Luận văn thạc sĩ nghıên cứu khả năng chống thấm của bê tông có sử dụng silicafume và tro bay

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐÀO XUÂN TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM
CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG SILICAFUME VÀ TRO BAY

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN CHÍNH

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Người cam đoan

Đào Xuân Trường


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài...............................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài............................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................2
5. Kết quả dự kiến.................................................................................................2
6. Cấu trúc của luận văn........................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG, TÍNH CHỐNG THẤM CỦA BÊ TÔNG;
KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SILICAFUME VÀ TRO BAY TRONG VIỆC
THAY THẾ XI MĂNG TRONG BÊ TÔNG.................................................................4
1.1. Tổng quan về bê tông.............................................................................................4
1.1.1. Khái niệm....................................................................................................4
1.1.2. Cấu trúc của bê tông....................................................................................4
1.1.3. Phân loại bê tơng:........................................................................................5
1.1.4. Tính chất cơ lý của bê tơng.........................................................................7
1.1.5. Tính thấm nước của bê tơng........................................................................9
1.2. Tổng quan về silicafume....................................................................................... 10
1.2.1. Khái niệm về silicafume............................................................................ 10
1.2.2. Thành phần silicafume.............................................................................. 11
1.2.3. Đặc tính của silicafume............................................................................. 11
1.2.4. Ứng dụng của silicafume trong xây dựng.................................................. 13
1.3. Tổng quan về tro bay............................................................................................ 16
1.3.1. Khái niệm về tro bay................................................................................. 16
1.3.2. Thành phần tro bay.................................................................................... 17
1.3.3. Cấu trúc hình thái của tro bay.................................................................... 19
1.3.4. Phân loại tro bay........................................................................................ 21

1.3.5. Sản lượng tro bay trong và ngồi nước...................................................... 22
1.3.6. Tình hình sử dụng tro bay.......................................................................... 24
1.3.7. Các cơng trình nghiên cứu ứng dụng tro bay trong lĩnh vực xây dựng......25


1.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng chống thấm của bê tơng.............................27
1.5. Các phương pháp thí nghiệm xác định khả năng chống thấm của bê tông:...........27
1.5.1. Phương pháp xác định độ chống thấm tối đa:............................................ 27
1.5.2. Phương pháp xác định hệ số thấm nước:................................................... 27
1.5.3. Phương pháp xác định độ sâu thấm nước:................................................. 28
1.6. Một số cơng trình nghiên cứu về khả năng chống thấm của bê tông.....................28
1.7. Kết luận chương.................................................................................................... 29
CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN, VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM...................30
2.1. Các tiêu chuẩn sử dụng trong thí nghiệm.............................................................. 30
2.2. Vật liệu sử dụng trong thí nghiệm......................................................................... 30
2.2.1. Cốt liệu nhỏ (cát)....................................................................................... 30
2.2.2. Cốt liệu lớn (đá 1x2).................................................................................. 32
2.2.3. Xi măng..................................................................................................... 35
2.2.4. Silicafume................................................................................................. 36
2.2.5. Tro bay...................................................................................................... 37
2.2.6. Nước.......................................................................................................... 39
2.3. Thiết bị sử dụng.................................................................................................... 40
2.3.1. Ván khuôn................................................................................................. 40
2.3.2. Máy trộn.................................................................................................... 40
2.3.3. Thiết bị đầm bê tông.................................................................................. 41
2.3.4. Bảo dưỡng mẫu bê tông............................................................................. 41
2.3.5. Thiết bị do độ sụt bê tông.......................................................................... 41
2.3.6. Máy nén mẫu kiểm tra cường độ bê tơng.................................................. 42
2.3.7. Thiết bị thí nghiệm thấm........................................................................... 42
2.4. Kết luận chương.................................................................................................... 43

CHƯƠNG 3. TH NGHIỆM X C ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA SILICAFUME VÀ
TRO BAY ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA
BÊ TÔNG.................................................................................................................... 44
3.1. Giới thiệu chung................................................................................................... 44
3.2. Vật liệu sử dụng thí nghiệm.................................................................................. 44
3.3. Thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông.................................................................. 45
3.4. Đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu................................................................................. 46
3.4.1. Đúc mẫu.................................................................................................... 46
3.4.2. Bão dưỡng mẫu......................................................................................... 48
3.5. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tơng............................................ 48
3.5.1. Quy trình nén mẫu..................................................................................... 48


[51]

3.5.2. Công thức xác định cường độ chịu nén ................................................ 50
3.6. Thí nghiệm xác định cấp chống thấm của bê tơng................................................ 50
3.6.1. Quy trình thí nghiệm................................................................................. 50
3.6.2. Tính kết quả, xác định độ cấp chống thấm................................................ 52
3.7. Kết quả và thảo luận............................................................................................. 54
3.7.1. Độ sụt của các hỗn hợp bê tông................................................................. 54
3.7.2. Ảnh hưởng của tro bay đến cường độ chịu nén của bê tông......................55
3.7.3. Ảnh hưởng của tro bay và silicafume đến khả năng chống thấm của bê tông .. 57

3.7.4. Mối quan hệ giữa cường độ chịu nén và cấp chống thấm..........................59
3.8. Kết luận chương.................................................................................................... 60
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KİẾN NGHỊ....................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 62
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

PHẢN BIỆN.


TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA BÊ TƠNG CĨ SỬ DỤNG
SILICAFUME VÀ TRO BAY
Học viên: Đào Xn Trường
Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08
Khóa: K34, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt:
Khả năng chống thấm của bê tơng là một trong những đặc tính vật lý quan trọng ảnh
hưởng đến độ bền của bê tông. Đề tài nghiên cứu khả năng chống thấm của bê tông có sử
dụng silicafume và tro bay từ nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4. Tỉ lệ các thành phần cấp phối là
xi măng: cát: đá = 1:2:3 và giữ không đổi trong suốt thí nghiệm. Xi măng portland (OPC)
được thay thế bởi silicafume và tro bay loại F với các tỉ lệ thay thế lần lượt là 20% tro bay,
15% tro bay 5% silicafume, 10% tro bay 10% silicafume, 5% tro bay 15% silicafume và 20%
silicafume trong khi tỉ lệ nước/tổng bột (tổng của xi măng, silicafume và tro bay) là 0.55. Các
thí nghiệm cường độ chịu nén được thực hiện trên mẫu lập phương kích thước
150x150x150mm trong khi các thí nghiệm khả năng chống thấm được thực hiện trên mẫu
hình trụ có đường kính 150mm và chiều cao 150mm. Tất cả các thí nghiệm được thực hiện tại
các thời điểm 28 ngày, 56 ngày và 90 ngày.
Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng khi 20% tro bay được sử dụng để thay thế xi măng
cường độ chịu nén thấp hơn mẫu đối chứng sử dụng 100% xi măng, tuy nhiên cấp chống thấm
của bê tông được cải thiện sau 56, 90 ngày tuổi. Khi thay thế 20% lượng xi măng bằng
silicafume và tro bay với tỷ lệ phối trộn lần lượt 5%, 10% 15% thì khả năng chống thấm của
bê tông được cải thiện tốt ở 28, 56, 90 ngày tuổi và cường độ chịu nén của bê tông giảm từ
1.1% đến 15.5%. Khi 20% silicafume được sử dụng để thay thế xi măng cường độ chịu nén
tại thời điểm 28, 56, 90 ngày thấp hơn mẫu đối chứng sử dụng 100% xi măng lần lượt 7.38%
đến 16.38%, tuy nhiên khả năng chống thấm của bê tông vẫn được cải thiện tốt. Nằm trong

giới hạn nghiên cứu của đề tài, tác giả đề xuất sử dụng 10% silicafume và 10% tro bay thay
thế 20% lượng xi măng trong hỗn hợp bê tơng vì góp phần tăng cao khả năng chống thấm của
bê tông trong khi vẫn đảm bảo cường độ chịu nén.
Từ khóa – silicafume; tro bay; cường độ chịu nén; cấp độ thấm, độ linh động.


FOR SAVING THE WATERPROOFING ABILITY
OF CONCRETE USING SILICAFUME AND FLY ASH
Abstract: Water resistance of concrete is one of the most important factors affecting the
durability of concrete. The project studied the effect of silicafume and class F fly ash from
Vinh Tan 4 power station on the water resistance of concrete. The mix composition was
cement: sand: coarse aggregate of 1:2:3 and kept constrantly during the project while orginal
portland cement was replaced by silicafume and class F fly ash on the mass basic of total
cementitious material at the replacement portion of 5%, 10%, 15% 20% when the water and
cementitious material (CM) ratio was constant at 0.55. The compressive strength tests were
conducted on the cubes dimensions of 150x150x150 mm. The water resistance tests were
conducted on the cylinders dimensions of 150mm diameter and 150mm height. All the tests
were conducted at 28 days, 56 days and 90 days.
The test results show that when 20% fly ash was used to replace OPC, the compressive
strengths are lower than that of the control samples, however the water resistances are the
improved at 56 days and 90 days. At 20% OPC replaced by silicafume and fly ash with turn
rate 5%, 10%, 15%, the water resistance of concrete are higher than that of the control
samples at 28 days, 56 days and 90 days while the compressive strength decreased from 1.1%
to 15.5%. At 20% silicafume replacement, the compressive strengths at 28 days, 56 days, 90
days reduce by 7.38% to 16.38%, howerver the water resistance of concrete increases in
compared with the control samples. Within the range of investigation, the authors recommend
to replace 20% of OPC by 10% silicafume and 10% fly ash as this replacement portion
contributes to the imporvements of both compressive strength and water resistance.
Keywords: silicafume, concrete, fly ash, compressive strength, workability, water
resistance

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Chỉ tiêu cơ lý của xi măng, tro bay, silicafume........................................................ 11
[9]

Bảng 1.2. Thành phần hóa học của tro bay theo vùng miền .............................................. 17
Bảng 1.3. Thành phần hóa học tro bay ở Ba Lan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau18
[21]
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM C618
.................................................................. 21
[26]
Bảng 1.5. Sản lượng và phần trăm sử dụng tro bay ở một số nước
.............................. 23
Bảng 2.1. Thành phần hạt của cát...................................................................................................... 30
Bảng 2.2. Hàm lượng các tạp chất trong cát.................................................................................. 31
-

Bảng 2.3. Hàm lượng ion Cl trong cát............................................................................................ 31
Bảng 2.4. Đặc tính cơ lý của cát (sông cái Diên Khánh).......................................................... 32
Bảng 2.5. Thành phần cỡ hạt cát (sông cái Diên Khánh)......................................................... 32
Bảng 2.6. Thành phần hạt của cốt liệu lớn..................................................................................... 33
Bảng 2.7. Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu lớn................................................................ 33
Bảng 2.8. Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập............................................... 34
Bảng 2.9. Đặc tính cơ lý của đá 1x2 (Hịn Ngang)..................................................................... 34
Bảng 2.10. Thành phần cỡ hạt đá 1x2 (Hòn Ngang).................................................................. 35
Bảng 2.11. Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng pc lăng hỗn hợp................................... 35
Bảng 2.12. Thơng số xi măng Nghi Sơn......................................................................................... 36
Bảng 2.13. Yêu cầu kỹ thuật đối với silicafume dạng bột rời................................................. 36
Bảng 2.14. Thông số kỹ thuật của silicafume ViKhanh Co,Ltđ............................................. 37

Bảng 2.15. Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây................................. 37
Bảng 2.16. Thông số kỹ thuật của tro bay Vĩnh Tân 4 (Bình Thuận).................................. 38
Bảng 2.17. Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua và cặn
không tan trong nước trộn vữa.................................................................................... 39
Bảng 2.18. Thông số côn thử độ sụt................................................................................................. 42
Bảng 3.1. Thành phần tỉ lệ cấp phối................................................................................................. 46
Bảng 3.2. Thành phần cốt liệu 01 mẻ trộn...................................................................................... 47
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật máy nén mẫu TYE 2000.............................................................. 49
Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật máy thí nghiệm thấm.................................................................... 52
Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra độ sụt bê tông các mẽ trộn............................................................. 54
Bảng 3.6. Cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông.................................................................... 55
Bảng 3.7. So sánh cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông các mẫu S2, S3, S4, S5, S6
so với mẫu S1.................................................................................................................... 56
Bảng 3.8. Kết quả kiểm tra khả năng chống thấm các hỗn hợp bê tông............................. 57
Bảng 3.9. Kết quả cường độ chịu nén và khả năng chống thấm của bê tông.................... 59


