Nghiên cứu cường độ còn lại của bê tông vỏ hầm Hải Vân 2 sau khi chịu tác dụng ở nhiệt độ cao

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỒNG THANH Q NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CỊN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN THÁI Phản biện 1: TS HOÀNG TRỌNG LÂM Phản biện 2: TS NGUYỄN THẾ DƯƠNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2018 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa -Thư viện Khoa kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hầm Hải Vân hầm đường tuyến quốc lộ nối tỉnh Thừa Thiên Huế thành phố Đà Nẵng Hầm khời công xây dựng năm 2000 khánh thành vào năm 2005 Cơng trình giúp giảm vụ tai nạn giao thơng, tiết kiệm thời gian, chi phí nhiên liệu so với đèo Hải Vân trước Sau thời gian khai thác, lưu lượng phương tiện qua hầm tăng cao, Bộ Giao thông vận tải phê duyệt dự án Hầm Hải Vân 2, mở rộng từ hầm lánh nạn Để hồn thiện cơng trình giúp cơng trình tăng tuổi thọ thẩm mỹ, bề mặt vỏ hầm bọc lớp bê tơng xi măng để bao phủ Trong q trình khai thác, khơng tránh khỏi nguy hỏa hoạn xảy hầm, dẫn đến ổn định bê tơng dạng bong tróc bề mặt, nứt nẻ bị nổ Trên giới chứng kiến vụ hỏa hoạn hầm Manche (1996 2008) nối liền Anh Pháp, Tauern (1999) Áo, Mont Blanc (1999) nối liền Pháp – Ý, hay cơng trình dân dụng tháp Windsor – thủ đô Mandrid, Tây Ban Nha (2005) minh chứng cho ổn định Sự ổn định bê tông sau hỏa hoạn làm cho kết cấu chịu lực bê tơng khơng cịn đảm bảo điều kiện làm việc ban đầu Vấn đề đặt sau hỏa hoạn, kết cấu bê tơng cơng trình mà cụ thể vỏ hầm có cịn trì khả chịu lực ban đầu hay không? Xuất phát từ lý trên, đề tài “ Nghiên cứu cường độ lại bê tông vỏ hầm Hải Vân sau chịu tác dụng nhiệt độ cao ” cần thiết Kết đạt giúp cho nhà quản lý, khai thác hầm Hải Vân nói riêng cơng trình xây dựng nói chung có kịch phòng ngừa hay đưa cảnh báo sử dụng sau hỏa hoạn xảy Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đề tài nhằm đạt mục đích sau:  Đánh giá cường độ nén cịn lại bê tơng vỏ hầm Hải Vân (mác 350) sau chịu tác dụng nhiệt độ cao từ 30 đến 600°C  Việc đánh giá thực mở rộng loại bê tơng có cường độ 25 50 MPa Đối tượng nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu luận văn bê tông xi măng vỏ hầm Hải Vân xây dựng thành phố Đà Nẵng Phạm vi nghiên cứu  Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cường độ lại bê tông vỏ hầm Hải Vân – mác 350 loại bê tơng có cường độ 25, 50 MPa sau chịu tác dụng nhiệt độ: 80, 150, 300, 450 600°C với tốc độ gia nhiệt khác Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm:  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết bê tông xi măng ứng xử – nhiêt xẩy bên bê tông chịu tác dụng nhiệt độ  Phương pháp thực nghiệm: đánh giá cường độ nén lại mẫu đúc sau chịu tác dụng nhiệt CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN 1.1 Quá trình thủy hóa hồ xi măng Bê tơng xi