VAI TRÒ CỦA SỢI POLYPROPYLENE TRONG VIỆC LÀM GIẢM BIẾN DẠNG MỀM CỦA BÊ TÔNG

Chia sẻ: Nguyen Trung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

. Đặt vấn đề Bê tông bị nứt do co mềm là hiện tượng phổ biến, đặc biệt là đối với các kết cấu có diện tích mặt thoáng lớn. Các vết nứt này thường xảy ra trên bề mặt bê tông với độ sâu 13cm. Nguyên nhân chủ yếu gây nứt bê tông do co mềm được kết luận như sau [1, 3, 4]:  Do nước thoát ra khỏi mạch rỗng tạo ra áp suất mao dẫn âm làm thay đổi thể tích của đá xi măng;  Bê tông chưa đủ cường độ để kháng lại ứng...

Chủ đề:

POLYPROPYLENE

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: VAI TRÒ CỦA SỢI POLYPROPYLENE TRONG VIỆC LÀM GIẢM BIẾN DẠNG MỀM CỦA BÊ TÔNG

V AI TRÒ CỦA SỢI POLYPROPYLENE TRONG VIỆC LÀM GIẢM BIẾN DẠNG MỀM CỦA BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NÓNG ẨM VIỆT NAM TS. NGUYỄN TIẾN BÌNH TS. TRẦN BÁ VIỆT Viện KHCN Xây dựng 1. Đặt vấn đề B ê tông bị nứt do co mềm l à hi ện tư ợng phổ biến, đặc biệt l à đ ối với các kết cấu có diện tích mặt thoáng lớn. Các vết nứt n ày thư ờng xảy ra tr ên b ề mặt b ê tông v ới độ sâu 1 3cm. Nguyên nhân chủ yếu gây nứt bê tông do co m ềm đ ư ợc kết luận nh ư sau [1, 3, 4]:  D o nư ớc thoát ra khỏi mạch rỗng tạo ra áp suất mao dẫn âm l àm t hay đổi thể tích của đá xi m ăng;  B ê tông chưa đủ cư ờng độ để kháng lại ứng suất kéo sinh ra do co mềm không đ ư ợc thực hiện trong bê tông. T heo k ết quả nghi ên c ứu của Viện KHCN XD [1], trong môi trư ờng khí hậu nóng ẩm Việt Nam, bê tông chưa r ắn chắc khôn g chỉ bị co mềm m à còn bị nở mềm . Và vì v ậy, thuật ngữ bi ến dạng mềm đã đư ợc sử dụng trong công tác b ê tông ở Việt Nam, bao gồm cả co v à n ở mềm. Hiện t ư ợng n ở mềm trong bê tông chưa r ắn chắc có ảnh h ư ởng rất xấu tới chất l ư ợng b ê tông. Ở giai đoạn này, các vết nứt mở rộng hơn, phát triển sâu hơn vào trong l òng khối b ê tông và làm suy gi ảm chất lượng của cấu ki ện. Việc sử dụng sợi polypropylene (PP) trong thành ph ần chế tạo b ê tông có th ể khắc phục đ ư ợc đáng kể hiện tư ợng này do các s ợi PP mảnh và phân tán đều trong hỗn hợp l àm tăng cư ờng khả năng chịu kéo của của b ê tông ở trạng thái dẻo, l àm gi ảm quá tr ình phát triển v à m ở rộng vết nứt, làm gi ảm chiều sâu của các vết nứt, từ đó nâng cao đư ợc chất lư ợng của b ê tông [2, 4, 6]. Hi ệu quả sử dụng sợi PP, trong h ạn chế biến dạng mềm, đ ư ợc nhận thấy r õ nhất khi thi công các cấu kiện bê tông có bề mặt thoáng lớn, với tỷ lệ sử dụng sợi tối ư u từ 0,1- 0,3% theo thể tích [ 2, 7, 8, 9]. Tuy nhiên, trong th ực tế, hiệu quả hạn chế biến dạng mềm của sợi phụ thuộc v ào r ất nhi ều yếu tố khác nhau như nhi ệt độ, độ ẩm môi trư ờng, biện pháp thi công, loại v à hình dáng c ấu kiện, diện tích bề mặt thoáng v.v… B ài báo này sẽ xem xét tác dụng của sợi PP trong việc hạn chế biến dạng mềm trong đi ều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam, v ào m ùa hè ở 3 m ô hình đ o (trình bày trong ph ần 2.2 của bài báo). 