Công nghệ cào bóc tái chế nguội mặt đường bêtông nhựa bằng bitum bọt

tiến hành trên các mẫu bê tông có cường độ danh định f’c = 25MPa (ký hiệu C25) và f’c = 40MPa (ký hiệu C40). Kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng đáng kể của độ ẩm trong bê tông đến các đặc trưng cường độ của bê tông. 1. Đặt vấn đề Hiện nay, bê tông xi măng (BTXM) được sử dụng phổ biến trong các công trình, kết cấu xây dựng. Loại vật liệu đá nhân tạo này có tính bền vững, tồn tại lâu dài. Nhiều công trình được thiết kế xây dựng bằng bê tông tồn tại cả trăm năm vẫn được sử dụng và khai thác trong thời điểm hiện tại. Tuy nhiên, qua thời gian cùng với những tác động của môi trường làm ảnh hưởng đến các tính chất của bê tông. Các yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm... đều ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực của kết cấu bê tông. Một số nghiên cứu đã công bố đề cập về ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ bê tông [4], [5], [6], [7] cho thấy độ ẩm ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử cơ học của bê tông. Trong bê tông luôn tồn tại nước trong cấu trúc rỗng; dưới tác động của tải trọng sẽ gây ra áp lực tác động vào nước trong các lỗ rỗng và truyền vào cấu trúc phân tử bê tông gây ra các thay đổi về ứng xử cơ học. Các trạng thái về độ ẩm trong bê tông (trạng thái bão hòa, trạng thái khô hoàn toàn hoặc trạng thái không bão hòa) ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học của bê tông. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng cơ học của bê tông chưa được đề cập nhiều. Do đó, việc đánh giá tác động của độ ẩm đến các đặc trưng cơ học của bê tông sử dụng trong xây dựng công trình là cần thiết. Bài báo này giới thiệu các kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ ẩm trong bê tông đến: cường độ chịu nén, cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở quan trọng cho các tính toán ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép có xét đến độ ẩm trong bê tông. 2. Công tác thí nghiệm 2.1. Cơ sở lập đề cƣơng thí nghiệm. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 101 Đề cương thí nghiệm được thành lập trên cơ sở các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành như: TCVN 7572:2006, TCVN 3118:1993, TCVN 3119:1993, TCVN 3120:1993. Ngoài ra, còn căn cứ vào các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng cơ lý cở bản của bê tông đã công bố trên thế giới. Các thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Cơ học đất – Vật liệu Xây dựng và kết cấu công trình (LAS-XD154). 2.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm Bê tông thí nghiệm là bê tông thường có cường độ chịu nén danh định f’c = 25MPa và f’c = 40MPa được thiết kế với thành phần cấp phối hạt và chất kết dính tương ứng (Bảng 1). Cường độ của các mẫu thí nghiệm được xác định từ cường độ nén trung bình các mẫu kiểm chứng. Đối với mẫu kiểm chứng, xác định cường độ chịu nén danh định mỗi cấp bê tông bằng cách đúc 9 mẫu thí nghiệm: 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế; 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế bớt 10% xi măng; 3 mẫu có thành phần BTXM tương ứng với cấp bê tông thiết kế thêm 10% xi măng; Tải trọng lớn nhất gây phá hủy các mẫu được ghi nhận để kiểm chứng và điều chỉnh thành phần BTXM cho phù hợp với 2 cấp bê tông thiết kế. Bảng 1: Thành phần BTXM đúc mẫu có cường độ 25MPa và 40MPa Thành phần cấp phối bê tông C25 (tính cho 1m3 bê tông) Loại xi măng Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg) PCB 40 378 644 1183 200 Thành phần cấp phối bê tông C40 (tính cho 1m3 bê tông) Loại xi măng Xi măng (kg) Cát (kg) Đá (kg) Nước (kg) PCB 40 597 507 1118 216 Các dạng mẫu sử dụng trong thí nghiệm gồm: Các mẫu hình lập phương kích thước 10x10x10(cm) để xác định cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu nén của bê tông; Các mẫu dầm chữ nhật chịu uốn kích thước 10x10x40(cm) để xác định cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông; Các mẫu hình trụ kích thước 10x20(cm) để xác định cường độ chịu nén của bê tông. Hình 1: Chế tạo và phân loại mẫu thí nghiệm Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 102 Các thiết bị, máy móc thí nghiệm được sử dụng bao gồm: Máy nén mẫu; Lò sấy đến 250oC; Máy thử uốn; Các giá đỡ mẫu thí nghiệm; Thước lá kim loại; Các khuôn đúc mẫu và các thiết bị cần thiết khác. 2.2. Quy trình thí nghiệm Sau khi đúc, mẫu được bảo dưỡng ở điều kiện chuẩn trong 28 ngày (các mẫu được ngâm nước ngay sau khi tháo ván khuôn). Sau 28 ngày ngâm nước, các mẫu thử được lấy ra và cân khối lượng rồi chia ra làm 4 nhóm, mỗi nhóm gồm 3 mẫu thử. Nhóm 1 được duy trì ở 25 oC và thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý ngay. Nhóm 2, nhóm 3 và nhóm 4 được nung tương ứng ở các nhiệt độ khác nhau là 40oC, 80oC và 105 oC trong vòng 2 ngày, gia tăng nhiệt độ trong quá trình nung là 10oC/1h. Việc nung các mẫu dừng lại khi độ mất mát khối lượng sau 1 ngày đêm nhỏ hơn 1%. Khối lượng các mẫu được ghi lại theo nhiệt độ nung nhằm đánh giá mức độ bay hơi của nước trong bê tông ở các nhiệt độ khác nhau. Sau khi nung, mẫu thử được làm nguội đến 45oC và duy trì đến khi thí nghiệm. a) Sấy mẫu b) Thí nghiệm nén mẫu lập phương và mẫu trụ Hình 2: Sấy mẫu thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm 3. Phân tích kết quả thí nghiệm 3.1. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén Số liệu khảo sát sự thay đổi cường độ chịu nén của bê tông theo độ ẩm của mẫu bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 3. Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 103 Hình 3: Biểu đồ ảnh hưởng của độ bão hòa nước đến cường độ chịu nén Kết quả thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu nén của bê tông tăng dần khi độ ẩm tăng, nhưng khi độ ẩm trong cấu kiện đạt khoảng 85% đến khi bão hòa hoàn toàn thì cường độ chịu nén của bê tông giảm. Cường độ chịu nén nhỏ nhất khi độ ẩm trong bê tông đạt trạng thái bão hòa hoàn toàn. Kết quả này khá tương đồng với kết quả thí nghiệm của M. Albert GIRAUD và M. Abdelhafid KHELIDJ [6]. Hiện tượng này theo quan điểm chủ quan của nhóm nghiên cứu có thể giải thích như sau: Khi độ ẩm trong bê tông tăng dần, chưa đến ngưỡng bão hòa, cấu trúc rỗng trong bê tông tồn tại hai pha lỏng và khí; Khi nén mẫu, pha khí bị ép giảm thể tích, pha lỏng chiếm chỗ một phần pha khí, sức căng bề mặt của nước được phát huy làm cho cường độ của mẫu bê tông tăng; Ở trạng thái độ ẩm đạt khoảng 85%, nước chiếm gần hết thể tích các lỗ rỗng. Khi nén mẫu ở trạng thái này, áp lực nén tác động lên cấu trúc bê tông không chỉ có lực nén thí nghiệm mà còn một phần áp lực nén do nước trong lỗ rỗng tiếp nhận tác động ngược trở lại. Áp lực do nước tiếp nhận này lớn hơn so với sức căng bề mặt tạo ra nên làm gia tăng áp lực lên cấu trúc bê tông, do đó làm giảm khả năng chịu nén của bê tông. 3.2. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ chịu ép chẻ Số liệu khảo sát thay đổi cường độ chịu ép chẻ của bê tông theo độ ẩm của mẫu bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 4. Hình 4: Biểu đồ ảnh hưởng của độ bão hòa nước đến cường độ chịu ép chẻ Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 104 Kết quả thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ chịu ép chẻ là không lớn. Kết quả này khá phù hợp với kết quả thí nghiệm của Xudong Chen [5]. Hiện tượng này có thể giải thích như sau: Ở trạng thái gần bão hòa, các lỗ rỗng trong bê tông bị nước hoàn toàn chiếm chỗ, vì vậy khi ép chẻ mẫu dưới ảnh hưởng do sức căng bề mặt của nước làm cho cường độ chịu kéo khi bửa của bê tông tăng; Ở trạng thái khô hoàn toàn, khi ép chẻ mẫu thì chỉ có cấu trúc của bê tông chịu nên cường độ chịu kéo tương đối lớn; Còn ở trạng thái trung gian, các lỗ rỗng vừa có nước vừa có không khí, việc ép chẻ mẫu phần nào tác động áp lực vào nước và thể khí này, làm tăng thêm áp lực vào cấu trúc bê tông, dẫn đến suy giảm cường độ chịu ép chẻ của bê tông. 3.3. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn Số liệu khảo sát thay đổi cường độ kéo uốn của bê tông theo độ ẩm của mẫu bê tông được thể hiện trong biểu đồ hình 5. Hình 5: Biểu đồ ảnh hưởng độ bão hòa nước đến cường độ kéo uốn Kết quả thí nghiệm cho thấy, ảnh hưởng đáng kể của độ ẩm đến cường độ kéo uốn. Hiện tượng này theo quan điểm của nhóm nghiên cứu có thể giải thích như sau: Ở trạng thái gần bão hòa, nước chiếm gần hết thể tích các lỗ rỗng, khi kéo uốn mẫu dưới ảnh hưởng do sức căng bề mặt của nước làm cho cường độ kéo uốn của bê tông tăng; Ở trạng thái khô hoàn toàn, khi kéo uốn mẫu thì chỉ có cấu trúc của bê tông chịu và không có nước trong lỗ rỗng nên giảm trọng lượng tác dụng lên mẫu thí nghiệm, nên cường độ kéo uốn tương đối lớn; Còn ở trạng thái trung gian, các lỗ rỗng vừa có nước vừa có không khí, sức căng bề mặt không đủ lớn trong khi trọng lượng tác động lên mẫu kéo uốn tăng, dẫn đến suy giảm cường độ kéo uốn của mẫu thí nghiệm. 4. Kết luận Hàm lượng độ ẩm trong bê tông ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén cũng như cường độ chịu ép chẻ và cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông. Các thí nghiệm được tiến hành đã giúp đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm đến các đặc trưng cơ lý cơ bản của BTXM thông thường trong xây dựng tại Việt Nam ở Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 2-2015 105 cấp 25MPa và 40MPa. Một số quy luật thay đổi về các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của BTXM theo độ ẩm đã được thiết lập. Qua đó góp phần làm rõ việc đánh giá toàn diện ảnh hưởng của độ ẩm đến các chỉ tiêu cơ lý của BTXM. Kết quả này là một cơ sở tham khảo bước đầu cho việc phân tích ứng xử các kết cấu bê tông cốt thép có xét đến hàm lượng độ ẩm trong bê tông. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam 3118:1993, Bê tông nặng – Phương pháp xác định cường độ nén, 1993. [2]. Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam 3119:1993, Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ kéo khi uốn, 1993. [3]. Bộ xây dựng, Tiêu chuẩn Việt Nam 3120:1993, Phương pháp thử cường độ kéo khi bửa, 1993. [4]. Guang Li, The effect of moisture on the tensile strength properties of concrete, Master of Engineering, University of Florida, 2004. [5]. Jikai Zhou, Wanshan Huang & Xudong Chen, Effect of moisture content on compressive and split tensile strength of concrete, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences Vol.19, December 2012, pp.427-435. [6]. M. Albert GIRAUD, M. Abdelhafid KHELIDJ, Modelisation du comportement hydromecanique d’un mortier sous compression et dessiccation, Thèse de doctorat, Université des Sciences et Technologies de Lille, 2005. [7]. Samir N. Shoukry, Gergis W. William, Brian Downie, Mourad Y. Riad, Effect of moiture and temperature on the machanical properties of concrete, Proceeding of the SEM Annual Conference June, 2009 USA.