Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính của cốt liệu đến khả năng kháng nứt bê tông đầm Lăn - Nguyễn Nhu Oanh

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính của cốt liệu đến khả năng kháng nứt bê tông đầm Lăn - Nguyễn Nhu Oanh

1. Nghiªn cøu ¶nh h­ëng ®Æc tÝnh cña cèt liÖu ®Õn kh¶ n¨ng kh¸ng nøt Bª t«ng ®Çm l¨n TS. Nguyễn Như Oanh Bộ môn Vật liệu xây dựng Tóm tắt: Đặc tính của cốt liệu có ảnh hưởng đến khả năng kháng nứt của Bê tông đầm lăn (BTĐL) được nghiên cứu lý thuyết cũng như bằng thực nghiệm. Hệ số kháng nứt của BTĐL Φ được đưa ra để đánh giá khả năng chống nứt của BTĐL. Hệ số kháng nứt của BTĐL Φ có thể dùng để đánh giá khả năng kháng nứt của BTĐL dùng cốt liệu thô có mô đun đàn hồi và cường độ khác nhau. Từ khóa: Khả năng kháng nứt; Đặc tính cốt liệu; Bê tông đầm lăn (BTĐL); 1. ĐẶT VẤN ĐỀ hưởng của đặc tính của cốt liệu ảnh hưởng đến Để nâng cao khả năng kháng nứt của bê tông tính kháng nứt của BTĐL. Từ nghiên cứu phân đầm lăn, thông thường phải nâng cao cường độ tích lý thuyết đến thực nghiệm dùng công thức kéo và giá trị kéo dãn cực hạn của bê tông, hạ tính toán hệ số kháng nứt Φ của BTĐL. thấp mô đun đàn hồi kéo và giảm biến hình do 2. PHÂN TÍCH LÝ LUẬN VỀ ẢNH co khô của BTĐL. Trong điều kiện bình thường, HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU ĐẾN TÍNH khi nâng cao cường độ kéo thì cũng làm cho mô KHÁNG NỨT CỦA BTĐL đun đàn hồi kéo của BTĐL tăng lên. Do đó, Về Trong BTĐL cốt liệu chiếm tỷ lệ lớn, vào cơ bản muốn nâng cao khả năng kháng nứt của khỏang từ 75 – 80% thể tích bê tông, do đó các BTĐL thì phải: giữ nguyên cường độ kéo (hoặc đặc tính của cốt liệu (như mô đun đàn hồi, hình nén) nhất định, nâng cao giá trị kéo dãn cực hạn. dạng bề mặt, kích thước hạt, cấp phối, hệ số Độ chặt của cốt liệu và vùng tiếp xúc giữa trương nở nhiệt, v,v ) có ảnh hưởng rất lớn đến vữa CKD và cốt liệu quyết định giá trị mô đun tính kháng nứt của BTĐL. đàn hồi của bê tông. Thông thường, bê tông tạo 2.1 Hệ số kháng nứt của Bê tông đầm lăn lên do 3 thành phần cơ bản là: vữa chất kết dính, Từ trước tới nay, có nhiều phương pháp khác cốt liệu và vùng tiếp xúc. Mô đun đàn hồi của nhau để đánh giá tính kháng nứt của bê tông vữa chất kết dính quyết định bởi độ rỗng của đầm lăn, nhưng khả năng kháng nứt của BTĐL vữa, yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ rỗng của vẫn chưa có chỉ tiêu nào để đánh giá. Có rất thể vữa CKD là do tỷ lệ N/CKD, hàm lượng nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính kháng nứt của khí, khoáng vật trong phụ gia khoáng, quá trình