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất silicafume................................................................................................. 10
Hình 1.2. Silica Fume có màu dao động từ màu trắng đến màu xám đậm........................ 11
Hình 1.3. So sánh kích thước các hạt xi măng (trái) và các hạt silicafume (phải) ở cùng
độ phóng đại. Ký hiệu thanh màu trắng dài hơn ở phía silicafume ký hiệu
kích thước 1 µm............................................................................................................... 12
Hình 1.4. Khách sạn Burj Al-Arab (Dubai) – Cơng trình khách sạn cao 321m sử dụng
bê tông cường độ cao có thành phần silicafume (>80MPa)............................ 14
Hình 1.5. Bê tơng phun có sử dụng silicafume được sử dụng để sửa chữa mố cầu đã
xuống cấp. Tính cơng tác cao cho phép bê tơng phun có độ nảy ít hơn và
cho phép nâng chiều cao phun so với bê tông phun không sử dụng
silicafume............................................................................................................................ 15
Hình 1.6. Offshore Troll Platform..................................................................................................... 16

Hình 1.7. Tro bay..................................................................................................................................... 16
Hình 1.8. Sự tương phản về kích thước giữa các hạt tro bay hình cầu lớn và các
hạt nhỏ.................................................................................................................................. 19
Hình 1.9. Cấu trúc hạt tro bay sau khi tiếp xúc ngắn với dung dịch HF............................. 20
Hình 1.10. Cấu trúc tro bay tiếp xúc dung dịch HF trong thời gian dài.............................. 20
Hình 2.1. Máy trộn cưỡng bức............................................................................................................ 40
Hình 2.2. Máy trộn tự do....................................................................................................................... 40
Hình 2.3. Máy trộn tự hành.................................................................................................................. 40
Hình 2.4. Thiết bị đo độ sụt bê tơng................................................................................................. 41
Hình 2.5. Máy nén cơ............................................................................................................................. 42
Hình 2.6. Máy nén điện tử.................................................................................................................... 42
Hình 2.7. Máy thí nghiệm thấm.......................................................................................................... 43
Hình 3.1. Bảo dưỡng mẫu..................................................................................................................... 48
Hình 3.2. Máy nén mẫu TYE 2000 tại Las-XD 1396 (Nha Trang)...................................... 49
Hình 3.3. Máy thí nghiệm thấm HS-4 (Las-XD 1059).............................................................. 51
Hình 3.4. Thí nghiệm kiểm tra khả năng chống thấm bê tơng................................................ 52
Hình 3.5. Thí nghiệm kiểm tra khả năng chống thấm bê tơng................................................ 53
Hình 3.6. Thí nghiệm kiểm tra khả năng chống thấm bê tơng................................................ 53
Hình 3.7. Biểu đồ độ sụt các mẫu thí nghiệm............................................................................... 54
Hình 3.8. Biểu đồ cường độ chịu nén của hỗn hợp bê tông..................................................... 56
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh khả năng chống thấm các hỗn hợp bê tông theo thời gian . 58


1

MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
Tính chống thấm nước là một trong chỉ tiêu vật lý quan trọng của bê tông. Nước
thấm vào bê tông, phá hoại bê tông từ trong ra ngồi và gây ăn mịn cốt thép rất nguy
hiểm, như vậy tính chống thấm liên quan với tính bền vững của bê tơng và tính ổn định

của cơng trình bê tơng cốt thép. Hiện tượng thấm sẽ làm mất nước trong hồ chứa, kênh
[1]

mương, bể nước, gây thấm dột mái nhà, khu vệ sinh khi trời mưa, nước đọng .
Nhiều cơng trình xây dựng khơng quan tâm đến vấn đề chống thấm mà chỉ dựa
vào cường độ bê tông yêu cầu để thiết kế thành phần bê tông. Vì vậy sau một thời gian
nhiều cơng trình bê tơng cốt thép ở trong nước và dưới đất bắt đầu bị ăn mòn dẫn đến
[1]

hư hỏng .
Silicafume là vật liệu rất mịn, chứa oxít silic vơ định hình, thu được từ việc khử
o

thạch anh độ sạch cao bằng than trong lò điện hay lò cao ở nhiệt độ trên 2000 C
silicafume bốc lên như một chất hơi oxy hoá từ lị cao. Nó nguội, lắng đọng và được
thu hồi bởi các bộ lọc. Silicafume lắng đọng đó được xử lý để khử các tạp chất và
kiểm sốt kích thước hạt. Kích thước hạt của silicafume có đường kính trung bình
[2]

<1μm. Silicafume có màu dao động từ màu trắng đến màu xám đậm .
Tro bay là loại thải phẩm bụi mịn thu được tại bộ phận lắng bụi khí thải của nhà
máy nhiệt điện từ quá trình đốt than. Tro bay có kích thước hạt từ 1 - 10μm. Tro bay
được phân ra hai loại với các đặc điểm khác nhau: Tro bazơ (loại C) có hàm lượng
canxi oxit CaO ≥ 10%. Tro axit (loại F) có hàm lượng canxi oxit CaO < 10%. Tro bay
là loại phế thải, nếu không được thu gom, tận dụng sẽ không chỉ là một sự lãng phí lớn
mà cịn là một hiểm họa đối với môi trường nhất là trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ
của các ngành công nghiệp hiện nay

[3]

.

Nhờ độ mịn cao, độ hoạt tính lớn cộng với lượng SiO 2 có rất nhiều trong
silicafume và tro bay, nên khi kết hợp với ximăng puzzolan hay các loại chất kết dính
khác sẽ tạo ra các sản phẩm bê tơng có khả năng chống thấm cao, tăng độ bền với thời
gian.
Khả năng chống thấm của bê tông chịu ảnh hưởng chủ yếu từ yếu tố chất kết
dính và lỗ rỗng giữa các cốt liệu liên kết với nhau, vấn đề được đặt ra là sử dụng tỉ lệ
thành phần silicafume, tro bay và xi măng như thế nào trong thành phần cấp phối bê
tông để mang lại hiệu quả chống thấm cho bê tông mà vẫn đạt yêu cầu về cường độ.
Đây chính là lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu khả năng chống thấm
của bê tơng có sử dụng silicafume và tro bay”.


