Nghiên cứu độ bền của vữa sử dụng phụ gia polyvinyl acetate trong môi trường nhiệt ẩm

TỔNG QUAN

Khái niệm chung

Vữa xây dựng là vật liệu đá nhân tạo được hình thành từ hỗn hợp chất kết dính (như xi măng, vôi, đất sét, thạch cao), nước và cốt liệu nhỏ như cát Để cải thiện tính chất và cấu trúc, người ta thường thêm phụ gia hóa học và khoáng nghiền mịn Tất cả nguyên liệu được trộn theo tỷ lệ phù hợp với yêu cầu sử dụng Vữa có thể được coi là bê tông hạt nhỏ, và việc điều chỉnh thành phần hạt của vữa có thể thực hiện bằng cách thay đổi tỷ lệ chất kết dính và cát Giống như bê tông, vữa cũng cần có tính lưu động, cường độ và độ bền nhất định.

Vữa xây dựng có vai trò quan trọng trong việc kết nối các vật liệu như gạch và đá, tạo thành một khối xây đồng nhất Nó không chỉ giúp chịu lực mà còn truyền lực từ lớp vật liệu này xuống lớp bên dưới, đồng thời bảo vệ các vật liệu xây dựng Tuy nhiên, khả năng chịu lực của vữa thường thấp hơn so với bê tông.

Giới thiệu về bê tông và vữa sử dụng phụ gia polymer

Bê tông sử dụng phụ gia polymer được định nghĩa là hỗn hợp gồm: xi măng

Portland là loại cốt liệu được trộn với polymer hữu cơ, có thể hòa tan hoặc không hòa tan trong nước Polymer hữu cơ là hợp chất phức tạp, được hình thành từ sự kết hợp của hàng nghìn đơn phân tử (monomer) để tạo thành các hợp chất đa phân tử (polymer).

Phản ứng kết hợp các monomer được gọi là phản ứng trùng hợp polymer

Chất hòa tan polymer được sử dụng trong vữa và bê tông từ những năm 1940 như một phụ gia nhằm cải thiện các tính chất cuối cùng của sản phẩm Các tác dụng chính của phụ gia polymer bao gồm việc nâng cao độ bền, khả năng chống thấm và tính linh hoạt của vật liệu xây dựng.

Việc sử dụng polymer trong bê tông và vữa không chỉ giúp nâng cao tính chịu kéo mà còn cải thiện khả năng chống nứt Một số loại polymer còn có khả năng tăng cường cường độ chịu nén, mang lại hiệu quả vượt trội cho các công trình xây dựng.

 Giảm tính dòn, nâng cao khả năng chống va đập, mài mòn và tính biến dạng dẻo Cải thiện đáng kể tính bám dính cho vữa và bê tông

 Nâng cao độ đặc chắc và tính chống thấm nước đáng kể

Các polymer latex thường được sử dụng trong vữa và bê tông như: acrylate, styren - butadien, co - polymer, poly(vinylidene) clorua, epoxy, polyvinyl acetate và poly(vinyl) ester

Hình 1.1 Polymer và Monomer dùng làm phụ gia cho vữa và bê tông [4]

Các nhà nghiên cứu toàn cầu đã chỉ ra những lợi ích của polymer khi được sử dụng làm phụ gia cho vữa và bê tông, bao gồm khả năng cải thiện tính chất cơ học, tăng cường độ bền và độ dẻo dai, cũng như khả năng chống thấm và chống nứt.

 Cải tạo kết cấu lỗ rỗng

 Độ bền chống sự xâm nhập của ion clorid

Polymer và Monomer dùng làm phụ gia cho vữa và bê tông

Latex đàn hồi Latex nhiệt dẻo Latex nhiệt cứng Latex bitum Latex hỗn hơp

Polymer tan trong nướcNhựa lỏngMonomer

Tổng quan về tình hình nghiên cứu bê tông và vữa có sử dụng phụ gia

Với sự gia tăng nhu cầu xây dựng, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm vật liệu mới để cải thiện tính năng của bê tông và vữa Việc phát triển các loại bê tông và vữa đặc biệt không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn nâng cao chất lượng công trình.

Thời kỳ cổ đại, các nền văn minh như Babylon, Ai Cập và Ấn Độ đã sử dụng polymer tự nhiên như nhựa đường để cải thiện chất lượng vữa vôi và đất sét Trong khi đó, người Châu Âu thời trung cổ đã sáng tạo ra cách sử dụng máu bò và trứng để tăng cường độ bền và tính dai của vữa vôi.

Cuối thế kỷ 15, sự phát triển của nhựa butadiene styrene, polychloroprene và acrylic đã dẫn đến nghiên cứu ứng dụng các vật liệu này làm phụ gia cho bê tông và vữa, phục vụ cho việc sửa chữa công trình Từ thế kỷ 17, sợi polymer đã được sử dụng để xây dựng cầu và phủ bề mặt garage tại Mỹ và Canada.

Việc sử dụng xi măng kết hợp với keo đã được đã được khởi đầu từ đầu thế kỷ

20 Vào năm 1923, nhà nghiên cứu Cresson [5] người Anh đã nhận bằng phát minh về những vật liệu lát sử dụng keo cao su thiên nhiên kết hợp với xi măng như là một chất làm đầy Một năm sau đó Lefebure [6] đã áp dụng những phương pháp mới về nhựa polymer để sản xuất vữa và bê tông có sử dụng nhựa cao su thiên nhiên

Vào năm 1932, nhựa cao su tổng hợp lần đầu tiên được sử dụng để thay thế nhựa cao su thiên nhiên Từ những năm 1940, các loại nhựa tổng hợp như poly chloroprene, polyacrylic ester và polyvinyl acetate đã được áp dụng trong vữa và bê tông, phục vụ cho việc xây dựng cầu, vật liệu lợp, chống ăn mòn, bám dính và vỏ bọc boong tàu Nga đã tích cực nghiên cứu và phát triển bê tông và vữa polymer, đặc biệt vào cuối thập kỷ 60, trở thành một trong những quốc gia tiên phong trong lĩnh vực này Ở các nước có nền khoa học kỹ thuật phát triển, việc ứng dụng bê tông và vữa polymer cũng ngày càng được chú trọng tại các trung tâm nghiên cứu khoa học lớn, với nhiều nghiên cứu về các tính chất cơ lý, vật lý và hóa học của chúng.

Bê tông polymer được nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Quốc gia Phần Lan sử dụng keo fufurol axeton chiết xuất từ hạt hướng dương, với hàm lượng keo từ 14-17% Các chỉ số về tính cơ lý và độ bền hóa học của loại bê tông này đạt cao, cụ thể là độ bền khi sử dụng keo polyester và keo epoxy tương ứng là Rn = 80-100 MPa và cường độ chịu uốn tốt Điều này cho thấy khả năng ứng dụng đa dạng của bê tông polymer trong các lĩnh vực khác nhau.

Bê tông polymer sử dụng keo acrilat, với hàm lượng keo chiếm 15%, đã được sản xuất với khối lượng lớn tại Đức, mang lại độ bền hóa học cao và khả năng chống lại các tác động ăn mòn của axit, kiềm, muối và các chất ăn mòn khác Các sản phẩm như bể chứa axit, bể chứa nước chống thấm và các bức tường được chế tạo từ bê tông polymer này Cường độ của bê tông polymer khi sử dụng keo acrilat đạt Rn = 120-140 MPa và cường độ chịu uốn R u = 30-35 MPa.

Ngoài ra, việc nghiên cứu bê tông và vữa polymer trên cơ sở dạng keo cũng được tiến hành ở Mỹ, Anh, Ý, Nhật Bản và nhiều nước khác

Nghiên cứu ứng dụng bê tông polymer với keo epoxy, được thực hiện bởi các nhà khoa học Nga vào thập kỷ 70, đóng vai trò quan trọng trong việc sửa chữa các vết hư hỏng trên mặt đường bê tông cốt thép và các bản vỡ mặt cầu Vật liệu này nổi bật với khả năng dính bám tốt với bề mặt bê tông cũ, thời gian đông cứng nhanh, chịu lực tốt và chống mài mòn vượt trội so với bê tông thông thường Tuy nhiên, việc ứng dụng đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác cao.

Nghiên cứu của Ohama chỉ ra rằng bê tông và vữa sử dụng nhựa cải biến có những tính chất vượt trội như cường độ cao, độ bám dính tốt, cấu trúc đặc chắc, khả năng chống nước tốt và độ bền cao trong các môi trường ăn mòn.

Mandel và Said [7] đã nghiên cứu tác động của polymer acrylic khi thêm vào vữa, và kết quả cho thấy rằng việc sử dụng polymer này cải thiện đáng kể các tính chất hóa học và cơ lý của vữa.

5 HVTH: Phạm Ngọc Lân và tính bám dính giữa vữa và sợi thép được cải thiện đáng kể khi thêm vào polymer acrylic

Nghiên cứu của Kim [8] đã so sánh tính chất của bê tông và vữa có sử dụng phụ gia polyvinyl (2% so với khối lượng xi măng) với các loại không sử dụng Sử dụng kính hiển vi phân cực và kính hiển vi điện tử quét, Kim phát hiện rằng vữa có polyvinyl cho hiệu suất tỏa nhiệt và khả năng chống thấm tốt hơn so với vữa không có phụ gia này.

Bê tông và vữa có sử dụng phụ gia polymer đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới, nhưng vẫn còn là vật liệu mới tại Việt Nam.

Các nghiên cứu về vữa polymer tại Việt Nam

ThS Hoàng Sơn Đỉnh đã nghiên cứu nguyên nhân hư hỏng công trình cảng và đề xuất sử dụng vật liệu polymer, cụ thể là epoxy và Polyetylen Polyamin, trong sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép Những vật liệu này phù hợp với điều kiện thi công ở Việt Nam, bao gồm khí hậu nhiệt đới, sửa chữa đơn chiếc và thủ công, với khối lượng nhỏ nhằm phục hồi khả năng chịu lực và nâng cao tuổi thọ công trình.

Khi nhiệt độ hiện trường vượt quá 35°C, không nên thi công sửa chữa công trình với vữa polymer đơn tính Nếu cần thiết, cần phối hợp với phụ gia dẻo theo tỷ lệ thích hợp để kéo dài thời gian đông cứng của vữa Đối với các phần sâu bên trong cấu trúc BTCT hoặc trong điều kiện nhiệt độ cao, tỷ lệ phụ gia dẻo có thể tăng từ 15-20% Vữa polymer đơn tính hiệu quả trong việc sửa chữa nứt, bảo vệ và gia cường khả năng chịu lực của kết cấu BTCT Tuy nhiên, không nên sử dụng vữa này khi phải chịu tác động trực tiếp của ánh nắng mặt trời, vì điều này có thể dẫn đến lão hóa, giòn và nguy cơ nứt vỡ.

