Bê tông cao Su–Vật liệu mới cho kết cấu xây dựng đặc biệt

hể sử dụng để chế t o những kết cấu x y d ng có khả năng chịu l c lớn và chống ăn mòn cao, đồng th i có thể sử dụng để chế t o lớp bảo vệ cho kết cấu bê tông đ ợc sử dụng trong môi tr ng có tính ăn mòn. Từ khóa: Polyme bê tông, vật liệu mới, bê tông cao su, vật liệu chống ăn mòn 1 Đặt vấn đề Một trong những bài toán cấp bách của khoa học x y d ng trong th i điểm hiện nay là nghiên cứu chế t o ra những vật liệu mới dùng để chế t o ra những kết cấu và sản phẩm x y d ng theo yêu cầu x y d ng hiện đ i, đặc biệt là trong th i kỳ phát triển v ợt bậc của nhà cao tầng. Một trong những vật liệu mới đó phải kể đến là bê tông cao su [1]. Bê tông cao su là vật liệu phức hợp đ ợc nghiên cứu và thí nghiệm t i tr ng i học tổng hợp quốc gia kiến trúc – x y d ng Voronezh d ới s h ớng dẫn của giáo s Potapov Yuri Borisovich. Khác với bê tông xi măng, trong bê tông cao su sử dụng chất kết dính là cao su tổng hợp (thay cho xi măng và n ớc) trên cơ sở l u hóa cao su. 2 Vật liệu sử dụng và ph ơng pháp chế t o bê tông cao su T ơng t nh bê tông xi măng, đối với bê tông cao su chúng ta cũng sử dụng cốt liệu thô (cát, sỏi), cốt liệu mịn và chất kết dính. Ngoài ra để quá trình l u hóa cao su xảy ra thuận lợi cần sử dụng thêm những hóa chất phụ gia sau: – L u huỳnh kỹ thuật – có màu vàng sáng, khối l ợng riêng 2070 kg/m3, nhiệt độ nóng chảy 114 0C; – Chất xúc tiến l u hóa – Thiuram-D d ng bột màu trắng xám, có khối l ợng riêng 13001400 kg/m3 và nhiệt độ nóng chảy 140154 0C; – Chất ho t hóa cho s l u hóa – Kẽm ôxít ZnO có d ng bột màu trắng và khối l ợng riêng 56005700 kg/m3; – Canxi ôxít CaO – bột màu trắng, khối l ợng riêng 25002900 kg/m3 dùng để khử n ớc có trong hỗ hợp vữa. – Cốt liệu mịn là tro thải của các nhà máy nhiệt điện. Nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm vật liệu và kết cấu bê tông cao su với những tỉ lệ cấp phối khác nhau, kết quả họ đã đ a ra đ ợc tỉ lệ cấp phối tối u cho bê tông cao su, tỉ lệ này đ ợc thể hiện trong bảng 1. Quá trình trộn và đổ bê tông cao su đ ợc tiến hành nh sau: ầu tiên ta tiến hành trộn cao su với hỗn hợp hóa chất (Thiuram-D, ZnO, CaO), sau đó bổ sung cốt THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 55 liệu mịn, và cuối cùng là bổ sung cốt liệu thô và trộn đều. Trong quá trình trộn vữa cần phải đảm bảo s hòa tan của tất cả các hóa chất trong cao su lỏng (không bị bón viên). L u ý rằng, bê tông cao su kị n ớc nên tất cả các cốt liệu thô và mịn phải đ ợc đảm bảo khô và không còn hơi n ớc. Sử dụng hỗn hợp đã đ ợc trộn đều tiến hành đổ hỗ hộp vào khuôn (ván khuôn). Sau khi khi hoàn tất việc đổ bê tông cao su ván khuôn cùng với hỗn hợp vữa trong nó đ ợc nun nóng ở nhiệt độ 120 5 0C để bê tông cao su khô cứng, th i gian nun cần thiết là 12 gi [1, 4]. Bảng 1 – Tỉ lệ cấp phối tối u cho bê tông cao su Tên thành phần Tỉ lệ % khối l ợng các thành phần Cao su lỏng tổng hợp 8,0 L u huỳnh kỹ thuật 4,0 Thiuram–D 0,4 ZnO 1,6 CaO 0,5 Tro thải mịn của nhà máy nhiệt điện 7,0 Cát 24,0 Sỏi Còn l i (54,5) 3 Tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu bê tông cao su với những lo i cao su tổng hợp khác nhau về độ sệt riêng, điển hình là cao su lỏng tổng hợp mác SKDN-N, ECKDP-N và PBN. Các thí nghiệm nghiên cứu đã chứng tỏ rằng, bê tông cao su có độ bền ăn mòn rất cao, các tính chất cơ-lý thuận lợi cho các kết cấu chịu l c lớn. Những tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su với tỉ lệ cấp phối tối u (bảng 1) đ ợc trình bày trong bảng 2 [1]. Bảng 2 – Tính chất cơ-lý và hóa của bê tông cao su Tính chất Mác cao su lỏng tổng hợp PBN SKDN-N ECKDP-N C ng độ chịu nén, MPa 60,0120,0 76,9100,3 25,5 C ng độ chịu kéo, MPa 8,025,0 13,018,0 5,5 Mô đun đàn hồi Е10–4, MPa 1,23,5 1,51,8 – Hệ số dài h n khi nén 0,770,78 0,720,76 – Hệ số Poisson 0,180,35 0,200,30 – ộ chịu nhiệt, 0С 90100 100110 – ộ hút ẩm, tỉ lệ % khối l ợng 0,05 0,05 1,50 ộ sụt, mm/m 0,170,21 – 0 THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 56 Hệ số độ bền ăn mòn trong các môi tr ng: n ớc Dung dịch axít sunfurit 30 % Dung dịch axít clohiđric 5% Dung dịch axít nitrơ 3% Dung dịch axít lactic 10% Dung dịch natri