TÓM TẮT: Độ bền của bê tông được xác định bởi cấu trúc lỗ rỗng và độ thấm của nó. Tuy nhiên, những nghiên cứu về sự thay đổi của hệ số khuếch tán ion Cl- theo thời gian và ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic ở nước ta còn chưa nhiều. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là thông qua thí nghiệm, nghiên cứu ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng (phân bố, kích thước) tới độ bền của bê tông muội silic, đánh giá qua hệ số khuếch tán ion Cl- ở các thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi. Kết quả nghiên cứu tóm tắt trong bài báo bước đầu góp phần khẳng định vai trò của muội silic trong việc nâng cao độ bền của bê tông và chỉ ra thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic được phân bố lại theo hướng mịn đi theo thời gian. Thể tích lỗ rỗng có đường kính macro giảm đi ở thời điểm 6 tháng tuổi, làm mất đi tính liên tục của hệ thống lỗ rỗng trong bê tông, theo đó làm giảm hệ số khuếch tán ion Cl- và tăng khả năng chống thấm ion Cl- của bê tông.
TỪ KHÓA: Bê tông, muội silic, thể tích lỗ rỗng, hệ số khuếch tán ion clo.
ABSTRACT: The durability of concrete is determined by its pore structure and permeability. However, there is limited research in Vietnam on the variation of the chloride diffusion coefficient over time and the impact of pore volume on the durability of silica fume concrete. Therefore, the objective of this study is to investigate, through experiments, the influence of pore volume (distribution, size) on the durability of silica fume concrete, assessed through the chloride diffusion coefficient at 28 days and 6 months. The preliminary results of the study, summarized in this article, contribute to affirming the role of silica fume in enhancing the durability of concrete and indicate that the pore volume of silica fume concrete is redistributed in a smoother direction over time. The pore volume with a macro diameter decreases at the age of 6 months, leading to the loss of the continuous nature of the pore system in the concrete. Consequently, this reduction in pore volume decreases the chloride diffusion coefficient and enhances the chloride ion impermeability of the concrete.
KEYWORDS: Concrete, silica fume, pore volume, chloride diffusion coefficient.
- ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công trình xây dựng nhà ở và hạ tầng giao thông. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, các kết cấu chịu tác động của nhiều yếu tố khác nhau từ môi trường bên ngoài gây suy giảm độ bền, ảnh hưởng tới khả năng làm việc và tuổi thọ. Độ bền của bê tông được xác định bởi cấu trúc lỗ rỗng và độ thấm của nó. Cấu trúc lỗ rỗng còn ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và cơ học của bê tông như cường độ, năng lượng khi đứt gãy, độ dẻo dai, độ đàn hồi, độ khuếch tán hiệu quả và độ bền. Bên cạnh đó, độ bền của kết cấu BTCT trong môi trường chứa ion Cl- được chú ý một cách đáng kể do ion Cl- là nguyên nhân chính gây ăn mòn cốt thép [6]. Ion Cl- từ môi trường xâm nhập vào bê tông qua một số kênh truyền dẫn như hệ thống các lỗ rỗng và vết nứt vi mô. Bê tông là một vật liệu không đồng nhất, các đặc tính xốp liên quan trực tiếp đến tính thấm của bê tông [9], bao gồm thể tích lỗ rỗng, phân bố lỗ rỗng, cường độ, điều kiện đóng rắn và yếu tố môi trường. Do đó, cấu trúc vi mô và ảnh hưởng của nó đến các đặc tính độ bền của bê tông là một vấn đề quan trọng và cần thiết trong quá trình nghiên cứu về độ bền của vật liệu [3]. Tuy vậy, hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về mối quan hệ giữa các lỗ rỗng và vết nứt vi mô với độ bền của kết cấu bê tông.
Với sự phát triển của các công nghệ kiểm tra các cấu trúc vi mô, các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng với khả năng thấm của bê tông đã được thực hiện và phân tích. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, thể tích lỗ rỗng có thể được phân thành 4 loại dựa trên đường kính lỗ rỗng (d): vi lỗ rỗng (d <10 nm), lỗ rỗng trung bình (10 nm <d <100 nm), lỗ rỗng lớn (100 nm <d <1.000 nm) và lỗ khí (d> 1.000 nm) [5] . Kích thước của lỗ rỗng ảnh hưởng một cách rõ ràng đến tính thấm của bê tông, các lỗ rỗng có d > 100 nm có thể làm tăng đáng kể mức độ thấm của kết cấu bê tông [8]. Lafhaj và cộng sự [4] đã đo độ rỗng và độ thấm khí của các mẫu vừa hoàn toàn khô và bão hòa một phần, họ cho rằng độ thấm phụ thuộc đáng kể vào độ rỗng và hàm lượng nước. Tuy nhiên, Kondraivendhan và Das [2] chỉ ra rằng độ xốp không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng tới độ thấm, vì sự phân bố kích thước lỗ rỗng cũng có ảnh hưởng quan trọng và thậm chí mang tính quyết định đến khả năng chống thấm. Neithalath và cộng sự [7] đã khai thác các đặc điểm cấu trúc lỗ rỗng của một số hỗn hợp bê tông bằng cách sử dụng các cốt liệu với kích cỡ khác nhau và hỗn hợp của chúng. Từ đó, Neithalath và cộng sự đã chỉ ra sự cần thiết của việc phải sử dụng các đặc tính của cấu trúc lỗ rỗng thay vì độ rỗng đơn thuần trong các dự đoán về độ thấm. Các kết quả nghiên cứu hiện có đã chỉ ra rằng thể tích, kích thước, phân bố lỗ rỗng có liên quan chặt chẽ đến khả năng chống thấm và độ bền của bê tông.