Nghiên cứu thực nghiệm của sinh viên Phạm Ngọc Lân thuộc chuyên ngành Vật liệu xây dựng tại Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã chỉ ra rằng vữa khô trộn sẵn có thể được ứng dụng hiệu quả trong các công trình xây dựng.

Hỗn hợp vữa xi măng có chứa bột polymer PVAc và MC cho thấy độ dẻo được cải thiện so với vữa thông thường Tuy nhiên, khi hàm lượng PVAc tăng cao (PVAc = 0,8% và MC = 0,4%), độ bám dính và tính dẻo cải thiện do MC, nhưng độ lưu động lại giảm so với khi sử dụng ít phụ gia hơn.

Cường độ chịu uốn của vữa tăng lên đáng kể khi hàm lượng phụ gia được điều chỉnh, với giá trị tối ưu đạt được khi PVAc từ 0,6 đến 0,8% và MC từ 0,2 đến 0,3%, có thể cao hơn 30% so với vữa thông thường không có phụ gia Bên cạnh đó, độ bền chịu va đập của vữa polymer cũng vượt trội hơn nhiều so với vữa xi măng thông thường.

Vữa xi măng có chứa phụ gia polymer không làm giảm cường độ chịu nén, và nếu sử dụng với tỷ lệ tối ưu, cường độ chịu nén có khả năng tăng lên đáng kể.

30% so với vữa thông thường, mác vữa xi măng polymer này là 250 KG/cm 2

Biện luận đề tài, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu

Trong xã hội hiện đại, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng cao, đòi hỏi các công trình phải được hoàn thiện với lớp vữa bao phủ bề mặt Lớp vữa này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng chống thấm tốt, giữ nước hiệu quả, chống co ngót và giảm thiểu vết nứt nẻ trong mọi điều kiện môi trường Ngoài ra, vữa còn có tính bám dính cao, tăng cường liên kết, và có cường độ chịu uốn, chịu nén, cũng như chịu kéo tốt Đặc biệt, vữa có tính công tác tốt, giúp tạo ra bề mặt thi công phẳng và thẩm mỹ hơn.

Chất lượng lớp vữa đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ bền của công trình Nếu lớp vữa bên ngoài không bám dính tốt và khả năng chống thấm nước kém, sẽ dẫn đến hiện tượng nứt chân chim, co ngót và giảm độ bền nhanh chóng, đặc biệt trong môi trường ẩm ướt của Việt Nam Khi lớp vữa bị hư hại, nước thấm vào bê tông có thể gây ra carbonate hóa và ăn mòn, làm giảm tuổi thọ của công trình.

Vữa của 7 HVTH do Phạm Ngọc Lân sản xuất có nguy cơ hoen ố vàng và bong tróc, điều này dẫn đến việc khối bê tông bên trong dễ bị ăn mòn, từ đó làm giảm tuổi thọ của công trình.

Thành phố Hồ Chí Minh có khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa chính: mùa khô và mùa mưa Nhiệt độ và độ ẩm cao quanh năm, đặc biệt từ tháng 5 đến tháng 9, khi mùa hè đến Trong mùa mưa, độ ẩm không khí có thể đạt tới 80%, trong khi vào mùa khô, con số này giảm xuống còn 74,5% Trung bình, độ ẩm không khí hàng năm đạt 79,5%.

Bảng 1.1 Khí hậu bình quân của Thành phố Hồ Chí Minh [11]

Khí hậu bình quân của Thành phố Hồ Chí Minh

Nhiệt độ và độ ẩm cao có thể làm giảm chất lượng vữa chứa phụ gia polymer, thường được sử dụng làm lớp chống thấm cho mái tòa nhà Theo thời gian, tác động của môi trường nóng ẩm sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của các loại vữa này.

Vì vậy, tác giả chọn đề tài: Nghiên cứu độ bền của vữa sử dụng phụ gia polyvinyl acetate trong môi trường nhiệt ẩm

1.5.2 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

- Nghiên cứu ảnh hưởng của polymer đến các tính chất của vữa (độ lưu động, độ co ngót, độ bền)

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá độ bền cơ học của vữa khi sử dụng phụ gia polymer, so sánh các tính chất cơ học chủ yếu trong môi trường nhiệt ẩm và môi trường thường Kết quả cho thấy phụ gia polymer có tác động tích cực đến độ bền của vữa, đặc biệt trong điều kiện ẩm ướt, giúp cải thiện khả năng chống thấm và độ bền kéo Việc áp dụng phụ gia polymer không chỉ nâng cao hiệu suất của vữa mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong xây dựng.

- 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

Nghiên cứu cơ chế và tác động của môi trường lên độ bền của vữa, đặc biệt là các tính chất cơ học chủ yếu, khi sử dụng phụ gia polymer trong điều kiện tiêu chuẩn và 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

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành song song với nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu độ bền cơ học của vữa sử dụng phụ gia polymer trong môi trường nhiệt ẩm thông qua các thí nghiệm kiểm tra các tính chất cơ học chủ yếu Bài viết so sánh độ bền của vữa có phụ gia polymer trong điều kiện bình thường và trong chu kỳ dưỡng hộ nhiệt ẩm, nhằm làm rõ ảnh hưởng của polymer đến tính chất của vữa.

CƠ SỞ KHOA HỌC

Quá trình rắn chắc của xi măng và sự hình thành cấu trúc đá xi măng

Khi tiếp xúc với nước, các thành phần khoáng vật trong xi măng sẽ phản ứng và tạo ra những sản phẩm mới Quá trình tương tác giữa các khoáng vật và nước diễn ra đồng thời, ảnh hưởng lẫn nhau và dẫn đến sự hình thành các liên kết mới Các sản phẩm mới cũng có khả năng tương tác với nhau và với các khoáng trong clinker, tạo nên một hệ thống phức tạp về cấu trúc và thành phần Do đó, hồ xi măng thể hiện sự biến đổi đa dạng trong quá trình này.

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu các chất kết dính vô cơ, nhưng hiện vẫn chưa có lý thuyết nào được công nhận rộng rãi về độ rắn chắc của xi măng Portland, theo A.A Baicốp.

: hòa tan, hóa keo và kết tinh măng u trong khi ) y,

Để đảm bảo quá trình thủy hóa và rắn chắc của xi măng Portland diễn ra hiệu quả, cần duy trì đủ lượng nước và độ ẩm môi trường Tuy nhiên, cần lưu ý rằng tốc độ thủy hóa sẽ giảm dần theo thời gian.

2.1.2.2 lớn hơn khoảng 3 đến 4 vữa và bê tông nhau

, nhũ li ti cú đường kớnh từ 1†50 àm c)

Cơ chế hydrat hóa của chất kết dính xi măng – polymer

Grosskurth [13] đã đề xuất một mô hình ba bước để giải thích cơ chế hydrat hóa của chất kết dính xi măng khi sử dụng phụ gia polymer Mô hình này được trình bày một cách đơn giản và dễ hiểu, giúp làm rõ quá trình tương tác giữa các thành phần trong hỗn hợp.

2.1 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.

Hình 2.1 Cơ chế hydrat hóa của chất kết dính xi măng sử dụng phụ gia polymer [4]

Khi polymer latex được trộn lẫn với vữa xi măng hoặc bê tông tươi, các hạt polymer sẽ được phân tán đều trong pha kết dính xi măng Trong hỗn hợp xi măng – polymer, quá trình hydrat hóa sẽ tạo ra gel xi măng.

Ca(OH)2 có khả năng phản ứng với bề mặt silicate của cốt liệu trong môi trường nước, dẫn đến việc hình thành lớp Calcium silicate Điều này cho thấy quá trình hình thành Ca(OH)2 và ettringite tại vùng tiếp xúc giữa xi măng và cốt liệu giúp tăng cường độ bám dính giữa các sản phẩm xi măng hydrat hóa và cốt liệu, tạo nên cấu trúc bền vững hơn.

Hình 2.2 Sự tạo thành lớp màng polymer trong quá trình hydrat hóa của xi măng [4]

Su, Bijen và Larbi đã phát hiện sự tương tác giữa polymer và cốt liệu thông qua việc hình thành tinh thể Ca(OH)2 tại vùng tương tác giữa xi măng và đá vôi hoặc đá granite khi có mặt polymer Afridi cũng chỉ ra rằng hành vi và hình dạng của tinh thể Ca(OH)2 trong vữa sử dụng phụ gia polymer có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của nó.

Trong quá trình phát triển của cấu trúc gel xi măng, nước bốc hơi khiến các hạt polymer lấp đầy các lỗ rỗng mao quản Quá trình hydrat hóa tiếp tục diễn ra, làm tăng sự bay hơi của nước và dẫn đến sự keo tụ của các hạt polymer, tạo thành một lớp màng trên bề mặt các hạt xi măng chưa được hydrat hóa và bám dính với lớp silicate trên cốt liệu Kích thước lỗ rỗng trong xi măng dao động từ vài trăm picromet đến vài trăm nanomet, trong khi kích thước hạt polymer từ 50-500 nanomet Các hạt polymer tự động bám dính chặt chẽ vào các lỗ rỗng lớn hơn, giúp giảm tổng độ rỗng và thể tích lỗ rỗng khi tỷ lệ polymer so với xi măng tăng lên.

Các phản ứng hóa học có thể xảy ra giữa các bề mặt của polymer như polyacrylic ester (PAE), poly styren acrylic ester (PSAE), poly vinylidene chloride vinyl chloride (PVDC) và cao su chloropren (CR) với ion calcium (Ca 2+), bề mặt tinh thể Ca(OH) 2 hoặc bề mặt silicat của cốt liệu Ohama đã đề xuất cơ chế của các phản ứng này dựa trên các nghiên cứu được trích dẫn, như thể hiện trong hình 2.3.

Việc sử dụng phụ gia polymer trong bê tông và vữa đã mang lại sự cải thiện đáng kể về khả năng chống thấm, chống nứt, tính liên kết và cường độ.

Hình 2.3 Sơ đồ minh họa phản ứng giữa polymer với nhóm carboxylate (liên kết ester), xi măng portland và cốt liệu [4]

Khi nước bốc hơi gần như hoàn toàn trong quá trình hydrat hóa của xi măng, các hạt polymer hình cầu tiếp xúc và tiến gần nhau, tạo ra một khoảng cách tới hạn Sức căng bề mặt khiến các hạt polymer biến dạng, dẫn đến sự hình thành một khối latex hình cầu nhờ vào sự gắn kết của các phân tử.

Hạt polymer bao quanh các hạt xi măng đã hydrat, tạo thành một màng liên tục và đồng nhất Điều này giúp kết nối các hạt xi măng đã hydrat, hình thành nên một mạng lưới vững chắc Mạng lưới này phát triển và góp phần tăng cường cường độ cho vữa và bê tông.