măng vật liệu đá nhân tạo, tạo thành từ việc đông rắn hỗn hợp sử dụng chất kết dính thủy hóa xi măng loại cốt liệu rời rạc: cát, sỏi, đá dăm sau nhào trộn với nước theo tỷ lệ thích hợp Sở dĩ hỗn hợp bê tông trở nên đông cứng hình thành cường độ phản ứng hóa học xi măng nước – gọi phản ứng thủy hóa xi măng, mà kết hình thành Hydrat khống CSH Các hydrat khơng tan hồn tồn ổn định mơi trường nước an tồn tác động chất hóa học Các thành phần xi măng bao gồm: - Tricanxi silicat - 3CaO SiO2, ký hiệu C3S, chiếm khoảng 4060%; - Dicanxi Silicat - 2CaO SiO2, ký hiệu C2S, chiếm khoảng 1535%; - Tricanxi aluminat - 3CaO Al2O3, ký hiệu C3A, chiếm khoảng 4-14%; - Alumoferit- 4CaO Al2O3 Fe2O3, ký hiệu C4AF, chiếm khoảng 10-18%; - Thạch cao (Gypsum) dạng: CaSO42H2O (CSH2); thạch cao khan CaSO4 0.5H2O (CSH0.5) hay CaSO4 (CS) - Vôi CaO Oxit khống Khi nhào trộn với nước, q trình thủy hóa xẩy thành phần xi măng với nước diễn theo giai đoạn sau: 1.1.1 Q trình thủy hóa C3S Q trình thủy hóa C3S xẩy theo giai đoạn mơ tả (Hình 1.1) Hình 1.1 Tiến trình thủy hóa C3S [1] - Giai đoạn ngủ: Khởi đầu thủy hóa C3S tác động ion OH‾ diễn tiếp xúc với nước để hình hành C-S-H (Calcium Silicate Hydrate - C3S2H2) theo công thức sau: 2Ca3SiO5 + 6H2O → 6Ca2+ + 8OH‾ + 2H2SiO42‾ + Q 3Ca2+ + 2H2SiO42‾ + 2OH‾ → Ca3H2Si2O7(OH)2 + 3H2O Như vậy: 2C3S + 6H → C3S2H2 + 3CH + Q; với Q = 120cal/g Dung dịch ngày bão hịa hình thành Portlandite CH (Ca(OH)2) Kết thúc giai đoạn nghỉ - dormante 3Ca2+ + 6OH‾ → 3Ca(OH)2 - Giai đoạn ninh kết: Sự hình thành C-S-H ngày nhiều Các tinh thể portlandite sợi C-S-H đan xen lẫn lấp đầy lỗ rỗng Vật liệu ngày trở nên đặc cứng Mức độ thủy hóa theo thời gian (t) đánh giá tỷ số lượng C3S bị thủy hóa thời điển t lượng C3S ban đầu: 𝑀𝐶3 𝑆 (𝑡) 𝛼𝑡 = 𝑀𝐶3 𝑆 (𝑡 = 0) - Giai đoạn đông cứng: Bắt đầu từ thứ 12, lớp vỏ thủy hóa bao bọc hạt C3S trở nên đủ dày để làm giảm khuếch tán ion nước Sau vài tháng, tiến trình ngưng Theo Nonat, CSH biến đổi theo dạng: - CSH(): với tỷ số C/S vào khoảng 0.7 đến 1.0 - CSH(): với tỷ số C/S vào khoảng 1.0 đến 1.5 - CSH(): với tỷ số C/S 1.8 1.1.2 Q trình thủy hóa C2S Phản ứng thủy hóa C2S hình thức đơn giản sau: 2C2S + 5H → C3S2H4 + CH + Q, với Q vào khoảng 250J/g Kết phản ứng gần với kết thủy hóa C3S 1.1.3 Q trình thủy hóa C3A C3A phản ứng nhanh với nước để hình thành gel tự chuyển hóa thành hydrat hexagon (C2AH8 C4AH13) phát triển thành dạng vẩy mỏng không Phản ứng thủy hóa C3A sau: 2C3A + 21H → C4AH13 + C2AH8 + Q3 Và C4AH13 + C2AH8 → 2C3AH6 + 9H + Q4 Như vậy: C3A + 6H → C3AH6 + Q5 1.1.4 Q trình thủy hóa C4AF Q trình thủy hóa C4AF xẩy với tốc độ chậm tỏa nhiệt so với C3A hình thành hydrat chứa Fe2O3 Phản ứng thủy hóa C4AF sau: 3C4AF + 30H → 4C3(A,F)H6 + 2(A,F)H3 + Q Với nhiệt lượng Q vào khoảng 420 J/g Khi có diện thạch cao CSH2, phản ứng hình thành: C3 (A, F)3CaSO4 𝐻32 (Ettringite), C3 (A, F)CaSO4 𝐻12 C3 (A, F)𝐻6 