GS.TS PHẠM DUY HỮU (CHỦ BIÊN) ØL XS PGS.TS ĐÀO VĂN ĐÔNG, TS PHẠM DUY ANH
TS NGUYEN TIEN DUNG, TS NGUYEN DINH HAI
VAT LIEU MOI
TRONG XAY DUNG CONG TRINH GIAO THONG
TRUONG BAI HOC GIAO THONG VAN FAT PHAN HIEU TAI THANH PHO HO CHI MINH
THU VIEN - 008986
Trang 2MO DAU
Bê tông, thép, bê tông asphalt va vật liệu polyme là bốn vật liệu chính được sử dụng để xây dựng các cơng trình giao thơng, nhà cửa và cơng trình thủy, nhờ chúng mà con người đã xây dựng được nhiều cơng trình vĩ đại trên toàn thế giới Tuy nhiên nhiều cơng trình cũng đã bị hư hỏng và phải đỡ bỏ Lý do chính là do sự hư hỏng của vật liệu
dưới tác dụng của tải trọng, thiên nhiên và môi trường Nguyên nhân chính của sự hư
hỏng vật liệu do hiện tượng nứt, suy giảm tính năng và tác dụng của ăn mòn
Vấn đề độ bền và tuổi thọ của vật liệu và tuổi thọ khai thác của cơng trình đang được cả thế giới quan tâm
Một trong những phương án tiên tiến để tăng độ bền của vật liệu là tìm kiếm các vật liệu mới, cải tiến các tính năng của vật liệu truyền thống để tăng cường chất lượng của vật liệu Các biện pháp chính là thay đổi thành phần, cấu trúc của vật liệu và thêm vào đó các vật liệu mới hoặc các thành phần mới để đạt được các tính năng tiên tiến
hơn so với vật liệu cũ
Sự phát triển của vật liệu mới sẽ dẫn đến các mơ hình vật liệu mới, mơ hình tính tốn mới và cho phép sáng tạo ra các kết cấu tiên tiến Để xây dựng các kết cấu này địi hỏi những cơng nghệ tiên tiến ra đời Hệ thống vật liệu mới- kết cấu mới- công nghệ mới cho phép con người sáng tạo ra các cơng trình có cơng năng tốt hơn, mỹ thuật hơn
và có tuổi thọ khai thác đến 100 năm và lớn hơn
Trong ngành xây dựng cầu đường các vật liệu mới cũng đang phát triển rất mạnh
Cuốn sách này trình bày các kết quả nghiên cứu về vật liệu tiên tiến trong thời gian gần
đây Các vật liệu tiên tiến hiện nay là: Bê tông hiện đại (bê tông cường độ cao và rất cao, bê tông chất lượng cao, bê tông tự đầm và bê tông cốt sợi); thép có cường độ cao, bền thời tiết, thép chịu nhiệt độ cao; các hỗn hợp asphalt (bê tông asphalt, bê tông polyme asphalt tăng nhám, bê tông asphalt màu) Ngoài ra sự phát triển của vật liệu polyme, vật liệu hỗn hợp, vật liệu sợi thủy tỉnh, sợi các bon, vật liệu nano, vật liệu thân thiện với môi trường (vật liệu xanh) và tận dụng các phế thải vào làm vật liệu cũng đã đảm bảo được áp dụng cho các cơng trình cầu, đường mang lại kết quả rất rõ ràng
Trong cuốn sách này các vật liệu được trình bày theo thứ tự: Thành phần, cấu trúc, tính năng, mơ hình vật liệu và khả năng ứng dụng
Trang 3viết chương 9; TS Phạm Duy Anh viết chương 7 & chương 10; TS Nguyễn Tiến
Dũng viết chương 5; TS Nguyễn Đình Hải viết chương 2
Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã nhận được nhiều tài liệu từ các trường đại
học hàng đầu ở Nga, Pháp, Nhật Bản, Anh, Mỹ và cập nhật các kết quả nghiên cứu tại Đại học Giao thông vận tải, Đại học Xây dựng, Viện Khoa học xây dựng công nghệ,
Hội bê tông Việt Nam
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học và các cơ quan trên đã cung cấp các thông tin quý giá
Trong quá trình biên soạn, do thời gian còn hạn chế, cuốn sách cịn nhiều thiếu sót,
rất mong nhận được các đóng góp để sách ngày càng hoàn chỉnh hơn
Trang 4Chương 1 -
CAC YEU CAU CHUNG DOI VỚI BÊ TÔNG XI MĂNG P0ÚC LĂNG 1.1 Khái quát
Bê tông xi măng portland có thành phần là xi măng, cốt liệu nhỏ, cốt liệu thô, các
chất phụ gia và nước Bê tông cần thỏa mãn các yêu cầu về cường độ, tính cơng tác,
đặc tính kết cấu và có độ bền khi chịu tác động của thời tiết và tác động của tải trọng
đặc biệt (động đất, gió, tải trọng lặp)
Bê tông xi măng portland theo TCVN và ACI được phân cấp theo cường độ nén đặc trưng ở tuổi 28 ngày Tính cơng tác của bê tông phải đảm bảo tính dễ thi cơng
(năng lượng tối thiểu) được quy định trong tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án, hoặc trong các quy định đặc biệt Bê tông truyền thống có cường độ từ 15-20MPa Bê tơng thường có cường độ nén từ 20-50MPa, bê tông chất lượng cao và rất cao có cường độ nén từ 50-200MPa Trong các trường hợp đặc biệt có thể yêu cầu tuổi 3, 7, 28 hoặc
56 ngày Bê tơng có ba trạng thái (ướt, mềm, cứng rắn) và ở từng trạng thái có những yêu cầu riêng :
1.2 Yêu cầu vật liệu
Để có bê tông đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật thì chất lượng vật liệu thành phần phải
được chú ý đầu tiên Các yêu cầu về tính chất cơ học, hóa học và vật lý được quy định cụ thể cho từng vật liệu dùng để chế tạo bê tông Thành phan, loại, tính chất của các vật liệu thành chế tạo phải phù hợp với kết cấu và công nghệ chế tạo bê tông
1.2.1 Xi măng
Xi măng poóc lăng phải phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn quốc gia hoặc theo các tiêu
chuẩn quốc tế khác Cường độ chịu nén theo ngày, cường độ chịu kéo, thành phần khoáng vật, thời gian ninh kết, tính ổn định thẻ tích và độ bền là những yêu cầu chính
LJ Vicat là người đầu tiên đặt nền móng cho khoa học về xi măng Năm 1811 Jamel
Frost và năm 1824 Joseph Aspdin đã nhận được bằng sáng chế về xi măng portland
Tại nước ta xi măng portland thông thường được quy định theo AASHTO M85 hoặc
TCVN 2682 Loại xi măng đặc biệt phù hợp với các yêu cầu trong các quy định đặc biệt
Các loại xi măng phổ biến trên thế giới được giới thiệu ở bảng 1.1 Xi măng có
nhiều loại vì vậy tùy tính chất cơng trình cần chọn loại xi măng thích hợp Lượng xi
Trang 5do tiêu chuẩn quy định để sản xuất được bê tơng có độ dẻo và tính cơng tác quy định mà không vượt hàm lượng nước tối đa Lượng xi măng tối thiểu là 300kg/mỶ Lượng xi
măng tối đa là 500kg/mỶ bê tông Khi dùng các phụ gia phải khẳng định tính tương
thích của phụ gia đôi với xi măng để tránh các hiệu ứng phụ gây hại cho bê tông Bảng 1.1 Tổng hợp về các loại xi măng trên thế giới
z & Cường độ chịu nén Tên Số Phương pháp thử MPa
nước | hiệu Vat liệu | Kích thước, Tạo | wx |1|3 7 | 98
X/Cát TC mm mầu 30 1⁄3 40x40x130 | Rung 0.5 - | 12 - 30 35 15 35 40 20 40 Duc 45 25 45 s0 0.5 50 55 0.5 - [| 55 275 1/2.5 40x40x160 - 0.44 ~ = 16 | 28 325 = : E z - | 12 | 19 | 33 Trung|_ 425 = = - - - | 16 | 25 | 43 Quôc 525 ^ 1 = - x | 2! | 321 $3 625 - - - - - | 27 | 4i Ì @ 725 - - = * 36 = 73 400 1⁄3 40x40x160 0.4 - - - | 40 500 Nga 50 550 55 a D=h= | 60 | - 3 - OPC 1⁄3 70.6 Rung 0.4 3 42
Anh OPC bê tông D=h= Hi Run 06 | - |13| -
1/2.5/3.5 101.6 e 30
My | OPC Type 1 1/2.75 50 Rung | 0485 | - | 13 | 20
Trang 61.2.2 Cốt liệu :
Cốt liệu lớn và cốt liệu nhỏ phải đảm bảo cường độ, thành phần hạt, đường kính
lớn nhất, độ sạch theo tiêu chuẩn của Việt Nam và quốc tế đã được quy định trong các
khung tiêu chuẩn của dự án
Nên sử dụng thể tích cốt liệu lớn nhiều nhất có thể và đường kính cốt liệu lớn nhỏ
nhất có thể để đảm bảo cơ tính và độ đồng nhất của bê tông
Ti lệ các khối lượng của cốt liệu nhỏ và lớn được lập theo khối lượng xi măng dựa
trên việc sử dụng cát thiên nhiên, cát xay hoặc cốt liệu tái chế có mơ đun độ lớn trong phạm vi 2,6-3,2
Khối lượng cốt liệu được tính bằng kilơgam và khơng được thay đổi trong khi tiến hành dự án xây dựng
Khối lượng theo mẻ của các cốt liệu đã được thiết kế cần được hiệu chỉnh khối
lượng với độ ẩm thực tế
Cần lựa chọn chính xác nguồn gốc cốt liệu để không gây hại cho bê tông và thân thiện với môi trường
1.2.3 Nước
Trong công tác bê tông cốt thép thường, nước để bảo dưỡng, để rửa cốt liệu và để trộn không được có dầu và khơng được chứa q 1g/lít clorit, khơng chứa q 1,3g/ít sunphat
Ngồi các yêu cầu trên, nước để bảo dưỡng bê tông không được chứa các tạp chất với lượng đủ để làm mất màu bê tông hoặc ăn mòn bề mặt
1.2.4 Phụ gia
Có thể sử dụng một loại phụ gia hoặc một phụ gia tổng hợp để điều chỉnh nhiều tính chât của bê tông Phụ gia tăng dẻo, phụ gia giảm nước và làm chậm rắn chắc là các
loại phụ gia được dùng rộng rãi nhất đối với bê tông xi măng portland, bê tông ứng suất
trước, các kết cầu đúc sẵn và ống bê tông cốt thép Lượng phụ gia sử dụng phải phù hợp với liều lượng đo nhà sản xuất quy định, với sự chấp thuận của kỹ sư bê tông
Các phụ gia hoá chất, khi sử dụng phải phù hợp với các yêu cầu của AASHTO MI94
Trang 7Liều lượng các phụ gia phải được cân đong chính xác cho từng mẻ bê tông bằng
các phương pháp được chấp thuận
Phụ gia pha chế ở dạng lỏng, phải có đủ khả nang dé đổ một lần toàn bộ khối lượng cần thiết cho một mẻ trộn Phụ gia lỏng được trộn đều vào nước trước khi đổ vào một
mẻ trộn Nếu dùng nhiều hơn một loại phụ gia lỏng, mỗi loại phải được pha chế bằng
thiết bị riêng để chúng không chịu ảnh hưởng lẫn nhau
1.3 Yêu cầu về chất lượng bê tông theo 3 trạng thái 1.3.1 Yêu cầu đối với bê tông tươi
Sau khi nhào trộn bê tông ở trạng thái tươi cần có độ dẻo nhất định để đảm bảo tính cơng tác cũng như vận chuyển Bê tông tươi cần đảm bảo độ đồng nhất không phân
tang va phân ly Độ dẻo, không phân ly, không phân tầng là những chỉ tiêu chất lượng
chính đảm bảo việc đổ khuôn, đầm chắc bê tông dễ dàng nhất mà vẫn tạo ra được bê
tơng có độ chặt cần thiết Do yêu cầu có thể sử dụng các loại phụ gia để điều chỉnh độ sụt và thời gian giữ độ sụt, thời gian rắn chắc, ninh kết
