Thí nghiệm đo nhiệt hydrat hoá của bê tông khối lớn tại hiện trường
Như đã biết, hydrat hóa là quá trình xi măng thực hiện các phản ứng hóa học khi nó được trộn với nước và các thành phần khác như cát đá, phụ gia.. để tạo thành hỗn hợp bê tông. Phản ứng hydrat hoá của xi măng toả ra một nhiệt lượng lớn, trong suốt thời gian thực hiện phản ứng thì trong cấu trúc vi mô của cấu kiện sẽ hình thành đá xi măng, nó đóng vai trò chất kết dính chính tạo thành các màng mỏng bao bọc quanh các hạt cốt liệu từ đó dẫn tới quá trình tạo hình và phát triển cường độ cho bê tông
1. Các nguyên lý của thí nghiệm nhiệt thủy hóa
Như đã biết, hydrat hóa là quá trình xi măng thực hiện các phản ứng hóa học khi nó được trộn với nước và các thành phần khác như cát đá, phụ gia.. để tạo thành hỗn hợp bê tông. Phản ứng hydrat hoá của xi măng toả ra một nhiệt lượng lớn, trong suốt thời gian thực hiện phản ứng thì trong cấu trúc vi mô của cấu kiện sẽ hình thành đá xi măng, nó đóng vai trò chất kết dính chính tạo thành các màng mỏng bao bọc quanh các hạt cốt liệu từ đó dẫn tới quá trình tạo hình và phát triển cường độ cho bê tông.
Mục tiêu của thí nghiệm thủy hóa là xác định nhiệt độ và lượng nhiệt tỏa ra trong suốt quá trình thủy hóa. Đối tượng tỏa nhiệt chính là xi măng, lượng nhiệt tỏa ra bị chi phối bởi các yếu tố khác như lượng phụ gia thay thế (Silica fume, Fly Ash), các loại phụ gia hóa học, tỉ lệ N/XM. Để xác định đượng nhiệt lượng tỏa ra do xi măng, người ta có thể thực hiện thí nghiệm bằng phương pháp hòa tan theo tiêu chuẩn ASTM 186C-1994 hay TCVN ..... yêu cầu đối với thí nghiệm này là máy đo nhiệt thủy hóa (Calorimeter), ở thời điểm hiện tại PTN Vật liệu xây dựng chưa được trang bị thiết bị thiết bị này, do đó việc xác định lượng nhiệt thủy hóa bằng phương pháp hòa tan chưa thể thực hiện được.
Phương pháp đo nhiệt cô lập trực tiếp trên khối bê tông (Isothermal Calorimeter) vẫn thường được các kỹ sư nghiên cứu sử dụng. Theo phương pháp này thì nhiệt độ được ghi trực tiếp trong mẫu bê tông thông qua bộ nghi dữ liệu (Datalogger) và đầu cảm biến nhiệt độ (ThermalCouple), hai thiết bị này mới được trang bị cho PTN Vật liệu xây dựng. Tổng nhiệt lượng tỏa ra do xi măng thủy hóa theo thời gian sẽ được tính từ các dữ liệu về nhiệt độ tại các thời điểm được đo. Thí nghiệm theo phương pháp này sẽ đạt được mục tiêu xác định nhiệt độ, nhiệt lượng và đánh giá các tính chất cách nhiệt của hệ thống khuôn và kích thước mẫu thử.
2. Thiết bị và mẫu thí thiệm
2.1 Thiết bị ghi nhiệt độ
Thiết bị ghi nhiệt độ là loại chuyên dụng của hãng Grant (Anh), sản suất năm 2004 và đã được hiệu chuẩn, cùng một thời điểm có thể đo trên 16 kênh ứng với 16 vị trí khác nhau trên mẫu thử, độ chính xác của thang đo 0.5oC. Dung lượng bộ nhớ của bộ ghi vào khoảng 64Kb, theo tài liệu của nhà sản xuất, thiết bị này có thể ghi nhận và lưu trữ 63000 mẫu tin. Trước khi về tới Việt nam thiết bị nãy đã được hãng sản xuất hiệu chuẩn, trong thời gian tìm hiểu thiết bị chúng tôi đã thử nghiệm để ghi nhận nhiệt độ của bình nấu nước nóng và nhiệt độ môi trường. Các kết quả thử nghiệm đều cho thấy dữ liệu do máy ghi được là đáng tin cậy, tuy nhiên hiện chưa có một thiết bị khác để so sánh, trong tương lai gần PTN sẽ gởi thiết bị này đến trung tâm 3 để hiệu chuẩn theo quy định của nhà nước. Bảng 1 trình bày các thông số ký thuật của bộ ghi dữ liệu.
