Bài giảng Vật liệu xây dựng - Thiết kế câp phối bê - tông

1Vật Liệu Xây Dựng 
(Construction Materials)
Bộ mơn Vật liệu Silicat
Khoa Cơng Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-2
Phụ gia hĩa học cho bê-tơng xi-măng
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-3
Vai trị vị trí

 Ngày càng quan trọng trở thành thành phần 
khơng thể thiếu trong xi măng, bê-tơng và cơng 
nghệ bê-tơng xi-măng.

 Giúp cải thiện tích chất chung

 Giúp hạn chế đặc điểm cĩ hại như co, nứt

 TUY NHIÊN: nhìn chung là tp rất đắt tiền.
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-4
ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI

 Là những chất được đưa vào với hàm lượng ≤ 5% hàm lượng
xi măng nhằm cải thiện số tính chất của vữa xi măng, bê tơng.

 Phân loại theo ứng dụng
• Phụ gia cuốn khí
• Phụ gia giảm nước, phụ gia dẻo
• Phụ gia siêu dẻo (siêu giảm nước)
• Phụ gia tăng và giảm thời gian đĩng rắn (tăng tốc, giảm tốc)
• Phụ gia điều chỉnh quá trình hydrat hĩa
• Phụ gia tăng cường bám dính
• Phụ gia chống co, nứt
• Phụ gia giảm phản ứng ASR cốt liệu
• Phụ gia tạo màu
2 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-5
ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
Polyvinyl clorid, polyvinyl 
acetat, acrylic, butadien –
styren copolymer
Tăng độ liên kết xi măng với 
cốt liệu
PG tăng bám 
dính
-Xen-lu-lơ-zơ
-Polime Acrylic
Tăng khả năng dính kết bê
tơng trong mơi trường nước
PG chống rửa
trơi mơi trường
Muối Ba,LiNO3, Li2CO3, LiOH, 
hợp chất hữu cơ EVA, PVA
Giảm khả năng phản ứng
alkali cốt liệu
Giảm phản
ứng ASR
-Muối sulfonate lignin, alkyl-
benzen
-Muối hydrocabon sunfonate
Cải thiện khả năng chống
băng giá, ăn mịn sulfat,
phản ứng ASR, tính cơng tác
PG cuốn khí
CaCl2, Ca(NO3)2, triethanol 
amine, sodium thio-cyanate
Tăng thời gian đĩng rắn và
tạo cường độ sớm
PG tăng tốc 
đĩng rắn
Tên phụ giaCơng dụngLoại PG
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-6
ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
Sulfonate melamine formaldehyt,
Sulfonat napthalen formaldehyt, 
Lignosulfonat
Polycacboxylate copolymer
-Tăng khả năng chảy
của BT, khả năng bơm..
-Giảm tỉ lệ N/X
PG dẻo, 
siêu dẻo
Poly alkyl, propylen glycolLàm giảm độ co của bê
tơng khi khơ
PG giảm co
Lignin, borax, đường gluco, muối
của axit tartaric
Làm tăng thời gian ninh
kết của bê tơng
PG chậm 
đĩng rắn
Bột nhơm, nước oxi giàTạo bọt cho bê tơng nhẹPG tạo bọt
Carbon black (muội than lị), oxít 
kim loại sắt, crơm, cobalt.
Tạo màu trang trí cho
bê-tơng, xi măng
PG màu
Tên phụ giaCơng dụngLoại PG
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-7
Phụ gia giảm nước

 Theo ASTM, phân loại mức độ giảm nước
• Phụ gia giảm nước: giảm nước ít nhất 5%
• Phụ gia giảm nước kết hợp đĩng rắn nhanh : giảm nước ít nhất
5% và làm ninh kết nhanh
• Phụ gia giảm nước kết hợp chậm đĩng rắn: giảm nước ít nhất 5% 
và làm chậm ninh kết
• Phụ gia giảm nước trung bình: mức độ giảm nước từ 6-12%
• Phụ gia giảm nước cao: cĩ độ giảm nước bé nhất là 12% 
• Phụ gia giảm nước cao kết hợp chậm đĩng rắn: cĩ độ giảm nước
bé nhất 12% và kéo dài thời gian đĩng rắn
• Phụ gia siêu dẻo, siêu giảm nước: thường cĩ độ giảm nước >15%
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-8
Ý nghĩa vai trị

 Tăng khả năng chảy, 
bơm bê-tơng.

