Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 10: Phụ gia hóa học cho bê - tông

1Vật Liệu Xây Dựng (Construction Materials) Bộ môn Vật liệu Silicat Khoa Công Nghệ Vật Liệu Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-2 Phụ gia hóa học cho bê-tông xi-măng VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-3 Vai trò vị trí
Ngày càng quan trọng trở thành thành phần không thể thiếu trong xi măng, bê-tông và công nghệ bê-tông xi-măng.
Giúp cải thiện tích chất chung
Giúp hạn chế đặc điểm có hại như co, nứt
TUY NHIÊN: nhìn chung là tp rất đắt tiền. VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-4 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
Là những chất được đưa vào với hàm lượng ≤ 5% hàm lượng xi măng nhằm cải thiện số tính chất của vữa xi măng, bê tông.
Phân loại theo ứng dụng • Phụ gia cuốn khí • Phụ gia giảm nước, phụ gia dẻo • Phụ gia siêu dẻo (siêu giảm nước) • Phụ gia tăng và giảm thời gian đóng rắn (tăng tốc, giảm tốc) • Phụ gia điều chỉnh quá trình hydrat hóa • Phụ gia tăng cường bám dính • Phụ gia chống co, nứt • Phụ gia giảm phản ứng ASR cốt liệu • Phụ gia tạo màu 2 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-5 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI Polyvinyl clorid, polyvinyl acetat, acrylic, butadien – styren copolymer Tăng độ liên kết xi măng với cốt liệu PG tăng bám dính -Xen-lu-lô-zơ -Polime Acrylic Tăng khả năng dính kết bê tông trong môi trường nước PG chống rửa trôi môi trường Muối Ba,LiNO3, Li2CO3, LiOH, hợp chất hữu cơ EVA, PVA Giảm khả năng phản ứng alkali cốt liệu Giảm phản ứng ASR -Muối sulfonate lignin, alkyl- benzen -Muối hydrocabon sunfonate Cải thiện khả năng chống băng giá, ăn mòn sulfat, phản ứng ASR, tính công tác PG cuốn khí CaCl2, Ca(NO3)2, triethanol amine, sodium thio-cyanate Tăng thời gian đóng rắn và tạo cường độ sớm PG tăng tốc đóng rắn Tên phụ giaCông dụngLoại PG VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-6 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI Sulfonate melamine formaldehyt, Sulfonat napthalen formaldehyt, Lignosulfonat Polycacboxylate copolymer -Tăng khả năng chảy của BT, khả năng bơm.. -Giảm tỉ lệ N/X PG dẻo, siêu dẻo Poly alkyl, propylen glycolLàm giảm độ co của bê tông khi khô PG giảm co Lignin, borax, đường gluco, muối của axit tartaric Làm tăng thời gian ninh kết của bê tông PG chậm đóng rắn Bột nhôm, nước oxi giàTạo bọt cho bê tông nhẹPG tạo bọt Carbon black (muội than lò), oxít kim loại sắt, crôm, cobalt. Tạo màu trang trí cho bê-tông, xi măng PG màu Tên phụ giaCông dụngLoại PG VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-7 Phụ gia giảm nước
Theo ASTM, phân loại mức độ giảm nước • Phụ gia giảm nước: giảm nước ít nhất 5% • Phụ gia giảm nước kết hợp đóng rắn nhanh : giảm nước ít nhất 5% và làm ninh kết nhanh • Phụ gia giảm nước kết hợp chậm đóng rắn: giảm nước ít nhất 5% và làm chậm ninh kết • Phụ gia giảm nước trung bình: mức độ giảm nước từ 6-12% • Phụ gia giảm nước cao: có độ giảm nước bé nhất là 12% • Phụ gia giảm nước cao kết hợp chậm đóng rắn: có độ giảm nước bé nhất 12% và kéo dài thời gian đóng rắn • Phụ gia siêu dẻo, siêu giảm nước: thường có độ giảm nước >15% VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-8 Ý nghĩa vai trò
Tăng khả năng chảy, bơm bê-tông.
Giảm tối ưu tỉ lệ N/X  tăng cường độ.
