Ebook bê tông cường độ cao phần 2

Chương 5

BIẾN DẠNG T ự DO VÀ TỪ BIÊN CỦA
BÊTÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO

1. M ở đầu
Chương này giới thiệu các nguyên lý về co ngót và nở, từ biến của BT CĐC, các kết
quả thí nghiệm trên một sô loại BT CĐC và rất cao với hai chế độ bảo dưỡng. Từ các kết
qua nghiên cứu rút ra các cơ cấu lý hóa của sự co ngót và từ biến của BT CĐC. Có thê
chứng minh rằng tồn tại một xu hướng biến dạng chung khi tiến tới những giá trị cường
độ cao nhất: Co ngót nhiệt và co ngót nội tại tăng, co ngót do mất nước giảm, từ biến
dẻo tăng, từ biến khô giảm. Các vật liệu thành phần có ảnh hưởng lớn đến các biến dạng
của BT CĐC.
Các biến dạng tự do có hại (như là nở của etringit hay do phản ứng kiềm - cốt liệu)
không được xét trong phấn này.
2. Co ngót và nỏ của BT CĐC (biến dạng tự do)
Các biến dạng tự do của bêtông (co ngót và nở) là những tính chất quan trọng nhất
đối với người xây dựng. Việc kiểm tra chính xác công trình đòi hỏi tính đến các hiến
dạng này. Hơn nữa, các biến dạng tự do không đồng nhất trong các khối thường dẫn
đến các vết nứt, các rãnh đặc biệt thấm nhập các tác nhân gây hại. D o đó, việc thiết kế
công trình có độ bền cao cán làm chủ được các biến dạng tự do và các ánh hưởng cơ
học cua chúng.
Trước hết cần nhắc lại các cơ cấu chính của co ngót bêtóng. Sau đó rút ra xu hướng
chung của co ngót ở BT CĐC từ thành phần của chúng. Tiếp đó xem xét một số các
BT CĐC và rất cao có thành phần khác nhau được thí nghiệm gần đây ở LCPC. Cuối
cùng rút ra kết luận về việc không có quan hệ trực tiếp giữa co ngót và cường độ bêtông:
giữa bêtông thường và BT CĐC, tồn tại một lựa chọn tự do cho người thiết kế, cùng một
cường độ có thể có nhiều tố họp chất kết dính (ximăng, muội silic, phụ gia...)
2.1. C ơ c h ế lý - hoá của co n g ó t bẻtông thường
Hai chỉ tiêu nội tại kiểm soát các biến dạng tự do của bêtông: nhiệt độ và hàm lưựng
nước tự do.

72


T .1 biết rằng nhiệt độ bêtông có thể biến đổi theo thời gian, hoặc do thủy hóa (các
phàr ứng thường tỏa nhiệt và đóng vai trò là nguồn gây nhiệt nội tại), hoặc do trao đổi
Iihiệ: với phần còn lại của cấu kiện hay môi trường. Sự biến đổi nhiệt độ này dẫn đến các
biến dạng tự do ti lệ với chúng theo một hệ số quen thuộc (hệ số giãn nở nhiệt, giảm dần
khi tíng phản ứng thủy hóa).
Cíng như vậy, hàm lượng nước tự do có thể thay đổi bên trong do Ihủy hoá mất một
plưìi nước, hay bên ngoài do biến đổi độ ẩm, Cũng như vậy, một hằng số vật lý (hệ số
sián nước) cho phép tính toán biến dạng tự do liên quan. Ở ti' lệ cấu trúc vi

IĨ1Ô,

lý

thuyỉt m ao dẫn cho phép hiểu được làm thế nào sự lấp đầy một phần của nước trong môi
trườrg rỗng với độ phân bố rộng có thê dãn tới một trạng thái nội ứng suất. Từ ái lực của
nước với bể inặt rắn (hấp phụ), các lỗ rỗng nhỏ nhất được lấp đầy trước tiên. Do đó, với
một lượng nước cho trước, tổn tại một kích thước lỗ rỗng giới hạn, mà vượt qua đó các
khcnng rỗng không bão hòa. Bên trong mỗi khoang, bề mặt phân chia pha lỏng và khí
chịu kéo tức thời và ứng suất càng lớn khi độ cong càng lớn, tương ứng với lỗ rỗng nhỏ.
C ũ n ' như vậy, khi lượng nước tự do giảm, kích thước lỗ rỗng, liên quan tới sức căng
m ao quản, cũng giảm, và kết quả vĩ mô của hiện tượng (co cấu trúc rắn dưới ảnh hưởng
của nột loại "tiền ứng suất ẩm") tăng, ứng xử của hệ thay dổi phu thuộc không chỉ vào
sự piân bô kích thước lỗ rỗng mà còn vào khả năng biến dạng tổng thể, liên quan tới độ
rỗ ne tổng công.
Eo sự thiếu hụt thế tích cua phản ứng thủy hóa, vữa xiinăng trở thành một cấu trúc ba
pha rắn - lòng - khí) trong suốt quá trình thủy hóa.

C5 thê tạm chia co ngót thành 3 giai đoạn sau: Trước khi ninh kết- co ngót dẻo; trong
khi linh kết và rắn chắc - các hiện tượng nhiệt và co ngót nội tại; ở tuổi muộn - co ngót
d o nất nước.
22. C ác nhản tố ảnh hư ỏng đến co n gót của bêtông
: . 2 J . T ỷ i ệ N/ X
Mur dã được đề cập đến, co ngót của hồ xim ăng đã thuỷ hoá tăng nếu tỉ số N/X tăng
b ả i 'ì ở tuổi m uộn có thể xác định được lượng nước bay hơi trong hồ xim ăng và tốc độ
m à Iirớc có thể dịch chuyển ra bề mặt của mẫu thử. Brooks cho rằng co ngót của vữa
x im m g đã thuỷ hoá tỷ lệ với tỷ số N/X khi tỷ số này nằm trong khoảng 0,2 -r 0,6. Khi tỷ
lệ N X tăng hơn nữa một phần nước mất đi khi khô không gây ra co ngót.
22.2. C ốt liệu
Miân tố ảnh hưởng lớn nhất là cốt liệu, chúng cản trở co ngót xảy ra. Tỷ lệ co ngót
cỉua bêtòng (Sc)/co ngót của hồ ximăng (Sp) phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu trong
bêtõig (a) và bằng:

sc = sp(l-a)n
73


Giá trị kinh nghiệm của n là 1,2 - 1,7, và có thể thay đổi một chút khi ứng suãt trong
hồ xim ãng bị giảm bởi (ừ biến.
Căn cứ đánh giá co ngót của bẻtông theo co ngót của vữa ximăng có cùng tỷ số N/X
khi xem xét đến hàm lượng CỐI liệu và môđun đàn hồi của cốt liệu đã được Hansen và
Almudaiheem nghiên cứu.
Theo bản chất thì kích thước và hàm lượng (cấp phối) cốt liệu không ảnh hưởng đến
mức độ co ntĩót, nhưng cốt liệu tăng làm cho hỗn hợp "rắn" hơn vì thế tích co ngót
giám. Nếu thay đổi kích thước hạt lớn nhất từ 6,3 thành 152mm (1/4 in thành 6 in) thì
hàm lượng cốt liệu có thê chiếm từ 60 đến 80% thê tích bêtông, co ngót có thế giám
xuống 3 lần.
Tương tự như vậy, với cường độ bằng nhau, bêtỏng có tính công tác thấp chứa nhiều

