Tài liệu đánh giá hiệu quả của tro bay đối với hiện tượng nứt của bê tông sớm tuổi

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA TRO BAY ĐỐI VỚI HIỆN TƢỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG SỚM TUỔI Học viên: NGUYỄN VĂN MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng DD VÀ CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Hiện tượng nứt của bê tông ở độ tuổi sớm trước trong và sau khi bê tông khô cứng xảy ra rất phổ biến, nó mang đến hậu quả là giảm chất lượng, giảm độ bền công trình, chi phí xử lý rất tốn kém. Hiện tượng nứt của bê tông non là ứng xử cơ học của vật liệu do sự giảm thể tích và do sự dịch chuyển của các pha khi bê tông không còn tính dẻo. Nguyên nhân của hiện tượng này là do: co ngót hóa học, co ngót dẻo, co ngót khô, biến dạng nhiệt và nứt do hiện tượng phân tầng và tách nước. Sự nứt của bê tông tuổi sớm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất vật liệu, kết cấu công trình, thi công, điều kiện môi trường… Do đó, luận văn sẽ nghiên cứu sự đóng góp của tro bay vào tính chất của bê tông và ảnh hưởng của nó đến thời điểm gây nứt cũng như đánh giá mức độ tiềm năng gây nứt của bê tông sớm tuổi. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với mẫu có tro bay biến dạng của bê tông nhỏ hơn so với mẫu không có tro bay trong cùng một thời điểm, và biến dạng nứt của tro bay kéo dài hơn so với mẫu có tro bay 1,5 ngày. Từ khóa: Nứt; nứt sớm tuổi; co ngót hóa học; co ngót dẻo; co ngót khô ASSESSMENT OF EFFICIENCY FOR ASH BAY FOR CRACKING FOR CONCRETE AT EARLY- AGE Abstract – The cracking phenomenon of concrete at early age during and after hardening of concrete is very common, resulting in reduced quality, reduced durability and costly processing costs. The cracking phenomenon of concrete is the mechanical reaction of the material due to the reduction of volume and the movement of phases as the concrete isn’t plasticty. The cause of this phenomenon is due to: chemical shrinkage, plastic shrinkage, drying shrinkage, thermal deformation and cracking due to stratification and water splingtting. The cracking of early age concrete depends on many factors such as: material properties, structure works, construction, environmental conditions…Therefore, the thesis will study the contribution of fly ash to the properties of concrete and its effect to the time of cracking as well as assess the crack potential of early concrete. The study results show that, with samples with deformed fly ash of concrete smaller than the sample without fly ash at the same time, and the cracking deformation of fly ash lasts longer than the sample with fly ash 1,5 days. Keywords: Cracking, cracking early age; chemical shrinkage; plastic shrinkage; drying shrinkage MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Tóm tắt luận văn Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các hình MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1 2. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 2 5. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 2 7. Cấu trúc của luận văn ..................................................................................... 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM ............................................................................................................................ 3 1.1. Quá trình hydrat của xi măng ................................................................................. 3 1.1.1. Phản ứng thủy hóa của xi măng ............................................................... 3 1.1.2. Quá trình rắn chắc của hồ xi măng ........................................................... 4 1.2. Sự phát triển về cấu trúc của bê tông sớm tuổi ...................................................... 5 1.2.1. Cấu trúc hồ đá xi măng............................................................................. 5 1.2.2. Cấu trúc của hỗn hợp bê tông ................................................................... 8 1.2.3. Sự hình thành cấu trúc của hỗn hợp bê tông .......................................... 20 1.3. Tổng quan về tính chất của bê tông tươi và bê tông cứng rắn ............................. 24 1.3.1. Lực giữa các phân tử trong bêtông ......................................................... 24 1.3.1.1. Lực Culông .......................................................................................... 24 1.3.1.2. Lực Vandecvan (lực hút) ..................................................................... 25 1.3.1.3. Lực đẩy ................................................................................................ 25 1.3.2. Sự hấp thụ (sự hút).................................................................................. 25 1.3.3. Cơ chế của các hệ thống keo .................................................................. 26 1.3.3.1. Chuyển động Brown ............................................................................ 26 1.3.3.2. Tính xúc biến của bêtông ..................................................................... 