Bài viết trình bày các kết quả thực nghiệm xác định ảnh hưởng của độ ẩm trong bê tông đến một số đặc trưng cường độ của bê tông, gồm: Cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn.
Trang 123
THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ĐẾN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG
Nguyễn Quốc Huy
Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Trần Thế Truyền Bùi Thanh Tùng Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt
Bài báo trình bày các kết quả thực nghiệm xác
định ảnh hưởng của độ ẩm trong bê tông đến
một số đặc trưng cường độ của bê tông, gồm:
cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và
cường độ chịu kéo khi uốn Thí nghiệm được
tiến hành trên các mẫu bê tông có cường độ
danh định f’ c = 25MPa (ký hiệu C25) và f’ c =
40MPa (ký hiệu C40) Kết quả thí nghiệm cho
thấy ảnh hưởng đáng kể của độ ẩm trong bê
tông đến các đặc trưng cường độ của bê tông
Abstract
This article presents experimental results to
determine the effect of concrete moisture on
typical mechanical characteristics of concrete
including compressive strength, split strength
and flexural strength Two types of concrete
with compressive strength 25 MPa (named
C25) and 40 MPa (named C40) are used to
fabricate specimens The result shows the
significant effects of concrete moisture on
concrete strengths
Từ khóa
Bê tông, Cường độ của bê tông, Độ ẩm
1 Đặt vấn đề
Hiện nay, bê tông xi măng (BTXM) được sử dụng phổ biến trong các công trình, kết cấu xây dựng Loại vật liệu đá nhân tạo này có tính bền vững, tồn tại lâu dài Nhiều công trình được thiết kế xây dựng bằng bê tông tồn tại cả trăm năm vẫn được sử dụng và khai thác trong thời điểm hiện tại Tuy nhiên, qua thời gian cùng với những tác động của môi trường làm ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông Các yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm đều ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực của kết cấu bê tông
Một số nghiên cứu đã công bố đề cập về ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ bê tông [4], [5], [6], [7] cho thấy độ ẩm ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử cơ học của bê tông Trong bê tông luôn tồn tại nước trong cấu trúc rỗng; dưới tác động của tải trọng sẽ gây ra áp lực tác động vào nước trong các lỗ rỗng và truyền vào cấu trúc phân tử bê tông gây ra các thay đổi về ứng xử cơ học Các trạng thái về độ ẩm trong bê tông (trạng thái bão hòa, trạng thái khô hoàn toàn hoặc trạng thái không bão hòa) ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học của bê tông
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng cơ học của bê tông chưa được đề cập nhiều
Do đó, việc đánh giá tác động của độ ẩm đến các đặc trưng cơ học của bê tông sử dụng trong xây dựng công trình là cần thiết Bài báo này giới thiệu các kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ ẩm trong bê tông đến: cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông Kết quả nghiên
Trang 224
cứu sẽ là cơ sở quan trọng cho các tính
toán ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép
có xét đến độ ẩm trong bê tông
2 Công tác thí nghiệm
2.1 Cơ sở lập đề cương thí nghiệm
Đề cương thí nghiệm được thành lập
trên cơ sở các tiêu chuẩn Việt Nam hiện
hành như: TCVN 7572:2006, TCVN
3118:1993, TCVN 3119:1993, TCVN
3120:1993 Ngoài ra, còn căn cứ vào các
kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của độ
ẩm đến các đặc trưng cơ lý cở bản của bê
tông đã công bố trên thế giới Các thí
nghiệm được thực hiện tại Phòng thí
nghiệm Cơ học đất – Vật liệu Xây dựng và
kết cấu công trình (LAS-XD154)
2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm
Bê tông thí nghiệm là bê tông
thường có cường độ chịu nén danh định:
f’c = 25MPa và f’c = 40MPa được thiết kế với thành phần cấp phối hạt và chất kết dính tương ứng (Bảng 1) Cường độ của các mẫu thí nghiệm được xác định từ cường độ nén trung bình các mẫu kiểm chứng Đối với mẫu kiểm chứng, xác định cường độ chịu nén danh định mỗi cấp bê tông bằng cách đúc 9 mẫu thí nghiệm: 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế; 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế bớt 10% xi măng; 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế thêm 10% xi măng; Tải trọng lớn nhất gây phá hủy các mẫu được ghi nhận để kiểm chứng và điều chỉnh thành phần BTXM cho phù hợp với 2 cấp
bê tông thiết kế
Bảng 1: Thành phần BTXM đúc mẫu có cường độ 25MPa và 40MPa
Các dạng mẫu sử dụng trong thí
nghiệm gồm: Các mẫu hình lập phương
kích thước 10x10x10(cm) để xác định
cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu
nén của bê tông; Các mẫu dầm chữ nhật
chịu uốn kích thước 10x10x40(cm) để xác định cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông; Các mẫu hình trụ kích thước 10x20(cm) để xác định cường độ chịu nén của bê tông
Hình 1 Chế tạo và phân loại mẫu thí nghiệm
Các thiết bị, máy móc thí nghiệm
được sử dụng bao gồm: Máy nén mẫu; Lò
sấy đến 250oC; Máy thử uốn; Các giá đỡ mẫu thí nghiệm; Thước lá kim loại; Các
Trang 325
khuôn đúc mẫu và các thiết bị cần thiết
khác
2.2 Quy trình thí nghiệm
Sau khi đúc, mẫu được bảo dưỡng ở
điều kiện chuẩn trong 28 ngày (các mẫu
được ngâm nước ngay sau khi tháo ván
khuôn) Sau 28 ngày ngâm nước, các mẫu
thử được lấy ra và cân khối lượng rồi chia
ra làm 4 nhóm, mỗi nhóm gồm 3 mẫu
thử Nhóm 1 được duy trì ở 25oC và thí
nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý ngay
Nhóm 2, nhóm 3 và nhóm 4 được nung
tương ứng ở các nhiệt độ khác nhau là
40oC, 80oC và 105oC trong vòng 2 ngày, gia tăng nhiệt độ trong quá trình nung là
10oC/1h Việc nung các mẫu dừng lại khi
độ mất mát khối lượng sau 1 ngày đêm nhỏ hơn 1% Khối lượng các mẫu được ghi lại theo nhiệt độ nung nhằm đánh giá mức
độ bay hơi của nước trong bê tông ở các nhiệt độ khác nhau Sau khi nung, mẫu thử được làm nguội đến 45oC và duy trì đến khi thí nghiệm
a) Sấy mẫu b) Thí nghiệm nén mẫu lập phương và mẫu trụ
a) Thí nghiệm uốn mẫu b) Thí nghiệm ép chẻ mẫu
Hình 2 Sấy mẫu thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm
3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén
Số liệu khảo sát sự thay đổi cường độ chịu nén của bê tông theo độ ẩm của mẫu bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 3
Hình 3 Biểu đồ ảnh hưởng của độ bão hòa nước đến cường độ chịu nén
Trang 426
Kết quả thí nghiệm cho thấy, cường
độ chịu nén của bê tông tăng dần khi độ
ẩm tăng, nhưng khi độ ẩm trong cấu kiện
đạt khoảng 85% đến khi bão hòa hoàn
toàn thì cường độ chịu nén của bê tông
giảm Cường độ chịu nén nhỏ nhất khi độ
ẩm trong bê tông đạt trạng thái bão hòa
hoàn toàn Kết quả này khá tương đồng
với kết quả thí nghiệm của M Albert
GIRAUD và M Abdelhafid KHELIDJ [6]
Hiện tượng này theo quan điểm chủ quan
của nhóm nghiên cứu có thể giải thích như
sau: Khi độ ẩm trong bê tông tăng dần,
chưa đến ngưỡng bão hòa, cấu trúc rỗng
trong bê tông tồn tại hai pha lỏng và khí;
Khi nén mẫu, pha khí bị ép giảm thể tích,
pha lỏng chiếm chỗ một phần pha khí, sức
căng bề mặt của nước được phát huy làm
cho cường độ của mẫu bê tông tăng; Ở
trạng thái độ ẩm đạt khoảng 85%, nước
chiếm gần hết thể tích các lỗ rỗng Khi
nén mẫu ở trạng thái này, áp lực nén tác
động lên cấu trúc bê tông không chỉ có lực
nén thí nghiệm mà còn một phần áp lực
nén do nước trong lỗ rỗng tiếp nhận tác
động ngược trở lại Áp lực do nước tiếp
nhận này lớn hơn so với sức căng bề mặt
tạo ra nên làm gia tăng áp lực lên cấu trúc
bê tông, do đó làm giảm khả năng chịu
nén của bê tông
3.2 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu
ép chẻ
Số liệu khảo sát thay đổi cường độ
