nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số thấm k và các chống thấm w của bê tông các công trình thủy lợi thủy điện

Thường các công trình thủy lợi có vốn đầu tư trong nước thì chỉ tiêu chống thấm của bê tông được dùng là mác chống thấm W.. Các công trình có vốn đầu tư nước ngoài và công trình thủy điệ

Trang 1

CAO ĐỨC VIỆT

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM K

VÀ MÁC CHỐNG THẤM W CỦA BÊ TÔNG

CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2012

Trang 2

CAO ĐỨC VIỆT

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM K

VÀ MÁC CHỐNG THẤM W CỦA BÊ TÔNG CÁC

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

Mã số : 60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay

luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số thấm KRtR và mác chống thấm W của bê tông các công trình xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện” đã hoàn thành đúng thời hạn theo đề cương được phê duyệt

Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Thuỷ lợi đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Hoàng Phó Uyên đã trực tiếp tận

tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Đảng uỷ, Lãnh đạo, Cán bộ công nhân viên Trung Tâm Vật liệu – Viện Thủy Công - Viện khoa học thủy lợi Việt Nam và Tổng công ty XD Nông Nghiệp & PTNT đã tận tình giúp đỡ

và tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả hôm nay

Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy,

cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn này

Xin tr ân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả

Cao Đức Việt

Trang 4

1.2 Tình hình nghiên cứu và phương pháp thí nghiệm mác chống thấm W

và hệ số thấm KR t Rcủa bê tông trên thế giới0T 60T

1.2.1 Phương pháp thí nghiệm tính thấm nướccủa bê tông bằng cách đúc mẫu và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm:0T 60T

1.2.2 Phương pháp thí nghiệm tính thấm nước trực tiếp trên kết cấu công trình:0T 110T

1.3 Tình nghiên cứu và phương pháp thí nghiệm mác thống thấm W và hệ

số thấm KR t Rcủa bê tông tại Việt Nam0T 120T

0T

2.1 Vật liệu thí nghiệm0T 160T

2.1.1 Xi măng0T 160T

2.1.2 Cát0T 160T

2.1.3 Đá0T 180T

2.1.4 Nước:0T 210T

2.1.5 Phụ gia:0T 210T

2.2 Thiết kế cấp phối bê tông thí nghiệm0T 210T

2.3 Phương pháp và thiết bị thí nghiệm0T 220T

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ

Trang 5

3.1 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm KR t Rcủa bê tông truyền thống CVC M10, M15, M20, M25, M30, M35, M400T 310T

3.1.1 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông truyền thống mác M10 31

3.2.1 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông đầm lăn RCC M15 45

3.3.1 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của bê tông

Trang 6

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ0T 62

0T

1 Kết luận0T 620T

2 Kiến nghị0T 630T

TÀI LIỆU THAM KHẢO0T 64

0T

PHỤ LỤC 1.0T 670T

CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÁC CHỐNG THẤM W CỦA BÊ TÔNG0T 670T

CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THỦY ĐIỆN0T 670T

PHỤ LỤC 20T 680T

CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HÊ SỐ THẤM KR T R CỦA BÊ TÔNG0T 680T

CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI THỦY ĐIỆN0T 68

Trang 7

THỐNG KÊ HÌNH VẼ Hình 2.1 Máy đo mác chống thấm W của bê tông (Trung Quốc)

Hình 2.2 Máy xác định W và KRtR của bê tông (Matest của Ý)

Hình 2.3 Máy xác định mác chống thấm W và hệ số thấm KRtRcủa bê

tông (Nhật)

Hình 2.4 Tác giả chuẩn máy trộn đúc mẫu

Hình 2.5 Tác giả dưỡng hộ mẫu

Hình 2.6 Tác giả kiểm tra mẫu

Bảng 2.1 Các tính chất cơ lý của cát thuộc mỏ CS1

Bảng 2.3 Thành phần hạt của cát thuộc mỏ CS1

Bảng 2.4 Thành phần hạt của cát thuộc mỏ CS2

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá dăm 5-20mm

Trang 8

nghiệm

Bảng 2.12 Chỉ tiêu cần xác định và hình dáng, kích thước viên mẫu

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của

bê tông CVC M10 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày – 38

bê tông CVC M15 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

bê tông CVC M 40 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm cường độ nén của các mác bê tông thí

nghiệm

Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm W và KRtR của bê tông ở các tuổi 28, 56, 90

