Bài giảng Vật liệu xây dựng - Cơ tính, biến dạng trong bê tông xi măng và hiện tượng ăn mòn môi trường

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Cơ tính, biến dạng trong bê tông xi măng và hiện tượng ăn mòn môi trường

1. Cơ tí nh – biến d ạng trong bê-tông xi-măng và hi ện t ượ ng ăn mò n môi tr ườ ng Vt Liu Xây Dng (Construction Materials ) Bộ môn V ật li ệu Silicat Khoa Công Ngh ệ Vật Li ệu Đại h ọc B ách Khoa Tp. Hồ Chí Minh -Thi t k cp ph i bê -tông 9-2 Gi ới h ạn c hị u l ực c ủa bê-tông Vi c ấu t rú c bê-tông xi-măng L rng
   c
   Vi c u t c v nh ph n nguyên li u bê-tông bi t Ct li u
   Vai tr a v t n t lưu cu C-S-H n i
   Vai tr a l rng dung d ch c yu C-S-H trên b mt a t XM khan, ng ch ưa y h a chuy n c C -H ti p -Thi t k cp ph i bê-tông 9-3 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-4 1
2. Vù ng chuy ển ti ếp trong vi c ấu t rú c Cườ ng độ chị u l ực vs. độ rỗng Va
   i v i c c v t li u XM cu t c r i, rng bê -tông Ct (p) m g m c ư ng li u c u l c. c u l u
   Quan h m m l u R = R .exp(k.p) 0 ng ng
   Ph ươ ng nh Power ng ư 3 ư C R = R 0.(1-p) C L rng l n, tp trung sp C -H, tinh th thô h ơn % rng -Thi t k cp ph i bê -tông 9-5 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-6 Bi ến d ạng, p há hoạ i khi n én Vt n t vuông g c th n không p t tri n ti p Nt v c th n
   Khi n n m u c xu h ư ng b p l i theo ph ươ ng vuông g c v n ra theo ph ươ ng ngang -Thi t k cp ph i bê-tông 9-7 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-8 2
3. Quan h ệ ứ ng su ất vs. biến d ạng đàn h ồi Nguyên nhân ƯS t i h n ƯS t i h n
   Ct li u v va XM th hi n n quan h n h i cho n khi b n Ct li u i h i i h i i Bê -tông t t t t t t t, MPa t, t, MPa t,
   Quan h ng su t bi n d ng ngsu Va XM ngsu a bê-tông bi u hi n t ng th i ngsu ngsu % % % % trung gian c t li u v va XM
   Bê-tông không bi u hi n quan Bi n d ng Bi n d ng, 10 -6 hn h i cho n khi b i t i v ng chuy n ti p i h n t n. ƯS t i h n ƯS t i h n -Thi t k cp ph i bê -tông 9-9 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-10 Modun đàn h ồi Modun đàn h ồi
   Quan h ng su t vs. n nghi m chu k n – Ti p Ti p tuy n sau n, 10 l n m u t ASTM tuy n ng, xem nh ư n h i 1/3 tr ư c 33% ng Cung 75% ng th i ng su t t i h n su t t i h n
   3 g Modun n h i t nh t t • Modun n h i ti p tuy n ngsu ngsu Modun n h i c t tuy n Cá t tuy ến • • Modun n h i dây cung Modun n h i c t tuy n E=σ∆∆σε∆ σ∆/∆ε ε∆ a m n yêu c u n d i c a 2 n o chênh l ch < 0,01mm/m Bi n d ng -Thi t k cp ph i bê-tông 9-11 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-12 3
4. Cá c y ếu t ố ả nh h ưở ng đã bi ết Yếu t ố hì nh d ạng
   l nư c/ XM
   m l ư ng xi-mng s ng
   iu ki n b o d ư ng, nhi t
   ch th ư c h t c t li u 150x150x150mm 160x320mm
   
   thu c yêu c u tiêu chu n ASTM,
   Thông th ư ng R # 0,8 R lph ươ ng
   Mu t cho ph p t ng th i ng su t u h ơn, h n ch bi n ng ngang.
