📅 Cập nhật Bài Viết “Tính chất lưu biến vữa xi măng bê tông” lần cuối ngày 25 tháng 8 năm 2022 tại Địa Điểm công ty TKT Company

Tính chất lưu biến vữa xi măng bê tông là một trong các đặc tính quan trọng nhất liên quan đến trạng thái của hỗn hợp vữa xi măng bê tông khi chưa cứng. Tuy nhiên tính chất lưu biến này thường ít được nghiên cứu đặc biệt ở Việt Nam.

Ở bài viết trước các bạn đã được thông tin về độ nhớt bê tông. Bài viết sau đây của TKT Company cùng bạn tìm hiểu về khái niệm rộng hơn, đó là tính chất lưu biến của vữa xi măng bê tông. Bạn tìm hiểu cùng chúng tôi nhé.

Điều chỉnh lưu biến vữa xi măng bê tông
Hình ảnh: Điều chỉnh lưu biến vữa xi măng bê tông

1. Giới thiệu chung về tính chất lưu biến vữa vi măng bê tông

1.1. Tính chất cơ bản của bê tông xi măng

Như chúng ta đã biết, ba tính chất cơ bản nhất của vật liệu xi măng nói chung và bê tông nói riêng đó là cường độ, tính bền vững và độ linh động (hay tính dễ thi công).

Hai tính chất đầu tiên liên quan đến bê tông ở trạng thái đã đóng rắn, còn tính linh động chỉ được nhắc đến khi bê tông ở trạng thái lỏng (bê tông tươi). Các thuộc tính ở trạng thái tươi của bê tông đóng một vai trò quan trọng và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cũng như tính chất của bê tông khi đã đóng rắn.

Người ta tính rằng chi phí thi công của bê tông (bao gồm nhân công, thiết bị) cũng bằng chi phí của vật liệu để chế tạo bê tông. Chính vì vậy những nghiên cứu về tính chất của bê tông ở trạng thái tươi ngày càng được chú ý trên thế giới, số lượng các công trình khoa học tập trung vào vấn đề này ngày càng nhiều, nhất là khi phụ gia bê tông hóa học được sử dụng rộng rãi hiện nay và được ứng dụng vào bê tông tự lèn hay vữa xi măng tự chảy.

1.2. Tính chất lưu biến của vữa xi măng bê tông là gì?

Nghiên cứu về tính chất của vật liệu xi măng ở trạng thái tươi liên quan đến một số khái niệm về tính ổn định, độ chặt, tính linh động hay nói khái quát nhất đó là tính chất “lưu biến”.

Theo định nghĩa, lưu biến học (rheology) là ngành khoa học nghiên cứu biến dạng và dòng chảy của một loại vật chất dưới tác dụng của ứng suất (stress). Nói một cách cụ thể hơn, lưu biến học nghiên cứu mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất tác dụng tương ứng của một chất lỏng. Mối quan hệ này được gọi là tính chất lưu biến (rheological behavior) và thường được biểu diễn bằng mối quan hệ giữa ứng suất tiếp t và vận tốc biến dạng trượt g .

Tính lưu biến bê tông theo hàm lượng nước
Hình ảnh: Tính lưu biến bê tông theo hàm lượng nước

Để xác định các thông số lưu biến người ta dung lưu biến kế và đường cong biểu thị mối quan hệ giữa τ -g & được gọi là đồ thị lưu biến (rheogram – shear stress ( t ; Pa) vs shear rate ( g ; s -1 )).

Để nghiên cứu tính chất lưu biến của bê tông thì đơn giản nhất là bắt đầu từ hỗn hợp chất kết dính xi măng và nước (vữa xi măng). Có thể khẳng định rằng tính chất của bê tông phụ thuộc phần lớn vào tính chất của VỮA XI MĂNG tạo ra nó (Cyr et al. 2000). Ngoài ra hiện nay VỮA XI MĂNG có rất nhiều ứng dụng trong thực tế như vữa sửa chữa kết cấu bị nứt, vữa bơm ống gen của cáp ứng lực trước…

Như đã nói ở trên, quá trình nghiên cứu về lưu biến của vật liệu xi măng đang được chú trọng ở nhiều nước trên thế giới nhằm cải thiện nâng cao hơn nữa chất lượng của loại vật liệu này. Tuy nhiên ở nước ta số lượng những nghiên cứu về vấn đề này còn khá hạn chế.