Độ dẻo của bê tông thường được xác định bằng côn Abram với bê tông dẻo và bằng dụng cụ đo độ cứng với bê tông cứng (độ sụt ~ 0 cm) Với bê tông dẻo hoặc siêu dẻo, độ dẻo xác định theo độ sụt, được thử theo côn Abram biến đổi từ 4-10cm và 15- 20cm Với bê tông cứng, độ dẻo được xác định bằng thời gian để có thể đầm chắc bê
tơng tính bằng giây Độ dẻo của bê tông cứng khoảng 60-120 giây (bê tông siêu cứng đầm chắc bằng lu chắn động dùng trong xây dựng đường)
Các loại bê tông dẻo và siêu dẻo thường có tỉ lệ N/X = 0,3 - 0,4 và có sử dụng phụ gia dẻo hoặc siêu dẻo, trong trường hợp đặc biệt có thể dùng N/X đến 0,25 Độ sụt
thường từ 8-20cm Với bê tông tự đầm cần xác định độ chảy lan (D> 65cm) và thời
gian chảy trong dụng cụ thí nghiệm
Yêu cầu sau khi trộn xong bê tơng phải có độ dẻo phù hợp với yêu cầu về độ dẻo
và phải giữ được độ dẻo trong thời gian thi công, tối thiểu là 60 phút Mức độ giảm độ
déo trong thời gian trên không nên quá 10% Ở trạng thái ướt bê tông cần giữ nước, tốc
độ bay hơi chậm đẻ tránh gây nứt ở trạng thái ướt
Đảm bảo được các yêu cầu trên là rất khó khăn và phải được kiểm tra thường
xuyên trong quá trình chế tạo bê tông Đảm bảo các yêu cầu trên chắc chắn sẽ tạo ra bê
tơng có chất lượng cao
1.3.2 Yêu cầu đối với bê tông ở trạng thái mềm
Trang 8Cần che chắn bê tông để chống lại tác dụng của ánh sáng
Cần quan tâm đến tốc độ gió, nhiệt độ, độ ẩm khi bảo dưỡng bê tông
1.3.3 Yêu cầu đối với bê tông cứng
Yêu cẩu về Cường độ-biến dang
Cường độ nén là yêu cầu quan trọng và tối thiểu đối với bê tông ở trạng thái cứng
rắn Cường độ bê tông phụ thuộc vào tỉ lệ N/X, công nghệ chế tạo bê tông, thành phần
và chất lượng thi công bê tông Từ cường độ nén có thể dự đoán cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi và các tính chất khác của bê tông
Khi chất lượng bê tông được chỉ định bằng cường độ nén, cần xác định chất lượng
bằng cách thử các mẻ thử đối với các vật liệu đã được thiết kế chính xác với các thiết bị
trộn và các phương thức thi công dự định cho dự án Việc đỗ bê tơng có cường độ quy
định không bắt đầu cho tới nhà thầu sản xuất một mẻ thử theo thiết kế hỗn hợp được sử dụng và phù hợp với các yêu cầu về cường độ mẻ thử Cường độ bê tơng có thể xác
định từ số trung bình trên 3 mẫu hình trụ (d = 15cm, h = 30cm) hoặc hình lập phương
có kích thước 15cm Cường độ nén trung bình của ba mẫu thử bê tông đúc liên tiếp, phải bằng hoặc lớn hơn cường độ nén quy định ở tuổi 28 ngày hoặc ở tuổi quy định cụ
thể là 3, 7, 14 hoặc 90 ngày khơng có quá một trong các mẫu thử có cường độ nhỏ hơn cường độ quy định và mẫu thử đó phải có cường độ ít nhất bằng 90% cường độ quy
định thử nghiệm theo AASHTO hoặc theo tiêu chuẩn quốc gia
Cường độ bê tông khi ép chẻ, kéo uốn (mô đun gãy) mô đun đàn hồi được xác định
từ các thử nghiệm tại cơng trình
Có thể sử dụng phương pháp không phá hoại mẫu để tham khảo và nghiên cứu
Biến dạng do từ biến và co ngót cần được thí nghiệm để đảm bảo thiết kế với thi
công là chính xác Yêu cầu về độ bên
Ngoài ba yêu cầu trên bê tông đặc biệt phải thoả mãn các yêu cầu về độ bền Khi
kết cấu xây dựng làm việc trong môi trường ăn mòn Yêu cầu về độ bền được thể hiện
qua 4 dạng: Độ chống thắm nước, khí; Độ chống thấm ion Clo; Độ nở do cacbonat hóa,
phản ứng kiềm cốt liệu hoặc tấn công sunphat Bê tông sử dụng cho cầu lớn thi công
theo phương pháp đồ hãng thường yêu cầu có cường độ cao ở tuổi sớm (3,7 ngày)
Bê tông trong các công trình thủy cơng thường u cầu độ chống thâm cao Bê tông
ở các khu vực nối ghép cần không co ngót hoặc nở khi rắn chắc Bê tông ở những kết cấu quá nhiều cốt thép hoặc kết cấu có nhiều góc cạn
h khơng có khả năng đầm chắc cần có tính tự đặc (gọi là bê tông tự đầm) Để tăng
Trang 9Ghương2
CẤU TRÚC, CƯỜNG ĐỘ VÀ ĐỘ BỀN CUA BE TONG
Cường độ bê tông phụ thuộc vào cấu trúc của bê tông (độ đặc) Nâng cao trình độ cơng nghệ, lựa chọn hợp lý thành phần bê tơng sẽ có cấu trúc hợp lý, độ đặc và cường độ bê tong cao Như vậy giữa cấu trúc, cường độ và độ bền bê tơng có mối liên hệ chặt chẽ Cải tiến cấu trúc sẽ dẫn đến những cải thiện về cường độ và các tính năng cao của
bê tông giúp cho bê tông thường tiến đến bê tông chất lượng cao 2.1 Cấu trúc của bê tông
2.1.1 Khái quát
Bê tông là một vật liệu composit khơng đồng nhất, các tính chất của nó phụ thuộc vào ba cấp cầu trúc sau: :
- C4p độ vĩ mô (macro): Xét ở mặt kết cấu, xét các ứng xử cơ học để suy ra cường độ của vật liệu Bê tông được xem là hệ 3 pha: cốt liệu, hồ xi măng và cầu trúc vùng
chuyển tiếp (theo lý thuyết đa cấu trúc của V.I.Xalomatov, Larrad) Khi tính tốn theo mơ hình cấu trúc này có thể giả thiết bê tông là vật liệu đàn hỏi và tính tốn theo các cơng thức của sức bền vật liệu
- Cấp độ meso: ở tỉ lệ milimét trong đó các hạt cát được phân biệt với các hat xi
măng và hạt cốt liệu Việc quan sát trên kính hiển vi hoặc kính hiển vi điện tử quét với
độ phóng đại nhỏ (300 + 1000 lần) cho phép quan sát các khuyết tật của cấu trúc là các
vết nứt và các vùng bị phá hủy Tại cấp độ này ứng xử của bê tông được xem như là phi tuyên
- Cấp độ vi mô (micro): ở tỉ lệ 1/100 mm có thể quan sát các hydrat (CSH, CH, CH Sulfo - aluminat), các hạt clinke chưa thủy hóa, các vết nứt vi mô, sự định hướng của
các hạt CH trong vùng chuyển tiếp, mặt tiếp xúc giữa xi măng và cốt liệu, sự biến đổi
của các hydrat trong môi trường xâm thực (ettrigit thứ cấp, phản ứng kiềm cốt liệu)
2.1.2 Cấu trúc cốt liệu lớn
Cấu trúc cốt liệu lớn tạo nên bộ khung chịu lực, nó phụ thuộc cường độ bản thân
cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu) và cường độ liên kết
giữa các hạt Trong việc chế tạo hỗn hợp bê : tông luôn mong muốn xây dựng được một
mơ hình hỗn hợp bê tông trong đó các hạt cốt liệu lớn tiếp xúc nhiều chiều với nhau và có hồ kết dính vữa xi măng liên kết giữa chúng Xây dựng mơ hình này nhằm đưa cấu
trúc cốt liệu lớn trở thành cấu trúc chính, quyết định tính chất cấu trúc vi mô của bê
Trang 10măng chuyển xuống thứ yếu và chỉ có tính chất liên kết Về mặt chịu lực khi đó vữa xỉ
măng chỉ chịu lực tương tác do liên kết giữa các hạt cốt liệu lớn trong bộ khung mà không chịu lực nội tại trong lịng nó Cách xây dựng mơ hình cấu trúc bê tơng như vậy có khả năng tạo ra bê tông cường độ rất cao và giảm được những tác động vô cùng phức tạp của cấu trúc hồ kết dính vữa xi măng với tính chất cấu trúc vi mô của bê tông Tuy nhiên, mô hình đưa ra này chỉ thuần tuý lý thuyết mà rất khó hay thậm chí khơng có khả năng tạo được trên thực tế nhưng nó đưa ra nguyên tắc cho tất cả các công nghệ bê tông là tăng độ mạnh của cấu trúc bộ xương khung cốt liệu trên cơ sở:
+ Tăng diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu lớn (giữa hai hạt với nhau và của các hạt xung quanh một hạt)
+ Không gian trống trong bộ khung xương là nhỏ nhất (độ đặc là cao nhất)
+ Chiều dày của liên kết hồ xi măng với các hạt cốt liệu là hiệu quả (chỉ nhằm mục đích liên kết)
Vậy các yếu tố ảnh hưởng cơ bản tới cấu trúc bê tông là cốt liệu (kích thước, tính chất bề mặt) bê tơng và tuân theo điều kiện, phương pháp thiết kế thành phần bê tông (cấp
phối), đặc tính kỹ thuật của cốt liệu, kỹ thuật tác động cơ học, ngoài ra có một yếu tố quan trọng đó là tính linh động của dung dịch hồ vữa xi măng (khi dung dịch vữa xi măng càng
linh động dẻo thì cấu trúc cốt liệu lớn càng mạnh) Nhưng toàn bộ tinh chất phức tạp trong cấu trúc vi mô của bê tông lại nằm ở liên kết giữa vữa xi măng với các hạt cốt liệu
2.1.3 Cấu trúc vi mô của đá xi măng
Các hạt xi măng khi thuỷ hoá bao quanh các hạt là lớp nước và q trình thủy hố thực hiện dần từ ngoài hạt vào bên trong ngay tức khắc tạo lớp màng kết dính bao quanh hạt xi măng mà bản chất là liên kết ion giữa phần tử hỗn hợp xi măng và phân tử nước, lớp màng này dày lên theo thời gian thủy hoá và ngồi nó là lớp nước tự do Tuy nhiên, lớp màng liên kết này lại cản trở sự thâm nhập của nước và cùng với thời gian
tính linh động của các phân tử nước và xỉ măng giảm dần do vậy làm giảm dần tốc độ
thủy hoá Lớp liên kết hạt xi măng - nước dầy dần cùng với nó lớp nước tự do bao ngoài hạt xi măng mỏng dần, thêm vào đó sự linh động của các hạt xi măng phần do màng nước gây tính nhớt cho các hạt (có thể tính nhớt này được bổ sung do tác động của phụ gia) phan do tac động của việc trộn hay tác động cơ học có điều kiện gần nhau dần dần hình thành liên kết và xoá bỏ ranh giới giữa các hạt xi măng Màng liên kết xỉ măng nước bao quanh các hạt cốt liệu nhỏ và kéo chúng vào hình thành cấu trúc hồ kết
dính vữa xi măng Có thể mơ tả tóm tắt cấu trúc vi mô của vữa xỉ măng trong hỗn hợp
bê tông như sau:
Trang 11định có tính chất cơ lý Nhưng phản ứng thuỷ hoá vẫn tiếp tục xảy ra, do vậy trong cầu
trúc vẫn tồn tại bộ phận lõi hạt là khối xi măng khan và không gian, giữa các hạt xi
măng liên kết là khoảng rỗng có chứa nước Các yếu tố tham gia vào cấu trúc:
+ Vai trò của hạt cát: Mới nhìn có thể nghĩ sự tham gia của hạt cát là thừa, nhưng
nó lại có vai trị hết sức quan trọng trong phần tăng cường ổn định không gian của các hạt xi măng liên kết, nó có tác dụng như chất hoạt tính tăng cường sự linh động của các hạt xi măng và phần tử nước kích thích q trình thuỷ hoá, đồng thời dưới tác động của cơ học và sự linh động của bản thân trong dung dịch huyền phù (giai đoạn nước liên kết keo giữa các hạt xi măng) làm giảm bớt sự cản trở của màng liên kết xi măng nước