và 180 ngày

Bảng 3.10 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm KRtRcủa

bê tông truyền thống

bê tông RCC M 15 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

bê tông RCC M 20 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

Trang 9

bê tông RCC M15 và M20 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

bê tông SCC M 25 ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

các loại bê tông công trình thủy lợi ở các tuổi 28, 56, 90 và 180 ngày

Bảng 3.20 Kết quả tổng hợp mác chống thấm W và hệ số thấm Kt của

các loại bê tông công trình thủy lợi thủy điện

Bảng 3.21 Mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm KRtR của

bê tông các công trình thủy lợi thủy điện

Trang 10

MỞ ĐẦU

Bê tông, bê tông cốt thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công trình xây dựng Bê tông có rất nhiều ưu điểm nổi trội nhất là khả năng chịu lực, tuổi thọ cao, dễ tạo hình và thường tận dụng được các nguồn vật liệu sẵn có tại địa phương nơi có công trình xây dựng Chính vì vậy trong lĩnh vực xây dựng, và đặc biệt là trong xây dựng thủy lợi, thủy điện, các hạng mục đầu mối quan trọng phần lớn được làm từ bê tông cốt thép Các công trình thủy lợi, thủy điện được làm từ bê tông cốt thép đều là những công trình có yêu cầu tuổi thọ lâu dài, sự hư hỏng của các công trình này đều có thể dẫn đến những tai họa lớn cho cuộc sống dân sinh, xã hội ở một vùng rộng lớn nằm ở hạ lưu của công trình Một trong những nguyên nhân gây ra hư hỏng cho công trình bê tông cốt thép thủy lợi, thủy điện đó là sự thấm nước qua bê tông Đặc điểm của công trình thủy lợi, thủy điện là có một bộ phận hoặc toàn bộ công trình thường xuyên hoặc không thường xuyên tiếp xúc với nước Trong môi trường nước có thể có chứa các tác nhân ăn mòn bê tông như COR 2 R; SOR 4 RP

Như vậy, đối với các công trình thủy lợi, thủy điện thì tính chống thấm của các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép là một trong những tính chất quan trọng Ở nước ta hiện nay, tính chống thấm của bê tông các công trình thủy công cũng đang được đánh giá là rất quan trọng Tuy nhiên, hiện đang tồn tại

Trang 11

hai đại lượng để đánh giá chỉ tiêu này đó là mác chống thấm W (trước đây dùng là B, CT) và hệ số thấm KR t Rcủa bê tông Thường các công trình thủy lợi

có vốn đầu tư trong nước thì chỉ tiêu chống thấm của bê tông được dùng là mác chống thấm W Các công trình có vốn đầu tư nước ngoài và công trình thủy điện của chủ đầu tư là EVN thì đánh giá khả năng chống thấm nước của

bê tông thường được dùng bằng hệ số thấm KR t R Việc sớm có quy định thống nhất về chỉ tiêu chống thấm của bê tông thủy công và đồng thời phù hợp với

quy định chung của thế giới là một việc làm cần thiết Đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số thấm KRtR và mác chống thấm W của bê tông các công trình xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện” nhằm giải quyết vấn đề đã nêu trên đây

Trong quá trình nghiên cứu, đề tài đã nhận được sự giúp đỡ của Phong

NC Vật liệu - Viện Thủy Công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, sự cộng

tác của các cán bộ trong Bộ môn Vật liệu xây dựng - Trường ĐH Thủy lợi, các ý kiến góp ý của các chuyên gia trong lĩnh vực VLXD

I Tính cấp thiết của đề tài

Những năm trước đây, ở nước ta để đánh giá về chỉ tiêu chống thấm của

bê tông thuỷ công tồn tại hai cách: một là theo Liên Xô và các nước Đông Âu

cũ, cách đánh giá dựa trên mác chống thấm ký hiệu là B (nay sử dụng ký hiệu

“W”), hai là theo các nước phát triển như Anh, Mỹ, cách đánh giá tính chống thấm của bê tông Thuỷ công lại dựa trên hệ số thấm KR t R

Tuy nhiên phần lớn các các công trình thuỷ lợi thuỷ điện do Việt Nam thiết kế và thi công sử dụng mác chống thấm làm cơ sở đánh giá khả năng chống thấm cho bê tông Trong khi đó các dự án có vốn nước ngoài hoặc các

dự án do các công ty nước ngoài làm tư vấn thiết kế hoặc giám sát đều sử dụng tiêu chuẩn Mỹ hoặc Anh lại sử dụng hệ số thấm KR t Rđể đánh giá khả năng chống thấm của bê tông

Trang 12

Việc thống nhất quy định sử dụng và mối liên quan giữa KR t R và W cần phải được nghiên cứu làm rõ để thuận tiện cho người sử dụng, tránh trường hợp cùng một công trình xây dựng, chỉ tiêu chống thấm của bê tông được đánh giá bằng hai cách như nói trên mà không có sự chứng minh mối quan hệ giữa chúng

Do đó tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số

thấm KRtR và mác chống thấm W của bê tông các công trình xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn

II Mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ của đề tài

Giải quyết kịp thời việc đánh giá khả năng chống thấm của bê tông các công trình thuỷ lợi thủy điện phù hợp với tiêu chuẩn Quốc tế

Làm rõ mối quan hệ giữa mác chống thấm W và hệ số thấm KR t R của bê tông thuỷ công

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

1 Cách tiếp cận:

Về mặt lý thuyết: Tiếp tục làm rõ cho nội dung, trình tự của phương pháp thí nghiệm thấm bê tông: xác định rõ các chỉ tiêu đánh giá cơ bản của thí nghiệm, các tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật chuyên ngành khác về thấm bê tông có liên quan được sử dụng trong quá trình tiến hành và đánh giá kết quả thí nghiệm

Về thí nghiệm thực nghiệm: Xác định giá trị mác thấm W, hệ số thấm

KR t Rở tuổi 28 ngày, 56 ngày, 90 ngày và 180 ngày Thành lập mối quan hệ giữa chúng, tìm ra quy luật tránh các sai số xảy ra

2 Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa mác chống thấm của bê tông W và hệ số thấm KR t R trong các công trình thuỷ lợi thuỷ điện

Trang 13

3 Phương pháp nghiên cứu:

Để đánh giá khả năng chống thấm của các loại bê tông hiện đang được dùng cho công trình thuỷ lợi thuỷ điện ở Việt Nam, đề tài sử dụng phương

pháp nghiên cứu từ phân tích lí thuyết thông qua tài liệu tham khảo, bao gồm các tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN, tiêu chuẩn nghành thuỷ lợi - 14TCN và tiêu chuẩn Mỹ lựa chọn các tiêu chí đánh giá

