Bài viết trình bày các kết quả thực nghiệm xác định ảnh hưởng của độ ẩm trong bê tông đến một số đặc trưng cường độ của bê tông, gồm: Cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn. Thí nghiệm được tiến hành trên các mẫu bê tông có cường độ danh định f’c = 25MPa (ký hiệu C25) và f’c = 40MPa (ký hiệu C40).
Trang 1CÔNG NGHỆ CÀO BÓC TÁI CHẾ NGUỘI MẶT ĐƯỜNG
BÊTÔNG NHỰA BẰNG BITUM BỌT
KS Nguyễn Quốc Huy
Khoa Cầu đường, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Trần Thế Truyền Bùi Thanh Tùng
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả thực nghiệm xác định ảnh hưởng của độ
ẩm trong bê tông đến một số đặc trưng cường độ của bê tông, gồm: cường độ
chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn Thí nghiệm được
tiến hành trên các mẫu bê tông có cường độ danh định f’ c = 25MPa (ký hiệu
C25) và f’ c = 40MPa (ký hiệu C40) Kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng
đáng kể của độ ẩm trong bê tông đến các đặc trưng cường độ của bê tông
1 Đặt vấn đề
Hiện nay, bê tông xi măng (BTXM)
được sử dụng phổ biến trong các công
trình, kết cấu xây dựng Loại vật liệu đá
nhân tạo này có tính bền vững, tồn tại
lâu dài Nhiều công trình được thiết kế
xây dựng bằng bê tông tồn tại cả trăm
năm vẫn được sử dụng và khai thác
trong thời điểm hiện tại Tuy nhiên, qua
thời gian cùng với những tác động của
môi trường làm ảnh hưởng đến các tính
chất của bê tông Các yếu tố như: nhiệt
độ, độ ẩm đều ảnh hưởng đáng kể đến
khả năng chịu lực của kết cấu bê tông
Một số nghiên cứu đã công bố đề
cập về ảnh hưởng của độ ẩm đến cường
độ bê tông [4], [5], [6], [7] cho thấy độ
ẩm ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử cơ
học của bê tông Trong bê tông luôn tồn
tại nước trong cấu trúc rỗng; dưới tác
động của tải trọng sẽ gây ra áp lực tác
động vào nước trong các lỗ rỗng và
truyền vào cấu trúc phân tử bê tông gây
ra các thay đổi về ứng xử cơ học Các trạng thái về độ ẩm trong bê tông (trạng thái bão hòa, trạng thái khô hoàn toàn hoặc trạng thái không bão hòa) ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học của
bê tông
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng cơ học của bê tông chưa được đề cập nhiều
Do đó, việc đánh giá tác động của độ ẩm đến các đặc trưng cơ học của bê tông sử dụng trong xây dựng công trình là cần thiết Bài báo này giới thiệu các kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ
ẩm trong bê tông đến: cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở quan trọng cho các tính toán ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép có xét đến độ ẩm trong bê tông
2 Công tác thí nghiệm 2.1 Cơ sở lập đề cương thí nghiệm
Trang 2Đề cương thí nghiệm được thành lập
trên cơ sở các tiêu chuẩn Việt Nam hiện
hành như: TCVN 7572:2006, TCVN
3118:1993, TCVN 3119:1993, TCVN
3120:1993 Ngoài ra, còn căn cứ vào các
kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của độ
ẩm đến các đặc trưng cơ lý cở bản của
bê tông đã công bố trên thế giới Các thí
nghiệm được thực hiện tại Phòng thí
nghiệm Cơ học đất – Vật liệu Xây dựng
và kết cấu công trình (LAS-XD154)
2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm
Bê tông thí nghiệm là bê tông
thường có cường độ chịu nén danh định
f’c = 25MPa và f’c = 40MPa được thiết
kế với thành phần cấp phối hạt và chất
kết dính tương ứng (Bảng 1) Cường độ của các mẫu thí nghiệm được xác định
từ cường độ nén trung bình các mẫu kiểm chứng Đối với mẫu kiểm chứng, xác định cường độ chịu nén danh định mỗi cấp bê tông bằng cách đúc 9 mẫu thí nghiệm: 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế; 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế bớt 10% xi măng; 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế thêm 10% xi măng; Tải trọng lớn nhất gây phá hủy các mẫu được ghi nhận để kiểm chứng và điều chỉnh thành phần BTXM cho phù hợp với 2 cấp bê tông thiết kế
