(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ứng xử nhiệt và một số giải pháp kiểm soát nhiệt, hạn chế vết nứt trong bê tông cường độ cao tuổi sớm kết cấu cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

HOÀNG THỊ TUYẾT

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NHIỆT VÀ MỘT SỐ GIẢI
PHÁP KIỂM SOÁT NHIỆT, HẠN CHẾ VẾT NỨT
TRONG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TUỔI SỚM
KẾT CẤU CẦU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HÀ NỘI- 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

HOÀNG THỊ TUYẾT

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NHIỆT VÀ MỘT SỐ GIẢI
PHÁP KIỂM SOÁT NHIỆT, HẠN CHẾ VẾT NỨT
TRONG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO TUỔI SỚM
KẾT CẤU CẦU

Ngành

: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng

Mã số

: 9580205

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Đỗ Anh Tú
2. PGS.TS. Nguyễn Hữu Thuấn

HÀ NỘI – 2022


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi. Các kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong các cơng trình khác.
Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2022
Tác giả

Hoàng Thị Tuyết


ii

LỜI CẢM ƠN

Luận án Tiến sỹ được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Đỗ Anh Tú và PGS.TS Nguyễn Hữu Thuấn. Nghiên
cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy hướng dẫn đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình, đã

đóng góp các ý kiến q báu và tạo điều kiện thuận lợi để giúp nghiên cứu sinh thực
hiện luận án này.
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Giao
Thông Vận tải, Phịng Đào tạo Sau đại học, Bộ mơn Cầu Hầm, Khoa KHCB, Bộ môn
HH-VKT, Trung tâm khoa học Công nghệ Giao thơng Vận tải, Phịng thí nghiệm Vật
liệu xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong quá trình học tập
nghiên cứu.
Cuối cùng nghiên cứu sinh bày tỏ lời cảm ơn các đồng nghiệp, gia đình, người
thân đã giúp đỡ và động viên nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2022
Tác giả

Hoàng Thị Tuyết


iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ ix
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. xi
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA BÊ TÔNG TUỔI SỚM
KẾT CẤU CẦU VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SỐT NHIỆT VÀ HẠN CHẾ
VẾT NỨT ..................................................................................................................... 5
1.1.

Q trình thủy hóa của xi măng Pooc lăng .................................................... 5

1.1.1. Các phản ứng của q trình thủy hóa .................................................................. 5
1.1.2. Nhiệt thủy hóa ..................................................................................................... 6
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng nhiệt thủy hóa và sự phát triển nhiệt thủy hóa . 8
1.1.4. Mức độ thủy hóa................................................................................................ 11
1.2.

Các đặc tính của bê tơng ở tuổi sớm.............................................................. 12

1.2.1. Các tính chất nhiệt của bê tơng ........................................................................ 13
1.2.2. Các tính chất cơ học của bê tông ....................................................................... 17
1.3.

Hiệu ứng nhiệt của bê tông ở tuổi sớm.......................................................... 22

1.3.1.

Sự phát triển nhiệt/truyền nhiệt trong bê tông ............................................... 22

1.3.2.

Ứng suất nhiệt trong bê tông ......................................................................... 22

1.3.3.

Sự hình thành Ettringite muộn (DEF) ........................................................... 24

1.3.4.

Sự phát triển cường độ ................................................................................... 25

1.4.

Các giải pháp vật liệu để kiểm soát nhiệt độ và hạn chế nứt nhiệt tuổi sớm27

1.4.1.

Cốt liệu ........................................................................................................... 28

1.4.2.

Tỷ lệ nước/xi măng ........................................................................................ 29


iv
1.4.3.

Xi măng.......................................................................................................... 29

1.4.4.

Phụ gia khoáng............................................................................................... 30

1.5.

Các giải pháp kết cấu và biện pháp thi cơng để kiểm sốt nhiệt độ và hạn

chế nứt nhiệt tuổi sớm ............................................................................................... 34

1.6.

Tổng quan về nghiên cứu ứng xử nhiệt của bê tông ở tuổi sớm ................. 36

1.6.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................ 36

1.6.2.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................. 38

1.7.

Kết luận chương 1. .......................................................................................... 42

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN NHIỆT VÀ XÂY DỰNG MƠ
HÌNH TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG
TUỔI SỚM ................................................................................................................. 44
2.1. Cơ sở lý thuyết về dẫn nhiệt .............................................................................. 44
2.2. Truyền nhiệt qua đối lưu ................................................................................... 47
2.3. Tốc độ sinh nhiệt................................................................................................. 47
2.4. Hàm độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt ...................................................................... 50
2.5. Phương pháp sai phân hữu hạn tính tốn phân bố nhiệt độ trong bê tông ở
tuổi sớm ...................................................................................................................... 53
2.6. Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng mơ hình tính tốn ứng
suất nhiệt .................................................................................................................... 55
2.7. Ứng xử đàn nhớt của bê tông tuổi sớm dưới tải trọng nhiệt. ......................... 57
2.8. Các mơ hình số mơ phỏng ứng xử nhiệt tuổi sớm của bê tông ...................... 63
2.9. So sánh các mơ hình tính tốn nhiệt và ứng suất nhiệt .................................. 66

2.10. Kết luận chương 2 ............................................................................................ 68
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG NHIỆT VÀ CƯỜNG
ĐỘ CỦA BÊ TÔNG TRO BAY CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG TRONG CƠNG
TRÌNH CẦU .............................................................................................................. 69
3.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................................... 69
3.2. Thí nghiệm cường độ ......................................................................................... 69


v
3.2.1. Thành phần hỗn hợp CĐC thí nghiệm .............................................................. 69
3.2.2. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén ........................................................... 76
3.2.3. Thí nghiệm đo cường độ chịu kéo khi bửa ....................................................... 78
3.3. Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa ........................................................................... 81
3.3.1. Các phương pháp đo nhiệt thủy hóa .................................................................. 81
3.3.2. Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa theo phương pháp đoạn nhiệt............................ 83
3.3.3. Kết quả thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa ............................................................... 86
3.3.4. Xác định nhiệt lượng và tốc độ tỏa nhiệt của các hỗn hợp BTCĐC ................. 89
3.3.5. Xác định mức độ thủy hóa và các tham số nhiệt thủy hóa ................................ 92
3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 99
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SOÁT NHIỆT VÀ
GIẢM THIỂU VẾT NỨT TRONG BÊ TÔNG KẾT CẤU CẦU Ở TUỔI
SỚM ......................................................................................................................... 101
4.1. Giải pháp vật liệu ............................................................................................. 101
4.1.1. Các tham số về cường độ của bê tông ............................................................. 101
4.1.2. Các tham số về từ biến của bê tông ................................................................. 110
4.1.3. So sánh, đánh giá các hỗn hợp bê tông tro bay CĐC về phương diện nhiệt và khả
năng nứt nhiệt ............................................................................................................ 111
4.2. Các giải pháp khác ........................................................................................... 122
4.2.1. Thời gian hợp lý tháo dỡ ván khuôn ............................................................... 122
4.2.2. Sử dụng vật liệu cách nhiệt che chắn, bao phủ bê tông ở tuổi sớm ................ 123

