3. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THỂ TÍCH LỖ RỖNG TỚI HỆ SỐ KHUẾCH TÁN ION CL– CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC
3.1. Phân tích ảnh hưởng của thời gian tới thể tích lỗ rỗng
Phân bố thể tích lỗ rỗng trong bê tông được tổng hợp trong Bảng 3.1, mô tả dưới dạng đồ thị ở Hình 3.1 như sau:
Hình 3.1: Phân bố tỷ lệ các thể tích lỗ rỗng của các loại bê tông và thời gian
Biểu đồ Hình 3.1 cho thấy, tỷ lệ thể tích lỗ rỗng trong 5 mẫu bê tông tương ứng với 5 cấp phối khác nhau được đo ở thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi.
So sánh thể tích lỗ rỗng giữa mẫu bê tông đối chứng không sử dụng muội silic (0MS 0,30 N/CKD) với các mẫu bê tông sử dụng muội silic cho thấy:
– Ở thời điểm 28 ngày tuổi, tỷ lệ lỗ rỗng có kích thước micro và meso (< 50 nm) ít hơn so với các loại bê tông sử dụng muội silic, trong khi tỷ lệ lỗ rỗng có kích thước >50nm nhiều hơn so với các loại bê tông sử dụng muội silic.
– Ở thời điểm 6 tháng tuổi, so sánh tỷ lệ lỗ rỗng giữa bê tông không sử dụng muội silic và bê tông sử dụng muội silic tương tự như nhận xét trên. Tuy nhiên, tỷ lệ phân bố thể tích lỗ rỗng có sự giảm đi ở cấp độ micro, meso và tăng lên ở cấp độ lỗ rỗng macro.
So sánh phân bố thể tích lỗ rỗng giữa bê tông xi măng muội silic tại các thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi cho thấy:
– Thể tích độ rỗng từ 10~50 nm tăng từ 12% (đối với bê tông 12MS 0,30 N/CKD) đến 45% (đối với bê tông 8MS 0,30 N/CKD).
– Thể tích độ rỗng từ 50~200 nm tăng từ 50% (đối với bê tông 8MS 0,30 N/CKD) đến 90% (đối với bê tông 12MS 0,30 N/CKD).
– Tuy nhiên, độ rỗng >200 nm bao gồm có cả độ rỗng mao dẫn cấp độ macro (loại C) và độ rỗng macro (loại D) thì giảm đáng kể sau 6 tháng, cụ thể là giảm từ 1,47 đến 2,12 lần.
Tổng hợp kết quả thí nghiệm cho thấy, thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic phụ thuộc vào thời gian theo hướng mịn đi. Độ rỗng mao dẫn cấp độ macro giảm từ 1,47 – 2,12 lần sau 6 tháng. Trong đó, thể tích lỗ rỗng mao dẫn đều tăng lên theo thời gian ở đồng đều các cấp độ meso, micro. Độ rỗng mao dẫn ở cấp độ macro giảm đi chứng tỏ ngày càng phát sinh nhiều nhóm sợi dài C-S-H và mật độ C-S-H ngày càng nhiều kể từ sau 28 ngày cho đến 6 tháng tuổi.
3.2. Phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic
Kết quả xác định hệ số khuếch tán ion Cl- và phân bố thể tích lỗ rỗng của bê tông ở các thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi được tổng hợp ở Bảng 3.1 như sau:
Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion Cl- và phân bố thể tích lỗ rỗng
Kết quả cho thấy, thể tích lỗ rỗng ở cấp độ macro ảnh hưởng đáng kể đến hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông cụ thể:
– So sánh bê tông muội silic sử dụng tỷ lệ N/CKD là 0,30 và hàm lượng muội silic 8% ở 28 ngày tuổi có thể tích lỗ rỗng macro là 53% và ở 6 tháng tuổi có thể tích lỗ rỗng macro là 25% thì hệ số khuếch tán ion Cl- tương ứng là 9,25.10-13 (m2/s) và 3,10.10-13 (m2/s), tức là giảm là 66,5%.
– So sánh bê tông muội silic sử dụng tỷ lệ N/CKD là 0,25, hàm lượng muội silic 10% ở 28 ngày tuổi có thể tích lỗ rỗng macro là 47% và ở 6 tháng tuổi có thể tích lỗ rỗng macro là 25% thì hệ số khuếch tán ion Cl- tương ứng là 4,51.10-13 (m2/s) và 4,03.10-13 (m2/s), tức là giảm 10,6%.
Như vậy, có thể nhận định rằng thể tích lỗ rỗng macro ảnh hưởng nhiều đến sự dịch chuyển ion Cl- trong đá xi măng trên cơ sở hệ số khuếch tán giảm và độ bền thấm ion Cl- tăng.
