C¸c ®Æc tÝnh nµy cña cÊu tróc vi m« cña vËt liÖu kh«ng ®ång nhÊt t¹o thµnh do thÊm läc chÊt láng.. Mét vËt liÖu bÞ nøt cã thÓ cã mét ®é rçng nhá, sù chuyÓn ®éng cña chÊt láng thùc hiÖn[r]
(1)Ch−¬ng
Độ bền bê tông c−ờng độ cao và chất l−ợng cao
1.Mở đầu
Bờ tụng l mt vật liệu composit không đồng mà độ bền đ−ợc nghiên cứu điểm đặc biệt Đó phản ứng kiềm – cốt liệu, tính thấm n−ớc, phản ứng cácbonát hoá độ chống thấm ion Clo
Tỏng quan nguyên nhân phá hoại bê tông (xem hình 5.1.)
Bờ tụng v kt cu bê tông th−ờng bị phá hoại nhiều nguyên nhân Tuỳ theo mức độ h− hỏng chia làm cấp tác động khác nhau:
- Sai sót: Th−ờng thiết kế, lựa chọn vật liệu sai sót thi cơng - H− hỏng: Th−ờng tác động khai thác, thời tiết, tăng tải không đ−ợc xét đến, tác động đặc biệt n−ớc, gió, động đất
- Ph¸ hoại: Thờng xẩy trình thi công, khai thác kết thúc tuổi thọ khai thác
D−ới tác động làm giảm độ bền khai thác bê tông kết cấu bê tông
Hình 5.1 Sơ đồ tác động đến độ bền bê tông
1. TÝnh thÊm n−íc
Tính thấm hay tính chất vật chất lỏng chảy qua th−ờng đ−ợc
xem tiêu chuẩn độ bền Các tác động t−ơng hỗ lỏng – rắn hóa học (biến đổi khối l−ợng), vật lý (nở), học (phá hủy) Trong phản ứng hóa
Bê tông bị tác động
Clo Sulphate
N−ớc Nhiệt độ
Qu¸ trình
cacbonat hoá (axit,dung môi) Hoá chất
(2)học, tác động t−ơng hỗ lỏng - rắn khoảng cách gần, can thiệp vào liên kết ion dung dịch, chuyển động chất trao đổi chuyển dời
Các khuyết tật cấu trúc nh− lỗ rỗng mao quản hay vết nứt đóng vai trị định độ thấm bê tơng Các lỗ rỗng liên tục hay đứt queng Các vết nứt tạo thành vùng phá hủy với phân nhánh nhiều Các đặc tính cấu trúc vi mơ vật liệu không đồng tạo thành thấm lọc chất lỏng Lý thuyết lọc mô tả biến đổi khả thấm môi tr−ờng nứt rỗng Một vật liệu bị nứt có độ rỗng nhỏ, chuyển động chất lỏng thực số l−ợng hạn chế vết nứt Nó tồn mạng l−ới ngầm lọc nhánh chết Trong môi tr−ờng rỗng nứt, không thông nhau, chất lỏng không thấm Ng−ỡng thấm phân biệt vùng thấm vùng không thấm
Lý thuyết thấm, áp dụng với đá, đ−ợc sử dụng việc xác định độ thấm k vữa xi măng với công thức:
k = c d2 c/F Trong đó: c = 1/226
dc = ð−êng kÝnh tiªu chn cđa lỗ rỗng F = Tác nhân cấu tạo
- F, tỉ lệ khả truyền dẫn bê tơng beo hồ dung dịch lỗ rỗng đ−ợc xác định từ phép đo độ khuyếch tán (ví dụ ion clo) khả dẫn điện;
- dc đ−ợc đo đ−ờng cong lỗ rỗng thủy ngân Đó điểm uốn đ−ờng cong thể tích tích luỹ Điểm ứng với tăng đột ngột khả dẫn điện, cho thấy liên tục đ−ờng chất lỏng chất rắn
Từ ví dụ, loại vữa xi măng:
- Tỉ lệ N/X = 0,4, đ−ờng kính tiêu chuẩn dc = 38 nm, độ khuyếch tán clo D = 26.0x10-13 m2/s, có hệ số thấm tính tốn k = 11 x 10-21 m2 Giá trị D
0 ứng với độ khuyếch tán clo n−ớc 1,484 x 10-9m2/s Khi đó, tác nhân cấu tạo F: D