Tính chất cơ học và vật lý của vữa sử dụng phụ gia polymer

Cấu trúc đá xi măng chủ yếu được hình thành từ sự kết dính của canxi silicat, aluminat và hydroxite qua lực Vander Wall, dẫn đến việc xuất hiện các vết nứt vi mô dưới tác động của ngoại lực, làm giảm cường độ chịu uốn và độ dai chắc của vữa Việc sử dụng phụ gia polymer trong chất kết dính xi măng cải thiện đáng kể tính chất cơ học và vật lý của vữa, nhờ vào khả năng nối lại các vết nứt thông qua sự bám dính của hạt polymer Những hạt này tạo ra lớp màng polymer, hạn chế tỷ lệ và phạm vi dịch chuyển của các vết nứt vi mô Khi có vết nứt hình thành, các màng polymer sẽ trám vào và kết nối các vết nứt, ngăn chặn sự lan truyền, từ đó nâng cao cường độ chịu uốn và độ dai chắc của vữa.

Hình 2.4 SEM của cấu trúc đá xi măng sử dụng phụ gia polymer [4]

Sự phân tán và tạo màng polymer trong vữa không chỉ tăng cường khả năng liên kết giữa vật liệu nền và cốt liệu mà còn cải thiện vùng truyền bề mặt, đồng thời thay đổi hình dạng của tinh thể.

Ca(OH)2 giúp tăng cường độ kết dính của vữa, giảm thiểu lỗ rỗng và bao bọc các khe hở, từ đó cải thiện vi cấu trúc ở vùng yếu nhất của vữa Nhờ đó, polymer thể hiện khả năng chống xâm thực tốt hơn so với vữa và bê tông thông thường trong điều kiện môi trường khắc nghiệt Mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào loại, tỷ lệ và hàm lượng polymer so với xi măng trong vữa.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính kết dính của polymer

Sự phụ thuộc giữa khối lượng phân tử và tính chất kết dính của polymer vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ Khi mức độ trùng hợp thấp, polymer có nhiệt độ nóng chảy thấp và kết dính ngoại tốt, nhưng kết dính nội lại kém Ngược lại, các polymer có khối lượng phân tử lớn thường khó hòa tan, có nhiệt độ nóng chảy cao, kết dính nội tốt nhưng kết dính ngoại lại không đạt yêu cầu.

2.4.2 Độ co ngót và ứng suất nội tại

Khi tạo hình màng keo dán qua quá trình thải dung môi và đóng cứng từ trạng thái nóng chảy, cũng như trong quá trình trùng hợp hay trùng ngưng monomer và oligomer, hiện tượng co ngót thường xảy ra, dẫn đến ứng suất nội tại và ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của liên kết dán Mức độ co ngót và ứng suất nội tại không chỉ phụ thuộc vào bản chất hóa học và tính chất của các thành phần trong keo dán mà còn bị ảnh hưởng bởi đặc trưng và điều kiện của quá trình tạo liên kết Đặc biệt, độ co sẽ trở nên đáng kể khi sử dụng các monomer và dẫn xuất của axit acrylic và metacrylic, đồng trùng hợp polyester không no với các monomer như styren, acrylat, ester diallylic, cũng như oligomer loại polyester acrylat và các hợp chất phân tử thấp như nhựa phenol-formandehyt, ure-formandehyt, đặc biệt là nhựa recosin.

Tuy nhiên, không phải lúc nào sự co ngót cũng dẫn đến ứng suất nội tại đáng kể Đối với polymer có cấu trúc thẳng, các mạch của chúng cho thấy một độ mềm dẻo nhất định.

Polymer nhiệt rắn khi ở trạng thái đóng rắn có cấu trúc không gian chặt chẽ, dẫn đến việc chúng tạo ra ứng suất nội tại lớn Các loại keo được sản xuất từ polymer đàn hồi thường có tính năng khác biệt so với polymer nhiệt rắn.

(elastome) hay polymer nhiệt rắn biến tính bằng polymer nhiệt dẻo hay elastome sẽ là những hệ thống không có ứng suất nội tại lớn

2.4.3 Nhiệt độ và thời gian đóng rắn hệ keo

Nhiệt độ và thời gian đóng rắn của hệ keo dán là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn điều kiện tối ưu để tạo liên kết dán bền vững Tùy thuộc vào bản chất hóa học và thành phần của các chất, quá trình đóng rắn có thể thực hiện ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao.

Hệ thống đóng rắn không cần đun nóng bao gồm các dung dịch polymer mạch thẳng trong dung môi hữu cơ, như keo clopren, hoặc trong monomer và oligomer Quá trình tạo hình lớp keo diễn ra ở nhiệt độ thường thông qua việc thải dung môi hoặc trùng hợp dưới tác dụng của chất khởi đầu hoặc xúc tác.

Khảo sát quá trình đóng rắn các màng keo dán ở những nhiệt độ khác nhau có thể rút ra mấy kết luận sau:

- Nhiệt độ tăng thì thời gian hình thành kết dính giảm, còn độ bền và độ chịu nhiệt của liên kết dán tăng lên

- Ở một nhiệt độ xác định, tăng thời gian đóng rắn sẽ tăng tốc độ bền của các liên kết

Áp suất là yếu tố quan trọng trong quá trình dán Nếu áp suất quá cao, sẽ tạo ra mối dán mỏng, trong khi áp suất quá thấp sẽ dẫn đến liên kết không bền với lỗ rỗng và độ dày không đồng đều.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ bền của liên kết dán tăng lên khi giảm chiều dày của lớp keo Chiều dày này phụ thuộc vào bản chất hóa học, tính lưu biến, lượng keo sử dụng và áp suất trong quá trình dán Đặc biệt, trong một số trường hợp, phụ gia không chỉ tăng cường độ bền mà còn nâng cao khả năng chịu nhiệt của các liên kết dán.

Sự phân hủy polymer

Phản ứng phân hủy là quá trình làm đứt liên kết trong mạch phân tử, dẫn đến giảm trọng lượng phân tử của polymer mà không thay đổi thành phần hóa học của nó Đây là một phản ứng quan trọng trong hóa học các hợp chất cao phân tử, được sử dụng để xác định cấu trúc của các hợp chất này và để điều chế những chất thấp phân tử quý giá từ polymer thiên nhiên.

Quá trình cắt đại phân tử polymer có tạo thành những gốc tự do lớn Người ta lợi dụng điều đó để tạo thành những polymer biến tính

Sự phân hủy polymer diễn ra nhờ các tác nhân hóa học như nước, axit, alcohol và oxy, cũng như dưới ảnh hưởng của các tác nhân vật lý như nhiệt, ánh sáng, bức xạ ion hóa và năng lượng cơ học.

Phân hủy hóa học là đặc trưng chính của các polymer dị mạch, diễn ra một cách có chọn lọc và thường làm đứt liên kết giữa carbon và dị tố, với sản phẩm cuối cùng là monomer Các liên kết carbon-carbon rất bền nên những polymer mạch carbon no ít bị phân hủy hóa học, chỉ xảy ra trong điều kiện khắc nghiệt hoặc khi có sự xuất hiện của các nhóm làm giảm độ bền liên kết trong mạch chính.

Sự phân hủy dưới tác động của các yếu tố vật lý diễn ra không chọn lọc, do năng lượng của các liên kết hóa học có đặc điểm tương đối gần nhau.

Cơ chế phân hủy hóa học của polymer dị mạch đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, trong khi cơ chế phân hủy dưới tác động của các yếu tố vật lý chỉ mới được quan tâm gần đây Dữ liệu thu thập cho thấy phản ứng phân hủy diễn ra tương tự dù dưới ảnh hưởng của các loại năng lượng khác nhau Các hình thức phân hủy vật lý như phân hủy cơ học và phân hủy dưới tác động của hạt năng lượng cao đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật.

Sự phân hủy hóa học xảy ra dưới tác dụng của những chất phân cực như nước, axit amin, alcol hoặc oxy

Phân huỷ hóa học polymer chủ yếu diễn ra qua quá trình thủy phân, trong đó các liên kết hóa học bị cắt đứt nhờ vào sự kết hợp với phân tử nước Ion hydro hoặc hydroxyl đóng vai trò là xúc tác cho quá trình này Thủy phân của một số hợp chất cao phân tử được tăng tốc khi có sự xuất hiện của các xúc tác tự nhiên như men, giúp lọc lựa một số liên kết Đặc điểm của nhóm chức và các liên kết trong polymer quyết định xu hướng thủy phân của chúng.

Khi thủy phân các nhóm chức bên cạnh, thành phần hóa học của polymer sẽ thay đổi, trong khi thủy phân các liên kết trong mạch cơ sở dẫn đến sự phân hủy và giảm trọng lượng phân tử của polymer Nhóm tận cùng mới hình thành về bản chất tương tự như nhóm tận cùng của polymer ban đầu, và nếu mức độ phân hủy thấp, nhóm chức mới không ảnh hưởng đến thành phần hóa học và tính chất của polymer Tuy nhiên, khi mức độ phân hủy tăng lên, ảnh hưởng của nhóm chức tận cùng đến tính chất của polymer trở nên rõ ràng hơn.

Sự phân hủy oxy hóa của polymer liên quan đến quá trình cắt mạch hóa học, tuy nhiên, nó diễn ra ít chọn lọc hơn so với các dạng phân hủy hóa học khác.

Sự phân hủy oxy hóa không chỉ xảy ra ở polymer dị mạch mà còn ở polymer mạch carbon Các hợp chất cao phân tử mạch carbon cũng bị oxy hóa bởi không khí hoặc các chất oxy hóa khác, và những phản ứng này luôn đi kèm với sự phân hủy.

Quá trình oxy hóa polymer do oxy trong không khí xảy ra khi sử dụng dưới ánh sáng, nhiệt và các dạng năng lượng khác là yếu tố quan trọng nhất Những phản ứng này dẫn đến sự lão hóa của polymer, làm thay đổi các tính chất hóa lý và cơ lý của chúng.

Quá trình phân hủy polymer dưới tác động của ánh sáng có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định tuổi thọ của các sản phẩm từ sợi thiên nhiên và tổng hợp, cao su, chất dẻo, cũng như các lớp sơn phủ Phản ứng xảy ra khi chiếu sáng polymer ảnh hưởng lớn đến quá trình lão hóa, từ đó quyết định thời gian sử dụng của các vật liệu này.

Quá trình phân hủy cơ học polymer dưới tác động của năng lượng cơ học dẫn đến sự hình thành gốc tự do lớn, khởi đầu cho chuỗi phản ứng tiếp theo Gốc tự do này có khả năng tương tác với đại phân tử polymer, tham gia vào các phản ứng tái hợp hoặc phản ứng bất tỷ phân, từ đó làm thay đổi phân tử lượng và cấu trúc của polymer Khi phân hủy cơ học diễn ra trong môi trường không có oxy, gốc tự do mới sinh có thể kích thích quá trình phân hủy oxy hóa, làm cho polymer bị phân hủy sâu hơn Tất cả các quá trình lão hóa polymer đều liên quan đến sự hình thành gốc tự do khi mạch phân tử bị đứt, dẫn đến sự thay đổi trọng lượng phân tử và cấu trúc Tuy nhiên, nếu bổ sung các chất kết hợp với gốc tự do vào polymer, quá trình giảm trọng lượng phân tử và thay đổi cấu trúc sẽ được ngăn chặn, từ đó kéo dài thời gian sử dụng của vật liệu.