BTĐL. Bài viết này căn cứ vào tính năng biến thủy hóa của xi măng, v,v Vùng tiếp xúc do lỗ hình và cấu trúc của BTĐL, thông qua phân tích rỗng, các vết nứt vi mô, các tinh thể tạo thành lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đã phân tích do thủy hóa CKD tạo lên, Tuy nhiên mô dun đánh giá khả năng kháng nứt của BTĐL thông đàn hồi và độ đặc chắc của cốt liệu cũng ảnh qua hệ số kháng nứt Φ, được biểu thị bằng công hưởng đến khả năng kháng nứt của BTĐL. Cốt thức sau[1] : liệu đặc chắc có mô đun đàn hồi cao, Thông  R Φ = p k ( 1 ) thường, BTĐL dùng nhiều cốt liệu thô sẽ có mô . T.Ek đun đàn hồi lớn, làm nâng cao mô đundàn hồi Trong đó:  p: Giá trị biến dạng kéo cực hạn của bê tông. của BTĐL Bài viết này, tác giả đi sâu nghiên cứu ảnh Rk : Cường độ chịu kéo của BTĐL (MPa); 117
2. α : Hệ số biến dạng nhiệt của BTĐL (1/0C); T : Tăng nhiệt của BTĐL (0C); Ek: Mô đun đàn hồi kéo của BTĐL (MPa); Hệ số kháng nứt trên dùng để đánh giákhả năng kháng nứt của BTĐL giàu CKD, với lượng dùng phụ gia khoáng cao, bê tông khối lớn dùng để xây dựng đập trọng lực. Trong công thức trên Φ càng lớn thì tính kháng nứt càng tốt. Ở thời kỳ đầu (tuổi sớm) của BTĐL cường độ chịu kéo còn rất thấp, do có sự chênh nhiệt độ T giữa bên trong BTĐL và nhiệt độ môi trường lớn làm cho BTĐL sinh ra hiện tượng nứt bề mặt. Hình 2.1 ( theo thuyết Counto) Theo nghiên cứu của Trung Quốc[1] , trong điều kiện bảo dưỡng bình thường, hệ số kháng Theo lý thuyết của Counto, giả thiết rằng bê nứt Φ của BTĐL thay đổi theo thời gian. Thời tông được tạo lên bởi thể vữa CKD bao bọc kỳ từ 7 đến 60 ngày, hệ số kháng nứt giảm khi xung quanh hạt cốt liệu, Giả sử lấy 1 đơn vị thể tuổi của BTĐL tăng, nhưng sau 60 ngày tuổi, tích bê tông, cốt liệu bên trong có kích thước là hệ số kháng nứt sẽ tăng theo thời gian, tức là d (hình vẽ H.2.1). Qua nghiên cứu Counto thấy tính kháng nứt càng lớn khi tuổi của BTĐL rằng: Mô đun đàn hồi của bê tông Ec, Mô đun càng lớn. đàn hồi của thể vữa CKD là Em , Mô đun đàn Ở tuổi 14 ngày thì hệ số kháng nứt Φ của hồi của cốt liệu là EG và thể tích của cốt liệu VG BTĐL là nhỏ nhất. Do đó các vết nứt của đập có quan hệ với nhau theo công thức sau: BTĐL dễ có thể sinh ra ở tuổi vào khoảng 14 E Ec = m ( 2 ) ngày. 1 1 2.2 Quan hệ giữa mô đun đàn hồi của 1/ 3 Em VG BTĐL và mô đun đàn hồi của cốt liệu (EG Em )VG Bê tông đầm lăn có mô đun đàn hồi Ek càng Từ công thức (2) thấy rằng: khi EG, VG giảm nhỏ, biến dạng kéo cực hạn càng lớn, chênh lệch nhỏ, thì giá trị mô đun đàn hồi bê tông Ec sẽ nhiệt độ T càng thấp thì BTĐL thì khả năng