4.2.3. Các giải pháp/biện pháp khác.......................................................................... 123
4.3. Kết luận chương 4 ............................................................................................ 123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 125
KẾT LUẬN: ............................................................................................................. 125
KIẾN NGHỊ: ............................................................................................................ 126
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................. 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 128


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1. Tốc độ tỏa nhiệt trong q trình thủy hóa của xi măng [94] ........................ 7
Hình 1. 2. Ảnh hưởng của độ mịn đến tốc độ thủy hóa của xi măng ............................ 9
Hình 1.3. Sự phát triển nhiệt thủy hóa sau 72h ở các mức nhiệt độ khác nhau .......... 11
Hình 1.4. Sự thay đổi của hệ số giãn nở nhiệt của bê tông trong q trình thủy hóa
(Kada và cộng sự, 2002), trong đó w/c: Tỉ lệ nước/xi măng. ..................................... 17
Hình 1.5. Tỉ lệ giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu nén theo tuổi bê tơng (Zhao
[121]) ........................................................................................................................... 19
Hình 1. 6. Sự phát triển nhiệt và hình thành vết nứt của bê tơng khối lớn [37] .......... 23
Hình 1.7. Ứng suất nhiệt và cường độ chịu kéo của bê tông theo thời gian [83, 113] 23
Hình 1.8. Sự phát triển các tính chất cơ học theo mức độ thủy hóa và tuổi tương đương
........................................................................................................................... 27
Hình 1.9. Hình ảnh nứt đập tràn nhà máy thủy điện do nhiệt thủy hóa [62] .............. 36
Hình 1.10. Hình ảnh nứt trụ cầu Vĩnh Tuy ................................................................. 38
Hình 1.11. Trường phân bố ứng suất nhiệt trong khối đổ ở tuổi 24h [6]. ................... 40
Hình 1.12. So sánh thay đổi nhiệt độ qua phân tích và thực tế đo được tại tâm và biên
khối đổ [6] ................................................................................................................... 40
Hình 2.1. Đường cong độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt lý thuyết [112]. .......................... 51

Hình 2.2. Đường cong tốc độ sinh nhiệt lý thuyết theo Tanabe [112] ........................ 52
Hình 2.3. Tốc độ sinh nhiệt và mức độ thủy hóa với tham số , . ............................ 53
Hình 2.4. Nút bên trong và phần tử tương ứng trong bài toán truyền nhiệt 2 chiều ... 54
Hình 2.5. Phần tử tam giác trong mơ hình .................................................................. 56
Hình 2.6. Mơ phỏng mơ đun đàn hồi hiệu dụng, từ biến điển hình và phân tách tải trọng
[83] ........................................................................................................................... 59
Hình 2.7. Sơ đồ khối tính tốn q trình sinh nhiệt và truyền nhiệt. .......................... 61
Hình 2.8. Sơ đồ khối tính tốn ứng suất nhiệt. ............................................................ 62


vii
Hình 2.9. Mơ hình dự đốn trường ứng suất nhiệt ở tuổi 16h và khối đổ thực tế
[82] ........................................................................................................................... 65
Hình 3.1. Đường cong cấp phối thành phần hạt của đá theo ASTM C33.................. 72
........................................................................................................................... 73
Hình 3.2. Biểu đồ cấp phối hạt của cát theo ASTM C33 ........................................... 73
Hình 3.3. Thí nghiệm nén mẫu CĐC-TB00 ở 3 ngày tuổi. ........................................ 76
Hình 3. 4. Cường độ chịu nén theo ngày tuổi của các hỗn hợp bê tơng tro bay CĐC
(Mpa) ........................................................................................................................... 77
Hình 3.5. Thí nghiệm ép chẻ mẫu CĐC-TB00 ở 3 ngày tuổi. ................................... 79
Hình 3.6. Cường độ chịu kéo khi bửa theo ngày tuổi của các hỗn hợp CĐC (MPa) .. 80
Hình 3.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo nhiệt lượng đoạn nhiệt [12]. ............................. 84
Hình 3.8. Đặt mẫu bê tơng vào thùng của thiết bị thí nghiệm chế tạo tại ĐH GTVT 84
Hình 3.9. Máy tính theo dõi và lưu dữ liệu đo nhiệt. .................................................. 84
Hình 3.10. Nhiệt độ đoạn nhiệt thực nghiệm của các mẫu hỗn hợp bê tơng tro bay CĐC
........................................................................................................................... 88
Hình 3.11. Độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt của các mẫu hỗn hợp BTCĐC tro bay ......... 89
Hình 3.12. Nhiệt lượng tích lũy của các mẫu hỗn hợp BTCĐC tro bay ..................... 90
Hình 3.13. Tốc độ tỏa nhiệt của các mẫu hỗn hợp BTCĐC tro bay ........................... 91
Hình 3.14. Đường cong mức độ thủy hóa thực nghiệm và hồi quy. ........................... 97