Hình 3.2: Hệ số khuếch tán ion Cl- ở thời điểm 28 ngày và 6 tháng
Hình 3.2 mô tả so sánh hệ số khuếch tán ion Cl- ở thời điểm 28 ngày và 6 tháng. Kết quả cho thấy, hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic ở thời điểm 6 tháng giảm so với thời điểm 28 ngày, cụ thể:
– Sau 6 tháng tuổi, thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic trở nên ổn định hơn so với thời điểm 28 ngày tuổi;
– Thể tích lỗ rỗng macro ở thời điểm 6 tháng tuổi giảm so với thời điểm 28 ngày, dẫn đến hệ số khuếch tán ion Cl- giảm/;
Vì những lý do trên, sử dụng bê tông ở 6 tháng tuổi để thực hiện thí nghiệm đo các chỉ tiêu độ bền của bê tông để xác định tuổi thọ của kết cấu sẽ cho kết quả ổn định, chính xác hơn.
4. KẾT LUẬN
Với những đặc tính ưu việt về khả năng điền đầy, độ hoạt tính cao so với các loại khoáng puzơlan khác, muội silic ngày càng được sử dụng rộng rãi nhằm nâng cao độ bền của các kết cấu bê tông ở khu vực xâm thực. Tuy nhiên, 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 còn chưa nhiều, nhất là ở Việt Nam. Bài báo tóm tắt nghiên cứu thí nghiệm, phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền chống xâm nhập ion Cl- của bê tông muội silic theo thời gian.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, quá trình giảm kích thước lỗ rỗng của bê tông thông qua cơ chế điền đầy các lỗ rỗng giữa các hạt xi măng hay giữa các hạt xi măng với cốt liệu trong bê tông, cũng như quá trình phản ứng puzơlan hóa vẫn tiếp tục diễn ra trong thời gian sau 28 ngày. Các sản phẩm của phản ứng puzơlan lấp đầy các lỗ rỗng lớn, khiến cho hệ thống lỗ rỗng mịn đi và mất tính liên tục. Sự thay đổi này làm giảm khả năng khuếch tán của ion Cl- trong bê tông và tăng khả năng chống ăn mòn ion Cl- của bê tông. Các đặc tính cơ lý, đặc tính về khả năng chống thấm, chống xâm nhập ion Cl- của bê tông sẽ ổn định sau thời gian 6 tháng tuổi. Kết quả nghiên cứu này cũng đưa ra lưu ý rằng, để đảm bảo được tính ổn định khi sử dụng bê tông muội silic trong thực tế, nên sử dụng các giá trị đặc tính cơ lý hay độ bền của bê tông ở thời điểm 6 tháng tuổi.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học Công nghệ GTVT, mã số đề tài ĐTTĐUTT-2021-20.
Tài liệu tham khảo
[1]. Bộ Khoa học và Công nghệ (2009), TCVN 2682:2009
– Tiêu chuẩn quốc gia về xi măng Pooc lăng – Yêu cầu kỹ thuật.
[2]. Das B.B., Kondraivendhan B. (2012), Implication of pore size distribution parameters on compressive strength, permeability and hydraulic diffusivity of concrete, Construction and Building Materials, 28(1), pp.382-386.
[3]. Diamond S. (2000), Mercury porosimetry: An inappropriate method for the measurement of pore size distributions in cement-based materials, Cement and Concrete Research 30, pp.1517-1525.
[4]. Lafhaj Z., Goueygou M., Djerbi A., Kaczmarek M. (2006), Correlation between porosity, permeability and ultrasonic parameters of mortar with variable water/cement ratio and water content, Cement and Concrete Research 36, pp.625-633.
[5]. Liu J., Ou G., Qiu Q., Chen X., Hong J., Xing F. (2017), Chloride transport and microstructure of concrete with/without fly ash under atmospheric chloride condition, Construction and Building Materials 146, pp.493-501.
[6]. Liu J., Qiu Q., Chen X., Xing F., Han N., He Y., Ma Y. (2017), Understanding the interacted mechanism between carbonation and chloride aerosol attack in ordinary Portland cement concrete, Cement and Concrete Research 95, pp.217-225.
[7]. Neithalath N., Sumanasooriya M.S., Deo O. (2010), Characterizing pore volume, sizes and connectivity in pervious concretes for permeability prediction, Material Characterization, 61(8), pp.802-813.
[8]. Oltulu M., Sahin R. (2014), Pore structure analysis of hardened cement mortars containing silica fume and different nano-powders, Construction and Building Materials 53, pp.658-664.
[9]. Wang H.L., Dai J.G., Sun X.Y., Zhang X.L. (2016), Characteristics of concrete cracks and their influence on chloride penetration, Construction and Building Materials 107, pp.216-225.
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)