Chẳng hạn, hình thành Etringite : C4 AF + 3CSH2 + 30H → C6 𝐴S3 H32 + 𝐶𝐻 + 𝐹𝐻3 1.2 Những ứng xử xẩy bên bê tơng chịu tác dụng nhiệt độ Nhờ có thuộc tính học tốt, bền vững với môi trường, dễ tạo dáng tận dụng nguồn nguyên vật liệu địa phương, ngày bê tông sử dụng rộng rãi xây dựng cơng trình dựng dân dụng,cầu đường,… Ta biết rằng, bê tông vật liệu tổng hợp bao gồm chất kết dính xi măng, cốt liệu (sỏi, cát), nước chất phụ gia Ngồi vai trị thủy hóa xi măng, nước cịn giúp cho hỗn hợp có độ dẻo thích hợp để dễ dàng việc đổ khn thi công Trong bê tông, nước tồn nhiều hình thức khác nhau: nước tự do, nước bị hấp phụ nước liên kết hóa học Do tính khơng đồng bê tông, nên tiếp xúc với nhiệt độ, thành phần bê tông trải qua biến đổi hóa - lý khác 1.2.1 Vữa xi măng Với gia tăng nhiệt độ, chuyển hóa vữa xi măng mơ tả sau [2-6] (Hình 1.2-a):  20 - 120°C : Sự nước tự bắt đầu nhiệt độ lên đến khoảng 100°C Vào khoảng 120°C vữa hoàn toàn nước tự [4, 5] Và 100°C, Ettringite C6AS3H32 bị phân hủy hoàn toàn [2, 3]  130 - 170°C : Thạch cao CSH2 bị phân hủy [7]  Các CSH bị phân hủy nhiệt độ tăng 100°C đến 450°C [2, 3]  450 - 550 °C : Sự phân hủy portlandite tạo thành vôi nước Ca(OH)2 → CaO+H2O [2, 3, 5, 6]  600 - 700°C : CSH tiếp tục bị phân hủy hình thành dang β-C2S [5] Và CaCO3 bắt đầu bị phân hủy thành CaO CO2 nhiệt độ vượt 600°C [2, 5, 6] Trong giai đoạn làm nguội sau nung, tiến trình tái thủy hóa diễn xẩy chậm hình thành gel CSH Portlandite [2] (Hình 1.2-b) (a) (b) Hình 1.2 Tiến trình thủy phân hồ xi măng nhiệt độ cao (a) tiến trình tái thủy hóa hồ xi măng làm nguội (b) [2] 1.2.2 Cốt liệu Trong bê tơng, cốt liệu đóng vai trị xương bê tơng chiếm khoảng 60-80% khối lượng bê tông Cốt liệu sử dụng để sản xuất bê tơng có ngn gốc từ tự nhiên đá xây, sỏi cát sông suối Khi tiếp xúc với hồ xi măng, hạt cốt liệu phản ứng trung tính Các hạt cốt liệu có nguồn gốc đá vơi cho thấy liên kết mạnh với hồ xi măng phản ứng hóa học xảy theo thời gian Các hạt cốt liệu trung tính (silic) khơng phản ứng với hồ xi măng nên có liên kết yếu Khi bê tơng chịu tác dụng nhiệt độ, ứng xử cốt liệu xẩy tùy thuộc vào chất khoáng học thành phần hóa học cốt liệu 1.3 Những thiệt hại cơng trình xây dựng hỏa hoạn gây giới Việt Nam Ngay chịu tác dụng nhiệt độ cao, bê tông cho thấy ổn định dạng bong tróc bề mặt, nứt nẻ bị nổ Những hỏa hoạn xẩy công trình dân dụng tháp Windsor – thủ Mandrid, Tây Ban Nha (2005), hay cơng trình giao thơng hầm Manche (1996 2008) nối liền Anh Pháp, Tauern (1999) Áo, Saint-Gothard (2001) Thụy sỹ minh chứng cho ổn định Sự ổn định chuyển hóa xẩy bên bê tơng [12-14] Tính đến năm 2019, nước ta có hầm đường bộ: hầm Thủ Thiêm (Hồ Chí Minh), hầm Hải Vân (Đà Nẵng – Huế), Hầm A.Rồng (Huế), Hầm Đèo Ngang (Quảng Bình – Hà Tĩnh), Hầm Đèo Cả (Phú Yên), Hầm Cù Mơng (Bình Định – Phú n) Trong q trình vận hành, cơng trình xảy vụ cháy, với mức độ thiệt hại