hidroxit 10% 1,00 0,95 0,81 0,81 0,95 0,97 1,00 0,95 – 0,80 – 0,95 – – – – – – Sau khi ph n tích các tính chất cơ-lý của bê tông cao su trong bảng 2 chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng, bê tông cao su có c ng độ chịu kéo và nén rất cao so với bê tông th ng, đặc biệt là bê tông cao su từ cao su tổng hợp PBN. Vì vậy nó thích hợp cho việc chế t o những kết cấu x y d ng có khả năng chịu l c lớn, dặc biệt là kết cấu chịu tải trọng động. Ngoài ra những tính chất hóa học của bê tông cao su đ ợc trình bày trong bảng 2 cũng chứng minh đ ợc rằng, bê tông cao su có độ bền ăn mòn rất cao, vì vậy rất thích hợp cho việc chế t o những kết cấu hoặc chế t o lớp bảo vệ cho kết cấu bê tông cốt thép làm việc trong môi tr ng có tính ăn mòn. D a và kết quả thí nghiệm nén mẩu thử chuẩn các nhà nghiên cứu đã x y d ng biểu đồ quan hệ ứng suất và biến d ng của bê tông cao su PBN với tỉ lệ tối u đuợc thể hiện trên hình vẽ [1]. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0 20 40 60 80 100 120 Biến dạng , %ε Ứ n g s u ấ t , % σ Hình – Biểu đồ quan hệ ứng suất và biến d ng nén của bê tông cao su (PBN) ến th i điểm hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và thiết lập các lý tuyết tính toán cho các kết cấu x y d ng trên nền tảng bê tông cao su. Tuy vậy hiện nay bê THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 57 tông cao su vẫn ch a đ ợc sử dụng rộng rãi trong xây d ng. Tr ớc hết là do những tính chất cần thiết cho việc tính toán thiết kế của bê tông cao su vẫn ch a đ ợc chuẩn hóa, còn nhiều đặc thù làm việc của các kết cấu x y d ng từ bê tông cao su vẫn ch a đ ợc nghiên cứu. Tuy nhiên với những tính chất cơ-lý và hóa học v ợt trội so với bê tông từ xi măng, bê tông cao su sẽ dễ dàng tìm đ ợc vị trí của mình trong x y d ng hiện đ i. Nh có c ng độ chịu kéo và nén cao nên sử dụng bê tông cao su cho kết cấu chịu l c sẽ làm giảm tiên tốn vật liệu và tải trọng của toàn công trình. iều này sẽ làm giảm chi phí sản xuất và sử dụng. Vả l i vì trọng l ợng bản th n của kết cấu giảm nên tải trọng truyền xuống móng công trình giảm, dẫm đến giảm chi phí x y d ng nền móng cho công trình. ặc biệt với khả năng chống ăn mòn rất cao nên kết cấu từ bê tông cao su sẽ có tuổi thọ và độ bền cao. Tuy nhiên, vật liệu bê tông cao su có giá thành rất cao so với bê tông th ng, vì vậy cần phải c n nhắc về hiệu quả kinh tế khi sử dụng lo i vật liệu này. Theo kiến nghị của các nhà nghiên cứu bê tông cao su đặc biệt hiệu quả khi sử dụng để chế t o kết cấu hoặc bảo vệ những chi tiết kết cấu làm việc d ới tác dụng của môi tr ng ăn mòn cao. Ngoài ra bê tông cao su có thể sử dụng để làm mặt đ ng s n bay, đ ng ô tô t i những nơi có l u l ợng giao thông lớn [2, 3, 4, 5]. Kết luận S ra đ i của vật liệu bê tông cao su với những tính chất cơ-lý và hóa học thuận lợi đánh dấu một b ớc phát triển mới trong lĩnh v c khoa học x y d ng và góp phần giải quyết những vấn đề cấp bách về kết cấu x y d ng, đặc biệt kết cấu cho nhà cao tầng và kết cấu sử dụng trong môi tr ng có tính ăn mòn cao. Liên hệ với điều kiện ở Việt Nam, n ớc ta có b biển trải dài khắp đất n ớc và có rất nhiều công trình gần biển và công trình trên biển, nơi mà có tính ăn mòn cao thì việc sử dụng vật liệu bê tông cao su cho những kết cấu này là một giải pháp tốt. Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển vật liệu này trong điều kiện Việt Nam là một h ớng phát triển có tính cấp bách cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1.] Borisov Y. M. Những vật liệu phức hợp hiệu quả từ cao su tổng hợp PBN. Luận án tiến sĩ. Voronezh, 1998. [2.] Chmykhov V. A. Sức bền của bê tông cao su d ới tác dụng của môi tr ng ăn mòn. Luận án tiến sĩ. Voronezh, 2002. [3.] Nguyễn Phan Duy. Khảo sát độ bền và khả năng chống nứt trên tiết diện thẳng góc của phần tử chịu uốn từ bê tông cao su cốt sợi ph n tán. Luận án th c sỹ. Voronezh, 2007. [4.] Nguyễn Phan Duy. Phần tử chịu uốn hai lớp của kết cấu x y d ng từ bê tông th ng và bê tông cao su. Luận án tiến sĩ. Voronezh, 2010. [5.] Polikutin A. E. ộ bền và khả năng chống nứt trên tiết diện nghiêng của phần tử chịu uốn kết cấu x y d ng từ bê tông cao su. Luận án tiến sĩ. Voronezh, 2002.