26 1.4. Tổng quan về hiện tượng và nguyên nhân nứt của bê tông sớm tuổi................... 28 1.4.1. Khái niệm gây ra nứt .............................................................................. 28 1.4.2. Nguyên nhân gây ra vết nứt thường gặp trong bêtông ........................... 28 1.5. Tổng quan các phương pháp đo co ngót của bê tông tuổi sớm ............................ 30 1.5.1. Nhóm đo theo biến dạng dài ................................................................... 30 1.5.2. Nhóm đo theo biến dạng thể tích ............................................................ 33 1.6. Kết luận chương 1 ................................................................................................ 33 Chƣơng 2. XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM VÀ ỨNG SUẤT GÂY NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM ......................................... 34 2.1. Vật liệu thí nghiệm ............................................................................................... 34 2.1.1. Xi măng .................................................................................................. 34 2.1.2. Cát........................................................................................................... 34 2.1.3. Đá ........................................................................................................... 35 2.1.4. Nước ....................................................................................................... 36 2.1.5. Phụ gia .................................................................................................... 36 2.1.6. Tro bay.................................................................................................... 37 2.2. Thí nghiệm xác định tính chất của tro bay ........................................................... 38 2.2.1. Cơ sở lý thuyết xác định tính chất của tro bay ....................................... 38 2.2.2. Các kết quả thu được từ các phương pháp thí nghiệm ........................... 42 2.6. Kết luận chương 2 ................................................................................................ 47 Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA TRO BAY ĐẾN VẾT NỨT BÊ TÔNG SỚM TUỔI ................................................................................................................. 48 3.1. Thiết kế mẫu thí nghiệm ....................................................................................... 48 3.1.1. Thiết kế cấp phối bê tông ....................................................................... 48 3.1.2. Chương trình thí nghiệm ........................................................................ 50 3.2. Các biện pháp giảm hiện tượng nứt...................................................................... 55 3.2.1. Các giải pháp liên quan đến vật liệu....................................................... 55 3.2.2. Các giải pháp liên quan đến thi công ..................................................... 55 3.2.3. Phụ gia hóa học ...................................................................................... 56 3.3. Kết luận chương 3 ................................................................................................ 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 58 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM : American Society for Testing and Materials ACI : American Concrete Institute BTKL : Bê tông khối lớn BT : Bê tông CVC : Conventional Vibrated Concrete CP : Cấp phối Dmax : Đường kính cốt liệu lớn nhất FA : Fly Ash Mđl : Mô đun độ lớn N/X : Nước/Xi măng N/CKD : Nước/Chất kết dính OPC : Ordinary Portland Cement PC : Portland Cement PCB : Portland Cement Blended PGK : Phụ gia khoáng PGH : Phụ gia hóa RCC : Roller compacted Concrete TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam XM : Xi măng DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Quá trình đóng rắn của xi măng Portland........................................................ 4 Hình 1.2. Ảnh vi cấu trúc của các sản phẩm hyđrat ...................................................... 6 Hình 1.3. Kích thước đặc trưng của các pha rắn và các dạng lỗ rỗng ........................... 6 Hình 1.4. Sơ đồ mô cả các loại nước liên quan đến CSH ............................................. 7 Hình 1.5. Sơ đồ hình thành chất keo tụ ........................................................................... 9 Hình 1.6: Sơ đồ hình thành cấu trúc cấu trúc đông tụ từ các hạt kích thước keo với các vỏ sonvát .......................................................................................................................... 9 Hình 1.7. Sự tác động của phụ gia cuốn khí kỵ nước.................................................... 10 Hình 1.8. Tác động của phụ gia ưa nước (chất làm chảy) ............................................. 12 Hình 1.9. Tác dụng của PGSD ...................................................................................... 13 Hình 1.10. Động học thủy hóa của hồ ximăng .............................................................. 14 Hình 1.11. Sơ đồ dịch chuyển của các phần tử ximăng và hình thành các mặt phẳng trượt trong hồ ximăng .................................................................................................... 