Xác định độ rỗng hở và hệ số thấm nước nội tại trong btxm mặt đường ô tô sử dụng cấp phối thông thường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG * NGUYỄN VĂN HÙNG XÁC ĐỊNH ĐỘ RỖNG HỞ VÀ HỆ SỐ THẤM NƯỚC NỘI TẠI TRONG BTXM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ SỬ DỤNG CẤP PHỐI THÔNG THƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội -2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG * NGUYỄN VĂN HÙNG XÁC ĐỊNH ĐỘ RỖNG HỞ VÀ HỆ SỐ THẤM NƯỚC NỘI TẠI TRONG BTXM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ SỬ DỤNG CẤP PHỐI THÔNG THƯỜNG NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VŨ NGỌC TRỤ Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu trường Đại học xây dựng, em nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình tạo điều kiện thuận lợi nhiều tập thể, cá nhân để hồn thành khóa học Trước tiên, với trân trọng lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo T.S Vũ Ngọc Trụ, người tận tình bảo giúp đỡ em trình nghiên cứu, triển khai hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo nhà trường, Thầy giáo, Cô giáo Khoa cầu đường, Khoa sau đại học, phòng thí nghiệm - Las 115 Khoa vật liệu xây dựng khoa khác trường Đại học xây dựng tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức hỗ trợ thực thí nghiệm cho em suốt trình học tập thực đề tài luận văn cao học Xin trân trọng cảm ơn quan tâm, tạo điều kiện Lãnh đạo Ban quản lý Khu kinh tế Nghi Sơn tỉnh Thanh Hóa, cảm ơn bạn đồng nghiệp, bạn học viên lớp cao học đường ô tô đường thành phố khóa tháng 8/2009 nhiệt tình giúp đỡ Tơi trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân ln tin tưởng, động viên, khuyến khích tơi suốt q trình học tập Dù có nhiều cố gắng trình thực luận văn, song trình độ kiến thức cịn hạn chế, nội dung luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót có phần nghiên cứu chưa thực sâu sắc Bản thân học viên mong nhận cảm thông, bảo Thầy giáo, Cô giáo bạn đồng nghiệp trình bảo vệ luận văn suốt q trình cơng tác sau Em xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 13 tháng 12 năm 2012 Học viên Nguyễn Văn Hùng MỤC LỤC Ký hiệu viết tắt.…………………………… ………………………………… Danh mục hình ảnh ……………………… ……………………….………… Danh mục bảng biểu……………………… ………………………………… 10 Phần mở đầu.…………………………… ……………………… ………… 12 Chương I Nghiên cứu tổng quan 17 I.1 Tổng quan vật liệu xi măng 17 I.1.1 Nguồn gốc xi măng 17 I.1.2 Thành phần hóa khống xi măng 18 I.1.3 Nguồn cung cấp xi măng thị trường Việt Nam 20 I.2 Bê tông xi măng dùng cho mặt đường ô tô 21 I.1.4 Yêu cầu bê tông cho mặt đường ô tô 21 I.1.5 Tình hình sử dụng mặt đường BTXM Việt Nam giới 21 I.3 Khái quát tính bền vững tuổi thọ vật liệu bê tông – bê tông cốt thép, ảnh hưởng môi trường rỗng bê tông tới tuổi thọ cơng trình 24 I.4 Kết luận 35 Chương II So sánh lý thuyết thực nghiệm số phương pháp thiết kế thành phần cấp phối BTXM 37 II.1 Mở đầu 37 II.2 Một số phương pháp thiết kế cấp phối BTXM Việt Nam nước phát triển 38 II.2.1 Thiết kế thành phần cấp phối BTXM theo quy định Việt Nam 38 II.2.2 Phương pháp Dreux – Gorrisse 41 II.2.3 Thiết kế cấp phối theo phương pháp ACI 211.1-91 46 II.2.4 Phương pháp Viện môi trường Anh (DOE) 48 II.2.5  Nhận xét phương pháp thiêt kế thành phần cấp phối BTXM 55  II.3  So sánh thực nghiệm 57  II.3.1  Lựa chọn đánh giá vật liệu đưa vào thực nghiệm 58  II.3.1.1  Lựa chọn loại vật liệu 58  II.3.1.2  Đánh giá vật liệu sử dụng nghiên cứu thực nghiệm 58  II.3.2  Lựa chọn cấp phối BTXM cho mặt đường ô tô dựa theo quy định Việt Nam Viện môi trường Anh 63  II.3.3  Xác định tính chất