Hình 3.15. Mối quan hệ giữa mức độ thủy hóa cuối cùng và tỷ lệ % tro bay thay thế.97
Hình 3.16. Đường hồi quy giữa mức độ thủy hóa cuối cùng và tỷ lệ % tro bay thay thế.
........................................................................................................................... 99
Hình 4.1. Đường cong hồi quy sự phát triển cường độ chịu nén theo mức độ thủy hóa
của các hỗn hợp BTCĐC. .......................................................................................... 107
Hình 4.2. Đường cong hồi quy sự phát triển cường độ chịu kéo theo mức độ thủy hóa
của các hỗn hợp BTCĐC. .......................................................................................... 109


viii
Hình 4.3. Các kịch bản giữa ứng suất nhiệt và cường độ chịu kéo theo hàm lượng tro
bay thay thế. .............................................................................................................. 111
Hình 4.4. Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại tâm, cạnh, và góc của trụ theo thời gian (CĐCTB00)......................................................................................................................... 114
Hình 4.5. Phân bố nhiệt độ tại 40h trên mặt cắt ngang thân trụ (CĐC-TB00). ........ 114
Hình 4.6. Phân bố ứng suất chính tại 40h trên mặt cắt ngang thân trụ (CĐC-TB00).115
Hình 4.7. Biểu đồ phát triển ứng suất yy tại giữa cạnh bên, và xx tại góc của trụ theo
thời gian (CĐC-TB00). ............................................................................................. 115
Hình 4.8. Biểu đồ phát triển ứng suất chính tại giữa cạnh bên, giữa cạnh đáy, và góc
của trụ theo thời gian (CĐC-TB00). ......................................................................... 116
Hình 4.9. Ứng suất nhiệt lớn nhất và cường độ chịu kéo theo thời gian tại điểm bất lợi
(cạnh bên) của thân trụ sử dụng CĐC-TB00............................................................. 116
Hình 4.10. Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại tâm, cạnh, và góc của trụ theo thời gian
(CĐC-TB10) .............................................................................................................. 117
Hình 4.11. Ứng suất nhiệt lớn nhất và cường độ chịu kéo theo thời gian tại điểm bất
lợi (cạnh bên) của thân trụ sử dụng CĐC-TB10. ...................................................... 117
Hình 4.12. Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại tâm, cạnh, và góc của trụ theo thời gian
(CĐC-TB20) .............................................................................................................. 118
Hình 4.13. Ứng suất nhiệt lớn nhất và cường độ chịu kéo theo thời gian tại điểm bất
lợi (cạnh bên) của thân trụ sử dụng CĐC-TB20. ...................................................... 118
Hình 4.14. Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại tâm, cạnh, và góc của trụ theo thời gian

(CĐC-TB30) .............................................................................................................. 119
Hình 4.15. Ứng suất nhiệt lớn nhất và cường độ chịu kéo theo thời gian tại điểm bất
lợi (cạnh bên) của thân trụ sử dụng CĐC-TB30. ...................................................... 119
Hình 4.16. Hệ số nứt lớn nhất ứng với từng hỗn hợp BT. ........................................ 121


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1. Tên viết tắt của ô xit và hợp chất hóa học của xi măng Pooc lăng [94] ...... 5
Bảng 1.2. Nhiệt thủy hóa của các pha xi măng (McCullough và Rasmussen, 1999) [88]
............................................................................................................................. 9
Bảng 1. 3. Các mơ hình mức độ thủy hóa cuối cùng của xi măng Pooc lăng ............. 12
Bảng 1. 4. Các giá trị nhiệt dung riêng được tìm ra bởi các nhà nghiên cứu khác
nhau ........................................................................................................................... 14
Bảng 1. 5. Các giá trị của hệ số khuếch tán nhiệt theo các nhà nghiên cứu khác
nhau ........................................................................................................................... 16
Bảng 1.6. Mô đun đàn hồi là hàm của cường độ chịu nén của bê tông ...................... 19
Bảng 1. 7. Các giá trị của hệ số Poisson ..................................................................... 21
Bảng 2.1. So sánh các tham số đầu vào và kết quả đầu ra của các mô hình/phần mềm
tính tốn ....................................................................................................................... 67
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của xi măng (%) ........................................................ 70
Bảng 3.2. Thành phần khoáng vật của xi măng (%) ................................................... 70
Bảng 3.3. Các tính chất cơ lý của xi măng VICEM Bút Sơn PC40 ............................ 70
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của tro bay (%) .......................................................... 71
Bảng 3.5. Thành phần hạt của tro bay sử dụng trong nghiên cứu ............................... 71
Bảng 3. 6. Chỉ tiêu cơ lý của đá .................................................................................. 71
Bảng 3.7. Thành phần hạt của đá ................................................................................ 72
Bảng 3.8. Chỉ tiêu cơ lý của cát .................................................................................. 72

Bảng 3.9. Thành phần hạt của cát ............................................................................... 73
Bảng 3.10. Thành phần cấp phối chuẩn cho 1m3 ........................................................ 76
Bảng 3.11. Cường độ chịu nén theo ngày tuổi (MPa) ................................................. 77
Bảng 3. 12. So sánh cường độ chịu nén trung bình của các hỗn hợp CĐC với cường độ
chịu nén trung bình của mẫu đối chứng ở các ngày tuổi tương ứng ........................... 78


x
Bảng 3.13. Cường độ chịu kéo khi bửa theo ngày tuổi (MPa).................................... 79
Bảng 3.14. So sánh cường độ chịu kéo khi bửa trung bình của các hỗn hợp CĐC với
cường độ chịu kéo khi bửa trung bình của mẫu đối chứng ở các ngày tuổi tương
ứng

........................................................................................................................... 81

Bảng 3.15. Kết quả đo nhiệt độ đoạn nhiệt của 4 mẫu bê tông CĐC ........................ 86
Bảng 3.16. Các thuộc tính về nhiệt của CĐC tro bay ................................................. 95
Bảng 3.17. Các tham số nhiệt thủy hóa của CĐC tro bay ........................................... 95
Bảng 3.18. So sánh mức độ thủy hóa cuối cùng theo thực nghiệm và theo công thức
của Shindler và Folliard [111] ..................................................................................... 98
Bảng 4.1. Các hàm phát triển theo thời gian của cường độ bê tông ......................... 103
Bảng 4.2 . Các hàm phát triển cường độ bê tơng theo mức độ thủy hóa .................. 103
Bảng 4.3 . Các hệ số cho hàm phát triển theo thời gian của cường độ bê tông ........ 104
Bảng 4.4. Các tham số đường cong phát triển cường độ .......................................... 106
Bảng 4.5. Các tham số từ biến của bê tông xác định theo ACI 209.2R-08 [18] ....... 110
Bảng 4.6 . Các thuộc tính về nhiệt của CĐC tro bay ................................................ 112
Bảng 4.7. Các tham số nhiệt thủy hóa của CĐC tro bay ........................................... 112
Bảng 4.8. Mức độ thủy hóa và hệ số dẫn nhiệt của các hỗn hợp BT theo thời gian . 113
Bảng 4.9. Hệ số nứt  lớn nhất theo thời gian .......................................................... 121

xi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

: American Concrete Instutute (Viện bê tông Mỹ)

1.