cốt liệu hơn hỗn hợp có tính công tác cao có cùng kích thước hạt và do đó tạo ra co ngót
ít hơn. Ví dụ, việc tăng hàm lượng cốt liệu từ 71 lên 74% (với cùng tỷ lệ N/X) sẽ làm
giám co ngót xuống 2 0 %.
Ánh hưởng đồng thời của tỷ lệ N/X và hàm lượng cốt liệu (Báng 5.1) có thể kết hợp
iại trcn một đồ thị; tuy nhiên giá trị co ngót đưa ra chí là điến hình đối với giá trị co ngói
trong điều kiện khí hậu ôn đới. Trong điều kiện thực tế, ứng với một tỷ sỏ' N/X không
đổi, co ngót lãng nếu hàm lượng của ximăng tăng bởi vì thể tích của vữa ximăng thuỷ
lìơá lớn mà nó lại là nguyên nhàn gây ra co ngót. Tuy nhiên, ứng với mội dộ dèo nhài
định, có nehĩa lượng nước xấp xỉ là hằng số, co ngót khỏna bị ảnh hưởiiq bởi sự tăng
hay thậm chí là giám hàm lượng ximăng, bởi vì tỷ số N/X giảm và bêtônc; có thể chống
lại co ngót tốt hơn.
Hàm lượng nước ảnh hưởng đến co ngót do làm giảm thể tích của CỐI liệu mà những
cốt liệu này có thế cản trở co ngót. Do vậy, nói chung, hàm lượng nước của hỗn hợp có
thể điểu chinh co ngót theo mong m uốn, nhưng hàm lượng nước khône phải là nhân tô
chú yếu. Do vạy, hỗn hợp có cùng hàm lượng nước nhưng thành phần khác thay đổi lớn
có thể dẫn đến những giá trị co ngót khác nhau.
Tiiilì đàn hổi ciìư cốt liệu: quyết định mức độ cản trở co ngót; ví dụ, cốt liệu thép làm
cho co ngót giảm 1/3, và cốt liệu bằng đá phong hoá làm co ngót tăng 1/3, so với khi
dùng cốt liệu thông thường. Ánh hưởng này của cốt liệu được khẩng định bời Reichard
Iiaười đã tìm ra mối liên hệ giữa co ngót và môđun đàn hồi của bêtông, m à m òđun đàn
hồi lại phụ thuộc vào khả năng chịu nén của cốt liệu sử dụng. Sự có mặt các hạt sét trong
cốt liệu làm giám mức độ ảnh hưởng của vật liệu đối với co ngói vì các hạt sét cũng là
imuyên nhân sây ra co ngót, lớp sét phủ bên ngoài vật liệu có thế làm tănc co ngót lên
70%. Như vậy yêu cầu vể độ sạch của cốt liệu cần được thực hiện chặt chẽ.
Nqitổìi ạỏ\ cốt liệu: thậm chí khi sử dụng cốt liệu thông thường, co imót vẫn có thc
thay đổi rất lớn tronc bêtôns. Cốt liệu tự nhiên thương s ử d u n s khônc phái thườn" xuyên
74


ánh hướng lới co ngót, nhưng cíine có những loại đá mà khi sấy khô co ngót có thê lên

tới 9 0 0 x 1 0 ’6; bàníỉ vói giá trị co ngót của bêtônẹ sử dựng cốt liệu không co ngót. Cốt
liệu có thế co ngót khi sấy khô. Chúng chủ yếu là đá đôlỏmit, đá bazan và một vài loại
đá trầm tích như "đá xốp xám", "đá bùn". Mặt khác đá granit, đá vôi và đá quắczit là
loai đá không co ngót.
Bêtôns sứ dụI1C cốt liệu co ngót sẽ có co ngót cao, có thể dẫn đến sự cố khi sử dạng
cônc trình do sự biến dạng quá lớn, làm oằn, quăn, xoắn (mất ổn định); Nếu co ngót lớn
sẽ eâv ra nứt, độ bền của kết cấu sẽ giám. Vì các lý do này mà việc xác định co ngót bất
kế khiu cạnh nào của cốt liệu là rất cần thiết; phưotig pháp kiếm tra được trình bày trong
BS 812: Phần 120: 19X3 trong đó co ngót của bêtông với tỷ lệ thành phần cố định và
chứa một loạt cốt liệu dã biết được xác định khi sấy khô ở 105°c. Đá có thể co ngót
thường có kha năng hút nước cao và điều này là một dấu hiệu để nghiên cứu ảnh hưởng
của cốt liệu đến co ngót. Ớ Việt Nam có nhiều đá vôi đá granít không co ngót.
Tínlì chất của AÌmănq cũng ảnh hưởng đến co ngót của bêtông nhưng không lớn,
Svvav/.e dã chúng tỏ ráng hồ ximăng có mức độ co ngót cao không có nqhĩa là co ngót
của bẽtông sử dụng loại ximãng đó sẽ cao. Đ ộ mịn của ximãng là một nhân tố ảnh
hưưna khi mà kích thước hạt lớn hơn 75f.im (sàng N°200), khi dó mức độ thuỷ hóa tương
dối ihâp, và nó cũng sẽ cản trớ co ngót như là cốt liệu.
Hiện nay coi thành phần hoá học của ximăng là ít ánh hường đên co ngót, neoai

trừ

ximíum không đủ hàm lượne thạch cao sõ có co ngót lớn hơn, bởi vì những phần tứ hình
thành và rắn chác ban đầu sẽ ảnh hưởng quyết định đến cấu trúc của vữa ximăng thuý
hoá íiiai đoạn sau và do vậy cũng ánh hưởng đến tỷ số gel/lỗ rỗng, cường độ và lừ biến.
Hàm lượng thạch cao tối ưu theo quan điểm làm giảm tốc độ ihuý hoá của ximăng có ít
hon một chút so với hàm lượng thạch cao gây ra co ngót nhỏ nhất. Đối với một loại
ximãnu đã cho, hàm lượng thạch cao thoả mãn co ngót nằm trong phạm vi nhỏ hơn
phạm vi sử dụng hàm lượng thạch cao thoả mãn chí tiêu thời gian ninh kết.
Co ìmót của bêtông sử chum xiinãna có hàm lượnq nhôm cao bằng co nsót khi sử
dụnsỉ ximănsí pooclănu nhưng co ngót xãy ra nhanh hơn rất nhiều.

Nếu trộn thêm cá tro bay và xi lò cao thì co ngót sẽ tăng. Đặc biệt ứng với tý số N/X
khóns dổi, lý lệ tro bay hav xi lò cao đã nhào trộn trong ximăng tăng thì co imót sẽ tãne
2(Kr với cìum một loại vât liệu, và lên đến 60% nếu sử dụng hàm lượng xỉ rất cao. Muội
silic làm tãrm co ncót ở "iai đoan muộn.
Phụ íiia giâm nirớc có thế làm tăng co ngót ITÌỘÍ chút. Tác động chủ yếu của nó lại
theo cách cián tiếp, việc sử dụim phụ gia có thế làm thay đổi hàm lượng nước hay hàm
hrựim x im ãn s trong hỗn hợp hav ca hai đổng thời, và nhỉhìíĩ sự thay đổi này có thê làm
thay dổi co rmót. Cấc chất phụ £Ìa siêu dẻo làm tăn 5 từ 10 - 20 c/c co lìiíót. Tuy nhiên, sự
thay đổi của co ngót đo được ià rất nhỏ đê coi là đấng tin cậy và đúnụ đắn.
75


Theo những quan điểm trên đây, có thể cho rằng co ngót của BT CĐC - loại sử dụng
phụ gia siêu dẻo - là kết quả của việc sử dụng các nhân tố phù hợp và đối nghịch làm
tăng hay giảm co ngót như: tỷ số N/X rất thấp và đồng thời sự tự mất nước rất nhanh,
làm giảm co ngót, và hàm lượng xim ăng cao làm tăng co ngót. Do vậy quan điểm bình
thường để đánh giá co ngót cũng dùng để đánh giá co ngót của BT CĐC. Tuy nhiên, cấu
trúc bêtông càng cứng càng làm giảm mức độ co ngót.
Tiếp xúc với không khí không làm thay đổi co ngót. Thêm canxi clorua làm tăng co
ngót, thường từ 10 - 50%, có thể là do việc tạo ra những hạt gel nhỏ hơn và do hiện
tượng cacbonat hoá của m ẫu thử tăng ở tuổi m uộn khi sử dụng canxi clorua.
Bảng 5.1. T ổn g hợp các yếu tô tác động đến co ngót
Loại co ngót

Yếu tố tác động tăng co ngót

Co ngót dẻo
(co ngót có liên quan đến
mất nước bên ngoài)

Lượng ximãng tăng
Mất nước
Tốc độ bão hoà cao
Mất nước trong lỗ mao quản

Co ngót nội sinh
(tự thay đổi cấu trúc)

Trị số nhỏ hơn co ngót của hổ xịmãng
Tãng nhiêt độ
Tăng hàm lượng ximăng
Không bị ảnh hưởng của N/X

Trị số co ngót
1700

X

10' 6

7300

X

I0' 6

40

10~6 (1 tháng)

X

100

X

10'6 (1 năm)

rất thấp so với co
ngót dẻo (ướt)

Mất nước tự do và nước hấp thụ
ít đá và có cường độ thấp hơn cường độ ximăng
Đá có đường kính lớn
Hàm lượng đá nhỏ hơn 6 6 %
Co ngót khô

Tính đàn hồi cốt liệu đá không là đá vôi và đá
10,000
granít, quăczít
Tính chất và loại ximãng
Phụ gia siêu dẻo ảnh hưởng ít đến co ngót
Phụ gia mịn tăng co ngót (tro bay, xỉ lò cao).
Muội silic chỉ tăng co ngót ở giai đoạn sau.

