Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm mức độ ảnh hưởng của phương pháp bảo dưỡng bê tông toàn khối, thi công trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến các quá trình vật lý (sự bay hơi nước và biến dạng dẻo) xảy ra trong bê tông trong thời gian đầu đóng rắn và sự phát triển cường độ bê tông. Từ đó, đề xuất phương pháp bảo dưỡng bê tông hiệu quả nhằm đảm bảo chất lượng và cường độ bê tông trước ảnh hưởng bất lợi của điều kiện thời tiết.
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG BÊ TÔNG HIỆU QUẢ TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NĨNG ẨM TS Hồ Ngọc Khoa ThS Nguyễn Hùng Cường Khoa Xây dựng Dân dụng Cơng nghiệp Trường Đại học Xây dựng Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm mức độ ảnh hưởng phương pháp bảo dưỡng bê tơng tồn khối, thi cơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến q trình vật lý (sự bay nước biến dạng dẻo) xảy bê tơng thời gian đầu đóng rắn phát triển cường độ bê tơng Từ đó, đề xuất phương pháp bảo dưỡng bê tông hiệu nhằm đảm bảo chất lượng cường độ bê tông trước ảnh hưởng bất lợi điều kiện thời tiết Summary: This article shows the result of an experimental research about the influence of the method used to maintain concrete in the hot-and-humid climate in Vietnam, on physical processes (water evaporation and plastic deformations) that occurred in the short-time after hydration and the concrete strength development Based on this research, an effective method is also recommended to well-maintain concrete in order to resist bad climate effects Mở đầu Trong năm gần đây, để đáp ứng phát triển kinh tế nhu cầu ngày cao nhà người dân, khối lượng tốc độ xây dựng cơng trình cơng nghiệp dân dụng ngày tăng Trong tổng khối lượng bê tông sử dụng cho xây dựng cơng trình, khối lượng bê tơng tồn khối chiếm phần lớn Nếu xét năm 1999, khối lượng bê tơng tồn khối sử dụng ước đạt 14,1 triệu m3, nay, dù khơng có thống kê xác, tổng hợp từ số nguồn khối lượng bê tơng tồn khối ước đạt gần 50 triệu m3/năm Đặc thù điều kiện khí hậu Việt Nam nóng ẩm với biến thiên lớn nhiệt độ, độ ẩm không tháng, mà chí ngày ảnh hưởng lớn đến hình thành cấu trúc bê tơng đóng rắn Vấn đề đòi hỏi cần thiết nghiên cứu áp dụng phương pháp bảo dưỡng bê tông hiệu Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm mức độ ảnh hưởng phương pháp bảo dưỡng bê tơng tồn khối, thi cơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam đến q trình vật lý (sự bay nước biến dạng dẻo) xảy bê tơng thời gian đầu đóng rắn phát triển cường độ bê tông Từ đó, đề xuất phương pháp bảo dưỡng bê tơng hiệu nhằm đảm bảo chất lượng cường độ bê tông trước ảnh hưởng bất lợi điều kiện thời tit Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 33 Bản chất phương pháp bảo dưỡng bê tơng Về qui trình kỹ thuật, cơng tác bảo