15 Hình 1.12. Sơ đồ hình thành mặt phẳng trượt trong vùng tiếp xúc của hỗn hợp bêtông gần bề mặt của cốt liệu .................................................................................................. 15 Hình 1.13. a) Ảnh hưởng của cốt liệu đến nước (b) hồ xi măng ................................... 17 Hình 1.14. Dạng cấu trúc của hỗn hợp bêtông và ảnh hưởng của chúng đén lượng cần nước của hỗn hợp cùng độ lưu động ............................................................................. 17 Hình 1.15. Các dạng chính cấu trúc của bê tông ........................................................... 19 Hình 1.16. Sơ đồ quá trình biến trong cấu trúc của hồ và đá ximăng khi thủy hóa ximăng ........................................................................................................................... 21 Hình 1.17. Các sơ đồ của quá trình thủy hóa của ximăng ............................................. 22 Hình 1.18. Sự biến đổi thể tích của các pha lỏng và rắn trong hệ ximăng – nước khi thủy hóa của ximăng (ở tỷ lệ N/X<0,5) ......................................................................... 23 Hình 1.19: Các dạng khe nứt thường xuất hiện trong dầm ........................................... 29 Hình 1.20. Sơ đồ đo biến dạng dài theo phương ngang ............................................... 30 Hình 1.21. Hệ thống giãn nở kế .................................................................................... 31 Hình 1.22. Hệ thống giãn nở kế phát triển bởi Esping và cộng sự .............................. 31 Hình 1.23. Hệ thống đo biến dạng của mẫu theo phương đứng của Miao .................. 32 Hình 1.24. Hệ thống đo biến dạng của mẫu theo phương đứng bởi Jensen ................ 32 Hình 1.25. Hệ thống đo biến dạng của mẫu theo phương đứng bởi staquet ............... 32 Hình 1.26. Hệ thống đo co ngót thể tích của Del Campo ............................................ 33 Hình 1.27. Hệ thống đo co ngót thể tích của Setter và Roy ........................................ 33 Hình 2.1. Các hạt tro bay ở độ phóng đại 2.000 lần ...................................................... 37 Hình 2.2. Máy nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction:XRD) loại Rigaku SmartLab ........... 40 Hình 2.3. Nguyên lý nhiễu xạ tia X ............................................................................... 40 Hình 2.4. Kết quả phân tích cấu trúc tro bay bằng phương pháp kính hiển vi .............. 42 điện tử quét (SEM) ........................................................................................................ 42 Hình 2.5. Giản đồ XRD (phân tích cấu trúc tro bay phương pháp XRD) ..................... 43 Hình 2.6. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng của mẫu hồ tro bay – vôi ở các thời điểm phân tích 3, 7, 14 và 28 ngày ................................................................................ 44 Hình 2.7. Kết quả xác định lượng Ca(OH)2 phản ứng ở các thời điểm phân tích 3, 7, 14 và 28 ngày......................................................................................................... 45 Hình 2.8. Quá trình phát triển cường độ và chỉ số hoạt tính cường độ IR .................... 46 Hình 2.9. Tương quan giữa phát triển cường độ IR và lượng Ca(OH)2 phản ứng IL .. 47 Hình 3.1. Độ sụt của hai mẫu thí nghiệm theo thời gian ............................................... 48 Hình 3.2. So sánh sự thay đổi cường độ nén của hai mẫu thí nghiệm theo thời gian ... 49 Hình 3.3. Các thiết bị sử dụng cho thí nghiệm .............................................................. 50 Hình 3.4. Dán cảm biến đo biến dạng vào mặt trong vòng thép ................................... 51 Hình 3.5. Sơ đồ thiết kế thiết bị thí nghiệm .................................................................. 51 Hình 3.6. Giao diện phần mềm thu thập xử lý số liệu của thiết bị RING TEST-DUT . 51 Hình 3.7. Chế tạo mẫu thí nghiệm................................................................................. 52 Hình 3.8. Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo biến dạng bê tông ............................................... 52 Hình 3.9. Kết quả thí nghiệm Ring test của Mẫu bê tông không có tro bay ................. 53 Hình 3.10. Kết quả thí nghiệm Ring test của Mẫu bê tông có tro bay .......................... 53 Hình 3.11. So sánh kết quả thí nghiệm ring test giữa mẫu không và có tro bay ........... 54 Hình 3.12. Hình ảnh vết nứt trên mẫu sau thí nghiệm .................................................. 