Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo đạc biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện khí hậu Gia Lai. Các mẫu thí nghiệm co ngót được chế tạo theo 03 nhóm mẫu (Bê tông thường) có cấp độ bền B25, với các tỷ lệ nước/xi măng (N/X) lần lượt là: 0,40; 0,45; 0,50.
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 79 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ NƯỚC/ XI MĂNG ĐẾN BIẾN DẠNG CO NGĨT CỦA BÊ TƠNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU GIA LAI EXPERIMENTAL STUDY ON THE EFFECT OF WATER/CEMENT RATIO ON SHRINKAGE OF CONCRETE UNDER GIA LAI’S WEATHER CONDITION Nguyễn Bá Thạch1, Trương Hồi Chính2 Sở Xây dựng Tỉnh Gia Lai; bathach72@gmail.com Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; thchinh@dut.udn.vn Tóm tắt - Đến thời điểm chưa có cơng trình nghiên cứu biến dạng co ngót bê tơng cơng trình thực tế khu vực Tây ngun, cụ thể Gia Lai Biến dạng co ngót bê tông chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác có tỷ lệ Nước/ Xi măng (tỷ lệ N/X), để hiểu rõ ảnh hưởng yếu tố này, nhóm nghiên cứu dùng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đề đo đạc mẫu thử cung cấp số liệu co ngót tự bê tơng Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm đo đạc biến dạng co ngót bê tơng điều kiện khí hậu Gia Lai Các mẫu thí nghiệm co ngót chế tạo theo 03 nhóm mẫu (Bê tơng thường) có cấp độ bền B25, với tỷ lệ Nước/ Xi măng (N/X) là: 0,40; 0,45; 0,50 Các kết thí nghiệm thu cho phép xác định phát triển biến dạng co ngót theo thời gian ảnh hưởng tỷ lệ Nước/ Xi măng (N/X) đến độ lớn thành phần biến dạng dài hạn bê tông Abstract - At present, there is no study on shrinkage of concrete on the actual building of the Central Highlands, namely Gia Lai province The shrinkage of concrete is influenced by various factors including water / cement ratio (N / X ratio), to understand the effect of this factor, the team used the method experimental measurements on the specimen and provide data on the free shrinkage of concrete The paper presents the results of empirical study on the measurement of shrinkage of concrete under Gia Lai climate condition The shrinkage test specimens are prepared in three groups (Normal concrete) with B25 class, with water / cement ratio (W/C) of 0.40; 0.45; 0.50, respectively The results from the experiments allow us to determine the development of shrinkage according to time and the effect of water / cement ratio (W/C) on the long-term strain of concrete Từ khóa - bê tơng; mác bê tơng; biến dạng co ngót; tỷ lệ N/X; Khí hậu Gia Lai Key words - concrete; Concrete grade; shrinkage; W/C Ratio; Gia Lai Climate Đặt vấn đề Biến dạng co ngót bê tơng q trình thay đổi thể tích bê tơng tác động khí hậu mơi trường Biến dạng co ngót liên quan trực tiếp đến q trình nước bê tơng bao gồm biến dạng co mềm biến dạng co cứng Biến dạng co mềm xảy bê tông chưa có cường độ, cường độ nhỏ thường diễn khoảng 8-10 đầu đóng rắn bê tông [1, 7] Biến dạng co cứng xảy tiếp nối với biến dạng co mềm, bê tơng có cường độ diễn trình lâu dài Trong giai đoạn này, biến dạng co ngót tổng biến dạng co ngót tự sinh (Autogenous shrinkage) biến dạng co ngót khơ (Drying shrinkage) Biến dạng co ngót bê tơng xem nguyên nhân gây vết nứt kết cấu bê tông (Bê tông cốt thép) Biến dạng co ngót bê tơng cơng trình diễn trình lâu dài chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác Theo số tác giả [1, 7, 8] yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng co ngót gồm tỷ lệ Nước/ Xi măng, chủng loại xi măng, thành