám dính giữa các pha và các hạt ximăng. Khi
tăng số lượng các pha hydrat, giữa chúng xuất hiện tiếp xúc trực tiếp, số lượng của

chúng tăng lên, hồ ximăng đông kết, đóng rắn, tạo thành đá ximăng.
Cấu trúc cứng tạo thành ban đầu còn rất xốp nhưng dần dần chúng được lèn
chặc ở trong các lỗ rỗng chứa đầy nước của cấu trúc này liên tục xuất hiện các pha
hydrat mới. Thể tích lỗ rỗng và kích thước của chúng giảm, tăng số lượng tiếp xúc
giữa các sản phẩm tạo mới tạo thành các lớp vỏ gel nên hạt ximăng dày thêm và được
lèn chặt, phát triển thành các gel ximăng đặc có lẫn các lõi hạt ximăng chưa thủy hóa.
Kết quả là cường độ của ximăng và bêtông tăng.
2.2.2. Cấu trúc bê tông
Bê tông là vật liệu đá nhân tạo có cấu trúc phức tạp, được tạo nên từ 3 thành
phần sau đây:
- Cốt liệu với hình dạng, kích thước cỡ hạt, độ đặc chắc, cường độ khác nhau.
- Chất kết dính
- Hệ thống mao quản lớn, các lỗ rỗng trong đó chứa không khí, hơi nước hoặc
nước.
Các tính chất cơ lý của bê tông không phải chỉ do tính chất và tỷ lệ phối hợp
của các thành phần hợp thành quyết định, mà còn do cấu trúc của bê tông được hình


thành trong quá trình chế tạo quyết định. Mặt khác, các tính chất đó còn phụ thuộc một
phần vào cấu tạo của bê tông và đặc biệt là bề mặt tiếp xúc giữa hạt cốt liệu và đá xi
măng cũng như diện tích tiếp xúc giữa chúng.
Cấu tạo và cấu trúc đối với một loại bê tông phụ thuộc vào:
- Thành phần, cấp phối, đặc tính của các vật liệu ban đầu.
- Quá trình nhào trộn, tạo hình, bảo dưỡng loại bê tông đó.
Nếu chúng ta thay đổi theo một hướng cần thiết các cấu trúc và cấu tạo bê tông
thì chúng ta có thể thay đổi những tính chất của bê tông trong một phạm vi rộng.
Như vậy, cơ sở nghiên cứu các tính chất của các loại bê tông khác nhau là sự
khảo sát cấu trúc và cấu tạo của chúng.
- Đối với bê tông nặng thì cốt liệu lớn (CLL) được xem như là bộ khung chịu
lực tổng quát. Các hạt CLL này được liên kết với nhau nhờ vào lớp vữa. Nếu hàm

lượng CLL nhiều thì chúng ta nhận được bê tông chế tạo từ hỗn hợp bê tông khô cứng,
ngược lại nếu hàm lượng CLL ít thì chúng ta nhận được bê tông chế tạo từ hỗn hợp bê
tông dẻo, lưu động.
- Đối với bê tông nhẹ, sử dụng CLL rỗng, đóng vai trò làm nhẹ cho bê tông,
cường độ của bê tông nhẹ phụ thuộc vào cường độ của vữa xi măng. Nếu thay thế các
hạt CLL rỗng bằng các bọt bong bóng khí thì

γ ob

giảm đi rất nhiều, có tính cách nhiệt,

cách âm rất tốt.
* Vậy:
- Cấu trúc của bê tông là một hệ bao gồm các phần tử thành phần được hình
thành dưới tác dụng của hàng loạt các yếu tố khách quan theo những quy luật nhất
định về không gian và thời gian.
- Cấu tạo của bê tông là nội dung về số lượng các thành phần của cấu trúc, và
những đặc điểm phân bố, liên kết những thành phần ấy trong một thể tích bê tông nhất
định.
* Để khảo sát cấu tạo, cấu trúc của bê tông, chúng ta sử dụng 2 dạng mô hình:
- Mô hình 1 bao gồm {CLL + CLN} + {X + N}
- Mô hình 2 bao gồm {CLL} + {X + N + CLN}
Mỗi thành phần của mô hình đều phức tạp về thành phần và tính chất.


+ Theo mô hình 1, để được bê tông có cấu tạo đặc chắc, đồng thời tiết kiệm
được chi phí xi măng, nhất thiết phải sử dụng một hỗn hợp bê tông có hàm lượng CLL
khá nhiều, còn lượng hồ xi măng chỉ vừa đủ bao bọc các hạt cốt liệu, lắp đầy các
khoảng trống giữa chúng. Hỗn hợp bê tông này là hỗn hợp bê tông khô cứng, trong đó
các hạt CLL tiếp cận với nhau, được liên kết bởi đá xi măng, tạo thành một bộ khung

chịu lực liên tục này, đá xi măng phải bao quanh các hạt cốt liệu, và lắp đầy các
khoảng trống giữa chúng dưới tác dụng của ngoại lực.
Như vậy, theo mô hình 1, cấu tạo của bê tông được đặc trưng bởi sự sắp xếp,
phân bố, liên kết giữa các hạt CLL đặc chắc, có hàm lượng khá nhiều, sẽ tăng cường
khả năng chịu nén, độ bền vững của bê tông.
+ Theo mô hình 2, các hạt CLL được phân bố khá đồng đều, và được đặc trưng
bởi sự sắp xếp ở trạng thái “lơ lửng” trong môi trường liên tục của vữa xi măng.
Như vậy, theo mô hình 2, nếu chúng ta sử dụng CLL đặc chắc có cường độ cao
cũng không làm tăng Rb, do Rb = f(RđáXM) , mà không phụ thuộc vào RCLL.
Có hai loại cấu trúc trong bê tông: Cấu trúc thô và cấu trúc hiển vi. Cấu trúc thô
bao gồm hai thành phần: đá xi măng và cốt liệu trong đó lỗ rỗng đóng vai trò quan
trọng. Cấu trúc hiển vi là cấu trúc của xi măng.
Gần đây, người ta đã dùng kính phóng đại, với độ phóng đại khác nhau, để
nghiên cứu cấu trúc của bê tông. Khi phóng đại 45 lần, ta thấy những hạt đá vôi và cả
những hạt cát. Trong phần vữa ở chỗ tiếp giáp với cốt liệu to có hiện ra các lỗ rỗng
tròn.
Khi soi bằng kính phóng đại 90 và 160 lần trong đó ta thấy cả những hạt xi
măng chưa thủy hóa và sự tiếp xúc của đá xi măng với các hạt cốt liệu.
Khi dùng kính hiển vi điện tử, với độ phóng đại 160 lần thấy rõ các hạt xi măng
và phần xi măng đã thủy hóa bao quanh các hạt đó.
Đá xi măng là một thể rắn phức tạp, thành phần không đồng nhất, về mặt cấu
tạo nhiều lỗ rỗng li ti và những mao quản chứa đầy không khí, nước hoặc hơi nước tùy
theo tuổi bê tông và điều kiện bảo dưỡng.
Sự tồn tại đồng thời 3 thể rắn, lỏng, khí trong đá xi măng có thể coi là hệ ba pha
với bề mặt phân chia rất tinh tế. Vì vậy, đá xi măng có tính “nhạy cảm” với sự biến đổi
trạng thái ẩm của môi trường, liên quan đến tính biến dạng thể tích của đá xi măng và


bê tông (co ngót, nở thể tích và có tính bền vững tương đối yếu ở các môi trường xâm
thực).