Từ những lý do trên, các tác giả tiến hành nghiên cứu thí nghiệm, tập trung xác định phân bố thể tích lỗ rỗng và hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông xi măng muội silic, một loại bê tông sử dụng phụ gia puzơlan có độ bền cao ở các thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi, từ đó phân tích, đánh giá ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic thông qua hệ số khuếch tán ion Cl- tại các thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi.
2.THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH LỖ RỖNG CỦA BÊ TÔNG
2.1.Thiết kế thành phần cấp phối bê tông và phương pháp thí nghiệm
* Vật liệu chế tạo:
– Xi măng Bút Sơn PC40; khối lượng riêng 3,1 g/cm3.
– Đá dăm từ mỏ đá Sunway (Lương Sơn, Hòa Bình); khối lượng riêng 2,74 g/cm3; khối lượng thể tích đầm chặt ở trạng thái khô 1,615 g/cm3; độ hấp thụ nước 0,71%; độ ẩm tự nhiên 0,4%.
– Cốt liệu nhỏ (cát vàng thô) khai thác trên sông Hồng (Việt Trì). Cát được sàng phân tích thành phần hạt theo Tiêu chuẩn TCVN 7572:2006. Cát có khối lượng riêng 2,66 g/cm3; khối lượng thể tích đầm chặt ở trạng thái khô 1,735 g/cm3; mô-đun độ lớn 2,7; độ hấp thụ nước 1,05%; độ ẩm cát tự nhiên 2%.
– Phụ gia khoáng (muội silic) là sản phẩm gốc silicafume Sikacrete PP1 của hãng Sika; khối lượng riêng 2,2 g/cm3, phù hợp với Tiêu chuẩn ASTM C1240-03.
– Phụ gia siêu dẻo hãng Sika loại Viscocrete 3000-20 phù hợp Tiêu chuẩn ASTM C494 loại G.
– Nước trộn bê tông là nước sạch lấy từ nguồn nước máy của hệ thống cấp nước sinh hoạt Hà Nội.
* Thành phần cấp phối bê tông sử dụng thí nghiệm:
Thành phần cấp phối bê tông được thiết kế theo Tiêu chuẩn TCVN 10306:2014 [1].
– Tỷ lệ N/CKD: 0,25 – 0,30 – 0,35.
– Hàm lượng muội silic thay thế xi măng: 8% – 10% – 12%. Trong nghiên cứu, thiết kế thêm 1 cấp phối không sử dụng muội silic với tỷ lệ N/CKD là 0,30 làm mẫu đối sánh.
Thành phần cấp phối chi tiết được mô tả trong Bảng 2.1 dưới đây.
Ghi chú: X: Xi măng; N: Nước; MS: Muội silic; C: Cát; Đ: Đá dăm; N/CKD: Tỉ lệ Nước/Chất kết dính; PG: Phụ gia siêu dẻo
2.2. Phương pháp sử dụng thí nghiệm
- Thí nghiệm xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông:
Trong nghiên cứu, phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ – khử hấp phụ (BET/BJH) bằng khí nitơ ở nhiệt độ 77K để xác định thể tích lỗ rỗng (diện tích bề mặt, kích thước và phân bố lỗ rỗng) được đo trên thiết bị TRI START 3000 Micromeritics tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.
Các mẫu bê tông muội silic thí nghiệm là những mẫu được sử dụng cho thí nghiệm xác định độ thấm ion Cl- theo các ngày tuổi khác nhau (bao gồm 5 mẫu ở 28 ngày tuổi và 5 mẫu ở 6 tháng tuổi).
Hình 2.1: Các mẫu bê tông muội silic được nghiền mịn và thiết bị đo TRI START 3000
* Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán ion Cl–:
Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán ion Cl– của bê tông muội silic được thực hiện theo Tiêu chuẩn NT Build 492 về xác định hệ số khuếch tán ion Cl–bằng phương pháp điện di. Thí nghiệm được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm vật liệu xây dựng của Trường Đại học GTVT.
Các mẫu thí nghiệm là các mẫu được đúc theo cấp phối ở Bảng 2.1 ở các ngày tuổi 28 ngày và 6 tháng.
<<Còn tiếp>
Xin cảm ơn!
TS. NGUYỄN LONG KHÁNH(*) – Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải
PGS. TS. NGUYỄN THỊ TUYẾT TRINH – Trường Đại học Giao thông vận tải
Người phản biện:
PGS. TS. Phạm Tuấn Anh
TS. Thái Minh Quân
Đã gửi đến chúng tôi bài viết này!
(Bài đăng trên Tạp chí GTVT số 12/2023)