Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt polystyrene đến các tính chất của bê tông nhẹ polystyrene

Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

PHAN THẾ VINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CỠ HẠT
POLYSTYRENE ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
BÊ TƠNG NHẸ POLYSTYRENE
Chun ngành :VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Mã ngành: 06.58.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2006


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHAN XUÂN HOÀNG.

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……tháng……năm
…………

Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

TP.HCM. Ngày tháng

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

năm 2006

Họ và tên học viên: PHAN THẾ VINH

Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 14/12/1976

Nơi sinh: Quảng Nam

MSHV: 01904526
Chuyên ngành: VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG
MS NGÀNH: 60.58.80
I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN CỢ HẠT
POLYSTYRENE

ĐẾN

CÁC

TÍNH

CHẤT

CỦA

BÊ

TÔNG

NHẸ

POLYSTYRENE.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Biện luận đề tài.
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới.
3. Cơ sở lý thuyết, lựa chọn đối tượng và phương phương pháp nghiên cứu.
4. Thực nghiệm, đánh giá và bàn luận về kết quả nghiên cứu.
5. Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/02/2006
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/10/2006
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS-TS. PHAN XUÂN HOÀNG.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QUẢN LÝ NGÀNH

PGS-TS. PHAN XUÂN HOÀNG
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày tháng

PHÒNG ĐÀO TẠO - SĐH

năm 2006

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


4

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS-TS. PHAN XUÂN HOÀNG
đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn đến các Thầy, Cô đã giảng dạy, truyền đạt tận tâm các kiến
thức để nâng cao trình độ chuyên môn cho tôi trong suốt thời gian học tại trường.
Cảm ơn TS.Trần Bá Việt đã có những ý kiến thiết thực trong quá trình bảo vệ đề
cương và giúp đỡ các tài liệu thông tin quý báu, liên quan đến đề tài để tôi có hướng
thực hiện tốt luận văn này. Cảm ơn các bạn đồng nghiệp và các sinh viên ngành Vật
Liệu Xây Dựng đã hỗ trợ tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn đến các đơn vị quản lý Phòng Thí Nghiệm Trường Đại Học
Bách Khoa TP HCM; Phòng Thí Nghiệm Trường Đại Học Kiến Trúc TP HCM;
Phòng Thí Nghiệm chuyên sâu Trường Đại Học Cần Thơ; Công ty Kiểm Định Xây
Dựng Sài Gòn và những người đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ nhiệt tình, tạo điền
kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.

TP HCM, tháng 10/2006

5

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt polystyrene đến các
tính chất của bê tông nhẹ polystyrene” dựa trên cơ sở thành phần cỡ hạt
polystyrene hiện có trên thị trường trong nước theo điều kiện sản xuất hạt.
Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu hiện đại bằng quy hoạch thực
nghiệm và các phương pháp phân tích cấu trúc để nghiên cứu bản chất của sự
thay đổi tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông khi thay đổi thành phần cỡ hạt
cốt liệu polystyrene. Dựa trên 3 loại độ lớn cỡ hạt polystyrene và bằng các
phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khác nhau, đề tài đã đánh giá sự thay đổi
một số tính chất cơ lý chủ yếu như tính công tác, hệ số điền đầy, khả năng phân
tầng, khối lượng thể tích, khả năng cách nhiệt, cường độ chịu nén và độ hút nước
của bê tông cốt liệu hạt polystyrene.
Thành phần của luận văn gồm :
Chương 1. Phần mở đầu nêu ra những lý do, mục đích chọn đề tài.
Chương 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu bê tông nhẹ trên cơ sở sử
dụng cốt liệu hạt polystyrene trên thế giới và trong nước.
Chương 3. Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu.
Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm.
Chương 5. Phạm vi ứng dụng và biện pháp công nghệ chế tạo sản phẩm bê
tông nhẹ polystyrene.
Phần kết luận.
Cấu trúc luận văn: Gồm 5 chương, phần kết luận và tài liệu tham khảo.
Luận văn gồm 102 trang thuyết minh, 19 hình chụp, 7 hình scan, 13 bảng biểu và
16 biểu đồ.

6

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ -------------------------------------------------------3
LỜI CẢM ƠN ---------------------------------------------------------------------------------4
TÓM TẮT LUẬN VĂN ---------------------------------------------------------------------5
MỤC LỤC -------------------------------------------------------------------------------------6
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT -----------------------------------------------------------------9
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU -------------------------------------------------------------------- 13
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN. -------------------------------------------------------------- 16
2.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ CỐT LIỆU POLYSTYRENE.----------- 16
2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG
HẠT POLYSTYRENE --------------------------------------------------------------------- 18
2.2.1. Tình hình nghiên cứu bê tông nhẹ polystyrene trên thế giới -------- 18
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ----------------------------------------- 24
2.3. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. -------------------------------------- 24
2.3.1. Tính cấp thiết của đề tài --------------------------------------------------- 24
2.3.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu ----------------------------------------- 25
2.3.3. Nhiệm vụ nghiên cứu ------------------------------------------------------- 25
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -------- 26
3.1. CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU.
3.1.1. Đặc điểm nguyên vật liệu sử dụng--------------------------------------- 26
3.1.1.1. Xi măng portland ------------------------------------------------- 26
3.1.1.2. Cát xây dựng ------------------------------------------------------ 27
3.1.1.3. Nươcù ---------------------------------------------------------------- 28
3.1.1.4. Phụ gia và chất độn ---------------------------------------------- 28
3.1.1.5. Hạt poystyrene ---------------------------------------------------- 30
3.1.2. Tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông. ----------------------------- 31

