Chương I: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS. Huỳnh Đại Phú Đề tài Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vữa khô trộn sẵn dùng trong các công trình xây dựng của sinh viên chuyên ngành Vật liệu xây dựng trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh [10] đã kết luận: - Độ dẻo của hỗn hợp vữa xi măng có sử dụng hỗn hợp bột polymer tăng bám dính PVAc và tăng tính dẻo MC thì được cải thiện so với vữa thông thường, nhưng khi hàm lượng PVAc nhiều (PVAc = 0,8% và MC = 0,4%) thì độ bám dính tăng cộng với tính dẻo được cải thiện bởi MC nên độ lưu động giảm so với hàm lượng phụ gia được sử dụng ít hơn. - Cường độ chịu uốn của vữa tăng khi hàm lượng phụ gia tăng và có giá trị cao trong khoảng PVAc = 0,6 0,8% và MC = 0,2 0,3%, có thể tăng hơn 30% so với vữa thông thường không có phụ gia.
Đồng thời độ bền chịu va đập của vữa polymer cao hơn nhiều so với vữa xi măng thông thường. - Vữa xi măng khi có phụ gia polymer thì cường độ chịu nén không bị ảnh hưởng nhiều, nhưng với tỷ lệ tối ưu thì cường độ chịu nén có thể tăng hơn 30% so với vữa thông thường, mác vữa xi măng polymer này là 250 KG/cm2.5 Biện luận đề tài, nhiệm vụ và phƣơng pháp nghiên cứu 1.1 Biện luận đề tài Trong xã hội hiện đại, nhu cầu phát triển xây dựng ngày càng cao, đối với các công trình xây dựng khi hoàn thiện cần một lớp vữa bao phủ bề mặt với các ưu điểm như: chống thấm cao, có khả năng giữ nước, chống co ngót, giảm các vết nứt nẻ trong mọi điều kiện môi trường, có tính bám dính cao, tăng cường liên kết, cường độ chịu uốn, chịu nén và cường độ chịu kéo cao, có tính công tác tốt, làm bề mặt thi công phẳng và đẹp hơn. Chất lượng của lớp vữa sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của công trình, nếu lớp vữa bên ngoài không bám dính tốt, khả năng chống thấm nước kém sẽ xuất hiện các vết nứt chân chim và bị co ngót, độ bền mau giảm, đặc biệt trong điều kiện môi trường ẩm ướt ở nước ta. Khi lớp vữa bao phủ bị hư hại, hiện tượng thấm xâm nhập vào trong bê tông sẽ gây ra hiện tượng carbonate hóa và ăn mòn bê tông làm cho 6 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương I: Tổng quan GVHD: TS.
Nguyễn Ninh Thụy TS. Huỳnh Đại Phú vữa sẽ bị hoen ố vàng và bong tróc ra ngoài, dẫn đến khối bê tông bên trong dễ bị ăn mòn và từ đó làm giảm tuổi thọ công trình. Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với hai mùa: mùa khô và mùa mưa. Quanh năm, nhiệt độ và độ ẩm rất cao, đặc biệt là vào mùa hè, từ tháng 5 đến tháng 9.
Cũng như lượng mưa, độ ẩm không khí ở thành phố lên cao vào mùa mưa, 80%, và xuống thấp vào mùa khô, 74,5%. Trung bình, độ ẩm không khí đạt bình quân/năm 79,5% thể hiện tại bảng 1.1 Khí hậu bình quân của Thành phố Hồ Chí Minh [11] Khí hậu bình quân của Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trung bình 32 33 34 34 33 32 31 32 31 31 30 31 cao °C (°F) (90) (91) (93) (93) (91) (90) (88) (90) (88) (88) (86) (88) Trung bình 21 22 23 24 25 24 25 24 23 23 22 22 thấp °C (°F) (70) (72) (73) (75) (77) (75) (77) (75) (73) (73) (72) (72) Lượng mưa 14 4 12 42 220 331 313 267 334 268 115 56 mm (inch) (0,6) (0,2) (0,5) (1,7) (8,7) (13) (12,3) (10,5) (13,1) (10,6) (4,5) (2,2) Nhiệt độ và độ ẩm cao sẽ ảnh hưởng đến các loại vữa sử dụng phụ gia polymer thường được dùng làm lớp chống thấm trên mái của các tòa nhà. Chất lượng của các loại vữa này thường bị giảm theo thời gian sử dụng do tác dụng của môi trường nóng ẩm. Vì vậy, tác giả chọn đề tài: Nghiên cứu độ bền của vữa sử dụng phụ gia polyvinyl acetate trong môi trƣờng nhiệt ẩm.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu tỉ lệ thành phần nguyên vật liệu thích hợp của vữa sử dụng phụ gia polymer để tạo hỗn hợp vữa polymer tối ưu.