ACI

2.

ASTM

3

ATR

: Adiabatic Temprature Rise (Độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt)

4.

BT

: Bê tông

5

BTCĐC : Bê tông cường độ cao

6.

BTKL

: Bê tơng khối lớn

7.

CĐC

: Cường độ cao

8.

CKC

: Chất kết dính

9.

CTE

: Coefficient of thermal expansion (Hệ số giãn nở nhiệt)

10.

FA

: Fly Ash (Tro bay)

11.

GGBS

: Ground Granulated Blast-furnace Slag (Xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn)

12.

HPC

: High Performance Concrete (Bê tơng tính năng cao)

13.

NC

: Bê tơng thường

14.

PGK

: Phụ gia khống

15.

PTHH

: Phần tử hữu hạn (Finite element)

16.

SCMs

: Supplementary cementitious materials (Phụ gia khoáng)

17.

SF

: Silica Fume (Muội silic)

18.

SPHH

: Sai phân hữu hạn (Finite difference)

19.

w/c

: Tỉ lệ nước trên xi măng, theo khối lượng

20.

w/cm

: Tỉ lệ nước trên vật liệu chất kết dính, theo khối lượng

21.

TB

: Tro bay

: American Society for Testing and Materials (Hiệp hội thí nghiệm và
vật liệu Hoa Kỳ)


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tơng với chất kết dính chính là xi măng Pooc-lăng được sử dụng nhiều trong
xây dựng hạ tầng giao thông vận tải. Nhiệt được giải phóng trong q trình thủy hóa xi
măng gây ra sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong kết cấu bê tơng. Vấn đề này có
thể nghiêm trọng hơn khi bê tông trong giai đoạn đông cứng: nhiệt vẫn được sinh ra từ
q trình thủy hóa xi măng trong khi bề mặt của bê tông đang nguội dần theo nhiệt độ
môi trường. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa lõi bê tơng và bề mặt bên ngồi của nó có thể
gây ra ứng suất kéo đáng kể có thể làm tăng nguy cơ nứt ở bê tông tuổi sớm [29]. Nứt
trong các cấu kiện bê tông khối lớn do ứng suất nhiệt là một vấn đề đã xuất hiện từ lâu,
rõ ràng nhất là khi nó được phát hiện lần đầu tiên trong các cơng trình đập thủy điện trên
thế giới từ đầu thế kỷ XX. Khái niệm "bê tơng khối lớn" từ đó cũng thường được hiểu
là các kết cấu BT có kích thước lớn như đập, khối móng lớn. Tuy nhiên gần đây, thuật
ngữ này cũng được sử dụng cho các bộ phận cơng trình cầu có kích thước lớn như bệ
móng, trụ, xà mũ, dầm hộp,... Các tiêu chuẩn về BTKL luôn yêu cầu phải kiểm soát sự
chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và bề mặt của BT, từ đó giảm thiểu hoặc hạn chế vết nứt
nhiệt ngay trong giai đoạn xây dựng.

Hiện nay, ngành xây dựng cầu đã ứng dụng nhiều loại vật liệu bê tơng cường độ
cao, tính năng cao, siêu cao... Khái niệm bê tơng khối lớn khơng cịn đơn thuần là kết
cấu có kích thước lớn nữa, mà ngay cả các kết cấu thanh mảnh cũng có nguy cơ nứt
nhiệt khi sử dụng bê tơng cường độ cao (có hàm lượng xi măng lớn). Khi đó vấn đề về
nứt nhiệt cần phải được xem xét kỹ càng [62].
Xu thế hiện nay khi chế tạo bê tơng cường độ cao, tính năng cao,... là sử dụng
hàm lượng xi măng Pooc-lăng lớn và giảm tỉ lệ nước/xi măng. Ngồi ra, các phụ gia
khống hoạt tính như muội silic, xỉ lị cao, tro bay,... cũng được sử dụng nhằm giảm bớt
lượng xi măng, giảm nhiệt tỏa ra, nhưng phần nào đó vẫn đảm bảo bê tông đạt được
cường độ mong muốn [23, 62]. Các hỗn hợp bê tơng sử dụng tro bay, xỉ lị cao cịn góp
phần giảm khí thải CO2 ra mơi trường [62, 64]. Nhiều quan điểm trên thế giới [17, 32,
64, 65] và một số nghiên cứu ở Việt Nam [14] cho rằng đưa tro bay vào bê tông sẽ làm
giảm nhiệt thủy hóa đáng kể, điều này là hiển nhiên. Tuy nhiên các nghiên cứu đó ko
xét được một cách định lượng, việc thay thế xi măng bằng tro bay như vậy sẽ giảm được


2
nhiệt bao nhiêu và cường độ bê tông sẽ giảm như thế nào, có đảm bảo được cường độ
mục tiêu (mong muốn) hay khơng?
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng xử nhiệt và một số giải pháp kiểm soát nhiệt,
hạn chế vết nứt trong bê tông cường độ cao tuổi sớm kết cấu cầu” sẽ góp phần giải
quyết câu hỏi nêu trên. Luận án sẽ tiến hành thực nghiệm về nhiệt và cường độ cho một
số hỗn hợp bê tông cường độ cao có sử dụng phụ gia khống là tro bay. Dựa vào kết quả
thực nghiệm sẽ đánh giá định lượng được ảnh hưởng của tỉ lệ % tro bay đến nhiệt và
cường độ và khả năng nứt nhiệt của bê tông.
2. Mục tiêu của luận án
- Xác định được các đặc trưng nhiệt thủy hóa bao gồm: độ tăng nhiệt độ đoạn
nhiệt, nhiệt lượng tích lũy, tốc độ sinh nhiệt, các tham số đường cong nhiệt thủy hóa của
BTCĐC có sử dụng phụ gia khống tro bay bằng thực nghiệm.
- Đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ % tro bay thay thế xi măng đến hiệu ứng nhiệt, sự