7

3.1.2.1. Tính công tác của hỗn hợp bê tông polystyrene------------- 31
3.1.2.2. Độ phân tầng ------------------------------------------------------ 33
3.1.2.3. Khối lượng thể tích của bê tông-------------------------------- 34
3.1.2.4. Cường độ của bê tông nhẹ -------------------------------------- 35
3.1.2.5. Độ hút nước và hệ số mềm hoá -------------------------------- 41
3.1.2.6. Tính cách nhiệt của bê tông nhẹ ------------------------------- 41
3.1.3. Sự phân bố cấu trúc --------------------------------------------------------- 42
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -------------------------------------------- 43
3.2.1. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ----------------------------------- 43
3.2.1.1. Phương pháp thí nghiệm các tính chất vật lý của nguyên vật
liệu ------------------------------------------------------------------------------------ 43
3.2.1.2. Thí nghiệm tính chất của hỗn hợp bê tông polystyrene ---- 45
3.2.1.3. Thí nghiệm tính chất cơ lý của bê tông polystyrene ------- 45
3.2.2. Thiết kế cấp phối bê tông hạt polystyrene ----------------------------- 46
3.2.2.1. Thiết kết cấp phối bê tông theo yêu cầu về khối lượng thể
tích và cường độ chịu nén ------------------------------------------------- 46
3.2.2.2. Thiết kế cấp phối bê tông nhẹ polystyrene theo yêu cầu
khối lượng thể tích hỗn hợp bê tông ----------------------------------- 46
3.2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ------------------------------------ 49
3.2.4. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu ------------------------------ 56
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ CẤU TRÚC BÊ TÔNG
POLYSTYRENE. --------------------------------------------------------------------------- 58
4.1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. ------------------------------------------------- 58
4.1.1. Kế hoạch quy hoạch thực nghiệm ---------------------------------------- 58
4.1.2. nh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene đến cường độ chịu nén
của bê toâng ----------------------------------------------------------------------------------- 61

8

4.1.3. nh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene đến tính công tác của hỗn
hợp bê tông----------------------------------------------------------------------------------- 65
4.1.4. nh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene đến hệ số điền đầy và sự
phân bố cấu trúc. ---------------------------------------------------------------------------- 67
4.1.5. nh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene đến khả năng phân tầng70
4.1.6. nh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene đến khối lượng thể tích
và hệ số truyền nhiệt của bê tông nhẹ. ------------------------------------------------- 73
4.1.7. nh hưởng của phụ gia khoáng đến các tính chất của hỗn hợp bê
tông và bê tông ------------------------------------------------------------------------------ 76
4.1.8. Nghiên cứu cường độ bê tông phát triển theo thời gian ------------- 80
4.1.9. Nghiên cứu ảnh hưởng của cỡ hạt polystyrene đến độ hút nước và
hệ số mềm ----------------------------------------------------------------------------------- 80
4.2. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC BÊ TÔNG POLYSTYRENE --------------------- 82
4.2.1. Chụp hình phân bố cấu trúc bê tông polystyrene --------------------- 82
4.2.2. Phân tích cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét – SEM ------------ 89
CHƯƠNG 5. PHẠM VI ỨNG DỤNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊ TÔNG
POLYSTYRENE ---------------------------------------------------------------------------- 93
5.1. PHẠM VI ỨNG DỤNG--------------------------------------------------------------- 93
5.2. BIỆN PHÁP CÔNG NGHỆ ---------------------------------------------------------- 94
5.2.1. Dây chuyền công nghệ ----------------------------------------------------- 94
5.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất bê tông polystyrene ------------------- 55
PHẦN KẾT LUẬN ------------------------------------------------------------------------- 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ----------------------------------------------------------------100
TÓM TẮT LÝ LÒCH ----------------------------------------------------------------------102