2

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu khả năng chống thấm của bê tơng có sử dụng silicafume và tro bay.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Các loại vật liệu:
Cát Sơng Cái (Diên Khánh, Khánh Hịa); đá Hòn Ngang (Nha Trang, Khánh Hòa); xi
măng Nghi Sơn PCB 40; Silicafume ViKhanh Co,Ltđ; tro bay Nhà máy Nhiệt điện
Vĩnh Tân 4 (Bình Thuận).
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của silicafume và tro bay đến khả năng chống
thấm của bê tông sau 28, 56, 90 ngày.
Xem xét mức độ ảnh hưởng của silicafume hay tro bay lớn hơn đối với khả
năng chống thấm của bê tơng từ đó tìm ra tỷ lệ tốt nhất giữa tro bay và silicafume
trong việc thay thế tổng tỉ lệ 20% xi măng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn:

TCVN 3105:1993: Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng- Lấy mẫu, chế tạo và
bảo dưỡng mẫu thử;
TCVN 3106:1993: Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt
TCVN 3116:1993: Bê tông - Phương pháp xác định độ chống thấm
TCVN 3118:1993: Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén
Tiến hành thí nghiệm với 6 tổ mẫu S1, S2, S3, S4, S5, S6 trong đó mẫu S1 là
mẫu đối chứng sử dụng 100% xi măng, mẫu S2 đến S6 trong đó 20% xi măng sẽ được
thay thế bằng silicafume và tro bay.
-

Phân tích các kết quả thí nghiệm.

Phân tích các kết quả thí nghiệm, so sánh về mức độ ảnh hưởng của silicafume
và tro bay đến khả năng chống thấm của bê tông.
5. Kết quả dự kiến
Xác định khả năng sử dụng silicafume và tro bay trong thành phần cấp phối
vừa đảm bảo cường độ chịu nén vừa mang lại hiệu quả chống thấm của bê tông.
- Đưa ra các kiến nghị khi ứng dụng trong thiết kế thành phần cấp phối bê
tơng.
Tìm ra tỉ lệ tối ưu giữa thành phần thay thế xi măng, silicafume và tro bay trong
khối lượng thay thế 20% xi măng để có đề xuất áp dụng.


3

6. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn gồm có các chương
như sau:
Chương 1: Tổng quan về bê tơng, tính chống thấm của bê tông; khả năng sử dụng
silicafume và tro bay trong việc thay thế xi măng trong bê tơng

Chương 2: Tiêu chuẩn, vật liệu và thiết bị thí nghiệm.
Chương 3: Thí nghiệm xác định khả năng chống thấm của bê tông thương phẩm
khi sử dụng silicafume và tro bay thay thế một phần xi măng.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG, TÍNH CHỐNG THẤM CỦA BÊ TÔNG;
KHẢ NĂNG SỬ DỤNG SILICAFUME VÀ TRO BAY TRONG VIỆC
THAY THẾ XI MĂNG TRONG BÊ TÔNG
1.1. Tổng quan về bê tông
1.1.1. Khái niệm
Bê tông là một loại đá nhân tạo, được hình thành bởi việc nhào trộn các thành
phần: Cốt liệu thơ, cốt liệu mịn, chất kết dính theo một tỷ lệ nhất định tạo nên một hỗn
hợp keo. Hỗn hợp keo này biến đổi qua một quá trình lý hố khá phức tạp và đơng kết
tạo thành đá xi măng. Tồn bộ q trình này diễn ra trong 28 ngày trong điều kiện tiêu
chuẩn sẽ đạt cường độ tiêu chuẩn được qui uớc trong tính tốn và thiết kế cơng trình.
[4]

Bê tơng là vật liệu dịn, tính đồng nhất kém và dị hướng .
Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu
nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm chất kết dính liên kết chúng lại
[4]

thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng .
Bê tơng có cấu trúc khơng đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau,
sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính khơng thật đồng đều, trong bê tơng vẫn cịn lại
một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi).
Q trình khơ cứng của bê tơng là q trình thủy hóa của xi măng, q trình thay

đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi măng.
Các quá trình này làm cho bê tơng trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính
[5]

dẻo .
1.1.2. Cấu trúc của bê tơng
1.1.2.1. Sự hình thành cấu trúc của bê tơng
Sau khi tạo hình các cấu tử của hỗn hợp bê tông được sắp xếp chặt chẽ hơn. Cùng
với sự thuỷ hoá của xi măng, cấu trúc của bê tơng được hình thành. Giai đoạn này gọi
là giai đoạn hình thành cấu trúc.
Các sản phẩm mới được hình thành do xi măng thuỷ hoá dần dần tăng lên, đến
một lúc nào đó chúng tách ra khỏi dung dịch quá bão hoà. Số lượng sản phẩm mới tách
ra tăng lên đến một mức nào đó thì cấu trúc keo tụ chuyển sang cấu trúc tinh thể, làm
cho cường độ của bê tơng tăng lên. Sự hình thành cấu trúc tinh thể sẽ sinh ra 2 hiện
tượng ngược nhau: tăng cường độ và hình thành nội ứng suất trong mạng lưới tinh thể.
Đó là nguyên nhân sinh ra vết nứt và giảm cường độ của bê tông.


5

Khoảng thời gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ đầu tiên của bê tông phụ
thuộc vào thành phần của bê tơng, dạng chất kết dính và phụ gia hố học. Hỗn hợp bê
tơng cứng và kém dẻo với tỷ lệ nước-xi măng khơng lớn có giai đoạn hình thành cấu trúc
ngắn. Việc dùng xi măng và phụ gia rắn nhanh rút ngắn giai đoạn hình thành
cấu trúc. Trong trường hợp cần duy trì tính cơng tác của hỗn hợp bê tông trong lúc

vận chuyển cũng như thời tiết nóng có thể dùng phụ gia chậm cứng rắn

[6]

.

