Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa độ thấm và tốc độ khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái ứng sử của bê tông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƢƠNG NHẬT TÂN
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA ĐỘ THẤM
VÀ TỐC ĐỘ KHUẾCH TÁN CLORUA VÀO BÊ TÔNG
CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM
MÃ SỐ: 60.58.25

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. TRẦN THẾ TRUYỀN

HÀ NỘI, 2015


i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ đóng góp
ý kiến của thầy, cô ở Khoa Công trình và Phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng của
Trường Đại học Giao thông Vận tải, phòng LAS – 1216 của trường Trung cấp
Giao thông Vận tải Huế, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong quá
trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn.
Đặc biệt tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn
PGS.TS Trần Thế Truyền – Bộ môn Cầu hầm, Trường Đại học Giao thông Vận
tải, là người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn
thiện luận văn này.
Tôi muốn gửi lời cảm ơn đến cơ quan nơi đang công tác Trường Trung cấp
Giao thông Vận tải Huế, gia đình và những người thân của tôi, những người luôn ở
bên cạnh an ủi và là nguồn động viên to lớn cho tôi vượt qua mọi khó khăn để
hoàn thành khóa học này.
Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắc chắn chưa
đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đã nêu ra. Tôi xin chân thành cảm ơn
và tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn
đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày 3 tháng 6 năm 2015
Tác giả

TRƢƠNG NHẬT TÂN


ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................ vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................ 1
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 2
3. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................................. 2
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ THẤM VÀ ĐỘ KHUẾCH TÁN CỦA CLORUA
VÀO BÊ TÔNG ................................................................................................................. 3
1.1. Khái niệm về tính thấm của bê tông và độ khuếch tán vào bê tông ...................... 3
1.1.1. Cấu trúc rỗng của bê tông .................................................................................. 3
1.1.2. Các định nghĩa cơ bản ......................................................................................... 4
1.1.2.1. Độ rỗng của bê tông .......................................................................................... 4


1.1.2.2. Tính thấm của bê tông ..................................................................................... 5
1.1.2.3. Sự khuếch tán.................................................................................................... 5
1.1.2.4. Sự hút bám ........................................................................................................ 5
1.1.2.5. Sự hấp thụ ......................................................................................................... 5
1.1.2.6. Độ ngoằn ngoèo của các lỗ rỗng ...................................................................... 5
1.1.2.7. Tính liên thông giữa các lỗ rỗng ...................................................................... 6
1.1.3. Ảnh hƣởng của tải trọng đến cấu trúc vi mô của bê tông ............................... 6
1.1.4. Thấm của chất lƣu qua bê tông .......................................................................... 7
1.1.4.1. Khái niệm .......................................................................................................... 7
1.1.4.2. Cơ chế thấm của chất lƣu qua môi trƣờng rỗng ........................................... 8
1.2. Một số phƣơng pháp thí nghiệm đo độ thấm của bê tông .................................... 11
1.2.1. Thí nghiệm dòng nƣớc ổn định ........................................................................ 12
1.2.2. Thí nghiệm dòng nƣớc không ổn định ............................................................. 14
1.2.3. Các thí nghiệm đo mức độ ngấm nƣớc ............................................................ 18
1.2.3.1. Chiều sâu nƣớc thấm nhập là một chỉ số ..................................................... 19
1.2.3.2. Xác định hệ số độ thấm từ chiều sâu ngấm nƣớc ........................................ 19
1.3. Các thí nghiệm xác định độ khuếch tán của của ion vào bê tông ........................ 20


iii
1.3.1. Thí nghiệm khuếch tán trạng thái ổn định ..................................................... 21
1.3.1.1. Nguyên lý thí nghiệm...................................................................................... 21
1.3.1.2. Trình tự thực hiện .......................................................................................... 22
1.3.2. Thí nghiệm ngâm mẫu thử ............................................................................... 23
1.3.3. Thí nghiệm nhỏ giọt........................................................................................... 24
1.3.4. Thí nghiệm luân chuyển vùng điện trƣờng ..................................................... 25
1.3.4.1. Nguyên lý của thí nghiệm............................................................................... 25
1.3.4.2. Các phƣơng pháp thí nghiệm thấm clorua .................................................. 27
1.4. Kết luận chƣơng 1..................................................................................................... 30
CHƢƠNG 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ............................... 32
2.1. TỔNG QUAN VỀ CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRONG THÍ
NGHIỆM .......................................................................................................................... 32
2.1.1. Khái quát về bê tông.......................................................................................... 32
2.1.2. Vật liệu chế tạo bê tông ..................................................................................... 33
2.1.2.1. Xi măng ............................................................................................................ 33
2.1.2.2. Cốt liệu nhỏ (cát) ............................................................................................ 33
2.1.2.3. Cốt liệu lớn (đá dăm) ...................................................................................... 36
2.1.2.4. Nƣớc ................................................................................................................. 39
2.2. Thiết kế thành phần cấp phối bê tông thí nghiệm ................................................. 39
2.3. Phƣơng pháp và thiết bị thí nghiệm ....................................................................... 40
2.3.1. Phƣơng pháp kiểm tra độ chống thấm (TCVN 3116 - 2007)......................... 40
2.3.2. Thiết bị thí nghiệm độ chống thấm .................................................................. 40
2.3.3. Xác định độ chống thấm của bê tông ............................................................... 41
2.3.4. Thiết bị thí nghiệm xác định độ thấm clo ........................................................ 42
2.3.5. Phƣơng pháp xác định độ thấm ion clo bằng phƣơng pháp đo điện lƣợng
(theo TCVN 9337 : 2012) ............................................................................................ 43
2.3.6. Chế tạo mẫu thí nghiệm .................................................................................... 43
2.3.6.1. Thiết bị sử dụng .............................................................................................. 43
2.3.6.2. Lấy mẫu ........................................................................................................... 44
2.3.6.3. Đúc mẫu ........................................................................................................... 44
2.3.6.4. Bảo dƣỡng mẫu ............................................................................................... 44
2.4. Kết luận chƣơng 2..................................................................................................... 44


