Phạm vi tác dụng của các polyaryl đối với bê tông rất rộng. Những phụ gia này đồng thời ảnh hưởng tới nhu cầu nước, độ nhớt và các tính chất lưu biến khác của vữa bê tông. Ngoài ra, khi tác động tới quá trình tương tác của các khoáng chất clinker với nước, các polyaryl cũng biến đổi tác dụng của các phụ gia khác, trong đó có phụ gia kiểm soát tốc độ thủy hóa. Đặc điểm này cho phép sử dụng hiệu quả MasterPolyheed trong các sản phẩm tổng hợp với các công năng khác nhau, chẳng hạn khi đổ sàn công nghiệp, hoặc đổ bê tông vào mùa đông.
Bước tiến mới trong việc đổ bê tông vào mùa đông
Tốc độ và sự trọn vẹn của mọi quy trình hóa học đều phụ thuộc vào nhiệt độ; tốc độ phản ứng giữa xi măng với nước cũng không phải ngoại lệ. Ở nhiệt độ dưới +15°C, tốc độ giảm đáng kể; ở + 5°C, tốc độ không thể đo được bằng giờ, mà là bằng ngày đêm; còn ở 0°C hoặc thấp hơn quá trình gần như ngưng lại. Tuy nhiên, có những chất làm tăng tốc quá trình thủy hóa của các chất khoáng trong clinker xi măng và các quá trình hình thành các lỗ rỗng li ti và các mao mạch bên trong đá xi măng kết cứng, và (hoặc) gia tăng độ hòa tan của các khoáng chất cấu thành clinker xi măng khi đẩy nhanh sự thủy hóa. Đây chính là cơ chế hoạt động của các phụ gia kháng băng giá; cơ chế này hoàn toàn không thể ngăn chặn sự đóng băng của vữa hay bê tông.
Để hoàn thành các quá trình thủy hóa chỉ cần lượng nước khoảng 22-30% tổng lượng xi măng. Giá trị chính xác tỷ lệ nước /xi măng được các nhà sản xuất tiêu chuẩn hóa và phụ thuộc vào tính lưu động cần thiết của vữa bê tông, đặc điểm khoáng hóa của nguyên liệu thô, điều kiện sản xuất, loại xi măng, mức độ nghiền mịn…
Khi tính toán một phần nước sẽ được dùng để làm ướt cốt liệu và được tiêu hao trong quá trình bay hơi, về mùa hè, tỷ lệ nước / xi măng tối ưu sẽ xấp xỉ 0,5. Với tỷ lệ này, hầu như toàn bộ nước sẽ tiêu hao hết trong các phản ứng thủy hóa của xi măng và sẽ bay hơi sau 28 ngày. Nâng cao tỷ lệ nước / xi măng sẽ làm xuất hiện các phần tử nước tự do, làm giảm tất cả các chỉ số của đá xi măng (trước hết là các chỉ số về tốc độ đông cứng, cường độ cuối và tuổi thọ). Về mùa hè, vấn đề này hầu như không thể nhận diện. Nhưng ở nhiệt độ dưới +15°C, ảnh hưởng của nước tự do rất dễ xác định; và ở +5°C hoặc thấp hơn - có tính quyết định đối với quá trình đông cứng của xi măng.
Các phụ gia gốc este polycarboxylate (PCE) có hiệu quả khử nước rõ nhất, song không được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bê tông thương phẩm, bởi các phụ gia đòi hỏi chất lượng của các nguyên liệu trơ, và có thể có các tác động khác nhau đối với các loại xi măng khác nhau. Bên cạnh đó, nếu liều lượng dùng quá ít có thể sẽ có những lỗi nhất định. Cuối cùng, chi phí cao của các phụ gia gốc PCE khiến việc ứng dụng kém hiệu quả kinh tế. Phụ gia gốc polyaryl - cũng như PCE - có tính hóa dẻo và tác dụng giảm nước mạnh, song hiệu quả hóa dẻo tốt hơn, lượng nước tiêu thụ của vữa do đó giảm tới 30%. Kết quả là vữa bê tông có độ nhớt rất thấp (trái ngược với PCE), do đó năng lực xây xếp của vữa gia tăng đáng kể, đồng thời việc sử dụng bơm bê tông sẽ đơn giản hơn. Bên cạnh đó, các phụ gia mới không có yêu cầu đối với các nguyên liệu trơ và có thể áp dụng với mọi loại xi măng. Do đó, kết hợp với phụ gia đẩy nhanh thủy hóa, các phụ gia gốc este polyaryl trở thành giải pháp hiệu quả nhất để đổ bê tông vào mùa đông.
Các vấn đề độ nhớt của bê tông
Trong vài thập kỷ gần đây, thông số cơ bản đặc trưng cho tính lưu biến của vữa bê tông lưu động, được quy định trong các tiêu chuẩn của Nga là mác năng lực xây xếp (đặc trưng bằng giá trị độ sụt hình nón). Trong GOST 7473- 2010 xuất hiện thông số “độ chảy xòe hình nón” cũng biểu thị năng lực xây xếp của vữa bê tông lưu động P4-P5.
Các chuyên gia đều nhất trí rằng độ sụt và độ chảy xòe của nón không phải là các chỉ tiêu hoàn toàn đặc thù và đầy đủ cho độ nhớt đàn hồi của vữa bê tông. Với giá trị độ sụt hình nón như nhau, các bê tông khác nhau có thể có độ nhớt cấu trúc hoàn toàn khác nhau. Có cùng năng lực xây xếp theo GOST, các vữa này sẽ được bơm theo các cách khác nhau bằng bơm bê tông, với các khả năng gia công khác nhau, cách thức đổ đầy khuôn khác nhau. Sự thuận lợi khi làm việc với các loại vữa cũng sẽ khác nhau.