Phương pháp thực nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm (Las – XD175) theo các tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn Mỹ và phương pháp đánh giá khả năng chống thấm của bê tông thuỷ công

4 Kết quả dự kiến đạt được:

Từ các kết quả thí nghiệm thành lập mối qua hệ tổng quát giữa mác chống thấm W và hệ số thấm KR t Rcủa bê tông thuỷ công nói chung

Trang 14

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁC CHỐNG THẤM W VÀ HỆ SỐ

THẤM K t CỦA BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm về tính thấm nước của bê tông

Tính thấm nước của bê tông là tính chất để nước thấm qua chiều dầy của nó khi giữa hai bề mặt bê tông có sự chênh lệch áp suất thủy tĩnh [1] Tính chất này khác tính hút nước được định nghĩa là khả năng hút và giữ nước của bê tông ở điều kiện bình thường Tính thấm nước, như đã nêu trong phần mở đầu, có ý nghĩa quan trọng đối với các công trình bê tông tiếp xúc với nước, trong đó có công trình thủy lợi, đặc biệt là khi có sự chênh lệc áp suất thủy tĩnh ở hai mặt của kết cấu

Tính thấm nước gây nên các hiện tượng mất nước trong các hồ chứa, kênh mương, cầu máng dẫn nước và gây ra thấm dột đối với các công trình dân dụng, ảnh hưởng đến sinh hoạt và cuộc sống Điều nghiêm trọng là nó thúc đẩy quá trình ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép, làm giảm tuổi thọ và tính ổn định của công trình, nhất là khi trong nước có chứa các yếu tố ăn mòn

và đặc biệt là khi có chứa ion ClP

-P Tính thấm nước thường được biểu thị bằng mác chống thấm, được ký hiệu là W (trước đây là B, CT) và hệ số thấm , được ký hiệu là KR t R

1.1.1 Khái niệm về hệ số thấm K t của bê tông:

Theo tài liệu [10], hệ số thấm được định nghĩa là tốc độ nước chẩy ra thành dòng qua một đơn vị diện tích của vật liệu xốp (ở đây bê tông cũng được coi là vật liệu xốp) dưới một đơn vị građien thủy lực ở nhiệt độ tiêu chuẩn, thông thường là 20P

a V

t

−

Trang 15

Trong đó: VR n R – Thể tích nước thấm qua khối bê tông, mP

3

P

;

a - Chiều dầy khối bê tông, m;

S - Diện tích tiết diện của khối bê tông mà nước thấm qua, mP

2

P

; P1, P2 - Áp suất thủy tĩnh ở hai mặt khối bê tông, mét cột nước;

t - Thời gian nước thấm qua mẫu bê tông, giờ;

Như vậy: KRtR chính là thể tích nước thấm qua khối bê tông có chiều dầy 1m, diện tích tiết diện 1mP

2

P

, độ chênh lệch áp suất thủy tĩnh ở hai mặt bê tông bằng 1m cột nước và trong thời gian là 1 giờ

1.1.2 Khái niệm về mác chống thấm W của bê tông

Mác chống thấm là khả năng của bê tông không cho nước thấm qua dưới áp lực thủy tĩnh [10] Khi thí nghiệm xác định độ chống thấm của tổ mẫu (6 viên hình trụ, kích thước 150 x 150 mm) là cấp áp lực lớn nhất mà ở trong đó 4 trong 6 viên mẫu chưa bị nước thấm qua Từ áp lực nước mà ở đó

4 trong 6 viên đã bị thấm nước (áp lực mà tại đó dừng việc thử) trừ đi 2 sẽ cho mác chống thấm của bê tông W

Như vậy: Mác chống thấm của bê tông W là hiệu số của cấp áp lực khi dừng thử ( tính bằng atm) mà ở đó bốn trong sáu viên mẫu thử đã bị nước xuyên qua trừ đi 2 Áp lực đó gọi là mác chống thấm của bê tông và ký hiệu là W2, W4, W6, W8, W10 & W12

1.2 Tình hình nghiên cứu và phương pháp thí nghiệm mác chống thấm

W và hệ số thấm K t c ủa bê tông trên thế giới

1.2.1 Phương pháp thí nghiệm tính thấm nướccủa bê tông bằng cách đúc mẫu và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm:

Hiện tại có nhiều phương pháp thí nghiệm xác định tính thấm nước của

bê tông được áp dụng ở các nước trên thế giới Có một số nước sử dụng phương pháp thí nghiệm xác định hệ số thấm Kt, một số khác lại sử dụng phương pháp thí nghiệm xác định mác chống thấm W (B, CT)

Trang 16

Ở Liên Xô cũ, Liên bang Nga ngày nay cũng vẫn sử dụng cả hai phương pháp xác định tính thấm nước của bê tông Theo tiêu chuẩn GOST

4795 - 53 [12] quy định mác chống thấm của bê tông thủy công theo áp lực nước tối đa, được ký hiệu là B

Trình tự thí nghiệm độ chống thấm được tiến hành theo GOST 4800 –

59 [13] và hiện nay phương pháp này vẫn còn được sử dụng tại Liên bang Nga Ngoài ra theo phương pháp này cũng được sử dụng tại Trung quốc