Trong đá xi măng có các thành phần sau đây:
(1) Các hydrat mới tạo thành dưới dạng gel và tinh thể.
- Thành phần cấu trúc dạng gel được tạo nên từ những hạt canxi hydro silicat có
độ phân tán (độ lớn bằng 50-200 Ao, 1Ao = 10-8 cm) quyết định quá trình phát triển
cường độ chậm chạp và lâu dài có liên hệ chặt chẽ với nước hấp thụ và tính biến dạng
dẻo.
- Thành phần cấu trúc tinh thể của đá xi măng được tạo nên từ mầm kết tinh, nó
quyết định sự phát triển nhanh của cường độ và tính chất đàn hồi. Mầm kết tinh đóng
vai trò bộ xương trong đá xi măng và được phân bố trong môi trường các thành phần
cấu trúc dạng gel. Tỷ lệ về số lượng giữa hai thành phần ( dạng gel và dạng tinh thể)
liên quan chặt chẽ với thành phần khoáng vật ban đầu của xi măng và quyết định
những tính chất cơ lý và biến dạng của nó.
(2) Cốt liệu và vi cốt liệu: gồm phần còn lại của các hạt xi măng chưa phản ứng với
nước và hạt phụ gia vô cơ nghiền mịn cho vào khi nghiền clinker, cũng như khi chế
tạo hỗn hợp bê tông.
- Thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc đá xi
măng, chúng có kích thước khác nhau, chiếm một khối lượng lớn và làm cho đá xi
măng có cấu trúc tương tự như bê tông. Vì vậy, V.N.Djung gọi đá xi măng là bê tông
hạt mịn.
(3) Các loại lỗ rỗng lớn, nhỏ và mao quản.
Thể tích của chúng chiếm khoảng 25-40% thể tích chung của đá xi măng. Thể
tích và tính chất phần rỗng này ảnh hưởng lớn đến tính chất của đá xi măng. Căn cứ
vào cấu tạo, kích thước và nguyên nhân hình thành mà có các cách phân loại khác
nhau.
- Theo kích thước lỗ rỗng trong đá xi măng:
+ Lỗ rỗng nhỏ, đường kính d<100 Ao
+ Lỗ rỗng trung bình, có d = 1000-2000 Ao
+ Lỗ rỗng lớn, có d > 2000Ao .
- Theo nguyên nhân hình thành:

+ Lỗ rỗng dạng gel là loại lỗ rỗng bé nhất trong đá xi măng (đường kính bằng
10-50, có khi tới 100Ao), được hình thành do nước hấp thụ (nằm trong lớp vỏ các chất
thủy hóa dạng gel) bốc hơi sinh ra.
+ Lỗ rỗng nhỏ và kín có kích thước bằng 100-1000 A o. Về kích thước, nó ở
dạng trung gian giữa lỗ rỗng dạng gel và lỗ rỗng mao quản.
+ Lỗ rỗng mao quản tạo nên phần thể tích rỗng chủ yếu trong đá xi măng, nó
có kích thước tương đối lớn. Sự xuất hiện của chúng liên quan đến lượng dùng nước
ban đầu trong hỗn hợp. Lượng nước này thường nhiều gấp 1,5 – 2 lần lượng nước liên
kết hóa học cần cho quá trình rắn chắc lâu dài của đá xi măng.
Nước nhào trộn phân bố trên bề mặt hạt xi măng, chiếm đầy khoảng không gian
giữa chúng và khi bốc hơi để lại trong cấu trúc đá xi măng một hệ thống lỗ rỗng thông
nhau, tạo nên lỗ rỗng mao quản. Loại lỗ rỗng này ảnh hưởng không tốt đến tính chất
của bê tông, làm giảm độ đặc chắc, tính chống thấm và cường độ. Có thể làm giảm thể
tích loại này bằng cách giảm lượng dùng nước ban đầu trong hỗn hợp bê tông.
Bê tông là vật liệu tổ hợp như vậy (kết cấu cuội kết), nên có đặc điểm là không
đồng nhất về mặt kết cấu và tính chất cơ lý đàn hồi của các thành phần tạo nên nó. Đó
cũng chính là nguyên nhân xuất hiện nội ứng suất gây ra vết nứt khi bê tông bị co
ngót, nở và biến dạng vì nhiệt độ, ảnh hưởng bất lợi đến các tính chất kỹ thuật của bê
tông.
Đặc trưng quan trọng của kết cấu bê tông là độ đặc và độ rỗng. Đặc trưng này
quyết định toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông cũng như cường độ, tính bền, khả
năng chống xâm thực hóa học, tính thấm nước, tính truyền nhiệt, khối lượng thể tích…
Do đó, nâng cao độ đặc chắc của bê tông là một biện pháp quan trọng hàng đầu để
nâng cao phẩm chất của bê tông. Độ đặc chắc của bê tông thường bằng 0,85 – 0,90
cũng có thể đạt tới 0,93 – 0,95, nhưng khó có thể nâng cao hơn nữa. Vì không thể
tránh được những mao quản trong đá xi măng và một lượng không khí nhất định lẫn
vào trong quá trình chế tạo bê tông.
Thể tích khi xâm nhập vào bê tông phụ thuộc vào tính chất của các thành phần
vật liệu. Khi cỡ hạt trung bình của cốt liệu giảm, nhất là khi hàm lượng hạt mịn của cát

tăng và độ cứng của hỗn hợp bê tông lớn, thì độ rỗng tăng.
Khi đầm chặt, một phần không khí xâm nhập sẽ thoát ra, nhưng vẫn còn lại một
phần khoảng 2-3% thể tích bê tông. Lượng bọt khí này tuy không nhiều nhưng thường


phân bố trên bề mặt của hai pha vữa xi măng và cốt liệu, nên làm giảm đáng kể cường
độ nén và cường độ kéo của bê tông (mỗi phần trăm bọt khí có thể giảm 5-10% cường
độ nén của bê tông). Có thể làm giảm lượng khí này bằng phương pháp hút chân
không để đẩy khí và nước thừa ra ngoài, làm cho kết cấu bê tông đặc chắc hơn.
Người ta thấy rằng, cường độ của vật liệu đá, trong đó có bê tông phụ thuộc vào
khối lượng thể tích của chúng và có thể biểu thị bằng biểu thức sau đây:
R = R1 (

