Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính của cốt liệu đến khả năng kháng nứt bê tông đầm lăn - TS. Nguyễn Như Oanh

Đặc tính của cốt liệu có ảnh hưởng đến khả năng kháng nứt của bê tông đầm lăn được nghiên cứu lý thuyết cũng như bằng thực nghiệm. Hệ số kháng nứt của bê tông đầm lăn được đưa ra để đánh giá khả năng chống nứt của bê tông đầm lăn. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề trên, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính của cốt liệu đến khả năng kháng nứt bê tông đầm lăn dưới đây.

Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính cốt liệu đến khả kháng nứt Bê tông đầm lăn TS Nguyn Như Oanh Bộ mơn Vật liệu xây dựng Tóm tắt: Đặc tính cốt liệu có ảnh hưởng đến khả kháng nứt Bê tông đầm lăn (BTĐL) nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Hệ số kháng nứt BTĐL Φ đưa để đánh giá khả chống nứt BTĐL Hệ số kháng nứt BTĐL Φ dùng để đánh giá khả kháng nứt BTĐL dùng cốt liệu thơ có mơ đun đàn hồi cường độ khác Từ khóa: Khả kháng nứt; Đặc tính cốt liệu; Bê tông đầm lăn (BTĐL); ĐẶT VẤN ĐỀ Để nâng cao khả kháng nứt bê tông đầm lăn, thông thường phải nâng cao cường độ kéo giá trị kéo dãn cực hạn bê tông, hạ thấp mô đun đàn hồi kéo giảm biến hình co khơ BTĐL Trong điều kiện bình thường, nâng cao cường độ kéo làm cho mô đun đàn hồi kéo BTĐL tăng lên Do đó, Về muốn nâng cao khả kháng nứt BTĐL phải: giữ nguyên cường độ kéo (hoặc nén) định, nâng cao giá trị kéo dãn cực hạn Độ chặt cốt liệu vùng tiếp xúc vữa CKD cốt liệu định giá trị mô đun đàn hồi bê tông Thông thường, bê tông tạo lên thành phần là: vữa chất kết dính, cốt liệu vùng tiếp xúc Mô đun đàn hồi vữa chất kết dính định độ rỗng vữa, yếu tố ảnh hưởng lớn đến độ rỗng thể vữa CKD tỷ lệ N/CKD, hàm lượng khí, khống vật phụ gia khống, q trình thủy hóa xi măng, v,v Vùng tiếp xúc lỗ rỗng, vết nứt vi mô, tinh thể tạo thành thủy hóa CKD tạo lên, Tuy nhiên mơ dun đàn hồi độ đặc cốt liệu ảnh hưởng đến khả kháng nứt BTĐL Cốt liệu đặc có mơ đun đàn hồi cao, Thơng thường, BTĐL dùng nhiều cốt liệu thơ có mơ đun đàn hồi lớn, làm nâng cao mô đundàn hồi bê tông Bài viết này, tác giả sâu nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính cốt liệu ảnh hưởng đến tính kháng nứt BTĐL Từ nghiên cứu phân tích lý thuyết đến thực nghiệm dùng cơng thức tính tốn hệ số kháng nứt Φ BTĐL PHÂN TÍCH LÝ LUẬN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU ĐẾN TÍNH KHÁNG NỨT CỦA BTĐL Trong BTĐL cốt liệu chiếm tỷ lệ lớn, vào khỏang từ 75 – 80% thể tích bê tơng, đặc tính cốt liệu (như mơ đun đàn hồi, hình dạng bề mặt, kích thước hạt, cấp phối, hệ số trương nở nhiệt, v,v ) có ảnh hưởng lớn đến tính kháng nứt BTĐL 2.1 Hệ số kháng nứt Bê tơng đầm lăn Từ trước tới nay, có nhiều phương pháp khác để đánh giá tính kháng nứt bê tông đầm lăn, khả kháng nứt BTĐL chưa có tiêu để đánh giá Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính kháng nứt BTĐL Bài viết vào tính biến hình cấu trúc BTĐL, thơng qua phân tích lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, phân tích đánh giá