Nhiệt độ nung T (P o P C) Ứng suất tương đối (USTĐ) σ/σRmax Độ thấm danh định KRaR (mP 2 P
) tương ứng với mỗi cấp áp lực khí vào (Mpa) 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 25P o P C
0,00 4,50E-17 4,51E-17 4,98E-17 5,53E-17 6,27E-17 0,35 4,00E-17 4,33E-17 4,76E-17 5,33E-17 6,09E-17 0,50 3,61E-17 3,96E-17 4,30E-17 4,84E-17 5,52E-17 0,70 5,81E-17 6,23E-17 6,77E-17 7,45E-17 8,54E-17 0,85 2,99E-16 3,20E-16 3,51E-16 3,87E-16 4,39E-16 0,95 6,54E-16 6,85E-16 7,32E-16 7,84E-16 8,73E-16
60P
o
P
C
0,00 5,36E-17 5,72E-17 6,19E-17 6,69E-17 7,55E+02 0,35 4,85E-17 5,14E-17 5,58E-17 6,15E-17 7,03E-17 0,50 4,95E-17 5,32E-17 5,71E-17 6,31E-17 7,17E-17 0,70 1,03E-17 1,06E-17 1,11E-17 1,18E-17 1,26E-17 0,85 4,70E-16 4,92E-16 5,16E-16 5,53E-16 5,96E-16 0,95 7,07E-16 7,24E-16 7,52E-16 7,84E-16 8,29E-16 105P
o
P
46
0,35 5,55E-17 5,95E-17 6,38E-17 7,14E-17 8,12E-17 0,50 4,96E-17 5,26E-17 5,56E-17 6,14E-17 6,86E-17 0,70 9,00E-17 9,45E-17 9,93E-17 1,06E-17 1,16E-17 0,85 7,18E-16 7,55E-16 7,99E-16 8,50E-16 9,31E-16 0,95 1,10E-15 1,13E-15 1,18E-15 1,24E-15 1,31E-15
150P
o
P
C
0,00 6,84E-17 7,26E-17 7,65E-17 8,21E-17 8,95E-17 0,35 6,06E-17 6,38E+02 6,86E-17 7,35E-17 8,23E-17 0,50 5,43E-17 5,84E-17 6,26E-17 6,85E-17 7,63E-17 0,70 7,18E-17 7,58E-17 8,05E-17 8,64E-17 9,60E-17 0,85 5,30E-16 5,60E-16 5,98E-16 6,32E-16 6,87E-16 0,95 1,26E-15 1,29E-15 1,32E-15 1,36E-15 1,42E-15
Các giá trị độ thấm thực của bê tông KRv R(hay đơn giản là K) của bê tông M30 được suy ra từ các giá trị độ thấm danh định KRaRtheo nguyên lý Klinkenberg như sau:
(3.2)
Với β (PRaR) là hệ số Klinkenberg, PRmR = (PR1R+PR2R)/2 là giá trị ứng suất trung bình của áp suất khí vào (PR1R = Pi) và khí ra (PR2 R= PRatmR). Theo (3.2), độ thấm thực K của bê tông dần tới giá trị độ thấm danh định KRaR khi áp lực khí trung bình PRmR dần tới vô cùng hay 1/PRmR dần tới 0 tương ứng là khi khí đơng đặc lại thành chất lỏng. Để có thể ngoại suy các giá trị độ thấm thực của bê tông theo nguyên lý Klinkenberg, quan hệ (3.2) được biễu diễn trong hệ toạ độ "1/PRm R– KRaR" tương ứng ở các giá trị ứng suất khác nhau (Hình vẽ từ 3.6 đến 3.9).
47
Hình 3.6 – Biến đổi của độ thấm danh định KRaR theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/PRmRở các cấpứng suất khác nhau (T= 25P
o
P
C)
Hình 3.7 – Biến đổi của độ thấm danh định KRa Rtheo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/PRm Rở các cấp ứng suất khác nhau (T= 60P
o
P
48
Hình 3.8 – Biến đổi của độ thấm danh định KRaR theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/PRmRở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105P
o
P
C)
Hình 3.9 – Biến đổi của độ thấm danh định KRaR theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/PRmRở các cấp ứng suất khác nhau (T= 150P
o
P
C)
Từ các biểu đồ biễu diễn quan hệ giữa độ thấm danh định KRaR và nghịch đảo của ứng suất trung bình 1/PRmR theo nguyên lý Klinkenberg trên đây, dễ dàng tìm được các giá trị độ thấm thực của bê tơng K. Thật vậy, độ thấm khí
49
thực K là giao của trục tung KRa Rvới đường ngoại suy tuyến tính các giá trị của của KRa Rtheo 1/PRmR.
