CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.2. Phương pháp phi tiêu chuẩn
a) Xác định độ nhớt tức thời của hồ CKD
Ðộ nhớt của hồ CKD được xác định sử dụng thiết bị SV-10 của công ty A&D.
Thiết bị này xác định và tính toán độ nhớt của hỗn hợp hồ CKD từ việc xác định dòng điện cần thiết để rung hai sensor với tần số không đổi là 30 Hz. Theo phương pháp này, hai tấm sensor được nhúng vào trong mẫu đến vị trí xác định. Khi hai tấm này dao động với tần số xác định và không đổi, biên độ thay đổi do lực ma sát sinh ra giữa mẫu và tấm sensor. Do lực ma sát của chất lỏng tỷ lệ thuận với độ nhớt, dòng điện để tạo cho tấm sensor rung với tần số ổn định cũng tỷ lệ trực tiếp với độ nhớt của mỗi mẫu, do đó độ nhớt được xác định bởi các mối tương quan giữa dòng điện và độ nhớt. Quá trình thí nghiệm được tiến hành ngay sau khi hỗn hợp hồ CKD được trộn xong. Hỗn hợp hồ CKD được rót vào cốc với thể tích khoảng 35-45 ml, đặt cốc vào vị trí đo của thiết bị, điều chỉnh 02 tấm sensor nhúng vào trong mẫu đến vạch định mức đã xác định. Bật máy để xác định giá trị độ nhớt. Ðộ nhớt của hỗn hợp hồ CKD được xác định tại thời điểm 15 giây sau khi bật máy.
Hình 3.12 Mô hình thiết bị đo độ nhớt của hồ xi măng với nhớt kế kiểu rung V-10 (Vibro viscometer)
b) Xác định chiều dày tối đa của hồ CKD trong BTRTN
Để xác định được chiều dày tối đa hồ CKD bám xung quanh hạt cốt liệu, ta giả sử hạt cốt liệu có dạng hình cầu. Khi đó, tổng diện tích bề mặt hạt của hỗn hợp cốt liệu được xác định thông qua đường kính trung bình (Di) và khối lượng thể tích hạt (ρvh), trình tự xác định như sau:
- Xem xét lớp i có kích thước trung bình là Di, diện tích bề mặt của mỗi hạt là:
Si = π. 𝐷𝑖2 (3.10) - Thể tích của mỗi hạt là: Vi =π.𝐷𝑖3
6 (3.11)
- Khối lượng của mỗi hạt: mi = ρvh. Vi (3.12)
- Khối lượng cốt liệu trong BTRTN là MC, số lượng hạt cốt liệu trong bê tông là:
N = MC
mi (3.13)
- Tổng diện tích bề mặt của hỗn hợp hạt là:
S = N. Si =MC
mi. πDi2 = MC
ρvh.πDi 3 6
. πDi2 = 6MC
Di.ρvh (mm2) (3.14)
- Sau khi trộn hỗn hợp bê tông, cân khối lượng bê tông M1 (g) đổ lên sàng, đường kính sàng phụ thuộc vào đường kính của cốt liệu lớn.
- Rung sàng trên bàn rung trong thời gian 15 giây với biên độ A=0,5 mm; vận tốc v=2900±100 vòng/phút, chế độ rung tương đồng với chế độ khi tạo hình mẫu.
- Sau khi rung, cân lại khối lượng bê tông trên sàng được M2 (g). Khi đó, khối lượng của hồ CKD bọc xung quanh hạt cốt liệu là: M3=M2- MC (g) (3.15) - Thể tích hồ CKD còn lại trong hỗn hợp bê tông (VCKD):
𝑉𝐶𝐾𝐷 = 𝑀3
𝜌𝐶𝐾𝐷 (mm3) (3.16)
- Chiều dày hồ CKD tối đa (δmax) được tính theo công thức:
𝛿𝑚𝑎𝑥 =𝑉𝐶𝐾𝐷
𝑆 (mm) (3.17)
Hình 3.13 Quá trình xác định lượng hồ CKD dư c) Quy trình trộn và chế tạo mẫu BTRTN
- Quy trình trộn hỗn hợp BTRTN
BTRTN có quy trình trộn không khác nhiều so với bê tông thường, quá trình trộn được thực hiện bằng máy trộn tự do dung tích 200 lít, quy trình trộn được thể hiện trong Hình 3.14.
Hình 3.14 Quy trình trộn hỗn hợp BTRTN - Tạo hình mẫu BTRTN
+ Khuôn tạo hình mẫu: hình trụ 100x200 mm bằng thép hợp kim.
+ Hỗn hợp bê tông được lấy vào khuôn làm 3 lần
Lần 1: lấy vào khoảng 1/3 chiều cao khuôn, đầm 4 lần bằng đầm tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn ASTM C1688 (1 lần đầm được thực hiện: kéo quả đầm lên đạt độ cao yêu cầu, thả rơi tự do)
Lần 2: trước khi đổ lần 2, dùng bay xới tơi lớp mặt của lần 1 (để giảm hiện tượng phân lớp), lấy hỗn hợp bê tông vào đạt khoảng 2/3 chiều cao khuôn, đầm tương tự lần 1.
Lần 3: trước khi đổ lần 3, dùng bay xới tơi lớp mặt của lần 2, đầm tương tự lần 1. Sau khi đầm cần xoa phẳng bề mặt.