0/D b»ng 570
- Tỉ lệ N/X = 0,2, chứa 10% muội silic, đ−ờng kính tiêu chuẩn dc = 10 nm, Dc1 = 8x10-13 m2/s , có độ thấm tính tốn 0,2x10-21 m2/s
(3)0 10 11 12
1 Loai mau thu
D o t h a m n u o c th eo , % 1-OPC 2- OPC+MS 3- OPC/GGBS 4- OPC/GGBS+MS 5- SR
H×nh 5.2 Quan hệ hệ số thấm nớc với loại phụ gia khác nhau
Độ thấm nớc bê tông phụ thuộc cấu trúc lỗ rỗng vật liệu phản ứng nớc vật rắn Nớc bê tông có nhiều dạng: tự do, hấp phụ, hỗn hợp
Sự chuyển dời nớc lỗ rỗng xét nh hình trụ đợc mô tả chế:
- S chuyn di pha mô tả qua định luật Fick qua kvv;
- Sự chuyển dời pha hấp phụ nh− màng nhớt, đặc tr−ng áp lực ngắt (disjonction) và kva (thấm bề mặt);
- Sự chuyển dời pha ng−ng tụ theo định luật Hagen – Poiseuille (không tr−ợt bề mặt) xác định Kvv (độ thấm t−ơng đ−ơng)
Ba loại dòng chảy quan sát đ−ợc độ ẩm t−ơng đối tăng Pha pha ng−ng tụ đồng thời tồn Độ thấm hàm số bán kính lỗ rỗng độ ẩm t−ơng đối có “đặc tr−ng khơng tuyến tính” (hình 2) Khi độ ẩm t−ơng đối tăng, từ 60%, độ thấm tăng tạo thành chùm rỗng ng−ng tụ mạng l−ới Các đám liên kết với ng−ỡng thấm Hai loại lỗ rỗng đ−ợc định nghĩa kích thc ca chỳng:
- Lỗ rỗng ngng tụ đợc: r < 100 nm
- Lỗ rỗng không ngng tụ đợc: r > 100 nm
Giá trị 100 nm gần đờng tự trung bình phân tử nớc Các BTCĐC chứa phần lớn lỗ rỗng bên nhỏ 100 nm
Độ thấm n−ớc khó đo đ−ợc bê tơng có tỉ lệ N/X nhỏ 0,4 Khơng có t−ợng thấm với tỉ lệ N/X 0,22 đến 0,27
2. Ph¶n øng kiỊm – cèt liƯu(Silic)
3.1 Tỉng qu¸t
(4)đ−ợc ghi nhận nhiều n−ớc Pháp gần Đó đập, cầu, đ−ờng, nhà Các h− hỏng xuất kỳ hạn khác nhau, hai đến m−ời năm (hoặc nữa) Chúng gồm:
- Các vết nứt bề mặt Các vết nứt phát triển, độ mở rộng chúng đạt đến 0.5 mm/năm chiều sâu v−ợt vài mm;
- Các biến màu màu dọc theo vết nứt chính; - Sự “đổ mồ hơi” tạo thành từ canxit gen silicát kiềm; - Các mụn hay hốc do cốt liệu phản ứng bề mặt
Môi tr−ờng ẩm −ớt, hàm l−ợng kiềm cao pha lỏng bê tơng khống hoạt tính nh− silic vơ định hình hay ẩn tinh (opan, canxêđoan, tridymit, thạch anh phong hóa mạnh) tác nhân dẫn tới phản ứng Phản ứng phức tạp khơng đồng Nó xảy chất lỏng lỗ rỗng hạt rắn phân bố không vật liệu Cơ chế đ−ợc chia thành nhiều loại: • Tấn cơng cốt liệu:
- Sù di chun cđa c¸c ion Na+, K+, OH- cđa pha lỏng bên phía hạt silic hoạt tính: trình vật lý;
- Phản ứng với cốt liệu tạo gen (chất rắn nhận đợc kết dung dịch keo) silicát kiềm: trình hóa học
ã Nở:
- Thu húa gen nở cục hấp thụ hấp phụ lý học chất lỏng gen Sự nở trực tiếp liên quan đến số l−ợng gen tạo thành Gen tạo thành tr−ờng bị nở;
- Sự biến gen phụ thuộc vào độ nhớt gen tỉ lệ kiềm – silic Gen thấm vữa xi măng lấp đầy lỗ rỗng
3.2 S¶n phÈm cđa ph¶n øng kiÒm – silic