Phương pháp thí nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn của Hoa Kỳ CRD – C48 – 92 [11] là phương pháp xác định hệ số thấm KR t R của bê tông Phương pháp này có một số điểm đáng chú ý như sau:

- Dùng hai loại mẫu : Hình trụ có kích thước 368 x 381 mm; Hình lập phương kích thước 152 x 152 mm Trong khi thí nghiệm tiêu chuẩn này viết dùng một tổ mẫu tuy nhiên không nói rõ mỗi tổ mẫu là bao nhiêu viên Sau khi lắp song tổ mẫu trên máy thí nghiệm, áp lực nước được tăng ngay lên đến 1,3MPa và giữ ở áp lực này suốt trong thời gian thí nghiệm Nước thấm qua mẫu bê tông thể hiện bởi mức nước giảm trong thùng có gắn ống thủy tinh chia vạch Quan sát mức nước đó hàng ngày và ghi vào sổ cho tới khi có dòng chảy cơ bản không thay đổi, thường trong khoảng thời gian từ 14 đến 20 ngày

- Sự chênh lệch mức nước hàng ngày trong thùng chứa được chuyển thành thể tích nước giảm đi tính bằng ml Tốc độ dòng chẩy, cmP

3

P/giờ, được tính bằng cách chia thể tích đó cho thời gian chẩy, giờ, giữa hai lần đọc số

- Hệ số thấm KR t R , ,

) Ft

dau Ft ( Ft s Ft

Trang 17

P là hệ số chuyển đổi mẫu trụ 368 x

381 mm và mẫu lập phương 152 x152 mm từ đơn vị

, ) Ft

dau Ft ( Ft s Ft

* Phương pháp thí nghiệm tính thấm nước của bê tông tại Nhật bản :

Thiết bị mang nhãn hiệu Macross Corporation Model No: 3MFG : 052,

có những đặc điểm như sau :

- Mẫu hình trụ có kích thước 150 x 300 mm, có lỗ rỗng ở chính tâm, đường kính d = 16mm Tổ mẫu được lắp gồm 6 viên mẫu

- Mẫu được lắp vào khoang chứa mẫu, nước có thể cho thấm từ ngoài vào trong lỗ hoặc ngược lại Trong cả hai trường hợp nước thấm qua mẫu được thu gom vào ống đong bằng thủy tinh chia vạch để tính khối lượng nước thấm qua mẫu

- Việc tính toán hệ số thấm KR t R cũng theo công thức Darcy và bề dầy của mẫu chính là khoảng cách từ mặt ngoài thành mẫu đến thành của lỗ rỗng ở chính tâm mẫu:

, ).t P S(P

a V Kt

2 1

A – chiều dầy của mẫu bê tông;

S – Diện tích xung quanh của mẫu trụ hoặc diện tích xung quanh của lỗ rỗng chính tâm (tùy theo phương pháp thấm từ ngoài vào trong hay từ trong ra ngoài ) của mẫu bê tông mà nước thấm qua;

Trang 18

PR 1 R, PR 2 R – áp suất thủy tĩnh ở hai mặt khối bê tông, m cột nước;

T – thời gian nước thấm qua mẫu bê tông, giờ

trong khối EU :

Hãng Technotest của Italy đưa ra một loại máy thí nghiệm ký hiệu là

AT -315 có tên là « Water Impermiability Apparatus Three - Places Model» [15] Trong phương pháp thí nghiệm này chỉ cần tổ mẫu 3 viên, thí nghiệm cùng một lần để xác định chỉ tiêu độ thấm nước, mặc dù tên của máy lại là

‘‘Máy thử độ không thấm nước’’ Lượng nước chẩy qua 03 viên mẫu được thu vào 03 buret chia vạch riêng biệt Áp lực nước tác dụng lên bề mặt mẫu có đường kính 100mm suốt trong thời gian quy định trong tiêu chuẩn Áp lực nước được báo trên đồng hồ của máy nén khí tạo ra

Hãng Matest của Italy cũng đưa ra kiểu máy thấm ký hiệu Matest gồm

4 khoang chứa mẫu [15] Có hai loại mẫu hình trụ, đường kính bằng chiều cao, kích thước 150 x 150mm và 100 x 100 mm, hình lập phương kích thước

150 x 150 mm và 100 x 100 mm Khi lắp mẫu vào trong khuôn, mẫu được gioăng cao su ép chặt để kín nước và mặt bên được quét keo Epoxy để cho nước chỉ thấm qua từ mặt trên xuống mặt dưới của mẫu thử Áp lực nước tùy theo từng tiêu chuẩn quy định khi áp dụng Hệ số thấm K+ được tính như sau :

Trang 19

* Phương pháp thí nghiệm thấm của Trung Quốc:

Theo tài liệu [9]P Pcủa Trung Quốc có nêu phương pháp xác định hệ số thấm nước của bê tông như sau :

- Dùng mẫu bê tông hình trụ có các kích thước D x H = 450 x 450

mm và 300 x 300 mm Một nhóm mẫu có từ 3 đến 6 viên mẫu ;

- Lắp mẫu vào khoang chứa mẫu giống như phương pháp của Liên

Xô cũ ;