γ n
)
γ1

Trong đó:
R1 – Cường độ của vật liệu có khối lượng thể tích

γ1

n – Chỉ số, phụ thuộc vào cấu trúc của vật liệu
R – Cường độ của vật liệu có khối lượng thể tích
A=

Nếu đặt:

R1
γ 1n

thì

γ

R = Aγ n

Biểu thức này chứng tỏ rằng cường độ của vật liệu có lỗ rỗng như bê tông tỷ lệ
với khối lượng thể tích (độ đặc).
2.2.3. Anh hưởng đến tính lưu biến của hỗn hợp bê tông
Sự hình thành các tính chất của bêtông bắt đầu từ khi chuẩn bị, đổ và đóng rắn
của hỗn hợp bêtông. Các công tác này phần nào quyết định chất lượng trong tương lai
của bêtông và cấu kiện. Tính chất quan trọng nhất của hỗn hợp bêtông là tính dễ đổ và
dễ tạo hình, nghĩa là khả năng của hỗn hợp bêtông tự chảy được hoặc nhận hình dạng
khuôn định trước, khi đó vẫn giữ được tính toàn khối và tính đồng nhất. Tính lưu động
xác định bằng độ lưu động (tính chảy) của hỗn hợp bêtông tại thời điểm đổ đầy khuôn
và độ dẻo.
Để mô tả trạng thái của hỗn hợp bêtông ở các điều kiện khác nhau người ta sử
dụng sử dụng các đặc tính lưu biến của chúng: ứng suất giới hạn trượt, độ nhớt và tính
xúc biến. Số lượng và tính chất của hồ ximăng có ảnh hưởng cơ bản đến các tính chất
này.
Để bê tông có cấu tạo thành phần được đồng đều, đặc chắc, đạt cường độ cao và
bền vững thì bê tông phải có độ dẻo cần thiết. Tính dẻo là một trong các tính chất quan


trọng nhất của bê tông, có ảnh hưởng quyết định đến phẩm chất của kết cấu. Tuỳ theo
thành phần nguyên vật liệu mà có tính lưu động khác nhau. Phương pháp để đánh giá
độ dẻo của hỗn hợp bêtông dẻo được áp dụng rộng rãi nhất là dụng cụ nón cụt tiêu
chuẩn. Độ sụt của hỗn hợp bêtông biểu thị độ dẻo của nó. Hỗn hợp bêtông lưu động dễ
thi công hơn bêtông khô, nhưng yêu cầu lượng ximăng lớn.

Các nhân tố ảnh hưởng đến độ dẻo của hỗn hợp bê tông: bao gồm các yếu tố
chủ yếu sau đây:
- Hàm lượng nước ban đầu của hỗn hợp.
- Lượng xi măng dùng và tính chất vữa xi măng.
- Tính chất và cấp phối hạt của cốt liệu cát, đá và hàm lượng của chúng trong bê
tông.
- Chất phụ gia hoạt tính bề mặt.
- Tác dụng của gia công chấn động.
2.2.3.1. Anh hưởng của hàm lượng nước ban đầu:
Lượng nước nhào trộn có ảnh hưởng đến độ dẻo của hỗn hợp bê tông.
Giả thiết lượng nước ban đầu trong hỗn hợp bê tông ít nước chỉ đủ bao ngoài
các hạt xi măng nhờ lực hút phân tử giữa các hạt xi măng và nước, tạo nên màng nước
hấp phụ. Màng nước này liên kết rất bền chắc với hạt xi măng, có tính đàn hồi, tính
chịu kéo, cường độ chống cắt và độ nhớt nhất định.
Nếu lượng nước tăng lên, màng nước hấp phụ dày thêm và do sức căng bề mặt
của nước (lực mao dẫn) nước sẽ chuyển dịch trong các đường mao quản làm cho hỗn
hợp bê tông có tính dẻo.
Nếu lượng nước tiếp tục tăng, sẽ hình thành nước tự do phân bố trong các ống
mao quản thông nhau, cũng như các lỗ rỗng và có thể chuyển dịch dễ dàng trong các
lỗ rỗng dưới tác dụng của trọng lực. Phần thừa của nước tự do trong hỗn hợp bê tông
sẽ xâm nhập vào các kẽ nứt của những hạt rắn và làm dày thêm màng nước bao quanh
chúng. Lực hút phân tử sẽ giảm nhiều, lực mao dẫn mất đi, độ nhớt của hồ xi măng
cũng như của hỗn hợp bê tông giảm nhanh chóng. Mỗi hỗn hợp bê tông đều tồn tại
một lượng nước tự do nhất định. Với giới hạn đó, mối liên kết trong hỗn hợp bê tông
không bị phá hoại, hỗn hợp không bị phân tầng, tách nước và có tính dẻo. Giới hạn đó
gọi là “khả năng giữ nước” của hỗn hợp bê tông. Nó phụ thuộc vào khả năng giữ nước
của chất kết dính và các thành phần nghiền mịn khác của hỗn hợp và hàm lượng của


chúng. Theo tài liệu của I.N.Ahverdov thì khả năng giữ nước của xi măng pooclang

không lớn hơn 1,65 lượng nước tiêu chuẩn.
Khi lượng nước tự do vượt quá khả năng giữ nước của hỗn hợp, hiện tượng
phân tầng sẽ xảy ra và tách ra lượng nước thừa. Theo định luật Stok (vận tốc lắng của
hạt phụ thuộc vào kích thước hạt rắn và khối lượng riêng của chúng), đầu tiên các hạt
cốt liệu lớn lắng xuống do độ nhớt của vữa không đủ để giữ các hạt đó ở trạng thái lơ
lửng, và tiếp đó là các hạt cốt liệu nhỏ. Trong khi đó, nước và thành phần nhẹ nhất nổi
lên trên làm cho lớp trên sản phẩm bão hòa nước trở nên xốp, yếu.
Quá trình phân tầng và tách nước xảy ra trong một thời gian ngắn, sau đó được
thay thế bằng quá trình trầm lắng dài hơn và không nhìn thấy được của các hạt xi
măng, phụ gia khoáng vật và bụi sét trong cát do tác dụng của trọng lực.
Nước thoát ra trong quá trình trầm lắng và dâng lên khi các hạt rắn xích lại chảy
quanh hạt cốt liệu, tạo nên một mạng lưới các đường mao quản thông nhau trong bê
tông. Nước có thể tập trung và giữ lại dưới các hạt cốt liệu lớn và những thanh cốt thép
và sau đó bốc hơi để lại lỗ rỗng, làm giảm sự tiếp xúc giữa đá xi măng với cốt liệu và
cốt thép. Do đó, lực dính kết giữa chúng giảm: Những đường mao quản và lỗ rỗng
thông nhau tạo nên những đường dẫn nước làm giảm khả năng chống thấm của bê
tông. Tuy nhiên, sự trầm lắng cũng tạo ra khả năng phân bố lại những hạt của chất kết
dính, cải thiện sự tiếp xúc giữa chúng và đẩy một phần nước thừa ra ngoài giảm bề dày
màng nước. Quá trình trầm lắng có thể điều chỉnh được hạn chế sự tách nước bằng
cách giảm lượng dùng nước ban đầu trong mà không ảnh hưởng xấu đến tính công tác
và khả năng tạo hình của bê tông nhờ lựa chọn thành phần vật liệu.


