Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cường độ còn lại của bê tông vỏ hầm hải vân 2 sau khi chịu tác dụng ở nhiệt độ cao

NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CÒN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN 2SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO Học viên: Nguyễn Hoàng Thanh Quí Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông Mã số:

- -NGUYỄN HOÀNG THANH QUÍ

NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CÒN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN 2 SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO

Đà Nẵng - Năm 2019

- -NGUYỄN HOÀNG THANH QUÍ

NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CÒN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN 2 SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 85.80.205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi Các số liệu, kếtquả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ côngtrình nghiên cứu nào khác.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

NGUYỄN HOÀNG THANH QUÍ

Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả Quý Thầy Cô trong KhoaXây dựng Cầu Đường – Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã truyền đạt cho tôi những kiếnthức bổ ích trong suốt hai năm học vừa qua.

Tôi xin được tỏ lòng biết ơn và gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn VănThái, người trực tiếp hướng dẫn luận văn, đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi về kiếnthức cũng như phương pháp nghiên cứu, chỉnh sửa trong quá trình thực hiện luận vănnày

Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đãluôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luậnvăn

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếusót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của Quý Thầy Cô và tất cả bạnbè./

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

NGUYỄN HOÀNG THANH QUÍ

NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CÒN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN 2

SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO

Học viên: Nguyễn Hoàng Thanh Quí

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số: 85.80.205 Khóa: 36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độchịu nén của bê tông vỏ hầm Hải Vân 2 Tìm hiểu các chế độ và mốc nhiệt độ làm thayđổi tính chất hóa lý của thành phần bê tông Ngoài ra, luận văn còn mở rộng đối vớimác bê tông C25 và C50 để nghiên cứu sự ảnh hưởng của mác bê tông đến cường độchịu nén Kết quả đạt được có thể giúp cho các nhà quản lý, khai thác hầm Hải Vân nóiriêng và các công trình hầm nói chung xây dựng kịch bản phòng ngừa hay đưa ra cáccảnh báo sử dụng công trình sau khi xảy ra hỏa hoạn

Từ khóa:

Cường độ chịu nén, bê tông, vỏ hầm, nhiệt độ.

RESEARCH STRENGTH OF CONCRETE CONCRETE MARINE SHELLS 2 AFTER USING THE HIGH

TEMPERATURE

The thesis presents the research results of the influence of temperature oncompressive strength of Hai Van tunnel concrete shell 2 Understanding the regimeand temperature landmark that change the physical and chemical properties ofconcrete components In addition, the thesis also extends to the concrete grades C25and C50 to study the impact of concrete marks on compressive strength The achievedresults can help managers and operators of Hai Van Tunnel in particular and tunnelconstructions in general to develop preventive scenarios or issue warnings about usingthe works after a fire occurs

Keys:

Compressive strength, concrete, tunnel shells, temperature.

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục tiêu của đề tài: 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1

4 Phương pháp nghiên cứu: 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 2

6 Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Quá trình thủy hóa của hồ xi măng 3

1.1.1 Quá trình thủy hóa của C3S 3

1.1.2 Quá trình thủy hóa của C2S 5

1.1.3 Quá trình thủy hóa của C3A 5

1.1.4 Quá trình thủy hóa của C4AF 5

1.2 Những ứng xử xẩy ra bên trong bê tông khi chịu tác dụng của nhiệt độ 6

1.2.1 Vữa xi măng 8

1.2.2 Cốt liệu 8

1.3 Những thiệt hại của các công trình xây dựng do hỏa hoạn gây ra trên thế giới và ở Việt Nam 11

1.4 Tổng quan về công trình hầm Hải Vân 2 15

1.5 Kết luận 17

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 18

2.1 Mục tiêu 18

2.2 Vật liệu 18

2.2.1 Xi măng 18

2.2.2 Cát 18

2.2.3 Đá 20

2.2.4 Nước 21

2.2.5 Phụ gia 21

2.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông 22

2.3.2 Bảo dưỡng 24

2.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ nén 25

2.3.4 Kết luận 26

CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ NÉN CÒN LẠI CỦA BÊ TÔNG SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG CỦA NHIỆT ĐỘ CAO 27

3.1 Mục tiêu 27

3.2 Chương trình thí nghiệm 27

3.2.1 Mẫu thí nghiệm và chế độ tác dụng nhiệt 27

3.2.2 Thiết bị thí nghiệm 29

3.2.2.1 Lò sấy 29

3.2.2.2 Lò nung 30

3.2.2.3 Kiểm tra tốc độ gia nhiệt của lò sấy và lò nung 30

a) Tốc độ gia nhiệt của lò sấy 30

b) Tốc độ gia nhiệt của lò nung 31

3.3 Kết quả thí nghiệm 34

3.3.1 Sự ảnh hưởng của tác dụng cưỡng bức nhiệt theo chế độ 1 đến cường độ nén còn lại của các loại bê tông 38

3.3.2 Sự ảnh hưởng của tác dụng cưỡng bức nhiệt theo chế độ 2 đến cường độ nén còn lại của các loại bê tông 40

3.3.3 Sự ảnh hưởng của thời gian tác dụng nhiệt đến cường độ nén còn lại của các loại bê tông 41

3.3.4 Sự hủy hoại của bê tông dưới tác dụng cưỡng bức nhiệt độ 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Bảng 1.1 Tổng hợp một số vụ hỏa hoạn xảy ra trong hầm đường bộ 11

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm của xi măng Nghi Sơn PC40 18

Bảng 2.2 Bảng kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của cát tại mỏ cát Vân Ly 19 Bảng 2.3 Bảng kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát tại mỏ cát Vân Ly 19

Bảng 2.4 Bảng kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của đá tại mỏ đá Hố Chuồn 20

Bảng 2.5 Bảng kết quả thí nghiệm thành phần hạt của đá tại mỏ đá Hố Chuồn 21 Bảng 2.6 Bảng thông số kỹ thuật của phụ gia KKS Polymad 738 22