tạo cho sự thâm nhập của phần tử nước vào bên trong hạt để thủy hoá tiếp Do đó tác
dụng cuối cùng là giảm lượng lỗ rỗng trong cấu trúc, tăng độ bền, khả năng chịu lực của cấu trúc
+ Các hạt xi măng thủy hoá: Tuy rằng lực dính kết các hạt xi măng tuỳ thuộc phần lớn vào loại xi măng (hàm lượng các thành phần trong xi măng), nhưng mức độ linh động của các hạt xi măng - nước phá vỡ thế cân bằng tạm thời làm cho các hạt xít nhau
hơn tạo nên thế cân bằng ổn định hơn và giảm các lỗ rỗng, lực dính các hạt cũng cao
hơn Thời điểm và khoảng thời gian tác động cơ học có ảnh hưởng tới lực dính này Ngoài ra tốc độ, mức độ phản ứng thuỷ hoá ảnh hưởng tới hàm lượng hạt xi măng được thủy hoá, mong muốn hết thời gian bảo dưỡng bê tông hoặc thời gian bắt đầu chịu lực thì hàm lượng xỉ măng trong lõi hạt xi măng chưa được thủy hoá là nhỏ nhất Đây cũng
là một yếu tố để tăng cường độ của đá xi măng
Một số đặc điểm của phản ứng thuỷ hoá hạt xi măng
Tính chất cấu trúc vữa - xi măng được biểu hiện qua liên kết giữa các hạt xi mang và hàm lượng hạt xi măng được thuỷ hoá Lỗ rỗng trong cấu trúc là luôn luôn tổn tại ngay cả khi lượng nước sử dụng là tối thiểu (chỉ cần cho thuỷ hoá toàn bộ lượng xi măng), lượng 16 rỗng này sẽ tăng một cách tự nhiên theo mức độ tăng hàm lượng nước ngồi thủy hố và sự tăng hàm lượng xi măng cũng như kích thước hạt xi măng
Cấu trúc vi mô của vữa xi măng đóng vai trị quan trọng trong tạo lập cấu trúc bê
tông và trong bê tông cường độ cao tác động của nó với tính chất cấu trúc bê tông còn hơn cả tác động của cấu trúc cốt liệu lớn
Muốn tăng cường độ của cấu trúc này phải tăng độ linh động của bản thân các hạt xi mang, tác động cơ học hợp lý để tăng khả năng xếp xít của các hạt xi măng làm giảm hàm lượng lỗ rỗng tự nhiên Giảm tối đa lượng nước thừa khơng cần cho thủy hố cho toàn bộ xi măng, giảm lượng bọt khí tạo thành, kích thích phản ứng thuỷ hoá sao cho hàm lượng lõi xi măng khan của hạt là ít nhất khi hết giai đoạn bảo dưỡng và sử dụng
các chât kêt dính phụ: muội silic, tro bay, tro trấu để lắp đầy các khoảng trống giữa
Trang 122.1.4 Cấu trúc vùng tiếp giáp giữa hồ xi măng và cốt liệu
Ở vùng tiếp giáp giữa vữa xi măng và cốt liệu tồn tại các lớp vữa xi măng áp sát bề mặt cốt liệu, các vùng chứa nước do sự tách nước bên trong của vữa xi măng, các lỗ rỗng do nước bốc hơi và các hạt CaO tự do còn lại
Ở vùng này tồn tại lực dính giữa đá xi măng và cốt liệu Cấu trúc tốt nhất ở vùng tiếp giáp tạo ra lực dính kết tối đa và có lỗ rỗng tối thiểu Sự thay đổi độ ẩm ở vùng này chính là nguyên nhân gây ra các biến dạng theo thời gian cho bê tông Loại bê tông
được thiết kế với tỉ lệ N/X thấp, nhào trộn hợp lý, và đầm chắc hợp lý sẽ tạo ra vùng
tiếp giáp tốt nhất và tạo ra lực dính cao nhất Vùng tiếp giáp này là vùng quan trọng nhưng yếu nhất của cấu trúc bê tông Với bê tông truyền thống vết nứt đầu tiên trong bê tông xuất hiện tại đây và phát triển trong cấu trúc hồ xi măng đã đông cứng Với bê tông cường độ cao do lượng nước sử dụng ít hơn và do tác động của muội Silíc, cấu
trúc vùng tiếp giáp được cải thiện đáng kẻ, không có CaO tự do, độ ẩm thấp, lực dính
được nâng cao, tạo ra chất lượng mới cho bê tông xi măng
2.2 Cường độ của bê tông
2.2.1 Cường độ chịu nén của bê tông
Cường độ chịu nén của bê tông là một trong những tính chất quan trọng nhất của bê tông, là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của bê tông mặc dù trong một số trường hợp thì độ bền và tính chống thấm cịn quan trọng hơn Có thể nói cường độ là bức tranh tổng quát về chất lượng của bê tơng vì cường độ của bê tông liên quan trực tiếp đến cấu trúc của hồ xi măng đã đông cứng, cấu trúc của bê tông Mặc dù cường độ không trực tiếp đánh giá các tính chất khác như độ bền, độ ỗn định của bê tông, nhưng cường độ phụ thuộc rất lớn vào tỉ lệ nước/xi măng trong bê tông Mà tỉ lệ
nước/xi măng lại ảnh hưởng rất lớn đến độ bền, độ ổn định thể tích và nhiều tính chất
khác liên quan đến độ rỗng của bê tông Do đó cường độ chịu nén của bê tông được sử
dụng để quy định, điều chỉnh và đánh giá chất lượng bê tông Cường độ chịu nén của
bê tông biến đổi trong phạm vi rộng từ 15 - 250 MPa Bê tơng truyền thống có cường độ là 15 - 50 MPa Bê tông chất lượng cao có cường độ từ 60 - 100 MPa Bê tông cường độ rất cao có cường độ từ 100 - 250 MPa (xem hình 2.1)
Cường độ chịu nén của bê tông được xác định trên mẫu bê tông tiêu chuẩn, được bảo đưỡng 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam, mẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tơng là mẫu hình hộp lập phương có cạnh 150x150x150mm, bảo dưỡng trong điều kiện t = 20- 25°C, W = 90 - 100%
Theo ACI thì mẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tơng là mẫu hình trụ trịn có kích thước: d = 6 in và h = 12 in (~150x300mm), và được bảo dưỡng ẩm
Trang 13*Eè tông thường = (& Á 60 Nà") Ẫ
*Ee tông cường độ cao i
($ONAmmt 4 &S 1OO Ninh) 3 *Eê tòng cường độ rút cao Som
(i> LO0N dam) Ệ
ThưG£: E= 115 - 230 Némnt *
TA aght?am & £ 600 Nécmnt o |
Hình 2.1 Phân loại bê tông theo cường độ 2.2.2 Các yễu tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông xi măng
Ti lé nước/xỉ măng:
Với bê tông đã đầm chặt hoàn toàn, cường độ của nó tỉ lệ nghịch với tỉ tệ N/X Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỉ lệ N/X thực chất là phụ thuộc vào thể tích lỗ rỗng tạo ra do nước dư thừa Mối quan hệ này đã được đặt ra bởi quy tắc do Duff
Abrams thiết lập vào năm 1919 Ơng ta đã tìm ra môi quan hệ giữa cường độ chịu nén
và tỉ lệ N/X theo công thức sau:
K 27112,
== ksi,
Ee Kee 23,07%
Trong đó:
WC: Tỉ lệ nước/xi măng của hỗn hợp; Ki K;: Hằng số thực nghiệm
Dạng tổng quát của đường cong thể hiện mối quan hệ giữa cường độ và tỉ lệ N/X được đưa ra trong hình 2.2
HONK
Hình 2.2 Quan hệ giữa cường độ bê tông với tỉ lệ nước/xị măng
Trang 14Công thức của Rene Feret thiết lập năm 1896 về quan hệ giữa cường độ và tỉ lệ của xi măng với nước trong bê tông như sau
2
f, =— š
c+wta
f,: La cuong độ của bê tơng Trong đó:
Cc, W, a: Lần lượt là thể tích tuyệt đối của xi măng, nước và không khí;
K: Là hằng số thực nghiệm
Có thể nói một cách khác là thông qua tỉ lệ N/X có thể xác định được độ rồng của
xi măng đông cứng tại các thời điểm của quá trình hydrát hố Do đó cả tỉ lệ N/X và độ
đầm chặt đều ảnh hưởng đến thẻ tích lỗ rỗng trong bê tông, và điều này giải thích vì
sao có thể tích khơng khí trong bê tông ở công thức Feret
Trong thực tế thì tỉ lệ N/X là một yếu tố quan trọng nhất đối với cường độ của bê tơng đầm chặt hồn toàn Gilkey đã phát biểu như sau: ““Với một loại xi măng nhất định và cốt liệu hợp lý, một hỗn hợp của xi măng, cốt liệu và nước (với các điều kiện nhào
trộn, đỗ và kiểm tra như nhau) có thể phát triển cường độ được thì chịu ảnh hưởng của các yêu tô sau:
a Tỉ lệ nước/xi măng
b Tỉ lệ xi măng/cốt liệu
c Cường độ, đặc tính bề mặt, hình dạng, cường độ và độ cứng của hạt cốt liệu
d Kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu
Ta có thể coi yếu tố (b) và (d) là không quan trọng bằng yếu tố (a) khi sử dụng cốt liệu có kích thước lớn nhất khoảng 40 mm Tuy nhiên, các yếu tố này vẫn được nêu ra vì: như Walker và Bloem đã chỉ ra là “cường độ của bê tông là kết quả của: cường độ
của vữa; sự dính kết giữa vữa và các hạt cốt liệu; cường độ của hạt cốt liệu, thể hiện
bằng khả năng chống lại các ứng suất tác dụng lên nó” Khi tỉ lệ N/X < 2,5 tác giả Bolomey đề nghị công thức:
N
R,= Ar,( 2 — 05}
Trong đó:
Ry - Cường độ bê tông;
A - Hệ số thực nghiệm xét đến chất lượng cốt liệu;
R; - Cường độ xi măng
Khi xét X/N > 2,5 CKrataep (Nga) đề nghị công thức
Trang 15R, = ARy{X4 05),
Trong đó: A; - Hệ số thực nghiệm
Khi tỉ lệ X/N = 2,6 hay tỉ lệ N/X = 0,38 là tỉ lệ q trình thuỷ hố xi măng đạt tối
đa đến 100% Khi tỉ lệ X/N > 2,6 cường độ bê tông vẫn tăng nhưng không theo quy
luật cũ mà tốc độ tăng chậm hơn
Trong thực tế nếu tỉ lệ N/X là cố định nhưng lượng nước để pha trộn tăng lên bê
tơng ít bị thay đổi cường độ, nhưng độ dẻo và tính dễ đổ có phần thay đỏi Lượng nước
trong hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào kích cỡ của cốt liệu và tính dễ đỗ yêu cầu đã được nêu trong các tiêu chuẩn
Tỉ lệ gel/khoảng trồng (gel/space ratio):
Thông thường, cường độ tại bất cứ tỉ lệ N/X nào cũng phụ thuộc vào: mức độ hydrat hoá của xi măng và các tính chất hố học, lý học của nó; nhiệt độ xảy ra hydrat hoá; thành phần khơng khí của bê tông; và cả sự thay đổi của tỉ lệ N/X hữu ích và sự
hình thành vết nứt do mắt nước Thành phần xi măng trong hỗn hợp và tính chất của
mặt tiếp xúc giữa xi măng và cốt liệu cũng có liên quan
Do đó sẽ đúng hơn nếu ta coi cường độ liên quan tới sự tập trung của các chất cứng của quá trình hydrát hố xi măng vào những vị trí thích hợp với chúng Powers đã xác
định được mối liên quan giữa sự phát triển cường độ và tỉ lệ Gel/khoảng trồng Ti sé
này được định nghĩa là tỉ số giữa thể tích của vữa xi măng đã hydrát hoá với tổng thể
tích của xi măng hydrát hoá và các lỗ rỗng mao dẫn
Chúng ta biết rằng xi măng khi hydrát hoá sẽ chiếm thẻ tích gấp 2 lần thể tích thật của nó Các sản phẩm của quá trình hydrát hố của 1ml xi măng sẽ chiếm khoảng 2,06
