Giáo trình công nghệ bê tông xi măng – tập 1

Tập tài liệu Giáo trình công nghệ bê tông xi măng – tập 1  của Nguyễn Tấn Quý và Nguyễn Thiện Ruệ tập trung vào lý thuyết bê tông, bao gồm định nghĩa, phân loại, và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của bê tông.

Dưới đây là tóm tắt các điểm chính:

• Giới thiệu về Bê tông: Bê tông là vật liệu đá nhân tạo tạo thành từ hỗn hợp chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi silíc, thạch cao…), nước và cốt liệu (cát, sỏi, đá dăm). Nó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng do có cường độ nén cao, dễ tạo hình, chịu lửa tốt và giá thành tương đối thấp.
• Phân loại Bê tông:
  • Theo khối lượng thể tích: Bê tông đặc biệt nặng, bê tông nặng (thường), bê tông nhẹ và bê tông đặc biệt nhẹ (cách nhiệt).
  • Theo chất kết dính: Bê tông xi măng, bê tông silicat, bê tông thạch cao, bê tông xỉ, bê tông pôlime.
  • Theo phạm vi sử dụng: Bê tông công trình, bê tông công trình cách nhiệt, bê tông cách nhiệt, bê tông thủy công, bê tông làm đường, bê tông ổn định hóa học, bê tông chịu lửa, bê tông trang trí, bê tông nặng chịu bức xạ.
• Bê tông Cốt thép và Bê tông Ứng suất trước:
  • Bê tông cốt thép: Là sự kết hợp giữa bê tông và thép để tăng khả năng chịu kéo của bê tông. Sự phối hợp này hiệu quả do lực bám dính lớn giữa bê tông và cốt thép, khả năng bảo vệ thép khỏi rỉ sét của bê tông, và độ giãn nở nhiệt của hai vật liệu gần bằng nhau.
  • Bê tông ứng suất trước (dự ứng lực): Nhằm khắc phục nhược điểm chịu kéo kém của bê tông thường bằng cách tạo ra ứng suất nén trước trong bê tông thông qua việc kéo căng cốt thép. Có hai phương pháp chính: căng trước (kéo căng thép rồi đổ bê tông) và căng sau (đổ bê tông, sau đó kéo căng thép). Bê tông ứng suất trước có khả năng chống nứt, chống va chạm cao hơn, tiết kiệm vật liệu và giảm khối lượng cấu kiện.
• Cấu kiện Bê tông Đúc sẵn: Đề cập đến lịch sử phát triển và những ưu điểm của việc sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn trong xây dựng, như thúc đẩy công nghiệp hóa ngành xây dựng, đảm bảo chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên vật liệu, cải thiện điều kiện làm việc và giảm giá thành. Tuy nhiên, việc sản xuất và sử dụng cũng gặp phải những khó khăn về đào tạo nhân lực, trang thiết bị và quản lý.
• Hỗn hợp Bê tông:
  • Hai yêu cầu cơ bản: Tính đồng nhất (duy trì trong quá trình vận chuyển, đổ khuôn, đầm chặt) và tính công tác tốt (dễ đổ khuôn, lấp đầy khuôn, không rạn nứt bề mặt).
  • Thành phần và nội lực tương tác: Hỗn hợp bê tông là một hệ phân tán phức tạp gồm chất kết dính, cốt liệu, nước, phụ gia, không khí.
  • Độ nhớt kết cấu và tính xúc biến: Hồ xi măng là thành phần cơ bản tạo nên cấu trúc, tạo độ nhớt kết cấu. Tính xúc biến là khả năng thay đổi đặc trưng lưu biến dưới tác dụng cơ học và phục hồi sau khi ngừng tác dụng (ví dụ: hóa lỏng khi rung động).