Bảng 2.7 Bảng thành phần cấp phối chuẩn cho 1m3 bê tông 22

Bảng 2.8 Kết quả kiểm tra cường độ nén của mẫu bê tông 25

Bảng 3.1 Số lượng mẫu thí nghiệm 29

Bảng 3.2 Thời gian gia nhiệt của lò sấy 31

Bảng 3.3 Thời gian gia nhiệt của lò nung 32

Bảng 3.4 Bảng tính cường độ chịu nén của bê tông mác 250 34

Bảng 3.5 Bảng tính cường độ chịu nén của bê tông mác 350 34

Bảng 3.6 Bảng tính cường độ chịu nén của bê tông mác 500 35

Bảng 3.7 Bảng tính cường độ chịu nén của bê tông mác 250 36

Bảng 3.8 Bảng tính cường độ chịu nén của bê tông mác 350 36

Bảng 3.9 Bảng tính cường độ chịu nén của bê tông mác 500 37

Bảng 3.10 Cường độ còn lại RT°C /R30°C của các loại bê tông sau khi chịu tác dụng cưỡng bức nhiệt theo chế độ 1 38

Bảng 3.12 Bảng tổng hợp hình ảnh mẫu bê tông ở các cấp nhiệt độ 43

Hình 1.1 Tiến trình thủy hóa C3S [1] 3

Hình 1.2 Hình thành dạng gel trên bề mặt của C3A ở giai đoạn bắt đầu của quá trình thủy hóa (a) ; C3A sau 3 phút thủy hoá 5

Hình 1.3 Bê tông chất lượng cao được sử dụng cho các công trình nhà cao tầng, cầu, hầm 7

Hình 1.4 Sự hủy hoại của đường hầm Mont-Blanc do hỏa hoạn năm 1999 7

Hình 1.5 Tiến trình thủy phân của hồ xi măng ở nhiệt độ cao (a) và tiến trình tái thủy hóa của hồ xi măng khi làm nguội (b) [2] 8

Hình 1.6 Phân tích nhiệt lượng của cốt liệu đá vôi (a), đá silic (b) và đá lửa (c) [10] 10

Hình 1.7 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Tauern năm 1999 11

Hình 1.8 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Mont Blanc năm 1999 12

Hình 1.9 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Frejus năm 2005 12

Hình 1.10 Hình ảnh vụ cháy đường hầm cao tốc ở California năm 2007 13

Hình 1.11 Sơ đồ miêu tả vụ cháy đường hầm Manche năm 2008 13

Hình 1.12 Hình ảnh xe tải bị cháy trong Hầm Hải Vân đêm 16/9/2015 14

Hình 1.13 Hầm đường bộ Đèo Cả được thông xe năm 2017 14

Hình 1.14 Hầm đường bộ Hải Vân 15

Hình 1.15 Lễ khởi công Dự án hầm đường bộ Hải Vân 2, năm 2016 16

Hình 1.16 Thi công tại hầm đường bộ Hải Vân 2 16

Hình 2.1 Biểu đồ thành phần hạt của cát 20

Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt của đá 21

Hình 2.3 Máy trộn bê tông và đúc mẫu thí nghiệm 24

Hình 2.4 Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm 24

Hình 2.5 Máy nén bê tông 25

Hình 3.1 Chế độ 1: Tốc độ gia nhiệt DT=3,5°C/phút và thời gian lưu giữ ở nhiệt độ lớn nhất là 60 phút 28

Hình 3.2 Chế độ 2: Tổng thời gian tác dụng nhiệt là 120 phút 28

Hình 3.3 Lò sấy 29

Hình 3.4 Lò nung 30

Hình 3.5 Kiểm soát nhiệt độ của lò sấy bằng nhiệt kế TP101 30

Hình 3.6 Biểu đồ xác định tốc độ gia nhiệt của lò sấy 31

Hình 3.7 Biểu đồ xác định tốc độ gia nhiệt của lò nung 33

Hình 3.8 Biểu đồ kiểm soát tốc độ gia nhiệt của lò nung cho mẫu có cấp nhiệt từ 300oC 33

Hình 3.9 Đường cong biểu diễn cường độ còn lại RT°C /R30° theo chế độ 1 38

Hình 3.12 Đường cong biểu diễn cường độ còn lại bình quân của các loại bê tông khi chịu tác dụng cưỡng bức nhiệt theo chế độ 1 và chế độ 2 41

Hình 3.13 Đường cong biểu diễn cường độ còn lại của các loại bê tông khi chịu tác dụng cưỡng bức nhiệt theo chế độ 1 và chế độ 2 42

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hầm Hải Vân là hầm đường bộ trên tuyến quốc lộ 1 nối tỉnh Thừa Thiên Huế vàthành phố Đà Nẵng Hầm được khời công xây dựng năm 2000 và khánh thành vàonăm 2005 Công trình giúp giảm các vụ tai nạn giao thông, tiết kiệm thời gian, chi phínhiên liệu so với đèo Hải Vân trước đây

Sau thời gian khai thác, lưu lượng các phương tiện qua hầm đã tăng cao, Bộ Giaothông vận tải đã phê duyệt dự án Hầm Hải Vân 2, được mở rộng từ hầm lánh nạn

Để hoàn thiện công trình và giúp công trình tăng tuổi thọ cũng như thẩm mỹ, bềmặt vỏ hầm được bọc một lớp bê tông xi măng để bao phủ

Trong quá trình khai thác, không tránh khỏi nguy cơ hỏa hoạn có thể xảy ra tronghầm, dẫn đến sự mất ổn định của bê tông dưới các dạng bong tróc bề mặt, nứt nẻ và cóthể bị nổ Trên thế giới cũng đã từng chứng kiến các vụ hỏa hoạn tại hầm Manche(1996 và 2008) nối liền Anh và Pháp, Tauern (1999) ở Áo, Mont Blanc (1999) nối liềnPháp – Ý, hay như công trình dân dụng như tháp Windsor – thủ đô Mandrid, Tây BanNha (2005) là những minh chứng cho sự mất ổn định này Sự mất ổn định của bê tôngsau hỏa hoạn làm cho kết cấu chịu lực bằng bê tông không còn đảm bảo điều kiện làmviệc như ban đầu

Vấn đề đặt ra là sau hỏa hoạn, kết cấu bê tông của công trình mà cụ thể là vỏ hầm

có còn duy trì khả năng chịu lực như ban đầu hay không?

