Đề tài Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn

án kính R1) quay đều với vận tốc góc Ω dưới tác dụng của mô men M trong khi ống trụ bên ngoài (bán kính R2) cố định. Trong quá trình chảy tầng, chất lỏng bị phân chia thành những lớp mỏng hình trụ đồng trục trượt tương đối so với nhau. Do chất lỏng chảy đều (ống trụ bên trong quay đều dưới tác dụng của mô men M không đổi), ứng suất tiếp τr trên mặt trụ bán kính r (R1 ≤ r ≤ R2) được xác định như sau : )1.23( Hr2 M 2r π=τ Ký hiệu ωr là vận tốc góc của phân tố chất lỏng cách trục quay một khoảng r. Do ωr là hàm nghịch biến của r (ωr đạt giá trị cực đại Ω tại thành ống trong và bằng không tại thành ống ngoài), vận tốc biến dạng trượt rγ& tại vị trí cách trục quay một khoảng r vì vậy có thể được biểu diễn dưới dạng sau : )1.24( dr dr rr ω−=γ& Dựa vào các PT. 1.23 và 1.24 ta có thể xác định được đồ thị lưu biến τ – γ& của chất lỏng nếu như biết được quy luật phân bố của vận tốc góc ωr theo r. Tuy nhiên quy luật phân bố này lại phụ thuộc vào ứng xử lưu biến của chất lỏng. Như vậy ta rơi vào vòng luẩn quẩn : để xác định được ứng xử lưu biến của vật liệu cần phải biết trước ứng xử lưu biến đó. Giải pháp để tháo gỡ vòng luẩn quẩn này là dùng khe hở giữa các hình trụ rất nhỏ so với bán kính của chúng được biểu diễn dưới dạng điều kiện sau : )1.25( 1 R RR 1 12 <<−=α Trong trường hợp khe hở rất hẹp (PT. 1.25 được thỏa mãn) ứng suất tiếp τr (PT. 1.23) và vận tốc biến dạng trượt rγ& (PT. 1.24) hầu như không thay đổi trong mẫu chất lỏng và được xác định bằng giá trị trung bình của chúng tại giữa khe hở như sau : )1.26( ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +π=τ 2221 R 1 R 1 H4 M )1.27( Ω−=γ 12 1 RR R& Trang 12 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm PT. 1.26 và 1.27 cho phép xác định đồ thị lưu biến và do đó quy luật ứng xử lưu biến của chất lỏng nghiên cứu bằng cách thay đổi mô men M tác dụng lên hình trụ và đo vận tốc góc Ω tương ứng hoặc ngược lại. Kết quả càng chính xác nếu như khe hở càng hẹp (α càng nhỏ so với 1). Trong thực tế, người ta coi khe hở là hẹp khi α ≤ 0.1 hay R2/R1 ≤ 1.1. Khi sử dụng lưu biến kế Couette kiểu hình trụ đồng trục để xác định ứng xử lưu biến của các dung dịch huyền phù, ngoài yêu cầu về khe hở hẹp (α ≤ 0.1) còn phải đảm bảo yêu cầu : chiều rộng khe hở ít nhất phải bằng 10 lần đường kính của các hạt rắn để có thể coi vật liệu là đồng nhất [12]. Đối với bê tông tự đầm lèn chúng tôi sẽ giới thiệu trong chương sau, kích thước lớn nhất của các hạt cốt liệu khoảng 2 cm, lưu biến kế đáp ứng những yêu cầu trên về khe hở phải có kích thước rất lớn, tối thiểu R1 = 200 cm, R2 = 220 cm. Những lưu biến kế này không được sản xuất hoàng loạt và có giá thành rất đắt mà không phải trung tâm thí nghiệm nào cũng có thể trang bị được. Theo hiểu biết của chúng tôi, ở Pháp hiện nay mới chỉ có hai trung tâm thí nghiệm được trang bị lưu biến kế có thể sử dụng được cho bê tông và những lưu biến kế này được chính trung tâm thí nghiệm đó mà không phải do nhà máy chuyên sản xuất lưu biến kế chế tạo. Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG KIẾN THỨC VỀ BÊ TÔNG TỰ ĐẦM LÈN 2.1. Giới thiệu Bê tông là vật liệu đá nhân tạo được sử dụng rất phổ biến trong ngành xây dựng. Đó là hỗn hợp của các hạt cốt liệu rời như cát, sỏi, đá, … và chất kết dính : xi măng trộn nước. Ngoài ra người ta còn có thể thêm vào bê tông một số chất phụ gia nhằm cải thiện một vài tính chất của bê tông … Tùy theo những yêu cầu đối với bê tông trong quá trình thi công và sử dụng mà người ta lựa chọn hàm lượng các thành phần vật liệu một cách thích hợp. Nhìn chung, những thành phần vật liệu này được lựa chọn dựa trên yêu cầu về cường độ của bê tông – một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của vật liệu. Tuy nhiên, một chỉ tiêu khác không kém phần quan trọng, có ý nghĩa quyết định đến khả năng thi công của bê tông và có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng công trình và cần phải được đảm bảo trong mọi trường hợp, đó là độ lỏng (fluidity) hay tính dễ thi công (workability) của bê tông. Cường độ và độ lỏng của bê tông là hai chỉ tiêu biến thiên theo chiều trái ngược nhau : bê tông có cường độ cao (tỉ lệ « nước / xi măng » nhỏ) thì có độ lỏng thấp và ngược lại. Tuy nhiên, từ những năm cuối thể kỷ trước, người ta đã chế tạo ra một loại bê tông mới có cường độ cao đồng thời có độ lỏng rất lớn nhờ việc sử dụng chất phụ gia siêu dẻo cho phép làm tăng độ lỏng của bê tông. Loại bê tông này thi công không cần đầm rung như bê tông thường nên được gọi là bê tông tự đầm lèn (self – compacting concrete). Rất nhiều những công trình nghiên cứu về những khía cạnh, chỉ tiêu khác nhau của bê tông tự đầm lèn đã và đang được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới mặc dù nó đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng. Ở nước ta, số lượng những nghiên cứu về bê tông tự đầm lèn – đặc biệt khi bê tông ở trạng thái lỏng – còn rất ít. Chính điều này đã gợi ý cho chúng tôi chủ đề của bài nghiên cứu này, tức là nghiên cứu ứng xử lưu biến của bê tông tự đầm lèn. Bê tông tự đầm lèn cũng bao gồm những thành phần vật liệu chính như bê tông thường, chỉ khác ở hàm lượng các thành phần vật liệu trong hỗn hợp và ở việc sử dụng thêm một số chất phụ gia như phụ gia siêu dẻo, phụ gia tăng nhớt. Vì vậy, để cho bài viết được mạch lạc và rõ ràng, chúng tôi sẽ trình bày ứng xử lưu biến của bê tông Trang 14 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm thường trước khi trình bày về những đặc điểm, tính chất và ứng xử lưu biến của bê tông tự đầm lèn. 2.2. Ứng xử lưu biến của bê tông thường 2.2.1. Cấu trúc kết bông của vữa xi măng Xi măng được chế tạo bằng cách tán nghiền các hạt vật liệu « Clinker » dưới tác dụng của những va chạm rất mạnh nhằm phân chia những hạt vật liệu này thành những phần tử có kích thước rất nhỏ dao động trong khoảng 1 – 100 μm. Sự tán nghiền này kèm theo sự cắt đứt các liên kết tĩnh điện của vật liệu, dẫn đến hiện tượng tồn tại đồng thời những nơi tích điện dương và những nơi tích điện âm trên