Phản ứng kiềm – silic tạo thành gen tinh thể mà ta tìm thấy tất kết cấu bê tông xuống cấp, xung quanh cốt liệu, vết nứt lỗ rỗng vữa xi măng, mạch hay mặt nghiêng cốt liệu, bề mặt bê tông d−ới dạng đổ mồ hôi
Các gen vơ định hình khối silicát kiềm chứa khoảng:
56 - 86 % SiO2, - % K2O,0,4 - 30 % Na2O, - 28 % CaO, 10 - 30 % H2O Theo thời gian, gen phát triển thành dạng cấu trúc hạt, bọt Các tinh thể dạng hoa hồng, bản, sợi, hay hình kim Đó tinh thể dạng hoa hồng mà thành phần t−ơng đối ổn định:
56 – 63 %SiO2, 20 – 27 %Al2O3, – 11 % K2O, – % CaO
(5)Các sản phẩm thứ cấp cácbonát hyđroxycácbonát Sự xuống cấp thứ cấp bê tông liên quan tới tạo thành etringit thay gen silicát – kiềm Các etringit nằm cục lỗ rỗng vữa xi măng nơi mà khơng nở nh−ng quan sát đ−ợc nhiều lỗ hở cốt liệu, dẫn tới nở vật liệu Thaumasit đ−ợc tìm thấy
Vai trß cđa ion canxi
Canxi đ−ợc tìm thấy tất sản phẩm phản ứng, gen hay tinh thể Ngoài ra, dung dịch bên bê tông chứa dấu vết canxi Theo S Diamond, độ pH silicát kali tạo thành phản ứng kiềm – cốt liệu nằm khoảng 11,3 – 12,1 Độ pH nhỏ bê tơng, đạt tới 13,6 Độ pH thấp hồ tan Ca(OH)2 Các ion canxi khuyếch tán tới nơi có silic hoạt tính Giả thiết đ−ợc khẳng định vắng mặt tinh thể Ca(OH)2 định h−ớng hạt cát hoạt tính S Chatterji gần đe chứng tỏ có mặt Ca(OH)2:
- Là cần thiết cho phản ứng kiềm cốt liệu, tức cho khuyếch tán ion Na+ K+ cho tạo gen
- Ngăn cản khuyếch tán silic Các sản phẩm phản ứng nằm xung quanh hạt cốt liệu trơng nở
R Davies R.E Oberholster đe chứng minh gen tinh thể, ion canxi thay cho ion natri kali Do đó, kiềm bị hấp thụ hỗn hợp Sự thay Ca2+ Na+, K+ dẫn đến tạo thành kiềm hyđroxyt Trong Ca(OH)2 có mặt, NaOH KOH tái tạo phản ứng với silic
Sù ph¸t triĨn cđa pha láng bªn
Tầm quan trọng thành phần dung dịch chứa lỗ rỗng bê tông đ−ợc đ−a S Diamond Dung dịch từ xi măng, vữa bê tông đ−ợc xét nh− dung dịch natri kali hyđroxyt chứa vết tích canxi, sunphát silic Thành phần (Na, K)+, OH- không đổi theo thời gian Một xi măng pclăng chứa trung bình 70% kiềm dung dịch bên
Do cân (Na+, K+) = OH-, nồng độ OH- tiêu chuẩn định l−ợng độ hoà tan kiềm độ hoạt động dung dịch kiềm với silic nhờ q trình trung hịa nhóm axit silanon phá vỡ cầu siloxane
Khi bẫy kim loại kiềm phản ứng với Ca(OH)2, muội silic đóng vai trị nh− puzơlan hoạt tính (bảng 5.1)
(6)Bảng 5.1: Nồng độ in OH- dung dịch bên vữa xi măng với tỉ lệ
N/X = 0,5 ë 79 ngµy
% muéi silic 10 20 30
ion OH
-EQ/L 0,50 0,30 0,15 0,10 0,02
KhuyÕch t¸n ion