Các giá trị độ thấm khí thực K thu được ở các nhiệt độ khác nhau và ở các cấp ứng suất trong bê tông khác nhau được thống kê như trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3 – Các giá trị độ thấm khí thực K thu được theo nguyên lý Klinkenberg
Ứng suất tương đối (USTĐ)
σ/σRmax
Độ thấm danh định K (mP
2
P
) ở các nhiệt độ xem xét khác nhau 25P o P C 60P o P C 105P o P C 150P o P C
0,00 1,5E-17 2,1E-17 3,4E-17 4,9E-17
0,35 1,4E-17 2,3E-17 2,6E-17 3,9E-17
0,50 1,4E-17 2,2E-17 2,5E-17 3,6E-17
0,70 2,8E-17 7,3E-17 5,9E-17 4,9E-17
0,85 1,4E-16 3,4E-16 4,6E-16 3,3E-16
0,95 4,0E-16 5,7E-16 8,3E-16 1,1E-15
Gia tăng độ thấm khí của bê tơng K theo ứng suất trong bê tơng σ/σRmaxR
được biễu diễn trên các Hình 3.10 và Hình 3.11 tương ứng ở các nhiệt độ khác nhau (25P o P C, 60P o P C, 105P o P C et 150P o P C).
Hình 3.10 – Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở các nhiệt độ khác nhau
50
Trên hình 3.10 ta thấy, độ thấm của bê tông K giảm nhẹ so với độ thấm ban đầu KRoR khi ứng suất tương đối σ/σRmaxR còn nhỏ hơn một giá trị ngưỡng nằm trong khoảng 0,6 đến 0,75. Nhiệt độ có ảnh hưởng nhẹ đến đến độ thấm khí của bê tơng trong giai đoạn này.
Khi ứng suất trong bê tông vượt quá giá trị giới hạn nói trên, độ thấm khí của bê tơng bắt đầu tăng nhanh, ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự gia tăng này trở nên rõ ràng hơn, tuy nhiên ảnh hưởng của nhiệt độ là không lớn so với ảnh hưởng cơ học, đặc biệt là với các nhiệt độ lớn hơn 60P
o P C. Khi nhiệt độ còn nhỏ hơn 105P o P
C, sự gia tăng của nhiệt độ kéo theo sự gia tăng nhanh dần của độ thấm khí dưới tác động của tải trọng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt đến 150P
o
P
C, chúng ta thấy sự một sự dị thường trong tốc độ gia tăng thấm khí. Thật vậy, khi so sánh gia tăng độ thấm khí ở 105P
o P C và 150P o P C, có thể thấy tồn tại một khoảng dao động của ứng suất tương đối trong bê tơng từ 0,75 đến 0,9 mà ở đó, gia tăng độ thấm khí ở 105P
o
P
C nhanh hơn so với độ thấm khí ở nhiệt độ 150P
o
P
C. Hiện tượng dị thường này được một số tác giả như Choinska (2006) giải thích là do sự phân bố lại của ma trận các lỗ rỗng trong bê tông dưới tác dụng đồng thời của phá hủy bê tông do nhiệt độ và do tác động cơ học của tải trọng khi nhiệt độ bắt đầu lớn hơn 105P
o
P
C, là ngưỡng đánh dấu sự xuất hiện hiện tượng phá hủy nhiệt trong bê tơng. Chính sự phân bố lại của ma trận các lỗ rỗng làm gia tăng hệ số Klinkenberg β (có thể lên đến 30%) trong biểu thức (3.2), hậu quả là làm cho gia tăng độ thấm khí của bê tơng theo tải trọng bị giảm. Ngược lại, với các nhiệt độ nhỏ hơn 105P
o
P
C, khi bê tơng cịn chưa được xem là khơ, thì sự phá hủy nhiệt chưa xảy ra, nên gia tăng thấm của bê tơng hồn tồn bị tải trọng tác dụng khống chế, do vậy hệ số Klinkenberg giảm đều (khoảng 10 %) và tốc độ gia tăng thấm khí tăng theo nhiệt độ.
51
Khi không xét ảnh hưởng của nhiệt độ cao (T = 25P
o
P
C), có thể lấy mốc σ/σRmaxR = 0,7 như là ngưỡng đánh dấu sự gia tăng thấm của bê tông dưới tác động của tải trọng. Cần lưu ý, đây cũng chính là ngưỡng đánh dấu sự chuyển tiếp từ ứng xử đàn hồi sang ứng xử phi tuyến trước phá hoại của bê tông. Do hiệu ứng của ứng suất nén trong bê tông mà khi σ/σRmaxR < 0,7 thì độ thấm khí của bê tơng bị giảm nhẹ, tuy vậy trong tính tốn gần đúng, có thể coi độ thấm của bê tông là không đổi trong giai đoạn này.