bề mặt hạt xi măng. Nhìn chung, các hạt xi măng thường tích điện âm nhiều hơn (khoảng 3 lần) so với tích điện dương, các điện tích âm thường tập trung ở những chỗ bằng phẳng và ngược lại, các điện tích dương thường tập trung ở những nơi góc cạnh của hạt xi măng. Hiện tượng này một mặt là do các hạt tích điện dương bị trung hòa một phần bởi các electron tự do trong môi trường, mặt khác là do các hạt điện tích âm thường có kích thước lớn hơn các hạt điện tích dương [13]. Xi măng Portland được cấu tạo chủ yếu từ 4 thành phần tinh thể : 3CaO.SiO2 (ký hiệu C3S), 2CaO.SiO2 (ký hiệu C2S), 3CaO.Al2O3 (ký hiệu C3A) và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (ký hiệu C4AF), ngoài ra còn một số thành phần khác chiếm tỉ lệ nhỏ như CaO, CaCO3, MgO, K2SO4… Khi xi măng được trộn với nước, các thành phần này ngay lập tức bị điện ly, dung dịch nhanh chóng đạt tới trạng thái bão hòa bởi các điện tích Ca2+, Na+, K+, SO42-, OH-, H9O4+, H7O4-…Chính vì vậy, trong vữa xi măng và bê tông, ngoài những tương tác không mang điện luôn luôn tồn tại giữa các nguyên tử và phân tử (lực hút Van der Waals, lực đẩy Born) còn có tương tác tĩnh điện giữa các điện tích và các hạt xi măng mà chúng tôi sẽ trình bày dưới đây. Tương tác tĩnh điện trong dung dịch chứa các ion và các hạt rắn tích điện được mô tả đầu tiên bởi Gouy-Chapmann [14]. Theo tác giả, các ion trong dung dịch, dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện, đến bám vào bề mặt các hạt rắn tạo thành một lớp điện tích có chiều dày 500 Å được gọi là lớp khuyếch tán Gouy-Chapmann. Mật độ điện tích trong lớp khuyếch tán thay đổi theo hàm số mũ với khoảng cách từ điểm đang xét đến bề mặt hạt rắn để tiến tới mật độ điện tích trung bình trong dung dịch. Đối với hạt xi măng phần lớn tích điện âm, lớp khuyếch tán vì vậy chủ yếu tích điện dương. Trang 15 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm Một lý thuyết khác mới hơn được vận dụng trong nhiều nghiên cứu về sau là lý thuyết của Stern. Theo tác giả, các ion trong dung dịch đến bám vào bề mặt hạt rắn tạo thành hai lớp điện tích. Lớp bên trong được gọi là lớp Stern bao gồm các điện tích mang dấu ngược với dấu điện tích của hạt rắn. Lớp điện tích này có chiều dày nhỏ, liên kết rất chặt chẽ và cùng di chuyển với các hạt rắn khi chúng chuyển động trong dung dịch. Ngoài lớp Stern là lớp khuyếch tán chủ yếu chứa các ion mang điện tích cùng dấu với điện tích trên bề mặt hạt rắn. Chiều dày lớp khuyếch tán dao động trong khoảng 10 – 1000 Å, càng nhỏ khi mật độ điện tích càng lớn. Đối với hạt xi măng phần lớn tích điện âm, cấu trúc các lớp điện tích bao quanh hạt xi măng được mô tả như trên H. 2.1 trong đó lớp Stern chủ yếu tích điện dương và lớp khuyếch tán dày khoảng 10 Å [15] chủ yếu tích điện âm. Mặc dù lý thuyết Gouy-Chapmann và Stern đưa ra những cấu trúc điện tích khác nhau bao quanh các hạt rắn tích điện, cả hai lý thuyết đều chỉ ra rằng các lớp khuyếch tán bao quanh các hạt rắn đẩy nhau do tích điện cùng dấu với nhau. Trong trường hợp hạt xi măng