ml; mặc dù không phải tất cả đều tạo thành gel nhưng ta có thể coi xấp xỉ là như thế
Thể tích gel là 2,06cv,œ, và tổng không gian cần thiết cho gel là cv,œ + wọ Do đó, tỉ số
gel/khoảng trống là: 2,06v,z pa ee Wo v,a+— e Trong đó:
c: Khối lượng xi măng;
vạ: Thể tích khối lượng thẻ tích đơn vị của xi mang; Wo: Thé tích của nước nhào trộn;
ơ: Hệ số tỉ lỆ phần xi mang hydrat hoa
Lay thé tích một đơn vị khối lượng đặc của xi măng khô là 0.319 ml/g thi ti sd
gel/khoang trồng trở thành:
Trang 160,657ø
0.319z+^°
c
Có thể thấy là cường độ gần như tỉ lệ với căn bậc 3 của tỉ số gel khoảng trống, và con số 234 MPa (34000 psi) thé hién cường độ đạt được khi tỉ lệ gel/khoảng trống = I
với loại xi măng và loại mẫu đã sử dụng '
: Anh huong dé rong:
Cường độ của bê tông về cơ bản là một hàm của thể tích lỗ rỗng có trong nó Quan hệ giữa cường độ và tổng thẻ tích lỗ rỗng khơng phải là một đặc trưng duy nhất có ở bê
tơng mà nó cũng được tìm thấy trong các vật liệu giịn khác Mơ hình chung này là nhằm đề hiểu rõ vai trò của độ rỗng đối với cường độ của bê tông và cũng chỉ ra rất rõ
tại sao bê tông khi đầm chặt, tức là có độ rỗng rất nhỏ, lại có cường độ rất cao
Nói một cách chính xác, cường độ của bê tông bị ảnh hưởng bởi thể tích của tất cả
các lỗ rỗng trong bê tơng như: khơng khí bị lẫn vào, lỗ rỗng cuốn khí, các lỗ rỗng mao dẫn, các lỗ rỗng gel
Ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng đến cường độ có thẻ biểu diễn bằng hàm số sau: f, = f.0(1—P)" hoge f= fod”
Trong đó:
p: Độ rỗng, là tỉ số giữa thể tích của các lỗ rỗng và tổng thể tích của bê tơng;
x A x2 ‘AGA es ga TH SNa VAN TAT
f.: Cường độ của bê tông với độ rỗng p; PRL OALHSE Slag teu NAN Fal f,,o: Cường độ khi độ rỗng bằng 0; THƯ VIỆN
n: Hệ số, 008986
d: Độ đặc của bê tông
Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ của hỗn hợp xi măng đã thuỷ hóa được nghiên cứu rất rộng rãi Cần phải rất cẩn thận trong việc chuyển đổi các kết quả quan sát những mẫu hỗn hợp xi măng trong phòng thí nghiệm sang thành các giá trị sử dụng
của bê tông, nhưng biết về ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ của hỗn hợp xi măng
là rât có giá trị
Một quan hệ tuyến tính giữa cường độ và độ rỗng, trong phạm vi từ khoảng 5 đến
28%, đã được thiết lập bởi Rossler và Odler Anh hưởng của các lỗ rỗng có đường kính
nhỏ hơn 20 nm (nano mét) được bỏ qua Kết quả là ngoài tổng độ rỗng thì sự phân bố
cũng như kích cỡ lỗ rỗng cũng ảnh hưởng đến cường độ của bê tơng Nói chung, với
một độ rỗng cho trước thì các lỗ rỗng càng nhỏ sẽ dẫn tới cường độ của hỗn hợp xi
măng càng cao
Trang 17Ảnh hưởng của cốt liệu:
Trong bê tơng tỉ lệ thể tích cốt liệu thường chiếm từ 50 + 70% Tỉ lệ thành phần cốt
liệu, loại cốt liệu, cấp phối hạt, độ lớn của cốt liệu và đặc trưng bề mặt của hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ và cường độ chống nứt của bê tơng
Cốt liệu lớn có cấp phối hạt hợp lý sẽ đảm bảo các hạt sắp xếp chặt chẽ, độ rỗng
của bê tông nhỏ và như vậy cường độ bê tơng cao
Kích thước lớn nhất của cốt liệu cũng có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ của
bê tơng Nếu kích thước cốt liệu lớn thì tỷ điện bề mặt nhỏ sẽ tiết kiệm xi măng, cường
độ chịu nén có thể tăng
Cốt liệu có nguồn gốc là đá Granit cho cường độ bê tông cao hơn khi cốt liệu là đá
vôi hoặc đá trầm tích
Khi tỉ lệ thể tích cốt liệu trong bê tông biến đổi từ 40 - 80% thì cường độ chịu nén và chịu kéo đều tăng
Bên cạnh thể tích thì hình dạng và kích cỡ của chúng cũng là những yếu tố quan trọng Hình dáng của các hạt cốt liệu và mô đun đàn hồi của chúng ảnh hưởng đến phân bố ứng suất và do đó ảnh hưởng đến tập trung ứng suất trong bê tông
Hạt cốt liệu càng lớn thì sự cản trở co ngót của xi măng càng lớn sẽ gây ra nội ứng suất trong hồ xi măng và tạo ra các vi vết nứt trong bê tông trước khi khai thác Đây là
một yếu tố nguy hiểm đối với bê tông chất lượng cao Xu thế hiện nay là giảm dần đường
kính lớn nhất của cốt liệu để tăng độ đồng nhất và khả năng chống nứt cho bê tông
, Dac trưng bề mặt của cột, nh hưởng đến lực liên kết giữa cốt liệu với đá xi mile, Bê tông dùng sỏi tròn trơn i ết; nứt xảy ra ở ứng suất thấp hơn so với dùng đá dam có dạng hat mhafn rap, igéc canh vi sự liên kết cơ học chịu ảnh hưởng của tính chất
bể mặt và hình dạng hạt cốtliệu lớn '
-„2,2,3 Cường độ chị kéo-
Cuong độ chịu kéo của bê tông liên quan đến khả năng khống chế vết nứt và gây ảnh hưởng đên các tính chât khác của bê tông như: độ cứng, khả năng dính bám với cốt thép, độ bền Ngoài ra cường độ chịu kéo còn liên quan đến ứng xử của bê tông khi chịu cắt
Bê tơng có chất lượng cảng cao thì cường độ chịu kéo cũng cao hơn Tắt cả các thử
nghiệm đều xác nhận mức độ tăng cường độ kéo từ 30 - 50% tuỳ theo thành phần của
bê tông chất lượng cao Việc cải thiện chất lượng của vùng chuyển tiếp giữa hồ xi
măng và cốt liệu có thể đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện này
Tuy nhiên cường độ chịu kéo của bê tông chất lượng cao tăng một phần rất nhỏ so với việc tăng cường độ chịu nén
Cường độ chịu kéo của bê ‘tong được xác định bằng thí nghiệm kéo dọc trục hoặc thí nghiệm gián tiếp như kéo uốn, kéo bửa
Trang 18Cường độ chịu kéo dọc trục:
Cường độ chịu kéo đọc trục của bê tông bằng khoảng 10% cường độ chịu nén
Quan hệ giữa cường độ chịu kéo f, và cường độ chịu nén f có thể biểu diễn theo
dạng sau:
f=k.@)"
trong đó hệ số k và n được xác định bằng thực nghiệm
n= 1⁄2 -3/4
Các nghiên cứu cua ACI (American Concrete Institute) đề nghị công thức:
f=0.3.)?2
Các nghiên cứu của trường đại học Delft trên mẫu đường kính 120mm (4.7 inch),
chiều dài 300mm (11.8 inch), có cùng cường độ với điều kiện bảo dưỡng khác nhau
Kết quả cho thấy cường độ chịu kéo của mẫu được bảo dưỡng 4m cho kết quả cao hơn khoảng 18% so với mẫu bảo dưỡng khô Các nghiên cứu khác tại Trường Đại học Northwestem với các loại bê tơng khác nhau có cường độ đến 48 MPa cho thấy cường
độ chịu kéo dọc trục có thẻ biểu diễn theo cường độ chịu nén như sau:
t=6.5 Vi (psi)
hay: £.=0.54-| 7 (MPa)
Theo tiêu chuẩn Anh (BS 8007: 1987) thì: f=0.12 (27
Cường độ chịu kéo gián tiếp:
Cường độ chịu kéo gián tiếp được xác định thơng qua thí nghiệm kéo bửa (splitting tension - ASTM C496) hoặc thí nghiệm kéo uén (ASTM C78)
- Cường độ kéo khi thí nghiệm ép chẻ (f)
Theo ACI 363, cường độ kéo bửa của bê tơng nặng có quan hệ với cường độ chịu nén theo công thức:
fer = 1.4.) f, (psi) với bê tơng có cường độ 3000 - 12000 psi hay: f¿= 0.59 af (MPa) voi bê tong có cường độ 21 - 83 MPa Theo Shah và Ahmad thì cơng thức là:
fr =4.34(P.)°°> (psi) với bê tông có cường độ < 1200 (psi)
hay: f„ = 0.462(f.)°°Š (MPa) với bê tơng có cường độ < 83MPa
Trang 19nén như đối với các loại bê tông khác
- Cường độ kéo uốn:
Cường độ chịu kéo uốn hay còn gọi là mô đun phá hoại (modulus of rupture)
được xác định bằng thí nghiệm uốn mẫu dầm tiêu chuẩn Các kết quả thí nghiệm
cho thấy cường độ kéo uốn bằng khoảng 15% cường độ chịu nén của bê tông Quan
hệ giữa cường độ kéo uốn với cường độ chịu nén của bê tông có thể được biêu diễn
theo công thức:
f=k Jf (psi)
trong đó hệ số k nằm trong khoảng 7.5 + 12 (ACI code)
(hệ số: k = 0.623 + 0.996 trong trường hợp dùng đơn vị MPa)
ACI 363 kiến nghị đối với bê tơng có cường độ chịu nén < 83MPa thì hệ số k=11.7:
f,= 11:72; (psi) [ACI363]
hay: f,=0.942|ƒ; (MPa)
Shah và Ahmad kiến nghị công thức: f, = 2.30(f.)”” (psi)
hay: f, = 0.438(f,)*? (MPa)
Đối với bê tơng dùng muội silíc, quan hệ giữa cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén cũng tương tự như các loại bê tông chât lượng cao khác
2.2.4 Đánh giá cường độ của bê tông
Cường độ bê tông trong các dự án xây dựng cần phải được đánh giá chất lượng
thông qua cường độ nén, cường độ trung bình, độ lệch chuẩn, độ phân tán và cường độ
đặc trưng Giá trị của cường độ đặc trưng là cơ sở để đánh giá cường độ bê tông và phân cập bê tơng
Trình tự đánh giá cường độ bê tông như sau:
- Lấy tổ mẫu thử hỗn hợp bê tông, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn (1 tổ gồm
3 mâu)
_ - Cường độ từng mau bé tong (Rj) là kết quả thí nghiệm cường độ từng mẫu thử ở
tudi quy dinh (3, 7,14, 28, 56 ngay) Két quả của một phép thử là trung bình của ít nhất
là 2 mẫu thử (thường là trung bình số học của 3 mẫu thử)
$ ®
Cường độ trung binh: R, = a sn: s6 lugng két qua thir (n > 30)
Trang 20Độ lệch chuẩn: S =
Thông thường yêu cầu S <4 MPa;
Hệ số phân tán: C, ` 0.12
C,- Hé sé phân tán nói lên sự biến động về số liệu cường độ của mẫu và cường độ trung bình của lô mẫu, hệ số C, biểu hiện trình độ thi công, mức độ ổn định trong công nghệ chế tạo bê tông Công nghệ càng cao, 6n định thì hệ số C„ càng nhỏ Các quy trình đều quy định giới hạn của Cu
Cường độ đặc trưng
Cường độ đặc trưng được tính theo cơng thức sau: R„ = R„(1-kCv)
Hệ số k lấy như sau: với xác suất các kết quả tne nhỏ hơn cường độ tối thiểu là 5% thì k= 1,64; nếu là 1% thì k= 2,33
Tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng của bê tông: Các tiêu chuẩn Việt Nam đã quy định
tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng bê tơng mẫu hình lập phương với xác suất đảm bảo là
95% Tiêu chuẩn Việt Nam phù hợp với Tiêu chuẩn châu Âu, Tiêu chuẩn Anh,
