6. Co ngót của bêtơng xi măng:
6.3. Co ngót của mẫu thử vữa rắn chắc vừa mất nước do bay hơị
Chúng ta vừa nghiên cứu ảnh hưởng riêng rẽ của các mất nước do bay hơi và mất nước do phản ứng thuỷ hố (trước giai đoạn rắn kết và trong giai ựoạn rắn kết). Bây giờ ta nghiên cứu biến dạng gây ra bởi sự tổng hợp hai nhân tố nàỵ Sự thuỷ hoá tạo ra cường ựộ, có nghĩa là liên tục thay ựổi cấu trúc của hồ xi măng theo thời gian; một nguyên nhân khác tạo ra cường ựộ là sự cácbonat hoá.
Chắc chắn là sai lầm nếu coi biến dạng tổng cộng của mẫu thử bị mất nước do phản ứng hydrat và do bay hơi là tổng cộng của các biến dạng bên trong. Tuy nhiên, sự sấy khô làm thay đổi biến dạng bên trong vì ắt nhất là 2 nguyên nhân:
Nó làm thay đổi tốc độ và mức độ của các phản ứng thuỷ hoá; người ta biết qua thực tế phản ứng thuỷ hóa dừng lại khi gần với một giá trị nào đó của ựộ ẩm cân bằng (khoảng 80%);
Nó làm giảm sự nở của các hố chất ban đầu; do đó sẽ gặp một sự khó khăn khi sử dụng xi măng nở hay Ộkhơng co ngótỢ.
Mối liên hệ giữa thuỷ hố và bay hơi có thể có ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng ngay sau khi rắn kết; ngược lại ảnh hưởng của nó có thể bỏ qua trong hai trường hợp sau:
Trước khi rắn kết và trong khi rắn kết khi mà co ngót do bay hơi (cịn gọi là co ngót dẻo Ộretrait plastiqueỢ) lớn hơn rất nhiều so với co ngót sau khi q trình rắn kết.
Các mẫu thử ở tuổi lớn (lớn hơn 7 ngày) bởi vì biến dạng sau khi qúa trình rắn kết có thể bỏ quạ
Co ngót của mẫu hồ ở tuổi lớn xấp xỉ với co ngót ở tuổi cố định; chúng ta sẽ khơng bàn luận thêm ở ựâỵ Co ngót ban đầu (trước khi quá trình rắn kết) cần nghiên cứu thêm, ứng với giai ựoan này hồ rất dễ biến dạng. Cuối cùng giai ựoạn trung gian ựược nghiên cứu qúa ắt để bàn luận thêm ở đây ; chúng tơi sẽ đưa ra một vắ dụ đơn giản về một ngun nhân khác gây ra Ộcường độỢ: đó là co ngót do cacbonat hóạ
6.3.1. Co ngót giai đoạn đầu (sớm) do bay hơi (hay co ngót dẻo)
Co ngót giai đoạn đầu do bay hơi xảy ra trong vài giờ, rồi sau đó hồ sẽ trở nên khó biến dạng hơn. đó là một hiện tượng động lực hoạ (cân bằng với bên ngoài). Giá trị cuối cùng của co ngót tăng do các nhân tố:
- Tốc ựộ của co ngót
- Khoảng thời gian trước khi rắn kết hay khi rắn kết
Thời gian: Trong thực tế co ngót dẻo bắt đầu xảy ra ngay sau khi bề mặt bên
ngồi mất nước. Co ngót này tiến dần đến một giá trị ổn ựịnh trong giai ựoạn trước rắn kết và giảm ựột ngột khi bắt đầu rắn kết. Nếu sử dụng luồng hơi nóng và khơ thì lượng nước bay hơi có thể lớn hơn và co ngót dẻo sẽ xảy ra rất nhanh, vài chục phút ngay sau khi thi công. [RAVINA, 1968]
Nhiệt ựộ thấp hay phụ gia làm giảm tốc độ rắn kết có thể làm tăng thời gian xảy ra co ngót dẻo, do đó làm thay đổi giá trị co ngót cuối cùng.
