- Yêu cầu cao hơn; giám sát chặt chẽ hơn
2.7.Bảo d−ỡng bên trong cho BTK chịu lực có độ chảy cao 1 Cơ sở khoa học của bảo d−ỡng bên trong
d) Sử dụng cốt sợi phân tán
2.7.Bảo d−ỡng bên trong cho BTK chịu lực có độ chảy cao 1 Cơ sở khoa học của bảo d−ỡng bên trong
2.7.1. Cơ sở khoa học của bảo d−ỡng bên trong
Bảo d−ỡng đ−ợc hiểu nh− là những quá trình thúc đẩy thuỷ hoá của xi măng, ngăn cản sự mất n−ớc và co ngót của bê tông [6], [21]. Bảo d−ỡng không những nhằm mục đích tăng c−ờng độ của bê tông mà còn để nâng cao độ đặc chắc, giảm độ thấm, tăng độ bền cho nó. Từ tr−ớc đến nay chúng ta th−ờng áp dụng công nghệ bảo d−ỡng từ bên ngoài bề mặt bê tông bằng việc điều khiển các thông số: thời gian, nhiệt độ và độ ẩm môi tr−ờng bao quanh sản phẩm. Thực tế sử dụng đã chứng minh hiệu quả to lớn của công nghệ bảo d−ỡng truyền thống này đối với bê tông thông th−ờng. Đối với bê tông c−ờng độ cao và bê tông chất l−ợng cao, với tỷ lệ n−ớc – xi măng thấp, cấu trúc đặc chắc và khả năng chống thấm tốt của nó đã cản trở sự trao đổi n−ớc từ trong bê tông ra môi tr−ờng và ng−ợc lạị Có nghĩa là, bảo d−ỡng từ bên ngoài sẽ kém hiệu quả [60], [67]. Hiệu quả của bảo d−ỡng bên trong (nội bảo d−ỡng) phụ thuộc nhiều vào quá trình trao đổi ẩm giữa cốt liệu rỗng và nền chất kết dính. Quá trình này khá phức tạp và có ảnh h−ởng đến tính chất của HHBT và bê tông. Hiện t−ợng tách n−ớc trên bề mặt CLR sau khi HHBT đ−ợc giải phóng khỏi ống bơm có thể làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp, kết quả là c−ờng độ mẫu bê tông sau khi bơm thấp hơn mẫu tr−ớc khi bơm [52]. Theo các tác giả, hiện t−ợng trên sẽ đ−ợc khắc phục khi sử dụng cốt liệu rỗng hút n−ớc hay bão hoà n−ớc tr−ớc khi cho vào trộn [52], [58].
Từ năm 1947, Power [80] đã chứng minh rằng, sự hydrat của xi măng sẽ gần nh− dừng lại khi độ ẩm t−ơng đối trong các lỗ rỗng mao quản của nó giảm xuống d−ới 80%. Nh− vậy, nếu có đủ n−ớc cung cấp ngay từ đầu và duy trì đ−ợc độ ẩm t−ơng đối trong các lỗ rỗng mao quản của đá xi măng trên 80% thì việc cấp n−ớc thêm từ bên ngoài vào bê tông là không cần thiết. Khi đó bảo d−ỡng bên ngoài chỉ có tác dụng ngăn cản sự mất n−ớc do bay hơi của bê tông. Chú ý
rằng, trong BTCLR có độ chảy cao và tự lèn, hàm l−ợng chất kết dính khá lớn. Ng−ời ta th−ờng dùng phụ gia giảm n−ớc và phụ gia khoáng hoạt tính (thay thế một phần xi măng) trong chế tạo các loại bê tông nàỵ Ngoài sự hydrat thông th−ờng của xi măng với n−ớc, phụ gia hoạt tính còn có một số phản ứng thứ cấp với các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng, trong đó đáng kể nhất là phản ứng puzơlannic để hình thành các C-S-H. Các phản ứng thứ cấp này xảy ra muộn hơn, làm cho sự gia tăng c−ờng độ của loại bê tông này chậm hơn và thời gian bảo d−ỡng cần thiết cũng dài hơn so với bê tông dùng 100% xi măng. Mặt khác, phản ứng thứ cấp còn tạo hệ thống vi lỗ rỗng xốp mịn làm tăng độ co hoá học của chất kết dính và tăng thêm sự tự khô của đá xi măng, và điều đó đòi hỏi một l−ợng n−ớc dự trữ để cung ứng [67].