bê tơng tươi bê tơng kết rắn 64  II.3.4  Thí nghiệm bê tông tươi 65  II.3.5  Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén 66  II.4  Kết luận 67  Chương III Thí nghiệm xác định đặc trưng lý bê tông đủ tiêu chuẩn cho mặt đường BTXM 69  III.1  Mở đầu 69  III.2  Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo uốn 70  III.3  Thí nghiệm xác định độ mài mịn bê tơng 72  III.4  Xác định độ rỗng hở mẫu bê tông 74  III.5  Theo dõi thấm nước bê tông 75  III.6  Kết luận 78  Chương IV Xác định hệ số thấm nội bê tông 79  IV.1  Đặt vấn đề 79  IV.2  Quá trình truyền ẩm BTXM 80  IV.3  Xác định hệ số thấm nước nội bê tông 83  Chương V Kết luận chung kiến nghị 86  Tài liệu tham khảo 88  Ký hiệu viết tắt C = CaO C = CaO S = SiO2 A= Al2O3 F = Fe2O3 s = SO3 H = H2O C3S = 3CaO.SiO2 C2S = 2CaO.SiO2 C3A = 3CaO.Al2O3 C4AF = 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C-S-H : silicates calcium hydrate CH : hydroxyde calcium BTXM: Bê tông xi măng C, Đ, XM, N: Khối lượng cát, đá, xi măng nước m3 bê tông (kg) CLL: Cốt liệu lớn CLN: Cốt liệu nhỏ SBi: Cấp phối bê tông thứ i thiết kế theo phương pháp Việt Nam BSi: Cấp phối bê tông thứ i thiết kế theo phương pháp Anh CPi: Cấp phối bê tông thứ i sau hiệu chỉnh N/X : Tỷ lệ nước xi măng Rn7, Rn28: Cường độ chịu nén mẫu bê tông (Mpa) Rku: Cường độ kéo uốn mẫu bê tông (Mpa) P: Độ rỗng bê tơng (%) Vo: Thể tích mẫu bê tơng (m3) Vr: Thể tích lỗ rỗng bê tơng (m3) Vn: Thể tích nước chứa lỗ rỗng bê tơng (m3) Mn khối lượng nước có bê tơng (kg) Mk khối lượng bê tông trạng thái khô (kg) Mbh khối lượng bê tông trạng thái bão hòa nước (kg) Mđn khối lượng bê tơng trạng thái đẩy (mẫu chìm nước) (kg) đn dung trọng đẩy bê tông (kg/m3) bh dung trọng bão hịa bê tơng (kg/m3) Kl: Hệ số thấm nước nội bê tơng (m2) V thể tích mẫu thí nghiệm (m3) Φ độ rỗng mẫu bê tông (%) Ml(t): Khối lượng nước chứa bê tông (Kg) Sr độ bão hịa lỗ rỗng bê tơng điểm i , thời điểm t (%) l : khối lượng thể tích nước pha lỏng (kg/m3) v : khối lượng thể tích nước pha khí (kg/m3) mj: khối lượng thành phần j (j= l, v: lỏng, khí) Jj thơng lượng dịng (kg/s.m2) (j= l, v: lỏng, khí) Qj nguồn phát (kg/s.m3) (j= l, v: lỏng, khí) Mv trọng lượng phân tử nước (kg/mol) krl độ thấm tương đối (m2) l độ nhớt động học nước (Pa.s) cl nồng độ tương đối pha khí (%) pg áp suất pha khí (Pa) Dh hệ số biểu biễn khả vận chuyển nước bê tông Pc áp suất mao mạch bê tông (Pa) h(Sr) độ ẩm tương đối R: Hằng số khí lý tưởng T: Nhiệt độ Kelvin T=273+t (t : độ C) Pv, Pv,sat : áp suất áp suất bão hòa (Pa) patm : áp suất khí quyển(Pa) Dv,0 : hệ số khuếch tán nước khơng khí Danh mục hình ảnh Hình Sự phụ thuộc cường độ chịu nén vào trạng thái ẩm mẫu bê tông 12 Hình Phản ứng cacbonat hóa xi măng xảy có mặt nước lỗ rỗng 13 Hình 3: Hư hỏng mặt đường BTXM tuyến đường vào khu công nghiệp Bỉm Sơn sau năm khai thác 19 Hình 4: Đường cao tốc autoroute A3 – E40 nối Bruxelles-Liège : Áo đường BTXM cốt thép liên tục dày 20cm, xây dựng năm 1969-1972, lưu lượng xe chạy 112000 xe/ngđ, 14% xe tải nặng (số liệu năm 2002) Đến trạng thái tốt 21 Hình Phân bố nhóm lỗ rỗng loại bê tông 24 Hình Lỗ rỗng liên thơng (bên trái) khơng liên thơng (bên phải) bê tơng, hình thành có khác thành phần cấp phối bê tơng 25 Hình Độ co ngót: 1- Của đá xi măng; 2-Của vữa; 3- Của bê tơng [Giáo trình VLXD] 28 Hình Sự phân bố loại lỗ rỗng bê tông 29 Hình Sự phụ thuộc lượng xi măng vào tỷ lệ N/X SN 40 Hình 10 Phân tích thành phần hạt Đường cấp phối hạt hỗn hợp cốt liệu có Dmax = 20 40 Hình 11 Quan hệ độ lệch chuẩn cường độ 46 Hình 12 Quan hệ cường độ nén tỷ lệ N/X 47 Hình 