tồn tại đồng thời những nơi tích điện âm (những nơi bằng phẳng) và những nơi tích điện dương (những nơi góc cạnh), lớp khuyếch tán vì vậy cũng tồn tại đồng thời những vùng tích điện trái dấu nhau và do đó trong vữa xi măng cũng tồn tại đồng thời lực hút và lực đẩy tĩnh điện giữa các lớp khuyếch tán bao quanh các hạt xi măng. Rất nhiều nghiên cứu [14, 16]đã chỉ ra rằng tổng hợp những tương tác này tạo nên cấu trúc kết bông của vữa xi măng trong đó các hạt xi măng hút nhau tạo thành những H. 2.1. Mô tả sự phân bố điện tích bao quanh hạt xi măng theo lý thuyết Stern. H. 2.2. Mô tả cấu trúc kết bông của vữa xi măng. Trang 16 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm chùm hạt riêng rẽ hoặc được ghép nối với nhau như mô tả như trên H. 2.2. Theo Legrand [14], do các hạt xi măng tích điện âm ở những nơi bằng phẳng và tích điện dương ở những nơi góc cạnh, liên kết giữa các hạt xi măng vì vậy có dạng liên kết điểm, có thể liên kết thông qua các lớp khuyếch tán hoặc liên kết trực tiếp. Những liên kết này ổn định và bền vững do còn được tăng cường bởi lực hút Van der Waals. Lân cận những điểm liên kết này, lực đẩy tĩnh điện giữa các lớp khuyếch tán có xu hướng mở các góc liên kết giữa các hạt xi măng nếu như các môi trường xung quanh không ngăn chặn. Điều này tạo ra sự ổn định cho cấu trúc kết bông của xi măng. 2.2.2. Ứng xử nhớt – dẻo của vữa xi măng và bê tông Như chúng tôi đã trình bày ở trên, vữa xi măng có cấu trúc kết bông do sự hút nhau của các hạt xi măng. Để vữa xi măng có thể chảy được, cần phải tác động lên chúng một ứng suất τ đủ lớn nhằm phá vỡ liên kết giữa các hạt xi măng. Điều này làm cho vữa xi măng và bê tông có ứng xử nhớt – dẻo, tức là tồn tại ngưỡng chảy τ0 mà ứng suất τ tác dụng lên vật liệu cần phải vượt qua để vật liệu bắt đầu chảy được. Theo Legrand [17], ngưỡng chảy τ0 của vữa xi măng và bê tông tăng theo hàm số mũ với nồng độ xi măng. Xi măng có độ mịn càng lớn, ngưỡng chảy τ0 càng cao. Điều này có thể được giải thích như sau : sự tăng nồng độ hoặc độ mịn của xi măng tương ứng với sự tăng số hạt xi măng trong cùng một thể tích, làm tăng số lượng liên kết giữa các hạt xi măng và do đó làm tăng ngưỡng chảy của vữa xi măng và bê tông. Khi vữa xi măng và bê tông chịu các chấn động rung trong quá trình đầm lèn, các hạt xi măng dao động xung quanh vị trí ban đầu của chúng một cách lộn xộn dẫn đến liên kết giữa các hạt xi măng bị phá vỡ. Điều này làm giảm thậm chí làm triệt tiêu ngưỡng chảy của vữa xi măng và bê tông [17]. 2.2.3. Ứng xử xúc biến của vữa xi măng và bê tông Khi vữa xi măng và bê tông chịu tác động của ứng suất τ vượt quá ngưỡng chảy τ0, cấu trúc kết bông của xi măng ngay lập tức bị phá vỡ tuy nhiên không hoàn toàn thành những hạt riêng rẽ mà thành những chùm hạt nhỏ hơn. Trong quá trình chuyển động, các chùm hạt tiếp tục bị phân tách do ma sát, do chấn động va chạm hoặc do tương tác tĩnh điện với các hạt hoặc các chùm hạt lân cận. Đồng thời, những chùm hạt mới cũng được hình thành từ những hạt xi măng riêng rẽ với