Bài viết này nhằm mục đích, trước nhất khái quát những khái niệm cơ bản về tính chất lưu biến của vật liệu xi măng, sau nữa là tập trung vào nghiên cứu những ảnh hưởng của thành phần VỮA XI MĂNG đến tính chất lưu biến của nó, tiếp đến chúng ta cùng xem vài trò của các chất điều chỉnh lưu biến bê tông như thế nào.

2. Thuật ngữ tiếng anh chuyên ngành về tính lưu biến bê tông

Thuật ngữ hay tiếng anh chuyên ngành vật lý vật liệu bạn cần biết để có thể đọc hiểu các khái niệm cũng như tra cứu lại các kiến thức căn bản nhất.

2.1. Biến dạng (Strain)

Là sự thay đổi kích thước chiều dài của vật thể, thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm. Việc đo biến dạng được thực hiện trong hầu hết các phép thử cơ học, dựa trên chiều dài ban đầu của mẫu. Biến dạng bao gồm biến dạng tự nhiên hay biến dạng thực được tính dựa trên chiều dài tức thời.

2.2. Ứng suất (Stress)

Tác động một lực lên mặt cắt tiết diện của mẫu thử, được thực hiện trong hầu hết các phép thử cơ học. Áp lực dựa trên diện tích mặt cắt ban đầu mà không tính đến những thay đổi về diện tích là ứng suất.

Một khái niệm khác về Ứng suất (áp lực kỹ thuật): Nó là một đại lượng đặc trưng cho tác dụng nén hoặc kéo F tác dụng dọc theo trục của vật mẫu có tiết diện S. Được tính bằng công thức: σ = F/S (Trong đó: F là lực tải; S : diện tích cắt ngang tức thời)

Ứng suất và biến dạng đồ thị đường cong
Hình ảnh: Ứng suất và biến dạng đồ thị đường cong

2.3. Giới hạn chảy – yield strength, yield stress

Giới hạn chảy của vật liệu là giới hạn ứng suất (stress) tác động lên vật liệu gây biến dạng hình thù ban đầu do sự phá huỷ liên kết tổ chức của vật liệu, nhưng chưa phá hủy hoàn toàn vật liệu rắn.

Có thể hiểu giới hạn chảy như là giới hạn lực tác động làm biến dạng vật liệu vượt quá biến dạng đàn hồi. Khi ứng suất tác dụng vượt quá giới hạn chảy biến dạng tăng lên rất nhanh dù ứng suất không thay đổi.

2.4. Ứng suất cắt – Shear stress so sánh với Ứng suất kéo tensile stress

Ứng suất (stress) là một đại lượng chỉ số lượng lực biến dạng được tác dụng trên một đơn vị diện tích của vật thể.

Ứng suất cắt (Shear stress) và ứng suất kéo (tensile or stretching stress, compression stress) liên quan đến các loại ứng suất khác nhau trong đó các lực được tác dụng lên một vật theo một cách khác.

Sự khác biệt chính giữa ứng suất cắt và ứng suất kéo là ứng suất kéo liên quan đến các trường hợp một lực biến dạng được đặt ở góc vuông với bề mặt, trong khi ứng suất cắt đề cập đến các trường hợp áp lực biến dạng song song với bề mặt .

2.4.1. Ứng suất kéo tensile stress là gì

Ứng suất kéo liên quan đến các trường hợp khi một lực biến dạng, tác dụng vuông góc với bề mặt của vật kéo lên vật, cố gắng kéo dài nó. Theo nghĩa này, ứng suất kéo là một loại ứng suất bình thường, là thuật ngữ chỉ các ứng suất được tạo bởi các lực vuông góc với bề mặt của vật thể.

Loại ứng suất bình thường khác là ứng suất nén, trong đó một lực tác dụng vuông góc với một bề mặt đẩy vào bề mặt, cố gắng rút ngắn nó. Sự khác biệt giữa lực căng và lực nén được mô tả.