Giảm lượng xi-măng cần sử dụng. 3 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-9 Phụ gia dẻo, siêu dẻo
Phân loại theo gốc hóa học • Phụ gia gốc Lignosulfonate (LSF). • Phụ gia gốc Sulfonates Napthalene Formaldehyte (SNF). • Phụ gia gốc Sulfonates Melamine Formaldehyte (SMF). • Phụ gia gốc Vinylcopolymer. • Phụ gia gốc Polycacboxylate. VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-10 Phụ gia dẻo, siêu dẻo
Gốc Lignosulfonate (LSF) • Nguồn gốc: là sản phẩm của quá trình sản xuất bột giấy từ gỗ và xơ của thực vật. • Tác dụng: + Giảm nước thấp: mức độ giảm nước tối đa là 10% + Có tác dụng cuốn khí, làm tăng thời gian đóng rắn. VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-11 PG giảm nước thấp Lignosulfonate (LSF) XM + Nước = Vón cục các hạt XM Các SP thủy hóa XM chưa thủy hóa Các hạt XM xu hướng phân tán PG giảm nước Lớp PGLớp SP thủy hóa VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-12 Không phụ gia 0,5% Pg LSF 4 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-13 SO3(-) OH SO3(-) OH -CH-CH OH SO3(-) n OCH3 SO3 Ca++ Al+++Ca++ Al+++ Ca++ Al+++SO3 HO HO SO3(-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) Lignosulfonate (LSF) XM Hydrophilic – ái nước Hydrophobic – kị nước XM Cơ chế hóa dẻo do chống kết dính và chống keo tụ nhờ lực đẩy tĩnh điện VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-14 Phụ gia dẻo, siêu dẻo
Gốc Sulfonate Napthalene Formaldehyte (SNF) • Nguồn gốc: Thu được khi chưng cất than đá khô hoặc có thể tổng hợp từ các chất hữu cơ • Tác dụng: + Giảm nước tối đa là 25%  PG siêu dẻo + Kéo dài thời gian hydrate hóa, làm giảm cường độ ban đầu
Gốc Sulfonate Melamine Formaldehyte (SMF) • Nguồn gốc : tạo thành từ gốc tổng hợp melamin và formaldehyte • Tác dụng: + Giảm nước tối đa là 25%  PG siêu dẻo + Tạo cường độ sớm + Khả năng duy trì tính công tác tốt. VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-15 PG siêu dẻo Sulfonate Napthalene Formaldehyte (SNF) XM + Nước = Vón cục hạt XM Các SP hydrat hóa XM chưa hydrat hóa Các hạt XM xu hướng phân tán PG siêu dẻo Lớp sp thủy hóa Phụ gia VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-16 OH SO3(-) CH2 n OHSO3(-) SO3(-) SO3(-) SO3 Ca++ Al+++Ca++ Al+++ Ca++ Al+++SO3 HO SO3(-) (-) (-) (-) (-)(-) (-) (-) (-) Sulfonate Napthalene Formaldehyte (SNF) XM XM Cơ chế hóa dẻo do chống kết dính và chống keo tụ nhờ lực đẩy tĩnh điện Mạch dài 5 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-17 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-18 Cơ chế tác dụng 1 giai đoạn SP thủy hóa bao quanh hạt, làm giảm và triệt tiêu lực tĩnh điện  PG hết tác dụng VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-19 Phụ gia dẻo, siêu dẻo
Gốc Vinylcopolymer • Nguồn gốc : Là sản phẩm của quá trình tổng hợp dầu thô • Tác dụng: + Giảm nước tối đa là 30%  PG siêu dẻo + Kéo dài thời gian thi công + Tạo ra khả năng tương thích cao với các loại XM.
Gốc Polycacboxylate • Nguồn gốc : được tổng hợp từ các polymer cao phân tử dùng chất khởi mào là peroxy • Tác dụng: + Giảm nước tối đa đến 40%  PG siêu dẻo + Duy trì tính công tác cao + Tạo cường độ sớm VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-20 PG siêu dẻo Polycacboxylate Polyoxyde Ethylene - - - - -CH-CH2- CH-CH2- CH-CH2- CH-CH2- CH-CH2- - - - - C=O O CH2 CH2 O R n C=O O CH2 CH2 O R n C=O OH C=O OH C=O OH (-) (-) (-) 6 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-21 CO2 Ca++ Al+++Ca++ Al+++ Ca++ Al+++CO2 CO2(-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)XM XM PG siêu dẻo Polycacboxylate Polyoxyde Ethylene Cơ chế hóa dẻo do chống kết dính và chống keo tụ nhờ kết hợp lực đẩy tĩnh điện + lực đẩy không gian VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-22 Cơ chế tác dụng 2 giai đoạn td2 td1 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-23 Cơ chế tác dụng PG siêu dẻo thế hệ mới
Hóa dẻo do giảm sức căng bề mặt • Phụ gia tan vào nước • Hấp phụ vào các hạt pha rắn (XM, cốt liệu và gel ximăng) làm giảm sức căng bề mặt phân chia pha rắn–lỏng. • Các hạt rắn trượt lên nhau dễ dàng hơn.
