Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cách nhiệt kết cấu sử dụng hạt Polystyrol phồng nở

Nội dung text: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ cách nhiệt kết cấu sử dụng hạt Polystyrol phồng nở

1. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHẸ CÁCH NHIỆT KẾT CẤU SỬ DỤNG HẠT POLYSTYROL PHỒNG NỞ TS. HOÀNG MINH ĐỨC Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày các nghiên cứu về bê được yêu cầu trên là sử dụng bê tông nhẹ cho các tông nhẹ khối lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 700 kết cấu không chịu lực như vách ngăn, tường bao kg/m³ sử dụng hạt polystyrol phồng nở. Kết quả cho che. Trong đó, sử dụng bê tông nhẹ chotường bao thấytính công tác của hỗn hợp bê tông phụ thuộc che còn giúp nâng cao khả năng cách nhiệt của nhiều vào độ xòe của hồ xi măng và hệ số dư vữa. tường, cải thiện điều kiện vi khí hậu và tiết kiệm Để hạn chế phân tầng hỗn hợp bê tông cần lựa năng lượng. chọn độ xòe thích hợp của hồ và hạn chế tạo hình Để đáp ứng yêu cầu sử dụng cho tường bao bằng đầm rung. Để nâng cao cường độ bê tông che không chịu lực, bê tông nhẹ kết cấu - cách nhiệt polystyrol có khối lượng thể tích thấp nên ưu tiên cần có khối lượng thể tích khoảng từ 500 kg/m³ đến tăng hệ số dư hồ.Sử dụng phụ gia khoáng và 800 kg/m³, cường độ chịu nén từ 3,5 MPa đến 7,5 polimer có thể chế tạo được bê tông polystyrol khối MPa. Bên cạnh đó, để đảm bảo yêu cầu về công lượng thể tích 700 kg/m³ đạt cường độ đến 8,0 năng sử dụng, bê tông nhẹ cho tường bao che cần MPa. Nghiên cứu các tính chất khác của bê tông chống được sự thâm nhập của nước mưa trong polystyrol như co ngót, mô đun đàn hồi, độ hút điều kiện khí hậu nước ta. Có thể thấy rằng, mặc dù nước, hệ số hóa mềm và khả năng bám dính cho các loại bê tông như bê tông bọt, bê tông khí chưng thấy bê tông polystyrol hoàn toàn thích hợp để chế áp hiện nay có khối lượng thể tích và cường độ phù tạo các sản phẩm nhẹ như blốc xây, panel nhẹ sử hợp nhưng do có tỷ lệ lớn các lỗ rỗng khí nên độ dụng trong thi công xây dựng công trình. hút nước, độ ẩm cân bằng của chúng khá cao nên Abstract: This study focused on the lighthweigh khả năng chống thấm cần được xem xét và cải concrete with unit weight from 400 kg/m³ to 700 thiện. Bê tông nhẹ với cốt liệu hạt polystyrol phồng kg/m³ using expanded polystyrene beams. It shows nở (bê tông polystyrol) có thể khắc phục được that workability of concrete mixtures depends on nhược điểm này. flow of cement paste and paste excessive Các hạt polystyrol phồng nở có khối lượng thể coefficient. To reduce a segregation of mixture tích nhỏ với bề mặt láng mịn và hệ thống lỗ rỗng appropriate flow must be chosen and vibration must không thông nhau nên hầu như không thấm nước, be avoided. To increase a strenght of low unit do đó cho phép giảm độ hút nước của bê tông, cải weight concrete increasing paste excessive thiện khả năng cản nước của tường. Những nghiên coefficient must prefered. Using mineral and cứu đầu tiên về bê tông polystyrol đã được tiến polymer admixturesthe compressive strength of 8,0 hành vào cuối các năm 80 đầu 90 thế kỷ XX và cho đến nay bê tông polystyrol đã được ứng dụng rộng MPa can be achieved with 700 kg/m³ polystyrene rãi ở nhiều nước trên thế giới như LB Nga, CH concrete. Study on shringkage, modulus of Pháp, CH Séc, CH Italia, CHLB Đức, dưới dạng elasticity, water absorption, softening coefficient and các cấu kiện chịu lực - cách nhiệt và cách nhiệt [1, bonding ability show that concrete with expanded 2].Tại mỗi nước, công nghệ sản xuất và các yêu polystyrene beams can be used in masonry unit cầu kỹ thuật đối với bê tông polystyrol có khác and panel for construction. nhau, nhưng nhìn chung bê tông polystyrol hiện nay được chế tạo với khối lượng thể tích từ 150 kg/m³ 1. Mở đầu cho đến 1200 kg/m³, cường độ chịu nén từ 2 MPa Đối với các công trình xây dựng hiện đại, quy cho đến trên 10 MPa. mô lớn, việc giảm nhẹ tải trọng bản thân của kết Hạt polystyrol phồng nở có khả năng biến dạng cấu có ý nghĩa quan trọng giúp nâng cao hiệu quả đàn hồi cao. Khi bị nén các hạt polystyrol phồng nở kinh tế kỹ thuật. Một trong những biện pháp để đạt không thể hiện rõ ràng giới hạn bền nén và không Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 39
2. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG xảy ra sự phá hoại dòn. Điều này sẽ ảnh hưởng việc nghiên cứu lựa chọn cấp phối và chế độ gia đáng kể đến mô đun đàn hồi và khả năng biến dạng công hợp lý. dưới tải trọng của bê tông.Do các hạt polystyrol Tại Việt Nam, cho đến những năm 90 bê tông phồng nở không bám dính với đá xi măng nên các nhẹ nói chung chưa nhận được sự quan tâm nghiên nghiên cứu tại Pháp đã tiến hành biến tính bề mặt cứu thích đáng và chưa được ứng dụng thực tế hạt polystyrol nhằm nâng cao khả năng bám dính rộng rãi. Trong những năm gần đâybê tông của hạt với đá xi măng và cho ra đời sản phẩm hạt polystyrol đã được quan tâm nghiên cứu, phát triển với tên gọi AABS và bê tông Polys Beto. Việc xử lý và ứng dụng trong các công trình. Bài báo này trình bề mặt này làm tăng đáng kể giá thành nên hạn chế bày các kết quả nghiên cứu về bê tông nhẹ cách khả năng ứng dụng. Trong khi đó, các nghiên cứu nhiệt cốt liệu polystyrol thực hiện tại Viện KHCN khác tại LB Nga cho thấy, sử dụng hạt polystyrol Xây dựng trong khuôn khổ đề tài mã số RDN 06-01. chưa qua xử lý bề mặt vẫn có thể chế tạo được bê 2. Vật liệu sử dụng và phương pháp thí nghiệm tông nhẹ đáp ứng yêu cầu làm tường bao che. Một Các nghiên cứu được tiến hành trên ba loại cốt vấn đề khác đặt ra đối với bê tông sử dụng cốt liệu liệu polystyrol khác nhau có tính chất được trình bày nhẹ hạt polystyrol phồng nở là việc đảm bảo mức tại bảng 1. Các nghiên cứu chính được thực hiện độ phân tầng của hỗn hợp bê tông nằm trong giới với cốt liệu PS2. Cốt liệu PS1 và PS3 được sử dụng hạn cho phép. Điều này có thể đạt được thông qua trong nghiên cứu đối chiếu. Bảng 1.Tính chất cốt liệu polystyrol phồng nở Ký hiệu Khối lượng thể Khối lượng thể Độ hổng D , mm cốt liệu tích xốp, kg/m³ tích, g/cm³ max PS1 17,8 0,0291 0,389 6 PS2 25,7 0,0423 0,392 4 PS3 34,5 0,0572 0,397 2 Chất kết dính sử dụng trong nghiên cứu bao gồm xi măng PCB40 Nghi Sơn và PC30 Hoàng Thạch có các tính chất được trình bày trong bảng 2. Bảng 2. Tính chất xi măng sử dụng trong nghiên cứu Giá trị ứng với TT Tính chất Đơn vị Nghi Sơn Hoàng Thạch PCB 40 PC30 1 Khối lượng riêng g/cm³ 3,11 3,08 2 Lượng nước tiêu chuẩn % 27,5 26,0 Thời gian ninh kết 3 - Bắt đầu h-min 1-40 1-55 - Kết thúc h-min 2-35 3-10 Cường độ chịu nén: 4 - 7 ngày MPa 34,3 26,6 - 28 ngày MPa 49,9 40,7 Cường độ chịu kéo khi uốn: 5 - 7 ngày MPa 7,7 6,2 -28 ngày MPa 8,9 7,9 Bên cạnh đó, trong nghiên cứu cũng sử dụng với cốt liệu thông thường nên cần áp dụng một số một số loại phụ gia khoáng bao gồm: tro tuyển của phương pháp thí nghiệm phi tiêu chuẩn. Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại với lượng mất khi nung Khối lượng thể tích của cốt liệu polystyrol phồng 4,6%, độ hút vôi 60,7 mg/g, silicafume với hàm nở được xác định dựa trên khối lượng thể tích xốp lượng SiO2 93,7%, độ hút vôi 208 mg/g, vôi bột đã và độ hổng giữa các hạt cốt liệu. Độ hổng giữa các tôi và cát. hạt được xác định bằng tỷ lệ thể tích nước thêm Tính chất của vật liệu sử dụng cũng như hỗn vào ống đong với các hạt polystyrol được đổ sẵn vào và giữ ở mức cố định. hợp bê tông và bê tông được xác định theo các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn. Tuy nhiên, cốt Độ cứng hỗn hợp bê tông polystyrol được xác liệu hạt polystyrol phồng nở có đặc tính khác biệt so định với khuôn đôi gồm hai ô hình lập phương cạnh 40 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017
3. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG 100 mm được ngăn cách bằng tấm chắn. Đổ đầy Khi thể tích hồ giảm tới giá trị nhất định, cấu trúc bê hỗn hợp bê tông polystyrol vào một trong hai ô, sau tông sẽ không còn liên tục mà sẽ bao gồm cả đó rút tấm chắn và rung trên bàn rung. Độ cứng của những hốc rỗng giữa các hạt cốt liệu. Điều này làm hỗn hợp được xác định bằng thời gian rung cho tới suy giảm đáng kể cường độ. Do đó, cần xác định khi hỗn hợp bê tông sang bằng và đặt tới cạnh bên giá trị tối ưu giữa các thông số trên thông qua thực nghiệm. kia của khuôn. Hỗn hợp bê tông polystyrol được thiết kế bao Độ phân tầng hỗn hợp bê tông polystyrol được xác định bằng tỷ lệ phần trăm chênh lệch khối gồm hạt cốt liệu polystyrol phồng nở và hồ xi măng. lượng thể tích của nửa dưới và nửa trên so với khối Tính chất của hồ và đáxi măng có ảnh hưởng đáng lượng thể tích của cả khối hỗn hợp bê tông trong kể đến tính chất của bê tông. Hạt cốt liệu polystyrol bình đong 5l sau khi được làm chặt bằng cách rung gần như không hút nước, do đó tỷ lệ N/X trong bê trên bàn rung trong vòng 15 sec (Pr) hoặc chọc 50 tông được coi là tỷ lệ N/X thực trong hồ xi măng, lần (Pch). tức là có tương quan trực tiếp với cường độ đá xi 3. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến tính chất măng. hỗn hợp bê tông polystyrol Trong các thí nghiệm sơ bộ đã tiến hành xác Lựa chọn phương án vật liệu cho bê tông nhẹ định độ xòe theo ống Sustat của hồ xi măng với các kết cấu cách nhiệt cần đáp ứng đồng thời yêu cầu tỷ lệ N/X bằng 0,40, 0,43, 0,45 và 0,48 có giá trị về khối lượng thể tích và cường độ. Theo đó, để tương ứng bằng 10 cm, 12 cm, 14 cm và 16 cm. Hồ giảm khối lượng thể tích thì với một tỷ lệ cốt liệu xi măng được trộn cùng với hạt polystyrol với tỷ lệ nhẹ nhất định cần giảm khối lượng thể tích của đá xi măng tức làm tăng tỷ lệ N/X. Mặt khác, về lý cho trước (thể hiện thông qua hệ số dư hồ Kd) để thuyết cường độ bê tông sẽ được cải thiện khi tăng đạt khối lượng thể tích thiết kế. Tiến hành xác định cường độ đá xi măng tức là giảm tỷ lệ N/X. Tuy tính công tác và độ phân tầng của hỗn hợp bê tông. nhiên, giảm N/X sẽ làm giảm thể tích hồ xi măng. Kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng 3. Bảng 3.Tính chất hỗn hợp bê tông polystyrol Thông số Tính công tác Độ phân tầng, % KLTT, TT Độ sụt, Độ cứng, kg/m³ N/X Kd P P cm sec r ch 1 400 0,40 0,604 - 23 - - 2 400 0,43 0,629 - 17 18,23 3,66 3 400 0,45 0,646 - 10 21,89 5,28 4 400 0,48 0,671 - 8 28,16 7,93 5 500 0,40 0,761 - 20 - - 6 500 0,43 0,793 - 13 14,68 5,85 7 500 0,45 0,814 - 8 16,72 4,06 8 500 0,48 0,845 - 4 24,45 6,27 9 600 0,40 0,918 4 - 17,25 4,25 10 600 0,43 0,956 5,5 - 15,64 3,98 11 600 0,45 0,981 7 - 19,13 5,02 12 600 0,48 1,003 8,5 - 27,87 7,69 13 700 0,39 1,105 8 - 16,27 4,83 14 700 0,40 1,133 10,5 - 13,57 4,01 15 700 0,43 1,220 15 - 18,45 5,68 16 700 0,45 1,281 18 - 26,81 8,21 17 400 0,53 0,660 - 10 17,25 4,21 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 41
4. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG Thông số Tính công tác Độ phân tầng, % KLTT, TT Độ sụt, Độ cứng, kg/m³ N/X Kd P P cm sec r ch 18 500 0,53 0,832 - 8 13,26 3,92 19 600 0,53 1,005 14 - 16,37 5,21 20 700 0,53 1,335 17 - 19,13 5,97 Ghi chú: Cấp phối số 17, 18, 19 và 20 sử dụng chất kết dính gồm tro tuyển với tỷ lệ 0,3 khối lượng xi măng, độ xòe của hồ xi măng và tro tuyển bằng 12 cm. Các kết quả thí nghiệm cho thấy tăng độ xoè nguy cơ phân tầng trong quá trình tạo hình là lớn của hồ ximăng hay tăng hệ số dư hồ đều làm tăng hơn so với bê tông thông thường. Khi đó, bên cạnh độ sụt, giảm độ cứng của hỗn hợp bê tông việc xác định thành phần thích hợp thì lựa chọn chế polystyrol. Hỗn hợp bê tông có hệ số dư hồ nhỏ khá độ tạo hình phù hợp cũng quan trọng không kém. rời rạc, hồ xi măng trong các hỗn hợp bê tông này Theo khuyến cáo của [3] độ phân tầng Pr của chỉ đủ để hình thành một lớp vỏ mỏng bao quanh bêtông polystyrol không được vượt quá 25%. Trong các hạt cốt liệu chứ không đủ để điền đầy các lỗ các thí nghiệm đã tiến hành xác định độ phân tầng rỗng giữa hạt. Ở cấp phối số 1 và số 5 còn xảy ra của hỗn hợp bê tông trong điều kiện đầm rung và hiện tượng vón cục do lượng hồ xi măng ít và hạt không rung. cốt liệu nhẹ không có khả năng hỗ trợ phân tán hồ xi măng như trong hỗn hợp bê tông thông thường. Kết quả thí nghiệm ở bảng 3 cho thấy độ phân Tính công tác của hỗn hợp bê tông polystyrol có tầng của hỗn hợp bê tông polystyrol tăng khi tăng khối lượng thể tích lớn nhạy cảm hơn với sự thay độ xoè của hồ hoặc tăng hệ số dư hồ. Các hỗn hợp đổi độ xoè của hồ ximăng. Điều này một phần có bê tông có hệ số dư hồ lớn có xu hướng phân tầng thể giải thích là do sự thay đổi hệ số dư hồ khi chuyển sang sử dụng hồ xi măng có độ xoè cao cao hơn so với các hỗn hợp bê tông có hệ số dư hơn của các cấp phối bê tông có khối lượng thể tích vữa nhỏ. Vậy nên để đảm bảo độ đồng nhất cho lớn hơn, là lớn hơn. các hỗn hợp bê tông có hệ số dư hồ cao cần giảm Khi thay đổi tỷ lệ N/X hay lượng dùng nước của độ xoè của vữa. So