N hư vậy có thể coi hàm số co ngót bị phụ thuộc vào 12 yếu tố
yco~ f(x ]> x2> x 3> x4’ *5’ x6’ x 7’ x 8’ x9’ x 10’ X11> ^ 12)
trong đó:
X ị-

tỷ lệ N/X;

x^>- hàm lượng ximăng;

76

X

10' 6


X-.- c h ấ t

lượng

c ố t liệ u (đ ộ sạch );

x^- đường kính lớn nhất cốt liệu;
Xc,-

nguồn gốc cốt liệu;

x6- hàm lượng cốt liệu lớn (đá);
X -- t ố c đ ộ b a y h ơ i n ư ớ c tr o n c b ê t ô n g ( t ố c đ ô g ió , n h iệ t đ ộ m ô i tr ư ờ n g );

x8- nhiệt độ hêtôns;
X ọ- c h ế đ ộ h á o d ư ỡ n g b ê t ỏ n s ;
X : 0- c ư ờ n g đ ộ x i m ă i m ;

Xị |- phụ gia (loại và hàm lượng);

X Ị c h ấ t bột m ịn .

Trong 12 yếu tố có 8 yêu tố được điều chỉnh ihông qua thiết k ế thành phần bêtông và
2 yếu tố được điểu chỉnh trons công nghệ thi công (x7, x8).

2.3. T rường hợp B T C Đ C
Nếu la gọi BT CĐC là bêtỏng có cường độ đặc trưng lớn hơn 60 MPa. Xét tới các yêu
cầu vể độ chặt, độ công tác và tính kinh tế, đưa đến hoặc sử dụng một lượng ximăng lớn
(lớn hơn 400 kg/m 3), hoặc cần một chât kết dính phụ, phổ biến nhất là muội silic; tuy
nhiên một công trình háng bctông cường độ hơn 80 MPa đã được thực hiện gần đây
không dùng muội silic mà nhờ tro bav chất lượng cao. Trong tất cả các trường hợp, việc
sử dựng phụ gia siêu dẻo là cần thiết, với liểu lượng phÌ! hợp nếu ta m uốn khống chế
được độ dẻo của vật liệu (bảo dưỡng trong thời gian thônsí thường).
2.3.1. T n tớ c khi ỉiiỉih kết: {co Iiqót (lẻo)
Sau khi thi công, bêtông tươi có thê mất một phán nước do bay hơi. Khi không có
muội silic, các dịch chuyên cứa nước trong bêtỏng tươi khó hơn, và co ngót "nội tại"
tâng - tương ứng với co ngót cục bộ ngoài nứt của bêtông khi cân bằng với môi trường,
sự phân bố tốt hơn của các lỗ rỗng. Khi đó, vật liệu chịu co ngót dẻo; nứt lớn có thể hình
thành sau khi đố, cần phòng ngừa bằng bảo dưỡng cẩn ihận.
2.3.2. T ronq khi ninh kết và rắn chắc (các hiện tKợng nhiệt vù co ngót nội tại)
Tổng lượng nhiệt toả ra khi ninh kết tàng theo hàm lượng ximăng. Tuy nhiên, vì cần
tương hợp với phụ gia, người ta thườne lựa chọn ximăng có hàm lượng alưminát thấp,
nhìn chung toả nhiệt ít. Như vậy, BT CĐC không có muội silic, về phương diện toả
nhiệt, thuộc loại trong các bêtôim công trình. Trong khi đó, muội silic đóng vai trò thúc
đẩy sự thúy hóa ximãng. Ngược lại, sự kết họp của chúng với vôi trong ximăng (phán
ứng puzo'lan) chỉ đi kèm với một sư toá nhiệt nhỏ, như đối với tro bay. Còn với xí lò cao,
sự phân bố nhiệt phu thuộc trực tiếp vào độ hoạt tính của chúng, theo cách mà các hạt
tốt nhất, dùng thay thếxim ăniỉ, khòm; làm siám quá trình toá nhiệt tổng thể.
77

Xét về phương diện nước, ta biết rằng tất cả các phản ứng thủy hóa của ximăng đều
dẫn tới giảm thể tích (co Le Chatelier) dù vật liệu chuyển từ trạng thái hai pha sang
trạng thái ba pha, không gian rỗng giữa các hyđrát không bão hoà. Khi đó, độ co nội tại,
liên quan tới quá trình tự mất nước thường ỉớn hơn trong trường hợp BT CĐC. Kết quả
là, sự thủy hóa hoàn toàn xim ăng đòi hỏi một lượng nước bằng, (theo một số tác già) 25
đến 35% khối lượng của nó. Tỉ lệ N/X của BT CĐC thường nhỏ hơn 0,40, lượng nước
thừa sau thủy hóa là rất nhỏ. Với BT CĐC, độ ám bên trong giảm tức thời xuống dưới
100 %, và phản ứng thủy hóa dừng lại hoàn toàn trước 28 ngày, trừ khi nếu nó được cấp
thêm nước từ bên ngoài (trường hợp mẫu bảo quản trong bể nước). Với cùng một tỉ lệ
N/X, muội silic làm tãng độ co nội tại, bằng cách làm cấu trúc vi m ô "tinh tế hơn".
2.3.3. Ở tuổi muộn (co nqót ílo m ất nước■)
Bắt đầu từ ván khuôn, khi độ ẩm môi trường nhỏ hơn trong lỗ rỗng của bêtông, nước
dí chuyển từ trong ra phía ngoài cấu kiện, dẫn đến co ngót tổng thể, trung bình của co
ngót cục bộ với các phần không nứt. Khi đo nước tiêu thụ bởi quá trình tự mất nước
không bao gồm lượng nước trao đổi với bên ngoài, co do mất nước càng nhỏ khi co nội
tại càng lớn. Khi cường độ bêtông tăng (trường hợp BT CĐRC), độ biến dạng giảm
(môđun đàn hồi và từ biến), dẫn tới độ co cuối cùng nhỏ.
Trong trường hợp bêtông đặt trong môi trường có độ ẩm lớn (100% HR), xảy ra hiện
tượng ngược lại: nước thâm nhập vào bêtông và vật liệu bị nở (gần đây đã đo trên một
lo ạiB T C Đ C ).
2.3.4. M ột vài \’í dụ
Báng dưới đây giới thiệu các biến dạng tự do của các BT CĐC và rất cao khác nhau,
đo trên mẫu trụ 160x1000 m m , chiều dài cơ sở là 500 min. Với mỗi loại bêtông, các
mẫu có hai dạng bảo dưỡng. Bảo dưỡng bằng alumin (không trao đổi độ ẩm với môi
trường bên ngoài) cho phép đo được co nội tại từ khi tháo khuôn, xuất hiện sau 24 h, irừ
các loại bêtông 2 và 8 có phụ gia ninh kết chậm đòi hỏi tháo khuôn m uộn hơn (tương
ứng là 3 và 27 ngày). Các m ẫu khác được bảo quản ở nhiệt độ 20 ± l ° c , với độ ẩm
tương đối 50 ± 10%.
Bêtông loại 1 là bêtông công trường với thành phần truyền thống, để xây dựng một

công trình ứng suất trước (thành trong của nhà m áy nguyên tử). Đ ưa vào nhằm m ục đích
cho một loại bêtông tốt đê so sánh.
Loại bêtông số 2 là bêtông của cầu Joigny. Bêtông không muội silic, có cường độ
ngày 28 lớn, dù tỉ lệ N/X tương đối cao. Độ co nội tại của loại bêtông này lớn hơn loại
so sánh - tính đến việc tháo khuôn m uộn - và độ co do mất nước của nó rất nhỏ. Ngược
lại, nó đặc biệt toả nhiều nhiệt, do hàm iượng xim ăng lớn.
Loại bêtông 3, 4, 5 là các bêtông có hàm lượng muội silic lớn, chê tạo với cùng thành
phần nhưng lượng nước khác nhau (ti lệ N/X tăng). Sự biến đổi mức độ co ngót ngược
với sự thay đối của co nội tại và co do mất nước.
78