2. Vật liệu và mô hình thí nghiệm 2.1. Vật liệu thí nghiệm Trong thí nghi ệm sử dụng 2 cấp phối bê tông M50 và M70. C ốt liệu chế tạo b ê tông có đư ờng kính Dmax=10mm. Phụ gia si êu dẻo gốc polycarboxylat đ ư ợc điều chỉnh để độ sụt đạt 16- 18cm. L ư ợng sợi PP sử dụng trong cấp phối b ê tông là 0.1% theo thể tích. Mô hình thí nghiệm 2.2. N ghiên c ứu về biến dạng mềm của bê tông có và không s ợi đ ư ợc thực hiện tr ên 3 mô hình đo ( hình 1):  Mô hình 1: M ẫu b ê tông đặt tr ên n ền tr ơn nh ẵn, trong mỗi mẫu có 4 thanh thép gai  12 đặt theo c hi ều dọc khuôn, khoảng cách từ mép bê tông t ới mép ngo ài của thanh thép dày 1cm. Các thanh t hép này đư ợc định vị bằng các thanh thép đai 4, b ố trí dọc theo chiều d ài với khoảng cách đều n ha u 5cm/đai thép. Mô hình này nhằm xác định ảnh h ư ởng của cốt thép, đai thép tới biến dạng m ềm của b ê tông đ ối với mẫu có và không sợi;  Mô hình 2: M ẫu b ê tông đ ặt tr ên nền tr ơn nhẵn, không có cốt thép để tự do biến dạng m à không bị bất kỳ cản trở nào. K ết q uả của phép đo sẽ cho số liệu đối chiếu giữa b ê tông có và không sợi k hi đư ợc biến dạng tự do với các mô hình đ o bi ến dạng khác; M ô hình 3: Mẫu thí nghiệm không có thép đư ợc đổ lên trên m ặt nền bê tông M30 đủ 28 ng ày tuổi  đ ã đ ư ợc đổ v à b ảo dư ỡng theo TCVN 5592:1991. K ết quả đo biến dạng mềm tr ên mô hình này s ẽ cho biết ảnh hư ởng của bề mặt tiếp xúc giữa b ê tông c ũ tới biến dạng mềm của bê tông có và k hông s ợi, khi chúng đ ư ợc thi công l ên trên.
MÆt mÉu g¾n tÊm t«n NÒn BT, kh«ng thÐp 100x100x0,3mm §ång hå ®o MÉu ®o biÕn d¹ng mÒm Bª t«ng nÒn M300 NÒn tr¬n, kh«ng thÐp Kim ®o Thanh g¾n ®ång hå b. M ẫu không thép tr ên n ền bê tông §ång hå ®o MÉu ®o biÕn d¹ng mÒm §Õ gi¸ ®o b»ng thÐp, =5mm NÒn tr¬n, cã thÐp 4, a=50 412 §ång hå ®o §Õ gi¸ ®o b»ng c. M ẫu có hoặc không thép tr ên nền tr ơn thÐp, =5mm a. Sơ đồ các mô h ình đ o Hình 1. M ô hình đo bi ến dạng mềm 2.3 Thao tác và thiết bị thí nghiệm -1 C ác thí nghi ệm đ ư ợc thực hiện với 2 mô đun hở Mh = 20 và 30m ( mô đun hở Mh l à tỷ số giữa bề m ặt thoáng của bê tông có tiếp xúc với thi ên nhiên và th ể tích khối b ê tông [1]). Đ ể thiết lập 2 modun h ở n ày, các mẫu b ê tông đư ợc lót bằng một lớp nylon để chống mất nư ớc khỏi bê tông trong giai đ oạn thực hiện các thao tác chuẩn bị. Khi tiến h ành đo, tu ỳ theo giá trị Mh dự kiến, gỡ lớp nylon ở 2 h oặc 3 mặt để cho nư ớc đ ư ợc bay h ơi tự do tại các vị trí mặt thoáng của b ê tông. Các s ố liệu thí n ghi ệm đư ợc xác định gồm: - Độ mất nước: Đư ợc xác định bằng cách cân vi ên m ẫu kích th ư ớc 10x10x10cm tr ên cân đi ện tử có đ ộ chính xác 0,1 gam trong m ỗi giờ kể từ khi bắt đầu ghi số đọc đồng hồ đo biến dạng mềm đầu tiên cho t ới khi giá trị biến dạng giảm chậm (khoảng 5 - 7 giờ kể từ khi tiến