Sự khuyếch tán ion vữa xi măng vữa đe đ−ợc xem xét nghiên cứu ăn mòn cốt thép bê tơng cốt thép Có giá trị khuyếch tán ion Na+ K+ đ−ợc công bố Các giá trị nhận đ−ợc dùng tế bào khuyếch tán có khoang ban đầu chứa dung dịch natri clorua, đĩa vữa xi măng, vữa hay bê tông khoang sau chứa dung dịch beo hịa vơi S Goto D M Roy đe chứng tỏ DNa = 15 x 10-12 m2/s với xi măng poóc lăng có tỉ lệ N/X = 0,40 R Bakker đe dùng dung dịch NaOH KOH tế bào khuyếch tán đĩa vữa có tỉ lệ N/X = 0,50 tỉ lệ C/X = Sau ngày thủy hóa, hệ số khuếch tán với vữa xi măng poóc lăng DNa = x 10-12 m2/s DK = 11 x 10-12 m2/s Sau ngày, giá trị t−ơng ứng Các giá trị nhỏ giá trị nhận đ−ợc có mặt NaCl Nixon al [28] đe khẳng định NaCl thúc đẩy phản ứng kiềm – cốt liệu tạo thành NaOH Xu h−ớng quan sát thấy môi tr−ờng biển
H Uchikawa al xét xi măng puzôlan, khuyếch tán ion natri bị chậm lại lực ®Èy ®iƯn tõ cđa ion d−¬ng sinh bëi sù hÊp thơ kiỊm cđa C-S-H cã tØ lƯ Ca/Si nhá Trong bê tông, khuyếch tán kiềm bị giảm vùng chuyển tiếp vữa cốt liệu đợc phong phú phản ứng puzôlan nh bê tông dùng muội silic
3.3 ứng xử bê tông dùng muéi silic
Phản ứng kiềm – cốt liệu đ−ợc thúc đẩy độ thấm lớn liên quan đến mạng lỗ rỗng liên tục dung dịch bên có kiềm tính cao, tất đặc tr−ng giảm bê tông c−ờng độ cao
(7)Hàm l−ợng tối −u làm giảm triệt tiêu tr−ơng nở phản ứng kiềm – cốt liệu nằm khoảng – 25% Ví dụ cốt liệu hoạt tính xi măng có 1,1% Na2O t−ơng đ−ơng, phản ứng kiềm – cốt liệu ln nằm d−ới kiểm sốt nhờ thêm muội silic Trong tr−ờng hợp hàm l−ợng không khả quan đồng phún xuất (bronzite andésite)và dung dịch kiềm t−ơng ứng với 2% Na2Otđ, không quan sát thấy dấu hiệu xuống cấp l−ợng muội silic đạt đến 25%
3. Phản ứng cácbonát hóa
Quá trình cácbonát hóa ion CO32- không khí phản ứng hóa học ban đầu công vào Ca(OH)2 cuối thành phần canxit vữa xi măng nh C-S-H
S kt ta cỏc tinh th canxit làm giảm độ pH dung dịch bên Trên bề mặt bị cácbonát hóa, độ pH nhỏ lớn 12 vùng khuất
Trên thực tế, phản ứng cácbonát hóa phức tạp, tồn dạng cácbonát khác đe đ−ợc nghiên cứu phân chia đồng vị Oxy 18 Cácbon 13 Nó tách rời sản phẩm cácbonát hấp thụ CO2 tan ồing n−ớc cácbonát đá trầm tích chứa bụi vơi cốt liệu
Q trình cácbonát hóa phụ thuộc vào loại xi măng, tỉ lệ N/X, hàm l−ợng xi măng, thời gian bảo d−ỡng, độ ẩm Nếu ion CO32- tới đ−ợc cốt thép bê tơng, chúng ăn mịn kim loại Tỉ lệ ăn mịn cốt thép phụ thuộc điện trở bê tông
Trong loại bê tơng chất l−ợng tốt phủ ngồi cốt thép chiều dày lớn 20 mm, phản ứng cácbonát hóa xảy chậm Nếu bê tơng có vết nứt rộng 0,4 mm, trình cácbonát hóa tạo lớp bề mặt bảo vệ Sự giảm độ pH cácbonát hóa giảm l−ợng Ca(OH)2 xi măng có phụ gia làm khả chống ăn mòn cốt thép bê tông hơn, so sánh với bê tông dùng xi măng poóc lăng Trong điều kiện này, bảo d−ỡng đóng vai trị định Chiều sâu ảnh h−ởng q trình cácbonát hóa đ−ợc dự báo c−ờng độ chịu nén 28 ngày
(8)§é thÊm Clo
Mức độ thấm Clo qua vùng bê tông bảo vệ gây ăn mòn cốt thép hệ số khuyết tật Clo ký hiệu D đ−ợc tớnh theo cụng thc sau:
Với bê tông thờng: D=6,3 1012m2 /s
Với bê tông 8% SF (MS) th×: D=1,2.10−12m2 /s
Mức độ thấm Clo phụ thuộc vào thời gian, chất l−ợng bê tông chiều dày lớp bê tông nồng độ Clorit
Bê tông sử dụng tro nhẹ, muội silic kết hợp muội silic với tro bay cho khả chống thấm n−ớc, chống thấm Clo chống ăn mòn sulphat tăng lên khác Hai chế để tăng c−ờng khả chống thấm n−ớc tăng độ bền bê tơng là: Cơ chế bịt kín lỗ rỗng cấu trúc vùng đá xi măng phản ứng Pyzolan q trình chuyển hố Sơ đồ phản ứng Pyzolan hố đ−ợc trình bày hình 5.3 nh− sau:
Phản ứng thuỷ hoá xi măng
C2S, C3S + H2O C3S nH2O + Ca(OH)2 Cement + water C-S-H + CH Ph¶n øng pozzolanic
Silica fume + CH C-S-H
Hình 5.3 Quá trình thuỷ hoá pozzolanic xi măng Portland
(9)Hỡnh 5.4 Hiu MS Fly với độ chống thấm Clo
Hình 5.5 Hiệu chống ăn mòn sulphat sư dơng tro bay vµ MS
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Thời gian, ngày ðộ thấm Cuolombs, x 100
PC 8%MS 25%FA 4%SF+20%FA
Ăn mòn sulfate
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0
Thời gian, tuần
ðộ nở, %
(10)Sơ đồ thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM1202 Rapid Chloride Permeability Test Rapid Chloride Permeability Test
( ASTM C1202) ( ASTM C1202)
NaOH
solution
NaCl
solution
60V
A
Hình5 Sơ đồ thí nghiệm
H×nh 5.7 ThiÕt bÞ thÝ nghiƯm
Tuy nhiên, hỗn hợp muội silic tro nhẹ cho hiệu chống thấm cao giá thành rẻ Các thí nghiệm Na Uy cho thấy cốt thép không bị rỉ sau 50 năm lớp phòng hộ 7,5 cm, với bê tông không phụ gia chống thấm Để xác định mức thấm ion Clo qua bê tơng áp dụng thí nghiệm theo ASTM C1202
(11)10 100 1000
10 100 1000 10000
Age (days) R ap id C h lo ri d e T est (C o u lo m b s)
Hình 5.8.Độ thấm Clo bê tông khác
1. Bê tông 10% SF; 2. 25% FA ; 3. 40% FA; 4. 56% FA
Ghi chú: kết thử nghiệm GS Michael Thomas (CANADA) thÝ nghiÖm
Độ bền chống lại tác động hóa học bê tơng c−ờng độ cao bê tơng chất l−ợng cao nhìn chung lớn bê tông th−ờng Đặc biệt tr−ờng hợp phản ứng kiềm – cốt liệu Sự cải thiện liên quan tới:
- Kết cấu có độ rỗng nhở không liên tục làm giảm độ thấm, độ lọc, độ khuyếch tán ion phía vữa bề mặt va ct liu
- Sự giảm hàm lợng Ca(OH)2 hiƯu øng puz«lan cđa mi silic
- Sự giảm ion OH- dung dịch bên trong, nhờ hiệu ứng puzơlan Q trình cácbonát hóa phức tạp Chiều sâu ảnh h−ởng lớn bê tông đặc biệt thời gian bảo d−ỡng ngắn Tuy vậy, cácbonát hóa mặt tỉ lệ nghịch với c−ờng độ chịu nén, mặt khác điện trở bê tông dùng muội silic, lớn bê tông th−ờng đe ngăn cản ăn mòn cốt thép cốt thép đe bị công
6 Thử nghiệm độ thấm Clo bê tông chất l−ợng cao 60, 80MPa từ vật liệu Việt Nam (Đại học GTVT)
Các mẫu thử đ−ợc chế tạo từ xi măng PC40, cát, đá theo TCVN với hàm l−ợng nghiên cứu biến đổi từ 6-12%, tỷ lệ N/X=0,4-0,25 Thành phần bê tơng thí nghiệm: Đá=1050kg, C=700kg, X=450kg, MS=6-12%, Siêu dẻo=3.15lít