sánh kết quả thí nghiệm với các hỗn hợp bê tông, độ xoè của hồ ximăng thay đổi, yêu cầu của [3] cho thấy rằng để đảm bảo độ đồng khi đó, nếu muốn giữ nguyên khối lượng thể tích nhất của hỗn hợp bê tông, tuỳ thuộc vào hệ số dư của bê tông thì hệ số dư hồ cũng phải thay đổi. Mặt hồ, hỗn hợp cần có độ xoè nằm trong khoảng từ 8 khác, khi sử dụng phụ gia, tỷ lệ N/X để vữa ximăng cm đến 14cm . đạt được cùng độ xoè phụ thuộc rất nhiều vào bản chất và lượng dùng phụ gia. Vậy nên, để đảm bảo Chế độ tạo hình bằng đầm rung làm tăng khả tính công táccủa hỗn hợp bê tông polystyrol, nên năng phân tầng của hỗn hợp bê tông polystyrol, điều chỉnh hai thông số gồm độ xoè của hồ và hệ số nhất là những hỗn hợp có độ sụt cao. Các hỗn hợp dư hồ. bê tông được tạo hình bằng phương pháp không Việc thay thế một phần xi măng bằng phụ gia rung đều có độ phân tầng nhỏ hơn 10%. Do đó khoáng (tro tuyển) không những làm tăng lượng trong các điều kiện bình thường, không khuyến cáo dùng nước của hồ xi măng mà còn làm tăng hệ số dư hồ của hỗn hợp bê tông (trong điều kiện giữ cố sử dụng phương pháp đầm rung để tạo hình hỗn định khối lượng thể tích) và do đó cải thiện tính hợp bê tông polystyrol. công tác của hỗn hợp bê tông polystyrol. Nhìn Như vậy để hạn chế khả năng phân tầng của chung độ xoè thích hợp của hồ cho các cấp phối bê hỗn hợp bê tông cần lựa chọn các giá trị độ xoè của tông polystyrol trong nghiên cứu nằm trong khoảng từ 10 cm đến 14cm. Để đạt được cùng độ sụt của vữa và hệ số dư vữa thích hợp. Trong đó, nếu như hỗn hợp bê tông các cấp phối có hệ số dư hồ thấp giá trị hệ số dư vữa của cấp phối bê tông với khối đòi hỏi vữa có độ xoè cao. lượng thể tích cho trước dao động trong một Cốt liệu hạt polystyrol phồng nở có khối lượng khoảng xác định, thì ta có thể chủ động lựa chọn độ thể tích nhỏ hơn nhiều so với hồ xi măng, do đó xoè thích hợp của hỗn hợp vữa. 42 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017
5. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG 4. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến cường độ (không sử dụng đầm rung). Bảo dưỡng mẫu bê bê tông tông polystyrol được thực hiện trong điều kiện tiêu Cấp phối bê tông trong thí nghiệm được lựa chuẩn. Các cấp phối mặc định sử dụng xi măng chọn theo hai bước. Trước tiên, lựa chọn tỷ lệ N/X Nghi Sơn PCB 40, cốt liệu polystyrol PS2. Các thay phụ thuộc vào chủng loại và liều lượng phụ gia đổi về chủng loại vật liệu sử dụng thể hiện tại phần khoáng sao cho đảm bảo tính công tác của hỗn hợp ghi chú.Song song với việc đúc mẫu bê tông, tiến bê tông. Lượng dùng cốt liệu polystyrol hay hệ số hành đúc các mẫu vữa xi măng theo tỷ lệ N/X và Kd được tính toán để đảm bảo khối lượng thể tích PGK/X tương ứng. Các mẫu vữa ximăng này được cho trước là 400, 500, 600 và 700 kg/m³. Hỗn hợp đúc và bảo dưỡng trong điều kiện tương tự. Kết quả bê tông được trộn bằng máy và tạo hình thủ công thí nghiệm được trình bày tại bảng 4. Bảng 4. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến cường độ bê tông polystyrol Cường độ đá xi Cường độ bê Tỷ lệ cường độ, Thông số cấp phối bê tông Ký măng, MPa tông, MPa % Ghi chú hiệu KLTT, uốn, nén, uốn, nén, PKG/X N/X Kd Rbu/Rxu Rbn/Rxn kg/m³ Rxu Rxn Rbu Rbn D4X4a 400 0 0,45 0,646 8,2 52,1 0,49 1,1 6,0 2,1 - D5X4a 500 0 0,45 0,814 8,2 52,1 0,55 1,5 6,7 2,9 - D6X4a 600 0 0,45 0,981 8,2 52,1 1,01 3,3 12,3 6,3 - D7X4a 700 0 0,45 1,281 8,2 52,1 1,17 4,7 14,3 9,0 - D4X4b 400 0 0,42 0,612 8,5 53,8 0,48 0,9 5,6 1,7 - D5X4b 500 0 0,42 0,782 8,5 53,8 0,56 1,5 6,6 2,8 - D6X4b 600 0 0,42 0,943 8,5 53,8 1,04 3,0 12,2 5,6 - D7X4b 700 0 0,42 1,19 8,5 53,8 1,18 4,9 13,9 9,1 - D4X3 400 0 0,45 0,646 7,0 41,7 0,44 1,0 6,3 2,4 PC 30 D5X3 500 0 0,45 0,814 7,0 41,7 0,50 1,4 7,1 3,4 PC 30 D6X3 600 0 0,45 0,981 7,0 41,7 0,92 2,9 13,1 7,0 PC 30 D7X3 700 0 0,45 1,281 7,0 41,7 0,98 4,0 14,0 9,6 PC 30 D4T 400 0,3 0,53 0,660 5,6 47,1 0,66 1,1 11,7 2,3 Tro tuyển D5T 500 0,3 0,53 0,832 5,6 47,1 0,71 1,8 12,6 3,8 Tro tuyển D6T 600 0,3 0,53 1,005 5,6 47,1 1,11 3,4 19,8 7,2 Tro tuyển D7T 700 0,3 0,53 1,335 5,6 47,1 1,65 5,5 29,4 11,7 Tro tuyển D4V 400 0,2 0,64 0,808 4,7 43,6 0,50 1,2 10,6 2,8 Vôi D5V 500 0,2 0,64 1,031 4,7 43,6 0,69 1,9 14,6 4,4 Vôi D6V 600 0,2 0,64 1,433 4,7 43,6 1,01 3,6 21,4 8,3 