phần cốt liệu chế tạo bê tơng, kích thước kết cấu tỷ lệ diện tích/thể tích kết cấu, điều kiện khí hậu mơi trường nơi cơng trình xây dựng… Hiện nay, khu vực Gia Lai, tình trạng nứt biến dạng co ngót xảy phổ biến cơng trình xây dựng, gây ảnh hưởng trực tiếp đến làm việc kết cấu cơng trình Do vậy, nghiên cứu biến dạng co ngót bê tông ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ N/X để có sở hạn chế thành phần biến dạng này, qua hạn chế tình trạng nứt kết cấu bê tơng cơng trình điều kiện khí hậu nóng ẩm địa bàn Tỉnh Gia Lai vấn đề thực tiễn cần thiết đặt Mơ tả thực nghiệm đo co ngót bê tơng Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót tự bê tơng thực 03 nhóm mẫu ứng với 03 tỷ lệ Nước/ Xi măng (N/X) ký hiệu Bảng Bảng Ký hiệu loại tổ mẫu tương ứng với tỷ lệ N/X Các loại tổ mẫu Ký hiệu tổ mẫu Tỷ lệ Nước/ Xi măng M1 M2 M3 0,40 0,45 0,50 Bê tông thường Bê tông thường Bê tông thường Cấp phối vật liệu chế tạo nhóm mẫu trình bày Bảng Xi măng sử dụng xi măng Nghi Sơn PCB40 Cát vàng (Sông Đăk Bla – Tp Kon Tum) đá dăm 1x2 (Mỏ đá Công ty cổ phần Thăng Long – Tp Pleiku – Tỉnh Gia Lai) Các vật liệu chế tạo bê tông thí nghiệm kiểm tra chất lượng trước tiến hành đổ bê tông tuân theo dẫn tiêu chuẩn TCVN 7570:2006 “Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật” [3] Bảng Thành phần cấp phối vật liệu cho 1m3 bê tông Tổ Xi măng Cát mẫu PCB40 vàng M1 M2 M3 Đá dăm Tỷ lệ Nước 1x2 N/X (kg) (kg) (kg) (lít) 415 415 415 726 690 675 1160 1140 1100 166 187 208 0,40 0,45 0,50 Cường độ chịu nén R28 ngày tuổi (MPa) 32,0 29,5 26,5 Mẫu thí nghiệm đo biến dạng co ngót tự bê tơng dạng hình lăng trụ có kích thước 100x100x400mm chế tạo theo dẫn tiêu chuẩn TCVN 3117:1993 “Bê tông Nguyễn Bá Thạch, Trương Hồi Chính 80 i = Ci − C0 K L0 (1) tủ chuẩn (TT) phòng thí nghiệm (TP) 3.1.1 Kết biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng thí nghiệm (TP) với tỷ lệ N/X=0,40 Trên sở số liệu đo đạc điều kiện thí nghiệm xây dựng biểu đồ quan hệ biến dạng co ngót theo thời gian với tỷ lệ N/X= 0,40 Biểu diễn Hình Quan hệ biến dạng co ngót e tổ mẫu M1 (TT), M1 (TP) theo thời gian (t) 1300 1200 1100 -6 1000 x Biến dạng co ngót ( 10 ) nặng – Phương pháp xác định độ co” [4] Mỗi nhóm mẫu, chế tạo 03 mẫu thí nghiệm Sau 01 ngày tuổi, mẫu bê tông tháo ván khuôn đưa vào bảo dưỡng tủ khí hậu Tủ khí hậu khống chế nhiệt độ 250C độ ẩm tương đối 75%, phù hợp với khí hậu đặc trưng khu vực Gia Lai Bên cạnh mẫu thí nghiệm co ngót, mẫu thí nghiệm lập phương 150x150x150mm xác định cường độ bê tông chế tạo cho nhóm mẫu thí nghiệm nén xác định cường độ R28 ngày tuổi (Xem Bảng 2) Biến dạng co ngót đo dụng cụ đo Comparator có hệ số khuếch đại K=1000, chiều dài chuẩn đo L0 = 300 mm Biến dạng tự mẫu đo dụng cụ đo Comparator hãng MATEST (Italia) chế tạo Để tạo chuẩn đo biến dạng, chốt thép không gỉ đặt cố định vào khuôn tạo mẫu bê tông trước tiến hành đổ cho khoảng cách chốt 300mm (Là chiều dài chuẩn đo) Các chốt đặt hai mặt đối diện mẫu thí nghiệm, cho phép đo 02 kết đo ứng với mẫu thí nghiệm Giá trị biến dạng co ngót tự bê tông xác định theo công thức sau: 900 700 600 500 400 300 200 100 0 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 Tuổi bê tông T (ngày) M1: N/X=0.40 (TT) M1: N/X=0.40 (TP) Hình Biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) tỷ lệ N/X=0,40 3.1.2 Kết biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) tỷ lệ N/X= 0,45 Tương tự với tỷ lệ N/X= 0,45, biểu diễn Hình Quan hệ biến dạng co ngót e tổ mẫu M2 (TT), M2 (TP) theo thời gian (t) Trong đó: 1300 1200 1000 -6 