  • Hai loại hỗn hợp: Bê tông lưu động (dễ đổ khuôn) và bê tông cứng (cần tác dụng cơ học mạnh để đầm chặt). Bê tông cứng có ưu điểm tiết kiệm nước, xi măng, cốt liệu bé; rắn chắc nhanh và tăng độ đặc chắc, bền vững, chống thấm.
  • Cách xác định tính công tác: Độ sụt (đối với hỗn hợp lưu động) và độ cứng (đối với hỗn hợp cứng, bằng nhớt kế Vebe hoặc phương pháp Skramtaev).
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp bê tông:
  • Hàm lượng nước ban đầu: Ảnh hưởng đến đặc trưng lưu biến, tính dẻo, và khả năng giữ nước của hỗn hợp. Lượng nước quá nhiều có thể gây phân tầng và tách nước.
  • Lượng dùng xi măng và tính chất hồ xi măng: Lượng hồ xi măng đủ sẽ giảm ma sát khô, tăng tính lưu động. Loại xi măng và phụ gia mịn cũng ảnh hưởng đến độ nhớt và tính lưu động. Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng là chỉ tiêu tổng hợp thể hiện ảnh hưởng này.
  • Hàm lượng và tính chất cốt liệu: Cỡ hạt, cấp phối, hình dạng, tính chất bề mặt và tính hút nước của cốt liệu ảnh hưởng lớn đến tính lưu động. Hàm lượng cát tối ưu giúp đạt tính công tác, độ đặc chắc và cường độ tốt nhất.
  • Chất phụ gia hoạt tính bề mặt: Cải thiện tính công tác, giảm lượng dùng nước và xi măng, nâng cao cường độ, tính chống thấm và bền vững. Có các nhóm ưa nước, ghét nước và tạo vi bọt.
  • Gia công chấn động: Nâng cao tính lưu động của hỗn hợp bê tông bằng cách phá hoại kết cấu, giảm lực nội ma sát, và sắp xếp lại các phần tử chặt chẽ hơn.
• Quá trình rắn chắc của xi măng và sự hình thành cấu trúc đá xi măng:
  • Các dạng liên kết của nước: Hóa học (nước kết tinh), hóa lý (nước hấp phụ), cơ lý (nước mao dẫn), và nước không liên kết (tự do).
  • Sự rắn chắc của xi măng pooclăng (theo A. A. Baicốp):
    • Giai đoạn hòa tan: Các khoáng xi măng hòa tan và thủy hóa.
    • Giai đoạn hóa keo: Các sản phẩm thủy hóa mới tạo thành ở dạng keo.
    • Giai đoạn ninh kết, rắn chắc: Lượng nước tự do giảm, hỗn hợp sệt lại, hình thành cấu trúc đá xi măng và phát triển cường độ cơ học.
  • Cấu trúc đá xi măng: Là một thể rắn phức tạp, không đồng nhất, chứa lỗ rỗng và mao quản. Gồm các hydrat dạng gen và tinh thể, cốt liệu và vi cốt liệu, các loại lỗ rỗng (gen, thu nhỏ và kín, mao quản).
• Đẩy nhanh sự rắn chắc của bê tông:
  • Ở nhiệt độ thường: Nâng cao hoạt tính của chất kết dính (tăng thành phần khoáng hoạt tính cao, tăng độ nghiền mịn), giảm lượng nước ban đầu trong hỗn hợp, sử dụng phụ gia rắn nhanh (CaCl2, Na2SO4, thạch cao…).
  • Ở nhiệt độ cao: Gia công nhiệt (75-80°C) giúp quá trình hóa lý xảy ra mạnh mẽ hơn. Dưỡng hộ trong môi trường bão hòa hơi nước áp suất cao (buồng chưng áp) không chỉ thúc đẩy rắn chắc mà còn tạo ra các sản phẩm thủy hóa mới bền vững hơn.
• Sự biến dạng về thể tích của bê tông trong quá trình rắn chắc: Gồm co ngót (rắn chắc trong không khí), nở (rắn chắc trong nước) và biến dạng nhiệt độ.