 Giảm tối ưu tỉ lệ N/X  
tăng cường độ.

 Giảm lượng xi-măng 
cần sử dụng.
3 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-9
Phụ gia dẻo, siêu dẻo

 Phân loại theo gốc hĩa học
• Phụ gia gốc Lignosulfonate (LSF).
• Phụ gia gốc Sulfonates Napthalene Formaldehyte
(SNF).
• Phụ gia gốc Sulfonates Melamine Formaldehyte
(SMF).
• Phụ gia gốc Vinylcopolymer.
• Phụ gia gốc Polycacboxylate.
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-10
Phụ gia dẻo, siêu dẻo

 Gốc Lignosulfonate (LSF)
• Nguồn gốc: là sản phẩm của quá trình sản xuất bột 
giấy từ gỗ và xơ của thực vật.
• Tác dụng:
+ Giảm nước thấp: mức độ giảm nước tối đa là 10%
+ Cĩ tác dụng cuốn khí, làm tăng thời gian đĩng rắn.
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-11
PG giảm nước thấp Lignosulfonate (LSF)
XM
+
Nước
=
Vĩn cục 
các hạt XM
Các SP 
thủy hĩa
 XM chưa 
thủy hĩa
Các hạt XM xu 
hướng phân tán
PG giảm nước
Lớp PGLớp SP 
thủy hĩa
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-12
Khơng phụ gia
0,5% Pg LSF
4 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-13
SO3(-)
OH
SO3(-)
OH
-CH-CH
OH
SO3(-) n
OCH3
SO3
Ca++
Al+++Ca++
Al+++
Ca++
Al+++SO3
HO
HO
SO3(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
Lignosulfonate (LSF)
XM
Hydrophilic – ái nước
Hydrophobic – kị nước
XM
Cơ chế hĩa dẻo do 
chống kết dính và
chống keo tụ nhờ 
lực đẩy tĩnh điện 
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-14
Phụ gia dẻo, siêu dẻo

 Gốc Sulfonate Napthalene Formaldehyte (SNF)
• Nguồn gốc: Thu được khi chưng cất than đá khơ hoặc cĩ thể
tổng hợp từ các chất hữu cơ
• Tác dụng:
+ Giảm nước tối đa là 25%  PG siêu dẻo
+ Kéo dài thời gian hydrate hĩa, làm giảm cường độ ban đầu

 Gốc Sulfonate Melamine Formaldehyte (SMF)
• Nguồn gốc : tạo thành từ gốc tổng hợp melamin và formaldehyte 
• Tác dụng:
+ Giảm nước tối đa là 25%  PG siêu dẻo
+ Tạo cường độ sớm
+ Khả năng duy trì tính cơng tác tốt.
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-15
PG siêu dẻo Sulfonate Napthalene 
Formaldehyte (SNF)
XM
+
Nước
=
Vĩn cục hạt 
XM
Các SP 
hydrat hĩa
XM chưa hydrat hĩa
Các hạt XM xu 
hướng phân tán
PG siêu dẻo
Lớp sp thủy hĩa
Phụ gia
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-16
OH
SO3(-)
CH2
n
OHSO3(-) SO3(-) SO3(-)
SO3
Ca++
Al+++Ca++
Al+++
Ca++
Al+++SO3
HO
SO3(-)
(-)
(-)
(-)
(-)(-)
(-)
(-)
(-)
Sulfonate Napthalene Formaldehyte 
(SNF)
XM XM
Cơ chế hĩa dẻo do 
chống kết dính và
chống keo tụ nhờ 
lực đẩy tĩnh điện 
Mạch dài
5 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-17 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-18
Cơ chế tác dụng 1 giai đoạn
SP thủy hĩa bao quanh hạt, làm giảm và 
triệt tiêu lực tĩnh điện  PG hết tác dụng
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-19
Phụ gia dẻo, siêu dẻo