Loại bêtông 6 là BT CĐRC với thành phần tối ưu, đặc biệt ít nước. Độ co nội tại lớn
liơn bêtông không dỉmíi muội silic, tuy nhiên nhỏ hơn loại bêtông sô 3, và độ co ngót
lổng cộng thuộc loại nhỏ nhất với tất cả các thành phần, điều này chứng tỏ khi đạt đến
cường độ này với một lượng vữa kết dính nhỏ, độ cứng của vật liệu hạn chế khá lớn các
hiến dạng tự do.
Bêtông số 7 có thành phần dặc biệt đê xây dựng các kết cấu khối lớn (chiều dầy lón
hơn 1 m), thường bị nứt do nhiệt. Nhờ sự toả nhiệt nhó và gần như không co nội tại, hiện
urợng nứt bị triệt tiêu (12, 13). Ta thấy rằng độ co nội tại không phải là một "khuyết tật
buộc phải có" của BT CĐC dùns; muội silic. Nó chí lớn khi ta giảm tỉ lệ N/X.
Cuối cíing, loại bétỏng 8 là một "tò m ò” của phòng nghiên cứu. Từ ý tường "bêtông
La iVIã" (không ximãrm), nó được chế tạo để nghiên cứu các biến dạng khác nhau do các
liyđrát tạo thành duv nhất bởi phán ứng puzơlan. Độ co nội tại àm (nghĩa là khi thay đổi
độ ẩm, I1Ó nở tức thời). Từ đó kết luận co nội tại của BT CĐRC liên quan mật thiết đến tỉ
lệ N/X nhỏ, mà không licn quan tới độ co thể tích neuồn gốc hoá học lớn hơn của vữa.
Bảng 5.2. Co ngót của một sỏ loại BT CĐC và rất cao đo bởi LCPC

BT

1

0

3

4

5

6

7

8

B T thường

BT C Đ C

RT C Đ R C

BT CĐC

B I CĐC

BT CĐRC

BT CĐC

B T thường

(1 2 ,1 3 )

(1 4 )

(1 0 )

(10)

(1 4)

(16)

(1 2 ,1 3 )

CPA

CPJ

Vôì

55

55

C a (O H )2

CPJ

CPA

CPA

CPA

CPA

55

CĐC

CĐC

CĐC

cđc

350

450

456

453

453

421

266

KI

Bụi vôi

-

-

-

-

'

-

66

99

M u ộ i silic

-

-

36

36

36

42

40

81

-

4,5

7 ,0

6 ,6

3 ,6

7 ,9

3 ,6

5 ,8

-

0 ,9

0,5

0,5

0,5

-

-

-

N ước

195

168

151

Ị 15

188

112

ỉ 66

181

N /X

0 ,5 6

0 .3 7

0 ,3 3

0 ,3 9

0 .4 2

0 ,2 7

0 ,6 2

2 ,2 3

Đ ộ sụt

7 cm

>20

> 18

> 18

> 18

> 20

18

6 cm

40

78

94

83

74

101

67

19

26° c

36°c

90

90

290

200

140

150

30

-4 0

290

90

120

190

260

110

3 ỈU

+82

XM

Phụ gia
dẻo*
P G rán
ch ậm **

Tãivj, nhiệt
C o nội tại
ỡ 9 0 ngày

1
:

20° c

C o * * * do
m ấ t nước ớ
(X) ngàv
* H à m lượn à p h ụ g i a ở t r ạ n í i th á i k h ỏ
* * đ ộ tă n g n h i ệ t t r o n g c a l o k ê

*** co ngót bằne b iê n dạna c ủ a

m ẫu

khi mất nước, eínm vói mẫu

bảo

quản bằng alumin.
79

Như vậy, biến dạng tự do của BT C Đ R C được ghi nhận bởi các hiện tượng "khối" (co
nhiệt, co nội tại), thay đổi nhanh, đối với các hiện tượng bề mặt (co đo giảm độ ẩm). Dĩ
nhiên dần tới hiện tượng nứt bể mặt ít hơn và do đó bền hơn. Với BT CĐC, bảng đối lập
hơn: các biến dạng nhiệt ban đầu liên quan tới sự toả nhiệt; trong khi tổng biến dạng ẩm
dường như được kiểm soát bởi độ cứng của vật liệu, phần co nội tại càng lớn khi tỉ lệ
N/X càng nhỏ. Tùy theo mục đích, người thiết kế lựa chọn một biện pháp thi công nào
đó để kiểm soát được co ngót và dẫn tới thiết kế m ột loại vật liệu.
3. Từ biến của BT CĐC và rất cao
(tham khảo thí nghiệm của p. Acker, F. De Larrard)
3.1. M ở đầu
Phần này giới thiệu các lý thuyết, nguyên nhân, kết quả nghiên cứu về từ biến nhận
được trên BT CĐC ở Pháp: của cầu Joigny (M 60 không dùng m uội silic), cầu Pertuisel
(M65 dùng muội), trên một loại BT CĐC đặc biệt c h ế tạo nhằm hạn chế các vết nứl
trong một lò phản ứng hạt nhân và một loại BT C Đ R C (M 90) ứng dụng cho một công
trình xây dựng. Các kết quả được phân tích dựa trên những hiểu biết hiện thời về cơ chế
của hiện tượng từ biến. Các kết quả quan trọng nhất là chỉ số động học và độ hóa già
khác nhau rõ rệt giữa các loại bêtông thông thường và với BT C Đ C dùng m uội silic,
không có từ biến do mất nước và do đó không có hiệu ứng tỉ lệ.
3.2. C ơ c h ế của từ biến
Nếu đặt tải trọng không đổi theo thời gian lên một m ẫu bêtông thường (thí nghiệm từ
biến), thì nhận được biến dạng gấp đôi sau vài tuần, gấp ba sau vài tháng và có thể gấp
năm sau vài năm trong những điều kiện cực đại. Có thể nhận thấy một hiện tượng tương
tự khi đặt tải trọng kéo, hoặc uốn. Từ biến của bêtông phụ thuộc vào nhiều thông số: bản
chất của bêtông, tuổi đặt tải và nhất là các điều kiện môi trường.
Trong trường hợp bỏ tải, quan sát thấy sự giảm tức thời của biến dạng (giá trị tuyệt
đối rất gần với biến dạng của một mẫu tham khảo chịu tải ở tuổi này), gọi là biến dạng
phục hồi. Tuy nhiên biến dạng này nhỏ hơn nhiều từ biến tương ứng, xét vể giá trị tuyệt
đối, và ổn định sau vài tuần.

3.3. Các yếu tô ảnh hưởng đến từ biến
Tải trọng: với các tải trọng thay đổi, có thể xét rằng từ biến tỉ lệ với tải trọng đặt vào,
tuy nhiên từ 50% tải trọng phá hủy, nó tăng nhanh hơn ứng suất (quan hệ phi tuyến).
Bản chất bêtông: Từ biến biến đổi giống biến dạng tức thời, trừ các loại bêtông đặc
biệt có các đặc trưng riêng với chỉ số động học về quá trình mất nước khác biệt: đó là
trường hợp bêtông nhẹ có cốt liệu rỗng, chứa nước, từ biến nhỏ hơn bêtông thường có
cùng cường độ;
80


Các điều kiện môi trường: khi khóne có sự trao đổi nước với bên ngoài, từ biến, khi
đó gọi là từ biến riêns, cần tí lệ với lượng nước có thè bay hơi, và một loại bêíông sấy
khô ở 105°c thường không có hiẹn tượng từ biến, nhưng trên thực tế, bêtông bị mất
nước ít nhiều tùy theo khí hậu và sự thay đối nàv dẫn đến từ biến lớn, hơn hai đến ba lần
từ biến riêng (hình 5.1), có thế giải thích hiện tương từ biến do mất nước này bằng ảnh
hướng của cấu trúc licn quan đến co ngót do mất nước: trong m ột mẫu không chịu tải,
quá trình mất nước dẫn đến các biến dang tự do trẽn bề mặt nhanh hơn và lớn hơn so với
ở tâm, điều này dẫn đến bề mặt chịu kéo và có vết nứt; trong một m ẫu chịu tải nén, làm
giảm nứt và sự mất nước thể hiện bời các biến dạng lớn hơn; hiệu ứng này không hoàn
toàn được định lượng nhưng chắc chắn giái thích một phần quan trọng hiện tượng từ
biến do mất nước; ngoài ra nó cho phép giải thích rõ ràng hiệu ứng tí lệ vì trong các cấu
kiện dẩy, sự mất nước bị giới hạn

ờ

bề mặt và do đó gần với từ biến ricng, chịu kéo và

nứt bé mặt.
Biến dạng

nm-'m
Mau dưới tác dụng của tải trọng không đổi

Khộng tái

\\
rg-

- ^

____________

Dờ tải
D

•< g

JZ
p

Đoạn phục hói đàn hói
Đoạn phục hổi từ biến

6

8

10

12

14

jg.a
~0 Uì
c ễ
cõ^í
16

Tuổi (tháng)

H ình 5.7. Biến (hiỉtỊi dừỉi hồi
Ví) Ị ừ b iế n c ih ỉ hêlônị*

Thời gian

Hình 5.2. Biến dạni> từ biến l úa bêumạ
ĩh ư ờ tiiỊ t r o n g c ú c đ i ê u k iệ n (íộ ầ m k h ú c iìh íiìi
Ị

- m ẫ u ỉììtít n ư ớ c t ự n h iê n

l ì - m a u c ó h ê m ặ t d ư ợ c b ô i ỉi ì ộ t ÌỚỊ 1 ỉìh ự a
c á c h HƯỚC ỉ i y a v
III

sau

k h i thá o khuôn

- n u h i đ ư ợ c scív k h ô ở 4 0 ° c ĩ r o n ạ 3 5 n ạ ủ y ,
satt (ĩó h ò i m ộ i ịiĩọ n h ự a c á c h nước.