Bảng 1: Thành phần BTXM đúc mẫu có cường độ 25MPa và 40MPa
Thành phần cấp phối bê tông C25 (tính cho 1m 3 bê tông)
Loại xi măng Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg)
PCB 40 378 644 1183 200
Thành phần cấp phối bê tông C40 (tính cho 1m 3 bê tông)
Loại xi măng Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg)
PCB 40 597 507 1118 216
Các dạng mẫu sử dụng trong thí
nghiệm gồm: Các mẫu hình lập phương
kích thước 10x10x10(cm) để xác định
cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu
nén của bê tông; Các mẫu dầm chữ nhật
chịu uốn kích thước 10x10x40(cm) để xác định cường độ chịu kéo khi uốn của
bê tông; Các mẫu hình trụ kích thước 10x20(cm) để xác định cường độ chịu nén của bê tông
Hình 1: Chế tạo và phân loại mẫu thí nghiệm
Trang 3Các thiết bị, máy móc thí nghiệm
được sử dụng bao gồm: Máy nén mẫu;
Lò sấy đến 250oC; Máy thử uốn; Các giá
đỡ mẫu thí nghiệm; Thước lá kim loại;
Các khuôn đúc mẫu và các thiết bị cần
thiết khác
2.2 Quy trình thí nghiệm
Sau khi đúc, mẫu được bảo dưỡng
ở điều kiện chuẩn trong 28 ngày (các
mẫu được ngâm nước ngay sau khi tháo
ván khuôn) Sau 28 ngày ngâm nước,
các mẫu thử được lấy ra và cân khối
lượng rồi chia ra làm 4 nhóm, mỗi nhóm
gồm 3 mẫu thử Nhóm 1 được duy trì ở
25oC và thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý ngay Nhóm 2, nhóm 3 và nhóm 4 được nung tương ứng ở các nhiệt độ khác nhau là 40oC, 80oC và
105oC trong vòng 2 ngày, gia tăng nhiệt
độ trong quá trình nung là 10oC/1h Việc nung các mẫu dừng lại khi độ mất mát khối lượng sau 1 ngày đêm nhỏ hơn 1%
Khối lượng các mẫu được ghi lại theo nhiệt độ nung nhằm đánh giá mức độ bay hơi của nước trong bê tông ở các nhiệt độ khác nhau Sau khi nung, mẫu thử được làm nguội đến 45oC và duy trì đến khi thí nghiệm
a) Sấy mẫu b) Thí nghiệm nén mẫu lập phương và mẫu trụ
Hình 2: Sấy mẫu thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm
3 Phân tích kết quả thí nghiệm
3.1 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu
nén
Số liệu khảo sát sự thay đổi cường độ chịu nén của bê tông theo độ ẩm của mẫu
bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 3
Trang 4Hình 3: Biểu đồ ảnh hưởng của độ bão hòa nước đến cường độ chịu nén
Kết quả thí nghiệm cho thấy, cường
độ chịu nén của bê tông tăng dần khi độ
ẩm tăng, nhưng khi độ ẩm trong cấu kiện
đạt khoảng 85% đến khi bão hòa hoàn
toàn thì cường độ chịu nén của bê tông
giảm Cường độ chịu nén nhỏ nhất khi độ
ẩm trong bê tông đạt trạng thái bão hòa
hoàn toàn Kết quả này khá tương đồng
với kết quả thí nghiệm của M Albert
GIRAUD và M Abdelhafid KHELIDJ
[6] Hiện tượng này theo quan điểm chủ
quan của nhóm nghiên cứu có thể giải
thích như sau: Khi độ ẩm trong bê tông
tăng dần, chưa đến ngưỡng bão hòa, cấu
trúc rỗng trong bê tông tồn tại hai pha lỏng
và khí; Khi nén mẫu, pha khí bị ép giảm
thể tích, pha lỏng chiếm chỗ một phần pha
khí, sức căng bề mặt của nước được phát
huy làm cho cường độ của mẫu bê tông tăng; Ở trạng thái độ ẩm đạt khoảng 85%, nước chiếm gần hết thể tích các lỗ rỗng
Khi nén mẫu ở trạng thái này, áp lực nén tác động lên cấu trúc bê tông không chỉ có lực nén thí nghiệm mà còn một phần áp lực nén do nước trong lỗ rỗng tiếp nhận tác động ngược trở lại Áp lực do nước tiếp nhận này lớn hơn so với sức căng bề mặt tạo ra nên làm gia tăng áp lực lên cấu trúc bê tông, do đó làm giảm khả năng chịu nén của bê tông
3.2 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu
ép chẻ