Cannada, Trung Quốc và Nga Các Tiêu chuẩn của Mỹ ACI 318, ACI 211, ACI 214 quy định các đánh giá chất lượng bê tông cho các mẫu thử hình trụ
2.3 Độ bền của bê tông
2.3.1 Mở dầu
Vào những năm 1930,sau khi hàng loạt cơng trình bê tơng bị hư hại thì thế giới
nhận ra rằng: mặc dù cường độ chịu nén được coi là thước đo của chất lượng của bê
tông, nhưng điều đó khơng có nghĩa rằng bê tơng có cường độ cao luôn là bê tông bền Các yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của bê tông Do vậy cả hai yếu tố cường độ và độ bền đều phải được xem xét trong các giai đoạn thiết kế, thi công, khai thác và bảo trì Để nghiên cứu về độ bền cần xem xét các mối quan hệ giữa cường độ và độ bền
Ngày nay dé phát triển nhanh cường độ của bê tông, người ta sẽ sử dụng tỉ lệ N/X thấp, tăng lượng xi măng và giảm lượng nước Việc làm này sẽ tạo ra loại bê tơng co
ngót nhiệt, co ngót khô, mô đun đàn hỏi cao hơn và hệ số từ biến thấp hơn so với bê
tông truyền thống Như vậy khi bê tông đạt cường độ cao sớm thì dễ xuất hiện vết nứt
hơn là bê tơng có cường độ trung bình và thấp Do đó để đảm bảo độ bền lâu dài ngoài việc tăng cường độ thì cần cân nhắc để sử dụng lượng xi mang ít nhất có thể Các vẫn
đề về thay đổi thể tích của bê tơng cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ bền Sự thẩm thấu
Trang 21dẫn đến sự thay đổi thể tích Thẻ tích thay đổi sẽ tao ra các vết nứt Các vết nứt sẽ làm cho bê tơng tính thấm cao hơn và do đó tạo ra một vịng tuần hồn làm cho bê tông bị
suy thoái, nứt và cuối cùng là bị phá hoại 2.3.2 Định nghĩa độ bền
Độ bền của bê tông xi măng được định nghĩa là khả năng chống các tác động của
thời tiết, tấn công từ hóa chất, mài mịn, hoặc bất cứ quá trình nào khác gây nguy hại cho bê tông Bê tông bền sẽ giữ được hình thức ban đầu, chất lượng và khả năng phục
vụ khi tiếp xúc với môi trường
Khi thiết kế một hỗn hợp bê tông hoặc một kết cấu bê tông, điều kiện tiếp xúc
mà bê tông phải chịu sẽ được đánh giá ngay từ đầu Trước đây người ta cho rằng bê tông cường độ cao sẽ dẫn đến độ bền cao cho cơng trình Từ năm 1980 thì hàm mục tiêu khi thiết kế bê tông là độ bền cao, cường độ cao chỉ là một điều kiện bắt buộc để đạt được độ bền cao
Hiện nay, bê tông cũng bắt đầu được sử dụng ngay cả trong những môi trường rất
khắc nghiệt Do vậy các thiết kế có tính tới độ bền của cơng trình xây dựng hiện đại đã
trở nên quan trọng hơn nhiều so với trước đây Tác động của tỉ sé N/X:
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự thay đồi về thể tích sẽ gây ra các vết nứt và các vết nứt là nguyên nhân chính gây ra sự tan rã của bê tông Hơn thế nữa, sự thâm thấu là yếu tố đóng góp cho sự thay đổi thể tích và tỉ lệ W/C cao cũng là nguyên nhân cơ làm cho bê tơng có độ thấm cao Do đó, khi bê tơng có W/C cao —> độ thấm cao — thay đổi thể tích —> các vết nứt —› sự tan rã —>hư hại của bê tông là một q trình tuần hồn
trong bê tơng Vì vậy, để có được bê tơng có độ đặc cao độ thấm thấp tức là bê tông
bền thì việc sử dụng tỉ lệ W/C thấp là yêu cầu cơ bản
Bê tông được thiết kế với tỉ lệ W/C thấp và cao có cấu trúc vi mô thay đổi rất lớn
Với tỉ lệ W/C thấp, độ thấm có thể giảm đến mức mà bê tông không cho phép thấm
nước Điều này không có nghĩa là chúng khơng còn những kết nối giữa các mao mạch,
mà các mao mạch này là rất nhỏ nên nước không thé di qua Khi thử nghiệm đẻ kiểm
tra độ thấm ion clorua trên những loại bê tông này, người ta thấy rằng các ion clorua
khuếch tán chậm hơn 10-50 lần so với những loại bê tông sử dụng tỉ lệ W/C cao
Thực tế cho thay bé tong str dung ti 1¢ W/C thấp ít nhạy cảm với các nguyên nhân gây
giảm độ bền của bê tơng như sự hịa tan, tấn cơng hóa học từ bên ngoài và các tác động có hại khác Các báo cáo cũng chỉ ra rằng cốt thép trong bê tông cốt thép khơng bị ăn mịn nếu lớp bê tông bảo vệ sử dụng tỉ lệ W/C rất thấp Từ đây ta thấy rằng cách tốt nhất để bảo
vệ cót thép khỏi sự ăn mòn là sử dụng tỉ lệ W/C thấp và chiều dày bê tông bảo vệ đầy đủ, thay vì sử dụng tỉ lệ W/C cao và sau đó bảo vệ thép bằng cách phủ epoxy
Trên thực tế, trong nhiều năm, gần như không thể giảm tỉ lệ W/C xuống dưới 0,4 Tình trạng này đã thay đổi trong 15 năm qua với sự ra đời của phụ gia hóa dẻo Việc sử
Trang 22dụng phụ gia siêu dẻo đã làm nên cuộc cách mạng về công nghệ và khoa học trong sản
xuất bê tông bền do giảm được tỉ lệ W/C Các phụ gia siêu dẻo hiện đại ngày nay có thể
giảm tỉ lệ W/C xuống 0,25 hoặc thậm chí thấp hơn 0,20 Công nghệ này là sự đột phá, kết hợp với việc sử dụng muội silic và các chất kết dính phụ thêm, đã hình thành nên
một thế hệ bê tông cường độ cao mới, và thường được gọi là bê tơng siêu tính năng
(siêu bền)
2.3.3 Thấm thấu
Một điểm quan trọng đáng xem xét là tính thẩm thấu của bê tơng vì sẽ nó tác động
lớn và trực tiếp vào độ bên
Thẩm thấu của vữa xi măng:
Độ thẩm thấu là rất nhỏ nếu vữa xi măng không bị nứt Khi tỉ lệ N/X < 0.4 thì có thé coi độ thẩm thấu bằng 0 Khi tỉ lệ N/X đến 0.7 thì hệ số thẩm thấu có thể tăng 100
lần và đạt tới con số 120.10''“m/s Do đó nhiều tiêu chuẩn đã quy định tỉ lệ N/X tối đa
là 0.45 (TCN 272-05) Hiện nay các tiêu chuẩn đều kiến nghị sử dụng tỉ lệ N/X là 0.4
trong các thiết kế kết cấu có xét đến độ bền
Độ thắm nước của bê tông
Độ thắm nước và thể tích lỗ rỗng được thí nghiệm theo ASTM C 642
Độ thấm nước được mô tả theo định luật Darcy như sau:
OL AH Trong đó: k- Hệ số thấm, m/s; Q - Tốc độ giòng, mỶ/s; A - Diện tích bề mặt, m’;
L - Độ sâu của mẫu, m;
H - Chiều cao cột nước, m
Độ thấm nước phụ thuộc vào tỉ lệ N/X, thành phần của bê tông Bê tông khơng có hiện tượng thâm nước khi tỉ lệ N/X < 0.3
Dưới tác dụng của hơi nước áp suất cao thúc day su két hợp của Ca(OH); và muội silic tạo CSH làm cho bê tơng có khả năng tự lành vết nứt
Liên hệ giữa thẩm thấu, thay đổi thể tích và vết nứt:
_ Khả năng thẩm thấu, thay đổi thể tích và nứt bê tông sẽ dẫn đến suy giảm độ
bền của bê tông và kết cấu bê tông Độ thấm của bê tông thường được coi là các
nguyên nhân chính của sự giảm độ bền Nhưng thực tế, sự thay đổi thể tích diễn ra
trong những loại bê tông không thấm nước do nhiệt hydrat hóa hoặc phản ứng bên
trong cũng có thể ảnh hưởng đến độ bền của bê tông Những vết nứt nhỏ trong khu
Trang 23vực chuyển tiếp, ngay cả khi bê tông ban đầu không thấm, có thể bắt đầu chu kỳ suy
thoái trong quá trình đỗ bê tơng Vì vậy, ba yên tố, đều có ảnh hưởng đến độ bền
của bê tông và kết cấu bê tông
Trong các nghiên cứu về độ bền của bê tơng, người ta có thể đi qua con đường thẩm thấu, thay đổi thể tích hoặc nghiên cứu các vết nứt Bằng cách làm theo bất kỳ
một trong những cách trên, có thể nghiên cứu về toàn bộ các khía cạnh của độ bền của
bê tông Ở đây, chúng ta sẽ nghiên cứu theo khía cạnh "vết nứt trong bê tông" để thảo luận và mô tả các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến độ bền của bê tông
2.4 Các yếu tố gây nứt trong bê tông 2
Neville đã tổng hợp và đưa ra bảng trình bày về các loại vết nứt cũng như nguyên
nhân gây ra từng loại vết nứt (Bảng 2.1), đồng thời chỉ rõ vị trí mà từng loại vết nứt có khả năng xuất hiện (Hình 2.3)
Theo các nghiên cứu của Mercer LB về phân loại vết nứt bê tông đã từng bước và mô
tả các vết nứt trong bê tơng có ảnh hưởng như thế nào đến độ bền của bê tông bảng 2.2
Bảng 2.1 Phân loại vết nứt và nguyên nhân gây nứt
Các - Nguyê Nguyê Biện Thời loại £ Ký a Vi tri/phan a Loai kk nhan thir guyen nhan Buyến pháp = gian £ vet hiéu vung kêt cau nhất thứ hai sửa xuat nirt wal | chữa hién
A Quá nhiều cốt | Mặt cắt
théi P cao Điều id
& Fie 8 5 Đỉnh Do tách kiệnco | Giảm sự | 10 phút
L B ệ ự |10p
n Hiệu ứngvịm Ï cặt Í nước quả | ngốtkhổ | tích | đến3
Be ak Ranh mức sớm nước giờ c Thay doi chiéu xã bên nhanh
dài có gờ in D Nghiêng/đường | Mặt và
chéo bản
Bản bê | Khô sớm
RO tôn nhanh
Co E Ngâu nhiên cất, Tách Cải thiện 30 phút
BÀ thép nước dưng ở đên 6
Bản be | Khô sớm thap | ni sạm | 2°
p | Quánhiều cốt | tông |, nhanh thép cốt hoặc thép
thép gần bề
mặt
Trang 24
Các Nguyên | Nguyên Biện Thời loại Ký Vi tri/phan Loai Buyer euy phap gian
& tê % kek nhân thứ nhân - &k
vet hiệu vùng ket cau k eins sửa xuât
7 nhat thir hai > xe
nứt chữa hiện
Co G Hạn chế bên Tường Nhiệt tạo Giảm 12
ee ngoai day ra lớn 4 4
nhiệt ở Lạnh nhiệt ngày
tuổi Hạn chếbên | Bản Tưng nhanh | hoặc giữ | hoặc 3
sớm | H trong dây | THIẾU để lớn nhiệt | tuần Giảm Một
Co hà Sẽ
ngót Tường Mắi nối Ặ I am ve
khô | I Sotảa | mắphẹp | C580, TA |
đài mỏng lực vượt quá | nước; cải hoặc
hati thiện bảo | nhiêu
7 dưỡng tháng
„ Ván 1-7
Chống lại ván ` khuôn Cải thiện | ngày
J a T 2 ả :
Buổi khuôn ườnE | không | Ba | lácbảo | thỉnh
ú thấm | đưỡng | qưỡng và | thoả
nứt kém lưỡng và oảng
nhỏ K Lớp mặt bê : Ban ‘ Trát bang kết thúc | nhiều h
tông tay ion
Ke Cacbonat Tư bên Bê tông = la
mòn Cột và | Pe chất euyen | Hon 2
cét te Cc sdim | vệ không | tuong nhân | năm
5 lorua phù hợp Y được liệt
thép kém ké -
Phan Loại trừ
ứng ., | Phản ứng nguyên
kiểm | M Ậ ViEÍ | kiềm cốt am 4 niin | = a nam
côt liệu được liệt
liệu kê
Loại trừ
Bon Sử dụng | nguyên denn
noch | N Ban kim loại | được liệt | SP bàn xoa | nhân | đc"
kê xúc
i Giam
.,, | Dong tan 2
Vết VI tÍ | băng, phá Kích | Hon 10