3 .4 . tìả n chất của tù biến
Từ biến và phục hổi từ biến là hiện tượng liên quan, nhưng bản chất của chúng thì
khổng rõ ràng. Sự thực là từ biến chí phục hổi một phấn do đó phần này có thể gồm có

81


một phần chuyển động đàn hổi-dẻo có thể phục hồi (gồm có pha nhớt thuần tuý và pha
dẻo thuần tuý) và có thể là do biến dạng dẻo không phục hồi.
Biến dạng đàn hồi thường được phục hồi khi dỡ tải. Biến dạng dẻo không phục hồi
được, có thể phụ thuộc vào thời gian, và không có tỷ lệ giữa biến dạng dẻo và ứng suất
tác dụng, hay giữa ứng suất và tốc độ biến dạng. Biến dạng nhớt không bao giờ phục hổi
khi d ỡ tải, nó luôn luôn phụ thuộc vào thời gian và có tỷ lệ giữa tốc độ biến dạng nhớt và
ứng suất tác dụng, và giữa ứng suất và biến dạng tại một thời điểm cụ thể. Những loại
biến dạng khác nhau này có thể được tổng kết như trong bảng 5.3.
Bảng 5.3. C ác loại biến dạng
Loại biến dạng
Có thể phục hổi
Không thể phục hổi

Tức thời

Phụ thuộc vào thời gian

Đàn hồi
-

Đàn hồi-muộn

Dẻo

Nhớt

Một cách xử lý hợp lý phần phục hồi từ biến quan sát được bằng cách sử dụng
nguyên tắc tổng hợp biến dạng, được phát triển bởi Mc Henry. Những trạng thái này có
biến dạng được tạo ra trong bêtông tại thời điểm t bất kỳ bởi sự tăng lên của ứng suất tại
thời điểm bất kỳ t0 và độc lập với những tác động của bất kỳ ứng suất tác dụng sớm hơn
hay m uộn hơn t0. Sự tăng lên của ứng suất được hiểu là tăng lên của ứng suất nén hoặc
ứng suất kéo, cũng có thể là sự giảm nhẹ của tải trọng. Sau đó nếu ứng suất nén trên mẫu
thử được loại bỏ tại thời điểm tị, sự phục hồi từ biến sẽ giống như từ biến của mẫu thử
tương tự chịu cùng tải trọng ứng suất nén tại thời diểm

tị.

Phục hồi từ biến là sự khác

nhau của biến dạng thực tại thời điểm bất kỳ và biến dạng dự kiến nếu mẫu thử tiếp tục
chịu ứng suất ban đầu.
So sánh của biến dạng thực và biến dạng tính toán (giá trị tính toán thực tế là sự khác
nhau giữa hai đường cong thực nghiệm ) đối với "bêtông bị bịt kín", chỉ có từ biến gốc.
Dường như, trong mọi trường hợp, biến dạng thực sau khi dỡ tải cao hon biến dạng dư
được dự đoán theo nguyên tắc tổng hợp từ biến. Do đó từ biến thực nhỏ hơn giá trị tính
toán. Sai sót tương tự cũng được tìm thấy khi nguyên tắc này áp dụng cho mẫu thử chịu
ứng suất thay đổi. Dường như nguyên tắc này không hoàn toàn thoả m ãn hiện tượng từ
biến và phục hồi từ biến.
Tuy nhiên nguyên tắc tống hợp biến dạng có vẻ thuận tiện. Nó chứng tỏ rằng từ biến
là hiện tượng đàn hồi chậm mà sự phục hồi hoàn toàn nói chung bị ngăn cản bởi quá

trình hyđrat hoá của ximărig. Bởi vì đặc tính của bêtông ở tuổi m uộn thay đổi rất ít theo
thời gian, từ biến của bêtông do tải trọng lâu dài tác đụng lên ở thời điểm sau khoảng vài
năm có thê phục hồi hoàn toàn, điều này vẫn chưa được thực nghiệm khẳng định. Cần
nhớ rằng nguyên tắc tổng hợp này gây ra sai sót nhỏ có thể bỏ qua trong điều kiện bảo
82


dưỡng dạng khối, nơi mà chỉ có từ biến gốc. Khi từ biến khô xảy ra, sai sót lớn hon và
phục hồi từ biến bị đánh giá sai đáng kể.
Vân đề vể bản châì của từ biến vẫn còn dang được tranh luận và không thể bàn thêm
ớ đày. VỊ trí từ biến xáy ra là vữa ximăng đã thuý hoá, từ biến gắn liền với sự dịch
chuyên bên trong do dính bám hay kết tinh của nước, ví du quá trình thấm hay rò rỉ
nước. Các thí nghiệm của Glucklich đã chứng tỏ răng bêtỏng không có sự bay hơi của
nước thì thực tế là không có lừ biên. Tuy nhiên, sự thay đối mức độ từ biến tại nhiệt độ
cho thấy trong hoàn cảnh đó, nước ngừng ảnh hưởng và bán thân chất gel gây ra biến
dạng từ biến.
Bới vì từ biến có thế xãy ra trong khôi bêtông, và sự rò rỉ nước ra bên ngoài đóng vai
trò không quan trọng đến quá trình từ biến gốc, mặc dù những quá trình như vậy có thể
cũng diễn ra trong từ biến khô. Tuy nhiên, sự rò ri nước bên trong từ các lớp chứa nước
san" lỗ rỗng như là lỗ rỗng mao dẫn là có thế xay ra. Một chứng cứ gián tiếp thê hiện
vai trù của lỗ rỗng như vậy là mối liên hệ giữa từ biến \ à cường độ của vữa ximăng đã
tluiý hoá: nên có còng thức liên hệ giữa từ biến và sò lượng tương đối của lỗ rỗng tự do,
và có thê thấy rằng lỏ rỗng trong cấu trúc gel có thể ánh hưcmg đến cường độ và từ biến;
ở tuổi muộn lỗ rỗng cỏ thê gắn liền với hiện tượne rò rỉ nước. Thể tích của lỗ rỗng là
hàm số của tỷ lệ N/X và hị ánh hương của mức độ tliuỷ hoá.
Lỏ rỗng mao quàn không thể chứa đáy nước ngay cá khi chịu áp lực thuỷ tĩnh như
trong bc nước. Do vây, sự rò rỉ nước bén trong là có thổ đưới bất kì điều kiện lưu trữ nào.
Hiện tượng từ biến của mẫu thử không co ngót không bị ánh hưởng của độ ẩm tương đối
của mòi Irường cho thày nguyên nhân cơ bán gáy ra từ biến "trong không khí" và "trong
nước" là giống nhau.