55 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện tượng nứt của bê tông sớm tuổi là ứng xử cơ học của vật liệu do sự giảm thể tích và do sự dịch chuyển của các pha khi bê tông không còn tính dẻo. Nguyên nhân của hiện tượng này là do: Co ngót hóa học (Chemical shrinkage), co ngót dẻo (Plastic shrinkage), co ngót khô (drying shrinkage), biến dạng nhiệt (thermal deformation) và nứt do hiện tượng phân tầng và tách nước (Plastic Settlement Cracks). Sự nứt của bê tông tuổi sớm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất vật liệu, kết cấu công trình, thi công, điều kiện môi trường,... Hiện tượng nứt của bê tông ở độ tuổi sớm (early age) trước trong và sau khi bê tông khô cứng xảy ra rất phổ biến, nó mang đến hậu quả là giảm chất lượng, giảm độ bền công trình và chi phí xử lý rất tốn kém. Vấn đề này đã và đang thu hút sự nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước cũng như trên thế giới, hướng nghiên cứu có thể tiếp cận từ thực nghiệm [1-3] hay mô hình [3, 4] và nhiều nghiên cứu về giải pháp khắc phục [5-7]. Cụ thể Dong et al. [3] đã nghiên cứu vòng elíp đo co ngót của bê tông sớm tuổi để thay thế cho vòng đo co ngót hình tròn theo tiêu chuẩn ASTM và AASHTO, đồng thời kết hợp với phương pháp mô phỏng bằng mô hình số. Nhóm nghiên cứu đã kiến nghị rằng việc dùng vòng đo co ngót dạng hình elíp có thể cho kết quả nhanh hơn và đáng tin cậy hơn; Yoo et al. [6] đã nghiên cứu hiệu quả kết hợp của việc dùng phụ gia giảm co ngót và phụ gia giãn nở đối với ứng về co ngót và nứt non tuổi của tấm bê tông tính năng cao dùng sợi thép gia cường. Nghiên cứu đã thí nghiệm trên các tâm bê tông có chiều dày khác nhau (40mm, 60mm và 80mm), kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc dùng kết hợp 1% phụ gia giảm co ngót và 7.5% phụ gia giãn nở đã mang lại hiệu quả cải thiện cường độ cơ học và giảm co ngót tự do khoảng 36÷42% ở thời điểm 7 ngày so với mẫu đối chứng. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào loại bê tông tính năng cao (HPC), phương pháp của nhóm nghiên cứu xác định co nứt do co ngót của bê tông ở độ tuổi sớm là dùng thí nghiệm trên vòng tròn đo co ngót (ring test) và mô phỏng bằng mô hình số, ngoài ra Nguyễn Quang Phú và cộng sự cũng đã nghiên cứu giải pháp dùng phụ gia hóa học và phụ gia khoáng để hạn chế hiện tượng nứt do co ngót của bê tông ở độ tuổi sớm. Do vậy, đề tài “ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA TRO BAY ĐỐI VỚI HIỆN TƯỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG SỚM TUỔI” sẽ ứng dụng thiết bị thí nghiệm xác định thời điểm gây nứt cũng như đánh giá mức độ tiềm năng gây nứt (Potential for cracking classification) của cấp phối bê tông theo Tiêu chuẩn ASTM C1581-04, đồng thời đề xuất giải pháp sử dụng tro bay nhằm hạn chế hiện tượng nứt của bê tông tuổi sớm. Tro bay là một loại phụ gia khoáng hoạt tính, do vậy nó hứa hẹn có khả năng giảm co ngót hóa học cho hỗn hợp chất kết dính của bê tông non tuổi. 2. Mục tiêu của đề tài - Xác định quá trình co ngót và thời điểm nứt của bê tông tuổi sớm thông qua đo đạc thực nghiệm; 2 - Đánh giá được hiệu quả của tro bay trong việc giảm vết nứt của bê tông sớm tuổi 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: Bê tông. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Nứt do co ngót của bê tông ở độ tuổi sớm. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Cách tiếp cận: Kế thừa kết quả nghiên cứu trên thế giới về co ngót và nứt do co ngót của bê tông tuổi sớm. 4.2. Phương pháp nghiên cứu: Phân tích lý thuyết kết hợp thí nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng nứt của bê tông ở độ tuổi sớm - Xây dựng thí nghiệm xác định thời điểm gây nứt và ứng suất gây nứt của bê tông ở độ tuổi sớm - Từ kết quả thí nghiệm, đánh giá hiệu quả của tro bay đến vết nứt của bê tông sớm tuổi 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả của đề tài là cơ sở có tính khoa học để các đơn vị thiết kế và thi công tham khảo trong việc sử dụng phụ gia tro bay trong thiết kế cấp phối bê tông nhằm nâng cao cường độ bê tông, giảm lượng xi măng sử dụng và hạn chế thời gian gây nứt và ứng suất gây nứt trong bê tông sớm tuổi. 7. Cấu trúc của luận văn Cấu trúc luận văn gồm phần mở đầu, ba chương và phần kết luận kiến nghị. Chƣơng 1: Tổng quan về hiện tƣợng nứt của bê tông ở độ tuổi sớm Chƣơng 2: Xây dựng thí nghiệm xác định thời điểm gây nứt và ứng suất gây nứt của bê tông ở độ tuổi sớm Chƣơng 3: Đánh giá hiệu quả của tro bay đến vết nứt bê tông sớm tuổi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG NỨT CỦA BÊ TÔNG Ở ĐỘ TUỔI SỚM Trong chương này luận án thực hiện tổng quan các vấn đề liên quan đến phản ứng thủy hóa và đóng rắn của hồ xi măng, cơ chế hình thành và phát triển cấu trúc của bê tông sớm tuổi; Tổng quan các tính chất của bê tông cũng như hiện tượng và nguyên nhân nứt của bê tông tuổi sớm. Sự hiểu biết các vấn đề này là cơ sở cho việc nghiên cứu xác định thời điểm gây nứt và ứng suất gây nứt trong bê tông sớm tuổi của các loại bê tông được thực hiện trong chương 2 và 3 của luận văn. 1.1. Quá trình hydrat của xi măng 1.1.1. Phản ứng thủy hóa của xi măng Đến nay, đã có nhiều nghiên cứu về quá trình hyđrat của xi măng Portland. Từ các nghiên cứu của Mindess [7], Tazawa et al. [8] và Holt [9], Mounanga et al. [2] đã tóm tắt ngắn gọn sự hyđrat của xi măng Portland có trộn chất hoạt hóa thạch cao (CaSO4.2H2O) qua các phương trình hóa học sau [10]: Beltzung và Wittmann [5] chỉ ra rằng khi nhào trộn xi măng với nước, thạch cao khan (CaSO4.0,5H2O: CŜH1/2) có trong thạch cao sẽ tác dụng ngay với nước trong những phút đầu tiên để tạo thành thạch cao: CŜH1/2 + 1,5H→ CŜH2 (1) Khoáng alit (C3S) và bêlit (C2S) tác dụng ngay khi tiếp xúc với nước (bêlit tác dụng chậm hơn) tạo thành các gen