khơng lớn, chưa có thiệt hại người cơng trình 1.4 Tổng quan cơng trình hầm Hải Vân Dự án mở rộng hầm lánh nạn Hầm đường Hải Vân thành hầm có điểm đầu thuộc thị trấn Lăng Cơ, huyện Phú Lộc (TTHuế) điểm cuối thuộc phường Hòa Hiệp Bắc, quận Liên Chiểu (Đà Nẵng) với tổng chiều dài 12,6km 1.5 Kết luận Khi nhào trộn xi măng với nước, q trình thủy hóa xẩy thành phần xi măng với nước để tạo thành CSH Nhờ có CSH mà hồ xi măng đơng cứng hình thành cường độ Trong cấu trúc bê tông, hồ xi măng bao bọc loại cốt liệu lấp đầy vào lỗ rỗng cốt liệu Vì thế, thuộc tính học bê tông bị chi phối nhiều vào đặc tính hồ xi măng Khi tiếp xúc với nhiệt độ, thành phần bê tông trải qua biến đổi hóa - lý khác Cùng với gia tăng nhiệt độ nước bê tông (nước tự do, nước hấp phụ nước liên kết) Sự phá vỡ CSH, CH CaCO3 vữa xi măng tiến trình không đảo ngược mà làm cho bê tông đánh thuộc tính học ban đầu Chiếm khoảng 60-80% khối lượng bê tơng, cốt liệu đóng vai trị khung xương cho bê tơng Vì ổn định nhiệt bê tông phụ thuộc nhiều vào tính chất cốt liệu Những ứng xử cốt liệu tùy thuộc vào chất khoáng học thành phần hóa học cốt liệu Những nghiên cứu khoa học cho thấy rằng, cốt liệu đá vôi ổn định nhiệt độ lên đến 650°C Tuy nhiên, nhiệt độ vượt ngưỡng này, phân hủy CaCO3 xẩy đưa đến sụt giảm khoảng 40% khối lượng Trong giai đoạn nguội, vơi (CaO) phản ứng với độ ẩm khơng khí để tạo Portlandite (CH) Sự hình thành Portlandite dẫn đến gia tăng vết nứt bê tông dẫn đến giảm cường độ lại bê tông.Với cốt liệu thạch anh (silica) cho thấy ổn định nhiệt độ lên đến 575°C Tuy nhiên vượt ngưỡng này, thay đổi cấu trúc từ α sang β xẩy đưa đến gia tăng thể tích từ 1% đến 5,7% làm hủy hại bê tông Với cốt liệu đá lửa, tổn thất khối lượng vào khoảng 1% Tuy nhiên, lại ổn định nhiệt độ vượt 110°C Những thiệt hại từ hỏa hoạn gây cho cơng trình sử dụng kết cấu bê tơng to lớn Nó xẩy nơi đâu lúc Hầm đường Hải Vân không ngoại lệ phải đối mặt với nguy cao trình khai thác với lưu lượng phương tiện tham gia giao thông ngày tăng tương lai Nghiên cứu suy giảm cường độ bê tông kết cấu vỏ hầm Hải Vân đề cập chương CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 2.1 Mục tiêu Tiến hành thí nghiệm tiêu lý cốt liệu đá, cát, xi măng, nước phụ gia, nhằm đánh giá tiêu lý vật liệu sử dụng có phù hợp với tiêu chuẩn quy định không trước tiến hành bước nghiên cứu Khi nguồn vật liệu đảm bảo yêu cầu đề ra, tiến hành thiết kế thành phần cho hỗn hợp BTXM mác 250; 350 500 Trong thành phần cho hỗn hợp BTXM mác 350 sử dụng cho chế tạo vỏ hầm 2.2 Vật liệu 2.2.1 Xi măng Dự án hầm Hải Vân lựa chọn xi măng Kim Đỉnh PC40 để chế tạo bê tông vỏ hầm 2.2.2 Cát Dự án hầm Hải Vân lựa chọn cát mỏ cát Vân Ly, xã Điện Quang, huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam để chế tạo bê tông vỏ hầm 2.2.3 Đá Dự án hầm Hải Vân lựa chọn đá mỏ đá Hố Chuồn, xã Hòa Ninh, huyện Hịa Vang, thành phố Đà Nẵng với kích thước hạt 5-20 (mm) để chế tạo bê tông vỏ hầm 2.2.4 Nước Nước thành phần giúp xi măng phản ứng tạo sản phẩm thủy hóa làm cho cường độ bê tơng tăng lên Nước cịn tạo độ lưu động cần thiết để trình thi cơng dễ dàng u cầu 10 2.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ nén Thiết bị sử dụng để xác định cường độ chịu nén mẫu bê tông máy nén bê tơng phịng thí nghiệm Dự án Hầm Hải Vân Máy đặt cố định phịng thí nghiệm kiểm định thường xuyên năm lần 11 Mác bê tông thiết kế 250 350 500 STT 3 Bảng 2.8 Kết kiểm tra cường độ nén mẫu bê tông Kết Diện tích Cường độ Cường độ Chênh nén (kN) (cm2) (kN/cm2) (daN/cm2) lệch (%) 680,37 225 3,024 302,4 1,121 688,08 225 3,058 305,8 706,94 225 3,142 314,2 2,741 856,27 225 3,806 380,6 0,840 868,78 225 3,861 386,1 0,609 863,52 225 3,838 383,8 1381,50 225 6,140 614,0 0,736 1371,40 225 6,095 609,5 1309,40 225 5,820 582,0 4,521 Cường độ (daN/cm2) 307,5 383,5 601,8 2.3.4 Kết luận Các tính chất lý cốt liệu đá, cát, chất kết dinh xi măng, nước phụ gia sử dụng dự án hầm Hải Vân phù hợp cho việc chế tạo vữa bê tông xi măng theo yêu cầu kỹ thuật hành Thiết kế thành phần cấp phối cho bê tông mác 250, 300 500 tương ứng với tỷ lệ N/X 0,559; 0,41; 0,38 cường độ nén phá hủy 30,8; 38,4 60,2 Mpa Từ kết thiết kế thành phần hỗn hợp này, tiến hành đúc mẫu để đánh giá cường độ nén cịn lại bê tơng sau chịu tác dụng nhiệt độ chương 12 CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ NÉN CỊN LẠI CỦA BÊ TƠNG SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG CỦA NHIỆT ĐỘ CAO 3.1 Mục tiêu Tiến hành thí nghiệm xác định cường độ nén cịn lại mẫu bê tơng hình lập phương 15x15x15cm sau nung ngưỡng nhiệt độ (Tmax) 80, 150, 300, 450 600°C so sánh với giá trị cường độ nén ban đầu chưa nung (ở nhiệt độ phịng thí nghiệm 30°C) Hai chế độ tác dụng nhiệt (có kiểm sốt tốc độ gia nhiệt, cố định thời gian tác dụng nhiệt Tmax không kiểm soát tốc độ gia nhiệt, cố định tổng thời gian tác dụng nhiệt) sử dụng để đánh giá ảnh hưởng đến cường độ cịn lại bê tông Dựa vào kết thu được, tiến hành đánh giá cường độ nén lại bê tông ảnh hưởng nhân tố mác bê tơng chế độ tác dụng nhiệt 3.2 Chương trình thí nghiệm 3.2.1 Mẫu thí nghiệm chế độ tác dụng nhiệt Sử dụng loại vật liệu nêu mục phối hợp theo tỷ lệ Bảng 2.7 để đúc mẫu thí nghiệm cường độ nén (kích thước 15x15x15cm) tác dụng nhiệt độ Hai chế độ cưỡng nhiệt áp dụng:  Chế độ 1: Duy trì tốc độ gia nhiệt VT=3,5°C/phút thời gian lưu giữ nhiệt độ lớn 60 phút (Hình 3.1)  Chế độ 2: Tổng thời gian tác dụng nhiệt 120 phút Ở chế độ này, tốc độ gia nhiệt tùy thuộc vào thiết bị: VT =3,5°C/ phút cho lò sấy 39,7°C/phút cho lò nung (Hình 3.2) 13 Hình 3.1 Chế độ 1: Tốc độ gia nhiệt DT=3,5°C/phút thời gian lưu giữ nhiệt độ lớn 60 phút Hình 3.2 Chế độ 2: Tổng thời gian tác dụng nhiệt 120 phút Sau 28 ngày bảo dưỡng, mẫu vớt để sau cho vào lị nung, để nung đến ngưỡng nhiệt