Đường cong từ biến theo thời gian cho thấy sự giám từ biến là không xác định theo
độ dốc cíta nó, và có một câu hỏi là liệu có hay không một sự giảm từ từ, theo cơ chế
của từ biên. Có thể hiếu rằng tốc độ giảm với cơ chế eiống nhau liên tục và rộng khắp,
nhưns có lý để tin rằng sau nhiều năm dưới tác dụng của tải trọng, chiểu dầy của lớp có
t h ế b ị t h ấ m n ư ớ c c ó t h ể g i ả m đ ế n m ộ t g i á trị u i ớ i h ạ n v à m ớ i c h ỉ c ó t h í n g h i ệ m g h i l ạ i t ừ

hiến sau nhiều nhất là 30 năm. Do dó, có thể rằng phần từ biến chậm , dài hạn là do
nguyên nhân khác chứ khỏng phái do rò rỉ nước nhưng biến dạng có thể phát triển chí
khi có sự tồn lại cùa một số nước có thê bay hơi. Nauyên nhân này có thể là chày nhớt
hay trượt Sĩiữa các phần gel. Cơ chế như Vày phù họp với ánh hưởng của nhiệt độ đối với
(ừ biến và cũng có thế giải thích phán từ biến lớn khònu thế phục hồi ở tuổi muộn.
Các quan sát ve từ biển dưới lác ílụníĩ của tai trọim chay đổi, và đặc biệt là khi tăng
nhiệt độ dưới điểu kiện tái trọng như vậy, đã dẫn đến một giả thuyết sửa đổi về từ biến.
Nhtr đã đc cập, từ biến dưới ứnu suất thay đổi lón hơn từ biến dưới ứng suất tĩnh mà có
83


cùng giá trị so với giá trị trung bình của ứng suất thay đổi. úng suất thay đổi cũng làm
tăng phần từ biến không thê phục hồi và làm tăng tốc độ từ biến do làm tăng sự trượt
nhớt của cấu trúc gel, làm tăng từ biến do số lượng giới hạn các vết nứt nhỏ tại tuổi sớm
trong quá trình rắn chắc của bêtông. Số liệu thực nghiệm khác về từ biến khi kéo và khi
nén gợi ý rằng các biến đổi được giải thích tốt nhất bởi sự tổng hợp của các ]ý thuyết về
rò rỉ nước và chảy nhớt của bêtông.
Nói chung, vai trò của vết nứt nhỏ ]à thấp, không kể từ biến dưới tác dụng của tải trọng
thay đổi là có giới hạn, từ biến do các vết nứt nhỏ hầu như có giới hạn đối với bêtông được
chất tải ở tuổi sớm hoặc được chất tải với tỷ số ứng suất/cường độ vượt quá 0 ,6 .
Nói tóm lại, chúng ta phải chấp nhận rằng cơ chế thực của từ biến vẫn chưa được
xác định.
3.5. A nh hưởng của từ biến đến k ết cấu bêtông
Từ biến làm ảnh hưởng đến biến dạng, độ võng và sự phân bố ứng suất, nhưng các

ảnh hưởng thay đổi tuỳ thuộc vào loại kết cấu.
Từ biến của bêtông dạng khối thực chất không ảnh hưởng đến cường độ, mặc dù dưới
ứng suất rất cao từ biến đẩy nhanh quá trình đạt đến biến dạng giới hạn mà tại đó sự phá
huỷ xảy ra; điều này xáy ra khi tải trọng dài hạn vượt quá 85 hay 95% tải trọng tĩnh giới
hạn gia tải nhanh. Dưới ứng suất dài hạn nhỏ, thể tích của bêtông giảm (như theo từ biến
có hệ số Poisson nhỏ hơn 0,5) và điều này có thể làm tăng cường độ của bêtông. Tuy
nhiên tác động này rất nhỏ.
Từ biến có ảnh hưởng lớn đến tính chất và cường độ của kết cấu bêtông cốt thép và
bêtông ứng suất trước. Từ biến gây ra hiện tượng truyền dần tải trọng từ bêtông sang cốt
thép. Khi cổt thép biến dạng lớn, phần tăng lên của tải trọng lại truyền sang bêtông, do
đó cường độ tối đa của cả thép và bêtông tăng trước khi bị phá hoại - đã có công thức
thiết kế về vấn đề này. Tuy nhiên, trong kết cấu cột lệch tâm, từ biến tăng tạo ra sự mất
ổn định và có thể dẫn đến oằn gẫy. Trong kết cấu siêu tĩnh, từ biến có thể làm giảm sự
tập trung ứng suất gây ra bởi co ngót, nhiệt độ thay đổi, hay sự dịch chuyến gối. Trong
tất cả các kết cấu bêtông, từ biến làm giảm nội ứng suất do co ngót không đều của các
bộ phận kết cấu, do đó làm giảm nứt. Khi tính toán ảnh hưởng của từ biến đến kết cấu,
cần nhận thấy rằng biến dạng thực theo thời gian không phải là từ biến "tự do" của
bêtông và giá trị của từ biến bị ảnh hưởng bởi số lượng và vị trí các thanh thép.
Mặt khác, trong khối bètông, từ biến có thể là nguyên nhân gây ra nứt khi trong khối
bêlông chịu sự thay đổi theo chu kỳ của nhiệt độ gây ra bởi sự tăng nhiệt độ của phán
ứng thuỷ hoá và sự giảm nhiệt từ từ. Sẽ có ứng suất nén gây ra bởi sự tăng nhanh nhiệt
độ của khối bêtông bên trong, ứng suất này thấp vì inôđun đàn hổi của bêtông ở tuổi
84


sớm thấp. Cường độ của bêtông ờ tuổi rất sớm cũng thấp do đó từ biến rất cao; điều này
giảm nhẹ ứng suất nén và ứng suất nén biến mất ngay khi sự làm lạnh xảy ra. Trong quá
trình làm lạnh tiếp theo, ứng suất kéo phát triển và bởi vì tốc độ từ biến giảm theo thời
g i a n , c á c v ế t n ứ t c ó t h ể x ả y ra t h ậ m c h í t r ư ớ c k h i n h i ệ t đ ộ g i ả m x u ố n g t ớ i n h i ệ t đ ộ b a n

đầu (khi thi công). Vì lý do này, sư tăn« lên của nhiệt độ bên trong của khối lớn bêtông
phái được kiểm soát.
T ừ biến có thể dẫn đến sự mất ổn định của kết cấu và gây ra các vấn đề khác khi sử
dụim, đặc biệt là trong các công trình nhà cao tầng và cầu lớn.
Sư mất mát dự ứng lực do từ biến đã được biết đến rất nhiều và thực vậy, nó dùng để
tính toán ứng suất phá hoại khi dự ứng lực.
Ánh hưởng của từ biến có thê nguy hiểm nhung nói chung từ biến không giống như
co ngót, từ biến có thể làm giảm tập trung ứng suất và nó góp phần đáng kể vào sự thành
công của bétông với vai trò là vật liệu xây dựng kết cấu.
Các phương pháp thiết kế hợp lý đối với bêtông có xét đến từ biến trong các loại kết
cấu khác nhau cần được phát triển.
Có thể đưa ra một số kết ÌLiận sau về từ biến của bêtông: G ồm 15 yếu tố trong đó có 7
y í u tô về vật liệu và 8 yếu tố về môi trường và còng nghệ bêtông như sau:
3.5.1. Tác độnq của rác yêu tỏ thành phán vụt liệu hẽtỗng
1 . Ảnh hưởng cốt liệu:

1.1.

Từ biến phụ thuộc vào hệ số Poátxông (Poisson) của cốt liệu và của vật liệu bao

quanh và mỏđun dàn hổi của chúng.
1.2. Hàm lượng cốt liệu 60-70% theo thể tích là tốt nhất.
1.3. Kích thước

hạt cốt liệu và loại cốt liệu theo thứ tự sau: bazan, thạch anh, đá

cuội, đá hoa, sa thạch.
2. Từ biến phụ thuộc vào cường độ bêtông. Cường độ bêtô n g tăng từ biến giảm (tỷ
lệ nghịch).
3. Từ biến ít phụ thuộc với tỷ lệ N/X.

4. Từ biến phụ thuộc vào tuổi của bêtông (từ biến xuất hiện sớm và m ất đi chậm).
5. Từ biến phụ thuộc vào loại ximăng và độ mịn của ximăng.
6 . Hàm lượng của bột mịn ít ánh hưởng đến từ biến gốc và giảm đáng kể từ biến khô

(muội silic, hoăc tro nhẹ...)7. Ảnh hưởng của phụ gia đến từ biến của bêtỏng
- Xim ăng có phụ ẹia thì từ biến cao hơn.
- Bêtôníỉ sử dụns phụ ơia cữne lãng từ biến.
85


3.5.2. Tác động của côníỊ nqhệ đến từ biên
8 . Sự mất nước và tốc độ đổ bêtông chậm làm tăng từ biến của bêtòng.

9. Độ ẩm tương đối của không khí thấp thì từ biến cao (sự mất mát nước của vật liộu
gây ra từ biến khô).
3.5.3. Cúc yếu t ố khúc
10. Độ co ngót sẽ gây ra từ biến, bêtông có sự co ngót lớn sẽ có từ biến lớn (điều này
không có nghĩa là hai hiện tượng từ biến và co ngót có cùng nguyên nhàn).
11. Từ biến giảm khi tăng kích thước của mẫu thử (do mất mát nước chậm).
12. Từ biến phụ thuộc vào nhiệt độ bêtông:
Nhiệt độ của bêtông tăng thì từ biến tăng. Các thí nghiệm đo từ biến ở 7 0 ° c so với ở
2 1 ° c chênh nhau 3,5 lần. N guyên nhân có thể là ở nhiệt độ cao cường độ bêtông giảm
dẫn đến tăng từ biến, ở nhiệt độ thường thì tốc độ từ biến giai đoạn đầu lớn nhưng sau đó
sẽ giảm dần về 0 .
13. Từ biến phụ thuộc vào mức độ ứng suất trong bêtông.
14. Từ biến phụ thuộc vào dạng lực tác dụng. Từ biến khi chịu xoắn giống như khi
chịu nén. Có thể áp dụng nguyên lý cộng tác dụng khi tính từ biến của bêtông chịu ứng
suất phức tạp (đa phương).
15. Từ biến phụ thuộc vào thời gian tác dụng của tải trọng:
Có thể làm thí nghiệm nhanh 7 ngày bằng cách làm nóng m ẫu thử. Từ biến phát triôn

theo thời gian dài (lớn hơn 30 năm).
3.6.