iv
CHƢƠNG 3 - THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ THẤM VÀ
TỐC ĐỘ KHUẾCH TÁN CLORUA VÀO BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI
ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG .............................................................................................. 45
3.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 45
3.2. Đề cƣơng thí nghiệm thấm nƣớc theo TCVN 3116 – 2007 ................................. 47
3.2.1. Phạm vi áp dụng ............................................................................................... 47
3.2.2. Thiết bị thí nghiệm............................................................................................ 47
3.2.3. Chuẩn bị mẫu thử .............................................................................................. 47
3.2.4. Tiến hành thử ..................................................................................................... 49
3.3. Đề cƣơng thí nghiệm thấm ion clo theo TCVN 9337 – 2012 ............................... 50
3.3.1. Phạm vi áp dụng, quy định chung .................................................................. 50
3.3.2. Nguyên tắc thử .................................................................................................. 50
3.3.2. Thiết bị thí nghiệm............................................................................................ 50
3.3.2.1. Thiết bị lấy mẫu ............................................................................................. 50
3.3.2.2. Thiết bị bơm hút chân không có khả năng duy trì áp suất không khí
trong bình chân không nhỏ hơn 1mmHg gồm có .................................................... 51
3.3.2.3. Thiết bị và dụng cụ đo điện lƣợng ............................................................... 51
3.3.2.4. Dụng cụ và vật liệu sơn phủ ......................................................................... 51
3.3.2.5. Hóa chất thử ................................................................................................... 51
3.3.3. Chuẩn bị mẫu thử ............................................................................................. 52
3.3.4. Tiến hành thử ..................................................................................................... 54
3.4. Kết quả thí nghiệm .................................................................................................. 56
3.4.1. Kết quả thí nghiệm chống thấm của bê tông ................................................. 56
3.4.2. Kết quả thí nghiệm thấm ion clo của bê tông ................................................ 57
3.5. Xây dựng mối quan hệ giữa độ thấm nƣớc và thấm ion clo vào bê tông .......... 58
3.6. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................................... 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................ 60
1. Kết luận ........................................................................................................................ 60
2. Kiến nghị ...................................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 62


v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Chất lượng bảo vệ dựa vào chỉ số độ thấm nước Autoclam............................. 18

Bảng 2.1. Các tính chất cơ lý của cát thuộc mỏ An Lỗ .................................................... 35
Bảng 2.2. Thành phần hạt của cát ..................................................................................... 35
Bảng 2.3. Các tính chất cơ lý của đá ................................................................................. 37
Bảng 2.4. Thành phần hạt của đá ...................................................................................... 38
Bảng 2.5. Thành phần cấp phối của bê tông ..................................................................... 40
Bảng 2.6. Mức độ thấm ion clo ......................................................................................... 43
Bảng 2.7. Chỉ tiêu cần xác định, hình dáng và kích thước mẫu ....................................... 43

Bảng 3.1. Mức độ thấm ion clo ......................................................................................... 56
Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm độ chống thấm nước của bê tông 30Mpa ........................ 57
Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm độ thấm clo của bê tông 30Mpa ...................................... 57
Bảng 3.4. Mối quan hệ giữa độ chống thấm nước và độ thấm clo của bê tông 30 Mpa
theo ứng suất nén trước trong bê tông .............................................................................. 59


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của bê tông ........................................................................................... 3
Hình 1.2. Các giai đoạn ứng xử của bê tông dưới tác động của tải trọng .......................... 6
Hình 1.3. Các giai đoạn chuyển dịch của chất lỏng qua môi trường chất rỗng .................. 9
Hình 1.4. Thiết bị đo thấm nước điển hình ....................................................................... 12
Hình 1.5. Bố trí thí nghiệm ISO/DIS 7032 ....................................................................... 16
Hình 1.6. Thí nghiệm độ thấm clorua nhanh .................................................................... 28
Hình 2.1. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép của cát. .................................................... 34
Hình 2.2. Biểu đồ thành phần hạt của cát ......................................................................... 35
Hình 2.3. Biểu đồ xác định phạm vi cho phép của đá ...................................................... 37
Hình 2.4. Biểu đồ xác định thành phần hạt của đá ........................................................... 38
Hình 2.5. Thiết bị xác định độ chống thấm của bê tông ................................................... 41
Hình 2.6. Sơ đồ xác định độ chống thấm (W) .................................................................. 42
Hình 2.7. Thiết bị xác định độ thấm ion clo gồm khoang chứa mẫu và thiết bị đo điện
lượng truyền qua mẫu ........................................................................................................ 42
Hình 3.1. Máy xác định độ chống thấm của bê tông (HS – 40) ....................................... 47
Hình 3.2. Nén trước các mẫu với các cấp tải trọng khác nhau ......................................... 48
Hình 3.3. Quét mỡ xung quanh mẫu và thành trong áo mẫu ............................................ 49
Hình 3.4. Lắp mẫu thử vào máy thử thấm ........................................................................ 49
Hình 3.5. Máy khoan lấy lõi bê tông và máy cắt bê tông ................................................ 50
Hình 3.6. Khoang chứa mẫu thử thấm ion clo ................................................................. 51
Hình 3.7. Mẫu thử được khoan cắt ra từ các mẫu trụ đã được gia tải .............................. 52
Hình 3.8. Sơn xung quanh mẫu bằng sơn epoxy ............................................................. 53
Hình 3.9. Sơ đồ bơm hút chân không mẫu thử ................................................................. 53
Hình 3.10. Đưa mẫu vào hút chân không trong 24 giờ. .................................................. 54
Hình 3.11. Sơ đồ đo điện lượng ........................................................................................ 55
Hình 3.12. Mẫu được lắp vào khoang chứa mẫu, nối với thiết bị đo và xử lý số liệu trên
máy tính. ............................................................................................................................ 55
Hình 3.13. Tác giả đang theo dõi các thông số trong quá trình thí nghiệm...................... 56
Hình 3.14. Độ chống thấm nước của bê tông 30 Mpa theo ứng suất nén trước ............. 58


vii
Hình 3.15. Độ thấm clo của bê tông 30 Mpa theo ứng suất nén trước trong bê tông .... 59
Hình 3.16. Mối quan hệ giữa W và độ thấm clo của bê tông 30Mpa theo ứng suất nén
trước trong bê tông với 5 cấp tải trọng khác nhau .......................................................... 60