Vôi D7V 700 0,2 0,64 1,974 4,7 43,6 1,48 5,3 31,3 12,2 Vôi D4S 400 0,2 0,54 0,682 7,5 51,9 0,63 1,2 8,4 2,3 SF D5S 500 0,2 0,54 0,859 7,5 51,9 0,75 1,9 10,0 3,7 SF D6S 600 0,2 0,54 1,063 7,5 51,9 1,27 3,8 16,9 7,3 SF D7S 700 0,2 0,54 1,424 7,5 51,9 1,80 6,0 23,9 11,6 SF Trong thí nghiệm trên việc thay thế ximăng Nghi độ bê tông polystyrol lại tăng. Đặc biệt là tỷ lệ Sơn PCB 40 bằng Hoàng Thạch PC 30 không làm cường độ bê tông trên cường độ đá xi măng ứng ảnh hưởng đến lượng dùng xi măng cho các cấp với các mức khối lượng thể tích khác nhau đều tăng phối bê tông cùng khối lượng thể tích. Kết quả thí và cao hơn so với khi không sử dụng phụ gia nghiệm cho thấy cường độ bê tông polystyrol tăng khoáng. Đó là do khi sử dụng phụ gia khoáng, hệ số khi tăng cường độ đá xi măng. Mức độ ảnh hưởng dư hồ của các cấp phối đều tăng. của cường độ đá xi măng tới cường độ bê tông thể Điều này có thể giải thích dựa vào đặc điểm cấu hiện thông qua tỷ lệ cường độ bê tông trên cường độ trúc của bê tông polystyrol và mối quan hệ giữa cấu đá xi măng phụ thuộc nhiều vào hệ số dư hồ hay trúc và cường độ. Theo [4] cường độ của các vật khối lượng thể tích của bê tông. Nâng cao cường độ liệu cùng khối lượng thể tích phụ thuộc vào dạng đá xi măng nhờ giảm tỷ lệ N/X đối với các cấp phối cấu trúc của chúng. Cường độ sẽ tăng khi cấu trúc có hệ số dư hồ thấp không có hiệu quả rõ rệt. vật liệu chuyển từ cấu trúc hốc lớn sang cấu trúc Khi sử dụng phụ gia khoáng ở khoảng nghiên liên tục có lỗ rỗng và cấu trúc liên tục đặc chắc. Mặt cứu, cường độ đá xi măng đều giảm nhưng cường khác như đã phân tích ở trên, hệ số dư hồ là thông Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 43
6. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG số quyết định cấu trúc của bê tông. Khi tăng hệ số những trong việc giảm giá thành mà còn trong việc dư hồ từ 0,6 đến 1,4 như trong các thí nghiệm đã cải thiện các tính chất của bê tông. Trong các loại tiến hành, cấu trúc bê tông chuyển từ cấu trúc hốc phụ gia khoáng đã sử dụng, tro tuyển được lựa lớn sang cấu trúc liên tục. Qua các thí nghiệm trên chọn cho các nghiên cứu tiếp theo do có hiệu quả ta thấy rằng, hệ số dư hồ và cường độ đá xi măng và giá thành rẻ. Việc sử dụng tro tuyển cũng góp quyết định cường độ bê tông nhưng đối với bê tông phần giải quyết vấn đề môi trường. polystyrol có cấu trúc hốc lớn (hệ số dư vữa nhỏ), Bề mặt của hạt cốt liệu polystyrol khá nhẵn và thì hệ số dư hồ có vai trò quan trọng hơn đối với trơ nên chúng không bám dính với hồ xi măng. Việc cường độ bê tông. Ngược lại khi bê tông polystyrol gia tăng khả năng bám dính của hạt với đá xi măng có cấu trúc liên tục (hệ số dư hồ lớn) cường độ đá có thể giúp cải thiện cường độ bê tông. Điều này có xi măng sẽ có ảnh hưởng lớn hơn tới cường độ bê thể thực hiện được nhờ sử dụng phụ gia polimer. tông. Các cấp phối thí nghiệm được lấp theo Bảng 4, Cũng có thể thấy việc sử dụng phụ gia khoáng lượng dùng phụ gia polimer là 5% tính theo lượng trong bê tông polystyrol có hiệu quả lớn không dùng xi măng. Kết quả trình bày tại bảng 5. Bảng 5.Cường độ bê tông polystyrol khi sử dụng 5% phụ gia polimer (theo ximăng) Cường độ đá xi Cường độ bê Tỷ lệ cường Thông số cấp phối bê tông Ký măng, MPa tông, MPa độ, % Ghi chú hiệu KLTT, PKG/X N/X Kd uốn, R nén, R uốn, R nén, R R /R R /R kg/m³ xu xn bu bn bu xu bn xn D4TP 400 0,3 0,53 0,660 7,8 49,8 0,86 1,5 11,0 3,0 Tro tuyển D5TP 500 0,3 0,53 0,832 7,8 49,8 1,45 2,3 18,6 4,6 Tro tuyển D6TP 600 0,3 0,53 1,005 7,8 49,8 1,93 4,4 24,7 8,8 Tro tuyển D7TP 700 0,3 0,53 1,335 7,8 49,8 2,21 8,0 28,3 16,1 Tro tuyển Kết quả thí nghiệm cho thấy phụ gia polimer với Hạt polystyrol phồng nở đóng vai trò cốt liệu lượng dùng 5% cải thiện đáng kể cường độ bê tông nhẹ và chiếm thể tích đáng kể trong bê tông. polystyrol. Ở đây, sử dụng phụ gia polimer hầu như Kích thước và tính chất hạt có thể có ảnh không làm thay đổi hệ số dư hồ của bê tông. Mặc hưởng nhất định đến tính chất bê tông.