Nghiên cứu xác định co ngót tự sinh của hồ xi măng rất non tuổi

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

70
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung bài viết là sự nghiên cứu sự cản trở co ngót bởi cốt liệu hoặc các kết cấu tiếp giáp có thể dẫn đến sự hình thành các vết nứt làm giảm cường độ, độ bền và tính thẩm mỹ. Trong thực tiễn, giá trị đo thực tế của co ngót tự sinh tuổi rất sớm (24 giờ đầu) là khó đạt được bởi sự khó trong cách đo và thiếu tiêu chuẩn hướng dẫn. Nghiên cứu này hướng đến phát triển một thiết bị để xác định các trị số co ngót tự sinh ngay khi hồ xi măng được nhào trộn trong vòng 24 giờ đầu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xác định co ngót tự sinh của hồ xi măng rất non tuổi

BÀI BÁO KHOA H C NGHIÊN C U XÁC NH CO NGÓT T SINH C A H XI MĂNG R T NON TU I Nguy n Văn Hư ng1 Tóm t t: S thay i th tích c a bê tông non tu i là k t qu c a m t quá trình hóa lý ph c t p, nó thư ng th hi n b ng hi n tư ng co ngót. S gi m th tích này ư c g i là co ngót t sinh, nó liên quan n co ngót hóa h c và s thay i n i c u trúc. i v i bê tông truy n th ng ng su t do co ngót thư ng không xem xét, nhưng i v i bê tông có t l nư c/ xi măng nh hay s d ng mu i silic thì ng su t co ngót n i sinh là áng k . S c n tr co ngót b i c t li u ho c các k t c u ti p giáp có th d n n s hình thành các v t n t làm gi m cư ng , b n và tính th m m . Trong th c ti n, giá tr o th c t c a co ngót t sinh tu i r t s m (24 gi u) là khó t ư c b i s khó trong cách o và thi u tiêu chu n hư ng d n. Nghiên c u này hư ng n phát tri n m t thi t b u. xác nh các tr s co ngót t sinh ngay khi h xi măng ư c nhào tr n trong vòng 24 gi T khóa: Bê tông, ch t k t dính, co ngót t sinh, co ngót hóa h c, n t. 1 1. TV N S thay i th tích c a bê tông non tu i là k t qu c a m t quá trình hóa lý ph c t p. S thay i th tích này thư ng ư c xem là cơ ch chính d n n s n t c a bê tông non tu i d n n s m t b n c a công trình bê tông (Mounanga et al. 2004). th i i m r t s m (very early age) và trong su t quá trình ngưng k t, hai y u t quy t nh tr c ti p s ngót c a ch t k t dính trong i u ki n kín hay không trao i m v i môi trư ng là s gi m c a l r ng mao d n và co ngót hóa h c (chemical shrinkage). Nhìn chung bê tông non tu i ư c b o dư ng nên các ho t ng mao d n là không áng k . Vì v y, co ngót hóa h c c a v t li u xi măng góp ph n áng k vào s thay i th tích s m c a bê tông (Yodsudjai and Wang 2013). Co ngót hóa h c ư c nh nghĩa là s gi m th tích tuy t i (absolute volume) c a h xi măng do s thay i v hóa-lý x y ra trong su t quá trình hy rat c a xi măng (Hình 1), có nghĩa là t ng th tích c a các pha l ng và r n sau hy rat nh hơn th tích ban u c a xi măng và nư c. Trong khi ó, co ngót t sinh (autogenous 1 Khoa Xây d ng Th y l i – th y i n, Trư ng Bách Khoa – i h c à N ng. 64 ih c shrinkage) là s gi m th tích bi u ki n (apparent volume) c a h xi măng trong su t quá trình hy rat (Bouasker et al. 2008). S khác nhau gi a co ngót hóa h c và co ngót t sinh ư c minh h a như Hình 1. Hình 1. Co ngót bi u ki n và co ngót hóa h c Nhìn chung, co ngót t sinh c a bê tông nh hơn so v i h xi măng b i do s ngăn c n c a c t li u (Torrenti et al. 1988). i v i bê tông thư ng thì co ngót t sinh là tương i nh so v i co ngót khô (drying shrinkage), do v y thư ng b b qua tuy nhiên nó v n óng góp vào giá tr co ngót sau cùng c a bê tông. i v i bê tông có t l nư c/ xi măng nh , bê tông cư ng cao, c bi t là bê tông ch a mu i silic (silica fume) co ngót t sinh là áng k (Zhang et al. 2003), (Aitcin et al. 1997), do ó thông s này c n ph i xem xét khi thi t k