Hóa dẻo cuốn khí • Khi làm giảm sức căng bề mặt PGSD đồng thời có tác dụng cuốn khí • Các bọt khí trong bê-tông có tác dụng như tấm đệm làm cho pha rắn trượt lên nhau dễ dàng hơn VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-24 Mô hình phân tán PG trong bê-tông 7 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-25 Màng polymer PG trong sp đóng rắn Sau 30ph, không dùng PG Sau 30ph, dùng PG 4% VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-26 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Đến tính lưu biến hồ vữa • PGSD làm giảm độ nhớt của hồ xi măng – nước • Tùy thuộc vào tỉ lệ C3A/ C4AF, C3S/ C2S mà sự ảnh hưởng của PGSD lên hồ là khác nhau. • Tùy thuộc vào gốc và hàm lượng phụ gia Ảnh hưởng của sulfonate napthalen formaldehyde đến độ nhớt của hồ A: Hỗn hợp nước + xi măng B: Nước + xi măng + siêu dẻo VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-27 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Đến thế Zeta • Thế Zeta là sự chênh lệch điện thế của toàn bộ hệ phân tán và lớp bề mặt hệ phân tán với môi trường phân tán • Thế Zeta càng âm thì độ nhớt của hệ càng nhỏ • Phụ gia gốc SNF và SMF là phụ gia có thế Zeta có giá trị âm nhất Haøm löôïng phuï gia, % mV Mối quan hệ giữa thế Zeta và hàm lượng PG gốc LS và SNF VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-28 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Đến khả năng hấp phụ • Khả năng hấp phụ của phụ gia lên bề mặt hạt xi măng phụ thuộc vào độ mịn, tỉ lệ C3S/C2S, C3A/C4AF. Tỉ lệ này càng cao thì khả năng hấp phụ càng lớn • Khả năng hấp phụ của PG lên C3A là tốt nhất. Ảnh hưởng của SMF đến khả năng hấp phụ 8 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-29 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Đến quá trình hydrat hóa • LSF: Làm chậm quá trình đóng rắn Tăng cường độ ở tuổi dài ngày • SNF và SMF Cả SNF và SMF đều làm chậm quá trình thủy hóa của C3A và C3S Khi có mặt SMF, tinh thể CSH tạo thành có cấu trúc sít đặc và ít lỗ rỗng hơn khi không có phụ gia. • Polycacboxylate: Chưa có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của PC đến động học của quá trỉnh hydrate hóa VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-30 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo Thôøi gian, giôø C al/g/phuùt Ảnh hưởng của SMF đến nhiệt thủy hóa của C3S C al/g/phuùt Thôøi gian, phuùt Ảnh hưởng của SMF đến nhiệt thủy hóa của C3A Ảnh hưởng của SMF lên hệ C3A – CaSO4. 2H2O VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-31 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn duy trì được độ sụt yêu cầu.
Giảm tỉ lệ N/X
Tăng tính công tác, khả năng bơm
Giảm sự tách nước, phân tầng.
Có tác dụng làm tăng hay giảm thời gian đóng rắn. VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-32 9 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-33 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-34 Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Tăng cường độ ban đầu và cường độ cuối cùng của bê tông.
Giảm nhiệt thủy hóa trong quá trình đóng rắn.