9

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH
I. CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT:
X : Khối lượng Xi măng trong 1 m3 bê tông.
N : Khối lượng Nước trong 1 m3 bê tông.
C : Khối lượng Cát trong 1 m3 bê tông.
PGK: Phụ gia khoáng dùng trong 1 m3 bê tông.
Dmax : Độ lớn của cốt liệu hạt polystyrene dùng trong bê tông.
Kd: Hệ số điền đầy.
Rn: Cường độ chịu nén của bê tông.
SN : Độ sụt của hỗn hợp bê tông.
Pt : Độ phân tầng.
λ : Hệ số truyền nhiệt.
γo : Khối lượng thể tích.
II. CÁC BẢNG BIỂU:
Bảng 3.1. Các tính chất của xi măng PCB40 Hà Tiên 1. ---------------------------26
Bảng 3.2. Kết quả sàng cấp phối cát . -------------------------------------------------27
Bảng 3.3. Các tính chất của cát. -------------------------------------------------------27
Bảng 3.4. Các tính chất của cốt liệu hạt polystyrene. ----------------------------- 31
Bảng 3.5 Ma trận kế hoạch thực nghiêm yếu tố toàn phần -------------------------54
Bảng 4.1. Ma trận kế hoạch thực nghiêm ---------------------------------------------59
Bảng 4.2. Ma trận thành phần bê tông thực nghiệm---------------------------------60
Bảng 4.3. Bảng kết quả thử độ phân tầng--------------------------------------------- 71
Bảng 4.4. Bảng cấp phối xác định khối lượng thể tích và hệ số truyền nhiệt ----74
Bảng 4.5. Bảng cấp phối sử dụng phụ gia khoáng silica fume và tro bay ------ 77.
Bảng 4.6. Cấp phối bê tông khi sử dụng phụ gia siêu dẻo --------------------------79
Bảng 4.7. Bảng cường độ phát triển theo thời gian. ---------------------------------80


10

Bảng 4.8. Bảng thay đổi độ hút nước và hệ số mềm --------------------------------81
III. CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH:
Hình 3.1 Biểu đồ thành phần cỡ hạt---------------------------------------------------27
Hình 3.2. Hạt và cấu trúc hạt polystyrene có độ lớn hạt bằng 2 mm.-------------30
Hình 3.3. Hai mẫu thí nghiệm ---------------------------------------------------------37
Hình 3.4. Ứng suất tập trung trong 2 mẫu thí nghiệm ------------------------------38
Hình 3.5. Ứng suất tập trung quanh lỗ hỗng mẫu thí nghiệm ----------------------38
Hình 3.6. Vùng chuyển tiếp giữa hạt polystyrene và vữa xi măng trong bê tông
độ phóng đại 1250 lần.-------------------------------------------------------------------42
Hình 3.7. Hình phân bố cấu trúc hạt Dmax =6.3mm và 1mm----------------------43
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của SEM---------------------------------------57
Hình 4.1. Đồ thị không gian quan hệ giữa cỡ hạt polystyrene, N/X và cường độ
chịu nén bê tông --------------------------------------------------------------------------62
Hình 4.2. Biểu đồ quan hệ giữa tỉ lệ N/X và cường độ chịu nén của bê tông.---63
Hình 4.3. Biểu đồ quan hệ giữa cỡ hạt cốt liệu polystyrene với cường độ chịu
nén của bê tông --------------------------------------------------------------------------- 64
Hình 4.4. Đồ thị không gia quan hệ giữa cỡ hạt, N/X và độ sụt của hỗn hợp bê
tông.-----------------------------------------------------------------------------------------65
Hình 4.5. Biểu đồ quan hệ giữa tỉ lệ N/X và độ sụt hỗn hợp bê tông
polystyrene. --------------------------------------------------------------------------------66
Hình 4.6. Biểu đồ quan hệ giữa Dmax và độ sụt hỗn hợp bê tông polystyrene 66
Hình 4.7. Biểu đồ quan hệ giữa hệ số điền đầy với tỉ lệ N/X và cỡ hạt cốt liệu
polystyrene. --------------------------------------------------------------------------------68
Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ giữa hệ số điền đầy Kd với tỉ lệ N/X. ------------------69
Hình 4.9. Biểu đồ quan hệ giữa hệ số điền đầy Kd với cỡ hạt cốt liệu
polystyrene. --------------------------------------------------------------------------------69


11

Hình 4.10. Biểu đồ quan hệ giữa độ phân tầng với tỉ lệ N/X và cỡ hạt cốt liệu
polystyrene. --------------------------------------------------------------------------------72
Hình 4.11. Biểu đồ so sánh sự ảnh hưỡng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene đến
độ phân tầng của hỗn hợp bê tông. ----------------------------------------------------72
Hình 4.12. Biểu đồ so sánh sự ảnh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene. đến
khối lượng thể tích ------------------------------------------------------------------------75
Hình 4.13. Biểu đồ so sánh sự ảnh hưởng của tỉ lệ N/X đến hệ số truyền nhiệt
theo cỡ hạt.---------------------------------------------------------------------------------75
Hình 4.14. Biểu đồ so sánh sự ảnh hưởng của cỡ hạt cốt liệu polystyrene. đến
hệ số truyền nhiệt. ------------------------------------------------------------------------76
Hình 4.15. Biểu đồ so sánh sự ảnh hưởng của loại phụ gia khoáng đến cường
độ bê tông theo cỡ hạt cốt liệu polystyrene -------------------------------------------78
Hình 4.16. Sự phân bố hạt polystyrene có Dmax= 2mm, Kd <1 -------------------82
Hình 4.17. Sự phân bố hạt polystyrene có Dmax= 2mm, k>1----------------------82
Hình 4.18. Sự phân bố hạt có Dmax=4mm, Kd >1 ----------------------------------83
Hình 4.19. Sự phân bố hạt có Dmax= 4mm, Kd<1.----------------------------------83
Hình 4.20. Sự phân bố hạt có Dmax= 6mm, Kd >1----------------------------------84
Hình 4.21. Sự phân bố hạt có Dmax= 6mm, Kd<1 ----------------------------------84
Hình 4.22.Hình phân bố hạt polystyrene trên bê mặt mẫu bê tông. Dmax =
6mm, Kd<1.--------------------------------------------------------------------------------85
Hình 4.23. Hình phân bố hạt polystyrene trên bê mặt mẫu bê tông. Dmax =
6mm, Kd>1 -------------------------------------------------------------------------------- 85
Hình 4.24. Hình phân bố hạt polystyrene trên bê mặt mẫu bê tông. Dmax =
4mm, Kd<1.--------------------------------------------------------------------------------86
Hình 4.25. Hình phân bố hạt polystyrene trên bê mặt mẫu bê tông. Dmax =
4mm, Kd>1.--------------------------------------------------------------------------------86