Biến dạng co ngót ( 10 ) 1100 x 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 Tuổi bê tông T (ngày) M2: N/X=0.45 (TT) M2: N/X=0.45 (TP) Hình Biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) tỷ lệ N/X=0,45 3.1.3 Kết biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) tỷ lệ N/X= 0,50 Tương tự với tỷ lệ N/X= 0,50, biểu diễn Hình Quan hệ biến dạng co ngót e tổ mẫu M3 (TT), M3 (TP) theo thời gian (t) 1300 1200 1100 1000 -6 Biến dạng co ngót ( 10 ) - i biến dạng co ngót tự bê tơng i ngày tuổi; - C0 số đọc ban đầu Comparator ngày đo (1 ngày kể từ đổ bê tông); - Ci số đọc Comparator ngày thứ i; - K hệ số khuếch đại dụng cụ đo, K=1000; - L0 chiều dài chuẩn đo, L0 = 300 mm Đối với mẫu thí nghiệm, tiến hành đo biến dạng co ngót hai mặt đối diện mẫu Giá trị biến dạng co ngót mẫu lấy trung bình cộng 02 kết đo Đồng thời với q trình co ngót bê tơng q trình nước bê tơng (do phản ứng thủy hóa xi măng nước bay mơi trường bên ngồi) Theo số nghiên cứu [7,9] độ giảm khối lượng tỷ lệ với độ lớn biến dạng co ngót Độ giảm khối lượng mẫu xác định thông qua việc cân xác định khối lượng mẫu thí nghiệm thời gian khác xác định theo công thức sau: (2) Trong đó: - mi độ giảm khối lượng mẫu bê tông i ngày tuổi (%); - m0 mi khối lượng ban đầu mẫu bê tông khối lượng i ngày tuổi Quy trình thí nghiệm đo đạc biến dạng biến dạng co ngót thực theo dẫn [4] Phân tích kết thực nghiệm 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 mẫu bê tông thường đến biến dạng co ngót với điều kiện 900 x m − m0 mi = i x100 % m0 800 800 700 600 500 400 300 200 100 0 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 Tuổi bê tông T (ngày) M3: N/X=0.50 (TT) M3: N/X=0.50 (TP) Hình Biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) tỷ lệ N/X=0,50 3.2 So sánh kết biến dạng co ngót mẫu bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 Biểu diễn Hình ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 91 98 105 112 119 126 133 Quan hệ biến dạng co ngót e tổ mẫu M1, M2, M3 (TT), M1, M2, M3 (TP) theo thời gian (t) 1300 1200 -6 1000 x Biến dạng co ngót ( 10 ) 1100 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 Tuổi bê tông T (ngày) M1: N/X=0.40 (TT) M1: N/X=0.40 (TP) M2: N/X=0.45 (TT) M2: N/X=0.45 (TP) M3: N/X=0.50 (TT) M3: N/X=0.50 (TP) Ngày tuổi 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 Quan hệ biến dạng co ngót e tổ mẫu M1, M2, M3 (TT) theo thời gian (t) 500 Biến dạng co ngót x -6 ( 10 ) 600 400 300 200 100 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 Tuổi bê tông T (ngày) M1: N/X=0.40 (TT) M2: N/X=0.45 (TT) M3: N/X=0.50 (TT) Hình Biến dạng co ngót mẫu bê tơng (TT) Bảng Kết biến dạng co ngót mẫu bê tông thường tủ chuẩn (TT) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 13 30 47 63 77 87 137 173 211 232 253 277 300 320 340 363 387 0,50 M3 1,61 2,09 2,25 2,38 2,47 2,52 2,85 3,10 3,15 3,22 3,31 3,37 3,41 3,44 3,48 3,52 3,55 3,57 3,60 3,62 3,65 3,67 3,69 3,71 Quan hệ biến dạng co ngót e tổ mẫu M1, M2, M3 (TT) theo thời gian (t) 700 -6 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 0,27 0,38 0,45 0,51 0,57 0,61 0,69 0,72 0,75 0,79 0,90 0,99 1,03 1,07 1,11 1,14 1,17 1,21 1,24 1,26 1,28 1,30 1,33 1,35 Tỷ lệ Nước/ Xi măng 0,45 Các tổ mẫu M2 Hao khối lượng Δm (%) 0,78 1,19 1,35 1,50 1,61 1,69 1,89 1,93 1,95 2,01 2,05 2,09 2,13 2,16 2,21 2,25 2,28 2,33 2,36 2,38 2,41 2,43 2,45 2,47 600 x M1 Tỷ lệ Nước/ Xi măng 0,45 0,50 Các tổ mẫu M2 M3 -6 Biến dạng ε x 10 (m/m) 0 27 48 47 74 70 98 93 121 110 141 127 154 183 208 217 248 253 291 277 314 303 338 330 