2.4.2. Ứng suất cắt shear Stress là gì

Ứng suất cắt đề cập đến các trường hợp lực biến dạng song song với một bề mặt. Nếu bề mặt đối diện được giữ cố định, thì biến dạng trông giống như trong hình bên dưới

Ứng suất cắt
Hình ảnh: Ứng suất cắt

3. Phương pháp nghiên cứu lưu biến bê tông

Mỗi sự thay đổi của thành phần VỮA XI MĂNG đều dẫn đến những sự thay đổi của tính chất lưu biến. Những nhân tố ảnh hưởng đến lưu biến của VỮA XI MĂNG có thể kể đến như tỷ lệ N/X (nước/xi măng – tiếng anh là w/c – water/cement), bản chất hóa học của XI MĂNG, hàm lượng phụ gia…

Bài báo này chỉ tập trung vào hai nhân tố ảnh hưởng nhiều nhất là tỷ lệ N/X và hàm lượng phụ gia siêu dẻo (PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG).

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp thực nghiệm kết hợp với so sánh những kết quả nghiên cứu đã có trước đây.

Các thí nghiệm được thực hiện trên loại XI MĂNG CEM I 52,5N CP2 (Xi măng loại 1 sản xuất tại CH Pháp theo tiêu chuẩn châu Âu EN 197-1. Đây là loại xi măng thông thường tương đương PC 50 của Việt Nam).

PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG được sử dụng là ACE 456 của công ty BASF có gốc polycarboxylate (PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG thế hệ mới).

Thiết bị dùng để xác định các tính chất lưu biến của VXD là lưu biến kế (rheometer).

Ngoài xác định mối quan hệ giữa τ – g, lưu biến kế còn có thể xác định và tính toán một số tính chất lưu biến khác như  giới hạn chảy τ0 (ứng suất tiếp τ nhỏ nhất cần tác dụng để tạo ra dòng chảy) hay độ nhớt μ (tỷ lệ giữa ứng suất tiếp g và vận tốc biến dạng trượt τ – thể hiện sức kháng lại sự chảy của bản thân vật liệu).

4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước xi măng lên tính chất lưu biến bê tông

Tỷ lệ nước/XI MĂNG hiển nhiên là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến tính lưu biến của vữa XI MĂNG. Đã có nhiều nghiên cứu khẳng định rằng tăng tỷ lệ N/X sẽ làm giảm giới hạn chảy và độ nhớt của vữa XI MĂNG (Geiker et al. 2002, Wallevik et al. 2004). Để hiểu rõ hơn ảnh hưởng của N/X đến tính chất lưu biến của VMX, chúng tôi đã thực hiện thí nghiệm trên các loại VỮA XI MĂNG không phụ gia với các tỷ lệ N/X khác nhau. Kết quả thí nghiệm được biểu diễn ở Hình 3.

Kết quả thí nghiệm phù hợp với những kết quả nghiên cứu đã có trước đây (độ nhớt của vữa XI MĂNG giảm khi tỷ lệ N/X tăng). Đặc biệt hơn, kết quả cho thấy quan hệ giữa ứng suất và biến dạng giữa τ-g là phi tuyến tính.

Đồ thị lưu biến vữa xi măng bê tông theo hàm lượngg nước/xi
Hình ảnh: Đồ thị lưu biến vữa xi măng bê tông theo hàm lượngg nước/xi

Trước đây, để cho đơn giản người ta thường công nhận tính chất lưu biến của vật liệu XI MĂNG là tuyến tính và coi bê tông hay VỮA XI MĂNG là loại vật liệu Bingham (đồ thị lưu biến là đường thẳng). Tuy nhiên nhũng nghiên cứu gần đây đã cho thấy điều ngược lại.

Để miêu tả chính xác hơn tính chất lưu biến phi tuyến của VỮA XI MĂNG, người ta thường sử dụng mô hình Herschel-Bulkley (de Larrard et al. 1998). Mô hình này đặc trưng bởi 3 thông số : ngưỡng chảy τ0, độ đặc K và số mũ n và được biểu thị dưới dạng sau:

Phân tích kết quả thí nghiệm từ Hình 2 cũng cho thấy tính chất lưu biến của VỮA XI MĂNG khi không có PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG thuộc dạng chảy lỏng (shear – thinning) – mặt lõm của đồ thị lưu biến hướng về phía trục vận tốc biến dạng trượt γ (độ nhớt μ giảm theo τ hoặc γ).