2.2.3.2. Anh hưởng của loại xi măng, lượng xi măng dùng và tính chất của nó.
Nếu trong hỗn hợp bê tông có một lượng vữa xi măng đủ để bao bọc các hạt cốt
liệu và lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu làm cho cốt liệu ít tiếp xúc với nhau, lực ma sát khô
sẽ giảm và tính lưu động của hỗn hợp sẽ tăng; nếu lượng vữa xi măng ít, lực ma sát
khô tăng, hỗn hợp sẽ kém lưu động. Tuy nhiên, không thể tăng lượng dùng xi măng
nhiều quá, vì giá thành bê tông sẽ cao.
Mặt khác với cùng một lượng nước nhào trộn khi lượng xi măng dùng trong

phạm vi 250-400 kg/m3 bê tông thì tính công tác của bê tông vẫn đảm bảo nhưng khi
tăng quá 400 kg/m3, độ nhớt của hồ xi măng sẽ tăng, độ dẻo của hỗn hợp bê tông giảm
và khi đó muốn giữ độ dẻo không đổi thì phải tăng lượng nước dùng.
Độ dẻo của hỗn hợp bê tông thay đổi theo loại xi măng và các loại phụ gia vô
cơ nghiền mịn trong xi măng.
Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng thể hiện mức độ ảnh hưởng của xi măng
đối với độ dẻo của hỗn hợp bê tông. Khi xi măng có lượng nước tiêu chuẩn lớn thì với
một lượng nước nhào trộn nhất định, độ dẻo của vữa xi măng cũng như của bê tông sẽ
kém.
Lượng nước tiêu chuẩn thay đổi phụ thuộc vào thành phần khoáng vật (thể hiện
qua khối lượng riêng của xi măng) và độ mịn của xi măng.
Khi độ mịn của xi măng tăng, lượng nước tiêu chuẩn cũng tăng và với một
lượng nước nhất định ban đầu, độ dẻo của vữa xi măng cũng như của hỗn hợp bê tông
sẽ kém. Nhưng khi độ mịn của xi măng tăng đến một mức nào đó (ví dụ lọt qua sàng
10.000 lỗ/cm2) thì quá trình thủy hóa của xi măng xảy ra nhanh và triệt để hơn, quá
trình hóa keo cũng xảy ra nhanh (lượng hạt keo lớn) làm tăng tính lưu động. Tuy
nhiên, để đạt tới độ mịn này, năng lượng nghiền phải lớn và chi phí cho sản xuất xi
măng sẽ tăng lên.
2.2.3.3. Anh hưởng của hàm lượng và tính chất cốt liệu:
Cốt liệu (lớn và nhỏ) chiếm một thể tích lớn trong hỗn hợp bê tông. Độ lớn, cấp
phối hạt, tính chất bề mặt hạt và những đặc trưng khác của chúng đều có ảnh hưởng
lớn đến tính chất hỗn hợp bê tông.


Nếu thay đổi cỡ hạt và cấp phối cốt liệu, tỉ diện của cốt liệu sẽ biến đổi trong
phạm vi đáng kể và nếu lượng nước ban đầu không đổi, độ dẻo của hỗn hợp bê tông
thay đổi rõ rệt.
Hình dạng hạt, tính chất bề mặt hạt, tính hút nước của cốt liệu đều ảnh hưởng
đến độ dẻo của hỗn hợp bê tông. Nếu dùng sỏi có hạt tròn, mặt trơn nhẵn với cùng
lượng nước nhào trộn thì độ dẻo của hỗn hợp bê tông sỏi lớn hơn hỗn hợp bê tông đá

dăm có nhiều hạt dẹt và bề mặt nhám. Muốn đạt độ dẻo giống nhau trong hỗn hợp bê
tông đá sỏi có thể giảm 5-15% lượng nước nhào trộn so với bê tông đá dăm.
Mức ngậm cát trong hỗn hợp cốt liệu ảnh hưởng nhiều đến tính chất hỗn hợp bê
tông. Ứng với mỗi hỗn hợp bê tông có một hàm lượng cát thích hợp đảm bảo hỗn hợp
bê tông đạt được yêu cầu về độ công tác, độ đặc chắc và cường độ với lượng dùng xi
măng và nước bé nhất; hoặc với lượng nước nhào trộn nhất định hỗn hợp bê tông sẽ
đạt được tính lưu động tốt nhất. Nếu mức ngậm cát lớn hay nhỏ hơn mức ngậm cát
thích hợp thì độ dẻo của bê tông đều giảm. Khi mức ngậm cát lớn hơn mức ngậm cát
thích hợp, lượng vữa xi măng không đủ để bao bọc hạt cốt liệu và nhét đầy các khe kẽ
giữa chúng, do đó nội ma sát của hỗn hợp tăng làm cho độ dẻo của hỗn hợp giảm.
Ngược lại, nếu mức ngậm cát nhỏ hơn mức ngậm cát thích hợp, lượng vữa xi măng cát
không đủ lấp đầy các khe kẽ giữa các hạt cốt liệu lớn làm cho nội ma sát của hỗn hợp
cũng tăng lên, độ dẻo giảm đi và có thể xảy ra hiện tượng phân tầng.
Mức ngậm cát thích hợp thường được xác định qua thực nghiệm và có thể tính
toán sơ bộ trên cơ sở giả định rằng trong hỗn hợp bê tông phần rỗng của cốt liệu lớn và
xung quanh hạt cốt liệu lớn được lấp đầy và bao bọc bởi vữa xi măng cát và vữa xi
măng lại bao quanh hạt cát và lấp đầy các khe kẽ của cát.
2.2.3.4. Anh hưởng của gia công, chấn động:
Gia công chấn động là biện pháp có hiệu quả để nâng cao độ dẻo của hỗn hợp
bê tông. Nó làm cho hỗn hợp bê tông cứng khô và ít dẻo trở thành dẻo và chảy hơn,
làm cho việc đổ khuôn và đầm chặt dễ dàng.
Khi bị chấn động, các phần tử của hỗn hợp bê tông dao động cưỡng bức liên tục
và sắp xếp lại vị trí khi tần số dao động đạt đến một trị số nào đó thì lực nội ma sát của
hỗn hợp sẽ giảm đến một giá trị nhỏ nhất, cấu trúc ban đầu bị phá hoại, hỗn hợp
chuyển sang trạng thái dẻo và chảy, độ cứng của hỗn hợp giảm xuống.


