Bê tông siêu bền - hiện thực của ngày hôm nay

Thứ năm, 22/12/2005 00:00

Mỗi năm trên thế giới có trên 2 tỷ m3 sản phẩm bê tông được sử dụng. Hiện nay bê tông giữ vai trò quyết định nhất đối với sự phát triển của tiến bộ kỹ thuật, sự phồn thịnh kinh tế tại nước Nga và các nước phương Tây.

Lĩnh vực xây dựng đang sử dụng trên 1000 loại bê tông khác nhau trong khi việc nghiên cứu bê tông cho tương lai vẫn được tiếp tục triển khai mạnh mẽ.
Các công nghệ tiên tiến toàn diện đã xuất hiện trong sản xuất bê tông chất lượng cao, bê tông công nghệ cao High Performance Concrete - HPC.
Bê tông chất lượng cao sản xuất từ vữa bê tông đúc độ sụt cao với hàm lượng nước thấp có cường độ nén sau 2 ngày đêm đạt 30 - 50 MPa, sau 28 ngày đêm - 60 - 150 MPa, khả năng chịu băng giá F600 hoặc cao hơn, khả năng chống thấm nước bằng W12 hoặc cao hơn, khả năng hút nước dưới 1% - 2% thể tích, độ mài mòn không quá 0,3 - 0,4 g/cm2, các tính chất biến dạng có thể điều chỉnh trong đó phải kể đến tính chất chống sụt lún vào thời gian 14 đến 28 ngày đêm đóng rắn tự nhiên, khả năng chống thấm khí cao. Trong điều kiện thực tế, thời gian phục vụ dự báo của loại bê tông trên đạt trên 200 năm. Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản cho thấy có thể sản xuất bê tông siêu bền với thời gian phục vụ đến 500 năm.
Những tính chất độc đáo của loại bê tông trên giúp biến các dự án xây dựng phi thường thành hiện thực như cầu bắc qua vịnh Nordamberland Canađa dài 12,9 km. Các trụ cầu được hạ sâu trên 35 m so với mức nước biển. Dự tính thời gian phục vụ của cầu đạt 100 năm.
Dàn khai thác dầu của Na uy xây dựng năm 1995 trên Biển Bắc cũng được xây dựng bằng bê tông chất lượng cao. Tổng chiều cao công trình này bằng 472 m, trong đó chiều cao phần bê tông cốt thép là 370 m. Dàn khoan được xây dựng tại khu vực biển có chiều sâu trên 300 m, dự tính chống được bão với sóng cao tối đa là 31,5 m. Thời gian sử dụng dự tính bằng 70 năm.
Xi măng đặc biệt dành cho bê tông cường độ cao cùng với các công nghệ mới mở ra nhiều khả năng mới cho việc tổng hợp cường độ bê tông. Thành công trong tối ưu hoá thành phần kích thước hạt chất kết dính mở ra những tiềm năng to lớn cho việc giảm tỷ lệ nước/xi măng và đẩy nhanh phản ứng thuỷ hoá . Tiếp theo việc tạo ra đá xi măng có cường độ nén 250 MPa thì vật liệu compozit DSP hệ vật liệu nén chứa các hạt siêu nhỏ phân bố đồng nhất cũng đã được sản xuất. Loại vật liệu này có cường độ chịu lực đạt đến 270 MPa, khả năng chống ăn mòn và chịu mài mòn rất cao. Vật liệu đá vôi thạch anh có cường độ chịu nén 250 MPa được chế tạo bằng cách tạo hình dưới áp lực 138 MPa trước khi xử lý chưng hấp. Việc xử lý vữa xi măng bằng phương pháp tương tự cho phép giảm tỷ lệ nước/xi măng còn 0,06 mà cường độ đá xi măng đạt 330 MPa vào ngày thứ 28 của quá trình đóng rắn thông thường, còn việc sử dụng xi măng aluminat kết hợp với ép nóng dưới áp lực 345 MPa giúp cường độ chịu lực của sản phẩm đạt đến 650 MPa.
Bước tiếp theo là sản xuất xi măng MDF không hình thành các khuyết tật nhìn thấy được. Cán tráng xi măng trong điều kiện cho thêm phụ gia siêu dẻo và chất tạo keo như polyvinylaxetat với tỷ lệ nước/xi măng bằng 0,10 - 0,18 có thể tạo ra vật liệu compozit có cấu trúc vi mô rất chặt không chứa lỗ xốp mao dẫn. Vật liệu này có cường độ chịu uốn bằng 40 - 150 MPa, môđun Jăng - 35 - 50 Gpa, cường độ chịu nén - 100 - 300 MPa và năng lượng gãy - 40 - 200 J/m2.