13 Ước lượng khối lượng thể tích hỗn hợp bê tơng sau đầm chặt 48 Hình 14 Tỷ lệ lượng dùng cốt liệu nhỏ theo hàm lượng % lọt sàng 600 μm 50 Hình 15 Biểu đồ đường cong cấp phối hạt cát vàng sông Lơ 57 Hình 16 Đo độ sụt bê tông 63 Hình 17 Thí nghiệm nén mẫu bê tông PTN Vật liệu xây dựng 63 Hình 18 Thí nghiệm cường độ kéo uốn 68 Hình 19 Thiết bị thí nghiệm mài mòn Beme phòng TNVL - ĐHXD 69 Hình 20 Mẫu thí nghiệm xác định mức độ thấm nước 73 Hình 21 Lượng nước hút vào mẫu bê tơng theo thời gian thí nghiệm 74 Hình 22 Diễn biến khối lượng nước bê tông theo thời gian : Kết thực nghiệm mơ hình hóa 81 10 Danh mục bảng biểu Bảng Các thành phần tạo nên Clinker 15 Bảng Lượng nước cần thiết để thủy hóa thành phần khống xi măng 23 Bảng Độ rỗng hở (thấm nước) loại vật liệu theo số tác giả 28 Bảng Lượng nước trộn ban đầu cho m3 bê tơng, lít 36 Bảng Lượng xi măng tối thiểu cho m3 bê tông, kg 37 Bảng Hệ số vữa dư cho bê tông dùng đá dăm, có độ sụt 2-12cm 38 Đường kính lớn cốt liệu Dmax xác định theo Bảng 7: .38 Bảng Lựa chọn cỡ hạt Dmax cho bê tông theo chiều dày lớp bảo vệ 39 Bảng Hệ số chất lượng cốt liệu 39 Bảng 10 Hệ số K theo lượng xi măng, độ lèn chặt hình dạng hạt cát 41 Bảng 11 Hệ số lèn chặt γ 42 Bảng 12 Độ sụt cần thiết chế tạo kết cấu bê tông ACI-211.1-91: 43 Bảng 13 tỷ lệ N/X theo cường độ trung bình yêu cầu ACI-211.1-91 43 Bảng 14 Lượng dùng nước sơ hàm lượng bọt khí phụ thuộc vào Dmax cốt liệu tính cơng tác 43 Bảng 15 Thể tích cốt liệu lớn trạng thái khô chọc chặt cho m3 bê tông 44 Bảng 16 Ước lượng khối lượng thể tích hỗn hợp bê tông 44 Bảng 17 Xác định chênh lệch cường độ chưa có đầy đủ số liệu độ lệch chuẩn (trong phạm vi ± 7MPa) ACI 318-89 .45 Bảng 18 Cường độ nén bê tông (N/mm2) với tỷ lệ N/X 0.5 46 Bảng 19 Lượng dùng nước sơ cho m3 bê tông .47 Bảng 20 Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn sử dụng nghiên cứu tính chất vật liệu 56 Bảng 21 Kết tính chất cát vàng Sơng Lơ 57 Bảng 22 Kết thí nghiệm tính chất lý đá dăm 58 Bảng 23 Một số tiêu xi măng Nghi Sơn PCB40 dân dụng .59 Bảng 24 Lượng dùng vật liệu cho m3 hỗn hợp bê tông .61 Bảng 25 Các thí nghiệm theo tiêu chuẩn đánh giá tính chất bê tông .62 Bảng 26 Kết thí nghiệm độ sụt cường độ chịu nén bê tông 64 76 tượng hút ẩm từ nhiều phía vào bê tơng hút ẩm từ đáy mẫu lên Khi ẩm cân mẫu bê tơng dịng ẩm có xu hướng di chuyển từ mặt đáy lên phía bay ngồi Sơ đồ bố trí mẫu thí nghiệm hình vẽ đây: Hình 20 Mẫu thí nghiệm xác định mức độ thấm nước Khối lượng mẫu bê tông đo liên tục theo thời gian, với độ xác 0.1g Cùng với thơng số mẫu, nhiệt độ độ ẩm khơng khí thời điểm đo ghi lại nhằm có đầy đủ thơng số phục vụ tốn mơ hình hóa chương Bảng 33 Kết thí nghiệm xác định độ thấm bê tông 77 Diễn biến thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian trình bày bảng 33 hình 21: Hình 21 Lượng nước hút vào mẫu bê tông theo thời gian thí nghiệm Các bê tơng có tỷ lệ N/X khác hàm lượng cát đá cấp phối Lượng nước tham gia cấp phối ngồi nhiệm vụ tham gia thủy hóa hạt xi măng, tạo lượng nước dư thừa, hình thành khơng tổng độ rỗng khác nhau, mà cịn nhóm đường kính lỗ rỗng phân bố lỗ rỗng hệ thống lỗ rỗng khác bê tông Điều thể qua tốc độ hút nước khác bê tông III.6 Kết luận Thông qua thực nghiệm lựa chọn ba cấp phối có thành phần khác nhau, đáp ứng yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn 22TCN 223-95 Sự tham gia nhiều thành phần cấp phối bê tông chi phối lớn đặc trưng lý bê tông Như cần phải lựa chọn cấp phối bê tông tối ưu kinh tế kỹ thuật thông qua thực nghiệm nhiều tổ hợp mẫu Trong lý thuyết thực nghiệm cho thấy có nhiều số