Cấu trúc ban đầu của hỗn hợp bị phá hoại khi chấn động là do các phân tử của
hỗn hợp có độ lớn, hình dạng, khối lượng và bề mặt khác nhau sẽ tách rời nhau.
Còn lại nội ma sát của hỗn hợp giảm là do trong khi chấn động, trong hỗn hợp

xuất hiện một áp lực có xu hướng chống lại tác dụng của trọng lực. Khi chấn động
tăng lên, trị số áp lực có thể vượt quá sự tác dụng của trọng lực, làm cho lực ma sát
giữa các hạt vật liệu biến mất hoàn toàn, hỗn hợp có tính chảy lỏng.
Nếu tiếp tục chấn động, các phần tử trong hỗn hợp sẽ chuyển động ngược chiều
nhau, sắp xếp lại chặt chẽ và hỗn hợp được lèn chặt.
2.2.4. Anh hưởng của tỷ lệ N/X đến cấu trúc bê tông
Tỷ lệ N/X ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của hồ ximăng, vữa và bêtông. Giá trị
của N/X ban đầu càng cao thì chiều dày lớp nước hình thành giữa đường ranh giới của
các hạt càng cao. Nước ngưng tụ tạo thành hệ thống các lỗ rỗng mao quản liên kết với
nhau trong toàn bộ hệ thống các lỗ rỗng mao quản liên kết với nhau trong toàn bộ thể
tích của bêtông. Lượng nước yêu cầu phụ thuộc vào tính công tác của bêtông và tính
chất của ximăng.
Hàm lượng nước trong các lỗ rỗng và thể tích các lỗ rỗng ảnh hưởng đến các
quá trình ăn mòn bêtông và cốt thép trong môi trương xâm thực. Nước hấp phụ trên
mặt các khoáng vật đã được thủy hóa sẽ làm giảm thể tích lỗ rỗng chứa đầy nước tự
do. Tuy nhiên, khi các lỗ rỗng có kích thước lớn, thì màng nước hấp phụ này không đủ
khả năng ngăn cản sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn, các ion ăn mòn khuyếch tán
trên màng chất lỏng sẽ xâm nhập vào đá ximăng gây phá huỷ cấu trúc đá ximăng và
bêtông.
Nếu tăng lượng ximăng và giảm lượng N/X cũng như khi độ ẩm môi trường lớn
hơn trong thời kỳ rắn chắc thì sẽ làm tăng số lượng các lỗ rỗng nhỏ hơn. Anh hưởng
của các điều kiện rắn chắc của vữa ximăng đối với độ rỗng được giải thích là do sự
hình thành các sản phẩm thủy hóa nhiều và nhỏ, chúng chia cắt không gian lỗ rỗng
nhiều miền khác nhau. N/X và điều kiện dưỡng hộ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của
bêtông.
Khi ximăng đóng rắn trong nước thủy hóa hoàn toàn ximăng xảy ra với tỷ lệ
N/X thấp. Bởi vì nước có thể thấm qua các lỗ rỗng mao quản và co ngót, một phần
chúng được giải phóng do kết quả thủy hóa. Tuy nhiên, cần thiết kế thể tích của các lỗ

rỗng đó đủ để chứa các sản phẩm thủy hóa. Khi N/X nhỏ hơn thủy hóa hoàn toàn của
ximăng khi đóng rắn của chúng trong nước không xảy ra.
2.3. Lý thuyết và hoạt động của phụ gia siêu dẻo
Chất siêu dẻo được gọi là phụ gia giảm nước trong phạm vi lớn có khả năng
giảm từ 3-4 lần lượng nước trộn trong hỗn hợp bê tông so với phụ gia giảm nước
thông thường, được phát triển vào những năm 1970. Chúng chứa đựng những chuỗi
dài, chất hoạt tính bề mặt anion có trọng lượng phân tử cao (20000-30000) với nhiều
nhóm phân cực trong chuỗi hydrocarbon.
Khi được hấp thụ vào các hạt xi măng, chất hoạt tính bề mặt truyền vào một
điện tích âm mạnh, mà giúp làm giảm áp suất bề mặt của nước bao quanh và làm tăng
đáng kể đến độ lưu động của hệ thống.
So với phụ gia giảm nước thông thường, lượng chất siêu dẻo dùng tới 1% trọng
lượng xi măng, có thể hợp thành hỗn hợp bê tông mà không có sự rò rỉ quá mức và
làm chậm quá trình ninh kết, mặc dù độ lưu động yêu cầu từ 20-25cm về độ sụt. Có
thể hình thành hồ keo của phần tử chuỗi dài của phụ gia mà làm cản trở sự rò rỉ nước
trong bê tông, để giảm sự phân tầng cho bê tông. Sự phân tán tốt của những hạt xi
măng trong nước sẽ thúc đẩy tỷ lệ hydrat hóa.
Thực tế, thế hệ thứ 1 của chất siêu dẻo gặp phải sự giảm nhanh về độ lưu động
hay độ sụt. Những sản phẩm hiện tại thường chứa đựng lignosulfonate hay những vật
liệu làm giảm nước khác để làm thay đổi việc mất độ sụt nhanh khi độ lưu động của
hỗn hợp bê tông cao đạt được ngay lập tức sau khi thêm phụ gia.
So với 5-10% giảm lượng nước nhào trộn khi dùng phụ gia dẻo thông thường,
sự giảm nước từ 20-30% có thể đạt được trong khi duy trì cao về độ sụt đối với bê
tông. Sự gia tăng đặc tính cơ học (cường độ chịu nén và chịu uốn) thường tỷ lệ với sự
giảm tỷ lệ N/X. Thông thường, nhờ tỷ lệ lớn của sự hydrat hóa của xi măng trong hệ
thống phân tán tốt, hỗn hợp bê tông chứa đựng chất siêu dẻo thậm chí có cường độ cao
hơn vào 3, 7 ngày tuổi hơn bê tông thông thường có cùng tỷ lệ N/X. Bằng cách dùng
hàm lượng xi măng lớn và N/X thấp hơn 0.4, có thể đạt được cường độ nhanh hơn.
Trong những năm 1990, thế hệ mới của chất siêu dẻo đã phát triển bao gồm
chất polyacrylate, polycarboxylate, và polyethylene đồng trùng hợp, mà có cấu trúc