khả kháng nứt BTĐL thông qua hệ số kháng nứt Φ, biểu thị công thức sau[1] :  p Rk Φ= (1)  T E k Trong đó:  p: Giá trị biến dạng kéo cực hạn BTĐL Rk : Cường độ chịu kéo BTĐL (MPa); 117 α : Hệ số biến dạng nhiệt BTĐL (1/0C); T : Tăng nhiệt BTĐL (0C); Ek: Mô đun đàn hồi kéo BTĐL (MPa); Hệ số kháng nứt dùng để đánh giákhả kháng nứt BTĐL giàu CKD, với lượng dùng phụ gia khống cao, bê tơng khối lớn dùng để xây dựng đập trọng lực Trong công thức Φ lớn tính kháng nứt tốt Ở thời kỳ đầu (tuổi sớm) BTĐL cường độ chịu kéo thấp, có chênh nhiệt độ T bên BTĐL nhiệt độ môi trường lớn làm cho BTĐL sinh tượng nứt bề mặt Theo nghiên cứu Trung Quốc[1] , điều kiện bảo dưỡng bình thường, hệ số kháng nứt Φ BTĐL thay đổi theo thời gian Thời kỳ từ đến 60 ngày, hệ số kháng nứt giảm tuổi BTĐL tăng, sau 60 ngày tuổi, hệ số kháng nứt tăng theo thời gian, tức tính kháng nứt lớn tuổi BTĐL lớn Ở tuổi 14 ngày hệ số kháng nứt Φ BTĐL nhỏ Do vết nứt đập BTĐL dễ sinh tuổi vào khoảng 14 ngày 2.2 Quan hệ mô đun đàn hồi BTĐL mô đun đàn hồi cốt liệu Bê tơng đầm lăn có mô đun đàn hồi Ek nhỏ, biến dạng kéo cực hạn lớn, chênh lệch nhiệt độ T thấp BTĐL khả kháng nứt tốt; Mơ đun đàn hồi BTĐL có quan hệ với cường độ, cấp phối, tuổi bê tông mô đun đàn hồi cốt liệu BTĐL xem bao gồm thể tạo thành: thể vật liệu đồng chất thể vữa CKD thể phân tán cốt liệu, Nếu gọi mô đun đàn hồi thể bê tông Ec, mô đun đàn hồi cốt liệu EG, Mô đun đàn hồi thể vữa CKD Em , Thể tích cốt liệu VG , thể tích thể vữa Vm Tính cho đơn vị thể tích bê tơng ta có: VG+Vm=1, coi BTĐL loại vật liệu phức hợp đàn hồi Theo thuyết Counto biểu diễn: 118 Hình 2.1 ( theo thuyết Counto) Theo lý thuyết Counto, giả thiết bê tông tạo lên thể vữa CKD bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, Giả sử lấy đơn vị thể tích bê tơng, cốt liệu bên có kích thước d (hình vẽ H.2.1) Qua nghiên cứu Counto thấy rằng: Mô đun đàn hồi bê tông Ec, Mô đun đàn hồi thể vữa CKD Em , Mô đun đàn hồi cốt liệu EG thể tích cốt liệu VG có quan hệ với theo cơng thức sau: Em Ec = (2) 1 Em VG1 /  ( EG  E m )VG Từ công thức (2) thấy rằng: EG, VG giảm nhỏ, giá trị mơ đun đàn hồi bê tơng Ec nhỏ Do vậy, để mô đun đàn hồi BTĐL nhỏ, ta nên chọn loại cốt liệu có mơ đun đàn hồi nhỏ, thể tích cốt liệu (đặc biệt cốt liệu thơ) thích hợp, tăng thể tích vữa chất kết dính bê tơng 2.3 Ảnh hưởng đặc tính khác cốt liệu đến tính kháng nứt BTĐL Ngun nhân co khơ BTĐL chủ yếu bay nước vữa CKD bê tông gây lên Cốt liệu thô BTĐL xương, hình dạng bề mặt cốt liệu thô không làm tăng độ rắn cho xương làm tăng mô đun đàn hồi bê tông, ảnh hưởng đến khả kháng nứt bê tông Để giảm nứt bê tông nên chọn loại cốt liệu thơ có tính rắn hợp lý, cấp phối hạt tốt, đường kính hạt lớn hợp lý, hàm lượng hạt thoi dẹt nhỏ, lượng ngậm tạp chất có hại thấp, khơng gây phản ứng kiềm cốt liệu, v, v để giảm bớt lượng dùng xi măng, giảm nhiệt bê tông, giảm co khô, đồng thời tăng khả kháng nứt BTĐL Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng cốt liệu đến tính kháng nứt BTĐL 3.1 Vật liệu dùng thí nghiệm: 1) Xi măng: Trong