phát triển cường độ và khả năng nứt nhiệt của trụ cầu, từ đó đưa ra được giải pháp vật
liệu bê tông tro bay cường độ cao hợp lý.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu
Các tham số và thuộc tính về nhiệt của bê tơng tro bay cường độ cao, ứng suất
nhiệt, nứt nhiệt của bê tông ở tuổi sớm.
b) Phạm vi nghiên cứu
- Bê tông cường độ cao (cường độ nén đặc trưng 55 Mpa) có sử dụng phụ gia
khống tro bay thay thế xi măng từ 0 ÷30%; kết cấu trụ cầu có kích thước mặt cắt ngang
2,0 m × 3,0 m ở tuổi sớm từ 0 – 7 ngày tuổi.
- Chưa xét đến các ảnh hưởng về co ngót và phân bố cốt thép.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực nghiệm: thực nghiệm đo nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông và thí
nghiệm cường độ bê tơng.
- Nghiên cứu lý thuyết: thiết lập các mối quan hệ toán học trên các dữ liệu thí
nghiệm đã có, lập mơ hình tính tốn theo phương pháp sai phân hữu hạn và phần tử hữu
hạn để khảo sát và đánh giá.


3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Luận án đã nghiên cứu thực nghiệm cường độ ở tuổi sớm và các tham số nhiệt
thủy hóa từ phép đo nhiệt lượng đoạn nhiệt của một số cấp phối BTCĐC có sử dụng tro
bay. Qua so sánh, luận án đã tìm ra được hàm lượng thay thế tro bay hợp lý là từ 10÷
20% (trong dải từ 0% đến 30%) đảm bảo rủi ro nứt nhiệt thấp. Đây có thể được coi là
một giải pháp vật liệu để kiểm soát nhiệt và hạn chế nứt nhiệt trong cấu kiện bê tơng
cơng trình cầu.
Phương pháp luận nghiên cứu của luận án có thể được áp dụng để phân tích, đánh
giá cho các loại BT khác nhau và các cấu kiện khác nhau của cơng trình cầu, giúp đảm
bảo sự tồn vẹn, khả năng chịu lực và tuổi thọ khai thác của kết cấu.

6. Điểm mới của luận án
- Luận án đã xác định được nhiệt thủy hóa của 4 hỗn hợp BTCĐC bằng phép đo
nhiệt lượng đoạn nhiệt. Độ tăng nhiệt độ đoạn nhiệt (trừ đi nhiệt độ ban đầu) của các
hỗn hợp lần lượt là 58,1; 55,5; 52,9 và 47,9C ghi nhận được tại các mẫu CĐC-TB00,
CĐC-TB10, CĐC-TB20 và CĐC-TB30. Hỗn hợp CĐC-TB00 có độ tăng nhiệt độ đoạn
nhiệt lớn nhất do có hàm lượng xi măng lớn nhất. Ngược lại, hỗn hợp CĐC-TB30 có độ
tăng nhiệt độ đoạn nhiệt nhỏ nhất do hàm lượng xi măng thấp nhất trong các hỗn hợp.
- Luận án đã xác định được tốc độ sinh nhiệt, thời điểm và trị số của đỉnh nhiệt
chính theo tiêu chuẩn ASTM C1679-08 [31]. Đỉnh nhiệt của các hỗn hợp CĐC-TB00,
CĐC-TB10, CĐC-TB20 và CĐC-TB30 lần lượt là: 4107; 2,95107; 2,31107 và
1,4107 (J/h/m3), diễn ra ở thời điểm khoảng 9,5 h.
- Luận án đã xác định được bộ tham số nhiệt thủy hóa quan trọng của BTCĐC,
bao gồm αu,  và  dựa vào đường cong thực nghiệm sử dụng phương pháp bình phương
nhỏ nhất. Trong đó mức độ thủy hóa cuối cùng αu tăng khi tăng hàm lượng tro bay thay
thế xi măng: Các giá trị αu lần lượt bằng 0,6100; 0,6515; 0,7027 và 0,7136 tương ứng
với các hỗn hợp CĐC-TB00; CĐC-TB10; CĐC-TB20 và CĐC-TB30.
- Mức độ thủy hóa cuối cùng cho 4 hỗn hợp CĐC được xác định bằng thực
nghiệm, có giá trị nhỏ hơn giá trị tính tốn theo cơng thức của Shindler và Folliard [111].
Luận án đề xuất điều chỉnh hệ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến
αu cho BTCĐC là 0,4 thay vì 0,5 như bảng sau:


4
Shindler và Folliard (2005) [111]

u 

1,031.w / cm
 0,5. pFA
0,194  w / cm

Công thức kiến nghị

 u   u ,0  0, 4 pFA

- Luận án đã phân tích định lượng về giải pháp vật liệu dựa trên 4 hỗn hợp
BTCĐC thí nghiệm thơng qua đánh giá rủi ro nứt nhiệt ở tuổi sớm của kết cấu thân trụ
mặt cắt hình chữ nhật. Kết quả cho thấy kết cấu thân trụ sử dụng hỗn hợp CĐC-TB30
có rủi ro nứt nhiệt cao hơn so với các hỗn hợp còn lại. Kết hợp với các lợi ích mà tro
bay đem lại về cả kinh tế, kỹ thuật và môi trường thì việc sử dụng hỗn hợp bê tơng tro
bay cường độ cao với hàm lượng tro bay thay thế từ 10-20% là hợp lý để giảm thiểu rủi
ro nứt nhiệt.
7. Cấu trúc của Luận án
Luận án có cấu trúc như sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về hiệu ứng nhiệt của bê tông tuổi sớm kết cấu cầu và các
giải pháp để kiểm soát nhiệt và hạn chế vết nứt
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và xây dựng mơ hình tính tốn nhiệt
độ và ứng suất trong kết cấu bê tông tuổi sớm
Chương 3: Thực nghiệm xác định đặc trưng nhiệt và cường độ của bê tông tro
bay cường độ cao sử dụng trong cơng trình cầu
Chương 4: Phân tích một số giải pháp để kiểm sốt nhiệt và giảm thiểu vết nứt
trong bê tông kết cấu cầu ở tuổi sớm
Kết luận và Kiến nghị
Ngoài ra là các phần Tài liệu tham khảo và Danh mục các công trình đã cơng bố
của tác giả.