5. Ảnh hưởng của hàm lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG lên tính chất lưu biến bê tông

PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG là một loại phụ gia hóa học được cho vào trong vật liệu xi măng để làm tăng tính linh động, cụ thể hơn nó có tác dụng làm giảm lượng nước cần sử dụng mà vẫn giữ được tính dễ thi công. Hiển nhiên hàm lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG sử dụng sẽ ảnh hưởng lến đến tính lưu biến của VỮA XI MĂNG.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng giới hạn chảy τ0 tỉ lệ nghịch với hàm lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG, hay nói cách khác τ0 giảm khi lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG sử dụng tăng lên (Beaupré 1994). Không những thế, sử dụng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG còn ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của VỮA XI MĂNG.

Hình 4 dưới đây thể hiện kết quả thí nghiệm của các loại VỮA XI MĂNG có cùng tỷ lệ N/X nhưng hàm lượng phụ gia khác nhau. Giống như kết luận của nhiều tác giả khác, giới hạn chảy τ0 giảm nhanh khi lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG tăng lên. Đến một hàm lượng đủ lớn (ở đây là 0,6%), τ0 gần như bằng không và VỮA XI MĂNG trở thành « vữa tự chảy ».

Đồ thị tính lưu biến vữa xi măng phụ gia siêu dẻo
Hình ảnh: Đồ thị tính lưu biến vữa xi măng phụ gia siêu dẻo

Hình 4. Đồ thị lưu biến của VMX có cùng tỷ lệ N/X = 0.35 với hàm lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG khác nhau

Mặt khác, PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG còn làm ảnh hưởng lớn đến đồ thị lưu biến của VỮA XI MĂNG. Cụ thể hơn, khi lượng PHỤ GIA SIÊU DẺO BÊ TÔNG tăng lên, VỮA XI MĂNG từ tính chất lưu biến dạng chảy lỏng (shear – thinning) trở thành dạng chảy đặc (shear – thickening) – mặt lõm của đồ thị lưu biến mặt lõm của đồ thị lưu biến hướng về phía trục ứng suất tiếp τ (độ nhớt μ tăng theo τ hoặc γ).

Shear thickening liquids increase in viscosity as stress increases: chất chảy lỏng sẽ tăng độ nhớt khi tăng ứng suất

Shear thinning liquids decrease in viscosity as stress increases: chất chảy đặc sẽ giảm độ nhớt khi tăng ứng suất.

Đây là điểm hết sức đặc biệt về tính lưu biến của vật liệu XI MĂNG nói chung và VỮA XI MĂNG nói riêng. Tất nhiên, khi hàm lượng VỮA XI MĂNG quá cao sẽ dẫn đến vấn đề phân tầng và VỮA XI MĂNG trở nên không đồng nhất, phép đo lưu biến sẽ bị sai số (Hoang et al. 2015).

6. Chất ổn định trong bê tông

Các sản phẩm bê tông là một hỗn hợp phức tạp của hóa chất, hạt mịn và các hạt nặng. Luôn luôn là một thách thức để kiểm soát sự ổn định, dòng chảy và cường độ của nó. Nhiều loại phụ gia đã được tạo ra để vượt qua những thách thức này, thường chứa các chất phụ gia hiệu suất có nguồn gốc tổng hợp. Ở đây tôi sẽ cố gắng cung cấp cho bạn một số thông tin đầu vào của một trong những công nghệ mới và cách nó ảnh hưởng đến các thông số khác nhau trong bê tông.

Để kiểm soát tính lưu biến của bê tông là điều quan trọng. Sự tách nước và phân tầng bê tông là một vấn đề nghiêm trọng. Bê tông phải ổn định và chắc chắn để chống lại sự tách rời của cốt liệu và thoát nước bề mặt. Điều này có thể đạt được bằng ít nhất hai cách:

  • Bằng cách thêm các hạt mịn
  • và / hoặc chất độn, và / hoặc bằng cách thêm chất ổn định.