Số liệu khảo sát thay đổi cường độ chịu ép chẻ của bê tông theo độ ẩm của mẫu bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 4
Hình 4: Biểu đồ ảnh hưởng của độ bão hòa nước đến cường độ chịu ép chẻ
Trang 5Kết quả thí nghiệm cho thấy, ảnh
hưởng của độ ẩm đến cường độ chịu ép
chẻ là không lớn Kết quả này khá phù
hợp với kết quả thí nghiệm của Xudong
Chen [5] Hiện tượng này có thể giải
thích như sau: Ở trạng thái gần bão hòa,
các lỗ rỗng trong bê tông bị nước hoàn
toàn chiếm chỗ, vì vậy khi ép chẻ mẫu
dưới ảnh hưởng do sức căng bề mặt của
nước làm cho cường độ chịu kéo khi bửa
của bê tông tăng; Ở trạng thái khô hoàn
toàn, khi ép chẻ mẫu thì chỉ có cấu trúc
của bê tông chịu nên cường độ chịu kéo
tương đối lớn; Còn ở trạng thái trung gian, các lỗ rỗng vừa có nước vừa có không khí, việc ép chẻ mẫu phần nào tác động áp lực vào nước và thể khí này, làm tăng thêm áp lực vào cấu trúc bê tông, dẫn đến suy giảm cường độ chịu ép chẻ của bê tông
3.3 Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn
Số liệu khảo sát thay đổi cường độ kéo uốn của bê tông theo độ ẩm của mẫu bê tông được thể hiện trong biểu
đồ hình 5
Hình 5: Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ kéo uốn
Kết quả thí nghiệm cho thấy, ảnh
hưởng đáng kể của độ ẩm đến cường độ
kéo uốn Hiện tượng này theo quan điểm
của nhóm nghiên cứu có thể giải thích
như sau: Ở trạng thái gần bão hòa, nước
chiếm gần hết thể tích các lỗ rỗng, khi
kéo uốn mẫu dưới ảnh hưởng do sức
căng bề mặt của nước làm cho cường độ
kéo uốn của bê tông tăng; Ở trạng thái
khô hoàn toàn, khi kéo uốn mẫu thì chỉ
có cấu trúc của bê tông chịu và không có
nước trong lỗ rỗng nên giảm trọng lượng
tác dụng lên mẫu thí nghiệm, nên cường
độ kéo uốn tương đối lớn; Còn ở trạng
thái trung gian, các lỗ rỗng vừa có nước vừa có không khí, sức căng bề mặt không
đủ lớn trong khi trọng lượng tác động lên mẫu kéo uốn tăng, dẫn đến suy giảm cường độ kéo uốn của mẫu thí nghiệm
4 Kết luận
Hàm lượng độ ẩm trong bê tông ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén cũng như cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông
Các thí nghiệm được tiến hành đã giúp đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng cơ lý cơ bản của BTXM thông thường trong xây dựng tại Việt Nam ở
Trang 6cấp 25MPa và 40MPa Một số quy luật
thay đổi về các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của
BTXM theo độ ẩm đã được thiết lập
Qua đó góp phần làm rõ việc đánh giá
toàn diện ảnh hưởng của độ ẩm đến các
chỉ tiêu cơ lý của BTXM Kết quả này là một cơ sở tham khảo bước đầu cho việc phân tích ứng xử các kết cấu bê tông cốt thép có xét đến hàm lượng độ ẩm trong
bê tông
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam 3118:1993, Bê tông nặng – Phương pháp xác
định cường độ nén, 1993
[2] Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam 3119:1993, Bê tông nặng - Phương pháp xác
định cường độ kéo khi uốn, 1993
[3] Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam 3120:1993, Phương pháp thử cường độ kéo
khi bửa, 1993
[4] Guang Li, The effect of moisture on the tensile strength properties of concrete,
Master of Engineering, University of Florida, 2004
[5] Jikai Zhou, Wanshan Huang & Xudong Chen, Effect of moisture content on
compressive and split tensile strength of concrete, Indian Journal of Engineering &
Materials Sciences Vol.19, December 2012, pp.427-435.
[6]. M Albert GIRAUD, M Abdelhafid KHELIDJ, Modelisation du comportement
hydromecanique d’un mortier sous compression et dessiccation, Thèse de doctorat,
Université des Sciences et Technologies de Lille, 2005.
moiture and temperature on the machanical properties of concrete, Proceeding of the
SEM Annual Conference June, 2009 USA