Quá trình phân hủy nhiệt polymer tương tự như quá trình cracking hydrocacbon, với cơ chế dây chuyền đã được xác định rõ Tính bền của polymer khi bị đốt nóng, tốc độ phân hủy nhiệt và đặc trưng sản phẩm phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của nó Giai đoạn đầu tiên của quá trình luôn là sự hình thành gốc tự do, tiếp theo là sự phát triển mạch phản ứng, dẫn đến đứt liên kết và giảm phân tử lượng Sự ngắt mạch phản ứng có thể xảy ra do gốc tự do tái hợp hoặc bất tỷ phân, tạo ra liên kết đôi ở cuối đại phân tử, làm thay đổi thành phần phân đoạn và hình thành cấu trúc phân nhánh cùng không gian.

2.5.6 Phân hủy dưới ảnh hưởng của những tác động vật lý

Sự phân hủy polymer diễn ra dưới tác động của năng lượng ánh sáng, bức xạ ion hóa, năng lượng cơ học và nhiệt độ, thông qua cơ chế dây chuyền với sự hình thành các gốc tự do.

Phân hủy polymer xảy ra khi có sự chiếu sáng, đốt nóng hoặc tác động cơ học, nhưng thực chất là một quá trình phức tạp Trong quá trình này, không chỉ có sự cắt đứt liên kết dẫn đến phân hủy hoàn toàn, mà còn xuất hiện các liên kết mới và thay đổi cấu trúc của polymer.

HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU - CÁC THÍ NGHIỆM CHÍNH

Hệ nguyên vật liệu

Thành phần nguyên vật liệu của vữa gồm có:

- Chất kết dính: Xi măng Portland PCB 40 Hà Tiên

- Cát: Sử dụng loại cát có cỡ hạt loại trung bình, rửa sạch và sấy khô trước khi thí nghiệm

- Nước: Sử dụng nước ngọt, sạch

- Phụ gia: Polyvinyl acetate dạng dung dịch

3.1.1 Các tính năng kỹ thuật cần khảo sát của xi măng

Xi măng được sử dụng trong dự án là xi măng Portland PCB40 Hà Tiên, đã trải qua quy trình kiểm tra nghiêm ngặt về các chỉ tiêu cơ lý trước khi xuất xưởng Tuy nhiên, để đảm bảo tính chính xác trong quá trình thí nghiệm, cần thực hiện kiểm tra lại xi măng trước khi đưa vào sử dụng.

Các tính năng kỹ thuật cần khảo sát của xi măng:

- Xác định khối lượng riêng của xi măng ( ): thí nghiệm TCVN

4030:2003 Xi măng – Phương pháp xác định độ mịn

- Xác định khối lượng thể tích của xi măng ( ): thí nghiệm TCVN

4030:2003 Xi măng – Phương pháp xác định độ mịn

- Xác định độ bền nén của vữa xi măng: thí nghiệm TCVN 6016:1995

Xi măng – Phương pháp thử - xác định độ bền

- Xác định lượng nước tiêu chuẩn: thí nghiệm TCVN 6017:1995 Xi măng – Phương pháp thử - xác định thời gian đông kết và độ ổn định

- Thời gian bắt đầu ninh kết: thí nghiệm TCVN 6017:1995 Xi măng –

Phương pháp thử - xác định thời gian đông kết và độ ổn định

- Thời gian kết thuùc ninh kết: thí nghiệm theo TCVN 6017:1995 Xi măng – Phương pháp thử - xác định độ bền

Bảng 3.1 Kết quả các chỉ tiêu thí nghiệm của xi măng

STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

1 Khối lượng riêng g/cm 3 3,1 TCVN 4030:2003

2 Khối lượng thể tích g/cm 3 1,14 TCVN 4030:2003

3 Độ bền nén MPa 45,5 TCVN 6016:1995

4 Độ bền uốn Mpa 2,14 TCVN 6016:1995

5 Lượng nước tiêu chuẩn % 28 TCVN 6017:1995

Nhận xét: Các chỉ tiêu của xi măng thí nghiệm đạt yêu cầu dùng để thí nghiệm

3.1.2 Các tính năng kỹ thuật cần khảo sát của cát

Cát đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra bộ khung xương cứng cho vữa, giúp giảm hiện tượng co ngót Chất lượng cát ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ của vữa, vì vậy việc kiểm tra các tính chất của cát trước khi sử dụng là cần thiết.

Các tính năng kỹ thuật cần khảo sát của cát:

- Xác định khối lượng riêng của cát ( ): thí nghiệm TCVN 7572-

4:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phương pháp thử

- Xác định khối lượng thể tích xốp của cát ( ): thí nghiệm TCVN

7572-6:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phương pháp thử

- Xác định thành phần hạt và module độ lớn của cát: thí nghiệm TCVN

7572-2:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phương pháp thử

- Xác định hàm lượng bụi bùn sét của cát (S c ): thí nghiệm TCVN 7572-

8:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phương pháp thử

Bảng 3.2 Kết quả các chỉ tiêu thí nghiệm của cát

STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết quả Phương pháp thử

1 Khối lượng riêng g/cm 3 2,62 TCVN 7572-4:2006

2 Khối lượng thể tích ( ) g/cm 3 1,42 TCVN 7572-6:2006

4 Hàm lượng bụi bùn sét (S c ) % 0,7 TCVN 7572-8:2006

Bảng 3.3 Thành phần hạt và module độ lớn của cát

Retained on each sieve Passing

Vùng I - Cát hạt vữa cho đến to Vùng II - Cát hạt nhỏ

Vùng III - Cát hạt rất nhỏ

Hình 3.1 Thành phần hạt và module độ lớn của cát

Lượ ng s ót tí ch lũy ( % ) P a s s ing Đường kính mắt sàng (mm) Dimension of sieve aperture

Dùng nước phù hợp với tiêu chuẩn nước dùng cho vữa: TCXDVN 302:2004 –

Nước trộn bê tông và vữa – yêu cầu kỹ thuật

Polyvinyl acetate ở dạng dung dịch có màu trắng đục

Dung dịch này gồm hai thành phần chính: polymer và nước Nước giúp hydrat hóa xi măng và duy trì độ ẩm trong quá trình hình thành màng polymer Polymer không chỉ tạo ra lớp màng bao bọc các hạt cốt liệu mà còn đóng vai trò như khung không gian cho sản phẩm.

Polyvinyl acetate là những hợp chất polymer cao phân tử được tạo thành do quá trình polymer hóa các monomer vinyl acetate Đặc tính kỹ thuật:

 Các polymer dựa trên các gốc: Vinyl acetate (CH2 = CH – OOC – CH 3 )

Tính không no của VA xuất phát từ sự hiện diện của liên kết đôi trong mạch, cho phép nó tham gia vào các phản ứng cộng, đóng vòng và oxi hoá Ngoài ra, với liên kết ester, VA cũng có khả năng tham gia vào phản ứng thuỷ phân với nước và ancol.

 Độ pH để phân tán: 4 12

 Nhiệt độ tối thiểu để tạo màng: 0 18 0 C

 Nhiệt độ để chuyển pha tinh thể: -5 25 0 C

 Kích thước hạt phân tán: 0,5 5 micron

Polyvinyl acetate có khả năng tăng cường độ bám dính trên nhiều bề mặt, đồng thời chống co ngót và nứt nẻ khi nhiệt độ môi trường thay đổi Ngoài ra, nó còn cải thiện tính dẻo, chống thấm và nâng cao cường độ chịu uốn, kéo nhờ vào tính đàn hồi được gia tăng.

Hình 3.2 Polyvinyl acetate Ƣu điểm khi sử dụng polymer Polyvinyl acetate:

PVAc là một hợp chất polymer cao phân tử khi cho vào vữa có vai trò:

Giảm lượng nước sử dụng giúp tạo ra hỗn hợp có độ nhớt phù hợp, đồng thời tăng khả năng giữ nước, điều này rất quan trọng khi ứng dụng cho vữa hồ hoặc vữa trát ở những tiết diện hẹp hoặc bề mặt hút ẩm Việc tăng độ lưu động cũng giúp dễ dàng trong quá trình tô trát và làm phẳng bề mặt.

 Phân tán nhanh chóng khi trộn với xi măng và nước

Tăng cường độ bền uốn và độ bền va đập của vữa hồ giúp nó chịu được sự dịch chuyển và biến dạng của chất nền mà không bị gãy Đồng thời, cải thiện khả năng bám dính trên các bề mặt khác nhau và giữa các hạt xi măng với cốt liệu.

 Chống co ngót và chống nứt khi nhiệt độ môi trường thay đổi

 Khả năng chống thấm tốt, không cho nước xâm nhập vào gây ra hiện tượng carbonat dẫn đến bong tróc bề mặt vữa trát

 Gia tăng cường độ chịu uốn và chịu kéo của vữa do tăng lực đàn hồi

 Tăng cường độ chống va đập

3.1.4.1 Xác định khối lƣợng riêng:

Khối lượng riêng là yếu tố quan trọng để đánh giá tính chất cơ lý của vật liệu và là thành phần cơ bản trong tính toán của nguyên vật liệu Đối với PVAc, khối lượng riêng được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 3529/D3529M – 97.

3.1.4.2 Xác định hàm lƣợng pha rắn:

Để tính toán lượng nước trong cấp phối vữa, cần xác định hàm lượng pha rắn polymer trong dung dịch, từ đó biết được lượng nước tham gia vào quá trình hydrat hóa xi măng Hàm lượng pha rắn của PVAc được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 3529/D3529M – 97.

Bảng 3.4 Kết quả các chỉ tiêu thí nghiệm của Polyvinyl acetate

STT Chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Kết quả

Thiết kế thành phần cấp phối cho hỗn hợp vữa

Xác định tỷ lệ phối hợp cho các loại vật liệu xây dựng là rất quan trọng, giúp tính toán thành phần cốt liệu để đạt được cấp phối liên tục từ hạt lớn nhất đến hạt nhỏ nhất Khi đó, vật liệu trong vữa sẽ có độ rỗng nhỏ nhất và độ lèn chặt cao nhất Việc xác định tỷ lệ cấp phối vữa có thể thực hiện theo 3 phương pháp khác nhau.