calcium silicate hydrate (C-S-H) và tinh thể porlandite (CH). C-S-H hình thành trên bề mặt của các hạt C3S, C2S hay C-S-H hình thành trước đó, tỷ lượng của C-S-H phụ thuộc vào thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nước và xi măng, chất bẩn chứa trong C3S và C2S. Đến nay, các nhà nghiên cứu đồng thuận với kết quả nghiên cứu của Young và Hansen [6], theo đó dạng trung bình của C-S-H non tuổi là C1,7SH4. Còn tinh thể CH hình thành và phát triển trong không gian lỗ rỗng mao dẫn. C3S + 5,3H → C1,7SH4 + 1,3CH (2) C2S + 4,3H → C1,7SH4 + 0,3CH (3) Celit (C3A) phản ứng rất nhanh ngay khi gặp nước làm cho xi măng khô sớm. Do đó, để làm chậm quá trình ngưng kết, khi sản xuất xi măng thường thêm một lượng 3÷5% thạch cao, nó đóng vai trò là chất hoạt hóa cho xi măng. C3A tác dụng với sulfate (trong thạch cao) và nước tạo thành ettringite (C6AŜ3H32: AFt): C3A + 3CŜH2 + 26H → C6AŜ3H32 (4) Nếu sulfate không đủ để tác dụng với C3A thì ettringite vừa hình thành sẽ tác dụng với C3A để tạo thành monosulfoaluminate (C4AŜH12: AFm): C6AŜ3H32 + 2C3A + 4H → 3C4AŜH12 (5) 4 Nếu ettringite đã tác dụng hết mà vẫn còn C3A, thì C3A sẽ tác dụng với nước tạo thành hydrogarnet theo phương trình: C3A + 6H → C3AH6 (6) Tetracanxi-Alumino-Ferit (C4AF) có cơ chế phản ứng giống như C3A nhưng với tốc độ phản ứng chậm hơn: C3AF + 3CŜH2 + 30H →C6AŜ3H32 + 2CH + FH3 (7) C6AŜ3H32 + 2C4AF + 12H →C4AŜH12 + 2CH + FH3 (8) (ký hiệu: C: CaO, S: SiO2, H: H2O, A: Al2O3, F: Fe2O3, Ŝ: SO3) 1.1.2. Quá trình rắn chắc của hồ xi măng Quá trình đóng rắn của xi măng portland được chia thành ba giai đoạn như ở Hình 1.1 [11] a. Quá trình rắn chắc của hồ xi măng b. Quá trình hình thành cấu trúc hồ xi măng Dormant period: giai đoạn hòa tan hay giai đoạn ngũ ;Setting: Ngƣng kết; Hardening: rắn chắc; Initial setting time: thời điểm bắt đầu ngƣng kết; Final setting time: thời điểm kết thúc ngƣng kết; Cement: xi măng; Hydration products: sản phẩm hyđrat; Capillary pores Hình 1.1. Quá trình đóng rắn của xi măng Portland [11] Giai đoạn hòa tan (Dormancy): Khi nhào trộn ximăng với nước (addition of water) các thành phần khoáng của xi măng sẽ tác dụng với nước ngay trên bề mặt hạt ximăng. Những sản phẩm mới tan được (CH, C3AH6) sẽ tan ra. Nhưng vì độ tan của nó không lớn và lượng nước có hạn nên dung dịch nhanh chóng trở nên quá bão hòa. Giai đoạn hóa keo (Setting): Trong dung dịch quá bão hòa, các sản phẩm CH và C3AH6 mới tạo thành sẽ không tan nữa mà tồn tại ở trạng thái keo. Còn các sản phẩm CSH, AFt, AFm vốn không tan nên vẫn tồn tại ở thể keo phân tán. Nước vẫn tiếp tục mất đi (bay hơi, phản ứng với ximăng), các sản phẩm mới tiếp tục tạo thành, tỉ lệ 5 rắn/lỏng ngày một tăng, hỗn hợp mất dần tính dẻo, các sản phẩm ở thể keo liên kết với nhau thành thể ngưng keo. Giai đoạn kết tinh (Hardening): Nước ở thể ngưng keo vẫn tiếp tục mất đi, các sản phẩm mới ngày càng nhiều. Chúng kết tinh lại thành tinh thể rồi chuyển sang thể liên tinh làm cho cả hệ thông hóa cứng và cường độ tăng. 1.2. Sự phát triển về cấu trúc của bê tông sớm tuổi 1.2.1. Cấu trúc hồ đá xi măng Sau quá trình hydrat hồ ximăng sẽ chuyển thành đá ximăng, đá ximăng gồm 3 pha chính: pha rắn, pha lỗ rỗng và pha nước. Pha rắn: Dựa vào kỹ thuật phân tích bằng kính hiển vi điện tử (Scanning Electron Microscope: SEM), pha rắn của đá xi măng có bốn loại chính gồm: calcium silicate hydrate (CSH), calcium hydroxide (CH), calcium sulfoaluminates hydrates (C6AŜ3H32: AFt, C4AŜH12: AFm) và xi măng chưa hyđrat (unhydrated clinker grains). a. b. c. d. CH e. CSH f. 6 AFt g. h. l. m. Hình 1.2. Ảnh vi cấu trúc của các sản phẩm hyđrat [13],[14] Pha lỗ rỗng (voids in the hydrated cement): Cùng với pha rắn, đá xi măng chứa một số dạng lỗ rỗng, nhân tố ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của đá xi măng. Kích thước đặc trưng của các loại lỗ rỗng và của các pha rắn được thể hiện như ở Hình 1.3. Hình 1.3. Kích thước đặc trưng của các pha rắn và các dạng lỗ rỗng [15] Khoảng cách giữa các lớp (tấm, thớ) CSH (interlayer space in CSH): Powers cho rằng độ rỗng giữa các lớp CSH là 18Å và loại lỗ rỗng này chiếm khoảng 28% tổng lỗ rỗng trong pha rắn của CSH; Tuy nhiên, Feldman và Sereda cho rằng khoảng rộng này thay đổi từ 5Å ÷ 25Å. Với kích thước khe rỗng này sẽ không có ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ và tính tấm của đá xi măng. Tuy nhiên, nước trong các lỗ rỗng nhỏ 7 này có thể được giữ lại nhờ liên kết hyđro và nó có thể bị đào thải trong một số điều kiện nào đó sẽ góp phần gây ra co ngót khô và từ biến [12]. Hình 1.4. Sơ đồ mô cả các loại nước liên quan đến CSH [15] Pha nước (water in the hydrated cement): Tùy thuộc vào độ ẩm môi trường và độ rỗng mà trong đá xi măng có khả năng giữ lại một lượng nước đáng kể và nó tồn tại dưới các dạng nước mao dẫn, nước hút bám, nước trong gen lỗ rỗng và nước liên kết hóa học [15]. Nước mao dẫn (capillary water): Đây là nước cư trú trong lỗ rỗng lớn hơn khoảng 50 Å. Dựa trên quan điểm về ảnh hưởng của loại nước này đến tính chất của đá xi măng, nó có thể được chia thành hai loại: nước trong các khoảng trống lớn hơn khoảng > 50 nm (0,05μm), có thể được gọi là nước tự do (vì việc loại bỏ nó không làm