nhỏ. Do vậy, để mô đun đàn hồi của BTĐL nhỏ, kháng nứt càng tốt; Mô đun đàn hồi của BTĐL ta nên chọn loại cốt liệu có mô đun đàn hồi nhỏ, có quan hệ với cường độ, cấp phối, tuổi bê tông thể tích của cốt liệu (đặc biệt là cốt liệu thô) và mô đun đàn hồi của cốt liệu. thích hợp, tăng thể tích của vữa chất kết dính BTĐL có thể xem như bao gồm 2 thể tạo trong bê tông. thành: thể vật liệu đồng chất là thể vữa CKD và 2.3 Ảnh hưởng bởi các đặc tính khác của thể phân tán là cốt liệu, Nếu gọi mô đun đàn hồi cốt liệu đến tính kháng nứt của BTĐL của thể bê tông là Ec, mô đun đàn hồi của cốt Nguyên nhân co khô của BTĐL chủ yếu là liệu là EG, Mô đun đàn hồi của thể vữa CKD là do sự bay hơi nước trong vữa CKD của bê tông Em , Thể tích của cốt liệu là VG , thể tích của thể gây lên. Cốt liệu thô trong BTĐL là bộ xương, vữa là Vm. Tính cho 1 đơn vị thể tích bê tông ta vì vậy hình dạng bề mặt của cốt liệu thô không có: VG+Vm=1, coi BTĐL là loại vật liệu phức chỉ làm tăng độ rắn chắc cho bộ xương làm tăng hợp đàn hồi. Theo thuyết của Counto có thể mô đun đàn hồi của bê tông, ảnh hưởng đến khả biểu diễn: năng kháng nứt của bê tông. Để giảm nứt của bê 118
3. tông nên chọn loại cốt liệu thô có tính rắn chắc 3. Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của hợp lý, cấp phối hạt tốt, đường kính hạt lớn nhất cốt liệu đến tính kháng nứt của BTĐL hợp lý, hàm lượng hạt thoi dẹt nhỏ, lượng ngậm 3.1 Vật liệu dùng thí nghiệm: tạp chất có hại thấp, không gây phản ứng kiềm 1) Xi măng: Trong thí nghiệm dùng loại xi cốt liệu, v, v để giảm bớt lượng dùng xi măng, măng Portland PCB.40. Tính chất vật lý và giảm nhiệt trong bê tông, giảm co khô, đồng thành phần hóa học, khoáng vật của xi măng thể thời tăng khả năng kháng nứt của BTĐL. hiện ở các bảng sau đây: Bảng1. Thành phần hóa học và tính chất vật lý của xi măng Khối Cường Ký lượng độ chịu Thành phần hóa học chính (%) hiệu riêng nén R28 (g/cm3) (MPa) HT SiO Fe O CaO MgO SO Al O Loss 2 2 3 3 2 3 3,13 46,2 PCB40 19,30 3,69 59,86 3,07 3,06 6,04 3,48 Bảng 2. Thành phần khoáng vật của xi măng C3S (%) C2S (%) C3A (%) C4AF (%) 51,34 16,62 9,45 11,22 2) Phụ gia khoáng: Dùng tro bay để chế tạo bê tông có tính chất vật lý như sau: Bảng 2. Tính chất vật lý của phụ gia khoáng Độ mịn Loss Tỷ số cường Khối lượng (Lượng sót (mất khi độ Nước yêu cầu Tên PGK SO (%) riêng (g/cm3) trên sàng 3 nung) (90 ngày) (%) 0,08mm) (%) (%) (%) Tro bay PL 2,30 4,3 0,16 8,0 109,7 103,5 Bảng 2. Thành phần hóa học của phụ gia khoáng (%) SiO2 Fe2O3 CaO Al2O3 MgO SO3 Loss K2O Na2O TiO2 60,62 6,85 1,96 22,22 1,16 0,16 2,74 2,46 0,50 1,18 3) Cốt liệu dùng cho bê tông: a) Cốt liệu nhỏ: Dùng cát vàng Sông Lô, sạch, cấp phối đạt yêu cầu; Các tính chất vật lí của cát thể hiện ở bảng 3 dưới đây: Bảng 3. Tính chất vật lý của cốt liệu nhỏ ( cát) Khối lượng riêng Khối lượng Độ ẩm (%) Mô đun độ lớn (g/cm3) đơn vị (g/cm3) 2,67 1,65 2,4 2,90 b) Cốt liệu lớn (Đá dăm) 119