- Phương pháp vừa tính toán vừa thực nghiệm

- Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn

Trong 3 phương pháp này thì việc xác định tỷ lệ phối hợp vữa chủ yếu là dựa vào thí nghiệm Do đây là loại vữa đặc biệt có sử dụng phụ gia polymer để cải thiện các tính chất của vữa xi măng nên việc tính toán thực nghiệm để xác định lương vật liệu phối hợp hợp lý là vấn đề cần được quan tâm Theo đề tài Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vữa khô trộn sẵn dùng trong các công trình xây dững [10] và đề tài

Nghiên cứu tính chất cơ học và độ bền của vật liệu composite xi măng cho thấy rằng, với vữa thông thường có tỷ lệ X/C = 0,3 đến 0,5, sự thay đổi về độ lưu động không đáng kể so với ảnh hưởng của tỷ lệ N/X Do đó, tỷ lệ X/C = 1/3 được chọn để khảo sát với nhiều tỷ lệ N/X, tạo ra các loại vữa có độ lưu động khác nhau Trong trường hợp không có phụ gia, tỷ lệ nước thường dao động từ N/X = 0,5 đến 0,7, nhưng khi có phụ gia, tỷ lệ này có thể thay đổi.

Nghiên cứu của Phạm Ngọc Lân cho thấy lượng nước cần dùng trong thí nghiệm vữa có sử dụng phụ gia polymer sẽ giảm dần Cụ thể, khi khảo sát với tỷ lệ X/C = 1/3, lượng nước sử dụng cho vữa thay đổi tương ứng với tỷ lệ N/X là 0,55.

0,5; 0,45; 0,4; 0,35 và đồng thời lần lượt thay đổi các hàm lượng phụ gia so với lượng xi măng sử dụng để cho vữa có độ dẻo cao nhất

Nguyên vật liệu chính để trộn vữa bao gồm xi măng, cát, PVAc và nước Cát cần được rửa sạch, sấy khô và sàng lọc để loại bỏ tạp chất và bùn sét Nước sử dụng phải đảm bảo không chứa tạp chất để không ảnh hưởng đến độ rắn chắc của xi măng và chất lượng vữa Tỷ lệ cân xi măng và cát được lựa chọn là 1/3.

Việc thêm polymer vào vữa nhằm nâng cao độ chịu kéo, chịu uốn, giảm co ngót, tăng cường độ bám dính và độ bền cho vữa và bê tông Sự thay đổi các tính chất này chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ PVAc/X hơn là tỷ lệ N/X Do PVAc được sử dụng với hàm lượng rất nhỏ so với khối lượng xi măng, việc cân đo chính xác tỷ lệ này là rất quan trọng.

Thành phần cấp phối của vữa sử dụng phụ gia polymer thường nằm trong phạm vi tỷ lệ X/C = 1/2 1/3 (theo khối lượng), tỷ lệ PVAc/X từ 5 20% và tỷ lệ

N/X từ 30 60% phụ thuộc vào yêu cầu của tính công tác được trình bày ở bảng 3.5

Bảng 3.5 Những ứng dụng đặc trưng và tiêu chuẩn thiết kế cấp phối của vữa sử dụng phụ gia Polymer [4] Ứng dụng Vị trí sử dụng

Tiêu chuẩn thành phần cấp phối Độ dày của lớp trát hoặc lớp vữa

Sàn của nhà dân dụng, nhà kho, văn phòng và cửa hàng, sàn nhà vệ sinh…

Vật liệu lát đường Đường bộ, cầu thang, nhà máy hóa chất, sân ga, ga ra… 1 3 0,3 0,5 10 15

Bê tông tầng mái, vữa và bê tông tường block, bể chứa nước, hồ bơi, bể tự hoại, si lô chứa…

Chất kết dính vật liệu sàn, vật liêu ốp, vật liệu tiếp xúc nhiệt… với bê tông của tường và sàn

Liên kết bê tông và vữa cũ với bê tông và vữa mới 1 0 1 trên 0,2 -

Sửa chữa vết nứt 1 0 3 trên 0,2 -

Lớp lót chống ăn mòn rất quan trọng cho ống dẫn nước thải, sàn nhà máy hóa chất, vữa gạch chịu axit, bể tự hoại, nền móng cho các nhà máy công nghiệp, sàn của các phòng thí nghiệm hóa học và nhà kho dược phẩm Những ứng dụng này giúp bảo vệ các công trình khỏi sự ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của các cơ sở hạ tầng.

Lớp phủ ván sàn, boong tàu

Lớp phủ bên trong và bên ngoài boong tàu, bản đáy cầu

Sàn xe hơi hoặc xe lửa Lớp giữa 1 3 0,4 0,6 5 6

Bản sàn chân cầu,… lớp trên cùng

Tỷ lệ PVAc trong nghiên cứu được điều chỉnh từ 0,4% đến 1,0% so với lượng xi măng sử dụng Mục tiêu của việc khảo sát này là đánh giá ảnh hưởng của các tỷ lệ thành phần nguyên vật liệu và hàm lượng phụ gia đến các tính chất của hỗn hợp vữa, nhằm xác định cấp phối tối ưu nhất.

Chu kỳ dưỡng hộ mẫu trong thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm

Nguyên vật liệu chính bao gồm xi măng Portland PCB40, cát sạch và khô, PVAc cùng với nước Tỷ lệ các thành phần trong vữa được xác định với tỷ lệ X/C là 1/3, trong khi tỷ lệ N/X dao động từ 0,35 đến 0,55 Hàm lượng PVAc sử dụng so với khối lượng xi măng cũng được tính toán kỹ lưỡng.

Sau khi hoàn tất quá trình trộn hỗn hợp, tiến hành đúc mẫu ngay lập tức Mẫu sau khi đúc cần được dưỡng hộ trong khuôn trong 1 ngày ở nhiệt độ 27 ± 1°C và độ ẩm phù hợp.

90%, 27 ngày trong nước ở nhiệt độ 27 1 0 C Sau đó mẫu được dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm trong thiết bị tạo môi trường (hình 3.3 và bảng 3.6)

Khí hậu Thành phố Hồ Chí Minh với nhiệt độ và độ ẩm cao ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của PMM, thường được sử dụng làm lớp chống thấm hoặc lát mái tòa nhà Qua thời gian, chất lượng PMM bị giảm sút do tác động của môi trường nóng ẩm Để nghiên cứu tác động này, đề tài chọn chu kỳ thí nghiệm 12 giờ ở nhiệt độ 30°C, độ ẩm 80%, và 12 giờ ở nhiệt độ 60°C, với độ ẩm 85%.

Hình 3.3 Thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm

STT Thông số Giá trị

1 Công xuất động cơ bơm 0,25 Hp

2 Công xuất gia nhiệt 4 kw/h

3 Tốc độ phun ẩm tối đa 20 l/h

6 Đồng hồ đo nhiệt độ 0-200 0 C

7 Đồng hồ đo độ ẩm 10-100%

8 Chế độ phun, dừng cài đặt theo thời gian 0-60‟; 0-60‟

Hình 3.4 Nhiệt độ của chu kỳ nhiệt ẩm

Các thí nghiệm chính sử dụng cho nghiên cứu

3.4.1 Xác dịnh độ lưu động của PMM Độ lưu động của hỗn hợp vữa sẽ quyết định đến khả năng thi công, tính lèn chặt và các tính chất của hỗn hợp vữa như: cường độ, độ bám dính, độ co ngót… vì vậy cần phải xác định độ lưu động của hỗn hỡp vữa Có 2 phương pháp xác định độ lưu động của hỗn hợp vữa:

3.4.1.1 Phương pháp dùng côn tiêu chuẩn (Xác định theo 14 TCN

Để đảm bảo độ chính xác, cần thực hiện thử nghiệm hai lần, với kết quả không chênh lệch nhau quá 2 cm Nếu không đạt yêu cầu này, cần tiến hành thử nghiệm lần thứ ba Kết quả cuối cùng sẽ là trung bình cộng của hai lần thử có giá trị gần nhau.

Bảng 3.7 Các chỉ tiêu của chất lượng vữa tươi [27]

Loại hỗn hợp vữa Để xây Để hoàn thiện

1- Đường kính hạt cốt liệu lớn nhất, mm, không lớn hơn 5 2,5 1,25

2- Độ lưu động (độ lún côn), cm 4 ÷ 10 6 ÷ 10 7 ÷ 12

3- Độ phân tầng, cm 3 , không lớn hơn 30 - -

4- Độ (khả năng) giữ nước, % không nhỏ hơn, đối với:

- Hỗn hợp vữa xi măng

- Hỗn hợp vữa vôi và các vữa hỗn hợp khác

Hình 3.5 Xác dịnh độ lưu động của PMM

3.4.1.2 Phương pháp bàn dằn (Xác định theo TCVN 3121-3:2003) [23] Độ lưu động của mẫu vữa là kết quả trung bình cộng của 2 lần thử, chính xác đến 1mm Nếu một trong hai giá trị đo sai lệch lớn hơn 10% so với giá trị trung bình thì phải tiến hành lại phép thử từ mẫu lưu

Bảng 3.8 Các chỉ tiêu chất lượng của vữa tươi [27]

Loại hỗn hợp vữa Để xây Để hoàn thiện

1- Kích thước hạt cốt liệu lớn nhất (D max ), mm, không lớn hơn 5 2,5 1,25

2- Độ lưu động (phương pháp bàn dằn), mm

Hình 3.6 Xác định độ bẹt của PMM

3.4.2 Xác định cường độ uốn và nén của PMM (xác định theo TCVN

Cường độ nén (R n ) và uốn (R u ) của vữa được xác định từ mẫu chuẩn kích thước 4x4x16 cm, sau 28 ngày dưỡng hộ Mẫu được bảo quản trong điều kiện dưỡng hộ thường hoặc theo chu kỳ nhiệt ẩm trong thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm để khảo sát sự thay đổi cường độ PMM do tác động môi trường Các giá trị R n và R u được đo ở các thời điểm 7 ngày, 28 ngày, 60 ngày và 120 ngày.

Cường độ uốn của mỗi mẫu thử, tính bằng N/mm 2 (Mpa), chính xác đến

0,05 N/mm 2 (Mpa), theo công thức: 2

Pu: là lực uốn gãy, tính bằng Niutơn;

L : là khoảng cách giữa hai gối uốn, tính bằng milimét (10mm); b, h: là chiều rộng, chiều cao mẫu thử, tính bằng milimét (40mm và 40mm)

Kết quả thử là giá trị trung bình cộng của 3 mẫu thử, chính xác đến

Nếu kết quả thử nghiệm có sai lệch lớn hơn 10% so với giá trị trung bình 0,1N/mm², cần loại bỏ kết quả đó Giá trị cuối cùng sẽ là trung bình cộng của hai mẫu còn lại.

Cường độ nén của mỗi mẫu thử, tính bằng N/mm 2 (Mpa), chính xác đến

N/mm 2 (Mpa), theo công thức:

P n : là lực nén phá huỷ mẫu, tính bằng Niutơn;

A: là diện tích tiết diện nén của mẫu, tính bằng milimét vuông

Kết quả thử là giá trị trung bình cộng của 6 mẫu thử, chính xác đến

Nếu kết quả của viên mẫu nào sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình của các viên mẫu, thì cần loại bỏ kết quả của viên mẫu đó Kết quả thử nghiệm sẽ được tính là giá trị trung bình cộng của các viên mẫu còn lại.