7 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương I: Tổng quan GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS. Huỳnh Đại Phú - Nghiên cứu ảnh hưởng của polymer đến các tính chất của vữa (độ lưu động, độ co ngót, độ bền). - Nghiên cứu độ bền cơ học của vữa (các tính chất cơ học chủ yếu) sử dụng phụ gia polymer trong môi trường nhiệt ẩm so với môi trường thường.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu tình hình bê tông và vữa có sử dụng phụ gia polymer trong nước và trên thế giới.
- Tìm hiểu cơ chế của phụ gia polymer trong nền vữa xi măng. - Tìm hiểu cơ chế, ảnh hưởng của tác động môi trường đến đến độ bền của vữa (các tính chất cơ học chủ yếu) sử dụng phụ gia polymer trong điều kiện tiêu chuẩn và trong môi trường nhiệt ẩm. - Tìm hiểu cấu trúc của vữa sử dụng phụ gia PVAc bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM. Nghiên cứu thực nghiệm: - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành song song với nghiên cứu lý thuyết.
- Dùng các thí nghiệm để kiểm tra lại độ bền cơ học của vữa (các tính chất cơ học chủ yếu) sử dụng phụ gia polymer trong môi trường nhiệt ẩm, các ảnh hưởng của polymer đến vữa. So sánh độ bền của vữa sử dụng phụ gia polymer trong môi trường thường và trong chu kỳ dưỡng hộ nhiệt ẩm. 8 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương II: Cơ sở khoa học GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS.
Huỳnh Đại Phú Chƣơng II: CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1 Quá trình rắn chắc của xi măng và sự hình thành cấu trúc đá xi măng 2.1 [12] xi măng P măng. Khi gặp nước các thành phần khoáng vật của xi măng sẽ tác dụng với nước sinh ra những thành phần mới. Tất cả các quá trình tác dụng tương hỗ của từng khoáng với nước để tạo ra những sản phẩm mới xảy ra đồng thời, xen kẽ và ảnh hưởng lẫn nhau. Các sản phẩm mới cũng có thể tác dụng tương hỗ với nhau và với các khoáng của clinker để hình thành những liên kết mới.
Do đó hồ xi măng là một hệ rất phức tạp cả về cấu trúc và thành phần cũng như sự biến đổi. Mặc dù đã đạt được những thành tựu đáng kể trong nghiên cứu các chất kết dính vô cơ nhưng cho đến nay vẫn chưa có một lý thuyết nào được thừa nhận rộng rãi về sự rắn chắc của xi măng Portland.A Baicốp [12] : hòa tan, hóa keo và kết tinh. 9 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương II: Cơ sở khoa học GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS.
Huỳnh Đại Phú. Nếu duy trì trong hệ một lượng nước đầy đủ và bảo đảm độ ẩm môi trường thì quá trình thủy hóa và rắn chắc của xi măng Portland sẽ tiến triển trong một thời gian dài, nhưng tốc độ thủy hóa sẽ yếu dần.1 50÷200Ao) sự , lượng măng tinh, .2 lớn hơn khoảng 3 đến 4 vữa và bê tông. 10 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương II: Cơ sở khoa học GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS.