Gia tăng độ thấm của bê tông K so với độ thấm ban đầu KRoR được mơ tả như trên hình 3.11.
Hình 3.11 – Gia tăng độ thấm tương đối K/Ko theo ứng suất trong bê tơng
Hình 3.11 cũng cho thấy sự ảnh hưởng nhẹ của nhiệt độ đến gia tăng thấm của bê tông theo tải trọng. Độ thấm của bê tơng có thể coi gần bằng KRoR
và khơng phục thuộc vào nhiệt độ nung mẫu thí nghiệm khi σ/σRmaxR < 0,6. Sau ngưỡng này, độ thấm tương đối K/KRo Rtăng nhanh nhất khi T = 60P
o P C, và chậm nhất khi T = 105P o P
C. Trong khi đó, gia tăng của độ thấm tương đối K/KRoR
ở nhiệt độ T = 25P o P C và nhiệt độ T = 105P o P
C là gần như nhau. Sự khác nhau của tốc độ gia tăng độ thấm tương đối theo ứng suất trong bê tông ở các nhiệt độ khác nhau có thể được giải thích là do có sự phân bố lại của ma trận các lỗ
52
rỗng trong bê tông dưới tác dụng của nhiệt độ. Ngồi ra, các sai sót có thể có trong q trình đo đạc cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả đo đạc có được. Theo tiếp cận vĩ mơ, rất khó để giải thích sự khác nhau này. Cần phải tiến hành các nghiên cứu ở cấp độ vi mơ để có thể phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc vi mô của bê tơng.
Trên hình 3.12 là biễu diễn gia tăng của độ thấm ban đầu KRoR(đo đạc trên các mẫu thử sau khi đã nung nóng và làm nguội) theo nhiệt độ nung. Có thể thấy rằng, độ thấm ban đầu của các nhóm mẫu thử tăng gần tuyến tính với nhiệt độ, với một gia tăng là 2.5E -18 mP
2 P /10P o P C.
Hình 3.12 – Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ
Bê tơng được xem như bão hịa hồn tồn khi vừa nhấc mẫu thử ra khỏi nước sau 28 ngày ngâm trong nước. Khi nung mẫu ở các nhiệt độ nung khác nhau trong lò nung (25P
o P C, 60P o P C, 100P o P C et 150P o P
C), độ bão hịa của bê tơng giảm dần. Ở 150P
o
P
C, có thể xem bê tơng như khơ hồn tồn, độ bão hịa nước bằng khơng.
Độ bão hịa nước được tính từ khối lượng trung bình của các nhóm mẫu nung ở các nhiệt độ khác nhau.
53
Bảng 3.4 sau đây thống kê khối lượng trung bình các mẫu thí nghiệm từ lúc ra đưa ra khỏi nước cho đến khi nung ở nhiệt độ 105P
o
P
C. Độ bão hòa nước của bê tơng trong trường hợp này được tính theo % khối lượng ngậm nước của mẫu.
Thời điểm đo khối lượng mẫu thí nghiệm
Khối lượng trung bình các mẫu thử (g)
Độ bão hòa nước %
Vừa nhấc ra khỏi nước 4800 100,000
Sau khi nung ở 25P
o
P
C 4773 90,625
Sau khi nung ở 60P
o
P
C 4741 79,513
Sau khi nung ở 105P
o
P
C 4526 4,861
Sau khi nung ở 150P
o
P
C 4512 0,000
Hình 3.13 biểu diễn sự suy giảm của độ bão hồn nước của bê tơng theo nhiệt độ nung. Chúng ta thấy rằng, độ bão hòa giảm mạnh khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng từ 60P
o
P
C đến 105P
o
P
C do sự bay hơi nhanh của nước không liên kết trong bê tông. Với các nhiệt độ nhỏ hơn 60P
o
P
C, ảnh hưởng của nhiệt độ là không đáng kể, chưa đủ để làm bay hơi nhanh nước trong bê tơng, nên độ bão hịa giảm nhẹ. Khi nhiệt độ lớn hơn 105P
o
P
C, nước không liên kết hoàn toàn bay hơi ra khỏi bê tơng; bê tơng có thể xem như khơ, do đó độ bão hịa nước của bê tơng cịn lại rất nhỏ và thay đổi rất chậm. Cho đến nay, nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng đã tổng kết rằng, nhiệt độ 105P
o
P
C có thể coi là ngưỡng đánh dấu trạng thái khơ của bê tơng.
