Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số ảnh hưởng của ứng suất nén đến hệ số khuếch tán ion clo của bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu keramzit

Báo cáo "Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số ảnh hưởng của ứng suất nén đến hệ số khuếch tán ion clo của bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu keramzit" trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô hình lưới dự báo ảnh hưởng của ứng suất nén đến sự gia tăng của hệ số khuếch tán ion clo của bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit. Kết quả cho thấy mô hình số phù hợp với kết quả thí nghiệm cho các mẫu thí nghiệm bê tông nhẹ chịu tác dụng của ứng suất nén thay đổi từ 0% - 75% ứng suất phá hoại, từ đó dự báo chính xác hệ số khuếch tán ion clo. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số ảnh hưởng của ứng suất nén đến hệ số khuếch tán ion clo của bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu keramzit . 385 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ ẢNH HƢỞNG CỦA ỨNG SUẤT NÉN ĐẾN HỆ SỐ KHUẾCH TÁN ION CLO CỦA BÊ TÔNG NHẸ SỬ DỤNG CỐT LIỆU KERAMZIT Thái Khắc Chiến1,*, Phạm Đức Thọ 2 1 Trường Đại học Giao thông vận tải 2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt Bê tông cốt liệu nhẹ được sử dụng ngày càng phổ biến. Ưu điểm của nó là làm giảm trọng lượng bản thân của kết cấu bê tông cốt thép và nhờ đó có thể tăng khẩu độ của kết cấu. Trong quá trình sử dụng, dưới tác dụng của ứng suất nén sẽ làm xuất hiện các vết nứt vi mô và thông qua các vết nứt này các tác nhân từ môi trường sẽ đẩy nhanh tốc độ hư hỏng và suy thoái cho kết cấu bê tông cốt thép nói chung và kết cấu sử dụng bê tông nhẹ nói riêng. Báo cáo sẽ trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô hình lưới dự báo ảnh hưởng của ứng suất nén đến sự gia tăng của hệ số khuếch tán ion clo của bê tông sử dụng cốt liệu nhẹ keramzit. Kết quả cho thấy mô hình số phù hợp với kết quả thí nghiệm cho các mẫu thí nghiệm bê tông nhẹ chịu tác dụng của ứng suất nén thay đổi từ 0% - 75% ứng suất phá hoại, từ đó dự báo chính xác hệ số khuếch tán ion clo. Đây là hệ số quan trọng trong công tác đánh giá tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển. Từ khóa: Mô hình lưới; bê tông nhẹ; hệ số khuếch tán ion clo; ứng suất nén; dự báo. 1. Đặt vấn đề Ăn mòn do nước biển đối với các công trình bê tông cốt thép là vấn đề luôn được các nhà khoa học quan tâm. Ion Cl- xâm nhập vào bê tông và gây ra ăn mòn cho cốt thép trong bê tông dẫn tới làm giảm độ bền và khả năng chịu lực của kết cấu. Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ xâm nhập của ion clo vào bê tông thường được nghiên cứu là đặc trưng cơ lý của bê tông ví dụ cấu trúc của đá xi măng hoặc cấu trúc của cốt liệu. Tốc độ khuếch tán ion clo quyết định thời gian xâm nhập qua lớp bê tông bảo vệ và từ đó quyết định đến tuổi thọ sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép. Một thông số bên ngoài cũng ảnh hưởng đến sự xuất hiện vết nứt vi mô trong bê tông và từ đó đẩy nhanh sự xâm nhập ion clo qua các vết nứt là ứng suất khai thác. Nếu ứng suất trong bê tông vượt quá khả năng chịu lực của vật liệu sẽ xuất hiện các vết nứt vi