Huỳnh Đại Phú 2. b) 100÷1000 A0 , nhò li ti có đường kính từ 1†50 µm.2 Cơ chế hydrat hóa của chất kết dính xi măng – polymer Grosskurth [13] đề xuất một mô hình cho thấy cơ chế hydrat hóa của chất kết dính xi măng sử dụng phụ gia polymer qua mô hình đơn giản gồm 3 bước như hình 11 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương II: Cơ sở khoa học GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS. Huỳnh Đại Phú 2.
Sugita [14] với những nghiên cứu gần đây về cấu trúc và cơ chế tổng hợp chất kết dính và vữa sử dụng phụ gia polymer đã tìm thấy lớp mặt phân giới của quá trình hydrat hóa xi măng với một lượng lớn các hạt polymer trên các hạt cốt liệu và xi măng. Kết quả cho thấy các hạt polymer phân tán và sự hình thành màng polymer là điều kiện cần thiết để giải thích cơ chế hoạt động phức tạp của polymer trong nền vữa xi măng và bê tông.1 Cơ chế hydrat hóa của chất kết dính xi măng sử dụng phụ gia polymer [4] Bước 1. Khi polymer latex được nhào trộn với vữa xi măng hoặc hỗn hợp bê tông tươi, các hạt polymer đều được phân tán trong pha kết dính xi măng. Trong hỗn hợp xi măng – polymer, quá trình hydrat hóa hình thành gel xi măng và 12 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương II: Cơ sở khoa học GVHD: TS.
Nguyễn Ninh Thụy TS. Huỳnh Đại Phú Ca(OH)2, các hạt polymer keo tụ từng phần trên bề mặt của các hạt xi măng chưa bị hydrat hóa. Có khả năng là Ca(OH)2 trong pha nước sẽ phản ứng với bề mặt silicate của cốt liệu để tạo thành lớp Calcium silicate. Điều đó khẳng định rằng quá trình hình thành Ca(OH)2 và ettringite trong vùng tiếp xúc giữa xi măng và cốt liệu để bám dính giữa các sản phẩm xi măng hydrat hóa và cốt liệu bền vững hơn như hình 2.2 Sự tạo thành lớp màng polymer trong quá trình hydrat hóa của xi măng [4] Su, Bijen và Larbi [15], [16] đã tìm thấy sự tương tác giữa polymer và cốt liệu qua việc hình thành tinh thể Ca(OH)2 ở vùng tương tác hoặc vùng bề mặt chung giữa xi măng và đá vôi hoặc đá granite với sự có mặt của polymer.
Afridi [17], [18] cũng chỉ ra rằng ứng xử và sự hình thành hình dạng của tinh thể Ca(OH)2 trong vữa sử dụng phụ gia polymer ảnh hưởng đến những tính chất của nó. 13 HVTH: Phạm Ngọc Lân Chương II: Cơ sở khoa học GVHD: TS. Nguyễn Ninh Thụy TS. Huỳnh Đại Phú Bước 2.
Cùng với sự bốc hơi nước trong quá trình phát triển của cấu trúc gel xi măng, các hạt polymer dần dần lấp vào các lỗ rỗng mao quản. Quá trình hydrat hóa tiếp diễn, nước trong các lỗ rỗng bay hơi càng nhiều, các hạt polymer keo tụ lại tạo thành một lớp màng trên bề mặt các hạt xi măng không bị hydrat hóa và đồng thời bám dính với lớp silicate trên bề mặt cốt liệu. Điều này chỉ ra rằng trong khi kích thước của các lỗ rỗng trong xi măng từ vài trăm picromet tới vài trăm nanomet, kích thước của các hạt polymer trong khoảng từ 50-500 nanomet. Lỗ rỗng lớn hơn trong hỗn hợp bị các hạt polymer bám dính một cách tự động và chặt chẽ, tổng độ rỗng và thể tích lỗ rỗng có xu hướng giảm khi tăng tỷ lệ polymer so với xi măng.