Các chất làm thay đổi độ nhớt (VMA) như ete xenlulo, gôm tự nhiên (xanthan, wellan) và tinh bột thường được sử dụng trong bê tông làm chất ổn định. Chúng chủ yếu hoạt động bằng cách tăng độ nhớt của bột nhão để giảm nguy cơ chảy máu (bleeding) và phân tầng bê tông (segregation). Cơ chế hoạt động khác nhau đối với các sợi cellulose / nanocellulose.

6.1. TĂNG CƯỜNG giới hạn chảy (YIELD STRESS) với tác động TỐI THIỂU lên ĐỘ NHỚT DẺO (PLASTIC VISCOSITY)

Sợi xenlulo / nanocellulose là một công cụ hiệu quả để nâng cao ứng suất chảy (giới hạn chảy) của hỗn hợp bê tông. Ứng suất chảy là ứng suất tối thiểu để dòng chảy xảy ra và rất quan trọng đối với nhiều sản phẩm và ứng dụng xung quanh chúng ta. Roussel (2005) mô tả đây là ứng suất cắt (shear stress) gặp ứng suất chảy (yield stress), do đó bắt đầu khả năng chảy của vật liệu kết dính.

Thông qua các thử nghiệm của riêng chúng tôi tại Borregaard, chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của các sợi lên giá trị độ sụt và giá trị ỨNG SUẤT (Yield) trong bê tông tự cố kết, SCC). Chúng tôi nhận thấy rằng với liều lượng khá thấp của cellulose fibrils / nanocellulose thì độ sụt giảm đáng kể. Kết quả và kết luận từ các thử nghiệm này là bằng cách thay đổi liều lượng của sợi, liên quan đến trọng lượng của xi măng, người ta có thể điều chỉnh khá hiệu quả giá trị chảy của bê tông.

Đồ thị ứng suất hàm lượng sợi
Hình ảnh: Đồ thị ứng suất hàm lượng sợi

Figure: Yield value as a function of cellulose fibrils (Exilva, Borregaard) dosage by weight of cement (sbwc = solid by weight concrete).

Hình: Giá trị giới hạn ứng suất theo hàm lượng của sợi xenlulo (Exilva, Borregaard) theo trọng lượng của xi măng (sbwc = rắn theo trọng lượng bê tông).

Điều này có lợi cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực bê tông. Ví dụ, tăng giới hạn chảy

• Dẫn đến áp suất thấp hơn do bê tông tác dụng lên ván khuôn khi đặt (hỗn hợp chất lỏng cao / SCC)

• Có lợi cho việc đổ bê tông dưới nước (để tránh bị rửa trôi)

• Là một lợi thế cho bê tông phun / vữa / kết dính (để giảm độ bật, cải thiện “độ bám dính” với bề mặt, cải thiện độ ổn định…)

• Giúp bê tông được đổ bằng cách đùn (bề mặt hoàn thiện mịn và bê tông kết dính tốt)
STABILIZING EFFECT

Sợi xenlulo / nanocellulose cũng cung cấp một mạng lưới không hòa tan rất thú vị, có thể giúp tránh lắng trong bê tông. Về lý thuyết, khả năng cung cấp hỗ trợ vật lý cho nền bê tông có thể làm tăng cơ hội tăng độ ổn định của bê tông.

Các biện pháp lưu biến sau đây cho thấy ảnh hưởng điển hình của các vật liệu khác nhau đối với tính lưu biến của bê tông. Nó hình dung sự khác nhau của các họ chất ổn định khác nhau về phương thức hoạt động (VMA đề cập đến chất làm thay đổi độ nhớt).

Đồ thị tính lưu biến vữa xi măng bê tông theo các loại phụ gia
Hình ảnh: Đồ thị tính lưu biến vữa xi măng bê tông theo các loại phụ gia

Microfibrillated Cellulose (MFC); VMA – Viscosity modify admixtrure;

Hình dưới đây cho thấy rằng việc bổ sung một lượng rất nhỏ các sợi cho phép ổn định hỗn hợp bê tông. Việc bổ sung 0,015% sbwc của sợi cellulose / nanocellulose thực sự ngăn ngừa sự phân tách và chảy máu mà không ảnh hưởng đến “thời gian hóa chảy” (“time to flow”). “Thời gian hóa chảy” ở một mức độ nào đó có thể liên quan đến độ nhớt.