4. Thí nghiệm dùng 2 loại đá dăm khác nhau: 2 loại đá dùng như nhau là 40mm; Thí nghiệm xác Một loại nghiền từ đá vôi, một loại nghiền từ đá định độ rắn chắc khô, ẩm và mô đun đàn hồi của 2 Granit đặc chắc, có thành phần hạt tốt, Dmax của loại đá thể hiện ở bảng 4 dưới đây: Bảng 4. Tính chất vật lý của cốt liệu lớn ( Đá dăm) Cường độ nén Khối lượng Khối lượng Cường độ nén Mô đun đàn Loại đá dăm dập khô riêng (g/cm3) đơn vị (g/cm3) dập ẩm (MPa) hồi (GPa) (MPa) Đá dăm chế 2,75 1,67 131 87 40,5 từ đá vôi Đá dăm chế 2,80 1,70 150 140 70 từ đá Granít 3.2 Thí nghiệm một số đặc tính của BTĐL tiến hành trộn bê tông với cùng tỷ lệ vật liệu Để thí nghiệm một số tính năng của BTĐL, như nhau, với 2 loại đá dăm khác nhau. Bảng 5. Cấp phối của bê tông đầm lăn dùng để thí nghiệm Trộn thêm Ký hiệu Lượng dùng vật liệu cho 1 m3 BTĐL (kg) MgO (%) Nước Xi măng Tro bay Cát Đá SP 4 100 108 72 832 1358 Ghi chú:1) BTĐL cấp phối 2, tỷ lệ phối trộn: Đá trung bình : Đá nhỏ = 40: 60 (%); Dmax = 40mm 2) Dùng 0,7% Phụ gia hóa Plasment 96, Độ công tác VC = 7 -10s Trộn bê tông, đúc mẫu, bảo dưỡng trong điều Tiến hành thí nghiệm xác định được một số tính kiện tiêu chuẩn (PTN), đến 28 và 90 ngày tuổi. năng cơ học của BTĐL như bảng dưới đây: Bảng 6. Kết quả thí nghiệm BTĐL dùng 2 loại đá dăm khác nhau Cường độ chịu Cường độ chịu cắt Cường độ chịu nén mẫu Ký hiệu Loại đá nén mẫu trụ (MPa) lập phương (MPa) mẫu dăm (MPa) 28 ngày 90 ngày 28 ngày 90 ngày 28 ngày Dăm SP 1,00 1,55 13,2 16,8 8,1 1 đá vôi SP2 Dăm Granit 0,91 1,47 14,0 17,5 8,7 Bảng 7. Kết quả thí nghiệm BTĐL dùng 2 loại đá dăm khác nhau (tiếp) Giá trị kéo Tính toán hệ Mô đun đàn Cường độ chịu Mô đun đàn dãn cực hạn số kháng nứt Ký hiệu mẫu hồi nén (GPa) kéo (MPa) hồi kéo (GPa) (x10-6) Φ (x10-4) 28 ngày 28 ngày 28 ngày 28 ngày 28 ngày SP1 9,598 0,75 9,983 121 0,65 SP2 13,330 0,76 12,378 95 0,41 120