nứt D P biên hủy cốt thước cua ban te iệu của côt liệu a as
Trang 25
đo kéo uốn Các vất sứt — “Các vết nứt tạt vị trì mối nốt Viết nứt do ri cot thép Hình 2.3 Sơ đồ vị trí các loại vết nứt
Bảng 2.2 Phân loại các nguyên nhân gây nứt
Co ngót dẻo
Nứt bê tông Trước khi đông Khô Biến dạng co ngót
cứng Dềnh nước Xử lý bề mặt không kịp Dịch chuyên ván Kết cầu khuôn Đầm quá mức Biến dạng đất nền Hoàn thiện kém
Vật liệu không bền Xi măng
Sau khi đông cứng Cốt liệu
Nhiều bùn, đất
Co ngót nhiệt lâu
ngày
Nhiệt | *nive bydrat noaa | Nhiệt hydrat hóaa
Nhiét bén ngoai
Mối nối bê tông
Trang 26
Nhiệt độ tăng Đóng băng Các bước làm ấm Chuyển vùng Sinh học Thiết kế cầu trúc chưa hiệu quả
Hóa học Tần công sulfat
Kiềm cốt liệu
Tan cong a xit
Tan céng Clorua
Tân công nước biên
Cacbonat hóa Cốt thép bị ăn mòn
Hiện tượng nứt của bê tơng có thể xảy ra trước và sau khi bê tông đông kết Các nguyên nhân chính gây ra vết nứt có thể là do thừa nước, xử lý bảo dưỡng chậm trễ,
đầm rung quá mức, hoàn thiện kém, thời tiết quá lạnh hoặc quá nóng, chất lượng vật
liệu kém
Co ngót và từ biến cũng là nguyên nhân gây ra vết nứt của bê tơng Trong đó co ngót dẻo, co ngót khơ, nhiệt do co ngót, chênh lệch nhiệt độ ở trong và ngoài khối bê tông cũng là nguyên nhân gây nứt cho bê tông Cấu tạo của mối nối, thiết kế đủ cốt
thép là vấn đề cần phải đặc biệt chú ý trong thiết kế đảm bảo độ bền
2.5 Độ bền hoá học
Khi chịu tác động của mốt số loại chất hóa học, bê tơng có thể bị thay đổi về thể
tích và do đó gây nứt cho bê tông Các tác động hoá học chính gây nguy hại cho bê tông là:
- _ Ảnh hưởng của carbondioxide gây cacbonat hố và ăn mịn - Tac động của axit
Tác động của ion clo thông qua sự khuếch tán ion clo và gây ăn mòn cốt thép Tác động của sunphat và ăn mòn
Các phản ứng kiềm cốt liệu làm mắt ổn định thể tích tạo ra vết nứt và ăn mòn,
Trang 272.5.1 Sự tấn công của sulfat
Sự tấn công của sulfat vào bê tông thông thường sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra các sản phẩm mới làm gia tăng thể tích và qua đó gây ra các vết nứt trong bê tông làm cho bê tông bị hư hại Sự tấn công sulfat xảy ra khi bê tông tiếp xúc trực tiếp với đất hay nước ngằm chứa ion sulfat hoặc trong bản thân bê tông tồn tại sẵn các ion sulfat Có ba loại hình ăn mòn sulfat chủ yêu:
An mon sulfat cô điển: Tạo thành ettringite gây trương nở thể tích, phản ứng này do bê tông tiếp xúc với ion sulfat từ môi trường bên ngồi (tấn cơng sulfat ngồi) có thể từ đất hoặc nước ngầm có chứa ion sulfat Hình thức ăn mòn sulfat cổ điển được đặc trưng bởi phản ứng hóa học sau
3CaO.AlạO¿ + 3CaSO, (aq) = 3CaO.A1,03.3CaSO,.32H,0 (ettringite)
Các yếu tố chính ảnh hưởng tới ăn mòn sulfat cổ điển * Nong độ sulfat;
* Khả năng hòa tan của sunfat; + Nước ngầm di chuyển; + Tính thấm của bê tơng;
s Chu kỳ ướt và khô;
s Bốc hơi;
+ Mức độ cacbonat hóa trước khi tiếp xúc
An mon sulfat thaumasite (TSA): Xay ra & nhiét 46 thấp, là sự kết hợp giữa tấn công sulfat và sự có mặt của cacbonat Nhiệt độ có thể hình thành thaumasite là dưới
15°C va lý tưởng nhất là ở 5°C Phản ứng hóa học sự hình thành thaumasite
3Ca?* + SiO?” + CO?” + SO2” + 15H,O — 3CaO.SiO,.CO,.SO,.15H,O
Các yếu tố chính ảnh hưởng tới ăn mòn thaumasite
+ Nong độ sunfat và/hoặc sunfua trong lòng dat;
* Nước ngầm chuyển động;
* Sự hiện diện của cacbonat;
* Nhiệt độ thấp
Sự hình thành etrigite muộn (DEF): ettringite hinh thành do phản ứng của một số
Trang 28cao Nó khơng ổn định ở nhiệt độ vượt quá khoảng 70°C Nhiệt độ cao hơn có thể xuất
hiện trong thời gian bảo dưỡng bê tông khối lớn hoặc thông qua hơi nước nóng dùng để bảo dưỡng Trong một số trường hợp cụ thể ettringite khơng hình thành Sulfat thay vì hấp thụ calcium silicate hydrate, hình thành một lượng nhỏ của monosulfat và một số
có thể đi vào dung dịch trong dung dịch lỗ rỗng Hàm lượng oxit nhôm của calcium
silicate hydrat cũng trở nên tăng cao Các pha này không ôn định ở nhiệt độ môi trường
xung quanh Vì vậy, khi bê tông hạ nhiệt độ, tinh thể ettringite có thể bắt đầu hình thành trong cấu trúc hồ Điều này chỉ xảy ra trong bê tông ướt Sự giãn nở hồ xi măng có thể dẫn đến sự hình thành vết nứt sau đó Hobbs (1999b) báo cáo rằng các vết nứt
thường có chiều rộng đồng nhất và tỉ lệ theo chiều rộng với các hạt cốt liệu hợp ở chung quanh Các vết nứt có thể lắp đầy bởi ettringite
Sự xuất hiện khả năng hình thành ettringite muộn được xác định trên nhiệt độ trong
quá trình hydrat hóa và độ ẩm sẵn có trong sử dụng
Các yếu tô ảnh hưởng chính tới sự hình thành ettringite muộn là:
* Nhiệt độ khơng khí trong q trình hydrat hóa;
* Kích thước và dạng của khối đỗ; * Hàm lượng xi măng;
* Hóa học và độ mịnxi măng
Nhìn chung để ăn mịn sulfat có thể xảy ra thì nồng độ sulfat phải đạt một ngưỡng giới hạn nào đó, 1000PPM được coi là mức độ nghiêm trọng vừa phải và 2000PPM được cho là rất nghiệm trọng, đặc biệt nếu muối M,SO„ chiếm ưu thế
LU a as th
Hình 2.4 Ăn mịn sulfat cổ điển Hình 2.5 Ăn mòn thaumasite
Trang 29Để khắc cải thiện chất lượng bê tông trước tấn cơng sulfat có một số biện pháp sau:
- Sử dụng xỉ măng bên sulfat
- Giảm tỉ lệ N/CKD
- Tao bot khi
- Sử dung chất độn mịn hoạt tính pozzolanic
- Bảo dưởng bằng hơi nước áp lực cao - Sử dụng xi măng giàu nhôm
2.5.2 Phản ứng kiỀm-cốt liệu
Phản ứng kiềm cốt liệu (alkali-silica reaction - ASR), được biết đến như là “ung thư của bê tông”, là một phản ứng hóa học xảy ra trong bê tông giữa hồ xi măng có độ kiềm cao và các tỉnh thể silic vơ định hình có trong cốt liệu khi có mặt của độ a âm Phản ứng này gây ra trương nở thể tích của cốt liệu bang việc hình thành gel C-S-H nở Sản phẩm này sẽ gia tăng thể tích so với sản phẩm gốc khi có mặt của nước và gây ra áp lực trong vật liệu dẫn tới lực ép và làm suy giảm cường độ của bê tông cuối cùng làm cho bê tông bị hư hại
Phản ứng kiềm cốt liệu có thể gây ra các vết nứt nghiệm trọng trong bê tông, thể
hiện trên các hư hại kết cấu và đôi khi dẫn tới phá hoại một phần cơng trình Phản ứng
này xảy ra theo hai giai đoạn
Giai đoạn 1: Kiềm + Silic hoạt hóa — Gel kiém-silic
Giai đoạn 2: Gel kiềm - silic + hơi 4m — San pham trương nở thể tích
Hiện tượng này lần đầu tiên được đề cập tới trong cá nghiên cứu được công bố trên tạp chí Stantan vào năm 1940,từ đó đến nay, qua nhiều nghiên cứu chứng minh phản
ứng này đã được công nhận là một trong những nguyên nhân chính gây nứt bê tông Những phản ứng này được được gọi là kiềm-silic xảy ra đưới điều kiện thuận lợi của
độ ẩm và nhiệt độ gây ra các lỗ rỗng và vết nứt Chiều rộng vết nứt khoảng từ 0,1 mm
đến 10 mm
Hiện tượng này được xem như là một trường hợp hiếm vào năm 1940 thì ngày nay đã được công nhận là một trong hiện tượng phổ biến Cốt liệu dùng trong bê tông xỉ măng cần được thử nghiệm để phát hiện xu hướng của phản ứng kiềm-cốt liệu
Khi các nhà cong nghé bé tong hiện nay lưu ý ý hơn về ASR, nhà sản xuất xỉ măng đã chú ý hơn về hàm lượng kiềm nhằm hạn chế ASR Thường thì hàm lượng kiềm được khống chế nhỏ hơn 0,6% theo khối lượng xi măng Hàm lượng kiềm khoảng
0,6% có thể được coi như một chỉ số cao của xi măng kiềm
Người ta đã chỉ ra phản ứng kiềm-silic diễn ra khi nồng độ ‹ của ion OH' cao, và giá
Trang 30lượng kiềm của xi măng Xi măng kiềm có thể dẫn đến độ pH trong khoảng 13,5-13,9
và xi măng hàm lượng kiềm thấp có độ pH khoảng 12,7-13,1 Sự gia tăng độ pH là 1,0 đã làm tăng gấp 10 nồng 46 ion OH’ Do dé xi măng có nồng độ kiềm thấp sẽ có giá trị độ pH thấp và được xem là an toàn để chống lại các phản ứng với cốt liệu
Kiềm không chỉ đến từ xi măng mà cịn đến từ cát có chứa natri clorua, phụ gia, nước trộn, xâm nhập của nước biển, tro bay, xỉ lò cao và muối làm tan băng được trộn lẫn vào bê tông Tiêu chuẩn của Anh 5328: phần 1: 1091 quy định hàm lượng kiềm tối da 3,0 kg trong 1 mỶ bê tông
2.5.3 Tấn công của axit
Bê tông xi măng Portland khi chịu tác động của axit thì các thành phần của nó sẽ bị
từ từ hòa tan hoặc nhanh chóng bị tan rã Tốc độ gây hư hại thì phụ thuộc vào loại và
nồng độ axit Một số axit, chẳng hạn như axit oxalic và axit photphoric thì vơ hại
Thành phần dễ bị tổn thương nhất của xi măng đã thủy hóa là Ca(OH);, nhưng CSH
cũng có thể bị tấn cơng Cốt liệu có nguồn gốc silic thì bền với axit hơn so với cốt liệu có
nguồn gốc bazơ Bê tơng cũng có thể bị tấn công bởi các chất lỏng có giá trị pH nhỏ hơn 6,5 Khi chất lỏng có độ pH nhỏ hơn 5,5 thì tác hại của nó đối với bê tơng sẽ nghiệm trọng
Với dung dịch có độ pH dưới 4,5 thì tác hại của nó khi tiếp xúc với bê tông là rất nghiêm
trọng Khi bê tông bắt đầu tiếp xúc với axit, các thành phần của bê tông sẽ dần dần bị hòa
tan, cuối cùng sẽ bị phá hủy và rửa trôi đi Đặc biệt, khi bê tông bị axit sulfuric tấn công,
calcium sulphatehình thành sẽ phản ứng với canxi aluminate trong xi mang dé tạo thành canxi sulphoaluminate, các tỉnh thể này có thể gây ra sự giãn nở và co ngót của bê tông Nếu các axit hoặc muối hịa tan có thể tiếp xúc với cốt thép thông qua các vết nứt hoặc lỗ
rỗng trong bê tông, hiện tượng ăn mòn cốt thép sẽ xảy ra
2.5.4 Bê tông trong nước biển
Số lượng lớn các kết cấu bê tông cốt thép tiếp xúc với nước biển trực tiếp hoặc gián