 Gốc Vinylcopolymer
• Nguồn gốc : Là sản phẩm của quá trình tổng hợp dầu thơ 
• Tác dụng:
+ Giảm nước tối đa là 30%  PG siêu dẻo
+ Kéo dài thời gian thi cơng
+ Tạo ra khả năng tương thích cao với các loại XM.

 Gốc Polycacboxylate 
• Nguồn gốc : được tổng hợp từ các polymer cao phân tử dùng 
chất khởi mào là peroxy 
• Tác dụng:
+ Giảm nước tối đa đến 40%  PG siêu dẻo
+ Duy trì tính cơng tác cao 
+ Tạo cường độ sớm
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-20
PG siêu dẻo Polycacboxylate Polyoxyde 
Ethylene
- - - - -CH-CH2- CH-CH2- CH-CH2- CH-CH2- CH-CH2- - - - -
C=O
O
CH2
CH2
O
R n
C=O
O
CH2
CH2
O
R n
C=O
OH
C=O
OH
C=O
OH
(-) (-) (-)
6 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-21
CO2
Ca++
Al+++Ca++
Al+++
Ca++
Al+++CO2
CO2(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)
(-)XM XM
PG siêu dẻo Polycacboxylate Polyoxyde 
Ethylene
Cơ chế hĩa dẻo do 
chống kết dính và
chống keo tụ nhờ 
kết hợp lực đẩy 
tĩnh điện + lực đẩy 
khơng gian 
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-22
Cơ chế tác dụng 2 giai đoạn
td2
td1
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-23
Cơ chế tác dụng PG siêu dẻo thế hệ mới

 Hĩa dẻo do giảm sức căng bề mặt
• Phụ gia tan vào nước
• Hấp phụ vào các hạt pha rắn (XM, cốt liệu và gel ximăng) 
làm giảm sức căng bề mặt phân chia pha rắn–lỏng.
• Các hạt rắn trượt lên nhau dễ dàng hơn.

 Hĩa dẻo cuốn khí
• Khi làm giảm sức căng bề mặt PGSD đồng thời cĩ tác dụng
cuốn khí
• Các bọt khí trong bê-tơng cĩ tác dụng như tấm đệm làm cho
pha rắn trượt lên nhau dễ dàng hơn
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-24
Mơ hình phân tán PG trong bê-tơng
7 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-25
Màng polymer PG trong sp đĩng rắn
Sau 30ph, khơng dùng PG
Sau 30ph, dùng PG 4%
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-26
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo

 Đến tính lưu biến hồ vữa
• PGSD làm giảm độ nhớt của hồ xi măng – nước
• Tùy thuộc vào tỉ lệ C3A/ C4AF, C3S/ C2S mà sự ảnh
hưởng của PGSD lên hồ là khác nhau.
• Tùy thuộc vào gốc và hàm lượng phụ gia
Ảnh hưởng của sulfonate napthalen
formaldehyde đến độ nhớt của hồ
A: Hỗn hợp nước + xi măng
B: Nước + xi măng + siêu dẻo
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-27
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo

 Đến thế Zeta
• Thế Zeta là sự chênh lệch điện thế của tồn bộ hệ phân
tán và lớp bề mặt hệ phân tán với mơi trường phân tán
• Thế Zeta càng âm thì độ nhớt của hệ càng nhỏ
• Phụ gia gốc SNF và SMF là phụ gia cĩ thế Zeta cĩ giá trị
âm nhất
Hàm lượng phụ gia, %
mV
Mối quan hệ giữa thế Zeta và hàm lượng PG gốc LS và SNF
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-28
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo

 Đến khả năng hấp phụ
• Khả năng hấp phụ của
phụ gia lên bề mặt hạt
xi măng phụ thuộc vào
độ mịn, tỉ lệ C3S/C2S, 
C3A/C4AF. Tỉ lệ này
càng cao thì khả năng
hấp phụ càng lớn
• Khả năng hấp phụ của
PG lên C3A là tốt nhất.
Ảnh hưởng của SMF đến khả năng hấp phụ
8 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-29
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo

 Đến quá trình hydrat hĩa
• LSF:
Làm chậm quá trình đĩng rắn
Tăng cường độ ở tuổi dài ngày
• SNF và SMF
Cả SNF và SMF đều làm chậm quá trình thủy hĩa của C3A và C3S
Khi cĩ mặt SMF, tinh thể CSH tạo thành cĩ cấu trúc sít đặc và ít lỗ
rỗng hơn khi khơng cĩ phụ gia.
• Polycacboxylate: 
Chưa cĩ nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của PC đến động học
của quá trỉnh hydrate hĩa
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-30
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
Thời gian, giờ
C
al/g/phút
Ảnh hưởng của SMF đến nhiệt thủy hĩa của C3S
C
al/g/phút
Thời gian, phút
Ảnh hưởng của SMF đến nhiệt thủy hĩa
của C3A
Ảnh hưởng của SMF lên hệ C3A – CaSO4. 2H2O
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-31
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo

 Giảm lượng nước nhào trộn mà vẫn duy trì được độ
sụt yêu cầu.

 Giảm tỉ lệ N/X

 Tăng tính cơng tác, khả năng bơm

 Giảm sự tách nước, phân tầng.

 Cĩ tác dụng làm tăng hay giảm thời gian đĩng rắn.
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-32
9 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-33
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-34
Ảnh hưởng của PG siêu dẻo

 Tăng cường độ ban đầu và cường độ cuối cùng của
bê tơng.

 Giảm nhiệt thủy hĩa trong quá trình đĩng rắn.

 Tăng khả năng chống thấm cho bê tơng

 Hạn chế khả năng thay đổi thể tích do ASR

 Giảm khả năng bị ăn mịn hĩa học.
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-35 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-36
Một số chỉ tiêu của PG siêu dẻo