thí nghiệm dùng loại xi măng Portland PCB.40 Tính chất vật lý thành phần hóa học, khống vật xi măng thể bảng sau đây: Bảng1 Thành phần hóa học tính chất vật lý xi măng Ký hiệu HT PCB40 Thành phần hóa học (%) SiO2 19,30 Fe2O3 3,69 CaO 59,86 MgO 3,07 SO3 3,06 Al2O3 6,04 Khối lượng riêng (g/cm3) Cường độ chịu nén R28 (MPa) 3,13 46,2 Loss 3,48 Bảng Thành phần khoáng vật xi măng C3S (%) 51,34 C2S (%) 16,62 C3A (%) 9,45 C4AF (%) 11,22 2) Phụ gia khoáng: Dùng tro bay để chế tạo bê tơng có tính chất vật lý sau: Bảng Tính chất vật lý phụ gia khống Độ mịn Khối lượng (Lượng sót sàng riêng (g/cm ) 0,08mm) (%) Tên PGK Tro bay PL 2,30 SO3 (%) Loss (mất nung) (%) 0,16 8,0 4,3 Tỷ số cường độ Nước yêu cầu (90 ngày) (%) (%) 109,7 103,5 Bảng Thành phần hóa học phụ gia khống (%) SiO2 60,62 Fe2O3 6,85 CaO 1,96 Al2O3 22,22 MgO 1,16 SO3 0,16 Loss 2,74 K2O 2,46 Na2O 0,50 TiO2 1,18 3) Cốt liệu dùng cho bê tông: a) Cốt liệu nhỏ: Dùng cát vàng Sông Lô, sạch, cấp phối đạt yêu cầu; Các tính chất vật lí cát thể bảng đây: Bảng Tính chất vật lý cốt liệu nhỏ ( cát) Khối lượng riêng (g/cm3) 2,67 Khối lượng đơn vị (g/cm3) 1,65 Độ ẩm (%) Mô đun độ lớn 2,4 2,90 b) Cốt liệu lớn (Đá dăm) 119 Thí nghiệm dùng loại đá dăm khác nhau: Một loại nghiền từ đá vôi, loại nghiền từ đá Granit đặc chắc, có thành phần hạt tốt, Dmax loại đá dùng 40mm; Thí nghiệm xác định độ rắn khơ, ẩm mô đun đàn hồi loại đá thể bảng đây: Bảng Tính chất vật lý cốt liệu lớn ( Đá dăm) Loại đá dăm Khối lượng riêng (g/cm3) Khối lượng đơn vị (g/cm3) Cường độ nén dập khô (MPa) Cường độ nén dập ẩm (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa) 2,75 1,67 131 87 40,5 2,80 1,70 150 140 70 Đá dăm chế từ đá vơi Đá dăm chế từ đá Granít 3.2 Thí nghiệm số đặc tính BTĐL Để thí nghiệm số tính BTĐL, tiến hành trộn bê tông với tỷ lệ vật liệu nhau, với loại đá dăm khác Bảng Cấp phối bê tơng đầm lăn dùng để thí nghiệm Ký hiệu Trộn thêm MgO (%) SP Lượng dùng vật liệu cho m3 BTĐL (kg) Nước 100 Xi măng 108 Tro bay 72 Cát 832 Đá 1358 Ghi chú:1) BTĐL cấp phối 2, tỷ lệ phối trộn: Đá trung bình : Đá nhỏ = 40: 60 (%); Dmax = 40mm 2) Dùng 0,7% Phụ gia hóa Plasment 96, Độ công tác VC = -10s Trộn bê tông, đúc mẫu, bảo dưỡng điều kiện tiêu chuẩn (PTN), đến 28 90 ngày tuổi Tiến hành thí nghiệm xác định số tính học BTĐL bảng đây: Bảng Kết thí nghiệm BTĐL dùng loại đá dăm khác Ký hiệu mẫu Loại đá dăm Dăm đá vôi Dăm Granit SP1 SP2 28 ngày 90 ngày 28 ngày 90 ngày Cường độ chịu nén mẫu trụ (MPa) 28 ngày 1,00 1,55 13,2 16,8 8,1 0,91 1,47 14,0 17,5 8,7 Cường độ chịu cắt (MPa) Cường độ chịu nén mẫu lập phương (MPa) Bảng Kết thí nghiệm BTĐL dùng loại đá dăm khác (tiếp) Ký hiệu mẫu Mô đun đàn hồi nén (GPa) Cường độ chịu kéo (MPa) Mô đun đàn hồi kéo (GPa) SP1 SP2 28 ngày 9,598 13,330 28 ngày 0,75 0,76 28 ngày 9,983 12,378 120 Giá trị kéo dãn cực hạn (x10-6) 28 ngày 121 95 Tính tốn hệ số kháng nứt Φ (x10-4) 28 ngày 0,65 0,41 3.3 Nhận xét: Từ bảng 6, kết thí nghiệm cho thấy: Với cấp phối bê tông đầm lăn nhau, chọn loại đá dăm có tính vật lý học khác nhau, tính học BTĐL