Xuất phát từ lý do trên, đề tài “ Nghiên cứu cường độ còn lại của bê tông vỏ hầm Hải Vân 2 sau khi chịu tác dụng ở nhiệt độ cao ” là rất cần thiết Kết quả đạt

được có thể giúp cho các nhà quản lý, khai thác hầm Hải Vân nói riêng và các côngtrình xây dựng nói chung có những kịch bản phòng ngừa hay đưa ra các cảnh báo sửdụng sau khi hỏa hoạn xảy ra

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu đề tài này nhằm đạt được những mục đích sau:

 Đánh giá cường độ nén còn lại của bê tông vỏ hầm Hải Vân 2 (mác 350) saukhi chịu tác dụng ở nhiệt độ cao từ 30 đến 600°C

 Việc đánh giá này cũng được thực hiện mở rộng trên các loại bê tông có cường độ 25 và 50 MPa

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu của luận văn là bê tông xi măng vỏ hầm Hải Vân 2 đang được xây dựng ở thành phố Đà Nẵng

 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cường độ còn lại của bê tông vỏ hầm HảiVân 2 – mác 350 và các loại bê tông có cường độ 25, 50 MPa sau khi chịu tác dụng ở cácnhiệt độ: 80, 150, 300, 450 và 600°C với các tốc độ gia nhiệt khác nhau

4 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm:

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan về cơ sở lý thuyếtcủa bê tông xi măng và những ứng xử cơ – nhiêt xẩy ra bên trong bê tông khi chịu tácdụng của nhiệt độ

 Phương pháp thực nghiệm: đánh giá cường độ nén còn lại trên các mẫu đúc sau khi chịu tác dụng của nhiệt

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần làm sáng tỏ được sự tổn thất về cường độ của các loại bê tông xi măng dưới tác động của nhiệt

 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu này sẽ giúp cho nhà quản lý dự ánhầm Hải Vân nói riêng và các công trình sử dụng vật liệu bê tông nói chung hiểu rõ sựtổn thất về cường độ của bê tông khi chịu tác động của nhiệt độ, từ đó xây dựng kịch bảnphòng ngừa hay đưa ra các cảnh báo sử dụng công trình sau khi hỏa hoạn xảy ra

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được trình bày trong 3 chương:

 Chương 1: Tổng quan

 Chương 2: Vật liệu và thiết kế thành phần bê tông xi măng

 Chương 3: Thí nghiệm đánh giá cường độ còn lại của các loại bê tông dưới tác dụng của nhiệt độ

 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Quá trình thủy hóa của hồ xi măng

Bê tông xi măng là vật liệu đá nhân tạo, được tạo thành từ việc đông rắn hỗnhợp sử dụng chất kết dính thủy hóa là xi măng và các loại cốt liệu rời rạc: cát, sỏi, đádăm sau khi được nhào trộn với nước theo một tỷ lệ thích hợp

Sở dĩ hỗn hợp bê tông trở nên đông cứng và hình thành cường độ là do phảnứng hóa học giữa xi măng và nước – gọi là phản ứng thủy hóa của xi măng, mà kếtquả là hình thành các Hydrat khoáng - CSH Các hydrat này không tan và hoàn toàn

ổn định trong môi trường nước và an toàn dưới tác động của các chất hóa học

Các thành phần chính của xi măng bao gồm:

- Tricanxi silicat - 3CaO SiO2, ký hiệu C3S, chiếm khoảng 40-60%;

- Dicanxi Silicat - 2CaO SiO2, ký hiệu C2S, chiếm khoảng 15-35%;

- Tricanxi aluminat - 3CaO Al2O3, ký hiệu C3A, chiếm khoảng 4-14%;

- Alumoferit- 4CaO Al2O3 Fe2O3, ký hiệu C4AF, chiếm khoảng 10-18%;

- Thạch cao (Gypsum) dưới dạng: CaSO42H2O (CSH2); thạch cao khan CaSO4 0.5H2O (CSH0.5) hay CaSO4 (CS)

- Vôi CaO và Oxit khoáng

Khi nhào trộn với nước, quá trình thủy hóa xẩy ra giữa các thành phần chính của xi măng với nước diễn ra theo các giai đoạn như sau:

1.1.1 Quá trình thủy hóa của C 3 S

Quá trình thủy hóa C3S xẩy ra theo 3 giai đoạn được mô tả như (Hình 1.1)

Hình 1.1 Tiến trình thủy hóa C 3 S [1]

- Giai đoạn ngủ:

Khởi đầu là sự thủy hóa C3S do tác động của ion OH‾ diễn ra khi tiếpxúc với nước để hình hành C-S-H (Calcium Silicate Hydrate - C3S2H2)theo công thức sau:

2Ca3SiO5 + 6H2O → 6Ca2+ + 8OH‾ + 2H2SiO4 2

‾ + Q 3Ca2+ + 2H2SiO4 2

‾ + 2OH‾ → Ca3H2Si2O7(OH)2 + 3H2O Như vậy:

2C3S + 6H → C3S2H2 + 3CH + Q; với Q = 120cal/gTrong vài giây đầu, dung dịch là quá bão hòa bởi silicat canxi (C3S) Sựhình thành ion silicate ở giai đoạn đầu này rất nhanh Tuy nhiên, sự giatăng ngày càng lớn nồng độ pH doion (OH)- đã làm giảm tốc độ phảnứng

Dung dịch ngày càng bão hòa do sự hình thành Portlandite CH(Ca(OH)2) Kết thúc giai đoạn nghỉ - dormante

3Ca2+ + 6OH‾ → 3Ca(OH)2

- Giai đoạn ninh kết:

Sự hình thành C-S-H ngày càng nhiều Các tinh thể portlandite và cácsợi C-S-H đan xen lẫn nhau và lấp đầy dần dần các lỗ rỗng Vật liệungày càng trở nên đặc và cứng hơn

Mức độ thủy hóa theo thời gian (t) được đánh giá bằng tỷ số giữa lượng

C3S bị thủy hóa tại thời điểm t và lượng C3S ban đầu:

=

Bằng thực nghiệm, mức độ thủy hóa cũng được xác định bởi công

thức:

= 1 − −( )

với kN và n là những hằng số được xác định từ thực nghiệm

- Giai đoạn đông cứng:

Bắt đầu từ giờ thứ 12, lớp vỏ thủy hóa bao bọc các hạt C3S trở nên đủdày để làm giảm sự khuếch tán của các ion và của nước Sau vài tháng,tiến trình ngưng