1.1.2.2. Cấu trúc vĩ mô và cấu trúc vi mô
Cấu trúc vĩ mơ: Bê tơng là loại vật liệu có cấu trúc vĩ mơ phức tạp. Trong một
đơn vị thể tích hỗn hợp bê tơng đã lèn chặt bao gồm thể tích của cốt liệu, thể tích hồ xi
măng và thể tích lỗ rỗng khí.
Khi thi cơng nếu đầm nén tốt thể tích lỗ rỗng khí sẽ giảm đi, điều đó chophép
tăng cường độ chịu lực, tăng khả năng chống thấm và cải thiện nhiều tính chất kỹ thuật
khác. Cần lưu ý đến tỷ lệ N/X, lượng nước, lượng xi măng phải thích hợp để đảm bảo
cấu trúc của bê tơng được đặc chắc.
Cấu trúc vi mô của bê tông được đặc trưng bằng cấu trúc của vật rắn, độrỗng và
đặc trưng của lỗ rỗng trong từng cấu tử tạo nên bê tông (cốt liệu, đá xi măng) cũng như
cấu tạo của lớp tiếp xúc giữa chúng.
Lượng nước nhào trộn một phần dùng để bôi trơn hạt cốt liệu, một phầndùng để
tạo thành hồ của đá xi măng, còn một phần bị cốt liệu rỗng hút vào. Vì vậy hỗn hợp bê
tơng dẻo sau khi đổ khn cịn có xảy ra sự tách nước ở bên trong, nước sẽ đọng lại
[7]
trên bề mặt hạt cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa .
Độ bền của mối liên kết giữa cốt liệu và đá xi măng phụ thuộc vào bản chấtcủa
cốt liệu, vào độ rỗng, độ nhám của bề mặt, độ sạch của cốt liệu, cũng như vào loại xi
măng và độ hoạt tính của nó; vào tỷ lệ N/X và điều kiện rắn chắc của bê tông.
Độ rỗng trong bê tông bao gồm những lỗ rỗng nhỏ li ti và lỗ rỗng mao quản. Độ
rỗng của nó có thể lên tới 10 -15% và bao gồm:
- Lỗ rỗng trong đá xi măng (lỗ rỗng gen, lỗ rỗng mao quản, lỗ rỗng do khí cuốn
vào);
-

Lỗ rỗng trong cốt liệu;

- Lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu (khoảng không gian giữa các hạt cốt

liệukhông
được chèn hồ xi măng).
1.1.3. Phân loại bê tông:


6
[6]

- Theo dạng chất kết dính bê tơng được phân làm các loại sau :
+
Bê tông xi măng, bê tông silicat (chất kết dính là vơi), bê tơng thạch cao, bê
tơng chất kết dính hỗn hợp, bêtơng polime, bê tơng dùng chất kết dính đặc biệt.
+
Do khối lượng thể tích của bê tông biến đổi trong phạm vi rộng nên độ rỗng
của chúng cũng thay đổi đáng kể, như bê tơng tổ ong dùng để cách nhiệt có r = 70 85%, bê tông thủy công r = 8 - 10%.
[6]

- Theo công dụng bê tông được phân làm các loại sau :
+ Bê tông thường dùng trong các kết cấu bê tơng cốt thép (móng, cột, dầm,
sàn).
+
Bê tơng thủy công, dùng để xây đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các cơng
trình dẫn nước...
+ Bê tơng dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
+ Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ).
+
Bê tông có cơng dụng đặc biệt như bê tơng chịu nhiệt, chịu axit, bê tơng chống
phóng xạ.
Theo dạng cốt liệu bê tông được chia thành bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu
rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt (chống phóng xạ, chịu nhiệt, chịu axit).

-

[6]

Theo khối lượng thể tích bê tông được phân loại như sau :
3

+
Bê tông đặc biệt nặng (γ > 2500kg/m ), chế tạo từ cốt liệu đặc biệt, dùng cho
những kết cấu đặc biệt.
3

+
Bê tông nặng (γ = 2200 - 2500 kg/m ), chế tạo từ cát, đá, sỏi thông thường
dùng cho kết cấu chịu lực.
3

+
Bê tông tương đối nặng (γ = 1800 - 2200 kg/m ), dùng chủ yếu cho kết cấu
chịu lực.
3

+
Bê tông nhẹ (γ = 500 - 1800 kg/m ), trong đó gồm có bê tơng nhẹ cốt liệu rỗng
(nhân tạo hay thiên nhiên), bê tơng tổ ong (bê tơng khí và bê tơng bọt), chế tạo từ hỗn
hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng, và bê tơng hốc lớn
(khơng có cốt liệu nhỏ).
+

Bê tơng đặc biệt nhẹ cũng là loại bê tông tổ ong và bê tơng cốt liệu rỗng nhưng

3

có γ < 500 kg/m .


7

1.1.4. Tính chất cơ lý của bê tơng
Các tính chất cơ lý của bê tơng bao gồm: tính cơ học và tính vật lý. Tính chất cơ
lý của bê tơng phụ thuộc vào: chất lượng, đặc trưng của vật liệu, thành phần cấp phối,
tỷ lệ nước/xi măng, biện pháp thi cơng. Tính cơ học bao gồm cường độ (kéo, nén, ...).
Tính vật lý bao gồm tính cơng tác, co ngót, từ biến, khả năng chống thấm nước, ...
Trong giới hạn đề tài chỉ tập trung nghiên cứu đến khả năng chống thấm nước của bê
tơng.
1.1.4.1. Tính cơng tác
Tính cơng tác hay cịn gọi là tính dễ tạo hình, là tính chất kỹ thuật cơ bản của hỗn
hợp bê tơng, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng
nhất trong một điều kiện đầm nén nhất định. Để đánh giá tính cơng tác của hỗn hợp bê
tơng người ta thường dùng hai chỉ tiêu đó là độ lưu động và độ cứng.
Độ lưu động là chỉ tiêu quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó đánh giá khả
năng dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân hoặc rung
động. Độ lưu động được xác định bằng độ sụt của khối hỗn hợp bê tơng trong khn
hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu.
Độ cứng của hỗn hợp bê tông là thời gian rung động cần thiết để san bằng và lèn
chặt hỗn hợp bê tơng trong bộ khn hình nón cụt và hình lập phương.
Khả năng giữ nước là tính chất nhằm để đảm bảo độ đồng nhất của hỗn hợp bê
tơng trong q trình vận chuyển, đổ khn và đầm nén. Khi đầm nén hỗn hợp bê tông
dẻo, các hạt cốt liệu có khuynh hướng chìm xuống và xích lại gần nhau, nước bị ép
tách ra khỏi cốt liệu và cốt thép, nổi lên phía trên cùng với xi măng chui qua kẽ hở của
cốp pha ra ngoài, tạo thành những lỗ rỗng, làm khả năng chống thấm nước của bê tông

giảm. Một phần nước thừa đọng lại bên trong hỗn hợp tạo thành những hốc rỗng, ảnh
hưởng xấu đến cấu trúc và tính chất của bê tơng.
Việc giảm lượng nước nhào trộn và nâng cao khả năng giữ nước của hỗn hợp
bêtơng có thể thực hiện bằng sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt và lựa chọn thành
phần hạt cốt liệu một cách hợp lý. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính cơng tác của hỗn
hợp bê tông:
Lượng nước nhào trộn: Là yếu tố quan trọng quyết định tính cơng tác của hỗn
hợp bê tơng. Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo ra hồ xi măng và lượng
nước dùng cho cốt liệu để tạo ra độ dẻo cần thiết cho q trình thi cơng.