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 1

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tông được xem là vật liệu đá nhân tạo có tính bền vững cao. Tuy nhiên,
theo thời gian, bê tông sẽ bị hư hại do tác động xâm thực của môi trường. Một
trong các tác nhân gây hư hại đó là: nước, axit, clo,… trong đó nguy hiểm nhất và
phá hoại bê tông một cách nhanh chóng nhất là clo.
Đối với kết cấu bê tông ở dưới nước và trong đất đặc biệt là nước có tính
chất xâm thực sẽ bị ăn mòn. Ăn mòn bê tông thực chất là ăn mòn đá xi măng, vì
thành phần cốt liệu nói chung là đặc chắc khó bị ăn mòn. Lớp bê tông mặt ngoài
bảo vệ cốt thép bị thấm nước, nước tiếp cận với cốt thép gây ăn mòn, đặc biệt có
sự xâm nhập ion clo phá hoại màng oxit thụ động ở mặt ngoài cốt thép. Khi cốt
thép bị ăn mòn tạo ra gỉ, thể tích tăng 4-6 lần gây nứt nẻ bê tông, dẫn đến phá hoại
kết cấu công trình.
Việt Nam là một nước nhiệt đới, lượng mưa lớn, khí hậu thay đổi thất
thường, địa hình tiếp giáp với bờ biển dài. Tuổi thọ công trình xây dựng, giao
thông và thủy lợi bị giảm đáng kể nếu khả năng chống thấm trong quá trình khai
thác của các công trình này bị ảnh hưởng do các tác động bất lợi gây phá hủy, nứt
vỡ bê tông. Sự có mặt của các đường nứt không mong muốn vốn được ghi nhận ở
hầu hết các công trình xây dựng, giao thông hay thủy lợi ở Việt Nam đã tạo điều
kiện cho nước và không khí (hay gọi tắt là chất lưu) có hại thấm nhập vào bên
trong kết cấu. Và chắc chắn rằng độ bền của các công trình này sẽ bị ảnh hưởng rất
nhiều trong quá trình khai thác.
Việc dự báo tuổi thọ một cách đáng tin cậy là cơ sở quan trọng nhất để duy
trì và thiết kế tối ưu các công trình xây dựng nhằm kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí
bảo trì duy tu sửa chữa trọn đời cho công trình. Trong số các hư hỏng cho các kết
cấu và công trình bê tông cốt thép, sự thâm nhập của các chất clorua từ nước biển,
nước ngầm, nước mưa, hơi nước .v.v. Ăn mòn cốt thép trong các kết cấu bê tông
cốt thép đã được xác định là nguyên nhân phổ biến nhất gây hư hỏng cho các kết
cấu và công trình bê tông cốt thép trên toàn thế giới.

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 2

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Đánh giá tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chí ăn mòn cốt thép do
thấm ion clo vào bê tông là một trong những phương pháp đánh giá độ bền dài hạn
của công trình. Việc xác định được mối quan hệ giữa độ thấm nước và tốc độ
khuếch tán clorua vào bê tông sẽ cho phép đánh giá chính xác tuổi thọ các công
trình bê tông cốt thép nói chung và các công trình cầu nói riêng. Hiện nay, trên thế
giới, việc xác định quan hệ này là yêu cầu bắt buộc khi xem xét khả năng chống
thấm và chống ăn mòn của các loại bê tông sử dụng trong xây dựng các công trình
cầu tại những khu vực bị xâm thực mạnh. Tuy nhiên, ở Việt Nam, đây vẫn là vấn
đề mới mẻ, cần thiết phải có các nghiên cứu để làm rõ vấn đề này với một số loại
bê tông thường dùng trong xây dựng nói chung và xây dựng cầu nói riêng.
Như vậy đề tài “Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa độ thấm và tốc độ khuếch
tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái ứng xử của bê tông” là cần thiết.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Xây dựng mối quan hệ giữa thấm nước và khuếch tán clorua có xét đến
trạng thái ứng xử chịu nén của bê tông.
Trên cơ sở các tiêu chuẩn hiện hành, thực hiện các thí nghiệm tại phòng thí
nghiệm để xác định độ chống thấm và xác định hệ thấm clorua trong phòng thí
nghiệm của bê tông thông dụng trong xây dựng cầu.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong phạm vi hạn hẹp về thời gian nên đề tài chỉ nghiên cứu theo hướng
nghiên cứu thực nghiệm, xây dựng mô hình lý thuyết dựa trên kết quả thí nghiệm.
Thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài:
- Các tiêu chuẩn, tài liệu, sách, báo, tạp chí đã công bố trong và ngoài nước;
- Các tài liệu, số liệu trong các Website chuyên ngành trên Internet.

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 3

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ THẤM VÀ ĐỘ KHUẾCH TÁN CỦA
CLORUA VÀO BÊ TÔNG
1.1. Khái niệm về tính thấm của bê tông và độ khuếch tán vào bê tông
1.1.1. Cấu trúc rỗng của bê tông
Sau khi tạo hình, các thành phần của hỗn hợp bê tông được sắp xếp chặt chẽ,
kết hợp với sự thủy hóa của xi măng hình thành nên cấu trúc bê tông. Khoảng thời
gian hình thành cấu trúc, cũng như cường độ đầu tiên của bê tông phụ thuộc vào
thành phần của bê tông, dạng chất kết dính và phụ gia hóa học.
Cấu trúc vi mô của bê tông có thể được biểu diễn như trên hình 1.1 gồm 3
pha cơ bản là: pha hơi, pha nước và pha rắn.

Hình 1.1. Cấu trúc của bê tông

Pha rắn gồm đá xi măng, khung cốt liệu và các liên kết giữa đá xi măng và
khung cốt liệu. Đá xi măng được cấu thành bởi các hạt xi măng thủy hóa chứa
khoảng 50 % gel C-S-H, 20 % vôi liên kết Ca(OH)2, 10 % aluminates và sunfo –
aluminates của canxi hydrat hóa và 20% các thành phần khác (CA2SH8, CA3,…).
Liên kết đá xi măng – khung cốt liệu tồn tại xung quanh khung cốt liệu và phụ
thuộc vào hình dạng cũng như thành phần hóa học các hạt cốt liệu. Các kết quả thí
nghiệm cho thấy, các hạt cốt liệu đá canxi khá rỗng và có liên kết chống thấm tốt
hơn trong khi các cốt liệu đá silic cho liên kết chống thấm kém hơn.
Pha lỏng bao gồm các dạng nước khác nhau cùng tồn tại trong bê tông: nước
lỗ rỗng, nước hấp phụ và nước có liên kết hóa học. Nước lỗ rỗng lấp đầy thể tích