thay đổi thể tích) và nước được giữ bởi sức căng mao dẫn trong các mao mạch nhỏ (5nm đến 50nm), việc loại bỏ chúng có thể gây co ngót khô cho vật liệu. Nước hút bám (adsorbed water): Đây là nước gần bề mặt rắn. Dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn, các phân tử nước được hấp phụ vật lý lên bề mặt của chất rắn. Nó được cho là có thể chứa đến sáu lớp phân tử nước (15 Å) có thể được giữ bằng liên kết hyđro. Bởi vì năng lượng liên kết của các phân tử nước riêng lẻ giảm dần từ khoảng cách từ bề mặt rắn, một phần lớn nước bị hấp phụ có thể bị mất khi đá xi măng bị khô (30% độ ẩm tương đối). Sự mất nước bị hấp phụ là nguyên nhân gây co ngótđá xi măng. Nước trong gen lỗ rỗng (interlayer water): Đây là nước liên quan đến cấu trúc CSH. Nó được cho rằng một lớp nước đơn phân tử giữa các lớp của CSH bị giữ chặt bởi liên kết hyđro. Nước trong gen lỗ rỗng chỉ bị mất khi khô mạnh (độ ẩm tương đối dưới 11%). Cấu trúc C-S-H co ngót đáng kể đáng kể khi nước giữa lớp bị mất. Nước liên kết hóa học (chemically combined water):loại nước này được kết hợp trong các sản phẩm hyđrat hóa, nó là một phần của pha rắn. Do vậy, dựa vào loại nước này có thể xác định được mức độ hydrat của xi măng. 8 1.2.2. Cấu trúc của hỗn hợp bê tông Trong quá trình chế tạo và đóng rắn của bê tông có thể phân ra hai giai đoạn, được đặc trung bởi các tính chất và trạng thái khác nhau của vật liệu: Giai đoạn hỗn hợp bê tông là giai đoạn trước khi đông cứng của xi măng và chuyển hóa của bê tông sang vật liệu rắn và giai đoạn đóng rắn [13]. Hỗn hợp bê tông là 1 hệ đa phân tán nhiều thành phần phức tạp nhận được khi nhào trộn hỗn hợp xi măng với cốt liệu và nước. Có thể thêm phụ gia đặc biệt và cuốn khí vào hỗn hợp trong quá trình chuẩn bị chúng. Hỗn hợp bê tông nhận được khi nhào trộn hỗn hợp các cốt liệu với chất kêt dính lỏng và hữu cơ. Các tính chất của hỗn hợp bêtông phụ thuộc vào cấu trúc của chúng và các tính chất của các thành phần cấu thành và có nhiều đặc điểm, trong số đó có ý nghĩa đáng kể gồm có: khả năng của hỗn hợp giả lỏng hoặc trở thành lưu động hơn dưới ảnh hưởng của các tác động cơ học; sự thay đổi liên tục của các tính chất (mât độ lưu động) dưới ảnh hưởng của các quá trình lý hóa sự tác dụng lẫn nhau của ximăng và nước cho đến sự đông cứng của hệ và sự chuyển hóa sang vật thể rắn. Các hạt cát và đá và độ rỗng giữa chúng đủ lớn, bề mặt riêng của chúng nhỏ và vì vậy tác động của lực bề mặt thực tế không đáng kể. Hỗn hợp không có tính dính kết, nước dưới tác động của lực hấp dẫn chảy khỏi các lỗ rỗng giữa các hạt của cốt liệu. Khi có một ngoại lực tác động trong hỗn hợp như vậy xuất hiện các lực cơ học của ma sát trong. Với sự giảm kích thước các hạt (đến 1…0,1 mm) xuất hiện lực mao dẫn. hỗn hợp có tính dẻo. Lực mao quản tác động khi lượng nước dư thiếu, tại các vị trí tiếp xúc của các hạt rắn, trong khi đó lỗ rỗng giữa các hạt được lấp đầy bằng không khí. Sự tác động của sức căng bề mặt trong các mao quản nước tạo thành bảo đảm lực bám dính giữa các hạt. Hỗn hợp có độ sệt cứng. Khi giảm kích thước các hạt (0,1-2.10-4 mm) bắt đầu xuất hiện lực tác dụng bề mặt-sự keo tụ. Trên bề mặt của các vật liệu tinh thể, mà các vật liệu của pha rắn của hỗn hợp bêtông (ximăng, các phụ gia hạt mịn v.v.), là các vật liệu tinh thể thông thường xuất hiện các điện tích. Trong các hạt cực nhỏ các điện tích này (thông thường ở các góc nhọn và ở các cạnh) đóng vai trò hạt nhân, thúc đẩy sự hình thành keo tụ do các điện tích âm và dương hút (Hình 1.5). Nước trong chất keo tụ là cố định, thể tích lỗ rỗng trong chất keo tụ rất đáng kể. 9 Hình 1.5. Sơ đồ hình thành chất keo tụ [13] 1- Các hạt xi măng; 2- Nƣớc Các hạt có kích thước của keo (2.10-4 – 10-6 mm) tác dụng lẫn nhau qua lớp vỏ sonvát xuất hiện trên bề mặt chúng, gồm nước hấp thụ liên kết trên bề mặt của pha rắn. Ảnh hưởng của các lực đẩy càng lớn thì các hạt càng nhỏ hoặc mật độ điện tích càng cao. Dưới ảnh hưởng của chúng hỗn hợp có độ lưu động lớn, tuy nhiên bề mặt riêng của các hạt rắn cao đòi hỏi lượng nước chi phí lớn. Với lượng nước nhỏ các hạt tiếp xúc và hút lẫn nhau qua vỏ sonvát hoặc trực tiếp tại vị trí tiếp xúc (Hình 1.6). Có thể hình thành chất keo tụ có nước cố định. 1- các hạt ximăng; 2 - vỏ son vát; 3 - nƣớc tự do; 4 - nƣớc cố định Hình 1.6. Sơ đồ hình thành cấu trúc cấu trúc đông tụ từ các hạt kích thước keo với các vỏ son vát [13] Hỗn hợp bêtông chứa các hạt có kích thước khác nhau, vì vậy ở chúng thể hiện tất cả các lực đã nêu trên. Tuy nhiên đặc trưng cấu trúc của hỗn hợp bê tông và sự tác động giữa các kích thước khác nhau có ảnh hưởng đến hiệu quả của chúng. Các phần 10 tử cực nhỏ, lắng và dính lên bề mặt của các hạt lớn hơn, mức độ lưu động, và để tăng chúng cần thêm 1 lượng nước bổ sung và các hạt cực nhỏ. Sự tăng lượng nước thúc đẩy sự tăng độ lưu động, nhưng giảm liên kết của hỗn hợp bêtông. Để tăng độ lưu động của hỗn hợp bêtông cần giảm lực hình thành sự ngưng tụ và tăng lực đẩy (hiệu quả lớp kép). Điều này đạt được bằng cách tăng tỷ lệ N/X và như vậy tăng khoảng cách giữa các hạt ximăng; sử dụng trộn tốc độ cao để phân tán các tâm ximăng keo tụ, rung (sự phá hủy tạm thời sự keo tụ dưới tác động của ngoại lực); đưa