8

Khả năng hấp thụ nước của cốt liệu là một đặc tính cơng nghệ quan trọng của nó.
Khi diện tích bề mặt các hạt cốt liệu thay đổi, hay nói cách khác tỷ lệ các cấp hạt của
cốt liệu, độ lớn của nó và đặc trưng bề mặt của cốt liệu thay đổi thì độ cần nước cũng
thay đổi. Vì vậy, khi xác định thành phần bê tơng thì việc xác định tỷ lệ cốt liệu nhỏcốt liệu lớn tối ưu để đảm bảo cho hồ xi măng nhỏ nhất là rất quan trọng. Để đảm bảo
cho bê tơng có cường độ yêu cầu thì tỷ lệ nước - xi măng phải giữ ở giá trị khơng đổi
và do đó khi độ cần nước của cốt liệu tăng thì dẫn đến chi phí quá nhiều xi măng

[5]

.

Việc xây dựng lượng nước nhào trộn phải thông qua các chỉ tiêu về tính cơng tác
có tính đến loại và độ lớn của cốt liệu. Khi lượng nước cịn q ít, dưới tác dụng của
lực hút phân tử, nước chỉ đủ để hấp phụ trên bề mặt vật rắn mà chưa tạo ra độ lưu động
của hỗn hợp.Lượng nước tăng lên đến một giới hạn nào đó sẽ xuất hiện nước tự do,
màng nước trên bề mặt vật rắn dày thêm, nội ma sát giữa chúng giảm xuống, độ lưu
động tăng lên. Lượng nước ứng với lúc hỗn hợp bê tơng có độ lưu động tốt nhất mà

không bị phân tầng gọi là khả năng giữ nước của hỗn hợp bê tông. Đối với hỗn hợp bê
tông dùng xi măng.
Loại và lượng xi măng: Nếu hỗn hợp bê tơng có đủ xi măng để cùng với nước lấp
đầy lỗ rỗng của cốt liệu, bọc và bơi trơn bề mặt của chúng thì độ dẻo sẽ tăng. Độ lưu
động còn phụ thuộc vào loại xi măng và phụ gia vơ cơ nghiền mịn, vì bản thân mỗi
loại xi măng sẽ có đặc tính riêng về các chỉ tiêu lượng nước tiêu chuẩn, độ mịn, thời
gian đông kết và rắn chắc.
Lượng hỗn hợp xi măng: Nếu vữa xi măng (hồ xi măng + cốt liệu nhỏ) chỉ đủ để
lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu lớn thì hỗn hợp bê tơng rất cứng, thi cơng sẽ khó khăn.
Để tạo cho hỗn hợp có độ dẻo cần thiết thì phải đẩy xa các hạt cốt liệu lớn và bọc
xung quanh chúng một lớp hỗn hợp xi măng, do đó thể tích phần hỗn hợp sẽ bằng thể
tích phần rỗng trong cốt liệu lớn nhân với hệ số trượt.
Phụ gia hoạt động bề mặt (phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo) mặc dù cho vào hỗn hợp bê
tông với một lượng nhỏ (0,15-1,2% khối lượng xi măng) nhưng có tác dụng pha lỗng
hỗn hợp bê tơng. Phụ gia siêu dẻo cho phép sử dụng để chế tạo các sản phẩm bê tông
khi thi công bằng bơm và vận chuyển bê tông trong các
đường ống, đồng thời giảm đáng kể tỉ lệ N/X mà vẫn đảm bảo độ lưu động và có thể
[5]

tạo ra các loại bê tơng mác cao .

1.1.4.2. Tính co ngót
Trong q trình rắn chắc, bê tơng thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong
nước và co lại trong khơng khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10


9

lần. Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tơng, cịn hiện
tượng co ngót ln ln kéo theo hậu quả xấu. Bê tơng bị co ngót do nhiều ngun

nhân, trước hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng. Khi mất nước các mầm tinh
thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tơng bị co.
Q trình cacbonat hóa hyđrơxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co
ngót, co ngót cịn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng
- nước. Do bị co ngót nên bê tơng bị nứt, giảm cường độ, độ chống thấm, độ ổn định
[5]
của bê tông và bê tơng cốt thép trong mơi trường xâm thực .
Vì vậy đối với những kết cấu bê tơng có chiều dài và diện tích lớn, để tránh nứt
người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn. Độ co ngót phát triển mạnh trong
thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn.
1.1.4.3. Cường độ chịu nén
Cường đô chịu nén của bê tông là khả năng chịu ứng suất nén của mẫu bê tơng.
Mẫu có thể chế tạo bằng các cách khác nhau: lấy hỗn hợp bê tông đã được nhào trộn
để đúc mẫu hoặc dùng thiết bị chuyên dùng khoan lấy mẫu từ kết cấu có sẵn. Mẫu để
đo cường độ có kích thước 150x150x150(mm), được thực hiện theo điều kiện tiêu
chuẩn trong thời gian 28 ngày.
1.1.5. Tính thấm nước của bê tơng
Sau khi tạo hình, các thành phần của hỗn hợp bê tơng được sắp xếp chặt chẽ,
kết hợp với sự thủy hóa của xi măng hình thành nên cấu trúc bê tơng. Khoảng thời
gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào thành
phần của bê tơng, dạng chất kết dính và phụ gia hóa học.
Độ rỗng của bê tông là tổng các độ rỗng của đá xi măng, của khung cốt liệu và
của các liên kết giữa đá xi măng và khung cốt liệu. Độ rỗng được định nghĩa là tỷ số
giữa thể tích các lỗ rỗng của bê tơng và thể tích tổng. Đối với bê tơng thường, độ rỗng
có thể đạt tới 10% thể tích của bê tơng. Trong khi với bê tơng chất lượng cao, độ rỗng
có thể giảm xuống dưới 3%.
Độ thấm được định nghĩa là khả năng cho phép các chất lưu thẩm thấu qua của
một môi trường rỗng do sự chênh lệch thế năng. Độ thấm của bê tông, một loại vật liệu
rỗng phụ thuộc nhiều vào các tham số của môi trường bê tông như độ rỗng, độ ngoằn
ngo của các lỗ rỗng và tính thơng nhau giữa các lỗ rỗng. Khi độ rỗng và độ thông nhau

giữa các lỗ rỗng trong bê tông tăng lên, độ bền chống thấm của bê tông bị giảm xuống, và
khi các lỗ rỗng càng thẳng, dịng chảy thấm có tốc độ càng nhanh. Dưới tác độ cơ học
hoặc nhiệt độ đủ lớn, sự phá hủy trong bê tông kèm theo các đường nứt làm