Xi măng có hàm lượng lỗ rỗng thấp PRC cũng đạt được cấu trúc tốt. Khi chế tạo loại vật liệu compozit này, vữa xi măng được xử lý dưới áp lực trên 200 MPa, qua đó lượng nước không được hút bám sẽ được ép trồi làm cho tỷ lệ nước/xi măng giảm. Vật liệu compozit với mật độ chất độn cao có cường độ chịu nén bằng 250 MPa và cường độ kéo uốn trên 35 MPa sẽ là các hạt xi măng chưa được thuỷ hoá được phân bố đều trong nền đặc chắc của một sản phẩm đã thuỷ hoá.
Compozit dạng bột hoạt tính là loại vữa đặc biệt độ bền cao với chất độn dạng sợi có một lượng lớn micro oxit silic và phụ gia hoá học trước hết là phụ gia siêu dẻo. Cường độ nén của vật liệu này bằng 200 - 800 MPa, cường độ kéo uốn - 100 MPa. Để nhận được vật liệu compozit cường độ gần 200 MPa chỉ cần giữ vữa đã trộn trên nhiệt độ gần 90oC, còn để đạt cường độ chịu lực đặc biệt cao thì cần một kỹ thuật đặc biệt với nhiệt độ gần 400oC.
Bê tông trên cơ sở chất kết dính magezi. Nhiều tính chất của bê tông này tốt hơn bê tông sử dụng xi măng pooclăng như: Không cần giữ ẩm khi đóng rắn, sức chịu lửa cao và dẫn nhiệt thấp, chịu mài mòn tốt, cường độ chịu nén và uốn đều cao. Loại bê tông trên dễ dàng sản xuất từ các loại cốt liệu vô cơ và cốt liệu hữu cơ. Bê tông magezi có tính đàn hồi, sớm đạt cường độ cao, nhẹ, bền vững trước tác dụng của dầu, sơn, dung môi hữu cơ, kiềm và muối, kể cả các muối sunphat và có tính diệt khuẩn.Loại bê tông này được sử dụng rộng rãi làm vật liệu sàn nhà công nghiệp, nhà thương mại và nhà ở….
Đã sản xuất được bê tông sử dụng xi măng sunphat. Nhờ thời gian đông cứng rất ngắn loại bê tông này được sử dụng để sửa chữa nhiều loại công trình dân dụng và công nghiệp trước hết là đường ô tô, ống và các sản phẩm bê tông cốt thép lắp ghép. Vữa sản xuất quy mô công nghiệp trên cơ sở xi măng amonisunphat dành cho việc sửa chữa cho phép đạt cường độ nén gần 30 MPa trong 45 phút đóng rắn, bê tông dùng xi măng silicatphotphat đông cứng trong 30 phút và sau 4 giờ đạt cường độ chịu nén gần 30 MPa, đóng rắn trong 45 phút, bê tông sử dụng xi măng silicat-photphat đông cứng trong 30 phút và sau 4 giờ đạt cường độ chịu nén trên 50 MPa. Chất kết dính trên cơ sở hecxametaphotphat natri có thể được sử dụng cùng với oxit mage tạo nên loại chất kết dính chất lượng cao dùng trong sản xuất bê tông chịu lửa và gạch lót cho lò điện nấu gang. Sau 24 giờ đóng rắn trên nhiệt độ 120oC cho loại vật liệu rất bền vững có cường độ chịu lực trên 65 MPa.
Bê tông bền axit được sản xuất trên cơ sở chất kết dính thuỷ tinh hoà tan - một loại dung dịch nước của các silicat natri hoặc silicat kali có độ nhớt cao và môđun silicat lớn. Cốt liệu cần có độ hoà tan trong axit ít nhất là 1% khối lượng. Thông thường người ta sử dụng cốt liệu là đá thạch anh đặc chắc, đá ba dan hoặc đá pocfia, trong đó cốt liệu chứa khoảng 30% hạt có kích thước dưới 0,25 mm. Thuỷ tinh hoà tan được cho thêm vào trong quá trình trộn vữa bê tông. Đôi khi chất làm rắn dạng bột cũng được sử dụng kể cả phụ gia dẻo bởi việc đảo trộn và đầm tốn rất nhiều công sức.
Ngoài ra bê tông chịu lửa, bê tông dẫn điện, bê tông cách ly sóng vô tuyến cao tần, bê tông thuỷ hoá kể cả bê tông siêu nặng cũng đã được phát triển.

Huỳnh Phước
Dịch và tóm tắt từ Báo Xây dựng Nga, số 10/2005