5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA BÊ TÔNG
TUỔI SỚM KẾT CẤU CẦU VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ KIỂM SỐT
NHIỆT VÀ HẠN CHẾ VẾT NỨT
1.1.

Q trình thủy hóa của xi măng Pooc lăng
Q trình thủy hóa của xi măng là phản ứng của các khoáng vật thành phần xi

măng với nước dẫn đến các thay đổi hóa học và cơ lý. Quá trình này sinh ra một lượng
nhiệt nhất định nào đó. Nhiệt thủy hóa là một đặc tính của xi măng Pc –lăng, lượng
nhiệt được giải phóng phụ thuộc vào thành phần xi măng, nhiệt độ bảo dưỡng, tỷ lệ
nước/xi măng và độ mịn của xi măng. Thành phần xi măng bao gồm 4 khống vật chính
là: tricalcium silicate (C3S), dicalcium silicate (C2S), tricalciumaluminate (C3A) và
tetracalcium aluminoferrite (C4AF) [4].
Thành phần hóa học của xi măng Poóc lăng và tên viết tắt của chúng được nêu
trong bảng 1.1.
Bảng 1. 1. Tên viết tắt của ô xit và hợp chất hóa học của xi măng Pooc lăng [94]
Ơxit

Tên viết tắt

Hợp chất

Tên viết tắt của hợp chất

CaO

C

3CaO.SiO2 (alit)

C3 S

SiO2

S

2CaO.SiO2 (belit)

C2 S

Al2O3

A

3CaO.Al2O3

C3 A

Fe2O3

F

4CaO.Al2O3.Fe2O3

C4AF

MgO

M

4CaO.3Al2O3.SO3

C4A3S

SO3

S

3CaO.2SiO2.3H2O

C3S2H3

H2O

H

CaSO4.2H2O

CSH2

1.1.1. Các phản ứng của q trình thủy hóa
Phản ứng thủy hóa của 4 khống chất quan trọng nhất trong xi măng và nước
được thể hiện trong các phương trình từ (1.1) đến (1.6). Giai đoạn đầu của quá trình thủy
hóa xảy ra tác dụng nhanh của alit với nước tạo ra hydrosilicat canxi và hydroxit canxi
[4]:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2

(1.1)

6
Vì đã có hydroxit canxi tách ra từ C3S nên C2S thủy hóa chậm hơn C3S và tách
ra ít Ca(OH)2 hơn:
2(2CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

(1.2)

Khoáng C3A phản ứng với nước rất nhanh chóng và gây ra sự phát triển về nhiệt.
Ngay sau khi trộn với nước, trên bề mặt các hạt xi măng đã có lớp sản phẩm xốp, khơng
bền, có tinh thể dạng tấm mỏng lục giác. Cấu trúc dạng tơi xốp này làm giảm độ bền
của xi măng. Dạng ổn định, sản phẩm phản ứng nhanh của nó là hydro canxi aluminat
6 nước có tinh thể hình lập phương (3CaO.Al2O3.6H2O):
3CaO.Al2O3 + 6H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O

(1.3)

Để làm chậm q trình đơng kết, khi nghiền clanhke cần cho thêm một lượng
thạch cao từ 3-5% so với khối lượng xi măng. Canxi sunfat đóng vai trị là chất hoạt
động hóa học của xi măng, tác dụng với aluminat tricanxit ngay từ đầu để tạo thành
ettringite:
3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 26 H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

(1.4)

C3A sẽ tiếp tục phản ứng với thạch cao cho đến khi tất cả các thạch cao được sử
dụng hết, sau đó C3A sẽ bắt đầu phản ứng với Ettringite để tạo thành monosulfate:
3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+2(3CaO.Al2O3)+22H2O=3(3CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O) (1.5)

Thủy hóa khống C4AF:

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.nH2O

(1.6)

Hydroferit sẽ nằm lại trong thành phần của gel xi măng, còn hydroaluminat sẽ lại
tác dụng với thạch cao như phản ứng trên.
1.1.2. Nhiệt thủy hóa
Lượng và động học của nhiệt được tạo ra bởi quá trình thủy hóa xi măng là một
thơng số quan trọng để dự đoán sự phát triển nhiệt độ và phân bố nhiệt độ trong một cấu
kiện bê tông [93]. Sự thủy hóa của xi măng Pooc-lăng là một phản ứng hóa học tỏa nhiệt
cao [94]. Thơng thường, khoảng một nửa tổng nhiệt lượng thủy hóa được tỏa ra trong
khoảng từ 1 đến 3 ngày sau khi trộn xi măng với nước [97].


7
Dưới các điều kiện thông thường, luồng nhiệt sản sinh ra trong q trình thủy hóa
của xi măng được phân thành 5 giai đoạn (Hình 1.1): [94]

Hình 1. 1. Tốc độ tỏa nhiệt trong q trình thủy hóa của xi măng [94]
* Giai đoạn I (giai đoạn hòa tan <15 phút): Phản ứng hóa học xảy ra ngay sau khi
xi măng tiếp xúc với nước bởi vì các ion hịa tan trong nước sẽ phản ứng với C 3A và
thạch cao. Sự hình thành ettringite sau phản ứng thủy hóa ban đầu sẽ làm giảm mạnh
tốc độ của phản ứng hóa học trong thời điểm cuối của giai đoạn I. Giai đoạn này có ảnh
hưởng rất nhỏ đến sự hình thành cường độ của bê tông. Hỗn hợp sẽ ngay lập tức bước
sang giai đoạn ngủ đông.
 Giai đoạn II (giai đoạn ngủ đông 1-2h): Trong giai đoạn này, nồng độ của các
ion trong dung dịch sẽ giảm từ từ theo dung dịch của pha rắn. Hồ xi măng giữ ngun
trạng thái dẻo. Giai đoạn này khơng hỗ trợ gì trong việc phát triển cường độ của bê tông.
Tuy nhiên, giai đoạn này lại có ý nghĩa quyết định cho tính cơng tác của bê tơng, cho
phép vận chuyển bê tơng đến cơng trình.