Theo Nonat, CSH biến đổi theo 3 dạng:

- CSH(): với tỷ số giữa C/S vào khoảng 0.7 đến 1.0

- CSH(): với tỷ số giữa C/S vào khoảng 1.0 đến 1.5

- CSH(): với tỷ số giữa C/S trên 1.8

CSH có một cấu trúc là các lớp xếp chồng lên nhau Cấu trúc này tùy thuộcvào tỷ lệ của C/S Các CSH có cấu truc dạng sợi liên kết, góp phần rất lớn vàocường độ ban đầu của hồ xi măng

1.1.2 Quá trình thủy hóa của C 2 S

Phản ứng thủy hóa C2S dưới hình thức đơn giản sau:

2C2S + 5H → C3S2H4 + CH + Q, với Q vào khoảng 250J/g

Kết quả phản ứng này rất gần với kết quả thủy hóa của C3S

Quá trình thủy hóa C2S diễn ra tương tự như C3S tuy nhiên tiến trình này tỏanhiệt rất ít và xẩy ra rất chậm Điều này cho thấy là sự đóng góp của C2S vàocường độ của hồ xi măng sẽ bị chậm ở thời gian ban đầu Tuy nhiên, trong kỳ hạnlâu dài, nó đóng góp rất lớn cho cường độ của bê tông xi măng Portland

1.1.3 Quá trình thủy hóa của C 3 A

C3A phản ứng rất nhanh với nước để hình thành gel tự chuyển hóa thành cáchydrat hexagon (C2AH8 và C4AH13) phát triển thành dạng vẩy mỏng và không đều

C4AH13 + C2AH8 → 2C3AH6 + 9H + Q4Như vây:

C3A + 6H → C3AH6 + Q5Với nhiệt lượng Q5 vào khoảng 867 J/g

Khi có sự hiện diện của thạch cao CSH2, phản ứng tạo thành các tinh thểEttringite (Trisulfoaluminate de calcium hydrate - TSA):

3CaO Al2 3 + 3[CaSO4 2 2O] + 25 2O → [2 ( ) 6 ] 2 2 (SO 4 ) 3 25 2 Hay: C 3 A + 3CSH 2 + 25H → C

1.1.4 Quá trình thủy hóa của C 4 AF

Quá trình thủy hóa của C4AF xẩy ra với tốc độ chậm hơn và tỏa nhiệt ít hơn khi so với C3A và hình thành các hydrat chứa Fe2O3

Phản ứng thủy hóa C4AF như sau:

3C4AF + 30H → 4C3(A,F)H6 + 2(A,F)H3 +

Q Với nhiệt lượng Q vào khoảng 420 J/g

Khi có sự hiện diện của thạch cao CSH2, phản ứng sẽ hình thành:

C 3 (A, F)3CaSO 4 32 (Ettringite), C 3 (A, F)CaSO 4 12 và C 3 (A, F) 6

1.2 Những ứng xử xẩy ra bên trong bê tông khi chịu tác dụng của nhiệt độ

Nhờ có được những thuộc tính cơ học tốt, bền vững với môi trường, thời gian, dễtạo dáng và tận dụng được nguồn nguyên vật liệu địa phương, ngày nay bê tông là loạivật liệu rất phổ biến được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình dựng dândụng, công nghiệp; thủy lợi; cầu đường

Khi bổ sung thêm phụ gia, chất độn hoạt tính như bụi silic, bê tông lại sở hữuđược cường độ cao và rất cao (Hình 1.3)

Seattle, 1989 (120 MPa) Burj Al Arab Hotel, Dubai (80 Mpa)

Cầu Stolma, Norway (70.4Mpa)

St Clair River Tunnel (76.3 Mpa)

Hình 1.3 Bê tông chất lượng cao được sử dụng cho các công trình nhà cao tầng,

cầu, hầm

Tuy nhiên, thực tế cho thấy khi chịu tác dụng của nhiệt độ như trong trường hợphỏa hoạn, bê tông không còn duy trì được những thuộc tính cơ học như ban đầu màđánh mất sự ổn định làm suy yếu khả năng chịu lực của kết cấu bê tông Sự hủy hoạicủa đường hầm Mont-Blanc do hỏa hoạn năm 1999 là một minh chứng (Hình 1.4)

Hình 1.4 Sự hủy hoại của đường hầm Mont-Blanc do hỏa hoạn năm 1999

Ta biết rằng, bê tông là một vật liệu tổng hợp bao gồm chất kết dính xi măng, cốtliệu (sỏi, cát), nước và chất phụ gia Ngoài vai trò thủy hóa xi măng, nước còn giúp

cho hỗn hợp có được độ dẻo thích hợp để có thể dễ dàng trong việc đổ khuôn khi thicông Trong bê tông, nước tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: nước tự do, nước bịhấp phụ và nước liên kết hóa học.

Do tính không đồng nhất của bê tông, nên khi tiếp xúc với nhiệt độ, các thànhphần trong bê tông trải qua các biến đổi hóa - lý khác nhau

C6AS3H32 bị phân hủy hoàn toàn [2, 3]

 130 - 170°C : Thạch cao CSH2 bị phân hủy [7]

 Các CSH bị phân hủy khi nhiệt độ tăng 100°C đến 450°C [2, 3]

 450 - 550 °C : Sự phân hủy của portlandite tạo thành vôi và nước Ca(OH)2 → CaO+H2O [2, 3, 5, 6]

 600 - 700°C : CSH tiếp tục bị phân hủy và hình thành các dạng β-C2S [5] VàCaCO3 bắt đầu bị phân hủy thành CaO và CO2 khi nhiệt độ vượt quá 600°C [2,

5, 6]

Trong giai đoạn làm nguội sau khi nung, tiến trình tái thủy hóa diễn ra chậm vàhình thành các gel CSH và Portlandite mới [2] (Hình 1.5-b)

Hình 1.5 Tiến trình thủy phân của hồ xi măng ở nhiệt độ cao (a) và tiến trình tái

thủy hóa của hồ xi măng khi làm nguội (b) [2]

1.2.2 Cốt liệu

Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ xương bê tông và chiếm khoảng 60-80%khối lượng của bê tông Cốt liệu được sử dụng để sản xuất bê tông có nguôn gốc từ tựnhiên như đá xây, sỏi và cát sông suối

Khi tiếp xúc với hồ xi măng, các hạt cốt liệu có thể là phản ứng hoặc trung tính.Các hạt cốt liệu có nguồn gốc đá vôi cho thấy liên kết mạnh với hồ xi măng vì các

phản ứng hóa học xảy ra theo thời gian Các hạt cốt liệu trung tính (silic) không phảnứng với hồ xi măng nên có liên kết yếu.