khác nhau; Thấy với bê tông SP2 đá dăm granit so với bê tông SP1 đá dăm từ đá vơi, cường độ chịu nén mẫu bê tơng SP2 tăng không đáng kể (kể tuổi 28 ngày 90 ngày), cường độ chịu cắt giảm đáng kể Mô đun đàn hồi nén kéo bê tông SP2 lớn đáng kể so với bê tông SP1 (lớn từ 39 – 24%), giá trị kéo dãn cực hạn bê tông SP1 lớn SP2 21% Từ kết bảng 7, lấy hệ số biến dạng nhiệt BTĐL α = 7x10-6/oC, tăng đoạn nhiệt 28 ngày tuổi BTĐL T =20oC, dùng công thức (1) ta tính hệ số kháng nứt Φ loại bê tông cột cuối bảng 7; Hệ số Φ SP1 là: 0,65x10-4 lớn Φ SP2 là: 0,41x10-4 Điều cho thấy BTĐL dùng đá dăm có độ rắn mơ đun đàn hồi lớn có khả kháng nứt KẾT LUẬN Hiện nay, xây dựng đập BTĐL khối lớn Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng có tượng sinh vết nứt bề mặt khối đổ bê tơng, điều làm ảnh hưởng đến chất lượng BTĐL dễ sinh tượng thấm qua bê tơng, giảm độ bền cơng trình Tính kháng nứt BTĐL bị ảnh hưởng nhiều yếu tố như: cấp phối, nhiệt độ, thi công, v,v Bài viết phân tích lý thuyết thực nghiệm tác giả cốt liệu (đặc biệt cốt liệu lớn) có ảnh hưởng đáng kể đến tính kháng nứt BTĐL Để biểu thị khả kháng nứt BTĐL dùng hệ số Φ (cơng thức (1)) để tính tốn sơ đánh giá khả kháng nứt BTĐL Từ thiết kế cấp phối BTĐL lựa chọn cốt liệu hợp lý vừa đảm bảo cường độ vừa ngăn ngừa hạn chế nứt nẻ BTĐL Tài liệu tham khảo: [1] 方坤河著，碾压混凝土材料、结构与性能．武汉大学出版社．2004.2 ．武汉； [2]刘数华，方坤河，曾力，孙永波．混凝土抗裂性能评价指标综述．公路（交通类核心 期刊）．2004.4：104～106； [3]刘数华，曾力，吴定燕．碾压混凝土抗裂性能研究．哈尔滨工业大学学报（核心期刊 、EI核心）．2005.10（待发）； [4]曾力，刘数华，吴定燕．提高碾压混凝土抗裂性能的试验研究．水力发电学报（核心 期刊，EI收录）．第二十三卷第五期2004.5：32～35； [5] Nguyen Nhu Oanh, Liu Shuhua, Fang Kunhe Influence of Mineral Admixtures on Crack Resistance of Roller Compacted Concrete Key Engineering Materials (Indexed by SCI, EI and ISTP); 2006 Abstract A STUDY OF AGGREGATE CHARACTERISTICS AFFECTING THE ANTI-CRACKING CAPABILITY OF ROLLER COMPACTED CONCRETE (RCC) Dr Nguyen Nhu Oanh Building Materials Deparment The aggregate characteristic’s affecting anti-cracking capability of Roler Compacted Concrete (RCC) are studied in theory and experiment An anti-cracking parameter Φ is introduced to indicate the anticracking capability of RCC The parameter Φ can then be used as a guide line to evaluate the anti-cracking capability of RCC mixed with aggregates of different modulus of elasticity and strengh Key words: anti-cracking capability; aggregate characteristics; Roller Compacted Concrete (RCC) 121 ... kiềm cốt liệu, v, v để giảm bớt lượng dùng xi măng, giảm nhiệt bê tông, giảm co khô, đồng thời tăng khả kháng nứt BTĐL Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng cốt liệu đến tính kháng nứt BTĐL 3.1 Vật liệu. .. nghiệm tác giả cốt liệu (đặc biệt cốt liệu lớn) có ảnh hưởng đáng kể đến tính kháng nứt BTĐL Để biểu thị khả kháng nứt BTĐL dùng hệ số Φ (cơng thức (1)) để tính tốn sơ đánh giá khả kháng nứt BTĐL Từ... bê tơng 2.3 Ảnh hưởng đặc tính khác cốt liệu đến tính kháng nứt BTĐL Nguyên nhân co khô BTĐL chủ yếu bay nước vữa CKD bê tông gây lên Cốt liệu thơ BTĐL xương, hình dạng bề mặt cốt liệu thô không