10

gia tăng các thông số trên, độ thấm của bê tơng vì vậy cũng sẽ tăng nhanh.
Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗng mao quản. Thực tế
nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ
trong các mao quản đã có chiều dày đến 0,5μm.
Đối với các cơng trình có u cầu về độ chống thấm nước thì cần phải xác định
độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng. Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông
thành các loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12 (hoặc B2, B4,
B6, B8, B10, B12). Tính chống thấm của bê tơng được xác định theo TCVN
[5]

3116:1993 .
1.2. Tổng quan về silicafume
1.2.1. Khái niệm về silicafume
Silicafume là vật liệu siêu mịn, chứa SiO 2 vô định hình, thu được trong quá
trình sản xuất silic và hợp kim silic bằng hồ quang. Tỷ lệ SiO 2 trong silicafume phụ
thuộc vào loại hợp kim sản xuất. Silicafume thu được khi sản xuất hợp kim 50%
ferrosilicon chứa khoảng từ 74% đến 84% SiO 2, thu được khi sản xuất hợp kim 75%
ferrosilicon chứa khoảng 84% đến 91% SiO2, còn thu được khi sản xuất silic chứa
[8]
khoảng 87% đến 98% SiO2 .
SILICAFUME: Quá trình sản xuất

Nguyên liệu đầu vào

(Carbon, than cốc, than đá, dăm gỗ) + Thạch anh

Hợp kim
silic

Lò luyện
(Nhiệt độ trên 2000oC)
Ngừng gia nhiệt

Silicafume

Bộ lọc

Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất silicafume


11

Hình 1.2. Silica Fume có màu dao động từ màu trắng đến màu xám đậm
Silicafume là phụ gia khoáng hoạt tính cao. Trong bê tơng, silicafume có thể
phân bố ở khoảng trống giữa các hạt xi măng và tham gia phản ứng với các sản phẩm
thủy hóa xi măng hình thành các khống mới. Nhờ đó có thể cải thiện được cấu trúc,
độ chống thấm, cường độ, độ bền lâu và khả năng bảo vệ cốt thép của bê tông trong
các mơi trường xâm thực.
1.2.2. Thành phần silicafume
Đặc tính kỹ thuật của silicafume được thể hiện tại bảng dưới đây
Bảng 1.1. Chỉ tiêu cơ lý của xi măng, tro bay, silicafume
Thơng số
Tính chất cơ lý
- Trọng lượng riêng (kg/dm3)

- Độ mịn (m2/kg)
- Kích thước hạt
Tính chất hóa học
- SiO2 (%)
- CaO (%)
- Fe2O3 (%)
- Al2O3 (%)
1.2.3. Đặc tính của silicafume
Silicafume là vật liệu vơ định hình, khác với vật liệu tinh thể, vật liệu vơ định
hình có thể tham gia hịa tan, phản ứng trong bê tơng tương tự như xi măng.
Silicafume có hàm lượng SiO2 cao (khơng nhỏ hơn 85%). Ngoài ra trong silicafume


cịn có thể có một số vật liệu khác tùy thuộc theo kim loại được sản xuất trong lò
luyện, tuy nhiên thơng thường các vật liệu này khơng có tác động đến hiệu suất làm


12

việc của silicafume trong bê tơng.
Kích thước hạt: Các hạt silicafume cực kỳ nhỏ với 95% các hạt có kích thước
nhỏ hơn 1µm. Kích thước nhỏ đóng vai trị quan trọng đối với những đặc tính vật lý
[9]

và hóa học của silicafume .

Hình 1.3. So sánh kích thước các hạt xi măng (trái) và các hạt silicafume (phải) ở
cùng độ phóng đại. Ký hiệu thanh màu trắng dài hơn ở phía silicafume ký hiệu
kích thước 1 µm
Mật độ lớn, độ mịn cao: silicafume dạng bột rời có độ mịn cao và khối lượng thể

tích xốp thấp (130kg/m3 đến 430kg/m3 ở dạng rời và 480kg/m3 đến 640kg/m3 ở dạng
nén). Khi sử dụng silicafume bột rời cần chú ý tránh hiện tượng tắc ống vận chuyển
[9]
bằng khí nén, kết khối trong si lô chứa hay hạn chế việc phát tán bụi .
2

Diện tích bề mặt lớn (diện tích bề mặt riêng khơng nhỏ hơn 15000m /kg), hạt
silicafume rất nhỏ, diện tích bề mặt lớn tương tự như hiệu ứng hút nước của cát khi sử
dụng silicafume trong bê tông cần tăng lượng nước cần trộn để đạt cùng tính cơng
[9]
tác .
Từ những tính chất trên cho thấy việc thêm silicafume gây nên những thay đổi
ảnh hưởng tới cấu trúc vi mô của bê tông, những thay đổi này là kết quả của 2 q
trình vật lý và hóa học. Thứ nhất trong các kết quả này là khía cạnh vật lý và thứ hai là
dự đóng góp về tính chất hóa học. Mơ tả ngắn gọn như sau:
Về tính chất vật lý: việc thêm silicafume vào bê tông mang lại hàng triệu hạt
siêu nhỏ kích thước dưới 1µm vào hỗn hợp bê tông lấp đầy các khoảng trống giữa các


13

hạt xi măng. Nhờ hiện tượng này mà ngay cả khi khơng có phản ứng hóa học, hiệu ứng
lấp đầy sẽ mang lại những cải tiến đáng kể về bản chất của bê tơng.
- Về tính chất hóa học: Với hàm lượng SiO2 vơ định hình rất cao, silicafume
là
một vật liệu pozzolan rất dễ phản ứng trong bê tông. Khi xi măng portland trong bê
tơng bắt đầu phản ứng hóa học, giải phóng vơi tự do Ca(OH) 2, silicafume phản ứng
với Ca(OH)2 này để tạo thành vật liệu kết dính bổ sung là canxi silicat hydrate C-S-H,
giống với sản phẩm hình thành từ phản ứng thủy phân của xi măng Portland, phần lớn
chất kế dính bổ sung làm cải thiện cường độ bê tông.