độ 80, 150, 300, 450 600°C Sau đó, mẫu lấy để nguội đến nhiệt độ phòng trước tiến hành nén phá hủy để xác định cường độ 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm Sử dụng lị nung sấy để nung mẫu theo chế độ nhiệt Ở ngưỡng nhiệt độ 80 150°C, mẫu nung lò sấy Ở ngưỡng nhiệt độ 300, 450 600°C, mẫu nung lò nung 14 3.2.2.1 Lò sấy Sử dụng lò sấy HN101 hãng Lang-shan đặt phịng thí nghiệm Dự án Hầm Hải Vân Máy kiểm định thường xuyên năm lần 3.2.2.2 Lò nung Lò nung Lenton EF11/8/B hãng Lenton (Anh) đặt phịng thí nghiệm Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng (Quatest 2) Máy kiểm định thường xuyên năm lần 3.2.2.3 Kiểm tra tốc độ gia nhiệt lò sấy lò nung Trước tiến hành thí nghiệm, cần tiến hành kiểm tra tốc độ gia nhiệt thiết bị Đồng hồ bấm giây nhiệt kế điện tử TP101 sử dụng để kiểm tra a) Tốc độ gia nhiệt lò sấy Vặn núm chỉnh nhiệt độ đến 150°C bật lò Ghi chép thời gian (phút) kể từ bật lò cho lần nhiệt độ tăng thêm 10°C Tiến hành theo dõi nhiệt độ đạt đến 150°C Tại thời điểm kiểm tra, nhiệt độ phòng đo 30°C Ta có tốc độ gia nhiệt lị sấy Vs=3,5°C/phút b) Tốc độ gia nhiệt lò nung Thực tương tư lò sấy, kiểm tra tốc độ gia nhiệt từ nhiệt độ phòng 30°C đến 600°C Ta có tốc độ gia nhiệt lị nung Vn=39,7°C/phút Để thực cưỡng nhiệt theo chế độ lò nung ngưỡng nhiệt độ 300, 450 600°C, áp dụng thời gian chờ t cho bước gia nhiệt T=30°C là: 1 1 ∆𝑡 = ∆𝑇 ( − ) = 30 ( − ) = 𝑝ℎú𝑡 50 𝑔𝑖â𝑦 𝑉𝑠 𝑉𝑛 3,5 39,7 Biểu đồ kiểm sốt tốc độ gia nhiệt lị nung mức 3,5°C/ phút 3.3 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm cường độ mẫu nén cịn lại mẫu bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ tập hợp thuyết minh 15 3.3.1 Sự ảnh hưởng tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ đến cường độ nén lại loại bê tông Từ kết đạt các, cường độ lại RT°C /R30°C (so với cường độ ban đầu) loại bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ xác định bảng sau: Bảng 3.10 Cường độ cịn lại RT°C /R30°C loại bê tơng sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ Nhiệt độ Tmax (°C) Mác bê tông 30 80 150 300 450 600 250 100% 97% 95% 86% 81% 73% 350 100% 97% 94% 84% 77% 69% 500 100% 93% 88% 78% 71% 64% Đường cong biểu diễn cường độ lại RT°C /R30° loại bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ vẽ Hình 3.9 Hình 3.9 Đường cong biểu diễn cường độ lại RT°C /R30° theo chế độ Kết cho thấy rằng, cường độ nén loại bê tông bị suy giảm theo nhiệt độ Tuy nhiên, tiến trình suy giảm tùy thuộc vào loại bê tông:  Khi nhiệt độ tăng đến 150°C, mẫu bê tông mác 500 bị suy giảm xấp xỉ 15% so với ban đầu, mẫu bê tông mác 250 350 bị suy giảm khoảng 5%  Khi nhiệt độ vượt ngưỡng này, đường cong gần song song nhau, điều cho thấy suy giảm cường độ gần đồng cho loại bê tông: 16  Ở 300°C, cường độ cịn lại bê tơng mác 250, 350 500 86%; 84% 78%  Ở 450°C, cường độ cịn lại bê tơng mác 250, 350 500 81%; 77% 71%  