vào các phân tử lớn, chúng hấp thụ các phân tử ximăng và cản trở sự hình thành các keo tụ (phụ gia hóa học); đưa vào các chất làm tăng giá trị điện thế- ξ và tăng hiệu quả của lớp lặp (đẩy); đưa vào các phần tử rất nhỏ (dưới 10μm) với điện thế dương- ξ (tro bay v.v…); đưa các bọt khí cực nhỏ (do các phụ gia cuốn khí đưa vào), chúng đóng vai trò ổ đỡ trượt; sự giảm sức căng bề mặt của nước và hỗn hợp bằng cách đưa vào các phụ gia đặc biệt. Chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) là các chất hóa dẻo phổ biến nhất, thông thường chúng có cấu tạo phức tạp và về nguyên lý chúng có chứa các nhóm ưa nước và các mạch cacbonhydro kỵ nước. Đặc trung tác dụng của CHĐBM đến hồ ximăng và hỗn hợp bêtông được xác định bằng cấu trúc của phân tử CHĐBM và tỷ lệ phần ưa nước và kỵ nước của phân tử CHĐBM. Đánh giá về chất lượng tác động của chúng có thể thực hiện được trên cơ sở cân bằng ưa – kỵ nước, chúng được đặc trưng bằng số từ 1 đến 40, được xác định bằng dạng phân tán vật chất trong nước. Nếu vật chất không phân ly và có biểu thị rõ các tính kỵ nước, thì cân bằng của ưa kỵ nước là 1-4, nếu vật chất phân ly tốt thì cân bằng ưa kỵ nước là 9-12; nếu nhận được dung dịch trong suốt thì cân bằng ưa kỵ >13.. CHĐBM kỵ nước có các giá trị nhỏ cân bằng ưa – kỵ nước hấp thụ trên bề mặt ximăng có định hướng để sao cho các nhóm phân cực ưa nước, trong đó gồm cả các anion, theo sơ đồ hấp thụ liên kết với các bề mặt đang thủy hóa của các hạt ximăng, còn các mạch cacbohydro kỵ nước tới nước (hình 1.7) 1-phần tử ximăng, 2-phần tử phụ gia, 3-các bọt nhỏ không khí cuốn vào; 4-vùng giảm tác động của lớp kép bằng các mạch phân cực của phân tử phụ gia; 5-vùng tăng sự keo tụ do sự dính kết của các bọt không khí và vật chất rắn; 6-nhóm anion; 7-mạch không phân cực. Hình 1.7. Sự tác động của phụ gia cuốn khí kỵ nước [13] 11 Như vậy CHĐBM kỵ nước tạo ra trên bề mặt các phần tử rắn “hàng rào” của các phần tử có định hướng. Xác định được rằng các axit béo cao và các CHĐBM khác không phải là các tinh thể, vả như thế chúng phản chiều trong lớp mỏng các tia Rơnghen tương tự như các tinh thể hình thành đúng. Điều này xẩy ra do các phân tử CHĐBM kỵ nước trong lớp mỏng trên bề mặt của các phân tử rắn định hướng bình thường hoặc nghiêng tới đệm, ở lại song song lẫn nhau. Sự định hướng không hạn chế bởi 1 lớp, mỗi một lớp sau đó được bố trí dưới ảnh hưởng của lớp trước đó, nhưng theo mức độ cách xa đệm cứng, sự tác dụng lẫn nhau của các phân tử yếu dần. Nhận được kiểu cả chồng các lớp- các lá chúng được hình thành bằng các phân tử, quay lại với nhau bằng các nhóm phân cực. Cấu trúc lớp vỏ tạo nên mặt phẳng trượt theo các vị trí có mối liên kết yếu nhất và như thế làm giảm sự dịch chuyển tương hỗ của các phần tử rắn làm hóa dẻo hỗn hợp bêtông. Khi có tác động ngoại lực sự định hướng của các phân tử được tăng cường và tương ứng sẽ tăng hiệu quả hóa dẻo. Giữa các nhóm hoạt tính phân cực của các CHĐBM kỵ nước tác động các trường mạch; các mạch cacbuahydro của các phân tử, ngược lại, có trường phân tử yếu. Mối liên kết keo tụ, chúng xuất hiện trong môi trường nước giữa các nhóm mêtyl, là yếu hơn, so với các đầu cuối phân cực của phân tử, và khi đặt 1 lực, tiếp tuyến với mặt phẳng, hình thành do các nhóm mêtyl, chúng trở thành các mặt phẳng trượt. Trong hỗn hợp bêtông trường lực mạnh hơn so với nước của các khoáng clanke và các phần tử cốt liệu coi như được thay bằng trường yếu hơn của các nhóm mêtyl của các vỏ CHĐBM kỵ nước. Khi có sự tác động lên hỗn hợp bêtông bằng các lực từ ngoài vào sự có mặt các vỏ CHĐBM thúc đẩy sự dịch chuyển tương tự của các phân tử rắn. Ngược lại, khi đứng yên xuất hiện ảnh hưởng có lợi của hiệu ứng keo tụ, được gây dựng nên do các mạch cacbuahydro làm cản trở sự sa lắng và phân tầng hỗn hợp bêtông. Bởi vì mức độ định hướng của các phân tử và kéo theo hiệu quả hóa dẻo phụ thuộc vào các tác động cơ học từ ngoài, thì sự gia tăng hiệu quả của CHĐBM trong hỗn hợp bêtông thúc đẩy sự trộn tích cực của chúng và sự hoạt hóa cơ khí sơ bộ của ximăng. Phụ gia kỵ nước thúc đẩy sự hình thành chất keo tụ và cuốn khí vào hỗn hợp bêtông (hình 3.6). Các bọt khí tích điện âm dính vào các hạt xi măng, điều này đảm bảo điều kiện tốt để chúng ổn định và khi có tác dụng của ngoại lực thực hiện vai trò của các quả cầu, làm giảm nhẹ sự chảy của hỗn hợp. Kết quả là tăng độ lưu động của hỗn hợp và tính dẻo của chúng. Có thể mong đợi rằng sự sử dụng CHĐBM với phân tử lượng lớn của các nhánh và mức độ ưa nước của các nhóm chức năng khi tăng sẽ thúc đẩy sự gia tăng tính hóa dẻo của hỗn hợp. Định lượng quá liều phụ gia kỵ nước dẫn đến sự ngăn cản thủy hóa của ximăng, bởi vì các lớp màn hấp thụ được hình thành sẽ cản trở sự tác dụng lẫn nhau giữa nước và ximăng. 