Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của độ ẩm đến một số đặc trưng cường độ của bê tông xi măng

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.

Thông báo Khoa học Công nghệ Số 1/2016 Information of Science and Technology No 1/2016 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ĐẾN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG Nguyễn Quốc Huy 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 kết thực nghiệm xác định ảnh hưởng độ ẩm bê tông đến số đặc trưng cường độ bê tông, gồm: cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ cường độ chịu kéo uốn Thí nghiệm tiến hành mẫu bê tơng có cường độ danh định f’c = 25MPa (ký hiệu C25) f’c = 40MPa (ký hiệu C40) Kết thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng đáng kể độ ẩm bê tông đến đặc trưng cường độ bê tông Abstract This article presents experimental results to determine the effect of concrete moisture on typical mechanical characteristics of concrete including compressive strength, split strength and flexural strength Two types of concrete with compressive strength 25 MPa (named C25) and 40 MPa (named C40) are used to fabricate specimens The result shows the significant effects of concrete moisture on concrete strengths Từ khóa Bê tơng, Cường độ bê tơng, Độ ẩm Đặt vấn đề Hiện nay, bê tông xi măng (BTXM) sử dụng phổ biến cơng trình, kết cấu xây dựng Loại vật liệu đá nhân tạo có tính bền vững, tồn lâu dài Nhiều cơng trình thiết kế xây dựng bê tông tồn trăm năm sử dụng khai thác thời điểm Tuy nhiên, qua thời gian với tác động mơi trường làm ảnh hưởng đến tính chất bê tông Các yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm ảnh hưởng đáng kể đến khả chịu lực kết cấu bê tông Một số nghiên cứu công bố đề cập ảnh hưởng độ ẩm đến cường độ bê tông [4], [5], [6], [7] cho thấy độ ẩm ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử học bê tông Trong bê tông tồn nước cấu trúc rỗng; tác động tải trọng gây áp lực tác động vào nước lỗ rỗng truyền vào cấu trúc phân tử bê tông gây thay đổi ứng xử học Các trạng thái độ ẩm bê tơng (trạng thái bão hịa, trạng thái khơ hồn tồn trạng thái khơng bão hịa) ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất học bê tông Ở Việt Nam, nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm đến đặc trưng học bê tơng chưa đề cập nhiều Do đó, việc đánh giá tác động độ ẩm đến đặc trưng học bê tông sử dụng xây dựng cơng trình cần thiết Bài báo giới thiệu kết thí nghiệm xác định ảnh hưởng độ ẩm bê tông đến: cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ cường độ chịu kéo uốn bê tông Kết nghiên 23 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 1/2016 cứu sở quan trọng cho tính tốn ứng xử kết cấu bê tơng cốt thép có xét đến độ ẩm bê tông Công tác thí nghiệm 2.1 Cơ sở lập đề cương thí nghiệm Đề cương thí nghiệm thành lập sở tiêu chuẩn Việt Nam hành như: TCVN 7572:2006, TCVN 3118:1993, TCVN 3119:1993, TCVN 3120:1993 Ngồi ra, cịn vào kết nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm đến đặc trưng lý cở bê tông công bố giới Các thí nghiệm thực Phịng thí nghiệm Cơ học đất – Vật liệu Xây dựng kết cấu cơng trình (LAS-XD154) 2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Bê tơng thí nghiệm bê tơng thường có cường độ chịu nén danh định: Information of Science and Technology No 1/2016 f’c = 25MPa f’c = 40MPa thiết kế với thành phần cấp phối hạt chất kết dính tương ứng (Bảng 1) Cường độ mẫu thí nghiệm xác định từ cường độ nén trung bình mẫu kiểm chứng Đối với mẫu kiểm chứng, xác định cường độ chịu nén danh định cấp bê tơng cách đúc mẫu thí nghiệm: mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tơng thiết kế; mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế bớt 10% xi măng; mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế thêm 10% xi măng; Tải trọng lớn gây phá hủy mẫu ghi nhận để kiểm chứng điều chỉnh thành phần BTXM cho phù hợp với cấp bê tông thiết kế Bảng 1: Thành phần BTXM đúc mẫu có cường độ 25MPa 40MPa Thành phần cấp phối bê tông C25 (tính cho 1m3 bê tơng) Loại xi măng Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg) PCB 40 378 644 1183 200 Thành phần cấp phối bê tơng C40 (tính cho 1m bê tơng) Loại xi măng Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg) PCB 40 597 507 1118 216 Các dạng mẫu sử dụng thí nghiệm gồm: Các mẫu hình lập phương kích thước 10x10x10(cm) để xác định cường độ chịu ép chẻ cường độ chịu nén bê tông; Các mẫu dầm chữ nhật chịu uốn kích thước 10x10x40(cm) để xác định cường độ chịu kéo uốn bê tông; Các mẫu hình trụ kích thước 10x20(cm) để xác định cường độ chịu nén bê tơng Hình Chế tạo phân loại mẫu thí nghiệm Các thiết bị, máy móc thí nghiệm sử dụng bao gồm: Máy nén mẫu; Lò sấy đến 250oC; Máy thử uốn; Các giá đỡ mẫu thí nghiệm; Thước kim loại; Các 24 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 1/2016 Information of Science and Technology No 1/2016 khuôn đúc mẫu thiết bị cần thiết khác 2.2 Quy trình thí nghiệm Sau đúc, mẫu bảo dưỡng điều kiện chuẩn 28 ngày (các mẫu ngâm nước sau tháo ván khuôn) Sau 28 ngày ngâm nước, mẫu thử lấy cân khối lượng chia làm nhóm, nhóm gồm mẫu thử Nhóm trì 25oC thí nghiệm xác định đặc trưng lý Nhóm 2, nhóm nhóm nung a) Sấy mẫu tương ứng nhiệt độ khác 40oC, 80oC 105oC vòng ngày, gia tăng nhiệt độ trình nung 10oC/1h Việc nung mẫu dừng lại độ mát khối lượng sau ngày đêm nhỏ 1% Khối lượng mẫu ghi lại theo nhiệt độ nung nhằm đánh giá mức độ bay nước bê tông nhiệt độ khác Sau nung, mẫu thử làm nguội đến 45oC trì đến thí nghiệm b) Thí nghiệm nén mẫu lập phương mẫu trụ a) Thí nghiệm uốn mẫu b) Thí nghiệm ép chẻ mẫu Hình Sấy mẫu thí nghiệm tiến hành thí nghiệm PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Kết thí nghiệm cường độ chịu nén Số liệu khảo sát thay đổi cường độ chịu nén bê tông theo độ ẩm mẫu bê tông thể biểu đồ hình Hình Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ chịu nén 25 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 1/2016 Kết thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu nén bê tông tăng dần độ ẩm tăng, độ ẩm cấu kiện đạt khoảng 85% đến bão hịa hồn tồn cường độ chịu nén bê tông giảm Cường độ chịu nén nhỏ độ ẩm bê tông đạt trạng thái bão hịa hồn tồn Kết tương đồng với kết thí nghiệm M Albert GIRAUD M Abdelhafid KHELIDJ [6] Hiện tượng theo quan điểm chủ quan nhóm nghiên cứu giải thích sau: Khi độ ẩm bê tông tăng dần, chưa đến ngưỡng bão hịa, cấu trúc rỗng bê tơng tồn hai pha lỏng khí; Khi nén mẫu, pha khí bị ép giảm thể tích, pha lỏng chiếm chỗ phần pha khí, sức căng bề mặt nước phát huy làm cho cường độ mẫu bê tông tăng; Ở trạng thái độ ẩm đạt khoảng 85%, nước chiếm gần hết thể tích lỗ rỗng Khi nén mẫu trạng thái này, áp lực nén tác động lên cấu trúc bê tơng khơng có lực nén thí nghiệm mà cịn phần áp lực nén nước lỗ rỗng tiếp nhận tác động ngược trở lại Áp lực nước tiếp nhận lớn so với sức căng bề mặt tạo nên làm gia tăng áp lực lên cấu trúc bê tơng, làm giảm khả chịu nén bê tơng 3.2 Kết thí nghiệm cường độ chịu ép chẻ Số liệu khảo sát thay đổi cường độ chịu ép chẻ bê tông theo độ ẩm mẫu bê tơng thể biểu đồ hình Hình Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ chịu ép chẻ Information of Science and Technology No 1/2016 Kết thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng độ ẩm đến cường độ chịu ép chẻ không lớn Kết phù hợp với kết thí nghiệm Xudong Chen [5] Hiện tượng giải thích sau: Ở trạng thái gần bão hòa, lỗ rỗng bê tơng