12

Hình 4.26. Hình phân bố hạt polystyrene trên bê mặt mẫu bê tông. Dmax =
2mm, Kd>1.--------------------------------------------------------------------------------87
Hình 4.27. Hình phân bố hạt polystyrene trên bê mặt mẫu bê tông. Dmax =
2mm, Kd<1.--------------------------------------------------------------------------------87
Hình 4.28. Mẫu bê tông bị phân tầng. ------------------------------------------------- 88
Hình 4.29. Bề mặt mẫu bê tông có hệ số Kd xấp xỉ bằng 1. ------------------------88
Hình 4.30. Vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu hạt polystyrene có Dmax
= 2mm.-------------------------------------------------------------------------------------- 89
Hình 4.31. Vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu hạt polystyrene có Dmax
= 6mm.-------------------------------------------------------------------------------------- 90
Hình 4.32. Vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu hạt polystyrene có Dmax
= 2mm – độ phóng đại 10 000 lần.-----------------------------------------------------90
Hình 4.33. Vùng tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu hạt polystyrene có Dmax
= 6mm – độ phóng đại 250 lần ---------------------------------------------------------91
Hình 4.34. Sự hình thành khoáng trong đá xi măng trong 7 ngày tuổi. ---------- 91.
Hình 5.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo cấu kiện bê tông polystyrene----94


13

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
Việc triển khai nghiên cứu và áp dụng các loại bê tông nhẹ phục vụ cho các
nhu cầu ngày càng đa dạng của thị trường xây dựng là một xu thế tất yếu của
công nghệ bê tông Việt Nam. Vấn đề đặt ra là nghiên cứu ứng dụng bê tông nhẹ
phải hiệu quả phù hợp với điều kiện nguyên vật liệu có sẵn trong nước.
Bên cạnh việc chế tạo bê tông nhẹ trên cơ sở bê tông nhẹ hốc lớn, bê tông
bọt, khí… thì bê tông nhẹ trên cơ sở cốt liệu rỗng là một hướng nghiên cứu rất
hiệu quả và triển vọng. Trong đó, bê tông nhẹ trên cơ sở sử dụng hạt polystyrene
đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong nước nhưng vẫn còn chưa đồng bộ và

hiệu quả.
Do nguồn nguyên liệu hạt polystyrene trong nước vẫn chưa đáp ứng được
yêu cầu về cấp phối cỡ hạt hợp lý để sử dụng hiệu quả cho bê tông. Nhiều sản
phẩm bê tông nhẹ hạt polystyrene đã được chế tạo với cùng một loại cỡ hạt
nhưng khác nhau về độ lớn hạt. Sự khác nhau đó là do sản phẩm hạt được lấy từ
các nhà máy sản xuất hạt polystyrene hoặc là một số sản phẩm ngoại nhập cũng
chưa đáp ứng được thành phần cỡ hạt có cấp phối hợp lý cho bê tông.
Thông thường, các nhà máy sản xuất hạt polystyrene cho ra sản phẩm có
cùng một loại độ lớn hạt. Pháp [14] hạt polystyrene sử dụng trong bê tông chủ
yếu với 3 loại độ lớn hạt 1mm, 2.5mm và 6.3mm. Ở Việt Nam sản xuất chủ yếu
với 3 loại hạt có độ lớn Dmax là 2mm, 4mm và 6mm. Các loại hạt này được sử
dụng riêng theo từng lô với cùng loại cỡ hạt theo điều kiện sản xuất polystyrene.
Nếu dùng chung trộn lại ba loại cỡ hạt nói trên với nhau theo một tỉ lệ phối hợp