Hình 3.7 Xác định cường độ uốn và nén của PMM

3.4.3 Xác định độ co ngót của PMM (xác định theo ASTM C 490 – 00a và ASTM C 596 – 96) [24], [25] Độ co ngót phụ thuộc vào lượng dùng xi măng, lượng dùng nước cũng như tỷ lệ nước/xi măng Độ co ngót ( ) được xác định bằng mẫu chuẩn kích thước

Mẫu kích thước 25x25x300 mm được dưỡng hộ trong 28 ngày dưới điều kiện thường hoặc theo chu kỳ nhiệt ẩm trong thiết bị tạo môi trường Mục tiêu là khảo sát sự thay đổi độ co ngót do tác động của môi trường, với các thời điểm xác định độ co ngót là 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày và 60 ngày.

Tính toán độ co ngót của vật liệu tại từng thời điểm:

L x : là số đọc trên đồng hồ tại thời điểm x;

L o : là số đọc trên đồng hồ tại thời điểm ban đầu;

G : là chiều dài danh định của mẫu (G = 300 mm)

Hình 3.8 Xác định độ co ngót của PMM

3.4.4 Xác định độ bền kéo của PMM (xác định theo ASTM 2523) [26] Độ bền chịu kéo của vữa được xác bằng cách đúc các mẫu số 8 Tiến hành đo L k tại 7 ngày và 28 ngày Độ bền kéo (L k ):

S: Diện tích mẫu ngay tại giữa (mm 2 )

Hình 3.9 Xác định độ bền kéo của PMM

3.4.5 Xác định cường độ bám dính của PMM đã đóng rắn trên nền (xác định theo TCVN 3121-3:2003) [23]

Cường độ bám dính của vữa (R bd ) là yếu tố quan trọng thể hiện khả năng liên kết giữa vữa và nền hoặc vật liệu xây trát R bd chịu ảnh hưởng từ độ nhám, độ sạch và độ ẩm của vật liệu xây dựng cũng như bề mặt lát ốp Nếu cường độ bám dính kém, độ bền của sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Cường độ bám dính của từng mẫu thử (R bd) được xác định theo tiêu chuẩn tại 7 ngày và 21 ngày, với đơn vị tính là N/mm² và độ chính xác đến 0,05 N/mm², dựa trên công thức đã quy định.

P bd : là lực bám dính khi kéo đứt, tính bằng Niutơn;

A: là diện tích bám dính chịu kéo của mẫu thử, tính bằng milimét vuông,

Kết quả thử là giá trị trung bình cộng kết quả của 5 mẫu thử, chính xác đến

Nếu có kết quả nào sai lệch quá 10% so với giá trị trung bình, cần loại bỏ kết quả đó Kết quả cuối cùng sẽ được tính bằng giá trị trung bình của các mẫu còn lại.

Hình 3.10 Xác định cường độ bám dính của PMM trên nền đã đóng rắn

CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA VỮA SỬ DỤNG PHỤ GIA

Ảnh hưởng của Polyvinyl acetate đến độ lưu động và độ bẹt của hỗn hợp vữa sử dụng phụ gia Polyvinyl acetate (PMM)

Vữa sử dụng phụ gia Polyvinyl acetate (PMM) có độ lưu động và độ bẹt quyết định khả năng thi công và tính lèn chặt của hỗn hợp, ảnh hưởng đến các tính chất quan trọng như cường độ, độ bám dính và độ hút nước Độ lưu động của hỗn hợp vữa thường phụ thuộc vào một số yếu tố nhất định.

- Lượng dùng xi măng và tính chất hồ xi măng

- Cấp phối hạt của cốt liệu và tính chất của cốt liệu

- Chất phụ gia hoạt tính về mặt

Bảng 4.1 Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ lưu động và độ bẹt của PMM

Tỷ lệ N/X Tỷ lệ X/C Tỷ lệ PVAc

(%) Độ lưu động (cm) Độ bẹt (mm)

4.1.1 Độ lưu động của PMM

Hình 4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc và tỷ lệ N/X đến độ lưu động của PMM y = -2,763x 2 + 7,982x + 3,503

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Độ lưu độ ng ( cm )

Tỷ lệ N/X = 0,35Poly (Tỷ lệ N/X = 0,35)

Kết quả từ bảng 4.1 và hình 4.1; 4.2 cho thấy quy luật chung rằng khi tỷ lệ PVAc và hàm lượng nước tăng lên, độ lưu động cũng tăng theo Hỗn hợp vữa có thêm PVAc có độ lưu động cao hơn so với vữa thông thường.

PVAc có tác động quan trọng trong việc cải thiện tính chất của hỗn hợp vữa Sau khi trộn, các hạt polymer phân tán trong hỗn hợp, tạo thành lớp bề mặt giữa các hạt cốt liệu và xi măng, giúp giảm ma sát và tăng cường sự trượt giữa các hạt, từ đó nâng cao độ lưu động của hỗn hợp Khi thêm nước, các hạt polymer sẽ tạo thành lớp màng trên bề mặt các hạt cốt liệu, liên kết chúng lại với nhau Với tính dẻo cao, PVAc không chỉ tăng độ lưu động mà còn cải thiện khả năng giữ nước, giúp nâng cao sự chống phân tầng của hỗn hợp.

Hàm lượng nước tối ưu trong hỗn hợp vữa làm tăng độ lưu động nhờ vào việc cát hấp phụ nước và hòa tan xi măng tạo thành hồ xi măng Hồ xi măng bao bọc các hạt cát, giảm ma sát khô và cải thiện sự trượt giữa các hạt Sự bổ sung PVAc vào hỗn hợp càng làm tăng khả năng trượt giữa các hạt, do các hạt PVAc mịn lấp đầy các mao quản và tăng cường sự tiếp xúc giữa các hạt Độ lưu động tối ưu của PMM đạt được khi tỷ lệ N/X từ 0,5 đến 0,55.

PVAc có tỷ lệ từ 0,4 đến 1,0%, phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng vữa tươi Việc thêm PVAc vào vữa làm tăng độ lưu động của PMM từ 1,5 đến 2,5 lần so với vữa thông thường Mối quan hệ giữa tỷ lệ PVAc và độ lưu động của PMM được mô tả bằng đường cong bậc 2, với công thức y = -2,763x² + 7,982x + 3,503 tại tỷ lệ N/X = 0,55 và R² = 0,994 Độ lưu động của hỗn hợp vữa cũng được xác định thông qua độ bẹt bằng phương pháp bàn dằn.

Hình 4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ lưu động của PMM a) Tỷ lệ N/X = 0,35 b) Tỷ lệ N/X = 0,40 c) Tỷ lệ N/X = 0,45 d) Tỷ lệ N/X = 0,50 e) Tỷ lệ N/X = 0,55 e)

Hình 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc và tỷ lệ N/X đến độ bẹt của PMM

Tương tự như độ lưu động của hỗn hợp vữa, với các kết quả được trình bày ở hình 4.3 và 4.4 cho thấy:

- Độ bẹt của PMM tăng theo hàm lượng PVAc thêm vào

- Độ bẹt của PMM tăng đáng kể khi tỉ lệ N/X từ 0,50 trở lên

- Quy luật thay đổi độ bẹt tương tư như độ lưu động của hỗn hợp PMM y = -61,96x 2 + 111,9x + 135,9

Theo bảng 3.8, độ bẹt tối ưu của hỗn hợp vữa nằm trong khoảng 175 đến 187mm, tương ứng với tỷ lệ N/X = 0,55 và hàm lượng PVAc từ 0,4 đến 1,0% Độ bẹt của hỗn hợp vữa phụ thuộc vào hàm lượng PVAc, với cùng một tỷ lệ N/X, khi hàm lượng PVAc tăng lên, độ bẹt của PMM cũng tăng theo Mối quan hệ giữa tỷ lệ PVAc và độ lưu động của hỗn hợp vữa rất quan trọng trong quá trình thi công.

PMM được thể hiện bằng đường cong bậc 2, ứng với tỷ lệ N/X = 0,55 thì y = -61,96x 2 + 111,9x + 135,9, với R² = 0,980 a) b) c) d)

Hình 4.4 Độ bẹt của PMM ứng với tỷ lệ

N/X = 0,50 và tỷ lệ PVAc a) PVAc = 0,0% b) PVAc = 0,4% c) PVAc = 0,6% d) PVAc = 0,8% e) PVAc = 1,0% e)

Cường độ chịu uốn và chịu nén của vữa sử dụng phụ gia PVAc

Cường độ chịu nén (Rn) và chịu uốn (Ru) của vữa được xác định thông qua mẫu chuẩn kích thước 4x4x16 cm, sau 28 ngày dưỡng hộ Mẫu được bảo quản trong điều kiện dưỡng hộ thường hoặc theo chu kỳ nhiệt ẩm trong thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm để khảo sát ảnh hưởng của môi trường đến cường độ PMM Các giá trị Rn và Ru được đo ở các thời điểm 7 ngày, 28 ngày, 60 ngày và 120 ngày.

Bảng 4.2 Thành phần cấp phối của PMM

Ký hiệu mẫu Tỷ lệ N/X Tỷ lệ X/C Tỷ lệ PVAc

4.2.1 Cường độ chịu uốn của vữa sử dụng phụ gia PVAc

Kết quả cường độ chịu uốn của PMM được thể hiện ở bảng 4.3

Bảng 4.3 Cường độ chịu uốn của PMM

Cường độ chịu uốn 7 ngày (MPa)

Cường độ chịu uốn 28 ngày (MPa)

Cường độ chịu uốn 60 ngày (MPa)

Cường độ chịu uốn 60 ngày dƣỡng hộ chu kỳ nhiệt ẩm (MPa)

Cường độ chịu uốn 120 ngày (MPa)

Cường độ chịu uốn 120 ngày dƣỡng hộ chu kỳ nhiệt ẩm (MPa)

Hình 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn 7 ngày của PMM a) Tỷ lệ N/X = 0,55 b) Tỷ lệ N/X = 0,50 c) Tỷ lệ N/X = 0,45 d) Tỷ lệ N/X = 0,40 e) Tỷ lệ N/X = 0,35 e)

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

C ƣ ờn g độ c hịu uố n (M pa )

Hình 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn 7 ngày của PMM

Kết quả chịu uốn được trình bày trong hình 4.5 và 4.6 cho thấy rằng sau 7 ngày, cường độ chịu uốn của vữa sử dụng phụ gia PVAc thấp hơn so với vữa thường, với mức giảm 3,8% ở tỷ lệ N/X = 0,35, 28% ở tỷ lệ N/X = 0,55, và trung bình giảm 12% ở các tỷ lệ N/X = 0,40, 0,45 và 0,50.

Cường độ chịu uốn của vữa phụ thuộc vào tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc được sử dụng Tỷ lệ N/X tối ưu cho cường độ uốn là từ 0,40 đến 0,45, trong khi lượng PVAc tối ưu là từ 0,6 đến 0,8% Vữa có sử dụng phụ gia PVAc cho thấy cường độ chịu uốn cao nhất.