5. 3.3 Nhận xét: rắn chắc và mô đun đàn hồi lớn có khả năng Từ bảng 6, 7 kết quả thí nghiệm cho thấy: Với kháng nứt kém hơn. cấp phối bê tông đầm lăn như nhau, chọn 2 loại đá 4. KẾT LUẬN dăm có tính năng vật lý và cơ học khác nhau, tính Hiện nay, xây dựng đập BTĐL khối lớn trên năng cơ học của BTĐL sẽ khác nhau; Thấy rằng Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đều với bê tông SP2 đá dăm granit so với bê tông SP1 có hiện tượng sinh các vết nứt trên bề mặt hoặc đá dăm từ đá vôi, thì cường độ chịu nén mẫu bê trong khối đổ bê tông, điều đó làm ảnh hưởng tông SP2 tăng không đáng kể (kể cả ở tuổi 28 ngày đến chất lượng BTĐL và dễ sinh ra hiện tượng hoặc 90 ngày), nhưng cường độ chịu cắt thì giảm thấm qua bê tông, giảm độ bền công trình. Tính đáng kể. Mô đun đàn hồi nén và kéo của bê tông kháng nứt của BTĐL bị ảnh hưởng bởi nhiều SP2 đều lớn hơn đáng kể so với bê tông SP1 (lớn yếu tố như: cấp phối, nhiệt độ, thi công, v,v hơn từ 39 – 24%), giá trị kéo dãn cực hạn của bê Bài viết này bằng phân tích lý thuyết và thực tông SP1 lớn hơn SP2 là 21%. nghiệm các tác giả đã chỉ ra rằng cốt liệu (đặc Từ kết quả ở bảng 7, lấy hệ số biến dạng biệt là cốt liệu lớn) có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt của BTĐL α = 7x10-6/oC, sự tăng đoạn tính kháng nứt của BTĐL. nhiệt ở 28 ngày tuổi của BTĐL T =20oC, dùng Để biểu thị khả năng kháng nứt của BTĐL có công thức (1) ở trên ta tính được hệ số kháng thể dùng hệ số Φ (công thức (1)) để tính toán sơ nứt Φ của 2 loại bê tông như cột cuối của bảng bộ và đánh giá khả năng kháng nứt của BTĐL. -4 7; Hệ số Φ của SP1 là: 0,65x10 lớn hơn Φ của Từ đó trong thiết kế cấp phối BTĐL lựa chọn -4 SP2 là: 0,41x10 . cốt liệu hợp lý vừa đảm bảo cường độ vừa ngăn Điều đó cho thấy BTĐL dùng đá dăm có độ ngừa và hạn chế nứt nẻ trong BTĐL. Tài liệu tham khảo: [1] 方坤河著，碾压混凝土材料、结构与性能．武汉大学出版社．2004.2 ．武汉； [2]刘数华，方坤河，曾力，孙永波．混凝土抗裂性能评价指标综述．公路（交通类核心 期刊）．2004.4：104～106； [3]刘数华，曾力，吴定燕．碾压混凝土抗裂性能研究．哈尔滨工业大学学报（核心期刊 、EI核心）．2005.10（待发）； [4]曾力，刘数华，吴定燕．提高碾压混凝土抗裂性能的试验研究．水力发电学报（核心 期刊，EI收录）．第二十三卷第五期2004.5：32～35； [5] Nguyen Nhu Oanh, Liu Shuhua, Fang KunheInfluence of Mineral Admixtures on Crack Resistance of Roller Compacted ConcreteKey Engineering Materials (Indexed by SCI, EI and ISTP); 2006. Abstract A STUDY OF AGGREGATE CHARACTERISTICS AFFECTING THE ANTI-CRACKING CAPABILITY OF ROLLER COMPACTED CONCRETE (RCC) Dr. Nguyen Nhu Oanh Building Materials Deparment The aggregate characteristic’s affecting anti-cracking capability of Roler Compacted Concrete (RCC) are studied in theory and experiment. An anti-cracking parameter Φ is introduced to indicate the anti- cracking capability of RCC. The parameter Φ can then be used as a guide line to evaluate the anti-cracking capability of RCC mixed with aggregates of different modulus of elasticity and strengh. Key words: anti-cracking capability; aggregate characteristics; Roller Compacted Concrete (RCC). 121