Hình 7.15. Co ngót ban đầu do khơ. Co ngót của mẫu vữa ( N/X=0.5) ở 200C, ựộ ẩm tương đối 45%, tốc độ gió 8m/giây (30km/h)
Tốc ựộ: tốc độ của co ngót dẻo phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ thành phần và tốc ựộ
bay hơi nước [JAEGERMANN, 1969]; nó phụ thuộc vào áp suất hơi (có thể do nhiệt độ mơi trường) và tốc ựộ gió. Ảnh hưởng của tốc ựộ gió thường rất lớn ; khi lặng gió và độ ẩm tương đối là 45% thì giá trị co ngót cuối cùng là 10-3; nó lớn gấp 10 lần nếu tốc độ gió là 8m/giây (hình7.15). Ảnh hưởng của kắch thước mẫu cũng rất quan trọng,
với cùng một loại vật liệu; tại chiều sâu 10cm tắnh từ bề mặt co ngót bằng 60% so với co ngót tại chiều sâu 3.5cm [BARON, 1971].
6.3.2. Về mối liên hệ giữa bay hơi và rắn kết: co ngót do cacbonat hố.
Như đã nói, chúng ta thiếu một số yếu tố nào đó để xử lý co ngót tổng cộng của hồ vừa mất nước do bay hơi vừa rắn chắc; người ta có thể giả thiết rằng, có tồn tại một mối liên hệ nào, có nghĩa là co ngót tổng cộng tại thời điểm nào đó khơng phải là tổng của co ngót trước khi kết thúc rắn kết và co ngót sau khi kết thúc rắn kết. Một vắ dụ về mối liên hệ giữa mất nước và rắn kết là co ngót do cácbonat hố; rất dễ nghiên cứu trong trường hợp này vì tốc độ cácbonat hố chậm hơn rất nhiều so với tốc độ thuỷ hố ngay khi kết thúc rắn kết.
Ngun nhân gì gây ra cacbonat hố; khắ cacbonic trong khơng khắ phản ứng với vơi tơi do thuỷ hố xi măng để hình thành cacbonat canxi; vơi bị tan ra và hình thành cacbonat kết tủa ; phương trình phản ứng như sau:
CăOH)2 + CO2 => CaCO3 + H2O
Khắ cacbonic không chỉ phản ứng với tinh thể vơi mà cịn với các thành phần hydrat khác (trừ canxi sunfat).
Kinh nghiệm thu được về co ngót do cacbonat hoá như sau:
- Cho mẫu thử rắn chắc trong nước khơng có CO2 sau đó để mẫu trong khơng khắ không chứa CO2 ; người ta chắc chờ cho co ngót sẽ ổn định và đo giá trị co ngót là R(h)
- đặt mẫu thử tương tự vào mơi trường khơng khắ có cùng độ ẩm nhưng có chứa CO2 ; người ra đo được giá trị co ngót khác và cho rằng co ngót do cacbonat hố cộng thêm vào co ngót trước đó, giá trị đó khoảng 1.2R(h) Co ngót tổng cộng của mẫu thử khoảng 2.2 R(h).
Do đó co ngót do cacbonat hố :
- Xảy ra khi khơng mất nước (bởi vì độ ẩm cân bằng giống nhau) - Tỷ lệ với co ngót do mất nước ra mơi trường bên ngồi
Co ngót do cacbonat hố xảy ra trước khi mất nước thì khơng có thêm co ngót bổ xung nào nữạ
Cơ chế của co ngót do cacbonat hố như sau: [POWER, 1962]
Co ngót do cacbonat hố là do sự hồ tan của tinh thể vơi bị nén (cácbonat hố khơng có sự hồ tan thì khơng gây ra co ngót)
Giá trị của co ngót do cacbonat hố tỷ lệ với sự tăng tức thời khả năng chịu nén do sự dịch chuyển của vôi trong những vùng chịu nén sang vùng không chịu nén.
Cơ chế này chỉ được kiểm chứng trong một khn phạm vi nào đó; điều này có thể chấp nhận nhưng chưa ựược chứng minh. Lợi thế của nó là có thể đưa ra khả năng co ngót khi bị mất nước do bay hơi hay mất nước do nguyên nhân bên trong.