xác định trực tiếp thông qua công thức cấp phối lý thuyết Rku, độ mài mòn… 78 Ba cấp phối bê tông lựa chọn đáp ứng yêu cầu cường độ chịu nén chịu kéo uốn so với yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng 22 TCN 223-95 Riêng độ mài mịn, luận văn thí nghiệm mẫu đúc lập phương cạnh 7,07cm theo tiêu chuẩn TCVN 3114:1993 nhận thấy mẫu bê tơng có độ mài mịn từ 0,3-0,4g/cm2 Tuy độ mài mịn khơng quy định tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng 22 TCN 223-95 đối chiếu với “ Quy định tạm thời kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng xây dựng công trình giao thơng”, ban hành kèm theo Quyết định số 1597/QĐ-BGTVT ngày 17 tháng năm 2012 Bộ giao thơng vận tải loại bê tơng đáp ứng cho loại đường ô tô cấp III trở xuống Trong q trình thí nghiệm, luận văn chưa có điều kiện làm rõ ảnh hưởng yếu tố cơng đầm nén, kích thước mẫu đúc, tạo hình bề mặt, số chu kỳ mài tới độ mài mịn bê tơng, chắn yếu tố có chi phối lớn đến kết độ mài mịn Kết thí nghiệm cho thấy mẫu bê tông thiết kế theo phương pháp thơng thường có cường độ đáp ứng u cầu mặt đường tơ, độ rỗng hở dao động khoảng từ 11% đến khoảng 14,7% Thí nghiệm đánh giá khả hút nước bê tơng cho thấy bê tơng có độ rỗng lớn thấm nước nhanh, kết luận với ba bê tông trên, loại xi măng nguồn gốc loại cốt liệu giống 79 Chương IV Xác định hệ số thấm nội bê tông IV.1 Đặt vấn đề Trong mơi trường bê tơng, độ bão hịa nước Sr biến thiên theo thời gian, theo không gian, tùy theo thay đổi nhiệt độ, độ ẩm tương đối mặt tiếp xúc bên bê tông (tham số môi trường) đặc điểm môi trường rỗng bê tông (tham số nội bê tơng) Sự thay đổi độ bão hịa thay đổi theo điều kiện môi trường theo thời gian mẫu bê tơng liên quan trực tiếp đến q trình truyền ẩm, tuân theo định luật bảo toàn khối lượng Fick Để giải phương trình truyền ẩm bê tông trường hợp tổng quát, cần phải xác định hệ số thấm nước nội Trong điều kiện ứng dụng định luật Darcy, độ thấm nội vật liệu không phụ thuộc vào chất chất lỏng (giả thiết khơng nén nhỏ lại được) có chứa môi trường rỗng vật liệu Quan hệ thừa nhận số vật liệu không nhạy cảm vài chất lỏng Ngược lại, kết thí nghiệm độ thấm khí bê tông xi măng cho thấy khác biệt lớn thí nghiệm độ thấm khí độ thấm nước bê tông [Dalpont, 2004 ; Baroghel-Bouny, 2006], cụ thể độ thấm khí thường cao gấp khoảng 100 lần độ thấm nước Trên thực tế, vi cấu trúc lỗ rỗng bê tơng thay đổi có tương tác, chuyển đổi nước tự – nước bán liên kết thành lỗ rỗng dẫn tới khác biệt [Dal Pont, 2004] Chính vậy, kết thực nghiệm đo trực tiếp độ thấm nước bê tơng, tạo dịng thấm có áp lực thường bị sai lệch kết có phần nước tham gia vào nước bán liên kết với thành vách bê tơng Khi đo độ thấm khí Hydro Oxy không bị ảnh hưởng tương tác lại không phản ánh điều kiện chuyển động nước bê tông nên không mang nhiều ý nghĩa Chính bê tông cần quan tâm tới khái niệm trị số ‘‘độ thấm nước nội tại’’, xác định theo phương pháp nửa lý thuyết – nửa thực nghiệm đề xuất tác giả trước nghiên cứu [Coussy et al., 2001] Một xác định Kl, tìm Sr thay đổi theo không gian thời gian cách dễ dàng 80 Chúng làm rõ chế truyền ẩm (nước dạng lỏng dạng hơi) bê tông, sau đó, dựa vào phương pháp phần tử hữu hạn với trợ giúp máy tính để xác định giá trị Kl loại bê tông thông qua so sánh kết khối lượng nước tính tốn với thực nghiệm IV.2 Quá trình truyền ẩm BTXM Phương trình bảo tồn khối lượng, tn theo định luật Fick viết sau: m j t  div J j  Q j (37) Với mj khối lượng thành phần j (j= l, v) đơn vị thể tích (kg/m3), Jj thơng lượng dịng (kg/s.m2) Qj nguồn phát (kg/s.m3) Phương trình 3.1 ứng dụng để giải