chịu ép chẻ của bê tông theo độ ẩm của
mẫu bê tông được thể hiện trong biểu đồ
hình 4
Hình 4 Biểu đồ ảnh hưởng của độ bão hòa
nước đến cường độ chịu ép chẻ
Kết quả thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ chịu ép chẻ là không lớn Kết quả này khá phù hợp với kết quả thí nghiệm của Xudong Chen [5] Hiện tượng này có thể giải thích như sau: Ở trạng thái gần bão hòa, các lỗ rỗng trong bê tông bị nước hoàn toàn chiếm chỗ, vì vậy khi ép chẻ mẫu dưới ảnh hưởng do sức căng bề mặt của nước làm cho cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông tăng; Ở trạng thái khô hoàn toàn, khi ép chẻ mẫu thì chỉ có cấu trúc của bê tông chịu nên cường độ chịu kéo tương đối lớn; Còn ở trạng thái trung gian, các lỗ rỗng vừa có nước vừa có không khí, việc
ép chẻ mẫu phần nào tác động áp lực vào nước và thể khí này, làm tăng thêm áp lực vào cấu trúc bê tông, dẫn đến suy giảm cường độ chịu ép chẻ của bê tông
3.3 Kết quả thí nghiệm cường độ kéo uốn
Số liệu khảo sát thay đổi cường độ kéo uốn của bê tông theo độ ẩm của mẫu
bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 5
Hình 5 Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước
đến cường độ kéo uốn
Kết quả thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng đáng kể của độ ẩm đến cường độ kéo uốn Hiện tượng này theo quan điểm của nhóm nghiên cứu có thể giải thích như sau: Ở trạng thái gần bão hòa, nước chiếm gần hết thể tích các lỗ rỗng, khi kéo uốn mẫu dưới ảnh hưởng do sức căng
bề mặt của nước làm cho cường độ kéo uốn của bê tông tăng; Ở trạng thái khô hoàn toàn, khi kéo uốn mẫu thì chỉ có cấu trúc của bê tông chịu và không có nước trong lỗ rỗng nên giảm trọng lượng tác dụng lên mẫu thí nghiệm, nên cường độ
Trang 527
kéo uốn tương đối lớn; Còn ở trạng thái
trung gian, các lỗ rỗng vừa có nước vừa
có không khí, sức căng bề mặt không đủ
lớn trong khi trọng lượng tác động lên
mẫu kéo uốn tăng, dẫn đến suy giảm
cường độ kéo uốn của mẫu thí nghiệm
4 Kết luận
Hàm lượng độ ẩm trong bê tông ảnh
hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén
cũng như cường độ chịu ép chẻ và cường
độ chịu kéo khi uốn của bê tông Các thí
nghiệm được tiến hành đã giúp đánh giá
ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng
cơ lý cơ bản của BTXM thông thường trong xây dựng tại Việt Nam ở cấp 25MPa và 40MPa Một số quy luật thay đổi về các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của BTXM theo độ ẩm
đã được thiết lập Qua đó góp phần làm rõ việc đánh giá toàn diện ảnh hưởng của độ
ẩm đến các chỉ tiêu cơ lý của BTXM Kết quả này là một cơ sở tham khảo bước đầu cho việc phân tích ứng xử các kết cấu bê tông cốt thép có xét đến hàm lượng độ
ẩm trong bê tông
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Bộ Xây dựng, 1993 Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén Tiêu chuẩn Việt Nam 3118:1993
2 Bộ Xây dựng, 1993 Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ kéo khi uốn Tiêu chuẩn Việt Nam 3119:1993
3 Tiêu chuẩn Việt Nam 3120:1993, 1993 Phương pháp thử cường độ kéo khi bửa Bộ Xây dựng
4 Guang Li, 2004 The effect of moisture on the tensile strength properties of concrete Master of Engineering,
University of Florida
5 Jikai Zhou, Wanshan Huang & Xudong Chen, December 2012 Effect of moisture content on compressive and split tensile strength of concrete, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences Vol.19, pp.427-435
6 M Albert GIRAUD, M Abdelhafid KHELIDJ, 2005 Modelisation du comportement hydromecanique d’un mortier sous compression et dessiccation Thèse de doctorat Université des Sciences et Technologies de Lille
7 Samir N Shoukry, Gergis W William, Brian Downie, Mourad Y Riad, 2009 Effect of moisture and temperature on the machanical properties of concrete, Proceeding of the SEM Annual Conference June USA