Thay ựổi thể tắch ở giai đoạn đầu
Khi nước di chuyển ra khỏi lỗ rỗng, thì sự co ngót sẽ xảy rạ Trong bê tơng, khi chuyển từ trạng thái dẻo (tươi) sang trạng thái rắn chắc thì chắc chắn sẽ có sự mất nước xảy rạ Các q trình và giai đoạn mất nước sẽ ựược xem xét tại ựâỵ
Sự thay ựổi thể tắch đã được đề cập ựến khi bàn luận về q trình thuỷ hố xi măng. Nguyên nhân chủ yếu là do sự giảm thể tắch của hệ xi măng+nước: khi hồ xi măng cịn dẻo, nó bị co thể tắch và mức độ co phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm của thể tắch tuyệt đối của xi măng khơ. Tuy nhiên, mức độ thuỷ hố trước giai ựoạn ninh kết thì nhỏ và khi vữa xi măng ựã rắn chắc và phát triển cường độ một cách tương đối thì sự co ngót do mất nước bởi các phản ứng thuỷ hố bị giảm rất nhiềụ
Nước có thể mất do bay hơi trên bề mặt của bê tông khi bê tông ở trạng thái dẻọ Sự mất nước tương tự có thể xảy ra bởi sự hút nước khi đặt mẫu trên trên bê tơng khơ hoặt đất khơ. Co ngót này được gọi là Ộco ngót dẻoỢ bởi vì bê tông vẫn ở trạng thái dẻọ Mức độ co ngót dẻo bị ảnh hưởng bởi lượng nước mất đi trên bề mặt của bê tơng, lượng nước mất ựi này lại phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm mơi trường và tốc độ gió. Tuy nhiên, tốc độ mất nước khơng dự đốn được mức độ co ngót và tốc độ mất nước lại phụ thuộc vào ựộ cứng của hỗn hợp. Nếu lượng nước mất ựi trên một ựơn vị diện tắch vượt quá lượng nước dịch chuyển ra bề mặt do sự thấm hút và lượng nước này lớn thì có thể gây ra nứt bề mặt. Nó được gọi là nứt do co ngót dẻo (plastic shrinkage cracking). Không cho nước bay hơi và thốt ra ngay sau khi đổ bê tơng thì có thể ngăn ngừa ựược những vết nứt nàỵ
Phương pháp có hiệu quả ựể ngăn ngừa những vết nứt do co ngót dẻo là làm giảm tốc ựộ bay hơi nước từ bề mặt của bê tông: người ta gợi ý rằng không nên vượt quá giá trị 1 kg/m2 trên giờ (0.2 lb/ft2 trên giờ). Nên nhớ rằng sự bay hơi tăng khi nhiệt độ của bê tơng cao hơn nhiều so với nhiệt độ mơi trường; trong điều kiện như vậy, co ngót dẻo có thể xảy ra thậm chắ nếu độ ẩm tương đối của khơng khắ caọ Do đó điều tốt nhất là ngăn cản bê tơng tránh tác động của mặt trời và gió, thi cơng, hồn thiện nhanh và bảo dưỡng rất sớm ngay sau khi thi công. Nên tránh thi công bê tông trực tiếp trên nền đất khơ.
Các vết nứt có thể phát triển và vượt qua các vật cản, chẳng hạn như cốt thép hoặc cốt liệu lớn; các vết nứt này ựược gọi là nứt khi ninh kết dẻo (plastic settlement cracking), vết nứt này ựược ựề cập ựến trong phần Bê tơng trong điều kiện nhiệt ựộ cao (Concrete in Hot Weather). Vết nứt dẻo cũng có thể phát triển trong tấm bê tơng có kắch thước ngang lớn và co ngót theo phương ngang khó khăn hơn nhiều so với co ngót theo phương dọc: các vết nứt sâu được hình thành. Những vết nứt như vậy ựược gọi là nứt trước ninh kết (pre-setting cracks). Các vết nứt do co ngót dẻo thường song song với nhau, cách nhau 0.3 ựến 1m (1 ựến 3 ft) và chúng có chiều sâu ựáng kể. Chúng thường khơng phát triển ra phắa cạnh tự do của bê tơng bởi vì khơng có sự cản trở co ngót.