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 4

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

rỗng nếu bê tông hoàn toàn bão hòa. Khi bê tông không bão hòa, nước lỗ rỗng
phân cách với pha hơi bởi các mặt cong mao dẫn (menisque). Nước hấp phụ có
mặt trên thành của các lỗ rỗng, nhất là trên gel C-S-H và chịu tác động của các lực
mặt qua trung gian các lực liên phân tử Van der Waals và các lực tĩnh điện; có đến
6 lớp phân tử nước có thể bị giữ lại trên bề mặt, tuy nhiên lực hấp dẫn giảm khi mà
khoảng cách giữa lớp phân tử với bề mặt rắn tăng lên. Việc mất nước hút bám là
nguyên nhân chủ yếu của sự co ngót của đá xi măng khi bị làm khô. Nước có liên
kết hóa học là nước cần thiết cho các phản ứng hydrat hóa của xi măng, loại nước
này chỉ bị bay hơi khi nhiệt độ lên tới trên 400 0C.
Pha lỏng bao gồm khí và hơi nước cùng tồn tại trong các lỗ rỗng của bê
tông. Với bê tông bão hòa hoàn toàn, pha hơi bị chiếm chỗ bởi nước lỗ rỗng.
Độ rỗng của bê tông là tổng các độ rỗng của đá xi măng, của khung cốt liệu
và của các liên kết giữa đá xi măng và khung cốt liệu. Độ rỗng được định nghĩa là
tỷ số giữa thể tích các lỗ rỗng của bê tông và thể tích tổng. Đối với bê tông thường,
độ rỗng có thể đạt tới 10 % thể tích của bê tông (Baroghel – Bouny: 1994). Trong
khi với bê tông chất lượng cao, độ rỗng có thể giảm xuống dưới 3 %.
1.1.2. Các định nghĩa cơ bản
1.1.2.1. Độ rỗng của bê tông
Độ rỗng của bê tông là tổng các độ rỗng của đá xi măng, của khung cốt liệu
và của các liên kết giữa đá xi măng và khung cốt liệu. Độ rỗng được xác định bởi
công thức:

Trong đó:
Vp: thể tích các lỗ rỗng của bê tông
Vt: thể tích tổng cộng
Đối với bê tông thường, độ rỗng có thể đạt tới 10 % thể tích của bê tông.
Trong khi đó với bê tông chất lượng cao độ rỗng có thể giảm xuống dưới 3 %.

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 5

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Các lỗ rỗng trong bê tông có kích thước khác nhau từ vài nm đến vài chục
nm. Các lỗ rỗng do lỗi quá trình đầm bê tông có kích thước lớn hơn 1 mm. Các bọt
khí có kích thước từ 10 µm đến 1 mm. Các lỗ rỗng mao dẫn có kích thước từ 0.01
đến 5 µm. Các lỗ rỗng trong xi măng có kích thước nhỏ hơn 4 nm.
1.1.2.2. Tính thấm của bê tông
Tính thấm của bê tông có thể được định nghĩa là tính dễ cho chất lỏng đi vào
và xuyên qua khối bê tông dưới sự chênh lệch về áp lực. Mặc dù thuật ngữ tính
thấm liên quan chặt chẽ đến dòng chảy xảy ra dưới sự chênh lệch về áp lực; tuy
nhiên, nó cũng thường được sử dụng một cách tổng quát để bao hàm các cơ chế
truyền khác nhau như là sự hấp thụ và sự khuếch tán.
1.1.2.3. Sự khuếch tán
Sự khuếch tán là quá trình trong đó một chất lỏng, khí hoặc ion có thể truyền
qua bê tông dưới hoạt động của một gradient tập trung. Sự truyền khối lượng là kết
quả của chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử hoặc các ion tự do trong dung
dịch.
1.1.2.4. Sự hút bám
Sự hút bám là một quá trình trong đó các phần tử dính kết với các bề mặt rắn
trong bê tông (các gel C -S – H) bởi các lực dính kết vật lý hoặc bởi sự dính bám
hóa học. Thuật ngữ khác được dùng phổ biến cùng với sự hút bám là sự nhả
(desorption), là sự giải phóng các phân tử bị hấp thụ khỏi các bề mặt rắn trong bê
tông.
1.1.2.5. Sự hấp thụ
Sự hấp thụ là quá trình trong đó bê tông giữ một chất lỏng do sự hút mao
dẫn trong các lỗ rỗng để lấp đầy không gian bên trong vật liệu.
1.1.2.6. Độ ngoằn ngoèo của các lỗ rỗng
Độ ngoằn ngoèo của đường di chuyển của chất lưu trong bê tông được định
nghĩa (Carma – 1996).
Trong đó:

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 6

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Le: chiều dài dòng chảy thực tế;
L: chiều dài phần chiếu của Le trên đường thẳng.
1.1.2.7. Tính liên thông giữa các lỗ rỗng
Tính liên thông giữa các lỗ rỗng là một tham số hình dạng đặc trưng cho độ
thông nhau giữa các lỗ rỗng, được định nghĩa:
C=b–n+1

(1.3)

Với:
b: số lượng nhánh liên thông;
n: số lượng nút rỗng.
Trong một môi trường giả thiết là đồng nhất, C tỷ lệ với kích thước của kết cấu.
1.1.3. Ảnh hƣởng của tải trọng đến cấu trúc vi mô của bê tông
Ứng xử của bê tông dưới tác động của tải trọng ở cấp độ vĩ mô đã được
nhiều nghiên cứu đề cập đến.
Pha ph¸ hñy ph©n t¸n


max

Pha ph¸ hñy tËp trung

Do
Pha øng xö ®µn håi
Pha nøt

0

0

 Do

0

c

i



0.25

1

D

Hình 1.2. Các giai đoạn ứng xử của bê tông dưới tác động của tải trọng

Trong phạm vi luận văn, trình bày tóm lược các pha ứng xử cơ bản của cấu
trúc vi mô của bê tông khi chịu kéo và chịu nén có xét đến giai đoạn xuất hiện và
lan truyền các đường nứt trong bê tông (hình 1.2).