phân tử giống hình lược. Thay vì lực đẩy tĩnh điện như cơ chế phân tán của xi măng,


sự kìm hãm của vị trí phản ứng thông qua cơ chế phân tán là cơ chế trội hơn bởi những
thế hệ mới siêu dẻo. Lực đẩy trong không gian, màng ngăn vật lý phạm vi nhỏ được
tạo ra giữa các hạt xi măng. Một nhánh của chuỗi hấp thụ bề mặt của hạt xi măng,
trong khi đó nhánh dài không được hấp thụ thì tạo ra lực đẩy trong không gian. Chuỗi
nhánh ghép của chất siêu dẻo hình lược thì chìa ra và kéo dài từ bề mặt xi măng được
hấp thụ để cản trở các hạt xi măng gần đó tiến vào phạm vi bên trong mà lực hút
Vanderwaals có hiệu lực. Khi ảnh hưởng của lực đẩy trong không gian kéo dài lớn hơn
lực đẩy tĩnh điện, việc ảnh hưởng lớn trước tiên là việc duy trì độ sụt, thậm chí với liều
lượng mà thấp hơn chất siêu dẻo naphthalene hay melamine-sulfonate.
Việc sử dụng bê tông cường độ cao đã tăng đáng kể so với thế kỷ trước ở Úc.
Song song đó là sự gia tăng của việc sử dụng những phụ gia đặc biệt như những chất
siêu dẻo trong bê tông.
Những chất siêu dẻo truyền thống giảm nước khi được đưa vào hỗn hợp bê tông
diễn ra bởi cơ chế lực đẩy tĩnh điện hoạt động trên những hạt xi măng. Tuy nhiên,
trong khi sản xuất bê tông có tính công tác cao, sự duy trì về tính công tác có thể được
giới hạn hoặc giảm xuống bởi những lần vận chuyển kéo dài và nhiệt độ được nâng
cao.
Gần đây, thế hệ mới của những chất siêu dẻo có gốc là những polymer ether
polycarboxylic được điều chỉnh (PCE) đã được giới thiệu ở Úc. Những polymer này
sẽ bao gồm những chất hóa học duy nhất mà hoạt động như là những chất phân tán xi
măng mạnh mẽ cũng như cung cấp về sự duy trì khả năng làm việc rất đặc biệt mà
không làm chậm thời gian đông kết và sự phân tầng.
Cách thức phản ứng của những chất siêu dẻo PCE có thể được miêu tả như là
cơ chế “triple” (nhân ba). Điều này cải thiện cả sự phân tán và sự duy trì độ sụt của bê
tông thậm chí với N/X thấp.
Những chất siêu dẻo có gốc là những hóa chất polymer mới mà được phát triển
ở Nhật Bản thì đang được sản xuất đều đặn thành công trên khắp thế giới trong đó có

Úc. Những chất siêu dẻo Polycarboxylate Ether (PCE) đại diện chủ yếu cho bước đột
phá mới trong công nghệ bê tông khi chúng có thể cung cấp cho việc giảm nước đến
40% và làm cho tính công tác có thể được kéo dài mà không gây chậm đông kết và sự
phân tầng.


Vì thế, với những chất siêu dẻo PCE, những lợi ích bao gồm nhu cầu được giảm
lượng sử dụng với phụ gia thêm vào hoặc làm giảm nước. Đặc biệt với hỗn hợp sử
dụng tỷ lệ N/X thấp, trong suốt quá trình vận chuyển kéo dài và điều kiện thời tiết
nóng.
Những chất siêu dẻo PCE có tính linh động được thêm vào khi được điều chỉnh
bằng cách thay đổi cấu trúc phân tử, ghép với những polymer khác vào mạch chính
của polymer, pha trộn với những polymer hoặc những hóa chất thích hợp khác, hoặc
kết hợp những khả năng này làm cho phù hợp yêu cầu về khả năng làm việc riêng để
ứng dụng.
Ví dụ của sự điều chỉnh này bao gồm sự điều chỉnh đối với đặc tính như thời
gian đông kết, sự kéo dài độ sụt, sự giảm nước và sự co ngót khi khô cứng. Với tiềm
năng phát triển này, công nghệ PCE sẽ giúp cho việc sử dụng bê tông tính năng cao
bao gồm: cường độ cao, bê tông reactive powder concrete và bê tông tự lèn.
Với những lý do này, những chất siêu dẻo thế hệ mới cũng được đề cập đến như
là “hyperplasticise” và có thể cung cấp những giải pháp thuộc về kinh tế cho việc chế
tạo bê tông có tính năng cao. Những “hyperplasticiser” cũng đã được sử dụng trong
sản xuất bê tông có tính công tác cao, bê tông tự lèn.
Những lợi ích đối với nhà thầu cũng có thể như: giảm nhân lực ở công trường,
đổ và hoàn thành nhanh hơn, khả năng lèn tốt thậm chí với cốt thép dày đặc, những
công trình riêng biệt mà chế độ rung ít hoặc không rung, tháo khuôn nhanh hơn và
hoàn thành bề mặt đẹp.
Hơn 4 thế kỷ qua, đã có sự cải tiến đáng kể về công nghệ phụ gia. Những chất
siêu dẻo giảm nước trong phạm vi lớn (HWR) đã được giới thiệu ở Úc vào năm 1974.
Những chất siêu dẻo truyền thống vẫn được sử dụng thông thường ngày nay được

phân loại theo 3 nhóm:
(1) Sulphonated naphthalene formaldehyde condensates (SNFC)
(2) Sulphonated melamine formaldehyde condensates (SMFC)
(3) Những loại vật liệu pha trộn khác.
Những chất siêu dẻo có gốc được kết hợp giữa vật liệu nguyên chất để cung cấp
sự làm việc được cải thiện bao gồm: giảm việc mất độ sụt được giới thiệu vào những
năm 1980. Mặc dù những chất siêu dẻo được điều chỉnh vẫn được sử dụng rộng rãi,
chúng cũng có những giới hạn. Điều này bao gồm: Kéo dài thời gian đông kết nhờ vào


việc sử dụng liều lượng tương đối cao để đạt tỷ lệ N/X thấp hơn và sự duy trì độ sụt,
đặc biệt trong suốt quá trình vận chuyển kéo dài và trong điều kiện thời tiết nóng.
Lịch sử của những chất siêu dẻo polycarboxylate ether
Trong lúc những công nghệ mới đã được phát triển ở Nhật Bản, nơi mà những
sáng chế đầu tiên được đăng ký vào đầu những năm 1980 để sản xuất những polymer
polycarboxylate có tính năng cao. Những polymer này được tổng hợp và được thiết kế
riêng biệt cho việc dùng trong bê tông.
Công nghệ polymer mới này đã được sản xuất ở Mỹ vào năm 1997, kế đến là
Úc vào năm 1998. Kể từ khi giới thiệu công nghệ PCE đã được sử dụng đa dạng cho
những công trình chính, những dự án khai thác mỏ và hầm ở Úc.
Những ví dụ bao gồm bê tông có tính năng cao được sử dụng ở “the Walsh
Bay, Jones Bay và những dự án hồ bơi Andrew Boy Charlton ở NSW”. Dự án đường
vòng Intercity và Riparian Plaza ở Queensland.
Những chất siêu dẻo PCE cũng đã được sử dụng thành công đối với bê tông tự
lèn ở dự án như : đường vòng Nundah ở Queensland, Global Switch và Cove
Apartments ở NSW.
Bê tông tự lèn cũng đã được sử dụng thành công trong sản xuất thành phần đúc sẵn
như là: cống nước, hầm mỏ, hàng rào phân ranh giới và những panel “tilt-up” (dựng
đứng lên).
Cơ chế phản ứng của chất siêu dẻo loại polycarboxylate ether (PCE)