tốn truyền nhiệt, truyền ẩm… mơi trường vật chất Chúng ta sử dụng phương trình để giải tốn truyền ẩm bê tơng Đối với thành phần j, có: ml   l  S r mv   v  1  S r  (38) Với : - l : pha lỏng nước ; - v : pha khí nước ; - l : khối lượng thể tích nước pha lỏng (kg/m3), -  v : khối lượng thể tích nước pha khí (kg/m3), -  : Độ rỗng bê tông - Sr : Độ bão hòa nước Giả thiết nước chất khí lí tưởng, có : mv  pv M v  1  S r  RT (39) 81 Với Mv trọng lượng phân tử nước (kg/mol) pv áp lực riêng phần nước (Pa), T nhiệt độ (°K) Sự vận chuyển nước lỏng qua hình thức thấm chi phối định luật Darcy môi trường rỗng khơng bão hịa mà biểu thức dịng biểu diễn : J l  l Kl l k rl S r  grad pl (40) Với Kl độ thấm nội vật liệu (m2), krl độ thấm tương đối, đặc trưng cho môi trường rỗng, phụ thuộc vào độ bão hòa nước lỗ rỗng, l độ nhớt động học nước (Pa.s) Bên bê tông, tiếp xúc với thành phần khác có nước xảy phản ứng giải phóng nước, ví dụ phản ứng carbonats hóa bê tông sau : Ca(OH)2+ CO2= CaCO3 +H2O (41) Do tốc độ phản ứng diễn chậm nên thời gian thí nghiệm ngắn bỏ qua ảnh hưởng lượng nước sinh từ phản ứng tới độ bão hòa nước lỗ rỗng phương trình bảo tồn khối lượng trên, thành phần Ql trường hợp Pha lỏng bề mặt thành lỗ rỗng chịu bay hơi, tạo nguồn Qv có xu hướng làm tăng áp lực pha khí Như thấm pha khí cần cân nhắc bên cạnh hình thức đối lưu Sự di chuyển nước (dạng lỏng khí) lỗ rỗng bê tông số tác giả nghiên cứu [Mainguy, 1999 ; Sellier et al., 2010 ; Coussy, 1995] dựa hai giả thiết sau: - Sự vận chuyển nước bị điều khiển trình khuếch tán khiết (lượng khí khác nhỏ bỏ qua so với dịng nước) ; - Áp lực khí nước áp suất khí suốt thời gian xem xét 82 Miền áp dụng hai giả thiết theo Thiéry [Thiéry et al, 2007] bao trùm lên vật liệu bê tông mà xem xét kể đến độ rỗng, biến thiên độ ẩm tương đối điều kiện tiến hành thí nghiệm Dịng đối lưu pha khí thể : Jv   M v pg RT grad c g (42) Với cg nồng độ tương đối pha khí, pg áp suất pha khí (Pa) Trị số pg ràng buộc với áp suất mao mạch pc áp suất pha lỏng qua định luật Kelvin : p c  p g  pl    l RT Mv lnhS r  (43) Với h(Sr) độ ẩm tương đối có quan hệ hàm số với độ bão hịa, xác định thông qua đường đẳng nhiệt bay hút ẩm bê tông [VU, 2011] Trong giả thiết thường cộng đồng khoa học chấp nhận, mà áp suất khí ga pg bé so với hai thành phần cịn lại, lấy : pc =- pl Trong hai trường hợp tiếp cận đề cập trên, thay thành phần vào phương trình bảo tồn khối lượng, phương trình vận chuyển nước bê tơng viết rút gọn sau:    S r  div D h grad S r  t (44) Với Dh hệ số đại biểu biễn khả vận chuyển nước bê tông Dh  Dh,l  Dh,v  K k S   M v   dpc l rl r     pv Dv   l  l RT   dS r    (45) Với lưu ý Pv  hS r  Pv ,sat , phương trình trở thành:    RT K l k rl S r  M v   d hS r  S r Dv Pv,sat  grad S r    div l  l  l RT t  dS r  M v hS r   (46) Với Pv,sat (Pa) áp suất bão hòa, tính theo : 5120   Pv ,sat  101325 exp13,7   T   Với giả thiết pg=patm (áp suất pha khí áp suất khí quyển) (47) 83 Hệ số khuếch tán nước bê tơng Dv tích hệ số khuếch tán nước khơng khí Dv,0 hàm độ vịng vào lỗ rỗng bê tông  g  , S r  , đưa Milington [Milington,1959] hiệu chỉnh Thiéry [Thiéry, 2005] : Dv  Dv ,  g  , S r  (48) Với :  g  , S r    2,74 1 S r 4, 1,88 Dv,0  T   2,17 10    273  5 (49) Giải phương trình vi phân (46) trên, xác định độ bão hòa lỗ rỗng bê tông điểm mẫu, thay đổi theo thời gian, thời điểm t xác định tổng khối lượng nước có mặt mẫu bê tơng Để giải phương trình vi phân cần có hỗ trợ máy tính Chúng tơi lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn để giải phương trình này, phần mềm CASTEM IV.3 Xác định hệ số thấm nước nội bê tông Để xác đinh độ thấm nước nội bê tông, sử dụng phương pháp xác định gián tiếp, đề xuất Coussy tác giả [Coussy et al., 2001], người tính toán độ thấm nước nội vật liệu rỗng từ việc so sánh kết thí nghiệm hút nước sấy khơ nước với kết tính tốn số hóa từ việc mơ hình hóa vận chuyển nước máy tính Trong phạm vi nghiên cứu này, sử dụng phương pháp xác định theo đề xuất Coussy dựa theo thí nghiệm thực nghiệm cho bê tơng hút nước Điều kiện thí nghiệm kích thước hình học mẫu mơ tả chương Tại thời điểm t, trọng lượng nước chứa bê tơng xác định dựa vào độ bão hòa lỗ rỗng, theo biểu thức sau: M l t     l  S r dV V (50) 84 Trong : - V thể tích mẫu thí nghiệm - Φ độ rỗng mẫu bê tơng (%) - Sr độ bão hịa lỗ rỗng bê tông điểm i mẫu bê tông, thời điểm t -  dung trọng nước bê tông Trong môi trường bê tông, độ bão hòa nước Sr biến thiên theo thời gian, theo không gian, tùy theo thay đổi độ ẩm tương đối mặt tiếp xúc bên bê tông Như khối lượng mẫu bê tông thay đổi theo thời gian, tùy theo độ bão hòa nước lỗ rỗng Sr điểm bê tông thời điểm Khi so sánh khối lượng nước thí nghiệm theo thời gian, khối lượng nước lý thuyết tính theo phương trình (3.13) mà Sr giải từ phương trình (3.9) trị số Kl chọn có sai số nhỏ khối lượng nước thực nghiệm tính tốn lý thuyết từ mơ hình Hình 22 Diễn biến khối lượng nước bê tông theo thời gian : Kết thực nghiệm mơ hình hóa Giá trị hệ số thấm nước nội bê tông xác định cách giả thiết Kl nhận giả trị khác Khối lượng nước thời điểm thực nghiệm so sánh với khối lượng tính theo chương trình mơ Khi 85 tổng độ lệch bình phương kết thực nghiệm (đã thực mục III.5) kết mô bé trị số Kl tương ứng lựa chọn Bảng 34 Lựa chọn Kl theo tổng bình phương sai lệch bé Trị số Kl tìm cho ba loại bê tơng thể bảng : Bảng 35 Độ thấm nước nội bê tông Loại bê tơng Hệ số thấm nội (m2) BT I 2.2568×10-18 BT II 2.8371×10-18 BT III 2.9016×10-18 Nhận xét : Qua kết thực nghiệm cho thấy hệ số thấm nước nội Kl bê tông khác chênh không lớn, dao động khoảng từ 2.26×10-18 (m2) đến 2.90×10-18 (m2), thể khối lượng mẫu tăng dần theo thời gian thí nghiệm với tốc độ khác Sự khác biệt giải thích đặc tính mơi trường rỗng (phân bố nhóm lỗ rỗng, mức độ vịng lỗ rỗng) bên bê tông phân bố khác 86 Chương V Kết luận chung kiến nghị Nội dung luận văn làm rõ phương pháp thiết kế thành phần bê tông xi măng phổ biến thông qua việc nghiên cứu, so sánh lý thuyết phương pháp Việt Nam (theo Bolomey) với phương pháp hành giới sâu vào so sánh thực nghiệm với phương pháp Viện Mơi trường Anh Các phân tích cho thấy phương pháp Viện Môi trường Anh có nhiều ưu điểm kể đến yếu tố độ tin cậy, thành phần cấp phối hạt, trạng thái ẩm bê tông… Và dù phương pháp lý thuyết cần có đánh giá thực nghiệm để điều chỉnh kết lý thuyết khác biệt đến từ nhiều lý chưa thể kiểm sốt hết cơng thức tính tốn Qua nghiên cứu thực nghiệm đưa kết ba loại cấp phối bê tông thiết kế theo phương pháp thông thường, khơng sử dụng phụ gia, có tiêu học đáp ứng yêu cầu bê tông xi măng mặt đường ô tô theo tiêu chuẩn thiết kế hành Các thí nghiệm vật lý mơ hình hóa máy tính cho thấy độ rỗng hở hệ số thấm nước nội bê tơng có khác biệt Nghiên cứu thực nghiệm luận văn đặc trưng độ rỗng bê tông sử dụng cấp phối thơng thường có tiêu chuẩn cường độ phù hợp với mặt đường ô tô Các kết nghiên cứu với kết nghiên cứu chủ đề truyền nhiệt bê tông xi măng, hướng tới giải vấn đề sâu ổn định bền vững bê tông, chống lại tượng phá hoại tải trọng bánh xe khí hậu, môi trường Các nghiên cứu bước đầu làm rõ số tính chất lý bê tông mặt đường ô tô sử dụng xi măng Nghi Sơn Hy vọng với nghiên