(12)C¸c thí nghiệm Bộ giao thông vận tải cho kết tơng tự
Thành phần bê tông chất lợng cao (thử nghiệm năm 2007)
Bê tơng chất l−ợng cao có thành phần nh− sau: Cốt liệu: Cát đá Đồng Nai
Nớc sạch: phù hợp với TCXDVN
Chất siêu dẻo: Sika Viscocrete 3000-10, tro nhẹ Sài Gòn Xi măng: Nghi Sơn PCB-40
Phơng pháp thí nghiệm: Sử dụng phơng pháp ASTM C1202 Thành phần tính bê tông 60 đợc ghi bảng 5.2
Bảng 5.2 Thành phần
Thành phần N/CKD X MS Tro D C N SD
60 0.30 450 24 71 1150 645 160 4.5 Kết thí nghiệm tính đợc ghi bảng 5.3
Bảng 5.3 Cơ tÝnh
C−ờng độ bê tông theo tuổi, ngày
Các tiêu học Đơn vị
3 7 28
C−ờng độ nén bê tông Mpa 42 55 68
C−ờng độ kéo uốn bê tông MPa 5.8 7.5 8.5 Mô đun đàn hồi bê tông GPa 35.5 36.5 38.5
Thành phần tính bê tông 80B đợc ghi bảng 5.4
Bảng 5.4.Thành phần
Thành phần N/CKD X MS Tro D C N SD 80C 0.26 500 35 75 1100 715 140 6.0
Bảng 5.5 Cơ tính
Cng bờ tụng theo tuổi, ngày Các tiêu học Đơn vị
3 7 28
C−ờng độ nén bê tông Mpa 55 70 88
C−ờng độ kéo uốn bê tông MPa 6.5 7.5 9.0 Mô đun đàn hồi bê tông GPa 39 40 43.7
(13)Với bê tông 60 tuổi 28 ngày thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C1202, thời gian thí nghiệm
Độ thấm Clo đo giá trị điện lợng từ 600-764 culông Độ thấm trung bình 718.3 culông nhỏ 1000 culông
Nh− độ thấm Clo mức độ thấp chúng tỏ bê tơng 60 có 7% muội silic 15% tro bay có độ bền chịu n−ớc biển cao
Với bê tông 80 tuổi 28 ngày thí nghiệm theo tiªu chn ASTM C1202, thêi gian thÝ nghiƯm
Độ thấm Clo đo giá trị điện lợng từ 181-224 culông Độ thấm trung bình 205 culông nhỏ 1000 culông
Nh vy thm Clo mức độ thấp chúng tỏ bê tông 80 có 7% muội silic 15% tro bay có độ bền chịu n−ớc biển cao
Bảng 5.6 Kết thí nghiệm độ thấm Clo điện l−ợng truyền qua
mẫu thử (Culông)
TT Tên mẫu Ký
hiệu
Từng viên Trung bình
Mc thấm Clo
MÉu 692
MÉu 600
1 Bê tông 60C
Mẫu 764
718.3 RÊt thÊp
MÉu 224
MÉu 181
2 Bê tông 80C
Mẫu 210
205 Rất thấp So sánh kết đo độ thấm Clo cho thấy độ thấm Clo thấp từ 10-15 lần so với bê tông 40 không dùng muội silic tro bay kết hợp muội silic với tro bay
Khả chống lại tác động hóa học thấm bê tơng chất l−ợng cao lớn bê tơng th−ờng Với bê tơng có c−ờng độ chịu nén tuổi 28 ngày, mẫu hình trụ, từ 60 đến 80 có phụ gia MS 7% tro bay Nam Bộ 15% theo khối l−ợng xi có độ thấm Clorit thấp Khả chống lại tác động thấm n−ớc thấm clorít cao đảm bảo độ bền n−ớc n−ớc biển cao Loại bê tơng có tỷ lệ N/X từ 0.31-0.26, l−ợng X = 471 - 490Kg
(14)Bê tông sử dụng cốt liệu Nam Bộ với phụ gia muội silic, tro bay thí nghiệm đe chứng tỏ đảm bảo độ bền d−ới tác dụng ion Clo
C©u hái:
1 Ph¶n øng kiỊm cèt liƯu? HiƯn tơng cacbon nát hóa?
3 bn sulphat v độ bền thấm Clorít?