tiếp Các kết cầu bê tông cốt thép vùng biển sẽ chịu nhiều tác động vật lý và hóa học đồng thời dẫn tới bị suy thối Các tác động có thể là ăn mòn clorua trong cốt thép, đóng băng và tan băng, muối, thời tiết, mài mịn bằng cát, sóng biển, thủy triều v.v
Nước biển thường chứa 3,5 % muối theo trọng lượng Nông độ ion của Na” và CI"
tương đối cao, lần lượt là 11.000 và 20.000 mg / lít Nước biển cũng chứa Mg?” và
SO/?, với nồng độ lần lượt là 1400 và 2700 mg / lít Độ pH của nước biển thay đổi từ
7,5 đến 8,4 Giá trị trung bình đo được là 8,2 Ngoài ra trong nước biển cũng chứa một
hàm lượng CO; nhất định
Chúng ta đã biết răng magnesium sulphate phản ứng với hydroxitcanxi trong xi
măng Portland để hình thành sulfat canxi, đồng thời kết tủa hydroximagié MgSO, cũng sẽ phản ứng với canxi ngậm nước aluminate để hình thành canxi sulphoaluminate
Những phản ứng trên đều chủ yếu là do sự tắn công hoá học từ nước biển vào bê tông
Dễ dàng quan sát thấy rằng sự suy thối của bê tơng trong nước biển thường không
Trang 31phải do sự co ngót thường thấy trong bê tông khi tiếp xúc với sulphate, mà nghiêng về
sự sự xói mịn, mắt mát của các thành phần từ khối lượng gốc của bê tông
Nói chung, trong bê tơng sẽ xảy ra nhiều phản ứng hóa học đồng thời khi chịu tác động của nước biển Khi lượng bê tông không quá lớn tiếp xúc với nước biển sẽ dễ bị hòa tan hơn là bị giãn nở, trong khi đó cấu trúc lớn như bức tường, bến cảng có chịu ảnh hưởng của sự giãn nở Tỉ lệ tấn cơng hóa học là khá cao ở các vùng ôn đới
Kinh nghiệm cho thấy bê tông ở mực nước tiếp xúc (vùng thủy triều, sóng vỗ) thì chịu sự tấn công nghiêm trọng nhất của nước biển Tại mực nước thấp và cao thì ít bị ảnh hưởng, các bộ phận bên dưới mực nước tiếp xúc thì chịu ảnh hưởng ít nhất Muối kết tỉnh ở phần bê tông ở mực nước cao là nguyên nhân gây ra sự thối hóa của bê tông
Nước biển thấm vào bê tơng chính là ngun nhân của sự ăn mòn của cốt thép Các
sản phẩm ăn mịn có thể tích lớn vật liệu mà chúng thay thế, do vậy sẽ gây ra áp lực
làm giảm độ bền bê tông cốt thép
Nước biển thường chứa một lượng nhất định bùn cát đặc biệt là phần nước cạn
Các chuyển động của làn sóng mang theo cát sẽ mài mòn bê tông Tác động cơ học của sóng biển cũng góp phần làm giảm độ bên của bê tông
Từ các luận điểm nói trên, các nhà khoa học đã đưa ra một số biện pháp để cải thiện độ bền của bê tông trong nước biển Ngoài loại xi măng với hàm lượng CA thấp, thì cần sử dụng bê tơng có tỉ lệ N/X thắp Bê tông với tỉ lệ N/X thấp sẽ làm cho bê tông
không thấm nước, và cũng có rất ít lỗ hỗng mao mạch không giữ nước, để tránh giãn nở do đóng băng hoặc kết tỉnh muối Cung cấp chiều dày lớp bảo vệ đủ lớn là một điểm quan trọng để tăng độ bền của bê tông cốt thép Sử dụng vật liệu pozzolanic cũng là rất cân thiết đề gia tăng độ bên cho bê tông trong nước biển Cải thiện vị trí mối nối, khớp nối cũng là những điểm giúp nâng cao độ bên của bê tông trong nước biển Đối với các cấu kiện đúc sẵn, việc bảo dưỡng bằng hơi nước áp lực cao cũng giúp cải thiện rõ rệt
độ bền của cấu kiện bê tông cốt thép
2.5.5 Hiện tượng Cacbonat hóa
Vật liệu bê tơng thì phần lớn đều tiếp xúc với mơi trường bên ngồi Do đó nó chịu
tác động từ CO; có trong khơng khí Nồng độ khí CO; trong khơng khí ở các vùng nơng
thơn có thể chiếm khoảng 0,03 % theo khói lượng, ở các thành phố lớn hàm lượng có thể
lên đên 0,3 % và đặc biệt nó có thể lên tới 1,0 % tại các vùng ơ nhiễm Khí này khi gặp
nước sẽ tạo thành một axit yếu có công thức H;CO; Giá trị pH trong dung dịch lỗ rỗng
của bê tơng nói chung dao động từ 12,5-13,5 tùy thuộc vào hàm lượng kiềm trong xi măng Độ kiềm cao tạo thành một lớp mỏng xung quanh cốt thép và bảo vệ nó khỏi tác
Hi, của ôxy và nước Khi thép được đặt trong một mơi trường có độ kiềm cao, nó sẽ
ơng ăn mòn Điều kiện như vậy được gọi là điều kiện thụ động
Các ion cacbonat của axit HạCO; sẽ tấn công vào thành phần vùng đá xi măng để
Trang 32tạo thành pha rắn can xi cacbonat hoặc CaCO; gây co Ngoài ra độ pH trong dung dịch
lỗ rỗng giảm từ 13 sẽ được giảm xuống còn khoảng 9,0 và có thể xuống tới 8,3 Với giá trị độ pH thấp, các lớp bảo vệ thụ động bị loại bỏ và thép sẽ bị ăn mịn
Sự cacbonat hóa của bê tông là một trong những lý do chính gây ra ăn mòn cốt
thép Tat nhiên, ôxy và độ ẩm là những thành phần khác dẫn đến sự ăn mòn của thép Tốc độ cacbonat hóa phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Độ ẩm tương đối
- Tỉ lệ N/X
- Tinh thấm của bê tông
- Điều kiện che phủ bê tông
- Chiều dày bảo vệ
- Thời gian
Bảng 2.3 Độ sâu cacbonat theo thời gian
Thời gian (năm) Độ sâu cacbonat (mm) C40
2 0.5 5 1.0 10 2.0 50 4.0
Hiện tượng cacbonat phụ thuộc rất lớn vào độ ẩm, với độ 4m tương đối thấp thì CO; vẫn cịn ở dạng khí và khơng phản ứng với xi măng Để cacbonat xảy ra thì độ âm
từ mơi trường bên ngồi là cần thiết Tốc độ cacbonat hóa nhanh nhất xảy ra ở độ ẩm
tương đối từ 50 đến 70% Bê tông càng đặc chắc (độ thấm nhỏ) thì càng bền với
cacbonat, do vậy bê tông với tỉ lệ N/X càng thấp thì càng bền trước tác động của CO¿
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ càng lớn thì CO; càng khó thâm nhập Bảng 2.4 Mối quan hệ giữa tỉ lệ N/X, và thời gian
để Cacbonat hóa đạt độ sâu cho trước
Trang 33
Tile NIX Độ sâu (mm)
15 20 3ã 30 0,60 16 29 45 65 0,65 13 23 36 52 0,70 11 19 30 43
Thời gian tính bằng năm để cacbonat hóa
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định chiều sâu cacbonat hóa đã được trình bày trong RILEM CPC-18, TCVN, Tiéu chuẩn ACI SP-145 Chúng bao gồm các chỉ số acid/base, phân tích khống vật, phân tích nhiệt sai, phân tích nhiệt trọng, nhiễu xạ X-quang, chụp X- quang nơtron, quang phổ hồng ngoại, và phân tích hóa học Phương pháp đơn giản nhất để là sử dụng chất chỉ thị phenolphtalein axit/base Phenolphtalein được quét lên bề mặt bê tông vừa được cắt nếu bê tông chưa bị CO; tấn công, sẽ hiện ra màu hồng Nếu bê tông bị cacbonat hóa, nó sẽ giữ nguyên không màu
Để mô tả hiện tượng cacbonat hóa trong bê tơng thì nhiều mơ hình tốn học đã được đề xuất cho cả hiện tượng cacbonat hóa trong tự nhiên và mô phỏng trong phịng thí nghiệm Đa phần các mơ hình tốn học đều dựa trên định luật Fick và cho răng chiều sâu cacbonat hóa thì tỉ lệ thuận với căn bậc hai của thời gian tiếp xúc Và năm
1928 Uchida và Hamada đề xuất công thức
x=Kyt
Trong do:
x = Độ sâu của cacbonat hóa (mm)
Với N/X = 0.45 với t= 15 nam thi x = 15mm
k=Hệ số cacbonat hoá phụ thuộc vào hệ số khuếch tán ion CO; của bê tông, dự trữ
độ kiềm, nồng độ carbondioxide và điều kiện tiếp xúc (mm/năm?”) Thông thường hệ
số K=3 - 4 mm/năm?Š,
2.5.6 Sự tấn công của clorua
Tác động của ion clorua tới bê tông là một vấn đề rất quan trọng cần được xem xét
khi chúng ta nghiên cứu về độ bền của bê tông Tác động từ clorua là đặc biệt quan
trọng đo nó chủ yếu gây ăn mòn cốt thép Các báo cáo thống kê chỉ ra rằng hơn 40% sự
hư hại của kết cấu bê tông cốt thép có nguyên nhân là do cốt thép bị ăn mịn
Trong bê tơng lành mạnh thì dung dịch lỗ rỗng có một độ dự trữ kiềm cao qua
đó tạo ra một lớp ôxit bảo vệ (lớp thụ động) trên bề mặt của cốt thép Lớp vỏ này có
thể bị mắt đi khi bê tơng bị cacbonat hóa, hoặc do sự hiện diện của clorua cùng với
nước và ôxy Trên thực tế nguyên nhân chính gây ra ăn mịn cốt thép trong tự nhiên
chủ yếu đến từ ion clorua Các sulphates chỉ tấn công bê tông trong khi clorua chủ
yếu tấn công cốt thép
Trang 34Clorua trong bê tơng có thể có được cung cấp từ xi măng, cốt liệu hoặc nước nhào trộn Ngồi ra Clorua có thể thâm nhập vào bê tông từ môi trường thông qua hiện tượng khuếch tán Các tiêu chuẩn trước đây quy định hàm lượng clorua tối đa trong xi măng là 0,05 % Nhưng hiện nay hàm lượng clorua cho phép trong xỉ măng đã tăng đến 0,1 %
Căn cứ vào nồng độ clorua có trong bê tơng, người ta có thể đánh giá nguy cơ ăn mòn cốt thép trong bê tông Theo tiêu chuẩn EN 206.1 tùy thuộc vào hàm lượng clorua có trong xi măng người ta phân ra các nguy cơ gây ăn mòn như sau (BROWNE -1982):
-_ Nguy cơ thấp: ít hơn 0.4% Clorua so với khối lượng xi măng _~_ Nguy cơ trung bình: từ 0.4-1% Clorua so với khối lượng xi măng
- Nguy co cao: >1% Clorua so với khối lượng xi măng
Để mô tả hiện tượng tấn công của ion clorua vào bê tông người ta sử dụng mơ hình được đề xuất bởi Tuutti Để đơn giản hóa sự xâm nhập của ion clorua vào trong bê tông được đánh giá thông qua quá trình khuếch tán một chiều tuân theo định luật khuếch tán thứ hai cua Fick, khi nồng độ clorua C(x, t) thay đổi theo vị trí x và thời gian t như sau:
2, ôC_pổC at x? C, x a P———= CDF Trong đó:
Cx: là nồng độ clorua ở chiều sâu x và tại thời điểm t (%);
Cs: là nồng độ clorua trên bề mặt (%); D: là hệ số khuếch tán clorua (m?/$);
t: là thời gian phơi nhiễm (năm);
erf: là hàm sai số
Sau khi xác định được các thông số C,, Cs va D bang thực nghiệm thì ta có thể xác định được t đề dự báo tuôi thọ thiệt kê của cơng trình
t= Trong đó:
A = 1.8 néu Cs = 3% theo khối lượng của xi măng A =2.65 nếu Cs = 4% theo khối lượng của xi mang
Hệ số khuếch tán D được xác định bằng các thực nghiệm hoặc xác định gián tiếp
thông qua phương pháp đo điện lượng ASTM C1202
Hệ số D cũng có thể được xác định thông qua tỉ lệ N/X theo phương trình thực
nghiệm đề xuất bởi Hobbs và Matthews (1998) như sau:
Trang 35Deg = 0.04(1166""*) x 107?