*. Nguồn gốc, sản lượng silicafume
Nhu cầu sử dụng silicafume làm phụ gia cho bêtông được thực hiện đầu tiên tại
Nauy từ năm 1952. Tiêu chuẩn Nauy về sử dụng silicafume làm phụ gia trong xi măng
được ban hành năm 1976. Silicafume có tại các nước, khu vực có cơng nghiệp phát
triển như bán đảo Scanđinavia, Canađa, Nam Phi, Úc, Trung quốc… Silicafume sử
dụng tại Đông Nam được nhập khẩu chủ yếu từ Scanđinavia , Aixơ len và Trung quốc.
Tiêu chuẩn quốc tế thường được sử dụng đối với silicafume là ASTM C1240 và EN
13263.
Chưa có những số liệu chính xác về sản lượng silicafume hàng năm trên thế
giới, nhưng ước tính mỗi năm có 1 - 1,5 triệu tấn sulica fume được sản xuất trên thế
giới, với giả thiết tất cả các lò cao đều hoạt động và cung cấp silicafume. Các nước sản
[10]
xuất silicafume nhiều là Na uy, Nam Phi, Canada, Pháp, Nga và Trung Quốc .
1.2.4. Ứng dụng của silicafume trong xây dựng
Bê tông cường độ cao Với các tiêu chuẩn hiện có về silicafume và các dự án
tham khảo trên toàn thế giới, bê tông cường độ cao được cải tiến với silicafume tạo ra
cho các kiến trúc sư và kỹ sư có khả năng thiết kế mềm dẻo hơn. Theo truyền thống
trong các nhà cao tầng sử dụng các cột nhỏ hơn có lợi hơn (tăng khơng gian sử dụng),
bê tơng cường độ cao chứa silicafume thường dùng trong các rầm dự ứng lực tiền chế,
cho phép tăng khẩu độ trong thiết kế rầm cầu. Bê tơng silicafume có cường độ nén lên
tới 100 MPa, mô đun đàn hồi cao hơn 40.000 MPa, cường độ uốn đạt 14 MPa ở
tuổi 28 ngày đối với tấm lát sân bay và cường độ cao ở tuối sớm đối với các dự án thi
[10]
công nhanh và sử dụng cho bê tông đúc sẵn .


14

Hình 1.4 Khách sạn Burj Al-Arab (Dubai) – Cơng trình khách sạn cao 321m sử
dụng bê tông cường độ cao có thành phần silicafume (>80MPa)

Bê tơng tính năng cao (HPC) chứa silicafume là vật liệu có ưu điểm lớn cần
thiết
đối với việc cải tạo cơ sở hạ tầng. Bên cạnh cường độ và độ bền vững tăng đáng kể, HPC
được chế tạo với silicafume có độ chống thấm cao, tăng khả năng chống mài mòn và
chống ăn mòn. Sự ăn mịn cốt thép trong bê tơng xảy ra khi clorua xâm nhập vào bê tông,
phá hoại lớp bảo vệ yếu bao quanh cốt thép, gây ra gỉ và rỗ. Quá trình cacbonat hố là
ngun nhân khác gây ăn mịn cốt thép, khi bê tơng cacbonat hố tới mức tiếp giáp với
thanh thép, thì mơi trường trung hồ (trung tính) sẽ thay thế dần môi trường kiềm bảo vệ
cốt thép khỏi bị ăn mịn. Dưới điều kiện đó, cốt thép khơng cịn thụ động nữa và nhanh
chóng bị ăn mịn. Mức độ ăn mịn do cacbonat hố vỏ bọc bê tơng xảy ra chậm hơn so với
ăn mòn do clorua gây ra. Việc cho thêm silicafume vào bê tơng cơng trình biển giảm độ
thấm của bê tơng sẽ có hiệu quả cao đối với chống xâm nhập của các ion clo. Sự kích
thích ăn mịn cốt thép và sự phá hoại bê tông được khống chế rõ dệt, làm giảm các chi phí
bảo trì cơng trình. Silicafume được dùng phù hợp với bất kỳ cơng trình nào ở các khu vực
có clorua và nước ngầm, ở dưới đất hoặc trong không khí.
Cơng trình khai thác nước Changi ở Singapore được khai trương tháng 8/2006 là một
cột mốc trong sự phát triển hệ thống kỹ thuật vệ sinh của nước này. Nó được thiết kế
sử dụng bê tông silicafume nhằm đảm bảo yêu cầu độ bền vững như độ hút nước, khả
năng thấm, độ xâm nhập nước, khả năng thấm các lỗ rỗng và độ hấp thụ.
Bê tông phun: Bê tông phun Silicafume tiết kiệm được chi phí và thời gian và sử
dụng hiệu quả hơn bê tông phun làm ổn định đá, đường hầm mỏ và sửa chữa các cầu bị hư
hỏng, sửa chữa các cột và cọc ngoài biển. Silicafume làm tăng độ dính kết cho phép với
độ dày lớn hơn giảm được đáng kể cường độ bật nẩy và đạt cường độ uốn lớn hơn.


15

Hình 1.5. Bê tơng phun có sử dụng silicafume được sử dụng để sửa chữa mố cầu
đã xuống cấp. Tính cơng tác cao cho phép bê tơng phun có độ nảy ít hơn và cho
phép nâng chiều cao phun so với bê tông phun không sử dụng silicafume

Sử dụng làm vữa kết dính sửa chữa: Silicafume thường được dùng làm thành
phần các sản phẩm kết dính sửa chữa. Vữa trát hay phun hay vữa phun khơ biến tính
bằng silicafume có thể được cấp phối cho nhiều ứng dụng khác nhau. Đó là sử dụng
cho sửa chữa các kết cấu bê tông hư hỏng trong môi trường biển, nơi cần tăng độ
chống thấm và độ kháng xâm nhập của ion clo.
Sử dụng để trát bít các giếng dầu: Trong lĩnh vực phun trát bít vách giếng dầu,
phun vữa giống như chất trát bít thuỷ lực trong vách giếng dầu để sửa chữa kể cả các
chỗ bị dò rỉ, đục phá và hàn vá các vùng bị hư hỏng, việc cho thêm silicafume (bên
cạnh việc tạo ra hiệu ứng bao bọc trong giếng dầu, vữa phun còn ngăn ngừa sự thấm
gas), silicafume tạo ra dòng chảy tốt cho vữa và dễ dàng thi công hơn. Vữa silicafume
giảm độ thấm nước rất đáng kể, có khả năng kiểm sốt sự thấm gas, trong khi đó làm
[10]
tăng độ bền vững và cường độ nén .