 Giai đoạn III (giai đoạn gia tốc - max10h ): Alit (C3S) và belit (C2S) trong xi
măng bắt đầu thủy hóa và tỏa nhiệt. Trong giai đoạn này, sự đông kết của bê tông được
bắt đầu, tốc độ tỏa nhiệt tăng lên rất nhanh kèm theo đó là lượng nhiệt tỏa ra rất lớn.
Silicat sẽ đạt được tốc độ tỏa nhiệt cao ở cuối giai đoạn này. Cường độ của bê tông được
phát triển trong giai đoạn gia tốc này, trong đó q trình đơng kết sẽ kết thúc và sự đóng
rắn sớm sẽ bắt đầu. Do đó, giai đoạn gia tốc đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong q
trình hình thành bê tơng.
 Giai đoạn IV (giai đoạn giảm tốc): Tốc độ phát sinh nhiệt thủy hóa giảm và
chuyển sang q trình kiểm sốt khuếch tán. Trong giai đoạn này, bề dày của các hạt
ngậm nước tăng lên và diện tích bề mặt của các phần không ngậm nước giảm xuống.
Lớp xi măng đã thủy hóa đóng vai trị như một bề mặt khuếch tán và đóng vai trị quan


8
trọng đến tính thấm của nước và các ion tan rã, còn ettringite được chuyển sang pha
monosulfat.
 Giai đoạn V (giai đoạn ổn định): Lớp xi măng đã thủy hóa xung quanh các hạt
xi măng dày lên, làm giảm đáng kể tốc độ phát nhiệt thủy hóa. Trong giai đoạn này, hợp
chất xi măng đã thủy hóa rất khó kết tủa do phần khoảng trống ban đầu được lấp đầy
bởi nước được bao phủ bằng xi măng đã thủy hóa. Sự thủy hóa của xi măng hồn tồn
được điều khiển bởi quá trình khuếch tán.
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng nhiệt thủy hóa và sự phát triển nhiệt thủy hóa
Các yếu tố sau đây ảnh hưởng đến tổng nhiệt thủy hóa và sự phát triển nhiệt thủy
hóa trong bê tơng:
1.1.3.1. Thành phần hóa học của xi măng
Tốc độ và lượng nhiệt được giải phóng ứng với một thành phần hóa học nào đó
của xi măng phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ của bê tông. Tốc độ phát nhiệt thủy hóa đối
với một hợp chất xi măng có thể được tính tốn bằng cách đánh giá từng hợp chất riêng
lẻ và tỉ lệ phần trăm của nó trong xi măng.
Người ta đã chứng minh rằng tỷ lệ tương đối của các hợp chất hóa học hoặc hợp

chất Bogue (như C3S, C2S, C3A và C4AF) và độ mịn của chúng xác định lượng nhiệt mà
chúng tạo ra trong quá trình thủy hóa cũng như tốc độ sinh nhiệt [62]. Ngoài ra, lượng
xi măng được sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và độ lớn nhiệt sinh ra vì số lượng
sản phẩm phản ứng có sẵn để thủy hóa và tạo nhiệt [17]. Hàm lượng xi măng càng cao,
độ tăng nhiệt độ càng cao.
Các loại xi măng có hàm lượng dicalcium silicate (C2S) và/hoặc tetracalcium
aluminoferrite (C4AF) cao thường được coi là xi măng tỏa nhiệt thấp, trong khi xi măng
có hàm lượng tricalcium silicate (C3S) và tricalcium aluminate (C3A) cao thường giải
phóng nhiệt cao. Bảng 1.2 cho thấy nhiệt độ thủy hóa điển hình cho từng pha xi măng
chính [88].


9
Bảng 1.2. Nhiệt thủy hóa của các pha xi măng (McCullough và Rasmussen, 1999)
[88]
Thành phần

Nhiệt thủy hóa J/g

C3 S

500

C2 S

260

C3 A

850

C4AF

420

C (Vôi tự do)

1165

MgO

850

1.1.3.2. Độ mịn của xi măng.
Lượng nhiệt thủy hóa tỏa ra phụ thuộc vào độ mịn của xi măng bởi vì phản ứng
thủy hóa bắt đầu diễn ra từ bề mặt của các hạt xi măng. Độ mịn lớn sẽ tạo ra diện tích
bề mặt lớn làm gia tăng tốc độ phản ứng giữa xi măng và nước. Hình 1.2 trình bày ảnh
hưởng của độ mịn của xi măng đến tốc độ thủy hóa trên cùng một loại xi măng. Rõ ràng
độ mịn lớn gây ra tốc độ thủy hóa cao của xi măng trong một vài ngày đầu.

Hình 1. 2. Ảnh hưởng của độ mịn đến tốc độ thủy hóa của xi măng
(ACI 207.2R-07 [20])
1.1.3.3. Loại và lượng phụ gia khống
Hầu hết các loại bê tơng ngày nay kết hợp SCMs để cải thiện tính chất bê tơng,
như tro bay và xỉ. Nói chung, SCMs làm trì hỗn q trình thủy hóa, giảm đỉnh nhiệt độ
và kéo dài quá trình sinh nhiệt. Tổng nhiệt lượng thủy hóa nhìn chung là lớn nhất trong


10
xi măng nguyên chất và giảm với sự tăng của hàm lượng phụ gia khoáng trong thành