Khi bê tông chịu tác dụng của nhiệt độ, ứng xử của cốt liệu cũng xẩy ra tùy thuộcvào bản chất khoáng học và thành phần hóa học của cốt liệu

Các cốt liệu đá vôi khá ổn định khi nhiệt độ lên đến 650°C Khi vượt quá ngưỡngnày, sự phân hủy CaCO3 xẩy ra dẫn đến sự hình thành khí (CO2) và vôi tự do (CaO).Điều này đưa đến sự mất mát khối lượng vào khoảng 40% (Hình 1.6-a) Trong giaiđoạn nguội, vôi (CaO) phản ứng với độ ẩm của không khí để tạo ra Portlandite (CH)

Sự hình thành Portlandite dẫn đến sự gia tăng các vết nứt trong bê tông sẽ dẫn đếngiảm cường độ còn lại của bê tông [5, 8]

Các cốt liệu thạch anh (silica) (Hình 1.6-b), cũng cho thấy sự ổn định khi nhiệt độlên đến 575°C Từ nhiệt độ 575°C, một sự thay đổi cấu trúc từ α sang β xẩy ra đưa đến

sự gia tăng thể tích từ 1% đến 5,7% và làm hủy hại trong bê tông [5]

Cốt liệu đá lửa mất khoảng 1% khối lượng (Hình 1.6-c) Tuy nhiên, các cốt liệunày lại mất ổn định khi nhiệt độ vượt quá 110 °C [9],[10] Đặc tính không ổn định ởnhiệt độ tương đối thấp dường như có liên quan đến sự hiện diện của nước bị trong các

lổ rỗng siêu nhỏ hoặc từ quá trình khử hydrat hóa của các nhóm silanol

(a)

 Hệ số biến dạng nhiệt thấp.

 Không tồn tại biến dạng dư ở giai đoạn làm nguội sau khi nung

 Độ ổn định nhiệt tốt, tức là ít xuất hiện các đỉnh trên đường cong phân tíchnhiệt vi sai và đường cong phân tích nhiệt lượng, nghĩa là ít hoặc không có sự thay đổipha

 Cốt liệu có cấu trúc đơn khoáng

1.3 Những thiệt hại của các công trình xây dựng do hỏa hoạn gây ra trên thế giới

và ở Việt Nam

Ngay khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ cao, bê tông cho thấy sự mất ổn định dưới cácdạng bong tróc bề mặt, nứt nẻ và có thể bị nổ Những hỏa hoạn xẩy ra ở các công trìnhdân dụng như tháp Windsor – thủ đô Mandrid, Tây Ban Nha (2005), hay công trình giaothông như hầm Manche (1996 và 2008) nối liền Anh và Pháp, Tauern (1999) ở Áo, Saint-Gothard (2001) ở Thụy sỹ là những minh chứng cho sự mất ổn định này Sự mất ổn địnhnày là do những chuyển hóa xẩy ra bên trong bê tông [12-14]

Những thiệt hại của các vụ cháy này được ghi nhận tại Bảng 1.1

Bảng 1.1 Tổng hợp một số vụ hỏa hoạn xảy ra trong hầm đường bộ

1 Hầm Manche Anh - Pháp 1996 46 mét đường hầm bị hư

hỏng nghiêm trọng

bị thương

3 Hầm Mont Blanc Pháp - Ý 1999 39 người chết

4 Hầm Frejus Pháp - Ý 2005 2 người chết, 17 người bị

thương

5 Hầm cao tốc California Mỹ 2007 3 người chết, 10 người bị

thương

6 Hầm Manche Anh - Pháp 2008 60 triệu euro sửa chữa

- Vụ cháy đường hầm Tauern (Áo) xảy ra vào ngày 29 tháng 5 năm 1999 làm 12người chết, 42 người bị thương Mất 3 tháng sửa chữa, khắc phục hậu quả, hầm Tauern

mở của trở lại vào ngày 28 tháng 5 năm 1999

Hình 1.7 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Tauern năm 1999

- Vụ cháy đường hầm Mont Blanc (nối liền Pháp và Ý) xảy ra vào ngày 24 tháng

3 năm 1999 làm 39 người chết Ngọn lửa của vụ cháy được dập tắt sau 53 giờ, nhiệt độlúc cao nhất là hơn 1000oC

Hình 1.8 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Mont Blanc năm 1999

- Vụ cháy đường hầm Frejus (nối liền Pháp và Ý) xảy ra vào ngày 04 tháng 6năm 2005 làm 2 người chết, 17 người bị thương Ngọn lửa của vụ cháy có nhiệt độ

tăng lên tới 1650oC Sau 6 năm kể từ ngày xảy ra vụ cháy tại hầm Mont Blanc nằm gần hầm Frejus, hệ thống đường hầm xuyên qua dãy Alps lại có một vụ cháy lớn

Hình 1.9 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Frejus năm 2005

- Vụ cháy đường hầm cao tốc California (Mỹ) xảy ra vào ngày 23 tháng 10 năm

2007 làm 3 người chết, 10 người bị thương Ngọn lửa của vụ cháy có nhiệt độ cao đã làmnứt và hư hỏng diện tích lớn bề mặt bê tông vỏ hầm, khiến hầm được dự báo có nguy cơ

bị sụp

Hình 1.10 Hình ảnh vụ cháy đường hầm cao tốc ở California năm 2007

- Vụ cháy đường hầm Manche hướng từ Anh sang Pháp (nối liền Anh và Pháp)xảy ra vào ngày 11 tháng 9 năm 2008 Vụ cháy không có thiệt hại về người tuy nhiên cónhiều người đã phải nhập viện do ngạt khói và bị thương nhẹ Mất 5 tháng sửa chữa,khắc phục hậu quả, hầm Manche đã trở lại hoạt động vào ngày 09 tháng 02 năm