(15)Ch−¬ng
Nghiªn cøu øng dơng
bê tơng c−ờng độ cao chất l−ợng cao
1. Một số đặc tính đ−ợc cải tiến bê tơng c−ờng độ cao chất l−ợng cao Bê tông chất l−ợng cao có c−ờng độ chịu nén nhiều tính chất khác đ−ợc cải thiện nh−: mơ đun đàn hồi cao hơn, c−ờng độ chịu kéo cao, từ biến thấp bê tông th−ờng
C−ờng độ chịu nén bê tơng tính chất quan trọng bê tông C−ờng độ chịu nén tuổi 28 ngày đ−ợc dùng tiêu để đánh giá chất l−ợng bê tông C−ờng độ chịu nén bê tông chất l−ợng cao đe sử dụng từ 42MPa (6000 psi) đến 138 MPa (20'000 psi) th−ờng dùng bê tơng có c−ờng độ khoảng 84 MPa Theo tiêu chuẩn Mỹ Anh, c−ờng độ chịu nén đ−ợc xác định mẫu tiêu chuẩn hình trụ tròn 150x300mm (6x12 inh-sơ) Theo tiêu chuẩn Việt Nam, c−ờng độ chịu nén đ−ợc xác định mẫu hình hộp lập ph−ơng 150x150x150mm
C−ờng độ chịu kéo khống chế vết nứt bê tơng, đồng thời cịn ảnh h−ởng đến số tính chất khác nh−: độ cứng, độ bền bê tơng, khả dính bám với cốt thép Bê tơng có chất l−ợng cao c−ờng độ chịu kéo cao từ 30 ữ 60% tuỳ theo thành phần bê tông c−ờng độ cao, nh−ng tốc độ tăng c−ờng độ chịu kéo chậm c−ờng độ chịu nén Thông th−ờng c−ờng độ chịu kéo bê tông chất l−ợng cao khoảng 10% C−ờng độ chịu kéo đ−ợc xác định trực tiếp gián tiếp (thông qua c−ờng độ chịu kéo bửa (ASTM C496) kéo uốn (ASTM C78)
Các nghiên cứu cho thấy c−ờng độ bê tông tăng mơ đun đàn hồi tăng đáng kể từ 20 ữ 40% tuỳ theo thành phần chất loại cốt liệu Biến dạng dài hạn cuối giảm đáng kể (εt) khoảng 0,4 - 0,5 biến dạng theo thời gian bê tông th−ờng Tuy nhiên môđun chống cắt Gc tăng không nhiều (xem hình 6.1.)
Tốc độ phát triển c−ờng độ bê tông chất l−ợng cao nhanh bê tông th−ờng Các loại bê tông truyền thống th−ờng ngày đạt 50% c−ờng độ (tuổi 28 ngày), 14 ngày đạt 70-80% c−ờng độ Nh−ng bê tông chất l−ợng cao ngày đe đạt 70-80% c−ờng độ, 14 ngày đạt > 90% c−ờng độ tuổi 28 ngày
(16)Tû lÖ
E Gc Rn εt Rk (ChØ tiªu)
Bê tông thờng
Bê tơng c−ờng độ cao
Hình 6.1- Các đặc tính học bê tơng chất l−ợng cao so với bê tông th−ờng Bảng 6.1 Các đặc tính học bê tơng quy định tiờu chun
Loại bê tông
CEB C30 C40 C50 C60 C80
EC2 C30/37 C40/55 C50/60 C60/70 C80/90
TCVN M30 M40 M50 M60 M80
Rb, MPa 30 40 50 60 80
Rk, MPa 2,8 3,2 3,6 4,0 4,7
Eb, KN/mm2 33 35 37 39 42
2. Tông quát ứng dụng bê tông c−ờng độ cao chất l−ợng cao Hiện bê tông chất l−ợng cao đ−ợc ứng dụng lnh vc sau:
- Cột nhà cao tầng: việc sử dụng cột bê tông chất lợng cao chịu đợc tải trọng lớn hơn, cho phép giảm kích thớc mặt cắt cột, yêu cầu lợng cốt thép ván khuôn sử dụng (Mỹ §øc)
(17)Trong cơng trình ngồi khơi: dùng bê tông chất l−ợng cao giảm đ−ợc trọng l−ợng thân, tăng độ bền cho kết cấu (Na Uy, Thụy Điển, Anh, úc
Bê tông c−ờng độ cao đựơc dùng chủ yếu Mỹ cho nhà cao tầng năm 1975 đến Các nhà từ 43- 76 tầng vào năm 1975- 1976 dùng bê tông 62MPa Các nhà Chicago 1976 - 1990, số tầng 50 - 70 c−ờng độ bê tông đến 80 MPa Các nhà Tôkiô, Cleveland vào năm 88 - 90 - 95 c−ờng độ bê tông đến 97 MPa Sự phân phối c−ờng độ bê tông theo tầng nh− sau: Tầng đến tầng 25 bê tơng 75 - 90 MPa, kích th−ớc cột 48 x 48 in, 18 x 54 in Tầng 25 - 40 bê tông 60MPa Tầng 60 - 75 bê tơng 40, kích th−ớc cột 18 x 24in Các ngơi nhà Pháp, Đức khoảng 40 tầng dùng bê tông M70 - M90 tầng từ đến 20 Cơng trình hầm Metro th−ờng sử dụng bê tông chất l−ợng cao bê tông c−ờng độ cao cốt sợi để tăng độ bền muôi tr−ờng làm việc phức tạp tăng tuổi thọ công trình Tiêu biểu cơng trình hầm qua eo biểm Măng-sơ hầm qua đèo Hải Vân