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 7

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Giai đoạn đàn hồi hoặc tựa đàn hồi ( ≤ 0.7max, ~   Do ): bê tông được xem
như còn nguyên vẹn nghĩa là chưa xuất hiện hay lan truyền nứt cơ học. Ma trận các
lỗ rỗng trong bê tông không đổi hoặc giảm nhẹ do ứng suất nén trong bê tông.

 Do

Giai đoạn không đàn hồi trước giới hạn phá hoại (0.7max <  ≤ max,
 ~   C ): các đường nứt nhỏ xuất hiện và lan truyền trong cấu trúc bê tông, các

đường nứt này thường xuất phát từ phần liên kết giữa các cốt liệu và đá xi măng.
Đây cũng là thời điểm của hiện tượng phá hủy đồng nhất hay phá hủy phân tán
trong bê tông. Độ rỗng của bê tông và tính thông nhau giữa các đường nứt tăng
nhanh, khả năng chống thấm của bê tông giảm rõ rệt.
Giai đoạn ứng xử mềm của bê tông sau giới hạn phá hoại ( > max, ~   C ):
Các đường nứt nhỏ tập trung lại và tạo ra các đường nứt lớn có thể quan sát được
bằng mắt thường, môi trường bê tông trở nên không liên tục, độ rỗng của bê tông
và đặc biệt độ thông nhau của các lỗ rỗng tăng rất nhanh.
1.1.4. Thấm của chất lƣu qua bê tông
1.1.4.1. Khái niệm
Độ thấm được định nghĩa là khả năng cho phép các chất lưu thẩm thấu qua
của một môi trường rỗng do sự chênh lệch thế năng. Độ thấm của bê tông, một loại
vật liệu rỗng phụ thuộc nhiều vào các tham số của môi trường bê tông như độ rỗng,
độ ngoằn ngoèo của các lỗ rỗng và tính thông nhau giữa các lỗ rỗng. Khi độ rỗng
và độ thông nhau giữa các lỗ rỗng trong bê tông tăng lên, độ bền chống thấm của
bê tông bị giảm xuống; và khi các lỗ rỗng càng thẳng, dòng chảy thấm có tốc độ
càng nhanh. Dưới tác động cơ học hoặc nhiệt độ đủ lớn, sự phá hủy trong bê tông
kèm theo các đường nứt làm gia tăng các thông số trên, độ thấm của bê tông vì vậy
cũng sẽ tăng nhanh.
Độ thấm của bê tông phụ thuộc vào các thành phần cấu thành nên bê tông
(dạng, tỷ lệ) bao gồm:
- Nước / xi măng: liên quan trực tiếp đến độ rỗng mao dẫn.

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 8

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Bản chất và tỷ lệ các loại cốt liệu sử dụng: liên quan đến việc hình thành
các vùng liên kết giữa đá xi măng và các hạt cốt liệu cũng như thay đổi tính ngoằn
ngoèo của các đường rỗng.
Cường độ và độ thấm của bê tông cho thấy, cường độ bê tông phụ thuộc vào
tỷ lệ rỗng của vật liệu; tuy nhiên, độ thấm lại phụ thuộc chủ yếu vào tính liên thông
giữa các lỗ rỗng. Một khi bê tông có tính liên thông rỗng cao do các đường nứt
xuất hiện vì nhiều nguyên nhân (co ngót, từ biến, tác động cơ học, nhiệt độ cao, ăn
mòn…) trong quá trình khai thác thì độ thấm của bê tông tăng rất nhanh.
Sự chênh lệch về độ ẩm, của áp lực thủy tĩnh, của ứng suất, nhiệt độ và của
nồng độ các hóa chất làm xáo trộn trạng thái cân bằng của chất lưu trong vật liệu
rỗng; vì vậy sự di chuyển của dòng lưu chất xảy ra để thiết lập lại sự cân bằng mới.
Quá trình di chuyển của dòng lưu chất này thông thường được mô tả ở các phương
diện như hút bám, khuếch tán, hấp thụ và thấm. Trong bê tông, cả cấu trúc vật lý
của bê tông và trạng thái của nước trong lỗ rỗng ảnh hưởng đến những quá trình
này. Thủy động học của các vật liệu rỗng xem xét phần rỗng như là một thể liên
tục với mục đích thiết lập các phương trình mô tả các quá trình di chuyển của dòng
chất lưu. Các mô tả lý thuyết của các quá trình dịch chuyển của chất lưu thường là
cơ sở để đo đạc các tính chất của dòng chảy trong bê tông. Tuy vậy, các quy luật
thực nghiệm về dòng chảy của chất lưu như luật thấm Darcy, phương trình
Poiseuille hay các luật thấm liên tục thường được sử dụng rộng rãi để mô tả quá
trình thấm của chất lưu qua bê tông.
1.1.4.2. Cơ chế thấm của chất lƣu qua môi trƣờng rỗng
Lớp hút bám

Giai đoạn (a) – Hút bám

Giai đoạn (b) – Khuếch tán hơi nước

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


-----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 9

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Giai đoạn (c) – Di chuyển hơi lẫn nước Giai đoạn (d) – Mặt từ biến có
nhiều di chuyển hơi chứa nước

Giai đoạn (e) – Dòng nước

Giai đoạn (f) – Dòng chất bão hòa

không đảm bảo

Giai đoạn (g) – Khuếch tán của
các ion qua các lỗ rỗng

Giai đoạn (h) – Các ion khuếch
tán qua các lỗ rỗng bão hòa

Hình 1.3. Các giai đoạn chuyển dịch của chất lỏng qua môi trường chất rỗng

Có 6 giai đoạn trong quá trình dịch chuyển của dòng chất lỏng qua một môi
trường rỗng như trên hình 2.2. Các giai đoạn khác nhau được giải thích như sau:
Giai đoạn a
Là giai đoạn của sự hút bám và đến khi nó kết thúc, dòng hơi nước không
thể truyền qua vật liệu mặc dù dòng này sẽ di chuyển đến những vùng hút bám ở
dạng hơi nước.
Giai đoạn b
Là giai đoạn của sự di chuyển bị cản trở của hơi nước khi mà hơi nước ứng
xử như là một khí lý tưởng. Điều này được trình bày trong định luật thứ nhất về
khuếch tán của Fick:

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 10

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Với:
JX : lưu lượng dòng chảy tại vị trí x theo phương x tính từ gốc;
DX : hệ số khuếch tán tại vị trí x;
cC/cX : gradient nồng độ tại vị trí x.
(Định luật thứ hai về khuếch tán của Fick liên quan đến tốc độ thay đổi
gradient nồng độ bằng cách giả sử rằng hệ số khuếch tán là độc lập với vị trí).
Giai đoạn c, d
Các giai đoạn c và d xảy ra khi các chỗ co hẹp mặt cắt chứa chất lỏng, có thể
có một màng mỏng hoặc không, với chiều dày đáng kể trên thành khoang.
Trong giai đoạn c, hệ thống không thấm đối với khí trơ và thấm đối với chất
lỏng chỉ bởi quá trình chưng cất, trong đó các chỗ co hẹp mặt cắt có vai trò ngăn
cản dòng di chuyển của hơi nước. Quá trình này được giải thích là do chất lỏng
được hỗ trợ bởi sự truyền hơi nước, sự hỗ trợ tăng lên bởi vì các chất lỏng làm
ngắn chiều dài đường đi hữu hiệu của hơi nước khuếch tán.
Trong giai đoạn d, điều kiện là sự từ biến bề mặt (nghĩa là dòng chảy bên
trong các màng chất lỏng) trong đó có hơi nước được hỗ trợ bởi sự truyền chất
lỏng. Sự khác nhau quan trọng giữa giai đoạn d và e trong hình 1.2 là việc bỏ qua
các mũi tên và xem hình vẽ như là mô tả một sự cân bằng động.
Giai đoạn e
Trong giai đoạn e, mặt tiếp xúc giữa chất khí và nước sẽ có cùng độ cong ở
mọi nơi, nhưng ở giai đoạn d, độ cong ở xa các chỗ co hẹp được xác định chủ yếu
bởi hình dạng của bề mặt.
Do dòng chảy xảy ra trong lỗ rỗng do chênh lệch áp suất ngang qua mặt tiếp
xúc ở giai đoạn e, lưu lượng dòng chảy được cho bởi phương trình Washburn:

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 11

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Với:
: lưu lượng dòng chảy;
r: bán kính của lỗ mao dẫn;
: sức căng bề mặt;
d: chiều sâu xuyên của chất lỏng;
µ: độ nhớt của chất lỏng;
: góc tiếp xúc.
Giai đoạn f
Dòng chảy trong giai đoạn f, nghĩa là trong điều kiện bão hòa, là do một cột
áp lực cao tồn tại trong lỗ rỗng, do đó lưu lượng bị khống chế bởi luật thấm Darcy.
Thêm vào các giai đoạn từ a đến f, sự khuếch tán ion có thể xảy ra trong các
giai đoạn e và f giống như minh họa trong các giai đoạn g và h. Sự khuếch tán ion
cũng bị khống chế bởi định luật thứ nhất của Fick.
1.2. Một số phƣơng pháp thí nghiệm đo độ thấm của bê tông
Độ thấm của bê tông là một đặc tính quan trọng của bê tông bên cạnh các
đặc trưng cơ học, những đặc điểm này cho phép đánh giá chất lượng của bê tông.
Phân tích độ thấm của chất lưu qua bê tông sẽ góp phần kiểm soát sự ổn định của
các kết cấu công trình bằng bê tông và bê tông cốt thép về mặt tuổi thọ cũng như
các ảnh hưởng đến tiện nghi của cuộc sống của con người.
Trong thực tế, độ thấm của bê tông có thể được đánh giá thông qua việc đo
đạc độ thấm nước với các thí nghiệm trong phòng hoặc ngoài hiện trường.
Độ thấm nước của bê tông có thể được đo bằng các thí nghiệm trong đó một
trạng thái ổn định hoặc không ổn định của dòng nước được thiết lập. Khi bê tông
quá đặc để có thể cho phép dòng chảy qua mẫu, chiều sâu nước thâm nhập dưới
một áp lực thủy lực cũng được dùng để xác định hệ số độ thấm. Các thí nghiệm độ
thấm nước có thể được phân loại thành:
- Các thí nghiệm dòng nước trạng thái ổn định;
- Các thí nghiệm dòng nước trạng thái không ổn định;
- Các thí nghiệm ngấm nước.

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trng i hc giao thụng vn ti

- 12

-

Lun vn thc s k thut

1.2.1. Thớ nghim dũng nc n nh
Thớ nghim xỏc nh tc dũng nc trng thỏi n nh vi mt ỏp lc
thớ nghim v kớch thc hỡnh hc ca mu cho trc. S dng d liu ny, h s
thm nc c tớnh theo phng trỡnh sau:

Trong ú:
K: thm (m2);
Q: tc ca dũng chy (m3/s);
à: nht ca nc (Ns/m2);
L: chiu di mu th (m);
A: din tớch ca dũng vuụng gúc vi hng dũng chy (m2);
P1: ỏp lc u vo (N/m2);
P2: ỏp lc u ra (N/m2).
Nu mu thớ nghim hon ton bóo hũa nc v khụng cú cỏc tng tỏc húa
hc hoc vt lý gia bờ tụng v nc trong sut thớ nghim, thỡ thm thu c
t phng trỡnh núi trờn chớnh l thm thc t ca bờ tụng.
S b trớ mu thớ nghim trong bung o thm c biu din nh trờn
hỡnh 1.4.
Đầu ra đ-ợc nối với máy đo
l-u l-ợng và cảm biến áp suất

Đĩa hình trụ
bằng nhựa Perspex

Tấm thép phía trên

Vòng chứa bằng thép
Mẫu thí nghiệm
Vòng bằng cao su
có thể bơm phồng

Tấm thép phía d-ới

Ra bộ nối khí nén

Đầu vào đ-ợc nối với máy đo
l-u l-ợng và cảm biến áp suất

Hỡnh 1.4. Thit b o thm nc in hỡnh
Hc viờn: Trng Nht Tõn - MHV: 4131779 - Lp Cao hc xõy dng Cu hm K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 13