2009 tiêu tốn 60 triệu Euro chi phí sửa chữa

Hình 1.11 Sơ đồ miêu tả vụ cháy đường hầm Manche năm 2008

Tính đến năm 2019, nước ta có 6 hầm đường bộ: hầm Thủ Thiêm (Hồ Chí Minh),hầm Hải Vân (Đà Nẵng – Huế), Hầm A.Roàng (Huế), Hầm Đèo Ngang (Quảng Bình –

Hà Tĩnh), Hầm Đèo Cả (Phú Yên), Hầm Cù Mông (Bình Định – Phú Yên) Trong quátrình vận hành, các công trình trên đã xảy ra các vụ cháy, với mức độ thiệt hại khônglớn, chưa có thiệt hại về người và công trình Tuy nhiên, với định hướng rút ngắn thờigian di chuyển thì số lượng công trình hầm đường bộ ngày càng nhiều, nguy cơ xảy racháy nổ sẽ càng lớn

Hình 1.12 Hình ảnh xe tải bị cháy trong Hầm Hải Vân đêm 16/9/2015

Hình 1.13 Hầm đường bộ Đèo Cả được thông xe năm 2017

Các vụ hỏa hoạn xảy ra trong hầm có những nguy hiểm đặc biệt, nhiều hơn sovới các vụ cháy xảy ra ở môi trường bên ngoài

- Đầu tiên, tỷ lệ giải phóng nhiệt cao (HHR) Trong không gian hạn chế củađường hầm, lượng nhiệt giải phóng ra lớn hơn nhiều so với không gian mở, HHR cao gấp

4 lần Các thử nghiệm trong đường hầm cho thấy một vụ cháy xe có thể tạo ra 2,5MWđến 5MW, xe chở hàng nặng từ 20MW đến 30MW và tàu chở dầu từ 50MW đến200MW

- Thứ hai, các khí độc hại: CO, CO2, SO2, NO2, HCl,… lẫn trong khói tích tụtrong không gian hẹp (tốc độ gió bằng không) lớp khói bị hạ nhiệt độ, phân tầng và lanrộng với tốc độ nhanh trong hầm Ngoài ra, lượng khói tỏa ra còn làm giảm nồng độ oxykhông khí xung quanh vùng xảy ra cháy và làm giảm tầm quan sát nhanh chóng, từ mứcgiới hạn 65%/100m xuống dưới 10%/100m Nồng độ oxy giảm 14 đến 16% thể tích gâykhó thở, nếu giảm dưới 9% sẽ đe dọa nghiêm trọng đến tính mạng nếu không kịp thoáthiểm

- Thứ ba, nhiệt độ đám cháy trong đường hầm là rất cao, có thể lên tới 1000oChoặc thậm chí cao hơn, nhiệt lượng cháy tỏa ra lớn có thể dẫn đến biến dạng các kiếntrúc, kết cấu của đường hầm, đối với các đám cháy lớn và kéo dài thậm chí có thể làmsụp đổ cục bộ một phần đường hầm

1.4 Tổng quan về công trình hầm Hải Vân 2

Hầm đường bộ Hải Vân gồm 1 hầm chính với chiều dài hơn 6,2km gồm: 1 hầmlánh nạn dài hơn 6,2km chạy song song với hầm chính, 1 hầm thông gió dài 1,9km và

3 hầm lọc bụi tĩnh điện cùng 15 ống hầm thông ngang Sau khi đưa vào sử dụng, hầmđường bộ Hải Vân không chỉ rút ngắn đáng kể đoạn đường qua đèo từ 21km xuốngcòn hơn 6,2km, bảo đảm an toàn cho các phương tiện qua lại đèo Hải Vân mà còn gópphần thúc đẩy phát triển kinh tế, du lịch, dịch vụ cho các địa phương trong khu vực

Hình 1.14 Hầm đường bộ Hải Vân

Tuy nhiên, đi cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, của khu vựcmiền Trung, mật độ phương tiện lưu thông trên Quốc lộ 1A, đặc biệt là đoạn qua miềnTrung nói chung, hầm đường bộ Hải Vân nói riêng ngày càng gia tăng mạnh mẽ Nênsau gần 10 năm khai thác, đến nay, hầm đường bộ Hải Vân đã trở nên quá tải, nhất làvào những lúc cao điểm, dẫn đến mất an toàn giao thông, gây ra ùn tắc, hỏa hoạn,v.v Vì vậy, việc đầu tư mở rộng Hầm đường bộ Hải Vân nhằm đáp ứng nhu cầu giaothông vận tải hiện tại và trong tương lai là vô cùng cần thiết.

Hình 1.15 Lễ khởi công Dự án hầm đường bộ Hải Vân 2, năm 2016

Dự án mở rộng hầm lánh nạn Hầm đường bộ Hải Vân thành hầm chính có điểm đầuthuộc thị trấn Lăng Cô, huyện Phú Lộc (TT-Huế) và điểm cuối thuộc phường Hòa HiệpBắc, quận Liên Chiểu (Đà Nẵng) với tổng chiều dài hơn 12,6km, trong đó, đường dẫnphía Bắc (nằm ở thị trấn Lăng Cô) dài 2,1km, đường dẫn phía Nam (nằm ở phường HòaHiệp Bắc) dài 4,3km, đường hầm dài hơn 6,2km, rộng 9,75m và tĩnh không hầm là 5m.Công trình được khởi công năm 2016, dự kiến hoàn thành năm 2019

Hình 1.16 Thi công tại hầm đường bộ Hải Vân 2

1.5 Kết luận

Khi nhào trộn xi măng với nước, quá trình thủy hóa xẩy ra giữa các thành phầnchính của xi măng với nước để tạo thành các CSH Nhờ có các CSH này mà hồ ximăng đông cứng và hình thành cường độ

Trong cấu trúc bê tông, hồ xi măng bao bọc các loại cốt liệu và lấp đầy vào lỗrỗng giữa các cốt liệu Vì thế, các thuộc tính cơ học của bê tông bị chi phối nhiều vàođặc tính của hồ xi măng

Khi tiếp xúc với nhiệt độ, các thành phần trong bê tông trải qua các biến đổi hóa