Hàm lượng sợi xellulose và độ sụt bê tông
Hình ảnh: Hàm lượng sợi xellulose và độ sụt bê tông

Nó không có tác dụng bất lợi đối với việc duy trì khả năng làm việc, ngược lại ví dụ như bụi silica, cũng thường được sử dụng để ổn định hỗn hợp chất lỏng cao, nhưng thường gây bất lợi với khả năng làm việc của bê tông.

Đồ thị dòng chảy và hàm lượng cellulose
Hình ảnh: Đồ thị dòng chảy và hàm lượng cellulose

7. Chất điều chỉnh lưu biến bê tông xi măng

Bạn chưa bao giờ nghe nói về Cellulose Fibrils, như cellulose microfibrillated CMF (thường được gọi là nanocellulose)? Đừng lo lắng, tôi sẽ hướng dẫn bạn những điều bạn cần biết. Nó là một chất phụ gia hoàn toàn mới được làm từ nguyên liệu tự nhiên, được thiết kế để cung cấp giới hạn chảy lỏng, độ mỏng khi cắt, độ ổn định và cải thiện rào cản (yield stress, shear thinning, stability and barrier improvements).

Nó là sự thay thế tự nhiên để vượt trội hơn so với các công nghệ gốc dầu hiện tại. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan nhanh về sợi cellulose, bằng cách sử dụng ví dụ về cellulose microfibrillated là gì và nó có thể mang lại lợi ích cho bạn như thế nào.

CÁC CHỨC NĂNG TỪ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VI SỢI CELLULOSE

Đó là khi sử dụng microfibrillated cellulose (MFC) trong các sản phẩm như sơn & chất phủ, chất kết dính, hóa chất nông nghiệp, v.v., những khám phá thực sự thú vị bắt đầu.

Các sợi trong hầu hết các trường hợp là vật liệu ưa nước, và do đó phù hợp nhất trong các hệ thống gốc nước / nước. Nó có thể hoạt động như một chất điều chỉnh lưu biến (rheology) tiên tiến tạo ra các đặc tính phun rất thú vị và cung cấp một chất phụ gia chống chảy xệ và chống nhỏ giọt rất hiệu quả.

Nó cũng nổi tiếng với giới hạn chảy lỏng cao, cung cấp khả năng giảm lắng, phân tầng. Độ nhớt rất cao ở trạng thái nghỉ cũng có thể làm giảm quá trình tổng hợp.

Thông qua mạng lưới ba chiều không hòa tan, nó cũng cho thấy tiềm năng như một chất ổn định, đặc biệt là ổn định nhũ tương (nước trong dầu hoặc dầu trong nước).

Bằng sự hiện diện vật lý của nó, nó đã cho thấy tiềm năng của nó như một chất ổn định mạnh mẽ của các hệ thống có chất rắn cao, những hệ thống mà việc giải quyết thường là một vấn đề.

MFC cũng cho thấy độ bền cao với pH, nhiệt độ và lực cắt. Điều này mang đến cho bạn cơ hội thử nghiệm và sử dụng sản phẩm có công thức có tính axit hoặc kiềm, hoặc trong các quy trình cần nhiệt độ cao và lực cắt.

Vi sợi cellulose có diện tích bề mặt lớn. Đặt điều này trong bối cảnh, 1 gam sợi có thể bao phủ sàn của một ngôi nhà lớn của gia đình (khoảng 200 m2). Diện tích bề mặt lớn tạo ra một số lượng lớn các nhóm OH (hydroxyl) sẵn có về bản chất là ưa nước và nhanh chóng bám vào nước ở gần nó. Điều này được thể hiện qua giá trị giữ nước (khả năng giữ nước) rất cao. Nó thường có thể mang lượng nước gấp 40 lần trọng lượng của chính nó.

8. Sự khác nhau về cellulose và nanocenllulose

Sợi cellulose qua kính hiển vi
Hình ảnh: Sợi cellulose qua kính hiển vi
Một phiên bản hoạt hình 3D của mạng sợi xenlulo
Một phiên bản hoạt hình 3D của mạng sợi xenlulo

8.1. Lịch sử và bối cảnh

Xơ cellulose, giống như cellulose vi sợi là một khái niệm khá mới, ít nhất là về mặt thương mại. Khái niệm này được phát triển tại phòng thí nghiệm của ITT Rayonnier, bởi Albin Turbak và nhóm của ông, vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980. Lý do đằng sau nó là để cung cấp một chất lượng mới của xenlulo với diện tích bề mặt cao hơn nhiều, bằng cách cho bột gỗ qua máy đồng nhất sữa, để kết nối mạng lưới sợi thành các sợi nhỏ hơn nhiều.