361 353 381 377 408 400 434 427 458 450 488 ( 10 ) 0,40 500 Biến dạng co ngót Ngày tuổi 0,40 M1 700 14 511 534 561 586 610 636 660 Bảng Kết hao khối lượng mẫu bê tông thường tủ chuẩn (TT) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 3.3 Tương quan tỉ lệ nước với biến dạng co ngót bê tơng thường tủ chuẩn (TT) Kết đo đạc biến dạng co ngót mẫu bê tơng thường theo thời gian với tỷ lệ N/X thể Bảng 473 497 520 540 562 587 611 Kết đo đạc hao khối lượng mẫu bê tông thường theo thời gian với tỷ lệ N/X thể Bảng Hình So sánh kết biến dạng co ngót mẫu bê tơng thường tủ chuẩn (TT) phòng (TP) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 413 440 463 490 512 536 558 81 400 300 200 100 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60 Hao khối lượng m (% ) M1: N/X=0.40 (TT) M2: N/X=0.45 (TT) M3: N/X=0.50 (TT) Hình Hao co ngót mẫu bê tơng thường tủ chuẩn (TT) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 4.00 Nguyễn Bá Thạch, Trương Hồi Chính 82 Các số liệu thực nghiệm biến dạng co ngót bê tông thường với thay đổi tỷ lệ N/X, với điều kiện thí nghiệm (trong tủ chuẩn phòng thí nghiệm) thể Bảng Bảng Tổng hợp kết biến dạng co ngót mẫu bê tơng thường phòng (TP) tủ chuẩn (TT) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 (thời điểm 133 ngày tuổi) Kết nghiên cứu thực nghiệm đo đạc biến dạng co ngót bê tông Tỷ lệ Nước/ Xi măng Ngày tuổi M1 (TT) 558 Tỷ lệ Nước/ Xi măng 0,40 0,45 0,50 Các tổ mẫu Các tổ mẫu Các tổ mẫu M1 (TP) ε x 10-6 (m/m) 133 Tỷ lệ Nước/ Xi măng 997 Chênh lệch (%) 78,67 M2 (TT) M2 (TP) εx10-6(m/m) 611 Kết luận - Biến dạng co ngót bê tông phụ thuộc lớn vào điều kiện môi trường Cụ thể chệnh lệch biến dạng co ngót tủ chuẩn nhỏ biến dạng co ngót phòng - Biến dạng co ngót bê tơng tăng lên tỷ lệ Nước/ Xi măng (N/X) tăng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ACI 209R-92, Prediction of Creep, Shrinkage, and temperature Effects in Concrete Structures, Reported by ACI Committee 209, 1992 [2] TCVN 5574:2012, "Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn 1089 Chênh lệch (%) 78,23 M3 (TT) M3 (TP) εx10-6(m/m) 660 1168 Chênh lệch (%) 76,97 thiết kế" [3] TCVN 7570:2006 "Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật" [4] TCVN 3117:1993 "Bê tông nặng – Phương pháp xác định độ co" [5] TCVN 3105:1993 "Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng – Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu" [6] TCVN 3118-1993 "Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ chịu nén" [7] Neville A M., Properties of Conrcete- Fourth Edition, Prentice Hall, 1995 [8] Nguyễn Tiến Đích, Cơng tác bê tơng điều kiện khí hậu Việt Nam, Nhà Xuất Xây dựng, 2010 [9] Nguyễn Ngọc Bình, Nguyễn Trung Hiếu, Phân tích - Đánh giá số mơ hình tốn học dự báo biến dạng co ngót bê tơng tiêu chuẩn hành, Tạp chí Kết cấu Công nghệ Xây dựng – Số 10, 2012 (BBT nhận bài: 09/10/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 15/11/2018) ... trình thí nghiệm đo đạc biến dạng biến dạng co ngót thực theo dẫn [4] Phân tích kết thực nghiệm 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 mẫu bê tơng thường đến biến dạng co ngót với điều kiện 900... 133 Tỷ lệ Nước/ Xi măng 997 Chênh lệch (%) 78,67 M2 (TT) M2 (TP) εx10-6(m/m) 611 Kết luận - Biến dạng co ngót bê tông phụ thuộc lớn vào điều kiện môi trường Cụ thể chệnh lệch biến dạng co ngót. .. Hao co ngót mẫu bê tông thường tủ chuẩn (TT) với tỷ lệ N/X=0,40; 0,45; 0,50 4.00 Nguyễn Bá Thạch, Trương Hồi Chính 82 Các số liệu thực nghiệm biến dạng co ngót bê tông thường với thay đổi tỷ lệ