bê tông. KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 58 (9/2017) Nghiên c u này t p trung thi t k thi t b và phương pháp o xác nh th tích co ngót n i sinh m t cách t ng và liên i v i h xi măng (neat paste) r t non tu i. 2. THI T K THI T B THÍ NGHI M Theo Justnes và các c ng s (Justnes et al. 2000), cho n năm 2000 có ba phương pháp cơ b n o co ngót hóa h c g m: giãn n k (dilatometry - Hình 2b), phép o vòng (pycnometry - Hình 2c) và o tr ng lư ng (gravimetry - Hình 2a). Trong ba phương pháp này thì phương pháp o co ngót hóa h c b ng giãn n k ư c s d ng r ng rãi nh t(Bouasker et al. 2008). Hi n nay, c phương pháp o giãn n k và phương pháp o vòng u ư c nêu trong tiêu chu n ASTM C 1608, tuy nhiên c hai phương pháp này u có như c i m là quá trình o th công, g p khó khăn khi th i gian o kéo dài và t n su t o dày. Phương pháp tr ng lư ng ư c phát tri n t phương pháp o vòng (xác nh co ngót thông qua o kh i lư ng) tuy nhiên nó ư c c i ti n quá trình thu s li u ư c th c hi n m t cách t ng (Geiker and Knudsen 1982), (Zhang et al. 2013). như Hình 2a tác gi ã cho m u o (h xi măng) vào bao cao su kín (latex membrane – Hình 3a). Có th di n t ng n g n là vi c xác nh co ngót t sinh d a trên nguyên lý Archimedes (s co ngót làm gi m l c y n i do ó làm tăng kh i lư ng c a bao su ch a m u t trong nư c). Sơ thi t k thi t b thí nghi m ư c th hi n như Hình 3b. S li u kh i lư ng m u t trong nư c o ư c t cân ( chính xác 0.001g, có tích h p b thu th p d li u (datalogger)) k t n i v i máy tính thông qua c ng giao ti p RS-232; thu th p s li u m t cách t ng và liên l c v i t n su t o thay i theo yêu c u, tác gi ã xây d ng ph n m m trên n n ngôn ng Visual Basic, giao di n c a ph n m m ư c mô t như Hình 4. Thi t b thí nghi m trong nghiên c u này ư c t tên g i là ACS-DUT (Autogenous and Chemical Shrinkage - Danang University of Science and Technology), thi t b ACS-DUT th c t như Hình 5. a. M u ư c cho vào bao cao su Hình 2. Nguyên lý c a các phương pháp o co ngót hóa h c (Bouasker et al. 2008) Trong nghiên c u này, o co ngót t sinh, tác gi d a trên nguyên lý c a phương pháp o co ngót hóa h c theo phương pháp o tr ng lư ng. Tuy nhiên, thay vì m u o ư c t tr c ti p vào bình ch a liên thông v i nư c (flash) KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR : Máy tính, : Data Logger, : Cân i n t , : c m bi n o và i u ch nh nhi t , : H p kính, : Bình ch a nư c; : M u o b) Sơ thi t k Hình 3. Sơ thi t k thi t b thí nghi m NG - S 58 (9/2017) 65 3.3 M u thí nghi m M u ư c xác nh trên cơ s t o ra h xi măng t d o tiêu chu n. Qui trình ư c th c hi n theo TCVN 6017-2015 (ISO 9597-2008). lún kim tiêu chu nv i t l N/X=0.28, 0.29 và 0.30 tương ng là 18 mm, 9 mm và 5mm, k t qu thí nghi m này ư c bi u di n dư i d ng th như Hình 6. T th này xác nh ư c t l N/X có ư c h xi măng t d o tiêu chu n (tương ng v i lún kim tiêu chu n 6 ± 2mm) là 0.297. Cũng theo TCVN 6017-2015 xác nh ư c th i i m b t u và k t thúc ngưng k t c a h xi măng v i N/X=0.297 tương ng là 1h55’ và 3h05’. Hình 4. Giao di n ph n m m thu th p x lý s li u c a thi t b ACS-DUT Hình 5. Hình nh th c t c a thi t b ACS-DUT 3. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHI M 3.1 V t li u Xi măng dùng nghiên c u là xi măng pooc lăng Kim nh PC40, tính ch t hóa - lý c a xi măng thí nghi m phù h p v i Tiêu chu n Vi t Nam v Xi măng Poóc Lăng – Yêu c u K thu t TCVN 2682:2009, ASTM C150 (Type I) và EN 197-1:2000 (CEM I 42.5N); Nư c dùng tr n t o h xi măng là nư c th y c c th a mãn yêu c u k thu t theo Tiêu chu n TCVN 4506:2012 - Nư c cho bê tông và v a – Yêu c u k thu t. Ngoài ra, nư c dùng ngâm m u trong quá trình thí nghi m là lo i nư c c t phù h p v i Tiêu chu n TCVN 4851: 1989 (ISO 3696: 1987) – Nư c dùng phân tích trong phòng thí nghi m. 3.2 Thi t b và d ng c thí nghi m Các thi t b và d ng c thí nghi m chính g m: Thi t b ACS-DUT như ã thi t k Hình 5; Thi t b xác nh lư ng nư c tiêu chu n VICA Hình 6. Ngoài ra còn có các d ng c khác như: máy tr n v a dung tích 5 lít, cân i n t VIBRA SHINKO và các d ng c khác phù h p v i tiêu chu n TCVN 6017-2015. 