5,83 MPa ứng với tỷ lệ N/X= 0,40 và tỷ lệ PVAc sử dụng là 0,8%

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cường độ chịu uốn 7 ngày (MPa)

Hình 4.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn 28 ngày của PMM a) Tỷ lệ N/X = 0,55 b) Tỷ lệ N/X = 0,50 c) Tỷ lệ N/X = 0,45 d) Tỷ lệ N/X = 0,40 e) Tỷ lệ N/X = 0,35 e)

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

C ƣ ờn g độ c hịu uố n (M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Hình 4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn 28 ngày của PMM

Hình 4.9 Mối quan hệ giữa tỷ lệ PVAc với tỷ lệ N/X của cường độ chịu uốn 28 ngày của PMM y = -6,15x 2 + 8,693x + 2,488

Cườn g độ c hịu u ốn ( M pa )

Cường độ chịu uốn 28 ngày (MPa)

Kết quả cường độ chịu uốn được thể hiện ở hình 4.7 và hình 4.8 cho thấy sau

28 ngày cường độ chịu uốn của vữa có sử dựng phụ gia PVAc cao hơn so với vữa thường là 1,3% ứng với tỷ lệ N/X = 0,45 và 2,7% ứng với tỷ lệ N/X = 0,40

Cường độ chịu uốn của vữa phụ thuộc vào tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc Tỷ lệ N/X tối ưu cho cường độ uốn là từ 0,40 đến 0,45, trong khi lượng PVAc tối ưu là từ 0,6 đến 0,8% Vữa sử dụng phụ gia PVAc có cường độ chịu uốn cao nhất.

Cường độ chịu uốn của PMM ở mức 8,12 MPa được ghi nhận với tỷ lệ N/X là 0,40 và tỷ lệ PVAc sử dụng là 0,8% Mối quan hệ giữa tỷ lệ PVAc và tỷ lệ N/X của cường độ chịu uốn sau 28 ngày được thể hiện qua phương trình y = -0,16x + 0,804, với hệ số R² đạt 0,798 Hình 4.10 minh họa ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn của PMM khi N/X là 0,55, bao gồm cả dưỡng hộ thường và dưỡng hộ chu kỳ nhiệt ẩm.

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

C ƣ ờn g độ c hịu uố n (M pa )

50 HVTH: Phạm Ngọc Lân a) Dưỡng hộ thường b) Dưỡng hộ nhiệt ẩm Hình 4.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn của PMM, N/X=0,50 a) Dưỡng hộ thường

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Dưỡng hộ nhiệt ẩm có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu uốn của PMM, đặc biệt khi tỷ lệ PVAc thay đổi Hình 4.12 và Hình 4.13 minh họa sự khác biệt trong cường độ chịu uốn của PMM ở các tỷ lệ PVAc khác nhau, với N/X lần lượt là 0,45 và 0,40 Những kết quả này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn tỷ lệ PVAc trong quá trình dưỡng hộ để tối ưu hóa tính chất cơ học của vật liệu.

C ƣ ờn g độ c hịu uố n (M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

C ƣ ờn g độ c hịu uố n (M pa )

52 HVTH: Phạm Ngọc Lân a) Dưỡng hộ thường b) Dưỡng hộ nhiệt ẩm Hình 4.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ chịu uốn của PMM, N/X=0,35

Với kết quả cường độ chịu uốn được thể hiện ở bảng 4.3 cho thấy:

Sau 60 ngày trong môi trường tự nhiên cường độ chịu uốn của PMM cao hơn so với vữa thường là 3,38% ứng với tỷ lệ N/X = 0,40 và 3,61% ứng với tỷ lệ N/X 0,45 Trong điều kiện dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm thì cường độ chịu uốn của

PMM có cường độ cao hơn vữa thường, với mức tăng 4,04% khi tỷ lệ N/X = 0,45 và 4,15% khi tỷ lệ N/X = 0,40 Cường độ chịu uốn cao nhất của vữa đạt 8,26 MPa trong điều kiện dưỡng hộ thường và 8,28 MPa trong điều kiện dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm, tương ứng với tỷ lệ N/X = 0,40 và tỷ lệ PVAc = 0,8%.

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Cƣ ờng độ chịu uố n ( M pa )

Sau 120 ngày trong môi trường tự nhiên, cường độ chịu uốn của PMM cao hơn so với vữa thường, đạt 3,09% với tỷ lệ N/X = 0,45 và 4,09% với tỷ lệ N/X = 0,40 Dưới điều kiện dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm, cường độ chịu uốn của PMM cũng được cải thiện đáng kể.

PMM có cường độ cao hơn so với vữa thường, đạt 3,11% với tỷ lệ N/X = 0,45 và 3,68% với tỷ lệ N/X = 0,40 Cường độ chịu uốn tối đa của vữa là 8,33 MPa trong điều kiện dưỡng hộ thường và 8,29 MPa trong điều kiện dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm, tương ứng với tỷ lệ N/X = 0,4 và tỷ lệ PVAc = 0,8%.

Kết quả từ hình 4.10 đến 4.14 cho thấy sau 60 ngày, cường độ chịu uốn của PMM trong môi trường thường và điều kiện dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm không có sự khác biệt đáng kể, cho thấy môi trường nhiệt ẩm chưa ảnh hưởng đến PMM Tuy nhiên, sau 120 ngày, cường độ chịu uốn của PMM đã cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của môi trường nhiệt ẩm, với cường độ chịu uốn trong dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm thấp hơn khoảng 0,2 - 1,5% so với PMM trong môi trường thường, tùy thuộc vào tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc.

Với các kết quả được trình bày ở trên:

Tỷ lệ N/X ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ chịu uốn của PMM Khi tỷ lệ N/X thấp (0,3), mẫu vữa thiếu nước, dẫn đến quá trình hydrat hóa xi măng không hoàn chỉnh và cường độ thấp Ngược lại, tỷ lệ N/X cao (0,5) tạo ra nước thừa, gây ra lỗ rỗng khi nước bay hơi, cũng làm giảm cường độ Tỷ lệ N/X lý tưởng là 0,4, khi đó quá trình hydrat hóa diễn ra tốt nhất, mang lại cường độ chịu uốn cao nhất cho vữa.

Tỷ lệ PVAc có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu uốn của PMM Kết quả từ bảng 4.3 cho thấy, tỷ lệ PVAc 0,8% mang lại cường độ chịu uốn tối ưu nhất.

Với tỷ lệ N/X = 0,40 0,45 và tỷ lệ PVAc từ 0,6 0,8%, lượng nước cũng như lượng PVAc đủ cho quá trình hydrat hóa của xi măng và sự tạo thành lớp màng

54 HVTH: Phạm Ngọc Lân polymer nên cường độ chịu uốn của PMM sẽ tốt hơn so với cường độ chịu uốn của vữa thường

Khi PVAc được thêm vào vữa, quá trình hydrat hóa của xi măng diễn ra nhanh hơn so với quá trình hình thành màng polymer Các hạt PVAc phân tán trong pha kết dính của xi măng, trong khi quá trình hydrat hóa tạo ra gel xi măng và Ca(OH)2 Các hạt polymer keo tụ một phần trên bề mặt các hạt xi măng chưa hydrat hóa Khi nước bay hơi trong quá trình phát triển gel xi măng, các hạt polymer lấp đầy các lỗ rỗng mao quản Khi quá trình hydrat hóa tiếp tục và nước trong các lỗ rỗng bay hơi, các hạt polymer tạo thành một lớp màng trên bề mặt các hạt xi măng không hydrat hóa và bám dính với lớp silicate trên bề mặt cốt liệu Cuối cùng, khi nước bay hơi gần như hoàn toàn, các hạt polymer tạo thành một màng đồng nhất liên tục, kết nối các hạt xi măng đã hydrat, hình thành một mạng lưới vững chắc.

Mạng lưới này giúp tăng cường độ chịu uốn cho PMM

Lượng PVAc cần thiết để tạo thành lớp màng polymer là rất quan trọng; nếu sử dụng quá ít, cường độ chịu uốn của vữa sẽ thấp hơn vữa thông thường trong 7 ngày đầu, nhưng sẽ cao hơn sau 28 ngày Ngược lại, nếu hàm lượng PVAc vượt quá 1%, cường độ sẽ giảm do lượng PVAc quá nhiều làm hạn chế quá trình hydrat hóa của xi măng, dẫn đến sản phẩm hydrat hóa ít hơn và làm giảm cường độ của vữa.

Độ bền kéo của PMM

Khảo sát độ bền kéo của PMM được thực hiện với tỷ lệ N/X là 0,40 và 0,45, trong khi tỷ lệ PVAc thay đổi từ 0,4% đến 1,0% Độ bền kéo của PMM được xác định ở các thời điểm 7 ngày và 28 ngày Kết quả chi tiết về độ bền kéo của PMM được trình bày trong bảng 4.5.

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ bền kéo của PMM ứng với tỷ lệ N/X 0,40 và 0,45

Hình 4.28 Ảnh hưởng của tỷ lệ PAVc đến độ bền kéo của PMM ứng với tỷ lệ N/X = 0,40 và 0,45

Cƣ ờng độ chịu kéo ( M P a)

PVAc (%) Độ bền kéo 7 ngày

Cƣ ờng độ chịu kéo ( M P a)

PVAc (%) Độ bền kéo 7 ngày

Cƣ ờng độ chịu kéo ( M P a)

PVAc (%) Độ bền kéo 28 ngày

Cườn g độ c hịu k éo ( M Pa )

PVAc (%) Độ bền kéo 28 ngày

Hình 4.29 Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc đến độ bền kéo của PMM

Với kết quả được trình bày ở bảng 4.5, hình 4.28 và hình 4.29, độ bền kéo của

Tỷ lệ PVAc trong PMM ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu kéo của vữa PVAc tạo ra lớp màng bao bọc quanh các hạt cốt liệu, giúp tăng cường độ chịu kéo của PMM Lớp màng polymer trong PMM đóng vai trò như cầu nối, kết nối các vết nứt vi mô và ngăn chặn sự lan truyền của chúng, từ đó nâng cao cường độ chịu kéo cho sản phẩm.

Hàm lượng phụ gia PVAc trong vữa càng cao thì cường độ chịu kéo của vữa càng tăng Sau 28 ngày, cường độ chịu kéo của PMM vượt trội hơn so với vữa thường.

Cường độ chịu kéo lớn nhất đạt 2,47 MPa với tỷ lệ N/X là 0,40 và tỷ lệ PVAc là 0,8% Mối quan hệ giữa tỷ lệ PVAc và độ bền kéo sau 28 ngày của PMM được mô tả bằng một đường cong bậc 2, với phương trình y = -0,043x² tương ứng với tỷ lệ N/X là 0,40.