Cơ chế phân tán của SNFC và SMFC có gốc chất siêu dẻo có thể được giải
thích nhờ vào lực đẩy tĩnh điện giữa những hạt xi măng mang được tích điện âm nhờ
vào sự hấp thụ của phân tử polymer loại anion lên trên bề mặt xi măng và được đo
bằng độ lớn của điện thế zeta.
Cơ chế phân tán của những chất siêu dẻo PCE chủ yếu nhờ vào 2 loại khác
nhau của lực đẩy giữa những hạt xi măng:
(1) Lực đẩy tĩnh điện gây ra nhờ sự hấp thụ của điện tích âm được tạo ra nhờ vào
nhóm carboxylic.
(2) Anh hưởng của sự cản trở việc bố trí các nguyên tử trong không gian từ polymer
mạch chính và polymer mạch nhánh. Cấu trúc ‘comb-like’ (hình lược) được mô tả
theo hình 1:


Lực đẩy tĩnh điện đối với chất siêu dẻo PCE bằng nửa giá trị được đo so với
chất siêu dẻo SNFC và sự phân tán chủ yếu nhờ vào ảnh hưởng của việc bố trí các
nguyên tử trong không gian rất mạnh, điều này sẽ đẩy những hạt xi măng ra xa.
Sự duy trì độ sụt còn tùy thuộc một phần vào khả năng của phụ gia đẩy những
hạt xi măng ra xa. Khi quá trình hydrate hóa xảy ra, sự phân tán từ lực đẩy tĩnh điện và
sự cản trở việc bố trí các nguyên tử trong không gian được khắc phục và được giảm
xuống. Vì thế xi măng bắt đầu kết bông (kết cụm như len). Khi trộn, polymer “crosslinked” được thủy phân bởi pha nước alkaline của xi măng làm giảm bớt số lượng
thêm vào hỗn hợp của chất siêu dẻo. Loại cơ chế này thỉnh thoảng được đề cập như là
“tác động làm giảm sự đông kết”. Sự ảnh hưởng theo kiểu mạng lưới thì duy trì tính
công tác và độ sụt tốt hơn và sự giảm nước tốt hơn so với chất siêu dẻo truyền thống.
Cách khác là sử dụng PCE nối với polymer đa ion (multi-ion polymer). PCE
hấp phụ và phân tán trên bề mặt những hạt xi măng. Polymer đa ion không được hấp
phụ sẽ di chuyển giữa các phần tử (các hạt). Do đó, làm giảm sự ma sát và cải thiện
tính công tác. Nếu những hạt có xu hướng “kết bông” (kết cụm như len), polymer đa
ion sẽ chen vào. Những hạt còn lại sẽ có sự ma sát nhỏ hơn. Loại phụ gia này cũng
được đề cập như là phụ gia tăng tính nhớt (VEA) và tính công tác cao và bê tông tự lèn
cũng như bê tông sử dụng cốt liệu thô được sản xuất.

Bê tông là một trong những vật liệu được sản xuất rộng rãi nhất trên thế giới và
có những đổi mới hơn về kỹ thuật trong những thế kỷ gần đây, đặc biệt là trong việc
sử dụng những phụ gia mà đã cải thiện không những về chất lượng mà còn về phạm vi
của khả năng ứng dụng đối với sản phẩm xây dựng đa năng. Một trong những cải tiến
mới nhất là sự phát triển của phụ gia điều chỉnh độ nhớt được cải tiến (VMA) cũng
được đề cập như là Chất ổn định, phụ gia tăng cường tính nhớt (VEA) và phụ gia duy
trì nước.
2.4. Lý thuyết và hoạt động của phụ gia chống chảy rửa
Những phụ gia chống chảy rửa là những tác nhân được sử dụng gần đây để làm
giảm tối thiểu những ảnh hưởng làm có hại mà liên quan với việc đổ bê tông dưới
nước. Những phụ gia này còn làm tăng độ dính kết của bê tông đến một mức độ mà
cho phép tiếp xúc trực tiếp với nước mà sự rửa trôi xi măng ít. Điều này cho phép việc


đổ bê tông dưới nước mà không sử dụng ống tremie. Những phụ gia này làm tăng tính
nhớt của nước trong hỗn hợp, kết quả là trong hỗn hợp với tính nhớt được tăng và
chống lại sự phân tầng. Chúng thường bao gồm cellulose ether hoặc polymer acrylic
hòa tan được trong nước.
Hơn 1 thế kỷ qua, bê tông có thể bắt đầu xuống cấp vì nhiều nhân tố khác nhau.
Sự xuống cấp có thể liên quan đến chất lượng ban đầu của bê tông. Trong cấu kiện
công trình thủy, có nhiều sự xuống cấp diễn ra ở dưới nước. Cần thiết khi tháo nước ở
khu vực bị phá hoại trước khi sự sửa chữa bê tông có thể được tiến hành. Tuy nhiên,
gần đây, những phụ gia hóa học mới có thể làm gia tăng độ nhớt của bê tông. Việc
tăng độ nhớt dẫn đến có thể đổ bê tông dưới nước mà không duy trì một vật được bịt
kín dưới nước. Kết quả là nhiều việc sửa chữa bê tông có thể được thực hiện mà không
tháo nước ở cấu kiện.
Phụ gia chống chảy rửa: mục tiêu chính của phụ gia này là ngăn ngừa việc rửa
trôi xi măng và sự phân tán của cốt liệu trong việc đổ bê tông dưới nước. Phụ gia này