bị nước hồn tồn chiếm chỗ, ép chẻ mẫu ảnh hưởng sức căng bề mặt nước làm cho cường độ chịu kéo bửa bê tơng tăng; Ở trạng thái khơ hồn tồn, ép chẻ mẫu có cấu trúc bê tông chịu nên cường độ chịu kéo tương đối lớn; Còn trạng thái trung gian, lỗ rỗng vừa có nước vừa có khơng khí, việc ép chẻ mẫu phần tác động áp lực vào nước thể khí này, làm tăng thêm áp lực vào cấu trúc bê tông, dẫn đến suy giảm cường độ chịu ép chẻ bê tơng 3.3 Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn Số liệu khảo sát thay đổi cường độ kéo uốn bê tông theo độ ẩm mẫu bê tông thể biểu đồ hình Hình Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ kéo uốn Kết thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng đáng kể độ ẩm đến cường độ kéo uốn Hiện tượng theo quan điểm nhóm nghiên cứu giải thích sau: Ở trạng thái gần bão hòa, nước chiếm gần hết thể tích lỗ rỗng, kéo uốn mẫu ảnh hưởng sức căng bề mặt nước làm cho cường độ kéo uốn bê tông tăng; Ở trạng thái khơ hồn tồn, kéo uốn mẫu có cấu trúc bê tơng chịu khơng có nước lỗ rỗng nên giảm trọng lượng tác dụng lên mẫu thí nghiệm, nên cường độ 26 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 1/2016 kéo uốn tương đối lớn; Còn trạng thái trung gian, lỗ rỗng vừa có nước vừa có khơng khí, sức căng bề mặt khơng đủ lớn trọng lượng tác động lên mẫu kéo uốn tăng, dẫn đến suy giảm cường độ kéo uốn mẫu thí nghiệm Kết luận Hàm lượng độ ẩm bê tông ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén cường độ chịu ép chẻ cường độ chịu kéo uốn bê tơng Các thí nghiệm tiến hành giúp đánh giá Information of Science and Technology No 1/2016 ảnh hưởng độ ẩm đến đặc trưng lý BTXM thông thường xây dựng Việt Nam cấp 25MPa 40MPa Một số quy luật thay đổi tiêu lý BTXM theo độ ẩm thiết lập Qua góp phần làm rõ việc đánh giá toàn diện ảnh hưởng độ ẩm đến tiêu lý BTXM Kết sở tham khảo bước đầu cho việc phân tích ứng xử kết cấu bê tơng cốt thép có xét đến hàm lượng độ ẩm bê tông TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Xây dựng, 1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén Tiêu chuẩn Việt Nam 3118:1993 Bộ Xây dựng, 1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ kéo uốn Tiêu chuẩn Việt Nam 3119:1993 Tiêu chuẩn Việt Nam 3120:1993, 1993 Phương pháp thử cường độ kéo bửa Bộ Xây dựng Guang Li, 2004 The effect of moisture on the tensile strength properties of concrete Master of Engineering, University of Florida Jikai Zhou, Wanshan Huang & Xudong Chen, December 2012 Effect of moisture content on compressive and split tensile strength of concrete, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences Vol.19, pp.427-435 M Albert GIRAUD, M Abdelhafid KHELIDJ, 2005 Modelisation du comportement hydromecanique d’un mortier sous compression et dessiccation Thèse de doctorat Université des Sciences et Technologies de Lille Samir N Shoukry, Gergis W William, Brian Downie, Mourad Y Riad, 2009 Effect of moisture and temperature on the machanical properties of concrete, Proceeding of the SEM Annual Conference June USA 27 ... cường độ kéo uốn bê tông theo độ ẩm mẫu bê tông thể biểu đồ hình Hình Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ kéo uốn Kết thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng đáng kể độ ẩm đến cường độ kéo... lượng tác động lên mẫu kéo uốn tăng, dẫn đến suy giảm cường độ kéo uốn mẫu thí nghiệm Kết luận Hàm lượng độ ẩm bê tông ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén cường độ chịu ép chẻ cường độ chịu... Hình Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ chịu nén 25 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 1/2016 Kết thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu nén bê tông tăng dần độ ẩm tăng, độ ẩm cấu kiện đạt