14

nhất định để sử dụng thì với ba loại cỡ đó vẫn chưa thể cho ra được một cấp phối
hạt hợp lý để sử dụng và công nghệ trộn hỗn hợp cho đồng đều cũng khó khăn.
Ở đây chúng ta xem hạt polystyrene trong bê tông nhẹ như là cốt liệu lớn.
Cấp phối hạt này không tuân theo yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu dùng trong bê
tông nặng theo theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1771: 1987. Do đó, khi sử dụng
trong bê tông thì ta xem mỗi thành phần cỡ hạt cốt liệu polystyrene tương ứng với
mỗi độ lớn cỡ hạt trong sản xuất hạt polystyrene. Theo điều kiện sản xuất thì độ
lớn cỡ hạt này có cùng cỡ hạt và chia ra thành 3 loại: Dmax=2mm, Dmax=4mm và
Dmax=6mm.
Như vậy, vấn đề đặt ra ở đây là sử dụng loại độ lớn cỡ hạt nào trong bê tông
là hợp lý và hiệu qủa, đảm bảo được các tính năng cơ lý của hỗn hợp bê tông và
bê tông.
Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt polystyrene đến các

tính chất của bê tông nhẹ polystyrene.” thực hiện nhằm góp phần nâng cao tính
ứng dụng cho bê tông nhẹ trên cơ sở sử dụng hạt polystyrene. Và bằng phương
pháp nghiên cứu toán học hiện đại để giải quyết các hàm mục tiêu tìm quy luật
quan hệ chung giữa các yếu tố của đối tượng nghiên cứu.
Cơ sở nghiên cứu của đề tài được nêu chi tiết trong chương 3, bao gồm cơ sở
lý thuyết và các phương pháp nghiên cứu. Trọng tâm là dựa trên quy hoạch thực
nghiệm với mục tiêu được thiết lập là mối quan hệ giữa các loại độ lớn cỡ hạt, tỉ
lệ N/X (nước trên xi măng) và các tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông và bê tông
nhẹ polystyrene. Từ đó xác định được loại độ lớn cỡ hạt và tỉ lệ N/X hợp lý và
hiệu quả trong bê tông. Sự hợp lý và hiệu quả đó được đánh giá thông qua việc
nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý, sự phân bố cấu trúc và các sản phẩm từ bê
tông nhẹ sử dụng hạt polystyrene.


15

Phần thực nghiệm được trình bày trong chương 4, các số liệu thực nghiệm về
các tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông được xác định phù hợp theo tiêu
chuẩn và các tài liệu kỹ thuật hiện hành. Phần phân tích cấu trúc của đề tài, do
đặc tính của sản phẩm nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu chụp hình phân bố cấu
trúc bằng kính hiển vi điện tử quét.
Để góp phần nâng cao tính ứng dụng bê tông tông nhẹ trên cơ sở sử dụng
hạt polystyrene, đề tài còn nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng vào trong bê tông
đểâ nâng cao hiệu quả sử dụng. Và đưa thêm vào phần công nghệ chế tạo các sản
phẩm từ bê tông nhẹ polystyrene nhằm cải thiện dây chuyền công nghệ hợp lý.
Phần cuối tác giả đưa ra một số kết luận và kiến nghị cho việc sử dụng bê tông
nhẹ hạt polystyrene.
Trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp cao học, do điều điện và thời gian
còn hạn chế nên đề tài chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy Cô, các chuyên gia và các

đồng nghiệp để hoàn chỉnh hơn, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng bê tông
nhẹ hạt polystyrene.


16

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHẸ HẠT POLYSTYENE:
Để đáp ứng được yêu cầu kinh tế và kỹ thuật trong xây dựng, con người đã
chế tạo ra nhiều loại vật liệu đặc biệt, cung cấp cho các công trình xây dựng. Vật
liệu bê tông đã ra đời gần 200 năm và đã khẳng định một vai trò quan trọng trong
công trình xây dựng. Chủng loại bê tông cũng ngày càng phong phú và mang
nhiều đặc tính ưu việt trong xây dựng.
Nhưng bê tông thông thường có thể không giải quyết được các vấn đề trong
công trình mà phải sử dụng loại bê tông đặc biệt hơn để đáp ứng được nhiều nhu
cầu trong xây dựng như tường, sàn cách âm, cách nhiệt, cấu kiện bao che tải
trọng thấp, panel, viên block xây tường…. Bê tông nhẹ là một trong những loại
đáp ứng được nhu cầu đó.
Bê tông nhẹï là một vật liệu xây dựng rất phổ biến trong xây dựng cơ bản
hiện nay trên thế giới, chúng được sử dụng trong nhiều lónh vực khác nhau: làm
khung, sàn, tường cho các nhà nhiều tầng, dùng trong các kết cấu vỏ mỏng, tấm
cong, trong cấu tạo các cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn.v.v. . Vì bê tông nhẹ
ngoài các ưu điểm của bê tông thông thường còn có tính cách âm, cách nhiệt tốt
hơn và đặc biệt là tổng giá thành của công trình nhà cao tầng xây dựng bằng bê
tông nhẹ thường thấp hơn đáng kể so với các loại bê tông thông thường khác. Với
bê tông nhẹ, có thể chế tạo được các cấu kiện phục vụ cho ngành xây dựng với
các ưu việt như sau: có kích thước lớn rất thích hợp cho việc vận chuyển, thi công
lắp ghép, trong thi công có thể cắt vật liệu theo bất cứ hình dáng nào phù hợp với
vị trí của kết cấu trong công trình.