12 Tăng sự cân bằng ưa-kỵ nước sẽ dẫn đến sự biến đổi các tính chất và hiệu quả cơ bản tác động của CHĐBM. Khi cân bằng ưa-kỵ nước = 9-12 trong cấu trúc của phụ gia tăng số lượng các nhóm chứa năng tích cực và phụ gia lại phụ thuộc về CHĐBM ưa nước. Thay đổi cơ chế tác dụng của chúng lên hỗn hợp bêtông. Sự hấp thụ phụ gia trên bề mặt của các phần tử cứng dẫn đến sự thay đổi thế điện động- ξ, thúc đẩy sự không đông tụ (sự pepti hóa) của các ximăng và ổn định chúng trong hồ xi măng do tác động của lực đẩy. Cơ chế tác dụng của các phụ gia này được giải thích hình 1.8 1-phần tử ximăng; 2-các bọt không khí; 3-nƣớc; 4-phần tử phụ gia với điện tích âm trên bề mặt (anion cùng mạch phân cực) Hình 1.8. Tác động của phụ gia ưa nước (chất làm chảy) [13} CHĐBM ưa nước, khi phân tán các phần tử ximăng và các phần tử nghiền mịn khác, chúng làm tăng hàm lượng trong hỗn hợp các phần tử cực nhỏ có vỏ sonvát và như vậy là làm tăng lượng nước liên kết bền vững. Kết quả là tăng hiệu quả thấm ướt và tăng độ lưu động của hỗn hợp bêtông. Khi sử dụng CHĐBM ưa nươc có thể cuốn vào hỗn hợp bêtông các bọt không khí, nhưng các bọt khí này được cách ly và thải ra ngoài dễ hơn từ hỗn hợp. Trong công nghệ bêtông có triển vọng nhất là sử dụng CHĐBM hoạt tính anion, có khoảng 75% các phụ gia hóa dẻo là loại này. Tuy nhiên tồn tại CHĐBM có cấu trúc phân tử khác (hoạt tính kation và không ion hóa). Cơ chế tác dụng của chúng cũng dựa trên ảnh hưởng tích cực đến các hiện tượng bề mặt ở trong hệ vật rắn-chất lỏng, kết quả là làm giảm sự chảy của hỗn hợp và tăng độ lưu động của chúng. Các dạng phụ gia khác gây một số ảnh hưởng lên độ lưu động như các chất điện giải, các bột khoáng nghiền mịn. Tuy nhiên hiệu quả hóa dẻo của chúng thường không lớn. Phụ gia siêu dẻo (PGSD) là chất hữu cơ hoạt tính anion, có kích thước keo (khối lượng phân tử ~20000) có số lượng lớn nhóm phân cực trong chuỗi là chất chiếm vị trí đặc biệt trong biến tính hỗn hợp bêtông trong những năm gần đây. Khi đưa PGSD vào hỗn hợp bêtông chúng hấp phụ trên bê mặt cứng của các hạt ximăng và cốt liệu, chúng tạo nên trên bề mặt lớp vỏ mỏng với thế điện âm đáng kể (hình 1.9) và như thế làm tăng hiệu quả của sự phân tán và sự đẩy các phần tử và độ lưu động của hỗn hợp bêtông. Tuy nhiên để đảm bảo sự tác dụng của chúng tốt với bề mặt các phần tử cứng cần trộn tích cực hoặc hoạt hóa sơ bộ có sự tham gia của phụ gia. 13 1- phần tử ximăng; 2- phần tử hữu cơ kích thƣớc keo với điện tích âm trên bề mặt (các nhóm anion); 3- vỏ nƣớc Hình 1.9. Tác dụng của PGSD [13] Chất phụ gia siêu dẻo không gây nên ảnh hưởng làm chậm quá trình thủy hóa của ximăng. Điều nay có thể được giải thích bằng sự tác dụng của chúng lên lớp vỏ bề mặt của các hạt ximăng và xuất hiện sản phẩm mới tạo thành. Các phân tử PGSD tạo nên sự phá vỡ keo tụ của các màng, hấp phụ các tinh thể hình kim entrigit và như vậy giải phóng một phần nước được huy động bằng entrigit và làm tăng sự thẩm thấu của nước đến các lớp bên trong của các hạt ximăng. Cùng với vấn đề này với cơ chế tương tự sẽ dẫn đến sự hạn chế thời gian tác dụng của phụ gia, bởi vì các số lượng phụ gia lớn hơn sẽ dính kết lên bề mặt của ximăng và cùng tồn tại đan xen vào cấu trúc lớp vỏ bề mặt dày thêm theo thời gian từ các sản phẩm mới hình thành của ximăng. Vì vậy liều lượng phụ gia phụ thuộc vào thời gian đưa chúng vào: thời gian từ khi chuẩn bị đến khi đổ hỗn hợp bêtông càng bé thì liều lượng phụ gia tối ưu càng nhỏ. Đưa phụ gia vào sẽ cản trở sự keo tụ của các hạt nhỏ ximăng khi trộn chúng với nước và trong quá trình chúng thủy hóa. Các phụ gia có ảnh hưởng nhất định đến giai đoạn đầu của sự thủy hóa của ximăng (hình 1.10). Đưa PGSD vào làm chậm quá trình thủy hóa của hồ ximăng ở những phút đầu tiên tuy nhiên đến thời điểm xuất hiện sự làm chậm thủy hóa đáng kể, gọi là giai đoạn đẳng nhiệt, mức độ thủy hóa của hồ ximăng có phụ gia sẽ lớn hơn 1 ít. Điều này làm thúc đẩy sự gia tăng trong chúng các hạt cực nhỏ của các sản phẩm mới tạo thành, chúng tác dụng với phụ gia và xuất hiện trong giai đoạn trước khi đổ vật liệu vào. 14 1- có phụ gia; 2- không có phụ gia Hình 1.10. Động học thủy hóa của hồ ximăng [13] Sự phụ thuộc của độ lưu động vào dạng và liều lượng phụ gia hoàn toàn tương ứng với các ảnh hưởng của phụ gia đến cấu trúc của hồ ximăng: độ lưu động tăng rõ hơn khi thay đổi hàm lượng phụ gia đến 1-1,25%. Khi chuẩn bị, đổ và lèn chặt hỗn hợp bêtông chịu các lực tác động từ bên ngoài khác nhau, chúng gây nên sự biến đổi nhất định trong cấu trúc của chúng. Khi đưa ngoại lực vào hỗn hợp bêtông trong chúng xẩy ra sự dịch chuyển tương hỗ của các thể tích riêng và các phần tử, sự phá vỡ các chất keo tụ - giảm tính dẻo của hệ, tăng độ lưu động của chúng. Khi ngừng tác dụng lực tính dẻo được phục hồi. Hiện tượng này gọi là hiện tượng xúc biến. Sự dịch chuyển trong hỗn hợp bêtông ở mức micrô và macnô theo các mặt phẳng trượt nhất định. Các mặt phẳng này được xuất hiện dưới tên gọi ứng suất trượt (hình 1.11). Các phần tử chuyển dịch, khoảng cách giữa các tâm của chúng tăng lên, sự bám dính giảm. Ở trong mặt phẳng trượt độ rỗng và thể tích của pha lỏng tăng. Khi đóng rắn ở đây tạo thành cấu trúc ít đậm đặc hơn và yếu hơn. Nếu bề mặt của cốt liệu rất trơn, nhẵn, thì mặt phẳng trượt tạo thành trực tiếp trên bề mặt, bởi vì sức bền trượt ở trong trường hợp này sẽ bé nhất. Các cốt liệu thông thường có bề mặt nhám và có đáng kể giá trị điện tích bề mặt không bù trừ, hút các phần tử ximăng. Trong trường hợp này mặt phẳng trượt đứng xa bề mặt của cốt liệu một ít và như vậy ở trong vùng này có thể tạo thành cấu trúc yếu của bêtông khi đóng rắn (hình 1.12).