cứu tác giả khác nghiên cứu mở rộng loại xi măng khác có điều kiện so sánh đặc tính loại xi măng sử dụng phổ biến Việt Nam, giúp cho nhà chuyên môn sử dụng hợp lý loại xi măng tùy theo đặc điểm môi trường khai thác nhằm nâng cao tính bền vững bê tơng 87 Luận văn tìm hiểu thiết lập lại quan hệ vận chuyển nước dạng lỏng khí bê tơng sở kế thừa kết nghiên cứu lý thuyết tác giả giới để áp dụng giải toán truyền ẩm bê tông Các công việc luận văn giúp học viên nâng cao hiểu biết số tượng vật lý diễn bê tông cách xác định độ rỗng hở, hệ số thấm nước nội bê tông Để giảm độ rỗng cho bê tơng, cần có nghiên cứu sâu để giảm tối đa lượng nước bê tông để tránh nước dư thừa tạo lỗ rỗng phù hợp với yêu cầu lượng nước thủy hóa xi măng, tránh phân tầng, bôi trơn bề mặt hạt vật liệu đảm bảo dễ dàng tạo hình đầm nén Qua nghiên cứu luận văn cho thấy để hướng tới việc tăng cường ổn định cho kết cấu bê tơng nói chung cho BTXM mặt đường, quy định chất lượng vật liệu chế tạo bê tông, cường độ thiết kế bê tơng, cần có thêm quy định chặt chẽ độ rỗng hở bê tơng Các giáo trình tài liệu bê tơng có độ rỗng nhỏ cường độ cao, độ bền vững chống lại xâm nhập nước loại khí tốt tuổi thọ kết cấu kéo dài Trong trình thực luận văn, điều kiện thí nghiệm cịn gặp nhiều khó khăn trình độ, kiến thức thân học viên cịn hạn chế nên phạm vi nghiên cứu chưa mở rộng cho bê tông phạm vi biến thiên cường độ chịu nén, chịu kéo uốn, chịu mài mòn, tỷ lệ nước/ xi măng thay đổi rộng hơn; đánh giá nhiều loại xi măng để có đánh giá tổng quan có hệ thống vấn đề nghiên cứu Định hướng nghiên cứu : Dựa kết đạt được, tiếp tục nghiên cứu sâu q trình truyền nhiệt BTXM có xét tới ảnh hưởng pha rắn, lỏng khí BTXM tới trình truyền nhiệt làm rõ tốn phân bố ứng suất bê tơng mặt đường ô tô điều kiện nhiệt độ, độ ẩm xác định Các nghiên cứu hướng tới nâng cao tuổi thọ mặt đường BTXM theo toán phá hoại mỏi BTXM nhiệt độ suy giảm cường độ công nhân tố môi trường 88 Tài liệu tham khảo Bộ giao thông vận tải, “ Quy định tạm thời kỹ thuật thi công nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng xây dựng cơng trình giao thơng”, Quyết định số 1597/QĐ-BGTVT ngày 17 tháng năm 2012 Bộ Xây dựng, “Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông loại” ban hành theo Quyết định 778/1998/QĐ-BXD ngày 04/09/1998 Viện Môi trường Anh (DOE), “ Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông xi măng” Bộ giao thông vận tải, “ Áo đường cứng đường ô tô – tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 223-95”, Nhà xuất giao thông vận tải , Hà Nội 2007 GS.TS Dương Ngọc Hải, TS Hoàng Tùng “ Mặt đường bê tông xi măng cho đường ô tô – sân bay”, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội 2010 Giáo trình vật liệu xây dựng – GS.Phạm Duy Hữu Chủ biên Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7570 : 2006 “ Yêu cầu cốt liệu cho bê tông vữa” Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7572 : 2006 “ Thành phần hạt bê tông – Phương pháp thử ” Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1770 : 1986 “ Cát xây dựng – Yêu cầu kỹ thuật” 10 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 342 : 1986 “ Phương pháp xác định mô đun độ lớn cát” 11 Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 127 : 1985 “ Cát mịn làm bê tông vữa xây dựng - hướng dẫn sử dụng” 12 Tiêu chuẩn TCXDVN 302:04 - Nước cho bê tông - Yêu cầu kỹ thuật 13 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3105 : 1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp đúc mẫu, bảo dưỡng bê tông” 14 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3108 : 1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp xác định khối lượng thể tích” 15 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3106 : 1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp thử độ sụt” 16 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118 : 1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén” 17 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3119 : 1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ kéo uốn” 89 18 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3114 : 1993 “ Bê tông nặng – Phương pháp xác định độ mài mòn” 19 Fabrice DEBY, Abdellah CHOUKIR**, Mustapha HAFIDI, Myriam CARCASSES, Alain SELLIER « Approche performantielle probabilisée pour la durabilité des bétons des ouvrages d’art en environnement marin » Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions INSAUPS Génie Civil 135 av de Rangueil 31077 Toulouse Cedex 07 France 20 [Dal Pont, 2004] S DAL PONT “ Lien entre la perméabilité et l’endommagement dans les bétons haute température” Thèse de doctorat, Ecole Nationale des ponts et chausses, 2004 21 [Baroghel-Bouny, 2006] V BAROGHEL-BOUNY “Water vapour sorption experiments on hardened cementitious materials Part II: Essential tool for assessment of transport properties and for durability prediction ”, Cement and concrete researche 37 (2007) 438-454 22 [Jaafar, 2003] WALID JAAFAR “Influence de la carbonatation sur la prorosité et la perméabilité des bétons”, Rapport de Stage, Université Marne la Vallée, 2003 23 [Thiery, 2005] M THIERY, « Modélisation de la carbonatation atmosphérique des bétons – Prise en compte des effets cinétiques et de l'état hydrique », Thèse de Doctorat de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées 24 [Thiéry et al., 2007] THIERY M, BAROGHEL BOUNY V, BOURNETON N, VILLAIN G, STEFANI C, Modélisation du séchage des bétons, analyse des différents modes de transfert hydrique, Revue européenne de Génie Civil, vol 11, n°5, 2007, pp 541-577] 25 [Hyvert, 2009] N HYVERT “Application de l’approche probabiliste la durabilité des produits préfabriqués en béton”, Thèse de l’Université Paul Sabatier – Toulouse III, 2009 26 [Sellier et al 2010] SELLIER A, LA BORDERIE C, TORRENTI J.M, MAZARS J, The french National project CEOS.FR, Assessment of cracking risk for special concrete structures under THCM stresses, in Concrete under severe conditions – Environment and Loading, volume 1, edited by Castro- O.E, Banthia N, 2001 27 [Mainguy 1999] “MAINGUY M, Modèles de diffusion non linéaires en milieux poreux Applications la dissolution et au séchage des matériaux cimentaires", Thèse de doctorat de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1999] 28 [Coussy et al., 2001] O COUSSY, V BAROGHEL-BOUNY, P DANGLA, M MAINGUY, “Assessment of the water permeability of concretes from their mass loss during drying” (in French), in: “V Baroghel-Bouny (Ed.), Transferts dans les bétons et durabilitộ, Special issue of Revue Franỗaise de Gộnie Civil, vol 5, Hermès Science Publications, Paris, 2001, pp 269– 284, n° 2–3 90 29 [AFGC,2004] AFGC (Groupe de travail), Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages – Indicateurs de durabilité, « Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages Mtrise de la durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures et de l'alcali réaction », éd AFGC, Bagneux, pp 30-41 30 [VU, 2011] VU Ngoc Tru, «Contribution l'étude de la corrosion par carbonatation du béton armé : approche expérimentale et probabiliste », Thèse de Doctorat de l'INSA Toulouse