dưỡng bê tông qui định TCVN 4453:1995 Kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép tồn khối - Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu [1]; TCXDVN 391-2007 Bê tông - Yêu cầu bảo dưỡng ẩm tự nhiên [2] Tuy nhiên, thực tế, hướng dẫn qui trình nhiều chỗ chưa cụ thể với việc nhận thức không tầm quan trọng công tác bảo dưỡng bê tông số nguyên nhân khác điều kiện thi công mà hầu hết nhà thầu không thực bảo dưỡng áp dụng biện pháp bảo dưỡng không cách Điều không làm giảm cường độ bê tông, phát sinh chi phí phải khắc phục, sửa chữa, mà lâu dài làm giảm độ bền làm việc cấu kiện BTCT ảnh hưởng đến chất lượng công trình Sự đóng rắn bê tơng kết hàng loạt q trình hóa học, vật lý diễn sau đổ bê tông [3, 4] Q trình hóa học phản ứng thủy hóa xi măng, tạo hợp chất đá xi măng Đồng thời xảy trình vật lý: nước (bay nước); biến dạng mềm; trình dịch chuyển, thay đổi nước áp lực bê tơng; hình thành ứng suất trong, vi nứt, mao mạch, lỗ rỗng bê tông Các trình có liên quan lẫn nhau, tác động lẫn ảnh hưởng định tới trình hình thành cấu trúc ban đầu bê tông cường độ tính chất - lý bê tông sau Ngay sau đổ bê tông, diễn q trình bay nước bê tơng môi trường xung quanh Sự nước thời gian đầu đẩy nhanh biến dạng co bê tông, bê tông trạng thái (pha) dẻo Ở trạng thái này, biến dạng khơng dẫn đến hình thành nứt cấu trúc bê tông, ngược lại dịch chuyển hạt thành phần góp phần làm đặc cấu trúc, độ rỗng kích thước lỗ rỗng bê tông nhỏ [5] Cùng thời điểm, lượng nước thừa bê tơng làm giảm nguy tạo thành lỗ, mao mạch rỗng bê tơng Theo kết nghiên cứu trình bày [6], bay nước giới hạn đến 30-35% lượng nước dùng không ảnh hưởng xấu đến cấu trúc chất lượng bê tông Tuy nhiên, nước diễn với cường độ khối lượng lớn thúc đẩy biến dạng dẻo nhanh đạt giá trị cực đại tiếp tục phát triển q trình đóng rắn bê tơng (pha rắn), tạo ứng suất dẫn đến tạo thành vết nứt cấu trúc bê tông Ngoài bay nước lớn làm cho bê tông rơi vào trạng thái nước, ảnh hưởng đến q trình thủy hóa xi măng Tất yếu tố ảnh hưởng đến cường độ, tính chống thấm chất lượng bê tơng Như vậy, chất q trình bảo dưỡng bê tơng kiểm sốt bay nước bê tơng cách khoa học, với việc tạo môi trường nhiệt độ - độ ẩm thuận lợi cho việc hình thành cấu trúc phát triển cường độ bê tông Tùy theo điều kiện thời tiết cụ thể mà người ta áp dụng phương pháp bảo dưỡng bê tơng khác Q trình bảo dưỡng phân chia tương đối giai đoạn: giai đoạn bảo dưỡng ban đầu giai đoạn bảo dưỡng Về bản, chia thành phương pháp bảo dưỡng bê tông [7]: - Phương pháp bảo dưỡng ẩm phương pháp sử dụng nước thông qua vật liệu giữ nước để làm ẩm bề mặt bay bê tông - Phương pháp bảo dưỡng khô phương pháp không sử dụng nước trình bảo dưỡng Trong phương pháp bề mặt bay bê tông phủ vật liệu cách ẩm vải bạt, màng poliêtilen phun chất tạo màng (ví dụ Antisol E, Antisol S Sika) 34 Số 