17

Ở Việt Nam bê tông nhẹ có nhu cầu rất lớn trong tương lai của ngành xây
dựng trong việc xây dựng nhà cao tầng, nhà ở đòi hỏi cách âm cách nhiệt lớn,
nhà ở lắp ghép cấu kiện nhẹ, như tấm tường, block xây tường, panel sàn, panel
tường, và đặc biệt xây dựng nhà ở rẽ tiền cho vùng thấp, vùng lũ… Vì vậy,
ngành bê tông Việt Nam đã cho ra đời một số loại bê tông nhẹ như bê tông hạt
keramzit, agloporit, túp núi lửa, bê tông bọt, bê tông khí, bê tông hạt
polystyrene…
Do đó, phát triển bê tông nhẹ là một xu hướng tất yếu của công nghệ bê
tông Việt Nam. Bên cạnh phát triển các loại bê tông nhẹ có cấu trúc hốc rỗng,
cốt liệu rỗng, bê tông bọt, khí… thì việc phát triển bê tông nhẹ trên cơ sở sử
dụng hạt polystyrene là một hướng đi đầy triển vọng. Bê tông nhẹ polystyrene
bước đầu đã có những nghiên cứu và đưa vào sử dụng trong các công trình xây
dựng trong nước. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu còn chưa đầy đủ, còn nhiều bất
cập trong sử dụng. Khả năng phát triển và ứng dụng chưa cao, kỹ thuật sản xuất
còn thủ công, giá thành cao.
Chính vì vậy, bê tông nhẹ hạt polystyrene cần phải được đầu tư nghiên cứu
đầy đủ và đẩy mạnh sản xuất để đáp ứng một phần nhu cầu thiết yếu trong
ngành xây dựng đồng thời góp phần đa dạng hóa chủng loại vật liệu xây dựng
(VLXD) ở nước ta.
Bê tông nhẹ hạt polystyrene có thành phần chủ yếu là xi măng portland,
cát, hạt polystyrene và một vài phụ gia đặc biệt, có thể có thêm đá mi tuỳ vào
khối lượng thể tích và khả năng chịu lực. Chúng được phân bố đồng nhất trong
cấu trúc bê tông. Bê tông hạt polystyrene được xem là loại bê tông đặc biệt nhẹ
cách âm, cách nhiệt, cách ẩm tốt nhất, do hạt Polystyrene có hình ô mạng kín và
không thấm nước. Bê tông hạt polystyrene chủ yếu dùng chế tạo bê tông đúc sẵn

18

như viên block có lỗ hay đặc, tấm panel, tấm tường… Ngoài ra, còn đổ toàn khối
trên sàn sân thượng, sàn mái cách nhiệt…
Cốt liệu hạt polystyrene được sản xuất trong nước với nhiều loại cỡ hạt
khác nhau. nh hưởng của các loại cỡ hạt đến tính chất của bê tông nhẹ khi sử
dụng là một vấn đề đáng quan tâm và cần được tập trung nghiên cứu.
2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHẸ
POLYSTYRENE:
2.2.1. Tình hình nghiên cứu bê tông nhẹ polystyrene trên thế giới:
Bê tông nhẹ cốt liệu rỗng đã ra đời từ cuối thế kỷ XIX ở Châu u. Bê tông
nhẹ trên cơ sở chât kết dính vô cơ đã và đang được sử dụng phổ biến trong xây
dựng ở các nước Tây u, Mỹ, Chi Lê, Venezela, New Zealand, Nhật Bản,
Malaysia… như bê tông nhẹ bọt xốp, bê tông khí, bê tông nhẹ cốt liệu rỗng hạt
keramzit, agloporit, xỉ lò cao nở phồng, túp núi lửa, túp đá vôi, hạt polystyrene…
được ứng dụng trong xây dựng nhà nhiều tầng bằng bê tông cốt thép dùng cốt
liệu rỗng, xây dựng nhà ở lắp ghép với cấu kiện nhẹ, cách nhiệt, cách âm như
block tường, panel tường, panel mái, panel sàn, tấm tường nhẹ gia cường lưới
thép…
Bê tông nhẹ hạt polystyrene đã được phát minh từ những năm của thập
niên 1960 ở Đức (của công ty hoá chất BASF là tên thương mại viết tắt của
Badische Anilin und Sodawasser Fabriken A.G). Mặt dù đã có nhiều cố gắng của
nhóm sản xuất vật liệu xây dựng nhưng không có một ứng dụng mong muốn ban
đầu nào chứng tỏ thành công. Tuy nhiên, vài năm sau đó BAST đã lấy được
bằng sáng chế, sau đó đưa vào sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng ở Đức.
Trong những năm đầu của thập niên 1970 những người kỹ sư ở Áo, Th
Sỹ đã cải thiện một số tính chất cơ lý của bê tông polystyrene thành công cho

