>> Những nghiên cứu mới nhất về phát triển cường độ sớm và cường độ muộn trong bê tông (P1)

1.2. Hóa rắn

Sự hóa rắn hồ xi măng là bằng chứng cho sự gia tăng độ bền nén do các sản phẩm hydrat hóa khác nhau, chủ yếu là C-S-H, lấp đầy khoảng trống giữa các hạt xi măng và cũng thế chỗ các hạt xi măng. Nhìn chung, cường độ của hồ xi măng phụ thuộc vào việc có bao nhiêu khoảng trống bị nước chiếm chỗ khi bắt đầu quá trình có thể bị lấp đầy sản phẩm hydrat hóa, vì vậy khoảng trống được lấp đầy hạt xi măng ở bước phối trộn càng nhiều, thì càng có ít khoảng trống bị lấp đầy nước và càng dễ dàng làm cho khoảng trống trở nên rắn đặc. Các sản phẩm xi măng hydrat hóa chiếm xấp xỉ 2,4 lần thể tích của xi măng khô, vì vậy sẽ có ít các khoảng trống bị các sản phẩm hydrat xâm chiếm. Tỷ lệ nước/xi măng theo lý thuyết mà sẽ hydrat toàn bộ xi măng điển hình để tạo ra sản phẩm hydrat hóa duy nhất không chứa xi măng chưa được hydrat hóa không có nước và không có lỗ xốp rỗng là 0,381. Tỷ lệ nước/xi măng cao hơn sẽ thường để lại một vài lỗ xốp rỗng chứa đây nước.

Ở những giai đoạn hydrat hóa sớm, phát triển cường độ nhanh phụ thuộc vào tốc độ mà trong đó khoảng trống được lấp đầy. Ở mức độ quan trọng, thì sự phát triển này là do độ mịn và do đó, là tiết diện bề mặt của các hạt xi măng. Tiết diện bề mặt lớn hơn có sẵn cho nước trộn tạo ra tiết diện hòa tan ở thời gian đã cho lớn hơn và cũng tạo ra bề mặt lớn hơn cho lắng kết sản phẩm hydrat hóa, do đó cho phép tốc độ đi qua dung dịch nhanh hơn. Người ta thường giả định rằng việc tăng độ mịn xi măng sẽ làm tăng độ bền nén một và hai ngày khi được thử nghiệm với một hàm lượng nước không đổi.
Hình 2-1 được lập ra từ các kết quả thử chất lượng đã công bố cho bốn loại xi măng sản xuất ở Vương quốc Anh, phần nào cho thấy mối quan hệ giữa việc tăng độ mịn của bốn loại xi măng này với sự tăng cường độ của vữa. Tuy nhiên, ở hai ngày tuổi, xu hướng phát triển cường độ của hai trong số các loại xi măng này đã chững lại, không thấy có sự cải thiện rõ ràng khi tăng tiết diện bề mặt từ khoảng 340m²/kg lên khoảng 410m²/kg. Việc cường độ hai ngày sau khi phối trộn không tăng mạnh có khả năng là do các biến số khác trong xi măng.

1.3. Đông kết và hóa rắn
  Hình 3-1 cho thấy một tập hợp các số liệu từ nhà máy đang vận hành với mức SO₃ ổn định khoảng từ 3,0 - 3,2%. Mức C₃A đã được thay đổi có kiểm soát. Đường trend phía trên cho thấy ảnh hưởng của việc tăng không ngừng C₃A theo thời gian đông kết với thời gian tối đa cho đông kết ban đâu ở mức 8,5 - 9% C₃A. Đường trend bên dưới là cường độ bền nén được thử nghiệm ở một ngày tuổi. Trong khi số liệu C₃A thấp hơn lại ít hơn so với ở các mức tỉ lệ phần trăm cao hơn, > 9% là sự rút ngắn thời gian đông kết dễ thấy đồng thời có liên quan tới việc tăng hiệu quả cường độ một ngày tuổi. Hình 3-1 cũng cho thấy rằng mối quan hệ tương tự đạt được khi C₃A thay đổi như khi C₃A ổn định và SO₃thay đổi.

Cơ chế này là cần thiết tương tự như đối với sự thay đổi của SO₃ với lượng C₃A ổn định. Do hàm lượng C₃A có sẵn thấp, đã xuất hiện một lượng sulphate hòa tan dư thừa mà có thể lắng kết lại như thạch cao và có thể gây ra xu hướng đông kết giả. Khi lượng C₃A tăng lên, thì trước tiên là lượng tương ứng tạo ra thời gian đông kết tối ưu, tiếp theo là lượng C₃A dư thừa, tạo ra các calcium sulphoaluminate hydrate và xu hướng đông kết nhanh.