các chùm hạt xung quanh. Tuy nhiên, quá trình phân tách các chùm hạt xảy ra mạnh hơn so với quá trình hình thành và do đó số lượng cũng như kích thước của các chùm hạt giảm dần theo thời gian. Điều này được thể hiện bởi sự giảm độ nhớt μ của vật liệu theo thời gian trong khi ứng Trang 17 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm suất τ hoặc vận tốc biến dạng trượt γ& không đổi [17]. Trong lưu biến học, người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng xúc biến (thixotropy) và đã có rất nhiều công trình nghiên cứu thực nghiệm cũng như lý thuyết về hiện tượng này của vữa xi măng và bê tông. 2.2.4. Ứng xử chảy lỏng của vữa xi măng và bê tông Cấu trúc kết bông không chỉ là nguồn gốc của ứng xử nhớt dẻo, ứng xử xúc biến mà còn là nguồn gốc của ứng xử chảy lỏng của vữa xi măng và bê tông. Điều này được thể hiện bởi sự giảm độ nhớt μ của vật liệu khi ứng suất τ hoặc vận tốc biến dạng trượt γ& tăng lên. Hiện tượng này có thể được giải thích từ sự phân tách các chùm hạt ngày càng nhỏ dần với sự tăng của ứng suất τ hoặc vận tốc biến dạng trượt γ& : ứng suất tiếp τ hoặc vận tốc biến dạng trượt γ& càng lớn, số lượng và kích thước các chùm hạt càng nhỏ và do đó độ nhớt μ của vữa xi măng và bê tông càng nhỏ [17, 18]. 2.2.5. Mô hình ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông Như chúng tôi đã giới thiệu ở trên, vữa xi măng và bê tông là những vật liệu nhớt – dẻo tồn tại ngưỡng chảy τ0 và chúng có thể có ứng xử lưu biến phi tuyến kiểu chảy lỏng hoặc kiểu chảy đặc tùy thuộc vào thành phần hỗn hợp bê tông. Trong số nhiều mô hình lưu biến xét đến sự tồn tại ngưỡng chảy của vật liệu, mô hình lưu biến Herschel – Bulkley (PT. 1.4) đặc trưng bởi ba thông số τ0, K, n đã được đánh giá là mô hình lưu biến thích hợp nhất trong việc mô tả ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông do mô hình này cho phép xét đến ứng xử phi tuyến của vật liệu một cách thích hợp [8, 10]. Những mô hình lưu biến khác như mô hình De Kee [8] hoặc mô hình Atzeni [10] cũng đã được thừa nhận là thích hợp trong việc mô tả ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông tuy nhiên chúng tương đối phức tạp và do đó rất ít đươc sử dụng so với mô hình Herschel – Bulkley [8 – 11]. Một mô hình lưu biến khác cũng rất hay được sử dụng để mô tả ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông là mô hình lưu biến Bingham (PT. 1.3). Mô hình này đặc trưng bởi hai thông số thực chất là trường hợp đặc biệt của mô hình lưu biến Herschel – Bulkley (khi n = 1). Mô hình Bingham không cho phép mô tả ứng xử lưu biến phi tuyến của vật liệu, tuy nhiên, nhờ sự đơn giản, nó đã được sử dụng trong rất nhiều công trình nghiên cứu về ứng xử lưu biến của vữa xi măng và bê tông [3 – 6]. Trang 18 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm 2.3. Khái quát về bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn là loại bê tông rất lỏng, đồng nhất và ổn định (không phân tách), thi công không cần bất cứ tác động cơ học nào (sự đầm lèn và lấp đầy ván khuôn của