Co ngót dẻo tăng nếu tăng hàm lượng xi măng trong hỗn hợp hoặc giảm tỷ số N/X. Mối quan hệ giữa mất nước do bay hơi và co ngót dẻo khơng phải là đường thẳng; vắ dụ, kéo dài giai ựoạn ninh kết làm cho nước mất do bay hơi tăng và dẫn ựến làm tăng co ngót dẻọ Mặt khác khả năng dịch chuyển nước ra ngồi chậm thì làm giảm tốc ựộ mất nước do bay hơi trên bề mặt do đó làm giảm nứt do co ngót dẻọ Trong thực tế, vết nứt là vấn ựề cần lưu ý.
Bảng 7.3. Co ngót dẻo của hồ xi măng để trong khơng khắ có độ ẩm tương đối là 50% và nhiệt ựộ là 200C (680F) Bảng 7.3. Tốc ựộ gió m/s m/phút Co ngót sau 8 giờ kể từ khi đổ khn 10-6 0 0.6 1.0 7 Ờ 8 0 1.35 2.25 16 - 18 1700 6000 7300 14000
C7.1.Quan hệ ứng suất Ờ biến dạng
đường cong quan hệ ứng suất Ờ biến dạng của PIC dùng monome MMA được thắ nghiệm xác ựịnh ựến khi phá huỷ và biểu diễn . PIC có mối liên hệ ứng suất biến dạng gần như ựường thẳng cho tận ựến khi phá huỷ. Cho ựến 90% cường ựộ giới hạn đường cong khơng có sự thay ựổi ựáng kể. đường cong ứng suất biến dạng của bê tông thấm polyme Styren TMPTMA cũng có đặc tắnh như vậỵ Mơđun đàn hồi tăng từ 27 Gpa ( bê tơng thường) đến 49 Gpa với mẫu thử dùng dùng MMẠ
4.7.2. Cường ựộ chịu nén
Ảnh hưởng của polyme ựến cường ựộ chịu nén của PIC sẽ tăng mạnh khi hàm lượng polyme tăng từ 2-4% theo thể tắch. Với monome là metyl metacrylat, hàm lượng
6.4%, sử dụng bức xạ để polyme hố tạo ra cường độ chịu nén 144 MPạ (Mẫu khơng (đối chứng) có cường độ chịu nén là 38 MPa). Cường ựộ chịu nén khi dùng xúc tác nóng (nhiệt ựơn thuần) là 130 MPạ Hàm lượng polyme thường trong phạm vi từ 2 - 6%. Cường ựộ chịu nén biến ựổi từ 35 -170 Mpạ
Mẫu thử thấm Styren cũng ựạt ựược các tắnh chất tương tự, mặc dù giá trị cường độ nhỏ hơn. Polyme hố bằng bức xạ tạo ra bê tơng có cường độ chịu nén cao hơn so với polyme hố bằng xúc tác nóng.
4.7.3. Cường ựộ chịu kéo
Cường ựộ chịu kéo của PIC khi dùng MMA 6.4% cao hơn khoảng 3.9 lần so với mẫu thường. PIC polyme hoá bằng bức xạ có cường độ chịu kéo khoảng 11.6 MPa trong khi mẫu không là 3 MPạ Polyme hố bằng xúc tác nhiệt tạo ra bê tơng có cường ựộ chịu kéo lớn hơn 3.6 lần so với mẫu thường và nhỏ hơn 7.3% so với phương pháp polyme hoá bằng bức xạ.
Bê tơng xi măng polyme sử dụng nhựa polyme đạt ựược cường ựộ chịu kéo 5.8MPa với tỷ lệ nhựa Polyme/ xi măng là 0.25; mẫu khơng có cường độ chịu kéo là 4.4 MPạ Vậy cường ựộ chịu kéo tăng lên rất ắt.