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Thí nghiệm về cơ bản bao gồm việc làm bão hòa mẫu thí nghiệm và đo tốc
độ dòng nước chảy qua nó gây ra bởi gradient áp lực. Bố trí thí nghiệm được dùng
phổ biến nhất bao gồm một buồng thấm để chứa mẫu, một bộ điều khiển đầu vào
để nhận được nước ở áp suất thí nghiệm xác định trong khi đo đạc dòng vào, và
một bộ điều khiển đầu ra để cho phép dòng chảy ra từ mẫu thí nghiệm được quan
sát cùng với áp lực đầu ra. Bản thân buồng thấm được chế tạo đặc biệt để bịt kín
các mặt bên của mẫu và cho phép chất lỏng thấm, nước đi qua mẫu mà không bị rò
rỉ. Các buồng thấm của các tiêu chuẩn và kích thước khác nhau tồn tại để tác dụng
nước áp lực vào một bên của mẫu và đo tốc độ dòng chảy ở đầu vào hoặc đầu ra
hoặc có lúc cả hai đầu. Loại mẫu thí nghiệm, áp suất thí nghiệm, và phương pháp
sử dụng để bịt kín mẫu trong buồng thấm là một thông số đã có thay đổi trước đây.
Thí nghiệm này cơ bản là một phương pháp thí nghiệm trong phòng và phải được
thực hiện dưới các điều kiện thí nghiệm và môi trường xung quanh có kiểm soát.
Các khó khăn được chỉ ra trong việc thiết lập một điều kiện trạng thái ổn định thậm
chí sau khi dùng phương pháp bão hòa hơi nước với các mẫu. Thời gian thí nghiệm
hàng tuần thay vì vài ngày là thông thường đối với bê tông, tuy nhiên việc sử dụng
buồng thấm vẫn là một trong những phương pháp được dùng phổ biến nhất để xác
định hệ số độ thấm hoặc độ thấm thực tế của bê tông. Phạm vi giá trị độ thấm của
bê tông đo từ phương pháp này thay đổi từ 10-16 đến 10-11 m/s. Mặc dù trình tự thí
nghiệm và các thông số thí nghiệm không được thừa nhận rộng rãi, thí nghiệm này
được đưa vào phương pháp tiêu chuẩn trong khuyến nghị của Viện Dầu lửa Hoa
Kỳ (API): chỉ định RP 27 của API, khuyến nghị thực tế cho việc xác định độ thấm
của môi trường rỗng và trong tiêu chuẩn Ấn Độ IS 2645, tiêu chuẩn các hợp chất
cách nước có thành phần xi măng.
Các yêu cầu về buồng thấm, mẫu thí nghiệm, áp suất được quy định:
- Thiết kế của buồng thấm: Buồng phải chịu được áp suất thí nghiệm mà
không bị biến dạng. Do các áp suất động lớn là phổ biến với các vật liệu có độ
thấm thấp, phải đặc biệt chú ý đến việc bịt kín các mặt bên của mẫu thử. Khi các
áp suất hạn chế được dùng để bịt kín mặt bên mẫu, tỷ lệ giữa áp suất hạn chế và áp

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 14

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

suất động phải được chọn phù hợp. Tỷ lệ này có tác dụng lên tốc độ dòng chảy ở
các áp suất hạn chế thấp.
- Mẫu thí nghiệm: Thí nghiệm yêu cầu các mẫu bão hòa hoàn toàn. Nếu sử
dụng các mẫu không bão hòa, thời gian cần để thiết lập trạng thái ổn định sẽ lâu
hơn thông thường và vì vậy, thời gian thí nghiệm tăng lên. Điều này là không nên
với các mẫu chưa thủy hóa hoàn toàn. Kích cỡ của mẫu thí nghiệm có thể gặp vấn
đề khác. Nếu sử dụng các mẫu mỏng để tăng độ bão hòa, có thể có tác dụng bất lợi
đến độ tin cậy của thí nghiệm độ thấm. Chiều cao mẫu có thể lấy bằng 3 lần kích
thước cốt liệu lớn nhất để giảm sự phân tán của kết quả. Đường kính mẫu thí
nghiệm cũng phụ thuộc vào kích thước cốt liệu lớn nhất, ở đây tốt nhất lấy tối thiểu
là 50 mm.
- Tuổi của mẫu thí nghiệm: Vì xi măng chưa thủy hóa sẽ phản ứng với nước
trong quá trình thí nghiệm và sẽ giảm độ thấm, cho nên tốt nhất là thí nghiệm với
bê tông đã đủ tuổi.
- Áp suất động: Mặc dù áp suất thí nghiệm lớn có thể đẩy nhanh tốc độ thí
nghiệm và thiết lập trạng thái ổn định nhanh hơn, chúng có thể dẫn đến sự thay đổi
cấu trúc lỗ rỗng. Sự chiết lọc liên quan đến áp suất cao, được dùng trong thí
nghiệm độ thấm nước, có thể dẫn đến việc tăng độ thấm.
Do phản ứng giữa nước và xi măng thủy hóa, sự thay đổi cấu trúc lỗ rỗng là
không thể tránh khỏi trong thí nghiệm dòng nước ở trạng thái ổn định, tuy nhiên,
hiệu ứng này có thể được giảm thiểu bằng cách lựa chọn cẩn thận các thông số như
những quy định đã nêu ở trên.
1.2.2. Thí nghiệm dòng nƣớc không ổn định
Do khó khăn với việc thiết lập trạng thái ổn định của dòng nước với đa số
các loại bê tông, việc đo dòng vào hoặc dòng ra cũng được dùng để đo độ thấm
nước của bê tông. Bố trí thí nghiệm loại này giống như khi đo dòng trạng thái ổn
định, nghĩa là một buồng thấm phù hợp được dùng để nhận nước có áp lực và đo
dòng vào hoặc dòng ra hoặc đôi khi cả hai. Sự khác nhau chính là thí nghiệm này
không được liên tục cho tới khi dòng đạt trạng thái ổn định. Các áp suất thí