Ở 600°C, mẫu bê tông mác 250 trì 73% cường độ so với ban đầu; 69% cho mẫu bê tông mác 350 mẫu bê tơng mác 500 cịn 64% cường độ ban đầu Tức bê tông mác 250 350 đánh khoảng 30% cường độ ban đầu, bê tông mác 500 đánh 36% cường độ ban đầu Điều cho thấy bê tơng có cường độ cao, suy giảm lớn theo gia tăng nhiệt độ Cùng với gia tăng nhiệt độ phân hủy CSH từ 100°C đến 700°C, portlandite tạo thành vôi nước 450°C đến 550°C, tiến trình giải phóng CO2 CaCO3 … Chính phân hủy làm cho bê tông bị suy giảm cường độ Mặc khác, phân hủy có tính khơng đảo ngược Vì thế, sau chịu tác động nhiệt độ cao, bê tơng khơng thể phục hồi thuộc tính học ban đầu vốn có Kết thí nghiệm hồn tồn phù hợp với nghiên cứu trước (Hình 3.10) C1-36.5MPa [PLIYA 2010] C2 - 46MPa C3 -70.2MPa B40 [MINDEGUIA 2009] B40 SC BAP 25 [FARES 2009] BAP 40 BV 40 BO-C-38.1MPa [XING 2011] BO-SC-35.9MPa BO-S-38.8MPa BHP-C-76.3MPa BHP-SC-81.2MPa BHP-S-72.8MPa 140 fc(T)/fc(20) (%) 120 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Température (°C) Hình 3.10 Cường độ nén cịn lại loại bê tông [9, 10, 16, 17] 17 3.3.2 Sự ảnh hưởng tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ đến cường độ nén lại loại bê tông Từ kết đạt Bảng 3.7, 3.8, 3.9, cường độ lại RT°C /R30°C (so với cường độ ban đầu) loại bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ xác định bảng sau: Bảng 3.11 Cường độ lại RT°C /R30°C loại bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ Nhiệt độ Tmax (°C) Mác bê tông 30 80 150 300 450 600 250 100% 96% 90% 84% 78% 73% 350 100% 92% 87% 82% 75% 67% 500 100% 92% 87% 77% 68% 63% Đường cong biểu diễn cường độ lại RT°C /R30° loại bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ vẽ Hình 3.11 Hình 3.11 Đường cong biểu diễn cường độ lại RT°C /R30° theo chế độ Tương tự cưỡng nhiệt chế độ 1, cường độ nén loại bê tông bị suy giảm theo nhiệt độ Tuy nhiên, tiến trình suy giảm tùy thuộc vào loại bê tông:  Khi nhiệt độ tăng đến 150°C, mẫu bê tông mác 350 500 bị suy giảm khoảng 13% so với ban đầu, mẫu bê tông mác 250 bị suy giảm khoảng 10% 18  Khi nhiệt độ vượt ngưỡng này, suy giảm cường độ bê tông mác 500 mạnh so với loại bê tơng cịn lại:  Ở 300°C, cường độ cịn lại bê tông mác 250, 350 84 82% cường độ lại bê tông mác 500 77%  Ở 450°C, cường độ cịn lại bê tơng mác 250, 350 500 78%; 75% 68%  Ở 600°C, mẫu bê tơng mác 250 trì 73% cường độ so với ban đầu; 67% cho mẫu bê tông mác 350 mẫu bê tông mác 500 63% cường độ ban đầu Tức bê tông mác 250 350 đánh khoảng 30% cường độ ban đầu, bê tông mác 500 đánh gần 40% cường độ ban đầu Điều cho thấy bê tơng có cường độ cao, suy giảm lớn theo gia tăng nhiệt độ 3.3.3 Sự ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt đến cường độ nén lại loại bê tông Đường cong biểu diễn cường độ cịn lại RT°C /R30° bình qn loại bê tông sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ vẽ Hình 3.12 Hình 3.12 Đường cong