Cùng với sự phát triển của xây dựng toàn khối, với việc sử dụng rộng rãi các bơm bê tông và các yêu cầu về hiệu quả năng lượng của các máy trộn và bơm được nâng cao, các chỉ số về độ nhớt trở nên đặc biệt cần thiết. Những yêu cầu đặc biệt đối với độ nhớt cũng được áp dụng cho bê tông đổ sàn với lớp gia cố trên cùng (hiện đang được ứng dụng rộng rãi).
Tại các nước trong Liên minh châu Âu, chỉ số độ nhớt của vữa bê tông đã được đưa vào các tài liệu hướng dẫn. Trong các tiêu chuẩn EN 12.350, các thử nghiệm vữa bê tông được quy định không chỉ liên quan tới độ sụt hình nón mà cả các phương pháp T500, phương pháp thử nghiệm trong phễu hình chữ V, hộp hình chữ L, và các phương pháp khác. Các biện pháp thử nghiệm trực tiếp trong máy đo độ nhớt và áp kế cũng được quy định.
Một trong những nhược điểm của phụ gia gốc PCE là tăng độ nhớt của vữa bê tông, đặc biệt khi sử dụng với liều lượng cao. Điều này hạn chế đáng kể phạm vi ứng dụng polycarboxylates. Do đó, nhiệm vụ ưu tiên của BASF là nghiên cứu chế tạo các phụ gia không thua kém PCE về các tính chất giảm nước, đồng thời cũng không làm tăng độ nhớt của vữa bê tông. Kết quả nhiều năm nghiên cứu là sự ra đời MasterPolyheed – loại phụ gia không chỉ làm giảm lượng nước cần tiêu thụ và tương tác có hiệu quả với chất gia tốc thủy hóa, mà còn ảnh hưởng rõ rệt tới tính lưu biến của vữa bê tông.
So sánh MasterPolyheed và các phụ gia gốc PCE
BASF đã tiến hành các thử nghiệm, so sánh độ nhớt và ngưỡng ứng suất cắt giao diện (ngưỡng trượt) của các thành phần lưu động như nhau, có độ chảy xòe hình nón là 600mm, được chuẩn bị có sử dụng phụ gia siêu hóa dẻo gốc PCE (1) và gốc este polyaryl (2).
Lượng nước tiêu thụ trong thành phần 1 được chấp nhận ở mức dưới 15 lít; khi lượng nước nhiều hơn 15 lít, sự tách nước và phân tầng trong vữa bắt đầu xảy ra. Điều này cho thấy phụ gia mới MasterPolyheed trong các điều kiện khác như nhau luôn có tác dụng ổn định đối với vữa bê tông, cho phép sử dụng lượng nước nhiều hơn so với khi sử dụng polycarboxylate.
Yêu cầu về độ nhớt là vấn đề trọng tâm
Trong GOST 7473-2010 “Vữa bê tông. Các điều kiện kỹ thuật” quy định các chỉ số về khả năng xây xếp của bê tông, song không có yêu cầu về độ nhớt. Trong khi đó, các cơ quan tiêu chuẩn chịu trách nhiệm về việc xây dựng các công trình lớn ngày càng thắt chặt hơn các yêu cầu về chỉ số này.
Trong tiêu chuẩn CTO SRO-C 60542960 00014-2014, tại mục 9.7, chương 9 “Các yêu cầu kỹ thuật về chuẩn bị, vận chuyển, đổ và đầm nén bê tông” có hướng dẫn: khi thử nghiệm độ chảy xòe hình nón, trong thời gian vữa bê tông lan rộng tới khi đạt đường kính 500 mm cần không quá 2 giây (thử nghiệm theo EN 12350-8). Để đạt được chỉ số này nếu sử dụng các phụ gia truyền thống gốc PCE không hề đơn giản, bởi vữa có độ nhớt tăng cao. Tuy nhiên, với các phụ gia mới dòng MasterPolyheed, vấn đề được giải quyết khá dễ dàng.
Một ví dụ khác – mục 5.2.1.18 trong tiêu chuẩn CTO 01386148-003-2013 có nêu: cấp độ của vữa bê tông tự lèn về độ nhớt cần đạt VF1 theo EN 12.350-9: 2010, ERMCO, tức là tương đương thời gian chảy qua phễu chữ V không quá 8 (+2) giây, và VS1 theo EN 12.350-8: 2010, ERMCO, tương ứng thời gian chảy xòe (lan rộng) của hình nón tiêu chuẩn tới khi đạt đường kính 500 mm là không quá 2 giây (còn gọi là chỉ số T500). Vữa bê tông tự lèn với các tính chất tương tự không dễ tạo được với phụ gia gốc este polycarboxylates, song hoàn toàn có thể giải quyết vấn đề này với các phụ gia mới Polyheed của BASF.
Khi so sánh các phụ gia MasterPolyheed gốc este polyaryl với các phụ gia truyền thống, có thể khẳng định một bước tiến trong sản xuất vữa bê tông. Nhờ các kết quả nghiên cứu, các phụ gia mới giúp vữa bê tông có độ nhớt giảm và tuổi thọ tăng cao. Ngoài ra, các phụ gia mới cũng không yêu cầu đặc biệt đối với nguyên liệu trơ, và có thể áp dụng với mọi loại xi măng, điều này thực sự tạo nên những cơ hội mới đối với sản xuất bê tông cốt thép đúc sẵn, bê tông thương phẩm, và việc đổ bê tông vào mùa đông./.
Nguồn: Tạp chí Công nghệ bê tông (Nga) số 5-6/2018
ND: Lệ Minh