Cấc kết q u ả thực nghiệm tại L C P C (Pháp)

Thí nghiệm được thực hiện trên các mẫu trụ đường
kính 160 m m và dài 1 m. Các m ật cắt cách đầu mút 250
mm, được trang bị ba thiết bị chuyên dụng (insert), cố
định trước bên trong khuôn. Chúng được điều chỉnh ở
120°c trên chu vi của mặt cắt. Các phép đo sau khi tháo
khuôn cũng được làm trên chiều dài 500 mm, trong đó
quy tắc Navier-Bemoulli được áp dụng. Việc bố trí đối
xứng các insert cho phép giải phóng các hiệu ứng uốn
kèm theo.

KÍCH TÁNG
LƯC KIỂU F

Đ ể đo biến dạng, cố định các que kim loại lên các
insert và hai tấm tựa lên các cực trên (một ứng với mặt
cắt dưới và một ứng vói mặt cắt trên). Với một m áy đo
cơ học, ta chẩn đoán khoảng cách giữa các tấm, đưa ra
chính xác biến dạng trung bình của bêtông trên 500 mm
chiều dài cơ bản.

86

Hình 5.3. Thiết bị thi nạ/liệm
lừ biến của LCPC

Việc đặt tải trọng lên bêtông được thực hiện bởi một kích phẳng dạng Freyssinet, trên
đó đặt mẫu. Đầu tiên ép trong bình chứa dầu và nitơ, đột ngột liên kết với kích qua một
van "ba vòi". Giữ tải trong vài giây, điều này cho phép nhận được từ biến sớm của vật liệu.
Hơn nữa, hệ này đảm bảo duy trì tốt tải trọng đặt vào, nhờ khá năng nén lớn của nitơ.
B êtôn g cầu Joigny
Thành phần bêtông cầu Joigny như sau:
Bảng 5.4. Thành phần bêtỏng cầu Joigny
Cốt liệu 5/20

(kg/m3)

1027

Cát vùng Yonne 0/4

(kg/m3)

648

Cát mịn 0/1

(kg/m?)

105

Ximăng CPA CĐC Corneilles

(kg/m3)

450

Nước

(lít)

158

Phụ gia siêu dẻo "Melment" (40% khối lượng khô)

(lít)

11,25

Phụ gia rắn chậm "Melretard’'

(lít)

4,5

(mm)

230

Độ sụt

Các kết quả từ biến (khấu trừ co ngót) có thế lấy gần đúng theo quy luật:
-K ,
b
t “ t,

Các giá trị của Klb, hệ số từ biến và B (thông số động của hiện tượng) được cho trong
bảng sa i:
Bang 5.5. Các kết quả của thí nghiệm cơ hục và từ biến bêtông cầu Joigny

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

L2

LI

LI

s

L2

L2

p
>

p

p

s

s

58

70

s
78

LI
s

40

L2
p
40

LI

Rn(MPi)

s
p
78

40

40

58

LI
s
70

>0 (ngà.')
(7 (MPt)

28
?

3

3

5

7

28

28

3

3

7

28

14,5

8,0

8,0

14,0

21,0

14,0

9,0

14,0

23,0

>:c. 10 s

140

260

150

115

220

560

470

240

310

620

>:V.I 0 6

446
7

390

240

182

314

490

350

240

1,67

1,26

2,34

2,96

2,38

4

1,7

1,7

5

1,37
4,5

90
1,96

544

1,58

22,6
270
490
1,05
3,7

11

4

5

7

Số, ký hiệu
M trộn*
B.dạng"*

K,b
B (d l,:)

p

2,33
9

* s bêtông đổ tại công trường, LI và L2 là bêtỏng tại phòng thí nghiệm
** Pmău bảo quản khỏi mất nước, s mẫu không báo quản
87


Đ ể so sánh, ta đưa các giá trị tương ứng trong phụ lục 2 ("Biến dạng của bêtông")
của BPEL:
Bảng 5.6. T ừ biến của bêtông thường theo tiêu chuẩn B P E L 83

p

p

p

p

s

s

s

s

3

5

7

28

3

5

7

28

1,04

1,03

1,02

0,92

4,01

3,03

3,86

3,30

10

10

10

10

10

10

10

10

Loại

t0 (ngày)
K«b

B ( d 1/2)

Ta nhận thấy rằng từ biến riêng hơi lớn hơn so với bêtông thường, đặc biệt ở tuổi
sớm. Trong khi từ biến do mất nước giảm rõ rệt (tối thiểu 50% ) và dường như phụ thuộc
vào tuổi của tải trọng (điều này đương nhiên xảy ra khi tính đến tính chất chậm của hiện
tượng mất nước), ngược lại những gì mô tả trong BPEL.
B êtôn g cầu P ertu iset
Với việc xây dựng cầu Pertuiset (bêtông Gị), nhiều thành phần bêtông đã được thử
nghiệm, để đánh giá ảnh hưởng của các thông số thành phần khác nhau:
Bảng 5.7. C ác thành phần bêtông thử nghiệm khi xây dự ng cầu Pertuiset
Loại

1020

G,
1015

657

Cát mịn Fontainebleau 0/1
Ximăng CPA CĐC Corneilles

h2

1015

H,
1018

1022

651

650

647

650

41

42

43

43

43

456

453

453

453

453

Muội silic

36

36

36

-

-

Phụ gia siêu dẻo*

35

33

18

20

12

Phụ gia rắn chậm**

2,27

2,27

2,27

2,27

2,27

Nước

121

147

172

156

175

-

-

27,6

26,3

-

^ 11]4 (Ích)

88,5

77,0

67,7

63,3

59,3

R|i28 (fc2s)
Cường đ ộ k é o

94,5

83,3

73,8

72,5

64,0

-

5,1

4,7

4,5

4,0

5,8

5,9

4,9

5,0

4,2

G(,

Cốt liệu lớn sông Seine 5/20
0/5

G2

Cường độ nén
Rn, (28 giờ)

R kl 4

(ftl4)

R k2X (ft2 « )

Các kết quả chính của từ biến được biểu diễn trên hình 5.4. và 5.5. Đ ể phân tích sâu
hơn, chúng ta sẽ liên hộ với Michel Auperin và Franỗois de Larrard trong Tổng kết năm

của ITBTB (số 474, trang 49-75, tháng 5 năm 1989).
88


Biến dạng của bêtòng G1

chiu lực 4,75 MPa

Ghi chú' Mầu

ỳ.
•
▲

chịu lực 5,84 MPa
chiu lực 13,5 MPa
chiu lực 21,3 MPa

H ỉn h 5.4. Biến (lạm* (biến dạ/lí* tổns* cộỉìsị. khấn trử co ỉĩíỊÓt, chia cho hiến d ạ m * tức ílỉời
fii>àv 2S) đo írẽìị bcỉòm* G ỉ , khòti\> sấ \\ với các tuổi chịu tãì klỉáí nhau

Kiểm tra các kết quá này chứnQ tỏ rằng, với mỗi loại bẽtỏng chứa m uội silic cho thấy
c ấ c q u a n h ệ sau:

- Từ biến tỉ lộ VUI ứng siiâì dặt vào, với tải trọng ớ cùng mối
- Hệ số từ hiến Kth thay dổi nhanh với tuổi bêtôno đặt tải, nhanh hơn nhiều với dự
kiến trong tiêu chuẩn (BPEL, phụ luc 2);
Hê số từ biến

(d)

H ìn h 5 .5 . Hữ s ổ từ hiến (hiển (lạn ạ ĩừ hiển chia cho hiưn ihtnsị ĩửt thời ỉiyủy 2$) c ủ a hêỉôỉìíị G ỉ ,
theo tu ổ i đặt tài

Ví) so sánh với cức ỳ á ỉ n i ỉ ự háo t r o i ì ạ BPEL, c ổ hoặc k h â n i ị sấx khô. T ừ b iế n

do niííĩ nước 1\áfì íìỉỉii' kỉiõti^ ĩóỉì ỉui, ílo âó kỉìô/ỉii còỉỉ hiệu ửỉii> ĩí lệ đối với từ hiến. Cúi biển
(lany này ĩhay doi vói lìỉòl chí sô (lộni* ỉihcíỉih hơn hêtònạ íhĩtòny (29% íroniị 24ỈÌỈ).