9/5-2011 Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Ảnh hưởng phương pháp bảo dưỡng đến cường độ bê tơng Một tính chất bê tơng đạt sau thay đổi hóa - lý trình hình thành cấu trúc cường độ chịu nén Vì vậy, khơng đánh giá giá trị cường độ khơng thể đánh giá hiệu phương pháp bảo dưỡng bê tông khác Nhằm mục đích lựa chọn phương pháp bảo dưỡng bê tơng hiệu điều kiện khí hậu nóng ẩm, tác giả tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng phương pháp bảo dưỡng đến trình nước, biến dạng dẻo cường độ bê tơng Thí nghiệm tiến hành mùa thời tiết khác với thơng số khí hậu sau: - Thời tiết khô hanh mùa đông: Ttb = 18 ÷ 300C, W tb = 40 ÷ 65%; - Thời tiết nắng nóng mùa hè: Ttb = 28 ÷ 400C, W tb = 40 ÷ 65% - Thời tiết nóng ẩm mùa hè: Ttb = 28 ÷ 350C, W tb = 65 ÷ 85%; Cường độ chịu nén bê tông tuổi 1, 3, 7, 14, 28 ngày xác định phương pháp nén mẫu kích thước 10x10x10 cm đúc từ mẻ vữa bê tông với tỷ lệ N/X = 0,6; độ sụt S = - cm, xi măng PCB 40, bảo dưỡng theo phương pháp khác Các nhóm mẫu đối chứng bảo dưỡng đóng rắn điều kiện tiêu chuẩn với T = 200C ± 3, W = 95% ± Đồng thời với thí nghiệm bảo dưỡng - nén mẫu, tiến hành thí nghiệm xác định nước biến dạng dẻo mẫu bảo dưỡng giống mẫu nén xác định cường độ Xác định nước mẫu kích thước 10x10x10 cm 3; biến dạng dẻo mẫu kích thước 10x10x30 cm (hình 1) Đối với điều kiện thời tiết, mẫu bê tông bảo dưỡng theo phương pháp sau: - Không bảo dưỡng (bay nước tự do); - Phương pháp bảo dưỡng khô (hạn chế tối đa bay nước) - phủ bề mặt bay nilon sau đổ bê tông, thời gian phủ ngày; - Phương pháp bảo dưỡng kết hợp - sau (trong điều kiện thời tiết khơ hanh nắng nóng), sau (trong điều kiện nóng ẩm mùa hè) kể từ lúc đổ bê tông xong không áp dụng phương pháp bảo dưỡng Sau bề mặt bay phủ nilon Thời gian phủ ngày Kết thí nghiệm bảng cho thấy, phát triển cường độ bê tông phụ thuộc lớn vào điều kiện đóng rắn, đặc trưng bới thông số nhiệt độ - độ ẩm thời tiết phương pháp bảo dưỡng Hình Xác định biến dạng dẻo bê tông Bàn đo; Tấm đáy ván khuôn; Trụ đỡ đồng hồ đo; Ốc định vị; Tấm kim loại; Đồng hồ đo biến dạng; Màng nilon; Mẫu bê tụng Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 35 Bê tông không bảo dưỡng điều kiện thời tiết khác tuổi 28 ngày đạt cường độ tương ứng 66%, 62% 87%R28tc (R28tc - cường độ mẫu bê tơng tương ứng, đóng rắn điều kiện tiêu chuẩn) Nguyên nhân nước nhanh với lượng lớn nước trộn làm ảnh hưởng đến q trình thủy hóa Ngồi ra, nước nhanh thời gian ngắn kéo theo phát triển nhanh đạt tới giá trị cực đại biến dạng dẻo, biến dạng tiếp tục phát triển giai đoạn đóng rắn bê tông ảnh hưởng đến cấu trúc cường độ bê tông Đối với mẫu phủ bề mặt bay sau đổ màng nilon, cường độ tuổi 28 ngày tương ứng với điều kiện thời tiết đạt 98,5%, 101% 97%R28tc, đạt cường độ thiết kế Tuy nhiên, rõ ràng q trình đóng rắn chưa diễn điều