Các cơng trình nhà Trung Đơng, Các cơng trình cầu đ−ợc xây dựng năm 2001-2008 sử dụng bê tông chất l−ợng cao với tuổi thọ khai thác 100 năm
(18)(19)Hình 6.3 NovaScotia, Toronto (Canada)
Hình 6.6 Hầm qua eo biển Măng-sơ
Hình 6.4 Đờng hầm qua eo biểm Manche
3 Lợi ích bê tông HPC-Tăng khả chịu lực tuổi thọ khai thác kết cấu xây dựng
Lợi ích mặt tính lâu dài tăng c−ờng độ đạt đ−ợc kết cấu cầu sử dụng bê tơng tính cao (HPC) Những giải pháp để sử dụng HPC kết cấu cầu kéo dài chiều dài độ cầu với kiểu dầm đ−ợc chế tạo thông th−ờng, giảm chiều cao kết cấu loại bỏ tuyến dầm không cần thiết để mang lại hiệu kinh tế cao (bớt hai tuyến dầm) Trong tr−ờng hợp đặc biệt (cầu lớn, cầu biển) độ bền cao lợi ích bê tông c−ờng độ cao
Hiện nghiên cứu tiến hành nhằm giải vấn đền liên quan đến thiết kế chống cắt, yếu tố chịu uốn nén; nghiên cứu, phát triển lắp ghép theo chiều dài cho kết cấu dự ứng lực khơng dự ứng lực có c−ờng độ khác
4 Các thiết kế hiệu mỈt chi phÝ
(20)linh hoạt việc lựa chọn kiểu kích th−ớc cầu phận cầu Ng−ời thiết kế sử dụng vật liệu hơn, dầm độ dài cho dự án HPC họ Độ bền lâu HPC dẫn đến chi phí bảo d−ỡng sửa chữa thấp Tất yếu tố làm cho chi phí xây dựng chi phí tuổi thọ thấp yếu tố chi phí kết cấu bê tông vật liệu, nhân công, giá thành Từng yếu tố chi phí bị ảnh h−ởng sử dụng HPC
Các loại vật liệu ban đầu kết cấu bê tông bê tông, thép tăng cứng dự ứng lực không dự ứng lực Để có tính cao tất yếu địi hỏi chi phí vật liệu phải cao hơn:
a) VËt liƯu
(1) Bê tơng: Một hỗn hợp bê tơng tính cao (HPC) cần chi phí cao từ 30 - 40% so với hỗn hợp bê tông thơng th−ờng Đó hàm l−ợng phụ gia vật liệu kết dính cao Điều quan trọng với ng−ời thiết kế phải xác định đ−ợc c−ờng độ bê tông cần thiết tối thiểu giai đoạn thi cơng nh− giai đoạn giải phóng ứng suất d−, gia đoạn vận chuyển, tháo bỏ ván khuôn, đ−a vào sử dụng Điều cho phép nhà thầu nhà sản xuất lựa chọn đ−ợc hỗn hợp với chi phí thấp nh−ng đạt mục tiêu thiết kế giảm rủi ro liên quan đến c−ờng độ bê tông cao
(2) Thép dự ứng lực: Cần nhiều thép dự ứng lực để phát triền mức ứng suất d− cao Th−ờng cần phải sử dụng bó dây thép có đ−ờng kính 0,6 "(15 mm) để có đ−ợc mức ứng suất cao Hiện nay, bó dây với đ−ờng kính 0,6' có chi phí cao chút so với bó dây với đ−ờng kính 0,5" (12,7 mm) tính sở đơn vị trọng l−ợng Tuy nhiên, cần bó dây sử dụng bó dây có đ−ờng kính 15 mm, phí tổng thể khơng khác biệt nhiều Ng−ời thiết kế cân nhắc đến tiết diện dầm tối −u để có hiệu kinh tế
(3) Cốt thép khơng có dự ứng lực: Việc sử dụng thép th−ờng dầm dự ứng lực khơng đáng kể Do khơng có tăng lên đáng kể chi phí Thiết bị chế tạo nhà máy việc sử dụng đ−ợc thiết bị truyền thống phí tăng khơng đáng kể
b) Nhân công