Ví dụ với xi măng Poóc lăng thì D = 1.10"? m’/s Tác gid Polder va Hug (2000) xac
định được D = 3.10'2 m?/s với xi măng Poóc lăng sau 30 năm trên cầu Siemes và các
đồng nghiệp năm 1988 cho rằng với bê tông dùng xi măng Poóc lăng thì D = 1,5.102
m2/s; D = 0,75.10'? m⁄s với bê tông dùng xỉ, D = 0,3.10'? m?/s với bê tông dùng nhiều tro bay Với bê tông cường độ cao (8% muội silic) thì trị số D = 1.10”? mỶ⁄s Với
bê tơng UHPC thì D = 1.107? m’/s
Hệ số khuếch tán D còn phụ thuộc vào hàm lượng và loại chất kết dính phụ Việc
bổ sung muội siliccó thể giảm đáng kể trong tính thấm của bê tơng và hạn chế việc
khuếch tán Life 365 đưa ra công thức thực nghiệm mối quan hệ giảm hệ số khuếch tán cho bê tông sử dụng muội silic như sau:
Dep = Dyce 5 F (m?/s)
Trong đó:
Degg: Hệ số khuếch tán trong bê tơng có muội silic;
Dạc: Hệ số khuếch tán trong bê tông không có muội silic; SF: Phần trăm muội silic
SF = Mgg/ (Mc+ Msr)
Mg và Mẹ là khối lượng silica fame và khối lượng xi măng trong 1mỶ bê tông Hàm lượng clorua cần thiết để gây ra ăn mòn phụ thuộc vào độ pH của dung dịch lỗ rỗng trong bê tông Khi độ pH nhỏ hơn 11,5 ăn mịn có thê xảy ra mà không cân có
sự xuât hiện của ion clorua Tại giá trị pH lớn hơn 11,5 đê hiện tượng ăn mịn có thê
xây ra thì cân hàm lượng lớn ion clorua Vì vậy giới hạn hàm lượng clorua gây ăn mịn
thì phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch lỗ rỗng Clorua có thể tồn tại trong bê tông ở
dạng khơng hịa tan hoặc dưới dạng dung dịch Phân clorua ở dạng dung dịch mới dân đên sự ăn mịn cơt thép
Ăn mòn của thép (Chlorua gây r4)
Ăn mòn của thép trong bê tông là một q trình điện hóa Khi xuất hiện một sự
chênh lệch điện thế đọc theo cốt thép trong bê tơng, thì một cặp pin điện hóa sẽ xuất
hiện Trong thép, một phân sẽ trở thành cực dương và phần khác sẽ trở thành cực âm,
chúng được kết nôi dung dịch điện phân trong lỗ rỗng của bê tông
Các phản ứng tại anot và catote được mô tả như hình 2.6 Phản ứng a-nốt
Fe = Fe?' +2e-
Fe™ + 2 (OH) = Fe (OH); (sit hydroxit)
Trang 36Phản ứng ca-tốt
4e-+ O; + HạO =4 (OHY
} | Gut L>*-2xe0,250 | 2Fe(OH), => clactrolyte a Oo if “iii 4(OHY 2HO = senna _c—S clcetrode electrode [—) - ⁄ˆ fo oa |
Hình 2.6 Mơ hình đơn giản mô tả quá trình ăn mịn
Lưu ý rằng khơng có sự ăn mịn xảy ra khi bê tông khô hoặc khi độ ẩm tương đối nhỏ hơn 60% Hơn nữa hiện tượng ăn mịn cũng khơng diễn ra nếu bê tơng là hồn tồn chìm trong nước do trong nước hàm lượng O; rất thấp Độ 4m tương đối tối ưu cho sự
ăn mòn là 70 đến 80%
Các sản phẩm của quá trình ăn mịn (gì) có thé tích lớn gấp sáu lần thể tích ban đầu của thép tùy thuộc vào trạng thái ơxy hóa Việc nở về thẻ tích sẽ gây ra luc day trên dấn
tới bê tông sẽ xuất hiện các vết nứt, biến dạng hoặc tách lớp bê tông (xem hình 2.5) Do
các tác động nêu trên, bê tong sé mat đi chất lượng ban đầu của nó, tiết diện mặt cắt ngang của cốt thép dần dần giảm dẫn tới kết cấu bê tông cốt thép dần dần bị suy thối
Hình 2.7 Các dạng vết nứt và tách lớp bê tông do gï thép
Trang 37Kiểm sốt ăn mịn:
Từ khảo sát thực tế và nghiên cứu cho thấy, 40% hư hại của các cơng trình xây dựng là do sự ăn mòn của cốt thép ở trong bê tơng Do đó tăng cường kiểm soát sự ăn mòn của cốt thép là một chủ đề hết sức quan trọng
Trước hết để hạn chế sự ăn mòn cốt thép, cần cải thiện chất lượng lớp bê tông bảo vệ Đây là một chủ đề nghiên cứu lớn liên quan đến các nguyên tắc của việc lựa chọn thành phần, các bước trong công nghệ sản xuất bê tông Đề tăng chất lượng bê tơng thì việc hạ thấp tỉ lệ N/X là một trong những yêu cầu tiên quyết, tuy nhiên việc này sẽ dẫn tới thi cơng khó khăn và sẽ phải dùng tới phụ gia siêu đẻo Khi bê tông giảm được tỉ lệ N⁄X thì sẽ giảm được độ thâm thấu tuy nhiên điều này vẫn là chưa đủ để tăng độ bền của bê tông, việc sử dụng cac chất kết đính phụ thêm như tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn,
muội silic sẽ cải thiện một số tính năng của bê tông và hạn chế ăn mòn cốt thép
Một số biện pháp khác để hạn chế sự ăn mòn của cốt thép trong bê tông
- Phuong pháp luyện kim: Thép có thể có khả năng chống ăn mòn cao hơn bằng cách thay đôi cầu trúc của nó thơng qua quá trình luyện kim
- Sử dụng chất ức chế ăn mịn: Ăn mịn có thể được ngăn chặn hoặc trì hỗn bằng cách sử dụng một số hóa chất ức chế ăn mòn như nitrit, phét phat, benzoates v.v Trong số các chất ức chế, các phụ gia được sử dụng rộng rãi nhất thường có gốc nitrit canxi Nó được thêm vào bê tông trong q trình trộn bê tơng, liều lượng thông thường là 10-30 lítmỶ bê tơng phụ thuộc vào hàm lượng clorua có trong bê tơng
- Sơn cốt thép: Mục đích của việc phủ lớp sơn vào thanh thép là tạo ra một màng chắn bên tạo rào cản đối với các chất gây ăn mòn Cũng có thể sơn phủ thép bằng nước xi măng nhằm tiết kiệm và chống gi tạm thời cho cốt thép trong thời gian lưu trữ Ngoài ra người ta cũng có thể dùng epoxy sơn lên bể mặt cốt thép tạo lớp bảo vệ
- Bảo vệ ca-tốt: Là một trong những phương pháp hiệu quả, nỗi tiếng, và sử dụng rong rai dé phòng và chống ăn mòn trong kết cấu bê tông ở các nước phát triển
- Lớp phủ ngoài cho bê tông: Trước đây người ta tin rằng bê tông là một vật liệu có độ bền cao và không cần bảo vệ hoặc bảo trì Tuy nhiêu, trên thực tế khi xét tới các yếu
tố như ô nhiễm mơi trường, khói cơng nghiệp, ơ nhiễm nước ngầm thì bê tơng khơng
cịn bên nữa do đó nó cũng cần thêm lớp phủ để bảo vệ khỏi tác động của mơi trường đồng thời có thể tăng thêm tính thẩm mỹ cho cơng trình Bê tông mới chứa khá nhiều
nước trong các cầu trúc lỗ rỗng do đó can phải mat thời gian tương đối lớn để khô Như
vậy không nên phủ lớp epoxy lên các kết cấu bê tơng mới do nó sẽ chặn sự trao đổi độ am với mơi trường bên ngồi, độ 4m bị mắc kẹt bên trong bê tơng có thể làm giảm độ
bên của bê tông cũng như làm hư hỏng lớp phủ bảo vệ Để có độ bền tốt hơn, bê tông
eden ee vn môi trường", nhưng vẫn cần phải hạn chế nước thâm
ø Ngồi ra epoxy khơng có khả năng chống tia cực tím khí
Trang 38tiếp xúc ánh sáng mặt trời Do đó, các lớp phủ expoxy không phù hợp trong việc che phủ bảo vệ bê tông Các vật liệu có nguồn gốc acrylics thì cho phép bê tơng “thở”, trong khi vẫn bảo vệ bê tông từ các tác nhận gây hại khác từ môi trường, đặc biệt là từ sự thâm nhập của nước và cacbonat Ngoài ra các vật liệu gốc acrylic cũng có khả năng
chống tia cực tím của mặt trời vì thế các vật liệu này là phù hợp hơn trong sơn phủ bảo
vệ bê tông tăng độ bền cho kết cầu bê tông cốt thép
2.5.7 Thiết kế và chỉ tiết
Để đảm bảo độ bền của kết cấu bê tơng cốt thép ngồi việc phải tuân thủ các quy
định về chất lượng của bê tông, cốt thép cũng như áp dụng các biện pháp che phủ để nâng độ bền của kết cấu thì cịn phải đảm bảo chiều dày che phủ của bê tông Trong thiết kế kết cấu cần lưu ý đến khoảng cách giữa các thanh thép nhằm tạo không gian cho bê tơng có thể di chuyển nhằm tạo ra lớp phủ bê tông bảo vệ cốt thép có chiều dày
và chất lượng thích hợp dé hạn chế bề rộng vét nứt
Phải áp dụng chiều dày danh định lớp phủ cho cốt thép bao gồm cả cốt thép mối nối Đối với cốt thép dọc thì chiều dày danh định lớp phủ không được nhỏ hơn 40mm
hoặc không được nhỏ hơn đường kính của cốt thép Trong trường hợp kích thước của cột nhỏ hơn 200mm thì đường kính của cốt thép dọc không được lớn hơn 12 mm khi
đó chiều dày lớp bê tông bảo vệ có thể cho phép đạt 25 mm Đối với các kết cấu móng,
chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu phải là 50 mm Tùy từng điều kiện tiếp xúc với
ăn mòn mà người ta quy định chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ (tham khảo bảng 2.5)
Bảng 2.5 Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu
Mức độ ăn mòn Chiều dày lớp bê tông báo vệ tối thiểu (mm)
Nhẹ 30 Trung bình 40 Khắc nghiệt 55 Rat khắc nghiệt 70 - 100
Cần lưu ý rằng chất lượng của lớp bê tông bao phủ thường kém hơn so với bê tông
vùng khác do tại đây có hiệu ứng thành Hỗn hợp bê tông thường lỏng hơn tại vùng gần
ván khn Tại vị trí này thì hàm lượng vữa sẽ nhiều hơn so với vị trí khác Tuy nhiên
khi tỉ lệ N/X thấp thì hiệu ứng thành sẽ ít ảnh hưởng đến độ bền của bê tông Khi bê
tông có độ sụt trên 200 mm (tỉ lệ N/X cao) sẽ làm tăng nguy cơ phân tầng tách lớp dẫn
tới giảm độ bền cho bê tông Để khắc phục hiện tượng này có thể sử dụng phụ gia
Trang 39chống rửa trôi, chống dềnh nước nhằm ngăn chặn hiện tượng phân tầng Ngoài ra có thể áp dụng các biện pháp kỹ thuật để rút nước tại ván khuôn, biện pháp này cho phép giảm tỉ lệ N/X của bê tông tại vùng bảo vệ và nâng cao chất lượng bê tông bề mặt chống lại các tác nhân suy giảm độ bền của bê tơng như cacbonat hóa hay xâm nhập ion clorua
Chiều rộng của vết nứt:
Đa số các tiêu chuẩn thiết kế quy định chiều rộng của vết nứt trên bề mặt không được vượt quá 0,3 mm trong trường hợp kết cấu đặt tại những vùng không khắc nghiệt
Khi kết cấu nằm tại những vùng thời tiết khắc nghiệt như thường xuyên tiếp xúc hơi
ẩm, nước ngầm, hoặc vết nứt xuất hiện tại vùng chuyền tiếp thì chiều rộng tối đa của vết nứt cho phép là 0,2mm Trong các vùng môi trường khắc nghiệt bề rộng vết nứt không nên vượt quá 0,1mm
Một số tiêu chuẩn kỹ thuật thì có đưa ra các hạn chế về độ mở rộng vết nứt tại những vị trí gần cốt thép Liên đoàn quốc tế dự ứng lực - FIP khuyến cáo độ rộng vết nứt trên bề
mặt = 0,004 lần chiều dày lớp bê tơng bảo vệ Ví dụ chiều dày lớp bê tông bảo vệ là 50
mm thì chiều rộng vết nứt trên bề mặt tối đa cho phép là 0,004 x 50 = 0,2 mm
Trang 40Chương 3
BÊ TONG CUONG ĐỘ CAO SOM SIEU DEO (Bê tông cường độ cao khong ding mudi silic)
3.1 Tổng quan về thành phần và tính năng
Bê tơng siêu dẻo cường độ cao có thể được coi là loại bê tông cường độ cao thế hệ thứ
nhất (năm 1988) được sử dụng chủ yếu trong các cơng trình cầu, đường ở Việt Nam
Bê tơng siêu dẻo có cường độ cao là loại bê tơng có độ sụt từ 8 + 20cm và trong
thành phần có sử dụng phụ gia siêu dẻo, tỉ lệ N/X = 0,4- 0,3 có thể đạt được R„ = 50- 70MPAa và có cường độ sớm (có Rạ hoặc R;> 0,75R¿ạ› Loại bê tông này không sử dụng
các chât khoáng siêu mịn
Loại bê tơng có độ sụt lớn (siêu dẻo) thích hợp với công nghệ xây dựng cầu hiện đại (công nghệ đúc đây hoặc hãng) Loại bê tông này hiện nay đã được sử dụng phổ
biến trên thế giới và được sử dụng ở Việt Nam Thành phần chung của bê tông cường
độ cao siêu dẻo có 3 điểm mới như sau:
- Sử dụng xi măng cường độ 60MPa +siêu dẻo+ tỉ lệ N/X = 0,35-0,4 - Sử dụng xi măng PC40 với tỉ lệ N/X = 0,3-0,35+siêu dẻo
- T¡ lệ N/X thấp và chất siêu dẻo tạo ra tính dễ đổ cải thiện độ rắn chắc dẫn đến
cường độ sớm bê tông xi măng (R¿ > 0,75R;s và cường độ 28 ngày từ 50-70MPa) 3.2 Cấu trúc của bê tông siêu dẻo cường độ cao
3.2.1 Cấu trúc của bê tơng tươi khơng có phụ gia siêu dẻo Thành phần xi măng bao gồm 4 khoáng vật chinh (Bang 3.1)
Bảng 3.1 Thành phần khoáng vật chủ yếu xi măng tiêu chuẩn
Clinke Ký hiệu % 3CaO SiO, CS 60 + 10 2CaO SiO; CS 16+10 3CaO Al;O; CA 1-13
4CaO Al;O; Fe;O; C,AF 0-16