19

đến ngay nay. Sau đó nhiều năm những tính chất vật lý nổi bật của vật liệu này
đã được chứng minh như tính chống lửa và chống truyền hơi nước, cách âm, cách
nhiệt xuất sắc. Thực tế nó còn là thành phần vật liệu chống sương giá, chống sâu
bọ và côn trùng và thậm chí trở nên thân thiện với môi trường.
Những nghiên cứu đầu tiên về bê tông polystyrene ở Liên Xô cũ và Pháp
được tiến hành vào cuối các năm 80, đầu 90 tiến hành theo các hướng khác nhau
và là cơ sở cho việc phát triển và ứng dụng rộng rãi loại bê tông mới này trong
xây dựng. Cho đến nay bê tông polystyrene đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều
nước trên thế giới như LB Nga, Pháp, Séc, Italia, LB Đức, Canada, …
Tại LB Nga [4], sau khi quyết định số 18-81 của Bộ Xây Dựng Nga có
hiệu lực, trong đó quy định việc thiết kế xây mới các công trình phải tuân theo
tiêu chuẩn СНиП II-3-79 với yêu cầu cao hơn về hệ số cách nhiệt của công trình,
nhu cầu về cách nhiệt cho nhà và công trình trở nên rất cấp thiết. Nghiên cứu về
bê tông polystyrene được xem như một hướng đi có nhiều triển vọng đã được tiến
hành từ những năm 80 .
Các nghiên cứu tại Nga [20] chủ yếu là bê tông polystyrene có khối lượng
thể tích nhỏ hơn 800 kg/m3 từ các hạt polystyrene đã nở phồng với kích thước hạt
tới 20mm và là cơ sở để xây dựng tiêu chuẩn ГОСТ Р 51263-99 và được áp dụng
rộng rãi trong các lónh vực xây dựng ở Nga. Hiện nay ở Nga bê tông polystyrene
được sử dụng để chế tạo các tấm cách nhiệt, các lớp cách nhiệt đổ tại chỗ, sử
dụng lớp cách nhiệt trong các panel ba lớp đúc sẵn, làm các khối xây block và
vách ngăn tường ngoài… Các nhà sản xuất đã đưa ra một số tổ hợp máy trộn,
bơm bê tông và công nghệ chế tạo đặc chủng dành riêng cho hỗn hợp bê tông
này.


20

Tại Pháp, nghiên cứu về bê tông polystyrene từ những năm 80 với thương
hiệu là Polys Beto. Sản phẩm được chế tạo từ hạt polystyrene đã qua công đoạn
xử lý bề mặt bao gồm việc phủ bề mặt hạt cốt liệu bằng một lớp ưa nước và làm
cho chúng tích điện trái dấu với hạt xi măng. Sau khi xử lý các hạt cốt liệu này sẽ
dễ dàng nhào trộn với xi măng, nước và phụ gia tạo hỗn hợp bê tông có độ đồng
nhất cao. Sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng làm lớp láng
nền, lớp cách nhiệt cho sàn, mái, tường, được dùng chế tạo các tấm panen đúc
sẵn, chúng còn được dùng làm lớp lót, lớp đắp cho đường, làm bê tông trang trí,
lớp lót và cách nhiệt cho đường ống ngầm .

Hai mẫu bê tông nhẹ polystyrene cócỡ hạt Dmax = 6.3mm và 2.5mm.

K.Miled, K.Sab và Le Roy (tại Pháp) [14] đã nghiên cứu về thành phần cỡ
hạt cốt liệu polystyrene dùng trong bê tông đã được tiến hành với 3 loại Dmax =
1mm, 2.5mm và 6.3mm cũng đã góp phần đáng kể về việc nâng cao tính ứng
dụng của hạt.


21

Ba mẫu bê tông có cỡ hạt Dmax= 1mm, 2.5mm và 6.3mm
Năm 2005, K.Miled [15] có một bài viết về sự “ứng xử” cường độ của bê
tông nhẹ khi thay đổi độ lớn cỡ hạt polystyrene. Từ đó ông lập ra mô hình thí
nghiệm đối với nhiều loại vật liệu đồng nhất, đẳng hướng khác có chứa thành
phần rỗng bên trong. Ví dụ, K.Miled làm mô hình hai mẫu vật liệu với kích thước
2 mẫu thí nghiệm 65x100x20mm. Mẫu 1 khoét lỗ có độ lớn 5mm, khoảng cách
giữa 2 lỗ gần nhau là 5mm. Mẫu 2 có độ lớn lỗ 3 mm, khoảng cách giữa 2 lỗ gần
nhau là 2.75mm, sao cho hàm lượng thể tích lỗ hỗng hai mẫu như nhau. Bằng
phương pháp nén mẫu và tính toán cơ học vật liệu bằng phần tử hữu hạn
K.Miled đã chứng minh được kích thước lỗ hỗng bên trong vật liệu có ảnh hưởng

đáng kể đến cường độ bê tông.