- Trường hợp cường độ bê tông ≤ 30MPa, thì áp lực đầu tiên là 0,2MPa, giữ áp lực này trong 8 giờ rồi tăng thêm 0,1MPa Cứ làm như vậy cho đến khi thấm nước thì thôi và bắt đầu thí nghiệm hệ số thấm Cứ 8 giờ lại xác định lượng nước thấm qua từng viên mẫu và xác định lưu lượng cho đến khi lưu lượng cơ bản tương tự nhau thì thôi Nói chung thời gian thí nghiệm cần thiết khoảng 300 giờ ;

- Trường hợp cường độ bê tông > 30MPa, thì áp lực ban đầu vào khoảng từ 0,5 ÷ 1,0 MPa và sau 8 giờ tăng 0,4 MPa, tiếp tục tiến hành như vậy giống như trường hợp trên ;

- Xử lý số liệu :

Đối với mỗi mẫu bê tông vẽ đường quan hệ giữa lưu lượng nước và thời gian, và được đoạn thẳng tương ứng với lưu lượng ổn định ; thời gian đạt được lưu lượng ổn định thường lớn hơn 100 giờ Tính lưu lượng bình quân của các mẫu thí nghiệm Tính hệ số thấm K theo công thức sau đây :

; / ,m s AH

A – diện tích của mẫu bị thấm nước qua, m2

;

Trang 20

L – chiều cao của mẫu, m ;

H – áp lực cột nước, m ; ( 1MPa áp lực cột nước = 100m thủy đầu )

1.2.2 Phương pháp thí nghiệm tính thấm nước trực tiếp trên kết cấu công trình:

Có thể xác định tính thấm của bê tông tại hiện trường theo hai phương pháp như sau:

1 Khoan nõn bê tông tại hiện trường để gia công thành mẫu trụ có quy cách theo yêu cầu để xác định hệ số thấm KR t Rhoặc mác chống thấm W ;

2 Thí nghiệm thấm của bê tông ngay trên các kết cấu : Hãng TECHNOTEST của Italy giới thiệu máy thí nghiệm thấm trên công trình có tên là «Permeability Meter for Field Test », người Đức cũng giới thiệu máy thí nghiệm thấm trên công trình có tên là «German’s Water Permeability Test Chamber» Phương pháp thí nghiệm thấm này đã dựa vào tiêu chuẩn ISO/DIN 7031 Nguyên lý của phương pháp thí nghiệm là đo lượng nước thấm xuống nền dưới áp lực được khống chế Thiết bị thí nghiệm gồm buồng

để tạo áp lực được áp chặt trên bề mặt bê tông với vòng đệm kín nước Trong buồng đựng nước đã khử khí và nước được ép lên mặt bê tông bằng pittông Lắp một đồng hồ micromet ở thành buồng áp lực để đánh giá đặc tính thấm của bê tông được thử Phép thử được tiến hành cho đến khi micromet không chuyển dịch nữa Thông thường chỉ thí nghiệm một lần 5 ÷ 10 phút tùy thuộc chất lượng bê tông Dòng thấm qđược tính theo công thức :

A.t

)gB(g

Trang 21

A – diện tích bề mặt được ép nước (bằng 3018 mmP

2

P đối với buồng có đường kính là 62 mm) ;

t – thời gian thí nghiệm tính bằng giây, s ;

gR 1 R, gR 2 R – số đọc trên đồng hồ micromet tính bằng mm trước và sau khi thí nghiệm

Hãng TECHNOTEST của Italy cũng đưa ra thiết bị sách tay có tên là :

«Portable Water Permeability Test Kit for Concrete » với ký hiệu AT 310 phù hợp với tiêu chuẩn Anh BS 1881 Máy bao gồm : Đầu tạo áp, kìm kẹp và dụng cụ neo, 02 chai đựng nước cất Khi thí nghiệm , đầu tạo áp lực được kẹp vào mặt bê tông nằm ngang hoặc thẳng đứng Buồng áp lực được gắn bằng tấm đệm lên mặt bê tông Trong buồng đựng đầy nước cất, các van được đóng lại và tạo áp lực nước bằng cách xoay núm điều chỉnh trên buồng Áp lực có thể lựa chọn từ 0 đến 4 bars Đọc đồng hồ đo ở các khoảng thời gian xác định trước (1 bar tương đương 1daN/cmP

2

P )

1.3 Tình nghiên cứu và phương pháp thí nghiệm mác thống thấm W và

hệ số thấm K t của bê tông tại Việt Nam

Tiêu chuẩn 14TCN – F.1 – 74 lần đầu tiên giới thiệu phương pháp thí nghiệm xác định khả năng chống thấm nước của bê tông dựa theo tiêu chuẩn của Liên xô cũ Nội dung phương pháp này như sau : Thí nghiệm được tiến hành trên 06 mẫu trụ có đường kính bằng chiều cao và bằng 15 cm, mẫu có thể được đúc hoặc khoan từ công trình ở tuổi 90 ngày Trước khi thí nghiệm mẫu được giữ trong môi trường không khí 01 ngày đêm Sau khi 06 viên mẫu được lắp trên máy, bắt đầu thí nghiệm với áp lực 1daN/cmP

2

P, sau đó cứ 8 giờ lại tăng thêm 1daN/cmP

2

P Khả năng chống thấm của bê tông được lấy theo áp lực nước lớn nhất mà ở áp lực đó 04 trong 06 viên mẫu chưa thấy xuất hiện nước thấm qua Từ áp lực đó quy ra mác chống thấm của bê tông