bê tông được thực hiện dưới tác dụng duy nhất của trọng lực) và có chất lượng tối thiểu tương đương với chất lượng của bê tông thường được đầm lèn bởi tác động cơ học. Bê tông tự đầm lèn được phát minh bởi các nhà khoa học vật liệu xây dựng Nhật Bản vào cuối những năm 80 của thế kỷ trước nhằm đáp ứng yêu cầu về chất lượng bê tông sử dụng trong những công trình quy mô lớn với cốt thép dày đặc. Nhờ những ưu điểm nổi bật của chúng so với bê tông thường, bê tông tự đầm lèn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, không chỉ ở Nhật Bản mà còn ở các nước châu Âu, Mỹ, Canada… đặc biệt từ những năm cuối thế kỷ trước đầu thế kỷ này. Dưới đây chúng tôi xin đưa ra một vài ví dụ những công trình xây dựng sử dụng bê tông tự đầm lèn. a) b) H. 2.3. Một số công trình sử dụng bê tông tự đầm lèn : (a) cầu treo Akashi – Kaikyo (Nhật Bản), (b) hầm Sodra Lanken (Thụy Điển). Công trình cầu treo Akashi – Kaikyo tại Nhật Bản (H. 2.3.a) có nhịp dài nhất thế giới (1991 m) được thi công từ năm 1998. Cầu có hai trụ tháp cao 298m được xây dựng bằng bê tông tự đầm lèn, nhờ đó mà thời gian thi công hai trụ tháp này đã được rút ngắn lại 20%, từ 2.5 năm xuống còn 2 năm. Công trình hầm Sodra Lanken lớn nhất Thụy Điển (H. 2.3.b) có chiều dài 16.6 km, thi công trong khoảng thời gian 1998 – 2004 với tổng số vốn đầu tư 800 triệu USD. Công trình này sử dụng 15000 m³ bê tông tự đầm lèn để thi công những vị trí chật hẹp và những nơi có cốt thép bố trí dày đặc mà thiết bị đầm lèn không thể hoạt động được. Trang 19 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm 2.4. Ưu và nhược điểm của bê tông tự đầm lèn Như chúng tôi đã giới thiệu ở trên, bê tông tự đầm lèn có khả năng tự chảy và lấp đầy ván khuôn chỉ dưới tác dụng duy nhất của trọng lực mà không cần bất cứ tác động cơ học nào. Điều này làm cho bê tông tự đầm lèn có những ưu điểm nổi bật so với bê tông thường mà chúng tôi trình bày dưới đây : + Rút ngắn thời gian thi công do loại bỏ được công đoạn đầm rung và công đoạn vận chuyển bê tông nhờ việc bơm bê tông từ khoảng cách xa (có thể đạt tới 1 km). + Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân khỏi ảnh hưởng của tiếng ồn và sự rung động gây ra trong quá trình đầm rung. + Cho phép thi công ở những vị trí chật hẹp hoặc những nơi cốt thép bố trí dày đặc mà thiết bị đầm rung không thể hoạt động được. + Nâng cao chất lượng của công trình (bê tông có cường độ cao, khả năng chịu nhiệt và dính bám với cốt thép tốt, bề mặt công trình nhẵn mịn, khả năng chống gỉ và chống thấm tốt…). + Giảm bớt chi phí xây dựng công trình (khoảng 7.5% [19]) nhờ việc giảm bớt số lượng công nhân thi công mặc dù giá thành bê tông tự đầm lèn cao hơn giá thành bê tông thường. Bên cạnh những ưu điểm, bê tông tự đầm lèn cũng có một số nhược điểm mà chúng tôi giới thiệu dưới đây : + Chất lượng bê tông tự đầm lèn rất nhạy cảm với sự thay đổi hàm lượng các vật liệu, quá trình nhào trộn bê tông vì vậy đòi hỏi những công nhân có kỹ thuật cao. + Bê tông tự đầm lèn có độ lỏng lớn và chứa hàm lượng lớn