54
Hình 3.13 – Biến đổi độ bão hịa của bê tơng theo nhiệt độ
Sự biến đổi của độ thấm khí ban đầu KRoR của bê tơng theo độ bão hịa nước được mơ tả như trên hình 3.14. Chúng ta thấy, độ thấm khí ban đầu KRoR
giảm nhanh khi độ bão hòa nước còn nhỏ hơn 10 %. Giai đoạn này tương ứng với việc xử lý bê tông ở nhiệt độ cao hơn 105P
o
P
C. Quan sát này cũng phù hợp với kết luận của nhiều tác giả trên thế giới rằng: bê tơng có thể xem như khơ khi nhiệt độ nung bê tông vượt quá ngưỡng giới hạn nằm trong khoảng từ 105P o P C đến 120P o P
C. Từ ngưỡng này, độ rỗng trong bê tông tăng nhanh do bị phá hủy nhiệt và là nguyên nhân làm cho độ thấm của bê tông biến đổi mạnh. Khi nhiệt độ nung mẫu còn thấp hơn 105P
o
P
C, chỉ có nước khơng liên kết bay hơi khỏi bê tơng, phá hủy nhiệt chưa xảy ra, do đó độ thấm của bê tông thay đổi chậm.
55
Hình 3.14 – Biến đổi độ thấm khí ban đầu Ko theo độ bão hịa nước của bê tơng
3.2.4 Kết luận về kết quả đo độ thấm khí của bê tơng
Độ thấm khí của bê tơng giảm nhẹ so với độ thấm khí ban đầu KRo Rkhi ứng suất trong bê tông thấp hơn một giá trị giới hạn nằm trong khoảng từ 60% đến 75% giá trị ứng suất lớn nhất σRmaxR. Sau ngưỡng này, độ thấm khí bắt đầu tăng nhanh. Nhiệt độ có ảnh hưởng đến gia tăng độ thấm của bê tông, tuy nhiên ảnh hưởng của nhiệt độ không đáng kể khi so với ảnh hưởng của tải trọng. Độ thấm khí ban đầu KRoR tăng gần tuyến tính với gia tăng của nhiệt độ nung trước của mẫu thử, bước tăng xấp xỉ bằng 2,5.10P
-18 P mP 2 P /10P o P C. Bê tơng có thể coi như khô khi nhiệt độ sấy mẫu vượt quá ngưỡng 105P
o
P
C. Cũng bắt đầu từ ngưỡng nhiệt độ này, phá hủy nhiệt bắt đầu xảy ra trong bê tông, làm cho độ rỗng của bê tơng tăng, và độ thấm của bê tơng cũng vì thế mà tăng nhanh. Khi bê tơng có độ bão hịa nước dưới 5%, độ thấm của bê tông thay đổi nhanh theo độ bão hòa nước, sau ngưỡng này độ thấm của bê tông biến đổi chậm.
56
3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nước của bê tơng 3.3.1 Ngun lý tính tốn độ thấm nước
Độ thấm nước của bê tông K (cm/s) được xác định từ lưu lượng trung bình của nước xuyên qua mẫu thử theo thời gian. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng máy đo độ thấm nước C400 (Hình 3.16). Cơng thức xác định độ thấm nước như sau:
(3.3)
Trong đó, Q (cmP
3
P
) là lưu lượng nước trung bình xuyên qua mẫu thử. A (cmP
2
P
) là diện tích mặt thấm của mẫu thử, h (cm) là chiều cao của mẫu thử, Hauteur des éprouvettes, t (s) là thời gian đo đạc độ thấm nước, P (cm) là áp lực nước vào tính theo chiều cao cột nước µ = 10P
-3
P
Pa.s vào cơng thức (3.3), đơn vị của độ thấm nước K có thể quy đổi thành “mP
2
P
” giống như đơn vị của độ thấm khí đo đạc được ở phần 3.1 (K = 1 cm/s = 10P -9 P mP 2 P ).
3.3.2 Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nước
+ Các mẫu thí nghiệm hình lập phương được lắp vào lồng đo thấm có gioăng cao su và siết chặt bu lơng khơng cho nước thấm ra ngồi. Để chống nước rị rỉ xuống phía dưới lồng đo xung quanh các mặt bên của mẫu thử, parafin lỏng được đổ đến cao độ của 1/4 mẫu đo (Hình 3.15, 3.16, 3.17 và 3.18).
+ Đổ nước đầy vào lổng đo để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn các bọt khí.