Công nghệ được phát triển bởi Turbak et al. không được theo đuổi thương mại trước khi các hoạt động nhỏ hơn bắt đầu ở Nhật Bản vào những năm 1990. Trong những năm 2000, một số công ty đã bắt đầu hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực này, và chỉ gần đây vật liệu này mới được bán trên thị trường thông qua Borregaard ở Na Uy.

Biofuels Digest đã viết một bài báo hay về chủ đề này vào năm 2014, sử dụng cụm từ, “Nó có thể là sản phẩm kỳ lạ nhất, thú vị nhất mà bạn có thể tạo ra từ rừng và thay thế các sản phẩm làm từ hóa dầu”.

Theo cách bền vững hơn, bộ tăng cường hiệu suất thân thiện với môi trường mới này có thể thực hiện công việc tương tự như các công nghệ dựa trên dầu hiện có. Trong bối cảnh thay đổi khí hậu hiện nay và các biện pháp khuyến khích gia tăng để cải thiện dấu chân CO2, các sợi cellulose, như vi sợi cellulose, nên nằm trong chương trình nghị sự như một lựa chọn hiệu quả tương đương bên cạnh các sản phẩm gốc dầu.

8.2. Sợi cellulose, vi sợi cellulose hay nano cellulose

Cellulose vi sợi (MFC) có giống với nanocellulose không? Sự khác biệt giữa cellulose vi sợi và nano là gì? Còn các tinh thể nano xenlulo và các sợi xenlulo thì sao? Bắt đầu đọc về MFC (hoặc nanocellulose) có thể gây nhầm lẫn vì các thuật ngữ được sử dụng cho vật liệu xenlulo kích thước nano và vi mô rất linh hoạt. Hơn nữa, chúng không được thiết lập hoàn toàn, vì vậy cùng một vật liệu có thể có các tên khác nhau hoặc các thuật ngữ giống nhau có thể được sử dụng cho các loại vật liệu rất khác nhau. Trong bài đăng này, tôi sẽ giới thiệu các thuật ngữ phổ biến nhất và phân biệt các từ đồng nghĩa từ các tài liệu khác nhau.

8.2.1. NANOCELLULOSE – Một thuật ngữ bao trùm

Nanocellulose thường được sử dụng như một thuật ngữ chung cho các loại hạt xenlulo có kích thước nano và vi mô khác nhau (Lavoine et al. 2012, Kangas et al. 2014). Nó có thể có nghĩa là tất cả mọi thứ từ tinh thể nano xenlulo có kích thước nano được xác định rất rõ ràng (CNC) đến vật liệu xenlulo dạng sợi khá thô. Nó thường được chia thành ba loại vật liệu khác nhau có các đặc tính riêng biệt:

8.2.2. Vi sợi Cellulose – Microfibrillated cellulose

Vi sợi cellulose được sản xuất bằng cách xử lý cơ học có hoặc không có xử lý trước bằng enzym hoặc hóa chất. Vật liệu bao gồm các sợi dài và mỏng tạo thành một mạng lưới ba chiều, và các sợi này có các vùng tinh thể và vô định hình. MFC có độ nhớt cao và giới hạn chảy lỏng cao, nó được cắt mỏng và có khả năng giữ nước cao. Sự phân bố kích thước của các sợi rất rộng, và ngay cả khi một số sợi có đường kính ở kích thước nano, thì cũng có rất nhiều sợi lớn hơn. Hơn nữa, các sợi nằm trong một cấu trúc mạng và kết nối với nhau.