mô. Số lượng vết nứt và đường kính vết nứt càng lớn thì hệ số khuếch tán ion clo vào bê tông càng tăng. Trước đây các nghiên cứu về tốc độ xâm nhập ion clo thường được triển khai trên bê tông nặng thông thường nhưng hiện nay, bê tông cốt liệu nhẹ càng ngày càng được sử dụng rộng rãi. Ứng xử của loại bê tông này dưới tác dụng của ứng suất nén đã và đang được nghiên cứu ngày càng nhiều. Nghiên cứu tác động của ứng suất nén đến sự xuất hiện vết nứt cũng như sự thay đổi hệ số khuếch tán ion clo đã và đang được nghiên cứu bởi nhiều tác giả: Junie Wang, 2016; Saito và Ishimori, 1995; Samaha và Hover,1992; Tegguer và nnk., 2013. Tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép được xác định dựa vào thời gian khởi đầu ăn mòn (ion clo khuếch tán vào bê tông và đạt nồng độ tới hạn trên bề mặt cốt thép) và thời gian lan * Ngày nhận bài: 27/02/2022; Ngày phản biện: 30/3/2022; Ngày chấp nhận đăng: 10/4/2022 * Tác giả liên hệ: Email: khacchien.thai@utc.edu.vn 386 truyền ăn mòn (lớp bảo vệ thụ động trên bề mặt thép bị phá hủy, các sản phẩm gỉ nở thể tích và phá vỡ lớp bê tông bảo vệ và làm giảm diện tích chịu lực). Dự báo tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chí ăn mòn cốt thép được xây dựng từ phương trình tính toán nồng độ ion Cl- trên bề mặt cốt thép được các tác giả đề xuất bằng phương pháp gần đúng trong đó có sử dụng hàm sai số (erf) (Tuutti, 1982), có dạng: C   x  (1)   1  erf CS   2 D(t )t        với, C, Cs là nồng độ ion Cl- tại chiều sâu x ; và trên bề mặt bê tông, C và D(t) phụ thuộc vào thời gian t. Việc xác định chính xác hệ số khuếch tán ion Cl- có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán thời gian khởi đầu ăn mòn của cốt thép, tương ứng với thời điểm nồng độ ion Cl- trên bề mặt cốt thép đạt tới trạng thái giới hạn C = Ccr. Hệ số khuếch tán D(t) phụ thuộc vào nhiều yếu tố và việc xác định nó rất khó khăn, đặc biệt là sự thay đổi đặc tính bê tông theo thời gian cũng như sự xuất hiện các vết nứt vi mô do ứng suất. Các mô hình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm mô tả ứng xử cơ học của bê tông và mối liên quan tới hệ số khuếch tán đã được nhiều tác giả đưa ra nhưng chưa có sự thống nhất bởi có nhiều mô hình thí nghiệm cũng như nhiều biện pháp xác định hệ số khuếch tán cụ thể là biện pháp gia tải, hình dạng và kích thước mẫu thí nghiệm (Junie Wang, 2016; Saito và Ishimori, 1995; Samaha và Hover,1992). Sự thay đổi hệ số khuếch tán theo cấp ứng suất dựa trên kết quả thí nghiệm đã được một số tác giả đề cập (Garboczi, 1990; Hồ Xuân Ba và nnk., 2018). Nghiên cứu tác động đồng thời của ứng suất nén đến độ thấm ion clo đã được nhóm tác giả nghiên cứu trước đây trên mẫu thí nghiệm là bê tông nặng (Junie Wang, 2016). Trong nghiên cứu này sẽ trình bày kết quả thí nghiệm đối với bê tông cốt liệu nhẹ sử dụng cốt liệu keramzit và đánh giá ảnh hưởng của ứng suất đến hệ số khuếch tán dựa vào hàm số độ mở rộng vết nứt. 2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu 2.1. Thí nghiệm thấm ion Cl - trên mẫu bê tông nhẹ chịu nén Các mẫu bê tông nhẹ dùng để đo độ thấm nhanh ion clo được chuẩn bị theo tiêu chuẩn ASTM C1202 (ASTM C1202-19, 2019), hoặc TCVN 9337-2012 (TCVN 9337-2012). ...