Trang 22

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3116 – 79 quy định phương pháp thử độ không thấm nước của bê tông Trong tiêu chuẩn Việt Nam lần này không dùng cụm từ ‘‘độ chống thấm’’ Phương pháp thí nghiệm của tiêu chuẩn TCVN 3116 – 79 dựa theo phương pháp của Liên xô cũ

Tiêu chuẩn nghành Thủy lợi 14TCN 65-88 cũng trích dẫn tiêu chuẩn TCVN 3116-79

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3116 – 93 quy định phương pháp xác định

độ chống thấm nước của bê tông Tiêu chuẩn này thay thế tiêu chuẩn TCVN

3116 – 79 và dùng cụm từ ‘‘độ chống thấm’’ thay cho ‘‘độ không thấm nước’’ Tiêu chuẩn quy định một số điểm đáng chú ý như sau :

- Sau khi lắp 06 viên mẫu lên máy thí nghiệm thấm như đã trình bầy

ở trên, bơm nước tạo áp lực tăng dần từng cấp, mỗi cấp 2daN/cmP

2

P Thời gian duy trì mẫu ở một cấp áp lực là 16 giờ ;

- Tiến hành tăng từng cấp áp lực cho đến khi thấy trên mặt viên mẫu

có xuất hiện nước thấm qua Khóa van và ngừng thử viên mẫu đã bị nước thấm qua Sau đó tiếp tục thử cho đến khi 4 trong 6 viên mẫu

đã bị nước thấm qua;

- Độ chống thấm của bê tông được xác định bằng cấp áp lực nước tối

đa mà ở đó 4 trong 6 viên mẫu chưa bị nước thấm qua Như vậy, mác chống thấm của bê tông chính là hiệu số giữa cấp áp lực mà ở

đó có 4 viên mẫu đã bị nước thấm qua trừ đi 2;

- Trong tiêu chuẩn TCVN 3116 - 1993 cũng quy định mác chống thấm của bê tông là : B2, B4, B6, B8, B10, B12

Tiêu chuẩn TCVN 3116 – 1993 đã được Viện KHCN XD biên soạn lại thành TCVN 3116 – 2007 Về cơ bản, nội dung vẫn như tiêu chuẩn cũ chỉ có mác chống thấm ký hiệu là CT hoặc W chứ không dùng B nữa Mác chống

Trang 23

thấm của bê tông từ W2 đến W20 Áp lực nước không dùng đơn vị daN/cmP

số điểm theo sổ tay bê tông và vữa của liên xô cũ [13]

Có một số điểm đáng lưu ý như sau :

- Dùng mẫu đúc hoặc nõn khoan hình trụ có đường kính 15 cm và chiều cao bằng 5, 10 hoặc 15 cmm ứng với DR max Rcủa cốt liệu lần lượt bằng 10, 20 hoặc 40 mm Mẫu được thí nghiệm trong trạng thái độ ẩm cân bằng với môi trường không khí ẩm hoặc trong trạng thái bão hòa nước;

- Sau khi mẫu được lắp trên máy thí nghiệm, tăng áp lực nước lên mặt mẫu là 1daN/cmP

2

P, sau đó cứ 1 giờ lại tăng lên 1 daN/cmP

2

P, cứ như thế cho đến khi xuất hiện nước thấm qua mẫu Từ đó không tăng áp lực nữa mà chỉ hứng nước thấm qua mẫu bằng ống lường có chia vạch để xác định khối lượng nước thấm qua từng mẫu Trong trường hợp thiết kế quy định áp lực thử, thì việc tăng áp lực nước tới trị số đó phải qua không ít hơn 5 bậc và mỗi bậc không quá 0,2 áp lực quy định Đến áp lực quy định thì dừng tăng

áp lực, chỉ hứng nước thấm qua từng viên mẫu như đã nêu ở trên;

- Đối với mẫu độ ẩm cân bằng, cứ 30 phút đo nước một lần, lần đo đầu tiên không sớm hơn 1 giờ sau khi bắt đầu thấm;

- Đối với mẫu bão hòa nước, đo nước sau khi đã xác định là dòng thấm ổn định, không sớm hơn 4 ngày đêm sau khi bắt đầu thử;

- Đối với từng viên mẫu phải xác định 5 số đo, rồi tính giá trị Q trung bình và Kt được tính theo công thức sau đây:

t

S τ.

Q δ K

∆

Trang 24

Trong đó :

Kt – hệ số thấm , cm/s;

Q – lượng nước thấm qua mẫu, cm3;

δ- chiều dầy mẫu, cm;

η- hệ số độ nhớt của nước phụ thuộc vào nhiệt độ;

S – diện tích mặt mẫu chịu áp lực nước, cmP

K K

K

Kt t−1+ t−2 + t−3 + t−4 + t−5 + t−6

Tuy đã đưa vào tiêu chuẩn Ngành nhưng Ngành Thủy lợi rất ít sử dụng

vì các nhà thiết kế Thủy lợi thường dùng chỉ tiêu mác chống thấm của bê tông

B, W và CT

Trang 25

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

2.1 Vật liệu thí nghiệm

2.1.1 Xi măng

+ Thiết kế cấp phối cho bê tông truyền thống cấp phối M10, M15, M20, M25 sử dụng xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB 30 Bỉm Sơn

+ Thiết kế cấp phối cho bê tông truyền thống cấp phối M30, M35, M40

sử dụng xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB 40 Bỉm Sơn

+ Thiết kế cấp phối cho bê tông đầm lăn M15 và M20 sử dụng xi măng pooc lăng PC 40 Kim Đỉnh hoặc Hoàng Mai