Tăng khả năng chống thấm cho bê tông
Hạn chế khả năng thay đổi thể tích do ASR
Giảm khả năng bị ăn mòn hóa học. VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-35 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-36 Một số chỉ tiêu của PG siêu dẻo
Độ pH, pH thay đổi theo thời gian
Tỷ trọng của phụ gia
Hàm lượng chất khô
Hàm lượng ion Clorua
Hàm lượng tro
Khả năng giảm nước của phụ gia
Thời gian đông kết của bê tông và khả năng duy trì độ sụt
Phổ hồng ngoại IR đánh giá thành phần 10 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-37 CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES VISCOSITE(cps) DENOMINATION COMMERCIALE MARQUAGE BASE CHMIQUE RE % DOSAGE PRECONISE % DENSITE (à 20 ° C) E.S. % pH NA2 O éq % CL- % 5°C 20°C PLASTIMENT 22 S LS ≥ 6 0,3 à 1,0 1,14 ± 0,015 32 à 35 4,5 ± 1 ≤ 0,3 < 0,1 35 20 PLASTIMENT BV 40 LS ≥ 6 0,3 à 1,0 1,185 ± 0,015 38,5 ± 1,9 4,5 ± 1 ≤ 2,0 < 0,1 62 32 PLASTIMENT HP LS modifié ≥ 6 0,25 à 0,6 1,185 ± 0,01 41,5 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 2,5 < 0,1 50 22 SIKAMENT FF 86 PMS ≥ 7 0,4 à 2,0 1,23 ± 0,02 40 ± 1,5 7 à 11 ≤ 6 < 0,1 85 43 SIKAMENT 90 MF PMS modifiée ≥ 8 0,3 à 0,6 1,21 ± 0,03 40,5 ± 1 8 ± 1,5 ≤ 6 < 0,1 80 30 SIKAFLUID 200 R PMS modifiée ≥ 8 0,5 à 1,5 1,150 ± 0,010 29,5 ± 1,5 5,5 ± 1 ≤ 4 < 0,1 14 7 PLASTIMENT 97 PC modifié ≥ 7 0,3 à 1,0 1,15 ± 0,01 30 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 6 < 0,1 21 9 SIKA VISCOCRETE 3075* PC modifié ≥ 12 0,5 à 1,0 1,13 ± 0,01 26 ± 1 8 ± 1 ≤ 4 < 0,1 16 20 SIKA PLASTOCRETE 3.2 PCP modifié ≥ 10 0,2 à 0,8 1,15 ± 0,01 31,5 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 4 < 0,1 50 25 SIKA VISCOCRETE 3045* PCP ≥ 12 0,2 à 2,5 1,11 ± 0,02 36 ± 1 5 ± 1 ≤ 2,5 < 0,1 150 65 Tên thương mại Tiêu chuẩn Chủng loại % giảm nước % HL sử dụng Một số đặc tính Tỉ trọng Tỉ lệ N/X pH % Na2O % Cl- Độ nhớt c VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-38 CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES VISCOSITE(cps) DENOMINATION COMMERCIALE MARQUAGE BASE CHMIQUE HRE % DOSAGE PRECONISE % DENSITE (à 20 ° C) E.S. % pH NA2 O éq % CL- % 5°C 20°C SIKAMENT 305 PNS modifié ≥ 12 0,3 à 2,0 1,17 ± 0,02 33 à 35 4,5 ± 1 ≤ 0,8 < 0,1 51 22 SIKAFLUID PNS ≥ 12 0,5 à 1,5 1,20 ± 0,02 40 ± 1,5 7,5 ± 1,5 ≤ 1 < 0,1 89 14 SIKA VISCOCRETE 2 PC + PMS ≥ 15 0,5 à 2 1,11 ± 0,01 33,5 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 7 < 0,1 173 90 SIKA VISCOCRETE 3020 PCP ≥ 15 0,3 à 1,5 1,07 ± 0,01 25 ± 1 6,5 ± 1 ≤ 2,5 < 0,1 60 35 SIKA VISCOCRETE 5.400 F PCP-PV ≥ 15 0,4 à 1,5 1,085 ± 0,01 30 ± 1 6 ± 1 ≤ 2,3 < 0,1 105 55 SIKA VISCOCRETE 3030 PCP ≥ 15 0,5 à 1,5 1,105 à 1,125 35 ± 1 5,5 ± 1 ≤ 5 < 0,1 75 40 SIKA VISCOCRETE 20HE PCP ≥ 15 0,4 à 1 1,085 ± 0,01 40 ± 1 4,5 ± 1 ≤ 1 < 0,1 400 145 SIKA VISCOCRETE 2030HE*$ / PCP ≥ 15 0,5 à 1,3 1,06 ± 0,01 30 ± 1 4,5 ± 1 ≤ 1 < 0,1 110 62 Tên thương mại Tiêu chuẩn Chủng loại % giảm nước % HL sử dụng Một số đặc tính Tỉ trọng Tỉ lệ N/X p % Na2O % Cl- Độ nhớt cps VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tông 9-39 Lưu ý sử dụng phụ gia kết hợp PG siêu dẻo + giảm tốc N/X=0,58 N/X=0,47 PG siêu dẻo Cộng tác dụng hay ảnh hưởng lẫn nhau theo hướng có hại