Để làm dù cường độ đá xi măng có tăng nhẹ nhưng so với sáng tỏ điều này, đã tiến hành thí nghiệm với các kết quả tương ứng trong bảng 4, có thể thấy hai loại cốt liệu polystyrol với khối lượng thể rằng cường độ bê tông được cải thiện đáng kể có tích khác nhau. Tính chất của cốt liệu trình bày thể là do tác dụng tăng độ liên kết giữa đá xi măng tại bảng 1. Trong thí nghiệm với các loại cốt và hạt cốt liệu,giúp cải thiện khả năng làm việc đồng liệu khác nhau, tính chất của vữa xi măng và thời giữa chúng. Hạt polystyrol có môđun đàn hồi thấp nên khi các vết nứt phát triển đến bề mặt hạt, khối lượng riêng của bê tông được giữ cố định. ứng xuất phát triển vết nứt sẽ bị giảm nhẹ. Kết quả trình bày tại bảng 6. Bảng6. Ảnh hưởng của cốt liệu đến cường độ bê tông polystyrol Cường độ đá xi Cường độ bê Tỷ lệ cường Thông số cấp phối bê tông măng, MPa tông, MPa độ, % Ký hiệu Ghi chú KLTT, PKG/ uốn, uốn, nén, N/X Kd nén, Rxn Rbu/Rxu Rbn/Rxn kg/m³ X Rxu Rbu Rbn D4X4aS1 400 0 0,45 0,656 8,2 52,2 0,50 1,0 6,1 1,9 PS No.1 D5X4aS1 500 0 0,45 0,824 8,2 52,2 0,53 1,4 6,5 2,7 PS No.1 D6X4aS1 600 0 0,45 0,992 8,2 52,2 0,92 3,0 11,2 5,7 PS No.1 D7X4aS1 700 0 0,45 1,302 8,2 52,2 1,08 4,2 13,2 8,0 PS No.1 D4X4aS3 400 0 0,45 0,621 8,2 52,2 0,49 1,1 6,0 2,1 PS No.3 D5X4aS3 500 0 0,45 0,787 8,2 52,2 0,57 1,7 7,0 3,3 PS No.3 D6X4aS3 600 0 0,45 0,952 8,2 52,2 1,22 3,6 14,9 6,9 PS No.3 D7X4aS3 700 0 0,45 1,223 8,2 52,2 1,41 4,9 17,2 9,4 PS No.3 Trong điều kiện thí nghiệm, việc thay đổi cốt liệu rỗng của các loại cốt liệu sử dụng ở đây không dao dẫn đến thay đổi nhẹ hệ số dư hồ của bê tông. Độ động nhiều, do đó hệ số dư hồ thay đổi chủ yếu do 44 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017
7. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG khối lượng thể tích cốt liệu thay đổi. Phân tích kết phần trên, cụ thể là các cấp phối sử dụng tro tuyển. quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng khối lượng thể Các tính chất được nghiên cứu bao gồm co ngót, tích của cốt liệu, cường độ bê tông tăng không môđun đàn hồi, hệ số hóa mềm và khả năng bám nhiều. Điều này có thể do mức độ thay đổi kích dính của bê tông polystyrol. thước và tính chất của hạt trong nghiên cứu chưa Độ co ngót của bê tông polystyrol được tiến đủ lớn để thể hiện rõ nét ảnh hưởng của hạt polystyrol đến cường độ bê tông. hành theo TCVN 3117:1993 trên các mẫu kích 5. Nghiên cứu một số tính chất của bê tông thước 100x100x400 mm trong điều kiện tự nhiên. polystyrol Cấp phối bê tông polystyrol lấy theo Bảng 4. Kết Nghiên cứu các tính chất của bê tông được thực hiện trên một số cấp phối được lựa chọn ở quả được trình bày trong bảng 7. Bảng 7.Độ co ngót của bê tông polystyrol Ký hiệu KLTT, Độ co ngót của bê tông, mm/m tại thời điểm, ngày cấp phối kg/m³ 1 3 7 14 28 60 90 D4T 400 0,12 0,26 0,38 0,45 0,57 0,65 0,65 D5T 500 0,09 0,20 0,24 0,32 0,36 0,42 0,43 D6T 600 0,07 0,13 0,16 0,23 0,29 0,34 0,35 D7T 700 0,05 0,10 0,16 0,21 0,30 0,20 0,31 Số liệu thí nghiệm cho thấy co ngót của bê tông các cấp phối D4T, D5T, D6T và D7T (Bảng 4) có polystyrol đạt ổn định sau 90 ngày. Khối lượng thể mô đun đàn hồi tương ứng là 0,077 GPa, 0,128 tích của bê tông càng cao thì độ co ngót càng giảm. GPa, 0,194 GPa và 0,228 GPa. Có thể thấy rằng, Nhìn chung bê tông polystyrol có độ co ngót cao mô đun đàn hồi của bê tông polystyrol tăng theo hơn nhưng ổn định sớm hơn so với bê tông chiều tăng cường độ bê tông (khối lượng thể tích bê thường(bê tông nặng có độ co khoảngtừ 0,2 mm/m tông). Mô đun đàn hồi của bê tông phụ thuộc rất đến0,45 mm/m và ổn định sau từ 5 đến 6 tháng). nhiều vào làm lượng và tính chất của cốt liệu cũng Thành phần chính gây co ngót trong bê tông là đá xi như hồ ximăng. Sử dụng các hạt polystyrol với măng. Trong bê tông thường, sự có mặt của cốt liệu môđun đàn hồi thấp làm giảm môđun đàn hồi của có tác dụng cản co khiến độ co ngót của bê tông giảm đáng kể so với độ co ngót của đá xi măng. Đối bê tông. Theo dõi quá trình biến dạng của bê tông với bê tông polystyrol, các hạt cốt liệu có cường độ polystyrol với khối lượng thể tích 500 kg/m³ và nhất và môđun đàn hồi thấp nên khả năng cản co của là 400 kg/m³ cho thấy ngoài biến dạng đàn hồi và chúng không cao. Mặt khác cấu trúc hốc rỗng của biến dạng dẻo còn có thành phần biến dạng dẻo ảo. bê tông polystyrol với khối lượng thể tích thấp cũng Đó là nhánh đi xuống trong biểu đồ quan hệ áp lực - là một trong những nguyên nhân làm tăng độ co biến dạng. Theo [4] khi sảy ra biến dạng dẻo ảo ngót. mặc dù bê tông chưa có dấu hiệu phá vỡ bên ngoài