các hạt mịn, cần phải kiểm tra ván khuôn để tránh hiện tượng bị mất vữa do rò rỉ. 2.5. Yêu cầu cơ bản đối với bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn khác với bê tông thường chủ yếu ở các tính chất ở trọng thái lỏng. Bê tông tự đầm lèn phải có độ lỏng hay tính lưu động cao nhằm đảm bảo khả năng tự đầm lèn và lấp đầy ván khuôn. Đồng thời, bê tông tự đầm lèn cũng phải ổn định hay có sức kháng phân tách cao nhằm đảm bảo sự đồng nhất của vật liệu. Dưới đây chúng tôi trình bày một số chỉ tiêu và phương pháp đánh giá độ lỏng và sự ổn định của bê tông tự đầm lèn. Trang 20 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm 2.5.1. Yêu cầu về độ lỏng của bê tông tự đầm lèn a) Độ lỏng trong môi trường không có vật cản Độ lỏng của của bê tông tự đầm lèn trong môi trường không có vật cản được xác định bởi thí nghiệm nón cụt Abrams (kích thước mô tả trên H. 2.4.a). Thí nghiệm Abrams là thí nghiệm tiêu chuẩn được dùng rộng rãi trên toàn thế giới dùng để xác định một cách nhanh chóng độ lỏng của bê tông dựa trên việc đo độ sụt của chúng (chiều cao sụt của bê tông sau khi nhấc nón cụt Abrams, H. 2.4.b) dưới tác dụng của trọng lượng bản thân. Độ sụt càng lớn thì bê tông càng lỏng và ngược lại. Đối với bê tông tự đầm lèn, việc đo độ sụt không còn có ý nghĩa do bê tông bị sụt hoàn toàn. Trong trường hợp này, độ lỏng của bê tông tự đầm lèn được xác định thông qua đường kính chảy xòe (H. 2.4.c). Đường kính chảy xòe càng lớn thì độ lỏng của bê tông càng cao và ngược lại. Đối với bê tông tự đầm lèn, đường kính chảy xòe thường dao động trong khoảng 60 ÷ 70 cm, không có sự phân tách rõ rệt (nhìn thấy được) giữa các lớp vật liệu. H. 2.4. Xác định độ lỏng của bê tông bằng thí nghiệm Abrams : (a) nón cụt Abrams (kích thước ghi theo cm), (b) đo độ sụt đối với bê tông thường, (c) đo đường kính chảy xòe đối với bê tông tự đầm lèn. Cho đến hiện nay, rất nhiều nghiên cứu thực nghiệm cũng như lý thuyết về mối quan hệ giữa độ sụt H hoặc đường kính chảy xòe D với ngưỡng chảy τ0 của bê tông đã được thực hiện [4, 20 – 22]. Trong phạm vi bài nghiên cứu này, chúng tôi chỉ giới thiệu mối quan hệ tương đối đơn giản giữa ngưỡng chảy τ0 và đường kính chảy xòe D của bê tông được rút ra từ nghiên cứu lý thuyết của Coussot [22] và có thể được biểu diễn dưới dạng sau : )2.1( 52 2 0 D4 gV255 π ρ=τ trong đó ρg và V lần lượt là trọng lượng riêng và thể tích của mẫu bê tông. Trang 21 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm b) Độ lỏng trong không gian có vật cản Độ lỏng của bê tông trong môi trường có vật cản được xác định bởi thí nghiệm hộp chữ L (L – Box). Thí nghiệm này cho phép đánh giá khả năng tự chảy của bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân qua lưới cốt thép và có thể được mô tả như sau (xem H. 2.5) : bê tông được đổ vào trong phần đứng – sau khi nhấc tấm chắn – sẽ chảy qua lưới cốt thép sang phần nằm ngang của hộp chữ L. Bê tông càng lỏng chiều cao h của bê tông trong phần nằm ngang càng lớn. Để đảm bảo khả năng tự chảy của bê tông qua lưới