Bê tông nhựa polyeste với hàm lượng nhựa từ 20 Ờ 25% ựạt ựược cường ựộ chịu kéo từ 9 Ờ 10 MPa ở 7 ngàỵ
4.7.4. Cường ựộ chịu uốn
PIC cú hàm lượng polyme MMA 5.6% và polyme hoá bằng bức xạ có cường ựộ chịu uốn gấp 3.6 lần mẫu khơng cụ thể là cường độ chịu uốn tăng từ 5.2 MPa ựến 18.8 MPạ
Bê tơng nhựa polyeste có cường ựộ chịu uốn 15 MPa tại 7 ngàỵ
4.7.5. Từ biến
Biến dạng từ biến khi nộn của bê tông thấm polyme MMA và bê tơng thấm polyme styren đó được nghiên cứu khi đặt tải trọng và theo chiều ngược chiều với tải trọng. đó là từ biến âm. Khi vừa mới đặt tải bê tơng bị có biến dạng ban đầu, sau đó bê tơng nở ra trong khi chịu tải trọng nộn.
Lý do để có từ biến âm trong PIC không rừ ràng mặc dự cú thể nú sinh ra do ứng suất dư tự phát sinh trong bê tông sau khi polyme hố các monomẹ Thể tắch tăng lên có thể là do áp lực làm thay đổi các phạ ứng xử này đó được nghiên cứu và phát hiện khi tải trọng tương ựối thấp, 5.7 MPạ Mặc khác, biến dạng từ biến của bê tơng PIC có giá trị 1-10 so với bê tông thường, khi so sánh biến dạng trên một ựơn vị tải trọng. Biến dạng từ biến thường kết thúc sau khoảng từ 2 Ờ 3 tháng.
4.7.6. Co ngút do Polyme hoỏ
Co ngót xảy ra theo hai giai ựoạn khi xử lý thấm, khi khơ ban đầu và khi khi polyme hố. Co ngót khi polyme hố của bê tơng PIC rất khác thường và có thể lớn hơn vài lần so với co ngót khơ của bê tơng thường.
Người ta thấy rằng cũng sử dụng vật liệu cơ bản, chỉ khỏc monome thỡ mức ựộ co ngót khác nhaụ Do vậy có thể hy vọng rằng co ngót do polyme hố của bê tơng có mơđun ựàn hồi lớn sẽ nhỏ.
4.7.7. độ bền
độ hút nước bóo hồ của xi măng với khả năng chống ăn mũn của polyme đóng vai trũ là lớp phủ bảo vệ làm tăng rất lớn độ bền của bê tơng. độ bền bao gồm:
Khả năng chống băng giá: Bê tơng MMA 8110 chu kỳ đóng băng so với bê tơng thường là 740 chu kỳ. Bê tông thấm polyme bỡnh thường cũng ựạt ựược 2310 chu kỳ.
Khả năng chống ăn mũn sunfat: Giữ nguyờn chỉ tiờu phá hoại là nở ra 0.5%. Bê tơng thấm polyme cải thiện được 200%, bê tơng thấm polyme bề mặt cải thiện được 89% so với bê tông thường.
Khả năng chống axit: Khả năng chống axit của bê tông PIC tăng 1200% khi cho vào HCl 15% trong 1395 ngàỵ
độ hút nước giảm tối ựa là 95% trong bê tơng có chứa 5.9% hàm lượng polymẹ Bờ tụng PIC cú hệ số dón nở nhiệt lớn hơn so với bê tơng thường. Bê tơng khơng thấm polyme có hệ số nở nhiệt là 4.02x10 Ờ 6, bờ tụng MMa 5.5%: 5.63x10 Ờ 6, Bờ tụng styren: 5x10 - 6
Bờ tụng PIC có khả năng chống mài mũn rất tốt. Bờ tụng MMA 5.5% cú cường ựộ chống mài mũn tăng 50 Ờ80%. Bê tông thấm bề mặt tăng từ 20 Ờ 50%.
Vết nứt : Bê tơng PIC thay đổi cấu trúc vi mơt một cách triệt để làm thay đổi các
ứng xử của các vết nứt khi chịu tải trọng tác dụng. Bê tông PIC cải thiện ựược cường ựộ của phần vữa do vậy tăng cường ựộ mối liên kết vữa Ờ cốt liệu và loại bỏ các vết