Môđun đàn hồi của bê tông polystyrol được xác nhưng cấu trúc đã mất đi tính liên tục và xuất hiện định theo TCVN 5726:1993. Trong các thí nghiệm, nhiều vi nứt. thay cho việc đo bằng đồng hồ cơ học, độ biến Độ hút nước của bê tông polstyrol được xác dạng được đo thông qua các thanh cảm biến gắn định theo TCVN 3113:1993. Hệ số hoá mềm của bê trên bề mặt mẫu. Thí nghiệm được tiến hành tại tông polystyrol được xác định riêng theo cường độ phòng nghiên cứu về thí nghiệm công trình thuộc chịu nén và chịu kéo khi uốn. Kết quả thí nghiệm Viện KHCN Xây dựng. Kết quả thí nghiệm cho thấy trình bày tại bảng 8. Bảng 8. Độ hút nước và hệ số hoá mềm của bê tông polystyrol Cường độ, MPa ở trạng thái Ký hiệu KLTT, Độ hút Hệ số hoá mềm theo khô bão hoà nước cấp phối kg/m³ nước,% uốn nén uốn nén uốn nén D4X4a 400 27,3 0,49 1,1 0,49 1,1 1,00 1,00 D5X4a 500 22,5 0,55 1,5 0,54 1,4 0,98 0,93 D6X4a 600 18,6 1,01 3,3 1,00 2,8 0,99 0,85 D7X4a 700 16,7 1,17 4,7 1,05 3,9 0,90 0,83 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 45
8. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG Cường độ, MPa ở trạng thái Ký hiệu KLTT, Độ hút Hệ số hoá mềm theo khô bão hoà nước cấp phối kg/m³ nước,% uốn nén uốn nén uốn nén D4T 400 25,8 0,66 1,1 0,66 1,1 1,00 1,00 D5T 500 23,7 0,71 1,8 0,71 1,5 1,00 0,83 D6T 600 17,7 1,11 3,4 1,10 2,8 0,99 0,82 D7T 700 16,2 1,65 5,5 1,41 4,5 0,85 0,82 Độ hút nước của bê tông polystyrol giảm khi polystyrol ít dao động và nằm trong khoảng từ 4,5 % tăng khối lượng thể tích bê tông và nằm trong đến 6,3%. khoảng từ 27,3% đến 16,2%. Các hạt cốt liệu Hệ số hoá mềm của bê tông polystyrol biến polystyrol không hút nước nên độ hút nước của bê động trong khoảng từ 0,82 đến 1,00. Hệ số hoá tông phụ thuộc vào độ hút nước của đá xi măng. mềm theo cường độ chịu uốn ít biến động hơn so Bên cạnh đó, một yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ hút với hệ số hoá mềm theo cường độ chịu nén. Bê nước là cấu trúc của bê tông. Các cấp phối với hệ tông polystyrol có khối lượng thể tích càng lớn thì số dư vữa thấp sẽ có cấu trúc hốc rỗng. Các hốc hệ số hoá mềm càng nhỏ. Điều này chứng tỏ khối rỗng này sẽ làm tăng đáng kể độ hút nước của bê lượng bê tông càng lớn thì ảnh hưởng của cường tông polystyrol. Theo chiều tăng của hệ số dư vữa, độ vữa xi măng tới cường độ bê tông càng thể hiện thể tích các hốc rỗng giảm dần do đó độ hút nước rõ nét. cũng được cải thiện. Khi bê tông có cấu trúc liên Khả năng bám dính của bê tông polystyrol được tục, độ hút nước tiến tới giá trị bằng và nhỏ hơn độ nghiên cứu với hai đối tượng bao gồm bám dính vứi hút nước của vữa xi măng. Chính vì vậy để cải thiện cốt thép và bám dính với vữa. Thí nghiệm khả năng độ hút nước của bê tông polystyrol có khối lượng liên kết giữa cốt thép và bê tông được tiến hành ở thể tích thấp cần tăng hệ số dư vữa. Còn đối với bê tuổi 28 ngày trên các mẫu bê tông polystyrol kích tông polystyrol có khối lượng thể tích cao thì cần thước 100x100x200mm theo phương pháp trình giảm độ hút nước của vữa.Mặc dù độ hút nước của bày trong [5]. Các thí nghiệm tiến hành với cốt thép bê tông polystyrol với khối lượng thể tích khác nhau trơn và cốt thép gai D10. Kết quả thí nghiệm trình dao động mạnh nhưng độ ẩm cân bằng của bê tông bày tại bảng 9. Bảng 9. Độ bám dính của bê tông polystyrol với cốt thép Ký hiệu KLTT, Lực kéo tối Độ bám dính, MPa Loại thép cấp phối kg/m³ đa, KG từng mẫu trung bình 265 0,43 D4T 400 thép trơn 230 0,37 0,45 330 0,53 140 0,23 D4T 400 thép gai 100 0,16 0,18 85 0,14 1550 2,51 D7T 700 thép trơn 1025 1,66 2,17 1450 2,34 1170 1,89 D7T 700 thép gai 1340 2,17 1,99 1180 1,91 Kết quả thí nghiệm cho thấy độ liên kết giữa cốt tông polystyrol tăng theo chiều tăng khối lượng thể thép và bê tông phụ thuộc vào khối lượng thể tích tích và với khối lượng thể tích 700 kg/m³ có giá trị của bê tông polystyrol. Cũng theo [5], độ liên kết gần với giá trị của bê tông thường. giữa cốt thép và bê tông thường được tính bằng Đối với bê tông thường, độ bám dính của thép 0,19 mác bê tông. Như vậy, mặc dù giá có trị tuyệt gai thường lớn hơn so với thép trơn, nhưng thí đối thấp hơn, nhưng tỷ lệ giữa độ bám dính của cốt nghiệm với bê tông polystyrol cho kết quả ngược thép và cường độ bê tông polystyrol cao hơn so với lại. Khối lượng thể tích của bê tông polystyrol tăng bê tông thường. Độ bám dính của cốt thép với bê thì mức độ cách biệt giữa thép gai và thép trơn 46 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017
9. VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG giảm. Điều này có thể giải thích bởi đặc điểm cấu liệu xây dựng ở nước ta. Trong đó, bê tông nhẹ sử trúc của bê tông polystyrol. Do bê tông polystyrol dụng hạt polystyrol phồng nở là vật liệu mới, có với khối lượng thể tích thấp có cấu trúc hốc rỗng nhiều triển vọng ứng dụng, nâng cao hiệu quả cho nên diện tích tiếp xúc giữa bề mặt cốt thép và bê công trình. tông bị hạn chế. Mặt khác, khi sử dụng thép gai với Kết quả nghiên cứu bê tông polystyrol với khối khoảng cách các gai tương đương kích thước hạt lượng thể tích từ 400 kg/m³ đến 700 kg/m³ cho thấy, cốt liệu, diện tích tiếp xúc càng bị thu hẹp. Khi tăng tính công tác của hỗn hợp bê tông phụ thuộc nhiều khối lượng thể tích, hệ số dư vữa tăng, cấu trúc bê vào độ xòe của hồ xi măng và hệ số dư hồ. Để hạn tông dần trở nên liên tục (giống với cấu trúc bê tông chế phân tầng hỗn hợp bê tông cần lựa chọn độ thường), do đó độ bám dính cũng tăng theo và các xòe thích hợp của hồ và hạn chế tạo hình bằng đầm quy luật chi phối cũng dần tiệm cận với các quy luật rung. của bê tông thường. Cường độ của bê tông polystyrol phụ thuộc vào Khả năng liên kết với vữa trát của bê tông cường độ của đá xi măng và hệ số dư hồ. Để nâng polystyrol được xác định theo TCVN 3121-12:2003. cao cường độ bê tông polystyrol có khối lượng thể Nền để trát là các tấm bê tông polystyrol kích thước tích thấp nên ưu tiên tăng hệ số dư hồ. Sử dụng 300x500x100mm. Sau khi đúc 14 ngày tiến hành trát vữa xi măng cát vàng M75 dày 1cm lên bề mặt phụ gia khoáng và polimer có thể chế tạo được bê bê tông polystyrol. Sau 28 ngày tiến hành thí tông polystyrol khối lượng thể tích 700 kg/m³ đạt nghiệm kéo nhổ xác định độ bám dính. Đồng thời, cường độ đến 8,0 MPa. tiến hành kéo nhổ bản thân bê tông tấm nền để xác Nghiên cứu các tính chất khác của bê tông định cường độ cố kết của bê tông. Kết quả cho polystyrol như co ngót, mô đun đàn hồi, độ hút thấy, cường độ cố kết của bê tông polystyrol D4T và nước, hệ số hóa mềm và khả năng bám dính cho D7T có giá trị tương ứng bằng 0,29 MPa và 0,61 thấy bê tông polystyrol hoàn toàn thích hợp để chế MPa. Trong khi đó, với nền là bê tông polystyrol tạo các sản phẩm nhẹ như blốc xây, panel nhẹ sử D4T có khối lượng thể tích 400 kg/m³, vùng phá hoại khi thử nghiệm nằm trong bê tông nền, giá trị dụng trong thi công xây dựng công trình. cường độ kéo đứt ghi nhận được vào khoảng 0,27 TÀI LIỆU THAM KHẢO MPa tương đương với cường độ cố kết của bản thân bê tông. Với nền là bê tông polystyrol D7T có 1. Довжик В.Г., Россовский В.Н., Савельева Г.С., khối lượng thể tích 700 kg/m³, phá hoại khi kéo nhổ Иванова Ю.В., Хаймов И.С., Семенова Т.Д., sảy ra ở vùng tiếp giáp giữa vữa và bê tông. Độ Сафонов А.А. Технология и свойства bám dính ghi nhận được là 0,55 MPa, không thua полистиролбетона для стеновых конструкций. kém gì so với bê tông thường. Như vậy, nếu sử Бетон и железобетон, 1997, № 2, стр.5-9. dụng bê tông polystyrol làm tường cho nhà và công trình, có thể hoàn thiện bề mặt bằng vữa trát như 2. Милых Т.И. Конструкционно-теплоизоляционный tường gạch hay tường bê tông thông thường. полистиролбетон. Бетон и железобетон, 1988, №10, стр.11-13. So với các loại vật liệu nhẹ có khối lượng thể tích tương đương, ví dụ như bê tông khí chưng áp, 3. 5. ГОСТ Р 51263-99 "Полистиролбетон. Технические bê tông polystyrol với khối lượng thể tích 600-700 условия". kg/m³ có giá thành cao hơn khoảng 25%. Tuy nhiên, 4. 12. Баженов Ю.М. Технлогия бетона. Изд-во АСВ, với độ hút nước thấp hơn, khả năng chống thấm 2002, 500с. cao hơn, bê tông polystyrol là lựa chọn phù hợp hơn cho tường bao che và tường tại các khu vực 5. Nguyễn Tấn Quý, Phan Duy Hữu, Nguyễn Thúc Kiên dùng nước trong công trình. Giáo trình thí nghiệm vật liệu xây dựng. NXB ĐH&THCN, 1983, 192c. 5. Kết luận Ngày nhận bài: 02/01/2018. Nghiên cứu sử dụng bê tông nhẹ trong xây dựng là định hướng quan trọng trong phát triển vật Ngày nhận bài sửa lần cuối: 12/01/2018. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 47