Theo mô hình của Powers mô tả sự co ngót của hệ xi măng – n−ớc (hình 2.4), có 5 phần trong hệ: (1) xi măng ch−a thuỷ hoá, (2) các sản phẩm thuỷ hoá, (3) lỗ rỗng trong các sản phẩm thuỷ hoá, (4) n−ớc mao quản, và (5) n−ớc trong hệ gel. Thể tích riêng phần của chúng phụ thuộc mức độ hydrat của xi măng. Khi ch−a có sự hydrat thì chỉ có n−ớc và xi măng ch−a thuỷ hoá. Khi sự thuỷ hoá là 100%, thể tích các sản phẩm thuỷ hoá đo đ−ợc khoảng 0,68 0,70 cm3
/1g xi măng [60], [67], [70]. Các sản phẩm thuỷ hoá chỉ dịch khỏi bề mặt hạt xi măng và phát triển cấu trúc khi có đủ không gian và n−ớc. Không gian này sẽ giảm dần theo sự hydrat của xi măng. Theo Powers, khi tỷ lệ N/X < 0,36 thì hệ số thuỷ hoá của xi măng < 1, ngay cả khi có sự cấp n−ớc bởi bảo d−ỡng từ bên ngoàị Một số tác giả khác [67] có kết luận t−ơng tự với giá trị tới hạn của N/X xấp xỉ 0,3. Nghiên cứu của Mehta, Monteiro và Gjrv [67] cho thấy, trong hệ kín có đủ không gian cho sản phẩm hydrat phát triển và không có sự trao đổi ẩm giữa bê tông và môi tr−ờng, để xi măng thuỷ hoá hoàn toàn theo lý thuyết, thì tỷ lệ N/X phải lớn hơn 0,42. Tóm lại có thể kết luận rằng, khi tỷ lệ n−ớc - xi măng trong khoảng 0,36 0,42 thì cần cấp thêm n−ớc cho hệ để chất kết dính có thể thuỷ hoá hoàn toàn. Khi sản phẩm có tỷ lệ N/X < 0,36 để hệ số thuỷ hoá của xi măng
đạt giá trị cực đại, cần cấp thêm n−ớc một cách có hiệu quả bằng giải pháp bảo d−ỡng từ bên trong (nội bảo d−ỡng).
Nhân tố quan trọng ảnh h−ởng tới quá trình nội bảo d−ỡng là sự phân tán của cốt liệu, l−ợng n−ớc mà cốt liệu chứa, thời gian và l−ợng n−ớc mà cốt liệu trả lại cho nền xi măng. Trong 24h cốt liệu nhẹ có thể hút n−ớc từ 5 25% [23]. D.P.Bentz và K.Snyder (1999) [45], [60] đã đề xuất ph−ơng trình (2.17) để xác định đầy đủ l−ợng cốt liệu rỗng thay thế cốt liệu th−ờng trong bê tông chất l−ợng caọ Ph−ơng trình dựa trên l−ợng n−ớc cần thiết để bù lại co hoá học:
VLWA = P P S. V LWA w , (m3 n−ớc/m3bêtông) (2.17)
VLWA : thể tích cốt liệu nhẹ “hoàn tất” quá trình bảo d−ỡng
S : tỷ lệ trả lại n−ớc từ cốt liệu rỗng bão hoà cho nền xi măng PLWA : độ rỗng của cốt liệu
Vw : thể tích n−ớc bù co hoá học, xác định theo ph−ơng trình:
Vw = CKD .CS . max /H2O, (m3 n−ớc/m3 bêtông) (2.18) CKD : l−ợng chất kết dính, (kg/m3 bê tông); H2O 1 g/cm3
CS : co hoá học do hyđrat của CDK (0,060,07 g N/1g CKD)
max : hệ số thuỷ hoá lớn nhất có thể của quá trình hyđrat, xác định theo công thức: max= (N/CKD)/0,36 khi N/CKD 0,36; và max = 1 khi N/CKD > 0,36.
Ph−ơng trình của D.P.Bentz và K.Snyder dùng để tính toán sơ bộ l−ợng n−ớc mà cốt liệu nhẹ hút đ−ợc và trả lại trong bêtông. Giả thiết rằng l−ợng n−ớc mất đi hay nhận đ−ợc từ ngoài môi tr−ờng là không đáng kể.
Nguyên tắc cơ bản của nội bảo d−ỡng là giữ cho độ ẩm t−ơng đối trong các lỗ rỗng của đá chất kết dính, với tỷ lệ n−ớc - ximăng thấp, luôn ở trạng thái bão hoà. Đối với BTCLR có N/X 0,42 quá trình nội bảo d−ỡng vẫn có thể thực hiện nếu cần, bằng nguồn n−ớc dự trữ trong CLR với hệ số bão hoà nhỏ hơn 1.
Nh− vậy, nghiên cứu lý thuyết chỉ ra rằng, nội bảo d−ỡng sẽ ảnh h−ởng tích cực đến nhiều tính chất và chất l−ợng của BTCLR chịu lực có độ chảy caọ Nhờ tác dụng của nguồn n−ớc dự trữ bởi CLR, tự động cấp cho đá xi măng khi cần thiết, nên sẽ giảm co tự sinh, giảm co mềm; tăng sự hydrat của xi măng, giảm vết nứt trong bê tông nhờ giảm co ngót không thực hiện đ−ợc; giảm độ rỗng, tăng c−ờng độ và khả năng chống thấm cho sản phẩm. Sử dụng CLR ngậm n−ớc còn hạn chế tổn thất độ sụt, tăng độ chảy và giảm phân tầng cốt liệu cho hỗn hợp BTCLR. Mặc dù ch−a có nghiên cứu đầy đủ về ảnh h−ởng của nội bảo d−ỡng đến từ biến của bê tông c−ờng độ cao nói chung và BTCLR chịu lực nói riêng, nh−ng từ những ảnh h−ởng tích cực của nó đến co ngót, cấu trúc và c−ờng độ sản phẩm, hơn nữa còn duy trì độ ẩm cao bên trong, nên có thể dự đoán độ từ biến của bê tông cũng sẽ giảm. Tuy nhiên, theo logic, việc tăng mức độ hydrat của xi măng, nghĩa là giảm số l−ợng các hạt xi măng không thuỷ hoá, sẽ làm giảm hiệu ứng cản trở biến dạng của các hạt xi măng này khi đóng vai trò nh− các hạt cốt liệu, do đó có thể làm tăng độ từ biến của bê tông.