+ Sau khi tạo hình xong bọc nilong trên bề mặt mẫu.
- Bảo dưỡng mẫu BTRTN
+ Các mẫu đúc phải được bảo dưỡng và được đóng rắn kể từ khi đúc xong tới ngày thử mẫu.
+ Thời hạn giữ mẫu trong khuôn là 16-24 giờ.
+ Các mẫu được phủ ẩm trong khuôn ở nhiệt độ phòng cho tới khi tháo khuôn rồi được bảo dưỡng tiếp trong phòng dưỡng hộ tiêu chuẩn có nhiệt độ 27±20C, độ ẩm 95–100% cho đến ngày thử mẫu (đối với điều kiện ở nước ta thông thường ngâm mẫu trực tiếp vào trong bể nước).
+ Tất cả các viên mẫu được ghi ký hiệu rõ ở mặt không trực tiếp chịu tải.
d) Xác định hệ số thoát nước của BTRTN [75]
Để xác định hệ số thoát nước của BTRTN, ta tiến hành thí nghiệm theo phương pháp dòng chảy thay đổi dựa trên định luật Darcy. Trình tự thí nghiệm như sau:
- Chế tạo BTRTN thành mẫu trụ, kích thước D×H=100×200 mm.
- Tháo khuôn sau khi chế tạo 24 giờ, dưỡng hộ tự nhiên (có thể thí nghiệm ngay sau khi tháo khuôn hoặc ở các tuổi bất kỳ), vớt mẫu để ráo nước, dùng giấy nilong bọc kín bề mặt xung quanh mẫu.
a) Khuôn trụ 100×200 mm
b) Thanh đầm tiêu chuẩn
Hình 3.15 Khuôn trụ và dụng cụ đầm khi tạo hình
- Đưa mẫu đã bọc vào trong ống của dụng cụ thử, dùng hỗn hợp vữa chèn kín vành mẫu đảm bảo không có khe hở ở giữa bề mặt mẫu và bề mặt trong ống và chắc chắn rằng nước sẽ chảy xuyên qua tiết diện dọc theo mẫu.
- Đổ nước vào ống đến vạch chiều cao H1 duy trì 10 phút cho nước điền đầy vào lỗ rỗng mẫu và mực nước ổn định nếu mực nước hạ thấp thì bổ sung vào cho đến H1.
- Mở van thật nhanh và đồng thời bấm đồng hồ. Khi mực nước hạ đến H2 mm thì dừng đồng hồ, ghi lại thời gian mực nước hạ từ H1 xuống H2.
Hình 3.16 Sơ đồ và dụng cụ xác định hệ số thoát nước
Đo các thông số hình học như sơ đồ và tính toán hệ số thoát nước theo phương pháp cột nước thay đổi, Kt (mm/s), theo công thức:
Kt =A.L
F.t.ln(H1
H2) (mm/s) (3.18)
Trong đó: A - Tiết diện ngang của ống đo áp, mm2;
L - Chiều cao (chiều dài đường thoát nước) của mẫu, mm;
F - Tiết diện ngang của mẫu, mm2
H1 - Chiều cao cột nước ban đầu trong ống đo áp, mm
H2 - Chiều cao cột nước trong ống đo áp sau thời gian t (s), mm t - Thời gian thoát nước ứng với cột nước từ H1 hạ xuống đến H2, s.
e) Xác định cấu trúc rỗng của BTRTN
Cấu trúc lỗ rỗng được phân tích bằng phần mềm ImageJ [15, 95, 105] trên mẫu bê tông hình trụ có kích thước 100×200 mm. Mẫu bê tông được cắt thành các
lát, bề mặt các lát được mài để có được bề mặt phẳng và nhẵn, chụp ảnh mỗi bề mặt bằng máy ảnh. Để đảm bảo độ chính xác và chế độ ảnh giống nhau giữa các lần chụp, tác giả tiến hành chụp đồng loạt các cắt mẫu trong phòng. Khi chụp ảnh cần cố định máy ảnh ở một khoảng cách nhất định, với độ sáng ổn định và cùng chế độ chụp để đảm bảo độ phân giải giữa các ảnh là như nhau.
Sau đó mỗi ảnh được xử lý bởi phần mềm ImageJ có trình tự như sau: mỗi mặt cắt có đường kính ban đầu là 100mm được cắt thành ảnh tròn có đường kính 570 pixel (1 mm≈ 6 pixel) và được chuyển đổi thành hình ảnh nhị phân bằng thao tác phân ngưỡng để tách các phần lỗ rỗng và phần rắn. Các giới hạn ngưỡng được đặt bằng cách phân tích biểu đồ mức xám của hình ảnh tương ứng. Ngưỡng trên của mức xám đối với các đặc điểm được quan tâm (phần lỗ rỗng) nằm trong khoảng từ 120 đến 130 đối với tất cả các hình ảnh được sử dụng trong nghiên cứu này. Những hình ảnh này đã được xử lý thêm để loại bỏ nhiễu. Từ những hình ảnh tròn này được cắt thành hình ảnh vuông 400 pixel × 400 pixel, từ ảnh này phần mềm tách được phần diện tích lỗ rỗng và kích thước từng lỗ rỗng. Quy trình phân tích hình ảnh được thể hiện trong Hình 3.17.
Hình 3.17 Quy trình xác định cấu trúc rỗng bằng phân tích hình ảnh