Hình vẽ mô hình hai mẫu thí nghiệm của K.Miled


22

Hình mô phỏng ứng suất tập trung bê trong vật liệu của mô hình K.Miled
Tại Cộng Hoà Séc [19], bê tông nhẹ polystyrene sử dụng vào mục đích
cách nhiệt cho mái, tường, sàn trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Cốt liệu
nhẹ cũng được xử lý từ các hạt polystyrene nở phồng và các polystyrene phế thải
nghiền nhỏ từ bao bì, tấm lót, kê… giúp bảo vệ môi trường và hạ giá thành sản
phẩm. Một số sản phẩm có các tính chất như khối lượng thể tích 300 – 1200
kg/m3, cường độ chịu nén từ 0.5 – 5 Mpa, hệ số dẫn nhiệt từ 0.057 – 0.297
W/m.oC.h
trường đại học Florida đã nghiên cứu sử dụng phế thải làm bằng
polystyrene như hộp đựng thức ăn, hộp lót
bên trong các thiết bị máy móc để chống va
đập… làm cốt liệu cho bê tông nhẹ.

Bê tông nhẹ hạt polystyrene trên thế
giới đã chứng minh được những thế mạnh
của mình như một loại vật liệu nhẹ có hiệu
quả cao cho các công trình xây dựng.

Phê thải bằng polystyrene nghiền nhỏ làm cốt
liệu bê tông


23

Một số hình ảnh sản phẩm đã được ứng ở Nga theo tiêu chuẩn GOST
R5263-99.

Các Block tường

Đổ bê tông mái cách nhiệt
Tấm tường3 lớp cách nhiệt

Tấm tường
Sân thượng đổ bê toâng polystyrene


24

2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước:
Tại Việt Nam, bê tông nhẹ đã được sự quan tâm nghiên cứu từ những năm
90 trở lại đây, tất cả nghiên cứu đều thuộc về bê tông nhẹ dạng cốt liệu rỗng, sợi
thực vật, xỉ lò cao, bê tông bọt… Nhưng nói chung tất cả đều chưa triển khai
được phổ biến. Đối với bê tông nhẹ dùng hạt polystyrene, đã có các nghiên cứu
được tiến hành ở một số đơn vị như trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội, Viện
Khoa Học Công Nghệ Xây Dựng…
TS. Hoàng Minh Đức – đã nghiªn cøu chế tạo bê tông nhẹ polystyrene cho
nhà ở và công trình, đã đánh giá khả năng sử dụng hạt polystyrene như một loại
cốt liệu cho bê tông và đưa ra các phương pháp thử thích hợp. Tác giả đã nghiên
cứu một số tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông, trong đó có phương pháp
tính toán cấp phối bê tông polystyrene.
Công ty cổ phần bê tông Châu Thới 620 đã chế tạo sản phẩm tấm tường bê
tông nhẹ hạt polystyrene có cỡ hạt 4mm gia cường lưới thép đã đưa vào sử dụng
theo công nghệ đã được chuyển giao của công ty ADAGE của tập đoàn Polys

Beto của Pháp.
2.3. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
2.3.1. Tính cấp thiết của đề tài:
Bê tông nhẹ thực ra có nhu cầu rất lớn trong xây dựng ở nước ta, vì nó có
thể được ứng dụng trong các công trình xây dựng với các tính năng như cách
nhiệt, cách âm rất tốt, giảm tải trọng cho công trình, dễ thi công… Hiện nay, bê
tông nhẹ trên cơ sở sử dụng hạt polystyrene dùng để chế tạo các sản phẩm như
viên block tường, panen tường, panen sàn và mái cách nhiệt… đã và đang được
nghiên cứu ứng dụng ở một số đơn vị trong nước. Nhưng nhìn chung, sự nghiên


25

cứu vẫn chưa đầy đủ, vẫn còn tồn tại những bất cập về vấn đề lý thuyết, công
nghệ cũng như danh mục và phạm vi áp dụng.
Một vấn đề đặt ra là hiện nay sản phẩm hạt polystyrene được sản xuất với
nhiều loại cỡ hạt khác nhau, việc ứng dụng cốt liệu hạt trong bê tông nhẹ phải
chọn thành phần hạt hợp lý nhằm nâng cao những tính năng của hỗn hợp bê tông
và bê tông polystyrene như khối lượng thể tích, cường độ, tính công tác, khả năng
cách nhiệt … đó chính là một trong những cấp bách cần nghiên cứu về thành
phần cỡ hạt polystyrene trong bê tông, nhằm góp phần nâng cao tính ứng dụng
của bê tông nhẹ trên cơ sở sử dụng hạt polystyrene và góp phần giải quyết một
số vần đề về các yếu tố ảnh hưởng đến các tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông
và bê tông.
2.3.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cỡ hạt polystyrene đến các tính chất
của bê tông nhẹ polystyrene.
2.3.3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
1. Biện luận đề tài.
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới.

3. Cơ sở lý thuyết, lựa chọn đối tượng và phương phương pháp nghiên cứu.
4. Thực nghiệm, đánh giá và bàn luận về kết quả nghiên cứu.
5. Kết luận và kiến nghị.