   Mu l p ph ươ ng d , mt m u nh n không c n hi u c nh -Thi t k cp ph i bê -tông 9-13 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-14 Hm th thiêm -Thi t k cp ph i bê-tông 9-15 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-16 4
5. Bi ến d ạng, thay đổi th ể tí ch
   Bi n d ng do t c nhân p n ng h a h c
   Bi n d ng do co ng t, m
   Bi n d ng do nhi t , co khô
   Bi n d ng t bi n
   NHÌ N CHUNG : bin d ng th ch bi u hi n ng th i v nguyên nhân ch nh gây n t v i CHÂN C ẦU TRÀ KHÚC -Thi t k cp ph i bê -tông 9-17 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-18 ng r n Tá c nhân p hả n ứng h óa h ọc tgian
   n ng 2h 24h hydrat h a a xi-mng
   Bt u h nh nh vi c u c s n ph m t y a c nhân c nhân - c nhân bay h ơi môi n ng m, tr ư ng, c o khô a h c bay h ơi - c nhân chênh l ch nhi t -Thi t k cp ph i bê-tông 9-19 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-20 5
6. ơ ư ư Chênh l ch co l Bay h ơi n ư c v ưt qu á s tách nguyên nhân gây n t t vi nưc c a bê tông
   Vt nt có chi u dài khác nhau, kho ng cách t vài cm n 3cm.
   Nguyên nhân: Th i im c a + Nhi t th i ti t nóng và khô quy t nh + T c gió + Bê tông không ưc che ph và bo d ưng t t.
   Cách phòng tránh + Gi m nhi t bê tông + Ti n hành các bi n pháp b o d ưng bê tông -Thi t k cp ph i bê -tông 9-21 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-22 Tá c nhân co khô Bay h ơi n ướ c Tá c nhân co khô
   Trong tr ư ng h p Vt n t kh i v t li u bê- tông, hi n t ư ng co khô di n ra không u t trong l i  - u khô, 50% RH, 20 0C i b mt. - u ư t, ngâm trong nư c 20 0C
   Dn n n t trên - u b o d ư ng theo chu b mt 1 t un 50% RH, 20 0C - tu n 90% RH, 20 0C N/X=0,35 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-23 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-24 6
7. Tá c nhân co khô m m / / 3 mm 3 3 mm 3 t, x10 t, t, x10 t,
   Co khô trung b nh kho ng 0,5 mm/m chi u dài (max 0 Cong 0,8 mm/m) hay 0,8 /00 khi phát tri n cưng . Cong
   thu c nhi u v o: Lư ng n ư c, kg/m3 • l N/X • Môi tr ư ng nhi t , m • Cu ki n l n, tc co c ng ch m  n m t d y c -Thi t k cp ph i bê -tông 9-25 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-26 Rạ n n ứt trên m ặt Tá c nhân co khô
   Cách kh c ph c: • Gi m lưng nưc trong hn h p bê tông, gi m st 80 – 120 mm. • Gi m th tích va, s dng ct li u kích c hp theo c p ph i chu n.
   Vt nt rn b mt là mng lưi các vt nt nh mà không sâu trên b mt, ch có th nhìn th y ưc khi bê tông khô sau khi b mt • Công tác bo dưng bê tông. ưc tưi m. • To khe nhi t phòng tránh co ngót
   ư Do b m t ch u ng su t kéo, gây ra b i hi n t ng co ngót trong trong bê tông. lp v a trên m t vài bê-tông. t thêm ct thép vào cu ki n hn
   Do quá trình m t n ưc nhanh, do b o d ưng bê tông không . •
   Do s phân t ng c a bê tông do m lèn quá nhi u. ch co ngót gây ra các vt nt ln. -Thi t k cp ph i bê-tông 9-27 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-28 7
8. Tá c nhân thay đổi nhi ệt độ
   Nhi t t a ra t y h a xi-mng
   Khi nhi t tng bê-tông d n ra v khi nhi t m t i co l i
   Hi u ng chênh l ch nhi t a l n trong tr ư ng hp c u ki n bê-tông kh i l n, nhi t trong l ng bê-tông cao h ơn bên i.
   Kt c u bê-tông c cnh nh nh t (A) và chi u cao (H) ln h ơn 2m ưc xem là BT kh i l n trong iu ki n khí hu Vi t Nam -Thi t k cp ph i bê -tông 9-29 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-30
   Nhi t ca bê tông s tng cao ti th i im nhi t th y hoá ban u và quá trình bo dưng do nhi t th y hóa ca xi mng. Kt qu là, bê tông s n ra ti tâm ca cu ki n ln.
   Khi nhi t xu ng th p s xu t hi n co ngót (nhi t & co ngót thông H s bi n d ng v th ưng). nhi t, =10-5 1/°C
   Kh c p c T = 15 °C • Hn ch ưng dùng xim ng = T = 1.5 x 10 -4 • S dng xi m ng ít t a nhi t E=20 GPa • H nhi t ca h n h p bê tông, o d ư ng =E =3MPa > R o bê- H nhi t ca c t li u (che ch n, phun n ưc và làm l nh c t li u) tông • H nhi t ca côp-pha  Yêu c ầu ∆T gi ới • -Thi t k cp ph i bê-tông hạ n t ối đa 20°C 9-31 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-32 8
9. Tá c nhân t ừ bi ến Bi n d ng t bi n = H SBDTB x Bi n d ng t c th i ng su t Gia t i Gi i tgian Bi n d ng Do d ch chuy n Do n t t vi + ch pha l ng khi s b chuy n pha l ng 2-Bi n d ng t bi n 3-Bi n d ng n h i khi s l n 4-Bi n d ng h i p c 1-Bi n d ng t c th i 4-Bi n d ng h i p c Bi n d ng không h i p c Không kh nng h i p c H s bi n d ng t bi n 2 ,5 (28 y) – (3 y) -Thi t k cp ph i bê -tông 9-33 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-34 Tổng h ợp c ác bi ến d ạng Tổng h ợp c ác bi ến d ạng n n Th i im gia t i Bi n d ng tgian ng su t Do co ng t Do t i, tc th i Do t bi n Co ng t ư ng cong bi n d ng co theo l thuy t tgian ư ng cong bi n d ng co Giai n nguy c ơ n t v , theo th c t N/X, T 0C, RH% i nhi u nh t -Thi t k cp ph i bê-tông 9-35 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-36 9
10. Xâm th ực ăn mò n h óa h ọc
    c v t n t h nh th nh trong c u t c bê-tông l iu ki n thu n l i cho c c xâm th c, n h a c t môi tr ư ng
    n ng alkali c t li u - 2-
    n ng n n Cl , SO 4 , a t
    n ng carbonat h a, vôi h a. Ăn mò n v à tí nh b ền trong môi tr ườ ng -Thi t k cp ph i bê -tông 9-37 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-38 Phả n ứng Carbonat h óa pH 13
    Ph n ng carbonat pH>13
    Ti pH ~ 13, c t thép không b , khi pH gi m, c t thép có kh .
    Ct thép b , gây tr ươ ng n th tích, Ăn to ra v t n t. mò n cốt Phenoltalein
    n mòn c t thép lan r ng b mt ti p xúc. thé p -Thi t k cp ph i bê-tông 9-39 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-40 10
11. Ăn mò n do p hả n ứng Carbonat Ăn mò n do p hả n ứng Carbonat
    m càng cao, .. carbonat hóa càng cao.
    Tính th m bê tông càng cao, .. carbonat hóa càng l n . . . . p p y b y y b y i m u, k t ta, m àu tr ng B B Bong tr c theo m ng Ct t p b -Thi t k cp ph i bê -tông 9-41 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-42 Ăn mòn Cl - Bong tr c theo m ng Do n ng Cl - n n c c b ch l p Do khuy t t t l p b o v ct t p i t ng im -Thi t k cp ph i bê-tông 9-43 -Thi t k cp ph i bê-tông 9-44 11
12. Ăn mò n Cl- Ăn mò n Cl-
    Cl- là tác nhân n mòn c t thép
    gia h a h c CaCl2 Y/c ki m s t h m l ư ng Cl -
    c im:
    Ct li u ch a NaCl nh ư theo kl bê -tông ư • n mòn Cl- không lan r ng nh n mòn t bi n, halite - bê -tông d ự ứ ng l ực 1,0% ăn mò n m ạnh -Thi t k cp ph i bê -tông 9-45 -Thi t k cp ph i bê -tông 9-46 12