biểu diễn cường độ cịn lại bình qn loại bê tơng chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ Kết cho thấy suy giảm cường độ loại bê tông chịu tác dụng cưỡng nhiệt chế độ nhiều so với tác dụng cưỡng nhiệt chế độ Khi nhiệt độ lên đến 150°C, cường độ lại bê tông chịu tác dụng nhiệt theo chế độ 96% theo chế độ 93% Vượt ngưỡng này, bê tông bị thêm 8% 19 cường độ ngưỡng nhiệt độ nung cho chế độ tác dụng nhiệt Ở 600°C, mẫu bê tơng trì xấp xỉ 70% cường độ ban đầu Sự suy giảm cường độ nén bê tông chịu tác dụng nhiệt cưỡng chế độ nhiều so với chế độ thời gian tác dụng nhiệt:  Ở ngưỡng nhiệt độ 80 150°C, thời gian phơi nhiệt Tmax bình quân mẫu bê tơng lị sấy 96 phút cho chế độ 60 phút cho chế độ  Ở ngưỡng nhiệt độ 300, 450 600°C, tốc độ gia nhiệt lị nung lớn, thời gian phơi nhiệt Tmax bình quân mẫu bê tông 109 phút cho chế độ 60 phút cho chế độ Thời gian phơi nhiệt lâu, q trình chuyển hóa xẩy sâu, bê tơng bị hủy hoại nhiều Hình 3.13 Đường cong biểu diễn cường độ lại loại bê tông chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ Sự ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt đến cường độ nén cịn lại loại bê tơng xem xét qua việc xây dựng đồ thị Hình 3.13 Kết cho thấy rằng, ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt đến bê tông mác 250 350 mạnh so với bê tông mác 500 nhiệt độ nung đạt đến 150°C Cụ thể:  Khi nhiệt độ tăng đến 150°C, mẫu bê tông mác 250 350 bị suy giảm cường độ nén khoảng 6% chịu tác dụng nhiệt theo chế độ 1, 11% chịu tác dụng nhiệt theo chế độ Trong 20 mẫu bê tông mác 500 bị suy giảm khoảng 13% cho chế độ tác dụng nhiệt  Khi nhiệt độ vượt ngưỡng này, suy giảm cường độ tăng thêm loại bê tơng thí nghiệm cho ngưỡng nhiệt độ Tmax bình quân 8% cho hai chế độ tác dụng nhiệt 3.3.4 Sự hủy hoại bê tông tác dụng cưỡng nhiệt độ Sự hủy hoại bê tông tác dụng nhiệt độ quan sát qua tình trạng nứt bề mặt mẫu bê tơng sau nung kính lúp thơng thường với độ phóng đại 10 lần Các hình ảnh chụp tình trạng bề mặt mẫu ngưỡng nhiệt độ nung khác tổng hợp Bảng 3.12 21 Mác BT 30 Bảng 3.12 Bảng tổng hợp hình ảnh mẫu bê tơng cấp nhiệt độ Nhiệt độ (oC) 80 150 300 450 600 250 Xuất vết nứt có bề rộng 0,1mm Các vết nứt có bề rộng 0,5mm Các vết nứt có bề rộng 1mm; bị vỡ góc Xuất vết nứt có bề rộng 0,1mm Các vết nứt có bề rộng 0,5mm Các vết nứt có bề rộng 1mm Xuất vết nứt có bề rộng 0,1mm Các vết nứt có bề rộng 0,5mm Các vết nứt có bề rộng 1mm 350 500 22 Quan sát bề mặt mẫu bê tông sau nung cho thấy bề mặt bê tông xuất vết nứt nhiệt độ vượt ngưỡng 300°C Cụ thể sau: - Ở nhiệt độ 300°C, bề rộng vết nứt đo 0,1 mm - Bề rộng vết nứt mở rộng đến 0,5mm nhiệt độ nung 450°C - Khi nhiệt độ lên đến 600°C, bề rộng vết nứt quan sát 1mm vỡ góc xẩy mẫu bê tông mác 250 Như mức độ hủy hoại cấu trúc bê tông nứt, vỡ gia tăng nhiệt độ nung lớn Chính hủy hoại làm suy giảm cường độ nén mẫu bê tông Việc khơng phát vết nứt