- lý khác nhau Cùng với sự gia tăng của nhiệt độ là sự ra đi của nước trong bê tông(nước tự do, nước hấp phụ và nước liên kết) Sự phá vỡ các CSH, CH và CaCO3 của vữa

xi măng là những tiến trình không đảo ngược mà làm cho bê tông đánh mất những thuộctính cơ học ban đầu của nó

Chiếm khoảng 60-80% khối lượng của bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khungxương cho bê tông Vì thế sự ổn định nhiệt của bê tông phụ thuộc rất nhiều vào tínhchất của cốt liệu Những ứng xử của cốt liệu tùy thuộc vào bản chất khoáng học vàthành phần hóa học của cốt liệu Những nghiên cứu khoa học cho thấy rằng, các cốtliệu đá vôi khá ổn định khi nhiệt độ lên đến 650°C Tuy nhiên, khi nhiệt độ vượt quángưỡng này, sự phân hủy CaCO3 xẩy ra và đưa đến sự sụt giảm khoảng 40% khốilượng Trong giai đoạn nguội, vôi (CaO) phản ứng với độ ẩm của không khí để tạo raPortlandite (CH) Sự hình thành Portlandite dẫn đến sự gia tăng các vết nứt trong bêtông sẽ dẫn đến giảm cường độ còn lại của bê tông Với cốt liệu thạch anh (silica) cũngcho thấy sự ổn định khi nhiệt độ lên đến 575°C Tuy nhiên khi vượt quá ngưỡng này,một sự thay đổi cấu trúc từ α sang β xẩy ra đưa đến sự gia tăng thể tích từ 1% đến5,7% và làm hủy hại trong bê tông Với cốt liệu là đá lửa, sự tổn thất khối lượng khá ítchỉ vào khoảng 1% Tuy nhiên, nó lại mất ổn định khi nhiệt độ vượt quá 110°C Mộtkhi cốt liệu có hệ số biến dạng nhiệt thấp, không tồn tại biến dạng dư sau khi chịu tácdụng nhiệt, không tồn tại sự thay đôi pha trong quá trình tác dụng nhiêt và có cấu trúcdơn khoáng sẽ giúp cho bê tông có được sự ổn định khi nhiệt độ gia tăng

Những thiệt hại từ hỏa hoạn gây ra cho các công trình sử dụng kết cấu bê tông là

to lớn Nó xẩy ra bất cứ nơi đâu và bất cứ lúc nào Hầm đường bộ Hải Vân 2 không làngoại lệ khi phải đối mặt với nguy cơ cao trong quá trình khai thác với lưu lượngphương tiện tham gia giao thông ngày càng tăng trong tương lai Nghiên cứu sự suygiảm cường độ của bê tông kết cấu vỏ hầm Hải Vân 2 sẽ đề cập trong các chương kếtiếp

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ CHƯƠNG TRÌNH THÍ

NGHIỆM 2.1 Mục tiêu

Vỏ hầm Hải Vân 2 sử dụng kết cấu bê tông nhằm mục đích bảo vệ kết cấu bêntrong của hầm, chống các xâm nhập của nước,… ngoài ra còn tăng tính thẩm mĩ chohầm Chính vì vậy kết cấu này cũng cần được bảo vệ trước các nguy cơ tiềm ẩn và đặcbiệt là nhiệt từ các vụ cháy có thể xảy ra

Tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu đá, cát, xi măng, nước và phụgia, nhằm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu sử dụng có phù hợp với các tiêuchuẩn đã quy định không trước khi tiến hành các bước nghiên cứu tiếp theo

Khi các nguồn vật liệu đảm bảo yêu cầu đề ra, tiến hành thiết kế thành phần chohỗn hợp BTXM mác 250; 350 và 500 Trong đó thành phần cho hỗn hợp BTXM mác

350 được sử dụng cho chế tạo vỏ hầm

2.2 Vật liệu

2.2.1 Xi măng

Dự án hầm Hải Vân 2 lựa chọn xi măng Kim Đỉnh PC40 để chế tạo bê tông vỏhầm Các chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng Kim Đỉnh PC40 được ghi trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm của xi măng Nghi Sơn PC40

TCVN 2682:2009

1 Độ mịn – Lượng nằm trên TCVN 4030:2003 % 2,0 ≤ 10sàng 0,09mm

-3 Thời gian ninh kết (Bắt đầu) TCVN 6017:1995 phút 114,0 ≥ 45

4 Thời gian ninh kết (Kết thúc) TCVN 6017:1995 phút 197,0 ≤ 375

-6 Độ ổn định thể tích theo Le TCVN 6017:1995 mm 1,37 ≤ 10Chatelier

7 Cường độ chịu nén (3 ngày) TCVN 6016:2011 N/mm2 32,09 ≥ 21

8 Cường độ chịu nén (28 ngày) TCVN 6016:2011 N/mm2 50,5 ≥ 40

2.2.2 Cát

Dự án hầm Hải Vân 2 lựa chọn cát tại mỏ cát Vân Ly, xã Điện Quang, huyệnĐiện Bàn, tỉnh Quảng Nam để chế tạo bê tông vỏ hầm Kết quả thí nghiệm của cátđược thể hiện trong Bảng 2.2, Bảng 2.3 và Hình 2.1

Bảng 2.2 Bảng kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của cát tại mỏ cát Vân Ly

TCVN 7570:2006

1 Khối lượng riêng TCVN 7572-4:2006 g/cm3 2,682

-2 Khối lượng thể tích ở trạng TCVN 7572-4:2006 g/cm3 2,654 thái khô

-3 Khối lượng thể tích ở trạng TCVN 7572-4:2006 g/cm3 2,665 thái bão hòa

-Bảng 2.3 -Bảng kết quả thí nghiệm thành phần hạt của cát tại mỏ cát Vân Ly

Cỡ sàng Lượng sót Sót riêng biệt Sót tích lũy Tỷ lệ lọt Yêu cầu

Hình 2.1 Biểu đồ thành phần hạt của cát 2.2.3 Đá

Dự án hầm Hải Vân 2 lựa chọn đá tại mỏ đá Hố Chuồn, xã Hòa Ninh, huyện HòaVang, thành phố Đà Nẵng với kích thước hạt 5-20 (mm) để chế tạo bê tông vỏ hầm.Kết quả thí nghiệm của đá được thể hiện trong Bảng 2.4, Bảng 2.5 và Hình 2.2