66 Hình 6. K t qu thí nghi m xác tiêu chu n nh d o 3.4 Trình t thí nghi m xác nh co ngót t sinh - Tr n m u: Quy trình và các i u ki n tr n m u tuân theo tiêu chu n TCVN 6017-2015, v i t l gi a lư ng nư c/ xi măng là 0.297. - Cho m u vào bao cao su: ưa m u vào bao cao su b ng ph u inox ư ng kính 3.2cm, m u ư c cho vào t t h n ch b t khí bên trong và ti p giáp gi a h xi măng và thành bao cao su, kh i lư ng m u kho ng 150g, m u sau khi cho vào bao cao su như Hình 3a. K t qu thí nghi m s gi m chính xác n u bao cao su ch a m u h p th nư c trong quá trình thí nghi m. kh c ph c i u này, bao cao su r ng s ư c làm bão hòa (ngâm trong nư c) trong 24 gi trư c khi ti n hành thí nghi m. - Cân m u: cân kh i lư ng m u h xi măng. - Thu th p s li u: Bao cao su ch a m u ư c treo vào giá cân và ngâm vào trong nư c (Hình 5), ch cho m u ng ng giao ng ( n nh) trong kho ng 5 phút, quá trình thu th p s KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 58 (9/2017) li u b t u. Vi c thu th p s li u ư c ti n hành liên t c sau m i 5 phút và kéo dài 24 ti ng (289 l n cân m u). 4. K T QU VÀ BÌNH LU N Co ngót t sinh ư c tính toán d a trên s khác nhau gi a th tích bi u ki n c a h xi măng th i i m ban u (Vo) và th tích bi u ki n c a h xi măng th i i m b t kỳ (Vt). Th tích bi u ki n c a h xi măng ư c xác nh gián ti p qua giá tr ghi nh n c a cân: - Kh i lư ng cân ghi nh n th i i m ban u : - ρ.Vo (1) m= - Kh i lư ng cân ghi nh n th i i m b t Hình 7. K t qu thay i kh i lư ng c a ba l n o trong 24 gi (t n su t o: 5 phút) kỳ : m= - ρ.Vt (2) T (1) và (2), suy ra th tích co ngót t sinh c a 1 gam h xi măng như sau: (3) ⇔ [mm3/g] (4) V i: [g]: kh i lư ng t ng c a h xi măng và bao cao su (giá tr này không i); [g]: kh i lư ng m u h xi măng; ρ = 10-3 [g/mm3]: kh i lư ng riêng c a nư c ngâm m u. m b o tính n nh c a k t qu thí nghi m, tác gi ã ti n hành l p l i thí nghi m ba l n (ký hi u m u cho ba l n o tương ng là M1, M2 và M3, v i kh i lư ng m u h xi măng tương ng là 149.52 g, 150.42 g và 145.05g). K t qu s thay i kh i lư ng c a các m u ư c cân ghi nh n ư c m t cách t ng và liên t c (m i 5 phút m t l n) trong 24 gi u như Hình 7. Hình 8 bi u di n giá tr tuy t i tăng kh i lư ng c a các m u th i i m o so v i th i i m ban u. K t qu xác nh giá tr co ngót t sinh c a ba l n o c a h xi măng xác nh theo Công th c (4) ư c th hi n như Hình 9. Ngoài ra, xem xét m i liên h gi a co ngót t sinh và th i gian ngưng k t, th i i m b t u và k t thúc ngưng k t cũng ư c bi u di n trên Hình 9. KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR Hình 8. K t qu giá tr tuy t i tăng kh i lư ng c a các m u th i i m o so v i th i i m ban u Hình 9. K t qu co ngót t sinh c a các m u theo th i gian K t qu Hình 7, Hình 8 và Hình 9 cho th y: H các ư ng (kh i lư ng, thay i kh i lư ng và co ngót t sinh) c a m u h xi măng g n như ng d ng v i nhau. i u này cho th y vi c chu n b m u cũng như k t qu thu ư c t thi t b ACS-DUT là n nh và phù h p v i di n gi i t công th c (1) n công th c (4). Quá trình di n bi n c a co ngót n i sinh i v i m u h dùng trong nghiên c u này có th phân làm hai giai o n ư c phân bi t b i i m gãy khúc