0,610x + 1,927, với R² = 0,970; ứng với tỷ lệ N/X = 0,45 thì y = -0,007x 2 + 0,597x

Cƣ ờng độ chịu kéo ( M P a)

Cường độ bám dính của vữa đã đóng rắn trên nền

Cường độ bám dính của vữa đã đóng rắn trên nền được xác định theo TCVN

Theo tiêu chuẩn 3121-3:2003, nền thử được xây dựng bằng các khối bê tông có mác 30MPa Vữa được trộn theo các tỷ lệ N/X là 0,40; 0,45 và 0,50 Sử dụng vòng hình nón đã được lau dầu mỏng để tạo lớp vữa dày 10mm với đường kính 5cm Giá trị R bd được xác định ở 7 ngày và 21 ngày Với tỷ lệ N/X = 0,40, do lượng nước trộn ít, vữa không bám dính vào nền bê tông do độ hút nước lớn, dẫn đến R bd = 0 Kết quả thí nghiệm cho tỷ lệ N/X = 0,45 và 0,50 được trình bày trong bảng 4.6.

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ bám dính của PMM đã đóng rắn trên nền ứng với tỷ lệ N/X = 0,45 và 0,5 a) b)

Cƣ ờng độ bá m dín h (M P a)

Cường độ bám dính 7 ngày

Cườn g độ bá m d ín h (M Pa )

Cường độ bám dính 7 ngày

Hình 4.30 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ bám dính của PMM đã đóng rắn trên nền ứng với tỷ lệ N/X = 0,45 và 0,50

Hình 4.31 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến cường độ bám dính của PMM đã đóng rắn trên nền ứng với tỷ lệ N/X = 0,45 và 0,50

Cường độ bám dính 28 ngày

Cƣ ờng độ bá m dín h (M P a)

Cường độ bám dính 28 ngày

Cƣ ờng độ bá m dín h (M P a)

Kết quả từ bảng 4.6, hình 4.30 và hình 4.31 cho thấy rằng khi không có PVAc, cường độ bám dính của vữa rất thấp, chỉ đạt 0,08 Mpa với tỷ lệ N/X = 0,5 Tuy nhiên, khi bổ sung PVAc, cường độ bám dính của vữa tăng lên khoảng 5,6 lần Đặc biệt, với tỷ lệ N/X = 0,40, vữa không thể tạo ra bám dính lên nền bê tông.

Khi sử dụng PVAc, các hạt tạo thành màng giữ nước trong hỗn hợp, giúp ngăn nước thoát ra nhanh chóng và giảm thiểu lượng nước bị bê tông hút Tăng tỷ lệ PVAc sẽ làm dày màng polymer, giữ lại nhiều nước hơn, từ đó cải thiện cường độ bám dính.

Tỷ lệ N/X có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ bám dính của PMM; khi tỷ lệ N/X tăng, lượng nước tự do trong vữa cũng tăng theo, dẫn đến cường độ bám dính của vữa được cải thiện.

Mối quan hệ giữa tỷ lệ PVAc và cường độ bám dính 28 ngày của PMM được thể hiện bằng đường cong bậc 2, ứng với tỷ lệ N/X = 0,45 thì y = -0,099x 2 + 0,371x +

0,003, với R² = 0,991; ứng với tỷ lệ N/X = 0,50 thì y = -0,308x 2 + 0,733x + 0,086, với R² = 0,985.

Độ co ngót của PMM

Mẫu thử được đúc và dưỡng hộ theo tiêu chuẩn ASTM C490 [24] và ASTM

Sau 28 ngày, mẫu được nuôi dưỡng trong thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm với chu kỳ tương tự như các mẫu thử cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén, hoặc được để trong môi trường tự nhiên.

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ co ngót của PMM ứng với tỷ lệ

Ký hiệu mẫu Độ co ngót (%)

7 ngày 14 ngày 28 ngày 60 ngày 60 ngày (T)

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ co ngót của PMM ứng với tỷ lệ

Ký hiệu mẫu Độ co ngót (%)

7 ngày 14 ngày 28 ngày 60 ngày 60 ngày (T)

Ghi chú: 60 ngày (T): Sau 28 ngày dưỡng hộ trong nước, mẫu được dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm trong thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm a) Dưỡng hộ thường

75 HVTH: Phạm Ngọc Lân b) Dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm Hình 4.32 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ co ngót của PMM, N/X = 0,45 a) Dưỡng hộ thường

76 HVTH: Phạm Ngọc Lân b) Dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm Hình 4.33 Ảnh hưởng của tỷ lệ PVAc đến độ co ngót của PMM, N/X = 0,40

Kết luận: Độ co ngót của vữa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cường độ của vữa, phản ánh sự biến đổi trạng thái ẩm trong cấu trúc vật liệu Độ co ngót liên quan trực tiếp đến lượng nước mất trong quá trình đóng rắn Kết quả từ bảng 4.7, 4.8 và hình 4.23, 4.24 cho thấy, sau khi tạo hình và dưỡng hộ trong nước, vữa nở ra trong 14 ngày đầu và sau đó co lại Ngoài ra, độ co ngót của vữa còn phụ thuộc vào tỷ lệ N/X và hàm lượng phụ gia PVAc.

Tỷ lệ N/X càng tăng độ co ngót càng tăng: Độ co ngót cùa vữa ứng với tỷ lệ

Tỷ lệ N/X = 0,45 cao hơn N/X = 0,40, ảnh hưởng đến độ co ngót của vữa Khi mẫu được ngâm trong nước, hạt PVAc ngăn nước thẩm thấu vào bên trong và tương tác với xi măng, giúp các hạt polymer kết tụ và hình thành lớp màng bảo vệ trên bề mặt hạt xi măng chưa hydrat hóa Đồng thời, lớp màng này cũng bám dính với silicate trên bề mặt cốt liệu, góp phần vào quá trình hydrat hóa.

Phạm Ngọc Lân đã nghiên cứu về quá trình hóa của xi măng, trong đó các hạt polymer đóng kín trên hạt xi măng đã hydrat tạo thành một màng đồng nhất và liên tục Màng này kết nối các hạt xi măng đã hydrat, hình thành nên một mạng lưới vững chắc Đặc biệt, hàm lượng PVAc càng tăng thì lớp màng do các hạt polymer tạo ra càng trở nên hiệu quả hơn.

Độ dày của PVAc ảnh hưởng trực tiếp đến độ nở của vữa, với việc sử dụng phụ gia PVAc giúp giảm độ co ngót so với vữa thông thường Lớp màng polymer trong PMM hoạt động như cầu nối, kết nối các vết nứt vi mô và ngăn chặn sự lan truyền của chúng Đồng thời, lớp màng này cũng bao phủ và bám dính vào các kẻ rỗng giữa các hạt cốt liệu, giảm thể tích lỗ rỗng và tăng khả năng giữ nước Do lực mao quản lớn trong PVAc, nước được giữ lại lâu hơn, dẫn đến độ co ngót thấp hơn Đặc biệt, độ co ngót của vữa dưỡng hộ trong môi trường nhiệt ẩm cao lớn hơn khoảng 0,0003% so với trong tự nhiên Sự thay đổi liên tục của nhiệt độ và độ ẩm trong chu kỳ dưỡng hộ ảnh hưởng đến lớp màng polymer, làm giảm hiệu quả kết nối và ngăn chặn vết nứt, dẫn đến tăng độ co ngót của vữa.

PMM trong thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm lớn hơn [4] Độ co ngót của vữa ít nhất ứng với tỷ lệ N/X = 0,4 và tỷ lệ PVAc = 0,8%

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cho thấy việc sử dụng phụ gia PVAc trong vữa giúp cải thiện đáng kể độ lưu động, cường độ, độ co ngót và độ bám dính Cường độ của PMM phụ thuộc vào tỷ lệ của các thành phần trong hỗn hợp.

N/X, tỷ lệ P/X và chịu ảnh hưởng của môi trường nhiệt ẩm Với các kết quả đạt được, có thể rút ra được các kết luận chung sau:

1 Vữa sử dụng phụ gia PVAc có độ lưu động tăng từ 1,5†2,5 lần so với vữa thường Khi tỷ lệ PVAc tăng lên thì độ lưu động tăng lên, hàm lượng nước càng tăng đến giá trị tối ưu thì độ lưu động càng tăng lên Độ lưu động của hỗn hợp vữa tối ưu ứng với lượng N/X = 0,5†0,55 và hàm lượng PVAc = 0,4†1,0%

2 Cường độ của PMM đạt giá trị tối ưu, cao hơn so với vữa thường ứng với tỷ lệ N/X = 0,40†0,45 và tỷ lệ PVAc từ 0,6†0,8% Sau 60 ngày môi trường nhiệt ẩm chưa có sự ảnh hưởng tới cường độ của PMM, nhưng sau 120 ngày đã cho thấy sự ảnh hưởng của môi trường nhiệt ẩm tới

3 Sau 120 ngày, do tác dụng của môi trường nhiệt ẩm, cường độ của PMM dưỡng hộ theo chu kỳ nhiệt ẩm thấp cường độ của PMM trong môi trường thường khoảng 0,5†1,5% tùy theo tỷ lệ N/X và tỷ lệ PVAc

4 PVAc có ưu điểm làm tăng độ bền kéo của vữa Sau 28 ngày, cường độ chịu kéo của PMM tăng từ 27,3†29,3% Cường độ chịu kéo lớn nhất là

2,47Mpa ứng với tỷ lệ N/X = 0,40 và tỷ lệ PVAc = 0,8%

5 PVAc giúp tăng cường độ bám dính của vữa lên khoảng 5, 6 lần Ứng với tỷ lệ N/X = 0,40 thì vữa không tạo được bám dính lên nền bê tông nên Rbd = 0

6 Độ co ngót của vữa chịu tác dụng của môi trường nhiệt ẩm, Độ co ngót dưỡng hộ trong môi trường nhiệt ẩm lớn hơn độ co ngót của vữa dưỡng

79 HVTH: Phạm Ngọc Lân hộ trong tự nhiên khoảng 0,0003% Độ co ngót của vữa ít nhất ứng với tỷ lệ N/X = 0,4 và tỷ lệ PVAc = 0,8%

Chu kỳ nhiệt ẩm có ảnh hưởng rõ rệt đến cường độ của PMM sau 120 ngày, cho thấy PVAc không đảm bảo độ bền dưới tác động của nhiệt độ và độ ẩm Để phát huy tối đa ưu điểm của PVAc, cần kết hợp thêm các phụ gia khác nhằm cải thiện những khuyết điểm của PMM.

Để cải thiện tốc độ ảnh hưởng của môi trường nhiệt ẩm đối với PMM, cần tiến hành nghiên cứu trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt hơn, đồng thời kéo dài thời gian nghiên cứu.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

Bài báo cho hội nghị:

The 5 th ASEAN Civil Engineering Conference (ACEC) & the 5 th ASEAN

Environmental Engineering Conference (AEEC) and the 3 rd Seminar on Asian

Water Environment (Xem phụ lục)

THE INFLUENCE OF POLYMER-CEMENT RATIO ON THE

STRENGTH OF POLYMER-MODIFIED MORTAR IN HOT WEATHER