kiện tốt Nguyên nhân giải thích lượng nước thừa khơng có hội khỏi bê tơng bê tơng trạng thái dẻo Q trình nước tiếp tục diễn bê tơng đóng rắn đạt cường độ định, góp phần tạo cấu trúc bê tông lỗ rỗng mao mạch, ảnh hưởng đến cường độ cuối bê tông Bảng Sự nước, biến dạng dẻo cường độ chịu nén bê tơng, đóng rắn điều kiện áp dụng phương pháp bảo dưỡng khác Điều kiện khí hậu 12 đầu đóng rắn Ttb = 18 ÷ 300C W tb = 40 ÷ 65% TBT = 200C Ttb = 28 ÷ 400C W tb = 40 ÷ 65% TBT = 310C Ttb = 28 ÷ 350C W tb = 65 ÷ 85% TBT = 300C Lượng nước bay hơi, % lượng nước trộn (1); giá trị cực đại R28tc biến dạng dẻo, mm/m (2) sau 12 đầu đóng rắn cường độ (cường chịu nén bê tông 28 ngày tuổi, %R28tc (3) độ nén Bảo dưỡng kết hợp: mẫu Phủ bề mặt bay 2- đầu bay tự Khơng bảo dưỡng: BT đóng nilon (hạn chế do, sau phủ bề mặt bay tự rắn tối đa bay hơi) bay nilon ĐKTC), ngày MPa 3 37,3 2,05 66,1 12,3 0,48 98,5 25,4 1,96 103,7 31,9 50,5 2,48 62,4 13,9 0,37 101, 33,8 2,39 106,4 33,4 29,1 1,85 87,0 6,0 0,25 97,0 17,5 1,77 104,3 35,8 Áp dụng phương pháp bảo dưỡng kết hợp (sau - kể từ lúc đổ để bê tông bay nước tự do, sau bề mặt bay phủ nilon) đảm bảo cường độ sau 28 ngày bê tông so với cường độ thiết kế Tương ứng với điều kiện thời tiết, cường độ bê tông 28 ngày tuổi đạt đạt 103,7%, 106,4% 104,3% R28tc, chứng tỏ bê tơng đóng rắn điều kiên thích hợp Kiểm sốt nước bê tơng thời kỳ đầu đóng rắn khoảng 30 ÷ 35% lượng nước trộn ban đầu khơng làm ảnh hưởng đến phát triển cường độ, hạn chế phát triển biến dạng gây ảnh hưởng xấu đến cấu trúc bê tơng Ngồi ra, phủ bề mặt thống bê tơng nilon hấp thụ lượng xạ mặt trời, làm nhiệt độ khối bê tông cao khoảng - 50C so với bê tông không phủ nilon, nhiệt độ trì quảng thời gian tương đối lâu giảm dần từ từ nhiệt độ môi trường thay đổi Những yếu tố tạo nên điều kiện tốt (nhiệt độ độ ẩm cao) thuận lợi cho bê tơng đóng rắn phát triển cng 36 Số 9/5-2011 Tạp chí khoa học công nghƯ x©y dùng Kết thí nghiệm cho thấy thời gian cho phép bê tông bay nước tự nằm khoảng thời gian kết thúc phát triển biến dạng dẻo, lượng nước bay khỏi bê tông dao động khoảng 10 - 20% lượng nước trộn ban đầu Như vậy, trường hợp đổ bê tơng điều kiện khắc nghiệt, nắng nóng, trực tiếp xạ mặt trời, có gió, thời gian bảo dưỡng ban đầu - giờ, điều kiện thời tiết khác - Thời gian bảo dưỡng phải kéo dài đến bê tông đạt cường độ bảo dưỡng tới hạn RthBD, đảm bảo cho q trình đóng rắn diễn bình thường điều kiện bất lợi thời tiết Thời gian xác định thực nghiệm phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thời tiết thành phần cấp phối (tỷ lệ N/X bê tông) Xác định thời gian cần thiết bảo dưỡng bê tông Để xác định thời gian cần thiết giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo, ta tiến hành thí nghiệm sau: tổ mẫu bê tơng kích thước 10x10x10 cm với tỷ lệ N/X = 0,6 độ sụt S = - cm đúc bảo