t i th i i m kho ng 10 gi (Hình 7 ÷ Hình 9): NG - S 58 (9/2017) 67 - Giai o n u (t 0 gi n 10 gi ): co ngót n i sinh phát tri n v i t c nhanh (th hi n thông qua ư ng bi u di n co ngót n i sinh có d c l n), giá tr co ngót n i sinh trung bình c a ba l n o 13.8 mm3/g (95% so v i cu i th i i m o). K t qu này phù h p v i b n ch t c a quá trình hy rat c a xi măng: các ph n ng th y hóa c a các thành ph n khoáng c a xi măng (C3S, C2S, C3A và C4AF) x y ra gây ra s gi m th tích ng th i trong th i o n này h xi măng còn tr ng thái d o/ m m nên quá trình co ngót x y ra t do. - Giai o n sau (sau 10 gi n k t thúc thí nghi m 24 gi ): t c co ngót n i sinh gi m t ng t ( ư ng bi u di n s co ngót theo th i gian g n như n m ngang). Giá tr co ngót trung bình th i i m 24 gi là 14.5 mm3/g, ch tăng 5% so v i cu i th i i m c a giai o n u. K t qu này có th gi i thích: trong giai o n này các s n ph m sinh ra do quá trình hy rat (C-SH, C-H, C-A-H, ...) c a xi măng t o nên b khung (skeleton) ch u l c ch ng l i l c co ngót, do ó m c dù quá trình hy rát (các ph n ng th y) còn ti p t c x y ra nhưng giá tr co ngót n i sinh phát tri n r t ch m. 5. K T LU N Hi n tư ng co ngót c a bê tông non tu i là m t quá trình hóa lý ph c t p, làm n t bê tông và làm nh hư ng n b n c a công trình. Thi t b o co ngót n i sinh ư c phát tri n trong bài báo này d a trên nguyên lý Archimedes, do ó chính xác c a k t qu o co ngót t sinh tùy thu c vào chính xác c a cân s d ng và tác ng c a môi trư ng thí nghi m (các tác nhân nh hư ng n giá tr c a cân o). Thi t b ACS-DUT ã thi t k có tính n các y u t này nên k t qu thí nghi m v i tính chính xác là ch p nh n ư c. K t qu thí nghi m trên h c a xi măng PC40 cho th y: S di n bi n c a co ngót t sinh theo th i gian trong i u ki n kín (không có s i i m v i môi trư ng) có liên h tr c ti p v i quá trình hy rat c a xi măng (hay quá trình phát tri n cư ng c a h xi măng). C th , giá tr co ngót n i sinh tăng m nh khi h xi măng giai o n còn tr ng thái d o/ m m, theo th i gian h xi măng chuy n sang tr ng thái c ng do các s n ph m hy rat c a xi măng t o ra thì di n bi n c a co ngót t sinh càng ch m d n. Thi t b ACS-DUT s có hi u ích trong vi c nghiên c u l a ch n h n h p ch t k t dính (xi măng + ph gia khoáng + ph gia hóa h c) h p lý nh m gi m co ngót n i sinh cho c p ph i bê tông. TÀI LI U THAM KH O Aitcin, Pierre-Claude, Adam Neville, and Paul Acker. 1997. “Integrated View of Shrinkage Deformation.” Concrete International 19(9): 35–41. Bouasker, Marwen et al. 2008. “Chemical Shrinkage of Cement Pastes and Mortars at Very Early Age: Effect of Limestone Filler and Granular Inclusions.” Cement and Concrete Composites 30(1): 13–22. Geiker, Mette, and Torben Knudsen. 1982. “Chemical Shrinkage of Portland Cement Pastes.” Cement and Concrete Research 12(5): 603–10. Justnes, H et al. 2000. “Chemical Shrinkage of Cement Pastes with Plasticizing Admixtures.” NORDIC CONCRETE RESEARCH-PUBLICATIONS - 24: 39–54. Mounanga, Pierre, Abdelhafid Khelidj, Ahmed Loukili, and Véronique Baroghel-Bouny. 2004. “Predicting Ca (OH) 2 Content and Chemical Shrinkage of Hydrating Cement Pastes Using Analytical Approach.” Cement and Concrete Research 34(2): 255–65. Torrenti, Jean-Michel, Paul Acker, Claude Boulay, and Danièle Lejeune. 1988. “Contraintes Initiales Dans Le Béton.” Bull. Liaison Lab. Ponts Chaussees 158: 39–44. Yodsudjai, Wanchai, and Kejin Wang. 2013. “Chemical Shrinkage Behavior of Pastes Made with Different Types of Cements.” Construction and Building Materials 40: 854–62. 68 KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR NG - S 58 (9/2017)