+ Thiết kế cấp phối cho bê tông tự lèn M25, M30, M35, M40 sử dụng

xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB 40 Bỉm Sơn

Xi măng đạt các chỉ tiêu kỹ thuật dùng cho bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 6269 : 1997

2.1.2 Cát

Cát được lấy từ các mỏ CS1, CS2 thuộc xã Mỹ Sơn, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận đưa về Phòng nghiên cứu vật liệu - Viện Thủy công - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam thí nghiệm Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ

lý của cát như ở bảng 2.1, 2.2; thành phần hạt như trong bảng 2.3, 2.4

Chỉ tiêu thí nghiệm Kết quả thí nghiệm

Trang 26

Trang 27

là bột đá có độ mịn thích hợp hoặc phụ gia khoáng mịn

2.1.3 Đá

Đá dăm được phân ra 3 cỡ hạt: 5-20mm, 20-40mm, 40-60mm, kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đá như trong bảng 2.5, 2.6 và 2.7; thành phần hạt như trong bảng 2.5

Trang 28

Trang 29

%

Lượng sót tích lũy đá 20-40mm,

%

Lượng sót tích lũy đá 40-60mm,

Trang 30

Silica Fume sử dụng để chế tạo bê tông tự lèn

Phụ gia hóa học dùng loại Viscocrete và V – MAR 2 để chế tạo bê tông

tự lèn

2.2 Thiết kế cấp phối bê tông thí nghiệm

Để thực hiện luận văn, tác giả đã tíến hành thí nghiệm dựa trên một số mác bê tông được sử dụng trong xây dựng Thủy lợi (cống, đập tràn, mũi phun, dốc nước, âu thuyền): Bê tông truyền thống (CVC) M10, M15, M20, M25, M30, M35 và M40 ; các mác bê tông đầm lăn : RCC M15 và RCC M20 ; các mác bê tông tự lèn : SCC M25, SCC M30, SCC M35 và SCC M40 Cấp phối bê tông sau khi thí nghiệm và lựa chọn có thành phần như bảng 2.9, 2.10 và 2.11

Bảng 2.9 Thành phần cấp phối của các mác bê tông truyền thống thí nghiệm

Trang 31

Bảng 2.10 Thành phần cấp phối của các mác bê tông đầm lăn thí nghiệm

(kg)

Đá (20-40)

(kg)

Đá (40-60)

(kg)

Tro bay

(kg)

SF

(kg)

PG Viscocrete

(lít)

PG V- mar2

Để đánh giá chỉ tiêu mác chống thấm của các loại bê tông, tác giả đã sử

dụng phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 3116 : 1993 “ Bê tông

nặng - Phương pháp xác định độ chống thấm nước ” Việc xác định hệ số

thấm KR t Rcủa bê tông, ban đầu đề tài đã sử dụng phương pháp xác định theo 14 TCN 65-88 của ngành Thủy lợi, tuy nhiên các kết quả thí nghiệm xác định KR t Rkhông thể tập hợp được, bởi vì mỗi mẫu bê tông lại bị thấm ở một áp lực khác nhau và sinh ra lượng nước thấm qua mẫu không tuân theo quy luật nào Cuối cùng, sau khi tham khảo các đơn vị như Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Trang 32

(IBST) và Công ty tư vấn xây dựng điện I (PEC I) để phù hợp với xu thế hội nhập về mặt tiêu chuẩn, đề tài đã đi đến lựa chọn phương pháp xác định hệ số thấm KR t R của bê tông theo tiêu chuẩn Mỹ CRD-C48-92 “ Standard Test

Method for Water Permeability of Concrete ” Tức là áp lực nước thủy tĩnh lúc ban đầu cho các loại bê tông đều là 13,8MPa và dễ dàng so sánh lượng nước thấm của các loại bê tông khi quy về cùng một áp lực

Trang 33

Hình 2.2 Máy xác định W và KR t Rcủa bê tông (Matest của Ý)

Hình 2.3 Máy xác định mác chống thấm W và hệ số thấm KR t Rcủa bê tông

(Nhật)

Trang 34

Hình 2.4 Tác giả chuẩn máy trộn đúc mẫu

Hình 2.5 Tác giả dưỡng hộ mẫu

Trang 35

Hình 2.6 Tác giả kiểm tra mẫu

2.3.3 Chế tạo mẫu thí nghiệm

2.3.3.1 Thiết bị sử dụng

- Bàn rung tần số 50-60 Hz, biên độ 0,5 ± 0,1 mm, có gá để gắn chặt khuôn với bàn rung