 Độ pH, pH thay đổi theo thời gian

 Tỷ trọng của phụ gia

 Hàm lượng chất khơ

 Hàm lượng ion Clorua

 Hàm lượng tro

 Khả năng giảm nước của phụ gia

 Thời gian đơng kết của bê tơng và khả năng duy trì
độ sụt

 Phổ hồng ngoại IR đánh giá thành phần
10
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-37
CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES VISCOSITE(cps) 
DENOMINATION 
COMMERCIALE MARQUAGE 
BASE 
CHMIQUE 
RE 
% 
DOSAGE 
PRECONISE 
% DENSITE (à 20 ° C) E.S. % pH 
NA2
O éq 
% 
CL- 
% 5°C 20°C
PLASTIMENT 22 S 
LS ≥ 6 0,3 à 1,0 1,14 ± 0,015 32 à 35 4,5 ± 1 ≤ 0,3 < 0,1 35 20
PLASTIMENT BV 40 
LS ≥ 6 0,3 à 1,0 1,185 ± 0,015 38,5 ± 1,9 4,5 ± 1 ≤ 2,0 < 0,1 62 32
PLASTIMENT HP 
LS modifié ≥ 6 0,25 à 0,6 1,185 ± 0,01 41,5 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 2,5 < 0,1 50 22
SIKAMENT FF 86 
PMS ≥ 7 0,4 à 2,0 1,23 ± 0,02 40 ± 1,5 7 à 11 ≤ 6 < 0,1 85 43
SIKAMENT 90 MF 
PMS modifiée ≥ 8 0,3 à 0,6 1,21 ± 0,03 40,5 ± 1 8 ± 1,5 ≤ 6 < 0,1 80 30
SIKAFLUID 200 R 
PMS modifiée ≥ 8 0,5 à 1,5 1,150 ± 0,010 29,5 ± 1,5 5,5 ± 1 ≤ 4 < 0,1 14 7
PLASTIMENT 97 
PC modifié ≥ 7 0,3 à 1,0 1,15 ± 0,01 30 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 6 < 0,1 21 9
SIKA VISCOCRETE 
3075* PC modifié ≥ 12 0,5 à 1,0 1,13 ± 0,01 26 ± 1 8 ± 1 ≤ 4 < 0,1 16 20
SIKA 
PLASTOCRETE 3.2 PCP modifié ≥ 10 0,2 à 0,8 1,15 ± 0,01 31,5 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 4 < 0,1 50 25
SIKA VISCOCRETE 
3045* PCP ≥ 12 0,2 à 2,5 1,11 ± 0,02 36 ± 1 5 ± 1 ≤ 2,5 < 0,1 150 65
Tên thương 
mại
Tiêu 
chuẩn
Chủng 
loại
% 
giảm 
nước
% HL sử 
dụng
Một số đặc tính
Tỉ trọng Tỉ lệ N/X pH
% 
Na2O
% 
Cl-
Độ nhớt 
c
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-38
CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES VISCOSITE(cps) 
DENOMINATION 
COMMERCIALE MARQUAGE 
BASE 
CHMIQUE 
HRE 
% 
DOSAGE 
PRECONISE 
% DENSITE (à 20 ° C) E.S. % pH 
NA2
O éq 
% 
CL- 
% 5°C 20°C
SIKAMENT 305 
PNS 
modifié ≥ 12 0,3 à 2,0 1,17 ± 0,02 33 à 35 4,5 ± 1 ≤ 0,8 < 0,1 51 22
SIKAFLUID 
PNS ≥ 12 0,5 à 1,5 1,20 ± 0,02 40 ± 1,5 7,5 ± 1,5 ≤ 1 < 0,1 89 14
SIKA 
VISCOCRETE 2 PC + PMS ≥ 15 0,5 à 2 1,11 ± 0,01 33,5 ± 1,5 8 ± 1 ≤ 7 < 0,1 173 90
SIKA VISCOCRETE 
3020 PCP ≥ 15 0,3 à 1,5 1,07 ± 0,01 25 ± 1 6,5 ± 1 ≤ 2,5 < 0,1 60 35
SIKA VISCOCRETE 
5.400 F PCP-PV ≥ 15 0,4 à 1,5 1,085 ± 0,01 30 ± 1 6 ± 1 ≤ 2,3 < 0,1 105 55
SIKA VISCOCRETE 
3030 PCP ≥ 15 0,5 à 1,5 
1,105 à 
1,125 35 ± 1 5,5 ± 1 ≤ 5 < 0,1 75 40
SIKA VISCOCRETE 
20HE PCP ≥ 15 0,4 à 1 1,085 ± 0,01 40 ± 1 4,5 ± 1 ≤ 1 < 0,1 400 145
SIKA VISCOCRETE 
2030HE*$ / PCP ≥ 15 0,5 à 1,3 1,06 ± 0,01 30 ± 1 4,5 ± 1 ≤ 1 < 0,1 110 62
Tên thương 
mại
Tiêu 
chuẩn
Chủng 
loại
% 
giảm 
nước
% HL sử 
dụng
Một số đặc tính
Tỉ trọng
Tỉ lệ 
N/X p
% 
Na2O
% 
Cl-
Độ nhớt 
cps
 VLXD-Thiết kế cấp phối bê-tơng 9-39
Lưu ý sử dụng phụ gia kết hợp
PG siêu dẻo + 
giảm tốc
N/X=0,58
N/X=0,47
PG siêu dẻo
Cộng tác dụng hay ảnh hưởng 
lẫn nhau theo hướng cĩ hại