Mối liên hệ giữa đông kết và phát triển cường độ sớm là rõ ràng trong tất cả các số liệu nghiên cứu. Khi xi măng được thử nghiệm để đáp ứng Tiêu chuẩn Quốc gia trong vữa có chứa một lượng nước cố định, cần lựa chọn giữa việc tạo ra cường độ sớm cao hơn nhưng lại làm giảm thời gian đông kết, hoặc tạo ra thời gian đông kết kéo dài hơn nhưng lại đạt cường độ sớm thấp hơn. Đánh giá ngắn gọn về một số kết quả xi măng ở Vương quốc Anh đã cho thấy rằng tại một nhà máy khi tăng 5N/mm² ở hai ngày tuổi đối với xi măng nghiền mịn nhanh sẽ mắt khoảng 10 phút cho thời gian đông kết ban đầu. Trong trường hợp khác, trung bình tăng 2,2N/mm² mất 26 phút thời gian đông kết.

Các hiệu ứng đạt được của các mối quan hệ rõ ràng trong các kết quả thử xi măng hướng tới hiệu quả của xi măng trong bê tông. Thời gian đông kết thường liên quan tới nhu cầu nước, với thời gian đông kết ngắn liên quan tới nhu cầu nước cao. Bê tông được trộn không theo hàm lượng nước cố định như trường hợp kiểm tra chất lượng xi măng của các khối trụ nhưng theo khả năng thi công đã cho. Nếu hồ xi măng hóa cứng sớm như trong trường hợp xi măng đông kết nhanh thì khi đó nước bổ sung thêm sẽ được yêu cầu để đạt được mục tiêu thi công. Như đã nêu từ bàn luận liên quan tới việc tạo ra các hydrat xi măng để chiếm khoảng trống bị lấp đầy nước, khi tăng tỉ lệ nước/xi măng trên mức tỉ lệ theo lý thuyết 0,38 thì có nghĩa là cuối cùng sẽ hoặc là khoảng trống rỗng hoặc khoảng trống bị lấp đầy nước trong bê tông mà sẽ làm giảm cường độ của bê tông. Sự thất thoát cường độ của bê tông có nghĩa là phải bổ sung thêm xi măng vào để cải thiện cường độ và hậu quả là sẽ làm tăng chi phí trên mỗi mét khối bê tông. Thay vào đó, vấn đề sẽ thường được xử lý ngay bằng cách bổ sung thêm các hỗn hợp khử giảm nước lại dẫn đến làm tăng chi phí. Nghiên cứu các số liệu thực tế từ một dây chuyền sản xuất xi măng đã đưa ra một điểm tương tự như đã chỉ ra ở Hình 1-1 về thời gian đông kết và cường độ hai ngày tuổi khi tỷ lệ SO₃ thay đổi. Hình 4-1 cho thấy sự phân phối dầy hơn nhờ có nhiều biến số mà là bằng chứng rõ ràng cho hai năm được nêu bởi các số liệu này. Tuy nhiên, sự hiện diện của một điều kiện tối ưu là cần thiết.
Cuối cùng là, ảnh hưởng tới hiệu quả bê tông từ một nhà máy cụ thể được chỉ ra từ một thử nghiệm của nhà máy ở Hình 5-1. Các mẫu bê tông đã được phối trộn không sử dụng bất kỳ tác nhân khử giảm nước nào. Tối ưu hóa cho cường độ ở cả 7 ngày tuổi lẫn 28 ngày tuổi đáp ứng thời gian đông kết tăng lên so với các thử nghiệm mẫu vữa lăng trụ hai ngày tuổi, vì vậy giá trị tối ưu đã tạo ra thời gian đông kết kéo dài hơn và hiệu quả bê tông tốt hơn nhưng cường độ hai ngày tuổi lại thấp hơn.

Các ảnh hưởng tới đặc tính xi măng hydrat hóa sớm là rất lớn và đánh giá này đã tập trung vào các ảnh hưởng của SO₃ và C₃A. Trong kết quả đo cường độ kiểm tra chất lượng, các yếu tố khác, cụ thể là hàm lượng C₃S trong xi măng, trở nên có ý nghĩa hơn nhiều, tuy nhiên, các ảnh hưởng đã biết phụ thuộc vào tỉ lệ sulphate có sẵn với calcium aluminate có sẵn ở các bước sản xuất bê tông đầu tiên cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
(Còn nữa)