phần hỗn hợp [93].
Sử dụng các phụ gia khống hoạt tính thay thế một phần xi măng có hiệu quả
trong việc kiểm sốt và giảm thiểu độ tăng nhiệt độ do đó làm giảm nhiệt thủy hóa [19].
1.1.3.4. Phụ gia hóa học
Phụ gia hóa học thường được sử dụng trong hỗn hợp bê tông để cải thiện tính
cơng tác và cường độ, giảm hàm lượng nước (và đơi khi hàm lượng phụ gia khống hoạt
tính), trì hỗn hoặc tăng tốc q trình thủy hóa, cuốn khơng khí, cải thiện độ bền hoặc
làm thay đổi các tính chất bê tơng khác có liên quan. Ngày nay, phụ gia tăng tốc, làm
chậm và giảm nước (phạm vi thấp, trung bình và cao) được sử dụng trong hầu hết các
hỗn hợp bê tông. Ảnh hưởng của những phụ gia này về thủy hóa, cường độ, tính thấm,
độ bền, tính cơng tác, và các tính chất khác đã được nghiên cứu [101].
1.1.3.5. Tỉ lệ nước/vật liệu chất kết dính
Khoảng trống ban đầu được lấp đầy bởi nước sẽ được thay thế một phần hoặc
hoàn toàn bởi sản phẩm của q trình thủy hóa. Nếu tỷ lệ w/c q thấp, xi măng khơng
thể thủy hóa hồn tồn do khơng đủ khoảng trống cho các sản phẩm thủy hóa hình thành.
Nói chung, xi măng thủy hóa hồn tồn địi hỏi tỉ lệ w/c tối thiểu là 0,42 [92]. Tốc độ
sinh nhiệt thủy hoá sẽ giảm nếu sử dụng tỉ lệ w/c nhỏ hơn sau một khoảng thời gian nhất
định.
1.1.3.6. Nhiệt độ
Nhiệt độ mơi trường xung quanh có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ thủy hóa và
nhiệt giải phóng ra trong độ tuổi sớm. Hình 1.3 minh họa ảnh hưởng của nhiệt độ đến
nhiệt độ thủy hóa cho các loại xi măng Pooc lăng khác nhau. Trong thời tiết nóng, tốc
độ thủy hóa tăng dẫn đến tốc độ sinh nhiệt nhanh hơn. Ngược lại, trong điều kiện khí
hậu lạnh, tốc độ thủy hóa giảm xuống và nhiệt tỏa ra ít hơn. Do đó, xi măng thủy hóa
nhanh được sử dụng trong điều kiện lạnh để tránh sự trì hỗn đơng kết và tránh việc
chậm đạt cường độ [93].


11

Hình 1.3. Sự phát triển nhiệt thủy hóa sau 72h ở các mức nhiệt độ khác nhau
(Loại I: xi măng Pooc lăng truyền thống, loại II: Xi măng kháng sunphat, loại III: Xi
măng tỏa nhiệt thấp) [94]
1.1.4. Mức độ thủy hóa
Mức độ thủy hóa, α, là một biến thường được sử dụng để định lượng mức độ phản ứng
giữa các vật liệu chất kết dính với nước. α được định nghĩa là tỷ lệ giữa lượng vật liệu
chất kết dính đã thủy hóa, m(t) và lượng ban đầu, mi, (Schutter và Taerwe [52];
Schindler và Folliard [111]). Đối với xi măng nguyên chất, α có thể được biểu thị bằng
tỷ lệ giữa lượng nước bị liên kết trong quá trình thủy hóa xi măng, w(t) và tổng lượng
nước cần thiết để thủy hóa hồn tồn, wtot. Giả sử số lượng sản phẩm đã thủy hóa tỷ lệ
thuận với nhiệt thủy hóa, mức độ thủy hóa cũng có thể được biểu thị bằng tỷ lệ giữa
nhiệt tích lũy, Q(t), được giải phóng đến một thời điểm t xác định và nhiệt theo lý thuyết
có thể được giải phóng bằng cách thủy hóa hồn tồn chất kết dính, Qpot, dự kiến khi
hồn thành phản ứng thủy hóa xi măng [115]:


Q (t )
Qpot

trong đó:
α

: Mức độ thủy hóa

Q(t)

: Nhiệt lượng tích lũy tính đến thời điểm t (J)

Qpot

: Nhiệt lượng tỏa ra khi thủy hóa hồn tồn chất kết dính (J)

(1.7)


12
Mức độ thủy hóa là một hàm của thời gian và tăng từ 0% khi bắt đầu thủy hóa đến 100%
khi q trình thủy hóa hồn thành. Trong thực tế, khơng phải tồn bộ vật liệu chất kết
dính đều thủy hóa và mức độ thủy hóa 100% có thể khơng bao giờ đạt được [111]. Giá
trị cuối cùng của mức độ thủy hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là lượng nước
có sẵn (tỷ lệ nước/chất kết dính) và kích thước của hạt. Đối với xi măng trộn với các
phụ gia khống hoạt tính (tro bay hoặc xỉ), các phản ứng thủy hóa khơng chỉ liên quan
đến xi măng mà cịn liên quan đến khống chất bổ sung.
Đối với xi măng Pooc-lăng, q trình thủy hóa có thể dừng lại nếu khơng có chỗ trống
cho sản phẩm hydrat mới (khơng có độ xốp) hoặc nếu khơng có đủ nước để thủy hóa
các hạt khan cịn lại. Một trong những thơng số chính để định lượng mức độ thủy hóa
cuối cùng có thể đạt được là hàm lượng nước. Một số tác giả đã đề xuất các phương
trình thực nghiệm để xác định mức độ thủy hóa có thể đạt được đối với xi măng Poóclăng (Bảng 1.3). Trong các mơ hình này, w/c là tỷ lệ nước/xi măng và Slag, FA là hàm
lượng xỉ và tro bay trong hỗn hợp chất kết dính.
Bảng 1. 3. Các mơ hình mức độ thủy hóa cuối cùng của xi măng Pooc lăng
Các nhà nghiên cứu

Mức độ thủy hóa cuối cùng αu

w/c
)
0, 42

Powers và Brownyard (1947)[102]

min (1;

Mills (1966)[91]

1,031 w / c
0,194  w / c

Schindler và Folliard (2005) [111]

u 

1.2.

1,031.w / cm
 0,5. pFA  0,3. pSlag
0,194  w / cm

Các đặc tính của bê tơng ở tuổi sớm
Tuổi sớm là vài giờ hoặc vài ngày đầu sau khi trộn bê tông, được đặc trưng bởi

hai q trình chính: đơng kết (mất dần trạng thái dẻo) và đóng rắn (tăng cường độ).
Trong các quá trình này, kết cấu đa pha chất lỏng của bê tông tươi chuyển thành kết cấu
cứng do tiến trình của các phản ứng thủy hóa, dẫn đến sự phát triển của các tính chất cơ
học, giải phóng nhiệt và các biến dạng co ngót [100]. Do đó, sự liên kết giữa các đặc
tính nhiệt và cơ học của bê tông tuổi sớm là quan trọng hơn rất nhiều so với bê tông ở
tuổi dài ngày. Hơn nữa, việc bảo dưỡng hợp lí sau khi đổ bê tơng là vô cùng quan trọng