II.3. Đầu cảm biến nhiệt độ (ThermalCouple)
Đầu cảm biến nhiệt độ là loại K, có dải đo từ -200oC đến 200oC, đây là loại cảm biến có dải đo hẹp tương thích với thiết bị ghi dữ liệu và dải nhiệt độ cần đo, đường kính của đầu đo khoảng f3mm chiều dài 100mm, với kích thước này có thể dễ dàng cài đặt trong các mẫu bê tông có kích thước vừa và nhỏ. Nguyên tắc hoạt động của đầu đo cảm biến là khi có sự thay đổi nhiệt độ, thì giữa hai cực của cảm biến ra một điện thế. Tín hiệu nhiệt được chuyển thành tín hiệu điện sau đó được dẫn về Datalogger và ghi vào bộ nhớ.
Dây dẫn (Wire):
Bản thân đầu đo nhiệt độ đã có một đoạn dây dẫn, tuy nhiên do chiều dài của dây không đủ cho nên cần phải hàn nối thêm một đoạn dây dẫn khác tới bộ ghi dữ liệu. Dây dẫn cho tín hiệu từ các đầu đo thông thường là các loại dây đặc biệt có điện trở suất rất thấp và chịu được nhiệt độ cao. Trong quá trình thử nghiệm nhóm thực hiện đã phát hiện đoạn dây gắn liền với đầu đo không cách nước (bị thấm trong môi trường nước), do đó nó có thể ảnh hưởng đến kết quả của các đại lượng cần đo. Để xử lý vấn đề này, tất cả các dây dẫn đều được bôi một lớp silicon bảo vệ và đặt trong ống nhựa không thấm nước.
Đầu cắm (Plug Jack):
Một khó khăn khác là các phích cắm nối dây dẫn với đầu ghi chỉ có 02 cái, các phích cắm này có cấu tạo rất đặc biệt cho nên rất khó tìm mua ngoài thị trường và thực tế đã không mua được sau nhiều lần tìm kiếm tại chợ Nhật tảo. Để giải quyết vấn đề này, tất cả các chân cắm đã được chế tạo để có thể nối đầu đo và bộ ghi.
3. Quy trình thực hiện thí nghiệm đo nhiệt độ thuỷ hoá bê tông tại công trường
3.1 Sau khi hoàn thiện xong khâu lắp dựng cốt thép, cốp pha, bảo ôn bằng xốp cách nhiệt, tiến hành đặt các cảm biến đo nhiệt độ ở các vị trí sau:
+ Tâm khối đổ bê tông
+ Trung điểm 2 mặt cạnh bên khối đổ, cách mặt cốp pha là 10cm
+ Trung điểm của đáy khối đổ
Dùng dây dẫn nối tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ ra thiết bị ghi nhiệt độ
(chú ý: Phải ghi chú vị trí đặt cảm biến ở đầu dây dẫn tín hiệu tương ứng để tránh sai sót trong quá trình ghi số liệu)
3.2 Tiến hành đổ bê tông theo quy định
3.3 Sau khi đổ bê tông và hoàn thiện bề mặt cấu kiện 30 phút, bắt đầu tiến hành theo dõi và ghi số liệu nhiệt độ đo được, trong khoảng thời gian 24 giờ sau khi thi công, số liệu được ghi lại 30 phút một lần.
Tiến hành đo nhiệt độ khối đổ trong 72 giờ liên tục, trong khoảng thời gian từ 24 giờ đến 72 giờ tiến hành đo 60 phút một lần.
Sau khi có kết quả đo, tổng hợp số liệu đo được để làm cơ sở nghiệm thu khối đổ bê tông.
4. Kết luận
5. Một số hình ảnh thí nghiệm kiểm tra nhiệt độ thuỷ hoá khối đổ bê tông ở hiện trường
* Lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ và nối dây dẫn ra bên ngoài khối đổ
* Nối dây dẫn vào thiết bị đọc số liệu
* Tiến hành đo và ghi số liệu theo thời gian thực