cốt thép, chiều cao của bê tông trong phần nằm ngang phải thỏa mãn điều kiện h ≥ 12 cm hay h/H ≥ 0.8 (H = 15 cm là chiều cao phần nằm ngang của hộp chữ L). c) Môt số phương pháp khác xác định độ lỏng của bê tông tự đầm lèn Thí nghiệm nón cụt Abrams và thí nghiệm hộp chữ L được ứng dụng rất phổ biến trong trong việc kiểm tra đánh giá độ lỏng của bê tông tự đầm lèn. Ngoài ra, người ta còn có thể đánh giá độ lỏng của bê tông tự đầm lèn bằng các thí nghiệm khác như đo thời gian chảy của bê tông trong phễu chữ V (H. 2.6.a), đo chiều cao dâng lên của bê tông qua lưới cốt thép theo nguyên lý bình thông nhau trong hộp chữ U (H. 2.6.b). Bê tông tự đầm lèn phải có thời gian chảy trong phễu chữ V nhỏ hơn 8 s, chiều cao dâng lên trong ống chữ U tối thiểu 300 mm. H. 2.5. Thí nghiệm hộp chữ L (kích thước ghi theo mm). Trang 22 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm (a) (b) H. 2.6. Một số dụng cụ thí nghiệm khác dùng trong việc xác định độ lỏng của bê tông tự đầm lèn (kích thước ghi theo mm) :(a) phễu chữ V, (b) hộp chữ U. 2.5.2. Yêu cầu về sự ổn định của bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn ngoài yêu cầu về độ lỏng lớn còn phải đảm bảo yêu cầu về độ ổn định, không bị lắng đọng phân tầng ở trạng thái tĩnh dưới tác dụng của trọng lực và cũng không bị phân tách trong quá trình chuyển động : cốt liệu lớn và vữa phải cùng di chuyển với nhau trong ván khuôn và qua lưới cốt thép. Độ ổn định của bê tông tự đầm lèn có thể được đánh giá nhanh một cách trực quan thông qua khoảng cách giữa mép vữa và hạt cốt liệu gần nhất khi xác định đường kính chảy xòe của bê tông trong thí nghiệm nón cụt Abrams (H. 2.4). Khoảng cách này phải nhỏ hơn 3 cm. tuy nhiên, điều kiện này chưa đủ để xác định được bê tông có đảm bảo độ ổn định hay không. Để đánh giá một cách chính xác hơn độ ổn định của bê tông tự đầm lèn, thí nghiệm sàng bê tông thường được sử dụng. Nguyên lý dựa trên việc xác định khối lượng của vữa xi măng lọt qua sàng (kích thước lỗ sàng 5 mm) sau khi đổ bê tông từ độ cao khoảng 50 cm xuống sàng. Bê tông được đánh giá đảm bảo điều kiện ổn định khi tỉ lệ phần trăm khối lượng của vữa lọt qua sàng so với khối lượng bê tông nhỏ hơn 15%. Trang 23 Ứng xử lưu biến và mô hình thí nghiệm chảy xòe của bê tông tự đầm lèn Cao Xuân Phong và Hoàng Thanh Liêm 2.6. Đặc điểm thành phần cấu tạo của bê tông tự đầm lèn Bê tông tự đầm lèn phải đồng thời đảm bảo hai tính chất trái ngược nhau : độ lỏng và sự ổn định. Để dung hòa hai tính chất này, bê tông tự đầm lèn vì vậy phải có những đặc điểm thành phần cấu tạo riêng biệt so với bê tông thường mà chúng tôi sẽ trình bày dưới đây. 2.6.1. Thể tích vữa lớn Ma sát giữa các hạt cốt liệu lớn (sỏi, đá) làm giảm khả năng chảy và lấp đầy ván khuôn của bê tông. Vì vậy bê tông tự đầm lèn phải có thể tích vữa lớn, dao động trong khoảng 330 ÷ 400 l/m³, nhằm tách các hạt cốt liệu lớn xa nhau. 2.6.2. Sử dụng hàm lượng lớn các hạt mịn Để đảm bảo tính dễ thi công đồng thời phải hạn chế nguy cơ phân tách (lắng đọng và tách nước), bê