Bảng 2.4 Bảng kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của đá tại mỏ đá Hố Chuồn

TCVN 7570:2006

1 Khối lượng riêng TCVN 7572-4:2006 g/cm3 2,740

7 Độ hao mòn Los Angeles TCVN 7572-12:2006 % 20,10 ≤ 50

8 Hàm lượng tạp chất hữu cơ TCVN 7572-9:2006 Sáng Không

ngang được thẫmmẫu hơn mẫuchuẩn chuẩn

-Bảng 2.5 -Bảng kết quả thí nghiệm thành phần hạt của đá tại mỏ đá Hố Chuồn

Cỡ sàng Lượng sót Sót riêng biệt Sót tích lũy Tỷ lệ lọt Yêu cầu

thuật XL2)

Nước là thành phần giúp xi măng phản ứng tạo ra các sản phẩm thủy hóa làm chocường độ của bê tông tăng lên Nước còn tạo ra độ lưu động cần thiết để quá trình thicông được dễ dàng Yêu cầu kỹ thuật của nước dùng cho bê tông được nêu trongTCVN 4506:2012

Dự án hầm Hải Vân 2 sử dụng ngồn nước ngầm tại núi Hải Vân

2.2.5 Phụ gia

Dự án hầm Hải Vân 2 sử dụng phụ gia KKS Polymad 738 KKS Polymad 738 làphụ gia có tính năng duy trì độ sụt cho bê tông Thành phần bao gồm các polymer

polycarboxylate ether (PCE), được chế tạo để tạo độ xốp và phát triển cường độ sớm

cho bê tông

+ Khả năng giảm nước cao

+ Duy trì độ sut lâu dài từ 2 – 4 giờ

+ Độ chảy lỏng tốt, giảm đáng kể công tác đổ và đầm rung

+ Giảm đáng kể lượng xi măng sử dụng nhưng vẫn đạt mác bê tông thiết kế

+ Thúc đẩy sự phát triển cường độ sớm nhanh hơn

+ Cải thiện khả năng kháng từ biến và co ngót

- Ứng dụng:

+ Bê tông cường độ cao

+ Bê tông chất lượng cao đúc tại công trình

+ Bê tông cọc nhồi cường độ cao

+ Bê tông vỏ hầm, cầu và các kết cấu đúc sẵn

+ Các cấu kiện thanh mảnh có cốt thép dày đặc

KKS Polymad 738 có các thông số kỹ thuật được ghi trong Bảng 2.6

Bảng 2.6 Bảng thông số kỹ thuật của phụ gia KKS Polymad 738

Giảm lượng nước so với bê tông không dùng phụ gia % 20-40

Tăng cường độ so với bê tông không dùng phụ gia %

-2.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông

Dựa vào thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông xi măng mác 350 đang thi công,

tiến hành thiết kế thêm hai thành phần cấp phối bê tông cho mác 250 và 500 khi sử

dụng các loại vật liệu tương tự Tỷ lệ các các thành phần hỗn hợp bê tông được ghi

2.3.1 Đúc mẫu

Dựa vào thành phần cấp phối bê tông được nêu trong Bảng 2.8, tiến hành cânđong đủ khối lượng cho 1 mẻ trộn Máy trộn được sử dụng là máy trộn bê tông 200 lít(Hình 2.3)

Quy trình trộn bê tông bằng máy:

+ Các lần thêm nước cần được đong cẩn thận để kiểm soát lượng nước sử dụng

Bước 3: Vệ sinh máy sau quá trình làm việc

+ Sau khi kết thúc quá trình làm việc phải vệ sinh máy sạch sẽ, dùng chổi và cọ

để cọ sạch xi măng bám dính vào thùng trộn rồi rửa sạch bằng nước Sau khi vệ sinh sạch sẽ máy xong thì ngắt toàn bộ nguồn điện để đảm bảo an toàn

Sử dụng các khuôn hình lập phương có kích thước 15x15x15cm để đúc mẫu.Trước khi đổ các khuôn đúc cần được vệ sinh sạch bề mặt, quét lớp dầu nhớt, sắp xếpgọn gàng Các công việc này cần hoàn thành trước khi tiến hành trộn vữa bê tông.Sau khi trộn đều vữa bê tông trong máy trộn, tiến hành lấy mẫu để kiểm tra độ sụt Nếu độ sụt đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thì mới sử dụng vữa bê tông của mẻ trộn đó.Tiến hành đổ vữa bê tông vào các khuôn đúc, sao cho bề mặt của bê tông được làm phẳng

Các mẫu sau khi tháo khuôn được dưỡng hộ trong bể nước theo đúng quy định.Việc bảo dưỡng được tiến hành cho đến ngày thứ 28 kể từ ngày đúc mẫu.

Hình 2.4 Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm

2.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ nén

Thiết bị sử dụng để xác định cường độ chịu nén của mẫu bê tông là máy nén bêtông tại phòng thí nghiệm của Dự án Hầm Hải Vân 2 Máy được đặt cố định tại phòngthí nghiệm và được kiểm định thường xuyên mỗi năm 1 lần

Hình 2.5 Máy nén bê tông

Sau 28 ngày bảo dưỡng, mẫu được vớt ra để ráo trước khi thí nghiệm xác đinhcường độ nén

Quy trình xác định cường độ chịu nén của mẫu bê tông tuân theo tiêu chuẩnTCVN 3118:1993

Công thức xác định cường độ chịu nén của của viên mẫu bê tông:

Rn = P/F (daN/cm2)

Trong đó: Rn: Cường độ chịu nén của bê tông (daN/cm2),

P: lực nén phá hoại mẫu (daN)F: diện tích mặt chịu nén của viên mẫu (cm2)Kết quả thí nghiệm được trình bày trong Bảng 2.8 trong đó giá trị cường độ chịunén của mỗi tổ mẫu được xác định bằng trung bình cộng của cường độ chịu nén của 3mẫu thí nghiệm theo điều 4.3.1 tại tiêu chuẩn TCVN 3118:1993

Bảng 2.8 Kết quả kiểm tra cường độ nén của mẫu bê tông