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 15

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

nghiệm, thời gian thí nghiệm, và trình tự thí nghiệm khác nhau làm cho thí nghiệm
này khó có thể được tiêu chuẩn hóa. Tuy nhiên, thí nghiệm này thích hợp để xác
định sự thay đổi về chất lượng của bê tông.
Hai thí nghiệm hiện trường sử dụng dòng nước không ổn định để xác định
đặc điểm bê tông là thí nghiệm vòng bảo vệ Steinart và thí nghiệm độ thấm nước
Autoclam.
Thí nghiệm trong phòng:
Hình 1.5 minh họa buồng đo thấm được đề xuất trong bản thảo tiêu chuẩn
quốc tế ISO/DIS 7032, Rilem đề nghị phương pháp để đo sự thấm nhập nước vào
bê tông. Các mẫu thí nghiệm có thể là hình trụ đường kính 150, 200 hoặc 300 mm
và tỷ lệ chiều cao/ đường kính là thống nhất, hoặc mẫu lập phương có cạnh 150,
200 hoặc 300 mm. Các thí nghiệm thường được thực hiện với bê tông ở tuổi 28
ngày.
Tuy nhiên, các ngày tuổi khác có thể được chọn tùy theo bất cứ yêu cầu đặc
biệt nào. Mẫu thử được đặt trong lồng đo và được bịt kín. Nước được nhận qua đầu
vào và dòng ra được đo đạc. Các áp suất đề nghị cho thí nghiệm là P/3, 2P/3, và
4P/3, mỗi áp suất đặt trong khoảng thời gian 24 giờ liên tiếp với P là áp suất lớn
nhất mà bê tông có thể phải chịu ở hiện trường.
Thời gian và áp suất tại đó nước thâm nhập lần đầu vào mẫu và thể tích
nước thu được trong một khoảng thời gian đã cho ở mỗi cấp áp suất được ghi lại.
Thể tích nước đi qua mẫu trong một đơn vị thời gian với mỗi cấp áp suất thí
nghiệm được tính sau đó và thể hiện độ thấm nước.
Nếu các điều kiện trạng thái ổn định đạt được ở bất kỳ cấp áp suất thí
nghiệm nào, dòng ra tương ứng với nó có thể được dùng để tính hệ số thấm, đơn vị
m/s. Bản thảo tiêu chuẩn quốc tế của phương pháp không được phát triển một cách
phù hợp, đặc biệt là việc thiếu các giá trị tiêu chuẩn cho áp suất sử dụng trong thí
nghiệm.

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 16

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Dßng n-íc ¸p lùc

§Öm
Khu«n thÐp
MÉu thÝ nghiÖm
150 mm Ø x
150mm cao

VËt liÖu chÌn
Vßng ®Öm

Dßng n-íc ra, ®-îc ®o ®¹c

Hình 1.5. Bố trí thí nghiệm ISO/DIS 7032

Thí nghiệm hiện trường:
Dòng chảy nhớt qua một ống mao dẫn hẹp dưới một cột áp lực có thể được
đo bằng phương trình Poiseuille:

Trong đó:
Q: tốc độ dòng chảy (m3/s);
H: cột áp lực (m);
r: bán kính lỗ mao dẫn (m);
l: chiều dài lỗ mao dẫn chứa đầy nước (m);
: độ nhớt (Ns/m2).
Ở đây, chiều cao cột áp, H, bao gồm 2 thành phần, áp lực mao dẫn và cột áp
tác dụng, và do đó dòng nước là do hiệu ứng kết hợp của cột áp tác dụng và lực hút
mao dẫn. Đây là nguyên lý của cả thí nghiệm vòng bảo vệ Steinart và thí nghiệm
độ thấm nước Autoclam.
- Thí nghiệm vòng bảo vệ Steinart
Nguyên lý vòng bảo vệ được dùng trong thí nghiệm này để tạo ra được sự
thâm nhập một hướng của nước. Hai miếng bịt bằng cao su tròn đồng tâm được

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


----

Trường Đại học giao thông vận tải

- 17

-

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

dán và kẹp vào bề mặt bê tông, tạo nên hai buồng có hình vòng tròn. Chúng được
đổ đầy nước và tạo áp lực bằng khí nén ở 7 bar. Thể tích nước thấm nhập vào bê
tông qua buồng vào được ghi lại.
- Thí nghiệm đo thấm nước Autoclam
Thí nghiệm này tuân theo thí nghiệm độ thấm Clam đã được xây dựng ban
đầu để xác định hệ số thấm của bê tông ở hiện trường.
Trong thí nghiệm độ thấm Clam, một vành đế bằng kim loại đường kính
trong là 50 mm được dán vào bề mặt bê tông và sau khi bão hòa diện tích thí
nghiệm bằng việc nhỏ nước vào vành trong 24 giờ, tốc độ thấm nhập của nước qua
diện tích thí nghiệm với cột áp lực không đổi 1.72 bar được đo. Việc đo đạc được
tiến hành trong 15 phút và từ đồ thị tuyến tính của lưu lượng đối với thời gian, hệ
số thấm được xác định theo luật thấm Darcy. Tuy nhiên, có những hạn chế cơ bản
đến mức mà việc xác định hệ số độ thấm dựa vào tốc đọ thấm nhập nước từ thí
nghiệm này bị nghi ngờ. Các lỗ rỗng mao dẫn đầy nước yêu cầu áp suất tương đối
cao để gây nên dòng chảy qua chúng và do đó áp suất được dùng trong thí nghiệm
có thể chỉ làm dòng chảy qua các lỗ rỗng tương đối lớn. Điều này có nghĩa là thí
nghiệm không phù hợp để xác định hệ số thấm của bê tông bão hòa. Mặc dù thiết
bị để tiến hành thí nghiệm độ thấm Clam đã có sẵn trên thị trường, nó đã bị ngừng
sản xuất khi hệ thống đo độ thấm Clam được giới thiệu ra thị trường; tuy nhiên,
một thiết bị giống với thí nghiệm độ thấm Clam có bán hiện nay với tên thương
mại là thí nghiệm độ thấm nước.
Độ thấm nước Autoclam liên quan đến một trình tự giống như trong thí
nghiệm khả năng hút nước Autoclam. Sự khác nhau chính là áp suất thí nghiệm
được dùng, nghĩa là áp suất 1.5 bar được dùng cho thí nghiệm có đường kính độ
thấm nước Autoclam. Lượng nước chảy vào qua diện tích thí nghiệm có đường
kính 50 mm, qua một mặt gắn vào vành đế được đo lại áp suất này trong thời gian
15 phút. Từ đồ thị tuyến tính của lưu lượng vào tích lũy với căn bậc hai của thời
gian, độ dốc được xác định và xem như là chỉ số độ thấm nước Autoclam tính bằng
m3/ phút . Khi lưu lượng vào được đo trong thí nghiệm này, vị trí thí nghiệm phải

Học viên: Trương Nhật Tân - MHV: 4131779 - Lớp Cao học xây dựng Cầu hầm – K21.1


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×