CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ THẤM NƯỚC, KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ THẤM NƯỚC VÀ KHUẾCH TÁN ION
1.3.2. Các nghiên cứu về khuếch tán ion clorua của bê tông
1.3.2.2. Các nghiên cứu về quy luật gia tăng hệ số khuếch tán ion clorua của bê tông khi chịu tải trọng
Năm 1999, C.M. Aldea và cộng sự, đăng bài báo trên tạp chí Vật liệu kỹ thuật xây dựng có tiêu đề “Ảnh hưởng của vết nứt đến độ thấm nước và ion clorua của bê tông” [39]. Trong nghiên cứu này, các yếu tố bao gồm thành phần vật liệu và chiều rộng vết nứt trung bình có thể ảnh hưởng đến mối tương quan giữa độ rộng vết nứt và độ thấm nước và ion clorua của bê tông. Các vết nứt được tạo trước trong các mẫu bê tông bằng thí nghiệm ép chẻ. Khuếch tán ion clorua được đánh giá bằng thí nghiệm thấm nhanh ion clorua và độ thấm nước được đánh giá bằng thí nghiệm thấm nước áp suất thấp. Kết quả tính toán cho thấy tính thấm ion clorua tăng lên cừng với độ mở rộng vết nứt và độ thấm nước chịu ảnh hưởng đáng kể hơn so với khuếch tán ion clorua.
C. Lim và cộng sự (2000) [37] thực hiện đánh giá ảnh hưởng các vết nứt vi mô và khuếch tán ion clorua của bê tông khi phải chịu một tải trọng nén trước một trục.
Ông có nhận xét rằng, khi các mẫu bê tông được dỡ tải hoàn toàn ở cấp tải trọng nén trước là 0.5f’c , các vùng xuất hiện vết nứt vi mô có thể hồi phục lại 100% như
Hệ số khuếch tán, D (10 -12 m2 /s)
Cường độ chịu nén, MPa
trạng thái ban đầu. Tuy nhiên, khi dỡ tải ở cấp tải trọng từ 0.7 đến 0.95f’c , một số vùng vết nứt không có khả năng hồi phục sau khi dỡ tải. Tính chất này có ý nghĩa quyết định rất lớn tính thấm của bê tông. Khuếch tán ion clorua của bê tông (sau khi dỡ tải) bị ảnh hưởng bởi sự xuất hiện của ứng suất nén trước. Khuếch tán ion clorua trong mẫu bê tông thay đổi không đáng kể khi các cấp tải trọng nén trước còn nhỏ σ/σmax≤ 0.7. Mức độ gia tăng về độ thấm có thể thấy rõ khi các cấp tải trọng nén trước lớn σ/σmax > 0.7 như trong Hình 1.11. Đường “ab” thể hiện khuếch tán ion clorua không thay đổi so với độ thấm ban đầu. Sau đó, đường “bc” sau ngưỡng σ/σmax = 0.7 thể hiện khuếch tán ion clorua tăng nhanh.
Hình 1.11 - Độ thẩm ion clorua nhanh tại các cấp tải trọng nén trước khác nhau (C. Lim (2000))
Năm 2013, A. Djerbi Tegguer và cộng sự [15] đã tiến hành thí nghiệm, đánh giá ảnh hưởng của tải trọng nén một trục đến độ thấm khí và hệ số khuếch tán ion clorua của bê tông và đưa ra mối quan hệ của chúng. Mối tương quan giữa độ thấm khí và hệ số khuếch tán ion clorua được thiết lập bằng cách đưa ra một biến phá hủy do sự suy giảm độ cứng của bê tông bị hư hỏng dưới tác dụng của tải trọng nén một trục. Mẫu bê tông thường (OPC) và bê tông cường độ cao (HPC) được sử dụng trong thí nghiệm để xem xét ảnh hưởng của cơ chế xuất hiện và lan truyền vết nứt trong bê tông đến độ thấm khí và thấm ion clorua của bê tông. Mẫu bê tông hình trụ được gia tải trước với các cấp tải trọng từ 60% - 90% cường độ chịu nén giới hạn của mẫu. Kết thúc thí nghiệm, từ những kết quả có được, A. Djerbi Tegguer cho rằng:
- Hệ số thấm tương đối và hệ số khuếch tán ion clorua tương đối của bê tông thường và bê tông cường độ cao tăng với sự gia tăng của ứng suất dư, trong đó bê tông thường cho thấy giá trị cao hơn.
- Kết quả cho thấy sự biến thiên theo một hàm số mũ giữa độ thấm tương đối (hay hệ số khuếch tán tương đối) và trị số phá hủy d đối với cả bê tông thường và bê tông cường độ cao như trong Hình 1.12.
Hình 1.12 - Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua tương đối và trị số phá hủy d của bê tông (A. Djerbi Tegguer (2013))
G.P. Li & al (2011), nghiên cứu sự khuếch tán ion clorua qua bê tông chịu tải bằng thí nghiệm uốn mẫu dầm bê tông ngâm trong môi trường tương tự nước biển và chịu tác động của không khí biển. Điều kiện môi trường, tỷ lệ nước trên xi măng và độ lớn của ứng suất kéo khi uốn được xem xét nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này đến khuếch tán ion clorua qua bê tông.
Junjie Wang & al (2015) đã nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất trong bê tông chịu nén trực tiếp đến khuếch tán ion clorua. Tác giả đề xuất tương quan giữa hệ số thấm ion clorua và độ lớn của ứng suất như trong hình 1.13.
Kết quả nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của ứng suất trong bê tông đến hệ số khuếch tán ion clorua quá một giới hạn ứng suất nhất định, đặc biệt tăng mạnh sau giới hạn 50% giá trị ứng suất phá hủy mẫu.
Hình 1.13 - Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua và độ lớn của ứng suất Hai thí nghiệm điển hình nhất vể xác đinh ảnh hưởng của tải trọng nén trước và nén trực tiếp đến khuếch tán ion clorua của bê tông được đề nghị của Antoni & al (2008) và Junjie Wang & al (2015).
Antoni & al (2008) đề xuất thiết bị thí nghiệm được mô phỏng trong Hình 1.14 dựa trên thiết bị thí nghiệm NordTest Build 492 - NonSteady State Migration Test [Nordtest 1997]. Bê tông chịu nén bằng một hệ khung và đưa vào buồng đo thấm trong vòng 24h. Chiều sâu khuếch tán ion clorua được đo bằng thay đổi màu sắc theo chiều sâu mẫu sau khi thử nghiệm với dung dịch nitorát bạc.
Hình 1.14 - Thấm nhanh ion clorua của bê tông dưới tác dụng của tải trọng nén trực tiếp
Hệ số khuếch tán ion clorua không ổn định
Hệ số thấm ion clorua được tính theo công thức sau:
D =0.0239(273 + T)L
(U−2)t x −0.0238 (273 + T)L. x
U−2 ; (1.25)
trong đó:
- Dnssm là hệ số khuếch tán ion clorua x 10-12 (m2/s);
- T là nhiệt độ dung dịch (oC);
- L là chiều dài mẫu (mm);
- U là điện thế áp dụng (V);
- t là thời gian thí nghiệm (h);
- xd là chiều sâu khuếch tán ion clorua qua mẫu (mm).
Junjie Wang & al (2015) đề xuất thiết bị thí nghiệm như trong Hình 1.15, cũng dựa trên cơ sở thiết bị thí nghiệm NordTest Build 492. Hệ số khuếch tán ion clorua cũng được tính theo công thức (1.25).
Hình 1.15 – Bộ thí nghiệm thấm ion clorua của bê tông chịu tải trọng trực tiếp