dùng để gia tăng độ nhớt và duy trì lượng nước của vữa bê tông. Tóm lại, nó thể hiện
vai trò của “một tác nhân làm tăng cường độ nhớt”. Người ta biết rằng, độ nhớt của nó,
khi được hòa tan, thì tương đối khác tùy theo sự trùng hợp, trọng lượng phân tử và loại
nhóm thế (ví dụ thế dương). Những cellulose ethers hòa tan được trong nước thì hòa
tan nhanh chóng ở hỗn hợp có pH cao như bê tông. Nó cũng không dễ bị hư khi sự
thay đổi hóa học trong bê tông như: phản ứng, sự đông cứng hay sự phân rã.
2.4.1 Sự thay đổi với những polymer tan được trong nước:
Trong việc biến đổi với những polymer tan được trong nước (như những chất
có nguồn gốc cellulose và polyvinyl alcohol), những số lượng nhỏ của những polymer
được thêm vào dạng bột hoặc dung dịch hòa tan cho vào vữa xi măng và bê tông trong
suốt quá trình trộn. Sự điều chỉnh cải thiện chủ yếu ở khả năng làm việc của chúng bởi
sự hoạt hóa bề mặt của những polymer tan được trong nước và ngăn cản hiện tượng
“dry-out” (sự thiếu nước để thủy hóa xi măng). Sự ngăn cản “dry-out” được giải thích
bởi sự gia tăng tính nhớt của pha nước trong vữa xi măng và bê tông được điều chỉnh
và ảnh hưởng của sự bịt kín nhờ vào sự hình thành của lớp màng rất mỏng và không
thấm nước qua được. Nói chung, những polymer tan được trong nước khó mà góp
phần vào sự cải thiện cường độ của hệ thống điều chỉnh.


2.4.2 Cấu tạo:
Trong cấu tạo của vữa và bê tông polymer được điều chỉnh có thể tan trong
nước, vật liệu và thành phần hỗn hợp của chúng tuân theo quy trình đối với vữa và bê
tông xi măng thông thường. Số lượng nhỏ của những polymer được thêm vào ở dạng
bột hoặc dung dịch nước đối với vữa xi măng và bê tông trong suốt quá trình trộn. Khi
được thêm vào ở dạng bột, có thể thích hợp đối với polymer dạng hỗn hợp khô với hỗn
hợp xi măng- cốt liệu, sau đó trộn chúng với nước. Những polymer tan được trong
nước thường được sử dụng tỷ lệ polymer-xi măng ít hơn 3%, và hiệu quả chính của
chúng là cải thiện khả năng làm việc. Vữa và bê tông sử dụng polymer tan được trong
nước thì được xử lý dễ dàng trong suốt quá trình trộn, láng mặt hay đổ như vữa và bê
tông xi măng thông thường. Không có sự dưỡng hộ đặc biệt được yêu cầu đối với hỗn

hợp bê tông được điều chỉnh bằng những polymer này.
2.4.3 Đặc tính:
Hệ thống polymer tan được trong nước thường được sử dụng ở tỷ lệ polymer –
xi măng rất thấp để cải thiện khả năng làm việc. Độ quánh của hệ thống polymer tan
được trong nước được cải thiện đáng kể khi tỷ lệ N/X thấp hơn N/X của vữa và bê
tông xi măng thông thường, bởi vì sự dẻo hóa và ảnh hưởng cuốn khí của những
polymer. Điều này có thể đóng góp đáng kể đến sự cải thiện tính công tác và ngăn
ngừa sự bốc hơi, và cũng dẫn đến sự dính kết tốt hơn đối với nền có nhiều lỗ rỗng ví
dụ như: gạch ceramic, vữa và bê tông. Sự dính kết đối với gạch được tăng với việc
tăng tỷ lệ polymer-cement. Thông thường, sự đông kết của hỗn hợp bê tông được điều
chỉnh thì bị làm cản trở trong một phạm vi nào đó (được so sánh với hệ thống xi măng
thông thường), điều này phụ thuộc vào loại polymer và tỷ lệ polymer – xi măng.
Sự hấp thụ nước của hệ thống methyl cellulose tăng khi gia tăng tỷ lệ polymer –
xi măng. Trái lại, sự thấm nước của bê tông giảm khi tăng tỷ lệ polymer – xi măng.
Methyl cellulose gây ra sự trương nở đáng kể nhờ vào sự hấp thụ nước và bịt kín lỗ
rỗng mao quản trong hệ thống được điều chỉnh, và do đó giảm khả năng thấm nước.
Sự co ngót khi khô của hệ thống polymer tan được trong nước thì thường lớn
hơn của hệ thống không được điều chỉnh. Tuy nhiên, hệ thống methyl cellulose biểu
hiện sự co ngót khi khô nhỏ hơn hệ thống không được điều chỉnh. Sự co ngót khi khô
được giảm khi tăng tỷ lệ polymer-cement.


Trong những năm gần đây, khi mà những cấu kiện bằng bê tông ở cảng, cầu và
công trình biển có phạm vi lớn hơn, việc cần thiết cho việc sử dụng bê tông chống
chảy rửa dưới nước để chắc chắn đúng cho việc thi công dưới nước đã trở nên gia
tăng. Những yêu cầu chính cho bê tông chống chảy rửa dưới nước là chống chảy rửa
hay chống lại sự phân tầng, khả năng chảy, khả năng tự san bằng và điều chỉnh độ tách
nước. Bê tông chống chảy rửa dưới nước được sản xuất bằng cách thêm vào phụ gia
polymer, cụ thể là phụ gia chống chảy rửa ở tỷ lệ polymer-xi măng từ 0.2-2.0% trong
suốt quá trình trộn của bê tông xi măng thông thường. Cơ chế mà polymer tan được

trong nước hoạt động như là 1 phụ gia chống chảy rửa trong bê tông chống chảy rửa
dưới nước. Polymer tan được trong nước dính kết với một phần của nước trộn bằng
liên kết hydro trong hỗn hợp bê tông, và phân tán dưới dạng phân tử trong nước trộn.
Kết quả là, nước trộn sẽ bị giữ lại trong cấu trúc mạng lưới của polymer phân tán, và
trở nên rất nhớt. Nước rất nhớt sẽ bao bọc những hạt xi măng và cốt liệu để truyền đạt
tính chất chống chảy rửa cho bê tông.

2.4.4 Nguyên tắc cơ bản của sự thay đổi polymer đến hỗn hợp ximăng
Những polymer hoặc monomer trong một sự phân tán, dạng bột hoặc dạng lỏng
với hồ vữa của bêtông tươi và phụ gia bêtông, rồi sau đó lưu hóa, nếu cần thiết, những
monomer trong hồ vữa hoặc bêtông thì được polymer hóa trong nó. Những polymer và
monomer sử dụng như là sự thay đổi ximăng biểu diễn hình 2.1.
Mặc dù những polymer và monomer trong một vài hình dạng như là latex,
polymer hoà tan trong nước, nhựa lỏng và những monomer được sử dụng kết hợp với
ximăng trong hồ vữa và trong bêtông, nó có tầm quan trọng hơn cả trong sự hyđrate