h ành đo); - Biến dạng mềm: Đư ợc xác định qua 2 đồng hồ đo biến dạng có độ chính xác 0,002mm đặt ở 2 đầu mẫu b ê tông. Ở m ỗi đầu mẫu n ày đặt các tấm tôn mỏng 0,5mm kích thư ớc 9,5x9,5cm, gắn chặt vào m ẫu b ê tông trong quá trình t ạo hình nh ờ 2 râu thép  1 buộc chặt v ào đ ầu tấm tôn. Vị trí đầu kim đo ti ếp xúc với bề mặt mẫu b ê tông và đư ợc điều chỉnh vào kho ảng giữa tâm điểm của tấm tôn. Các phép đo đư ợc thực hiện 15 phút/lần trong 2h đầu v à 30 phút/l ần ở khoảng thời gian tiếp theo v à kéo dài trong 6h. 3. Kết quả thí nghiệm 3.1. Giải thích ký hiệu Trong thí nghi ệm sử dụng 2 cấp phối bê tông mác 50 và 70 MPa, với lư ợ ng s ợi PP sử dụng 0,1% t heo th ể tích. Kết quả thí nghiệm đư ợc trình bày trong hình 2 tới hình 7. Các ký hi ệu trong hình vẽ đ ư ợc giải thích trong bảng 1. Bảng 1. Ý nghĩa ký hiệu trong các hình bi ểu diễn kết quả đo biến dạng mềm K ý hiệu ý nghĩa TT -1 Mẫu có sợi (CF51 hoặc CF71), có thép, mô đun hở 20 hoặc 30 m 1 S T 23 -1 Mẫu không sợi (CF50 hoặc CF70), có thép, mô đun hở 20 hoặc 30m 2 K T 23 -1 Mẫu có sợi biến dạng tự do, mô đun hở 20 hoặc 30 m 3 S R 23 -1 Mẫu không sợi biến dạng tự do, mô đun hở 20 hoặc 30 m 4 K R 23 -1 Mẫu có sợi biến dạng tr ên nền bê tông, mô đun hở 20 hoặc 30 m 5 S N 23 -1 Mẫu không sợi biến dạng tr ên nền bê tông, mô đun hở 20 hoặc 30 m 6 K N 23 3.2. Kết quả thí nghiệm C ác c ấp phối bê tông thí nghi ệm, sau khi đúc, đư ợc chuyển ra ngo ài nắng để cho quá trình m ất nư ớc v à bi ến dạng mềm đư ợc diễn ra trong điều kiện tự nhi ên. Thông s ố vi khí hậu, xác định tại vị trí 1,2m cách m ặt sân b ê tông, lúc 12 gi ờ trưa của mỗi ngày thí nghi ệm v à các c ấp phối bê tông đư ợc thí nghi ệm trong mỗi ng ày như sau: - N gày 16/7/2004: nhi ệt độ (t0C): 420 C, đ ộ ẩm (W%): 48%. Thí nghiệm quá trình mất nư ớc và bi ến dạng mềm của tổ mẫu CF50 v à CF51 trên 3 mô hình đo, 2 mô đun hở 20 v à 30 m- 1; 0 0 - N gày 17/7/2004: nhi ệt độ (t C): 47 C, đ ộ ẩm
( W%): 45%. Thí nghi ệm quá trình m ất nư ớc v à bi ến dạng mềm của tổ mẫu CF70 v à CF71 trên 3 mô -1 hình đo, 2 mô đun hở 20 và 30 m ; K ết quả thí nghiệm đư ợc biểu diễn bằng đồ thị trong hình 2 và hình 3. 3.3. Nhận xét 3.3.1 Đ ộ mất n ư ớc T ừ kết quả xác định giá trị độ mất nư ớc của các cấp phối b ê tông t hí nghi ệm cho thấy quá trình m ất nư ớc xảy ra ngay từ khi bê tông đư ợc đ ưa ra môi trư ờng không khí. Hiện t ượng mất nư ớc xảy ra m ạnh v à tăng đ ồng biến theo tỷ lệ tăng mô đun hở. Độ mất n ư ớc giảm đi khi mác bê tông tăng. Bảng 2. Đ ộ mất n ư ớc sau 1 ng ày đóng r ắn Độ mất nước, %, theo cấp phối bê tông thí nghiệm Mô đun hở CF50 CF51 CF70 CF71 Mh=20 m-1 41,02 38,19 35,40 32,44 Mh=30 m-1 47,80 43,88 42,33 38,24 Khi so sánh lượng nư ớc mất ở cùng tỷ lệ mô đun hở đối với mẫu có và không sợi thấy rằng sợi có tác dụng làm giảm lượng nước bay hơi khỏi hỗn hợp (bảng 2). Nguyên nhân là do sợi tạo thành hệ thống vi m ạng lưới ngăn cản quá trình bốc hơi, đã làm giảm tốc độ mất nước của hỗn hợp. Kết quả biểu diễn tiến trình mất nước của các hỗn hợp bê tông thí nghi ệm có trên các mô hình đo (hình 2 và 3) cho thấy, tốc độ m ất nước của bê tông trong khoảng 1giờ đầu không cao. Tốc độ mất nư ớc tăng mạnh trong khoảng từ 1- 3h rồi giảm dần và gần như tắt hẳn sau khoảng thời gian 6-7h đóng rắn. Lý do là khi bê tông mới đổ xong, nhiệt lượng sinh ra do các hạt xi măng thuỷ hoá còn thấp, nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới hỗn hợp chưa cao. Sau kho ảng thời gian 1h đóng rắn, nhiệt tích tụ trong lòng khối đổ tăng l ên, các hạt xi măng thuỷ hoá nhiều hơn làm tăng nhi ệt độ b ê tông. Trong khi đó, độ ẩm môi trường lúc này thấp (
m ẫu có sợi, không thấy xuất hiện r õ r ệt các vết nứt tr ên b ề mặt bê tông. Như vậy khi có sợi, b ê t ông đ ồng thời giảm co v à không xu ất hiện vết nứt do sự phân bố ứng suất kéo đồng đều h ơn cho các thành ph ần trong hỗn hợp b ê tông. NhiÖt ®é, C 70 70 §é Èm, % 0 0 t C, 16/7/04 60 60 W % 16/7/04 50 50 40 40 30 30 420 Thêi gian, phót 0 60 120 180 240 300 360 NhiÖt ®é, ®é Èm cña kh«ng khÝ §é mÊt níc, % 50 40 30 CF50_3 CF50_2 20 CF51_3 CF51_2 10 0 420 Thêi gian, phót 0 60 120 180 240 300 360 BiÕn d¹ng mÒm, mm/m 0,0 ST2 ST3 K T2 KT3 -0,2 SR2 SR3 KR2 K R3 -0,4 -0,6 SN2 SN3 K N2 K N3 -0,8 -1,0 -1,2 -1,4 -1,6 -1,8 -2,0 420Thêi gian, phót 0 60 120 180 240 300 360 Hình 2. Tác động của các yếu tố khí hậu tới quá trình m ất nư ớc và biến dạng mềm của BT CF50 và CF51 theo thời gian
70 70 NhiÖt ®é, C §é Èm, % 0 0 t C, 17/7/04 60 60 W % 17/7/04 50 50 40 40 30 30 0 60 120 180 240 300 360 420 Thêi gian, phót 10h30 NhiÖt ®é, ®é Èm cña kh«ng khÝ 15h30 9h30 11h30 12h30 13h30 14h30 16h30 (giê trong ngµy) 50 §é mÊt níc, % 40 30 CF70_3 20 CF70_2 CF71_3 CF71_2 10 0 420 Thêi gian, phót 0 60 120 180 240 300 360 9h30 10h30 11h30 12h30 13h30 14h30 15h30 16h30 (giê trong ngµy) 0.0 BiÕn d¹ng mÒm, mm/m ST2 ST3 KT2 KT3 -0.2 SR2 SR3 K R2 K R3 -0.4 -0.6 -0.8 SN2 SN3 K N2 K N3 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2.0 -2.2 420 Thêi gian, phót 0 60 120 180 240 300 360 9h30 10h30 11h30 12h30 13h30 14h30 15h30 16h30 (giê trong ngµy) Hình 3. T ác động của các yếu tố khí hậu tới quá tr ình m ất nư ớc v à bi ến dạng mềm của BT CF70 v à CF71 theo th ời gian Quan sát diễn biến của giai đoạn biến dạng mềm trong các hình biểu diễn, nhận thấy quá trình biến dạng mềm diễn ra ngay khi bê tông tiếp xúc với môi tr ường. Tốc độ co tăng nhanh trong khoảng 3-4h đầu đóng rắn, sau đó ổn định và sau khoảng 4h, bê tông có hiện tượng nở, nhưng giá trị này không lớn. Giai đoạn này các mẫu bê tông không sợi trên mô hình đo có thép xuất hiện các vết nứt nhỏ. Như vậy, các giai đoạn biến dạng mềm của bê tông có và không sợi đã phản ảnh đúng tính quy luật biến dạng mềm trong điều kiện khí hậu nóng ẩm. 4. Kết luận
