Ảnh hưởng của nhiệt độ thể hiện thông qua sự xuất hiện sớm và phân bố rộng của các vùng hư hỏng. Khi bê tông chịu nhiệt độ cao, quá trình mất nước trong hồ xi măng, suy giảm liên kết tại vùng chuyển tiếp ITZ và sự không tương thích biến dạng nhiệt giữa các pha vật liệu làm gia tăng số lượng vi nứt ban đầu. Bài báo này trình bày ảnh hưởng của nhiệt độ và ứng suất đến sự biến đổi hệ số truyền nhiệt của bê tông chịu nén. Các mẫu bê tông được khảo sát tại các mức nhiệt độ 20°C, 200°C, 400°C và 600°C nhằm đánh giá mối liên hệ giữa suy thoái do nhiệt, phát triển hư hỏng cơ học và hệ số truyền nhiệt của vật liệu.
Ba thành phần của vật liệu và điều kiện biên nhiệt học.
Trường nhiệt độ trong bê tông là một trong những yếu tố có vai trò quan trọng đối với quá trình làm việc lâu dài của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Sự phân bố nhiệt độ không chỉ chi phối trạng thái truyền nhiệt bên trong vật liệu mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình truyền ẩm, khuếch tán ion và các phản ứng hóa - lý diễn ra trong hệ lỗ rỗng của bê tông.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng trường nhiệt độ trong bê tông có ảnh hưởng đáng kể đến sự vận chuyển độ ẩm [1], quá trình cacbonat hóa [2], sự xâm nhập của ion clorua [1], [3], [4] cũng như quá trình ăn mòn cốt thép trong bê tông [5]. Đây đều là những cơ chế suy giảm độ bền điển hình, có thể làm giảm tuổi thọ khai thác của kết cấu bê tông, đặc biệt đối với các công trình làm việc trong môi trường xâm thực, môi trường ven biển, công trình cầu, hầm, kết cấu khối lớn và các công trình chịu tác động nhiệt lặp lại.
Bên cạnh các vấn đề về độ bền lâu, trường nhiệt độ trong bê tông còn có ý nghĩa quan trọng trong phân tích ứng xử nhiệt - cơ của kết cấu. Nhiệt độ bê tông ảnh hưởng đến khả năng tích trữ và truyền năng lượng trong kết cấu bao che công trình, phân tích hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà, thiết kế lớp chắn bức xạ trong nhà máy điện hạt nhân, cũng như đánh giá ứng xử của cầu, mặt đường bê tông xi măng, đập bê tông khối lớn và các kết cấu bê tông chịu tải trọng nhiệt. Trong các trường hợp này, sự chênh lệch nhiệt độ theo thời gian và không gian có thể gây ra biến dạng nhiệt không đồng đều, từ đó hình thành ứng suất nhiệt. Nếu ứng suất nhiệt vượt quá khả năng chịu kéo cục bộ của vật liệu, các vết nứt có thể xuất hiện, phát triển và làm thay đổi đáng kể khả năng truyền nhiệt cũng như trạng thái cơ học của bê tông.
Hệ số truyền nhiệt của bê tông là thông số vật lý cơ bản biểu thị mức độ lan truyền nhiệt trong bê tông và là đại lượng đầu vào quan trọng trong các mô hình phân tích trường nhiệt độ. Đối với bê tông, hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tỷ lệ nước/xi măng, loại cốt liệu, hàm lượng và phần thể tích cốt liệu, phụ gia khoáng, độ ẩm, nhiệt độ, trạng thái lỗ rỗng và mức độ hư hỏng của vật liệu. Các nghiên cứu trước đây cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ nước/xi măng, loại và hàm lượng cốt liệu, phụ gia, độ ẩm và nhiệt độ đến hệ số dẫn nhiệt của bê tông đã được quan tâm.
Khan, 2002 [9] nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần cốt liệu và độ ẩm đến hệ số dẫn nhiệt của bê tông. Kết quả cho thấy độ ẩm trong hệ lỗ rỗng có thể làm thay đổi đáng kể khả năng dẫn nhiệt do nước có hệ số dẫn nhiệt lớn hơn không khí. Khi bê tông khô, các lỗ rỗng chứa không khí làm giảm khả năng truyền nhiệt; ngược lại, khi mức độ bão hòa tăng, sự hiện diện của nước trong lỗ rỗng làm tăng liên kết truyền nhiệt trong vật
liệu.
Bài báo này trình bày ảnh hưởng của nhiệt độ và ứng suất đến sự biến đổi hệ số truyền nhiệt của bê tông chịu nén. Các mẫu bê tông được khảo sát tại các mức nhiệt độ 20°C, 200°C, 400°C và 600°C nhằm đánh giá mối liên hệ giữa suy thoái do nhiệt, phát triển hư hỏng cơ học và hệ số truyền nhiệt của vật liệu.
Kết quả cho thấy hệ số truyền nhiệt không phải là đại lượng không đổi mà thay đổi theo quá trình biến dạng và mức độ phá hoại của bê tông. Ở giai đoạn biến dạng nhỏ, hệ số truyền nhiệt thay đổi không đáng kể do cấu trúc vật liệu còn tương đối liên tục và các vi nứt chưa phát triển rõ rệt.
Khi biến dạng tăng, các vi nứt hình thành và mở rộng, đặc biệt tại vùng chuyển tiếp giữa cốt liệu và hồ xi măng, làm gián đoạn đường truyền nhiệt và dẫn đến sự suy giảm hệ số truyền nhiệt. Ở giai đoạn sau đỉnh ứng suất, các vi nứt liên kết thành vùng hư hỏng cục bộ, làm suy giảm nhanh khả năng chịu tải và làm thay đổi rõ rệt đặc trưng truyền nhiệt của bê tông. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao thể hiện thông qua sự gia tăng hư hỏng ban đầu, sự mất nước của hồ xi măng và suy yếu vùng chuyển tiếp ITZ, từ đó thúc đẩy quá trình phát triển vết nứt dưới tải nén.
Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ cơ chế tương tác giữa nhiệt độ, biến dạng cơ học, quá trình phá hoại và hệ số truyền nhiệt của bê tông, là cơ sở cho việc đánh giá độ bền và khả năng làm việc của kết cấu bê tông trong điều kiện nhiệt độ cao.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Buildata