dưỡng phương pháp kết hợp điều kiện thời tiết tự nhiên Các mùa thông số nhiệt độ - độ ẩm sau: thời tiết khô hanh mùa đông: T tb = 18 ÷ 300C, W tb = 40 ÷ 65%; thời tiết nắng nóng mùa hè: Ttb = 28 ÷ 400C, W tb = 40 ÷ 65% thời tiết nóng ẩm mùa hè: Ttb = 28 ÷ 350C, W tb = 65 ÷ 85% Đối với điều kiện thời tiết, sau kết thúc giai đoạn bảo dưỡng ban đầu (2 bay nước tự thời tiết hanh khơ nắng nóng; thời tiết nóng ẩm), thời gian bảo dưỡng nhóm mẫu khác nhau: ngày, ngày ngày Sau nilon dỡ bỏ bê tơng đóng rắn điều kiện tự nhiên Cường độ nhóm mẫu tương ứng xác định ngày thứ ngày thứ 28; ngày thứ ngày thứ 28; ngày thứ ngày thứ 28 Kết thí nghiệm thể Bảng cho thấy, thời gian bảo dưỡng tối thiểu để sau dừng bảo dưỡng, tuổi 28 ngày bê tông đạt 100%R28t/c phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thời tiết Bản chất vấn đề thời gian bảo dưỡng phải đảm bảo cho bê tông đạt cường độ bảo dưỡng tới hạn RthBD, cho phép bê tơng phát triển cường độ bình thường không bị ảnh hưởng bất lợi thời tiết Bảng Sự phát triển cường độ chịu nén bê tông phụ thuộc vào thời gian bảo dưỡng tiếp theo, sử dụng phương pháp bảo dưỡng kết hợp: - đầu không bảo dưỡng, sau phủ bề mặt bay nilon Điều kiện khí hậu 12 đầu đóng rắn Ttb = 18 ÷ 300C W tb = 40 ÷ 65% TBT = 200C Ttb = 28 ÷ 400C W tb = 40 ÷ 65% TBT = 310C Ttb = 28 ÷ 350C W tb = 65 ÷ 85% TBT = 300C Cường độ bê tông (% so với R28tc - mác thiết kế) tương ứng với thời gian bảo dưỡng (ngày) R1 R1+27 R2 R2+26 R3 R3+25 R28tc, MPa 24,5 91,5 39,4 97,8 51,2 103,4 31,9 42,6 102,5 61,5 103,7 73,1 106,4 33,4 36,4 98,4 57,7 103,6 72,8 106,2 35,8 Thời gian bảo dưỡng ban đầu, T¹p chÝ khoa häc công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 37 Bờ tụng c bảo dưỡng ngày điều kiện thời tiết nắng nóng có R1 đạt 42,6%R28tc R1+27 đạt 102,5%R28tc Nếu tăng thời gian bảo dưỡng lên ngày, giá trị cường độ tương ứng: R2=61,5%R28tc R2+26=103,7%R28tc; tăng lên ngày - R3 = 73,1%R28tc R3+25 =106,4%R28tc Ở điều kiện thời thời tiết khô hanh mùa đông với nhiệt độ khơng khí nhiệt độ vữa bê tông không cao nên phát triển cường độ bê tông giảm so với điều kiện thời tiết nắng nóng Giá trị tương ứng cường độ bê tơng so với thời gian bảo dưỡng sau: R1= 24,1R28tc R1+27= 91,5%R28tc; R2= 39,4%R28tc R2+26= 97,8%R28tc; R3=51,2%R28tc R3+25 = 103,4%R28tc Với nhiệt độ độ ẩm trung bình tương đối cao điều kiện thời tiết nóng ẩm, thời gian bảo dưỡng tối thiểu ngày độ tuổi 28 ngày đạt 100% so với cường độ thiết kế Giá trị tương ứng cường độ bê tông so với thời gian bảo dưỡng trường hợp cụ thể sau: R1 = 36,4%R28tc R1+27= 98,4%R28tc; R2=57,7%R28tc R2+26= 103,6%R28tc; R3= 72,8%R28tc R3+25 = 106,2%R28tc Như vậy, thời gian bảo dưỡng cần thiết dao động khoảng 1- ngày tùy thuộc vào điều kiện cụ thể thời tiết thi công Trong điều kiện thời tiết, cường độ bảo dưỡng tới hạn bê tông (cường độ tối thiểu cần đạt bê tơng để dừng trình bảo dưỡng) phải đạt 40% R28tc Cũng cần phải ý rằng, với điều kiện thời tiết, Ttb = 15 ÷ 250C, W tb = 70 ÷ 95% khơng cần áp dụng biện pháp bảo dưỡng, bê tơng đóng rắn tốt điều kiện bay nước tự nhiên Kết luận Trên sở kết nghiên cứu, báo đề xuất phương pháp bảo dưỡng bê tông hiệu cách kết hợp thi công cấu kiện bê tơng tồn khối điều kiện thời tiết khí hậu nóng ẩm Việt Nam khác Qui trình bảo dưỡng bao gồm giai đoạn: - Giai đoạn bảo dưỡng ban đầu: Tùy theo điều kiện thời tiết, giai đoạn bảo dưỡng ban đầu cho phép bê tông bay nước tự thời gian - sau hoàn thiện bề mặt tùy thuộc điều kiện thời tiết thi công: - thời tiết nằng nóng; - thời tiết nóng ẩm khơ hanh Bản chất giai đoạn tạo điều kiện kiểm sốt để lượng nước khơng cần thiết bay khỏi bê tông bê tông trạng thái dẻo - Giai đoạn bảo dưỡng tiếp theo: Giai đoạn thực sau kết thúc giai đoạn cách phủ bề mặt bay cấu kiện vật liệu cách ẩm (nilon, bạt….) Thời gian bảo dưỡng tối thiểu đến bê tông đạt cường độ bảo dưỡng tới hạn, đảm bảo cho q trình đóng rắn diễn bình thường điều kiện bất lợi thời tiết, xác định 40%R28tc: ngày thời tiết nắng nóng; - ngày điều kiện thời tiết khác Trong điều kiện thời tiết nóng ẩm, kéo dài thời gian bảo dưỡng lên ngày, bê tông phát triển cường độ nhanh hơn, đẩy nhanh thời gian tháo ván khuôn, rút ngắn tiến độ thi công Tài liệu tham khảo TCVN 4453:1995, Kết cấu bê tông bê tơng cốt thép tồn khối Tiêu chuẩn thi cơng nghiệm thu, Nxb Xây dựng, Hà Nội TCXDVN 391:2007, Bê tông - Yêu cầu bảo dưỡng ẩm tự nhiên, Nxb Xây dựng, Hà Nội 38 Sè 9/5-2011 T¹p chÝ khoa học công nghệ xây dựng Nguyn Tin ớch (2000), Cơng tác bê tơng điều kiện nóng ẩm Nxb Xây dựng, Hà Nội Bazenov Iu.M., Bạch Đình Thiên, Trần Ngọc Tính (2004), Cơng nghệ bê tơng, Nxb Xây dựng, Hà Nội Копылов В.Д (2000), “Формирование напряженного состояния бетона в процессе термообработки”, Бетон и железобетон, № 3, Москва Азимбаев Н.А (1987), Разработка эффективных режимов электродного прогрева бетона монолитных конструкций Дис.к.т.н., Москва Миронов С.А., Малинский Е.Н (1985), Основы технологии бетона в условиях сухого климата, Стройиздат, Москва Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng Số 9/5-2011 39 ... thành phương pháp bảo dưỡng bê tông [7]: - Phương pháp bảo dưỡng ẩm phương pháp sử dụng nước thông qua vật liệu giữ nước để làm ẩm bề mặt bay bê tông - Phương pháp bảo dưỡng khô phương pháp khơng... giá hiệu phương pháp bảo dưỡng bê tông khác Nhằm mục đích lựa chọn phương pháp bảo dưỡng bê tơng hiệu điều kiện khí hậu nóng ẩm, tác giả tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng phương. .. ngày; - Phương pháp bảo dưỡng kết hợp - sau (trong điều kiện thời tiết khơ hanh nắng nóng) , sau (trong điều kiện nóng ẩm mùa hè) kể từ lúc đổ bê tông xong không áp dụng phương pháp bảo dưỡng Sau