Sợi PP có tác dụng làm giảm lượng n ước bay hơi khỏi hỗn hợp bê tông. Đối với cấp - phối bê tông và mô hình thí nghiệm được trình bày trong bài báo, với 0,1% lượng sợi PP theo thể tích, độ mất nước của hỗn hợp của bê tông với môđun hở 20m- 1 giảm 6,9% (CF51) và 8,3% (CF71) tương ứng với các cấp phối bê tông không sợi CF50 và CF70; giảm 8,6% (CF51) và 9,6% (CF71) so với các cấp phối không sợi ở tỷ lệ mô đun hở 30m-1; Ma sát giữa lớp bê tông mới và lớp bê tông cũ có tác dụng làm giảm biến dạng mềm - của hỗn hợp bê tông, khi chúng được thi công lên trên. Tác dụng này tăng lên khi s ử dụng sợi PP trong hỗn hợp. Theo các kết quả nghiên cứu, với CF70 và CF71, môđun hở 20m-1, so với mô hình bê tông được biến dạng tự do, ma sát giữa lớp bê tông cũ và mới đã làm giảm biến dạng mềm của bê tông 12,12% và 18,79% tương ứng với mẫu bê tông không sợi và có sợi; với môđun hở 30m-1 là 14,9% và 23% tương ứng với mẫu bê tông không sợi và có sợi. Cốt thép ngăn cản biến dạng mềm trong bê tông nhưng lại tạo ra các vùng xung yếu dọc - theo các thanh cốt thép làm kết cấu dễ bị nứt. Theo kết quả đo biến dạng mềm trên mô hình mẫu bê tông có thép và không thép, cốt thép có thể giảm 68,5% với mô đun hở 20m-1. Khi bổ sung sợi PP vào trong hỗn hợp bê tông, các vết nứt sẽ đ ược hạn chế và chiều rộng của vết nứt nhỏ, phân bố đồng đều hơn trên bề mặt bê tông. Kết quả đo biến dạng mềm ở cấp phối CF71 là 70,3% với tỷ lệ mô đun hở 20m-1. Như vậy, ở mô hình này, việc ngăn cản biến dạng mềm trong bê tông đối với mẫu có và có sợi không lớn (1,8% với cùng tỷ lệ môđun hở). Hỗn hợp bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam, ngoài co mềm còn có nở - mềm. Nở mềm là giai đoạn dễ làm bê tông bị nứt bề mặt. Các nghiên cứu về đặc điểm biến dạng mềm của bê tông cốt sợi PP cho thấy, sợi PP có khả năng phát huy được hiệu quả cao trong điều kiện khí hậu nóng ẩm trong cả giai đoạn nở mềm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. N GUY ỄN TIẾN ĐÍCH v à ctv, B ảo dư ỡng bê tông trong đi ều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam, B áo cáo t ổng kết đề t ài 26- 03 - 04 - 11, Hà n ội 1985, 188 trang . 2. A CI 544.1R - 96, State - of -the - Art Report on Fiber Reinforced Concrete, 66p. 3. A CI 224.1R - 93, Cause, Evaluation and Repair of Cracks in Concre te Structures, 22 p; 4. A CI 224 R - 01, Control of Cracking in Concrete Structures, 46 p; 5. A CI 546R - 96, Concrete Repair Guide, 41p; 6. A RNON BENTUR and SIDNEY MINDESS, Fiber Reinforced Cementitious Composites, Elsevier A pplied Science, USA, 1990. 7. C OLIN D., JOHNSTON , Fiber Reinforced Cements and Concretes, G ordon and Breach Science P ublishers 2001, 364p. 8. H annant D.J., Fibre Cements and Fibre Concretes, John Wiley and Sons, Ltd., New York, 1978, 213 pp. 9. PERUMALSAMY N., BALAGURU and SURENDRA P. SHAH, Fiber - Reinforced C ement C omposites, McGraw - Hill, Inc. 1992, 532p. .