- Khuôn đúc phù hợp với TCVN 3105:1993 có hình dạng và kích thước theo bảng 2.12

- Đĩa sắt gia tải ép trên mặt hỗn hợp bê tông cho hai loại khuôn hình trụ

và khuôn lập phương, có tổng khối lượng sao cho tạo ra áp suất bằng 0,0049 MPa

- Thanh sắt tròn trơn, đường kính 16 mm, dài 600 mm, hai đầu múp tròn

- Khay kim loại, bay trộn bằng kim loại, ni lông che phủ

Trang 36

Bảng 2.12 Chỉ tiêu cần xác định và hình dáng, kích thước viên mẫu

Chỉ tiêu cần xác định Hình dáng viên mẫu Kích thước mẫu, mm

+ Đúc mẫu bằng khuôn trụ: Đặt khuôn hình trụ D 150 x H 150 mm lên

bàn rung và bắt chặt khuôn vào bàn rung bằng các bu lông hãm Cho hỗn hợp

bê tông đã trộn sẵn theo thiết kế ở mục 2.2 vào khuôn thành 3 lớp, dùng thanh thép tròn (d =16 mm) đầm 25 lần Sau khi đầm xong lớp thứ nhất, đặt quả gia tải vào khuôn cho bàn rung làm việc Rung cho đến khi hồ xi măng xuất hiện trên bề mặt bê tông thì dừng lại Dùng thanh thép cạo lớp hồ trên mặt lớp bê tông đã đầm để tạo nhám và tiếp tục đổ lớp bê tông tiếp theo rồi dùng thanh thép đầm tiếp 25 lần và lại cho bàn rung làm việc cho đến khi nổi hồ xi măng lên bề mặt Lại dùng thanh thép cạo bề mặt làm nhám rồi đổ lớp bê tông cuối cùng Lượng hỗn hợp bê tông lần thứ ba cho vào khuôn sao cho sau khi đầm bằng gia tải xong, mặt hỗn hợp bê tông còn cách miệng khuôn từ 1 đến 2 mm

đủ để phủ một lớp hồ xi măng làm phẳng đầu mẫu

Cách làm phẳng đầu mẫu trụ sau khi đúc (đối với bê tông đầm lăn) như sau: Trộn hồ xi măng đặc (tỷ lệ N/X = 0,27 đến 0,29) Sau khoảng 2 đến 3 giờ, chờ cho mặt mẫu se lại và hồ xi măng đã co ngót sơ bộ, trộn lại hồ xi măng sau đó phủ hồ xi măng lên đầu mẫu Sử dụng tấm kính hoặc tấm thép phẳng để làm phẳng nẵn đầu mẫu

+ Đúc mẫu bằng khuôn hình lập phương: Đặt khuôn hình lập phương

kích thước 150x150x150 mm lên bàn rung và bắt chặt khuôn vào bàn rung

Trang 37

bằng các bu lông hãm Cho hỗn hợp bê tông vào khuôn thành 2 lớp, dùng thanh thép tròn đầm 25 lần Sau khi đầm xong lớp thứ nhất, đặt quả gia tải vào khuôn và cho bàn rung làm việc Rung đến khi nào hồ xi măng xuất hiện xung quanh quả gia tải Dừng đầm rung, bỏ quả gia tải ra ngoài, dùng thanh thép cạo hồ trên mặt lớp thứ nhất để tạo nhám Đặt khúc nối khuôn lên miệng khuôn, đổ lớp hỗn hợp bê tông thứ hai cao hơn miệng khuôn từ 1 đến 2 cm nhưng vẫn thấp hơn miếng nối khuôn Dùng thanh thép tròn chọc 25 lần rồi đặt quả gia tải cho bàn rung làm việc cho đến khi hồ xi măng xuất hiện xung quanh quả gia tải Lượng hỗn hợp bê tông cho vào lớp thứ 2 sao cho sau khi đầm rung xong, mặt lớp cuối cùng vừa bằng mặt khuôn

Trong quá trình đúc mẫu, để cho việc đúc mẫu ở lớp cuối cùng một cách dễ dàng, có thể lắp thêm phần nối dài khuôn cao 40 đến 50 mm để dẫn hướng cho quả gia tải

2.3.3 4 Bảo dưỡng mẫu

Việc bảo dưỡng các mẫu bê tông cho đến trước khi thí nghiệm được tiến hành theo quy định của TCVN 3105 : 1993

2.3.4 Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông

Việc xác định cường độ nén được tiến hành theo các bước tuân theo TCVN 3118:2007

2.3.5 Phương pháp xác định hệ số thấm nước

Nguyên lý xác định hệ số thấm KR t R: Cho nước áp lực thấm xuyên qua mẫu có thiết diện và chiều dày xác định Đo lưu lượng nước xuyên qua mẫu ở trạng thái ổn định thấm (lưu lượng thấm không đổi) Hệ số thấm KR t R được xác

định bằng phương trình Đaxi có thứ nguyên Chiều dài/thời gian, đơn vị

thường sử dụng là cm/s Cách xác định KR t Rđược thể hiện trên hình 2.4

Trang 38

Phương pháp xác định hệ số chống thấm nước W thực hiện theo tiêu chuẩn CRD 48-92 Bản chất là đo lưu lượng nước thấm xuyên qua mẫu bê tông dưới tác dụng áp lực nước

Các bước tiến hành như sau:

- Đúc mẫu hình trụ kích thước 150x150 mm

- Sơn kín xung quanh thành mẫu bằng sơn epoxy

- Sau khi đã đủ tuổi thì tiến hành lắp mẫu vào buồng thử thấm

- Bơm đầy nước vào buồng thử thấm

- Tăng áp tới 13.8 Mpa

- Theo dõi lưu lượng nước thấm qua mẫu cho tới khi ổn định thì

đo lưu lượng nước làm số liệu tính toán

- Tính toán kết quả: Hệ số KR t Rđược xác định theo công thức

2

P P+ H - Áp lực cột nước (áp lực), cm

+ L - Quãng đường mà nước xuyên qua Trong phòng thí nghiệm hệ số thấm được xác định bằng nước có áp lực thấm xuyên qua mẫu bê tông theo chiều cao mẫu, thành mẫu được sơn bằng epoxy Đo lưu lượng nước thấm và tính ra hệ số thấm

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	0,99 MB