Cũng có thể sản xuất vật liệu tương tự như các sợi riêng lẻ, với đường kính cỡ nano và phân bố kích thước hẹp, nếu sử dụng các phương pháp tách đặc biệt hoặc xử lý hóa học. Ví dụ, Saito, cùng với các đồng nghiệp của mình, đã xử lý nguyên liệu thô bằng TEMPO (gốc 2,2,6,6-tetramethyl piperidine-1-oxyl) qua trung gian oxy hóa trước bước rung. Họ đã có thể tạo ra các sợi có kích thước nano với sự phân bố kích thước hẹp (được đề cập trong bài báo này của Saito và cộng sự). Trong trường hợp đó, thuật ngữ sợi xenlulo sợi nano (NFC) hoặc sợi nano xenlulo (CNF) thường được sử dụng vì vật liệu có kích thước nano nhiều hơn kích thước micro.

Người ta thường sử dụng thuật ngữ sợi cellulose cho tất cả các vật liệu cellulose dạng sợi, bất kể kích thước. Theo suy nghĩ của chúng tôi, đó là một thuật ngữ tốt, thể hiện được các đặc tính cơ bản: chúng là các hạt dài, mỏng, linh hoạt.

exilvazoomin
Sợi xenlulo (Exilva, Borregaard) bao gồm các sợi dài và mỏng được gắn với một mạng lưới ba chiều.

8.2.3. Cellulose nanocrystals

Xử lý xenlulozơ bằng axit sunfuric sẽ thủy phân các vùng vô định hình. Kết quả là tạo ra một vật liệu có độ kết tinh rất cao được gọi là tinh thể nano xenlulo (CNC), tinh thể nano xenlulo (NCC) hoặc dây nano xenlulo (CNW) (Habibi et al. 2010). Những sợi này có dạng hình que và cứng. Chúng có phân bố kích thước hẹp và ngắn hơn đáng kể so với MFC. CNC có độ nhớt và giới hạn chảy lỏng thấp hơn MFC, và nó không giữ nước tốt. Mặt khác, nó thể hiện sự tự lắp ráp và tính lưỡng chiết. Đôi khi cellulose vi tinh thể (MCC) cũng được coi là nanocellulose ngay cả khi nó có kích thước hạt rõ ràng lớn hơn CNC. MCC thường được sử dụng trong các ứng dụng dược phẩm và thực phẩm.

NCC-microscopy
Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của tinh thể nano xenluloza từ hạt gai. So với MFC, các sợi ngắn hơn và không liên kết với nhau (nguồn ảnh: Vật liệu tổng hợp gia cường xenlulo: từ kích thước vi mô đến nano của Alain Dufresne và Mohamed N. Belgacem, được cấp phép theo Giấy phép Ghi công của Creative Commons)

8.2.4. Bacterial cellulose

Một số vi khuẩn nhất định, ví dụ, Acetobacter xylinum, có thể tạo ra các sợi cellulose như một cấu trúc mạng lưới rất tốt bên ngoài tế bào. Nó là cellulose rất tinh khiết với sự phân bố kích thước hẹp và độ kết tinh cao. Tuy nhiên, sản xuất nó ở quy mô lớn hơn là rất khó khăn.

8.2.5. Sự khác biệt về thuật ngữ

Các sản phẩm khác nhau được làm từ xenlulo cho thấy vật liệu này thú vị như thế nào. Chúng tôi hy vọng rằng bài đăng đã làm rõ các tên và thuật ngữ liên quan đến sợi cellulose và các loại nanocellulose khác. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng thuật ngữ này không được thiết lập và các viện hoặc công ty nghiên cứu khác nhau có thể có tên riêng của họ.

Ở bài viết này bạn đã có thêm kiến thức về tính chất lưu biến vữa xi măng bê tông, một đặc tính cực kỳ quan trọng trong bê tông hiện đại, khi mà các phương pháp thi công đã đổi khác rất nhiều so với trước đây, cùng với sự mở rộng các ứng dụng vô cùng phong phú của bê tông tự lèn, bê tông hiệu năng cao…

Ở bài viết tiếp theo chúng ta cùng tìm hiểu về khái niệm từ biến bê tông, một khái niệm còn rất xa lạ với nhiều người, kể cả nhưng ai làm trong ngành sản xất bê tông xi măng lâu năm. Các bạn cùng đón đọc nhé.

9. Kiến thức có thể bạn quan tâm

Công ty Chăm Sóc Công Trình - Chuyên Nghiệp tại TPHCM

Visit Website
2 Comments
      09.38.17.22.94