89


B êtỏng lò phản ứng nhà m áy C ivaux
Trong khuôn khổ xây dựng nhà m áy hạt nhân Civaux, một nghiên cứu thành phần
BT CĐC đã được thực hiện bởi LCPC với E D F (Công ty điện lực Pháp) và x í nghiệp
Fourgerolle. M ục đích là cải thiện độ kín khí của lò, m à vẫn đảm bảo thi công trong
những điều kiện thông thường của công trường.
T ính đến độ nứt lớn do n h iệt khi xây dự ng loại kết cấu này, BT C Đ C truy ền th ố n g ,
dù độ đặc cao, vẫn có nhược điểm về toả nhiệt khi thủy hóa và co ngót nội tại. N gược
lại, khi thêm vào xim ăng các ch ất độn k h oáng toả nhiệt ít (bụi vôi haý m uội silic), có
thê nhận được m ột loại BT CĐ C (7 0 M Pa ở 28 ngày), c h ặt và ít bị nứt.
Thành phần BT CĐC đề xuất dùng cho lò phản ứng Civaux như sau:
Bảng 5.8. T hành phần BT C Đ C toả ít nhiệt
đề xuất đế xây dựng lò phản ứng và các đậc trưng cơ học của nó
Cốt liệu Arlaut 12,5/25

791

4/12,5

309

0/5

786

Ximăng CPJ 55 Airvault

266

Bụi vôi

87

Muội silic

40,3

Nước

161

Rhéobuild 1000

90,8

Cường độ nén Rn ngày 28

67 MPa

Cường độ kéo

4,1 MPa

Môđun
Cường độ uốn sau 1 ngày
Biến dạng lớn nhất sau 1 ngày
Cường độ uốn ngày 28
Biến dạng lớn nhất ngày 28

36 000 MPa
2,3 MPa
120

X

10' 6

5,5 MPa
160

X

10‘6

Biến dạng từ biến khi có hoặc không sấy khô biểu diễn trên hình 5.6 được so sánh với
loại bêtông tham khảo (M 40). Các m ẫu từ biến được chất tải ở ngày 28, với giá trị
khoảng 30% tải trọng phá hoại tức thời. Các m ẫu sấy được bắt đầu ngày sau khi bỏ
khuôn (24h), cùng thời điểm các m ẫu co ngót tương ứng.

90


Từ biến |am/m

Thời gian (giờ)

Hình 5.(5. Bii ìì

ílụiìị! k l ú i nỉuiỉi

(iừhicìì t í í’

niu 67' CDC Civau.x

và hctônt> tham khảo, cỏ hoặc khôHíỊ sây khô

Các giá trị ở ngày 90 được giới thiệu trong bảng 5.9.
B ảng 5.9. Giá trị co ngót và từ biến với BT CĐC C ivaux và loại tham khảo
(mẫu chất tải imày 28, giá trị ở 90 ngày tuổi, tính bằng m m /m )
Các chỉ tièu
uiig suất đặt vào

Tham khảo

BT CĐC

12 MPa

20 MPa

20

10

Mẫu được bảo vệ
Co ngót giữa 28 và 90 ngày

280

Co ngót + Từ biến
Từ biến riêns^

250

270

Từ biến riêng với ỉ MPa

230

13,5

Ktb khi không sấy khỏ

19,2

0,49

Mẫu sấy khô

0,65

Co ngót giữa 2K và 90 neày

150

80

Co ngót + Từ biến

700

360

Từ biến do mất nước

320

10

Từ biến do mất nước với 1 MPa

26,5

0,5

Ktb khi sấy khỏ tối đa

1,56

0,50

91


Trong phép đo m à bán kính trung bình các m ẫu thử nhỏ và các điều kiện m ất nước

(20°c, 50% HR) cực lớn, ta có thể nói rằng hai giá trị của hệ số từ biến Kn trong bảng
trên là các giới hạn của hệ số này với mỗi loại bêtông. Từ các kết quả đó, có thể đưa ra
các nhận xét sau:
Bêtông CĐC có từ biến do m ất nước không thể bỏ qua; xét ảnh hưởng trực tiếp,
không có hiệu ứng tỉ lệ về từ biến và từ biến riêng đo được đại diện khá chính xác úng
xứ của vật liệu trong cấu kiện; độ giảm từ biến do thay thế bêtông thường bằng
BT C Đ C nằm trong khoảng từ 30 đến 70% , tùy theo m ức độ ảnh hưởng của v iệc sấy
khô, với lò phản ứng, khi sấy khô không q u á 1/3 m ặt cắt, độ giảm là 30 đến 4 0 % .
Bétông cường độ rất cao
Trong luận án tiến sĩ của m ình, De Larrard đã nghiên cứu từ biến của BT C Đ R C có
thành phần thoả mãn các đòi hỏi công nghiệp xây dựng hiện đại, đặc biệt là thi công
trong các điều kiện công trường (xem bảng 5.10).
B ảng 5.10. T hành phần BT C Đ R C và các đặc trưng cư học chu yếu
Đá vôi Boulonnais

5/20

1265 kg/m?

0/5

326

Cát sông Seine

786

Ximăng CPA 55 HTS

421

Muội silic

42,1

Phụ gia dẻo

7,59

Nước
Độ sụt côn Abrams
Cường độ nén Rn ngày 28
Môđun tức thời

112
20 cm

101 MPa
53400 MPa

Biến dạng từ biến nhận được, khi có hoặc không sấy khô, trong cùng điểu kiện với
loại trước.

So với bêtông tham khảo cùng thành phần nhưng không có chất độn, lừ biến được
chia thành hai loại (với ứng suất đơn vị 1 M Pa, nó dao động từ 23,3 - 10,5

X

10"6). De

Larrard giải thích sự giảm này, hết sức đơn giản là do giảm thể tích các hyđrát tạo thành
trong vữa BT CĐRC, cũng như do giảm độ ẩm nội tại.
Từ biến do m ất nước bị triệt tiêu trong khi co ngót do m ất nước chỉ giảm m ột nửa. Sự
biến m ất này do đó đổng thời gây ra giảm cường độ m ất nước (vì có ít nước bay hưi hưn
nhiều) và tăng cường độ chịu kéo của BT CĐRC.

92


giờ

Hình 5.7. Biến lỉạnạ khác nhau cùa ỉ ĩĩ CDRC
va l o ạ i h ê i ò n x i hii m khtìo, í ỏ Ị iikìí Uiiìỉìiỉ :ùíỳ k h ô

TỔ hợp các kết quả nhận được trên BT CĐC và rất cao thành phần tương đối khác biệt
c h o phép lập m ột bảng khá hoàn chính các XII hướng đa dạng về ứng xử của loại vật liệu
n à y , bảng này gắn với thực trạng hiểu biết hiện nay về cơ chế lý hóa của từ biến: Từ biến
do mất nước giảm mạnh, khi bỏ qua trường họp dùng muội silic, điều này là rất quan
trọing với người thiết kế, không có hiệu ứng tỉ lệ từ đó phát sinh; thay đổi chỉ số động
c ủ a từ biến riêng, ổn định nhanh hơn bêtông thường; tuy nhiên cần chú ý hiệu ứng hóa
g ià rất lớn xảy ra, ngay ở tuối sớm (1-3 ngày) khi chất tải, qua các biến dạng tổng cộng
cùing m ột cách như bêtông thường trong cùng điều kiện sấy khỏ cực đại.

93


Chương 6

NGHIÊN CỨU ÚNG DỤNG BÊTỒNG CƯỜNG ĐỘ CAO

1. M ột sô đặc tính được cải tiến của BT CĐC
BT CĐC có cường độ chịu nén và nhiều tính chất khác được cải thiện như: m ôđun
đàn hồi cao hơn, cường độ chịu kéo cao, từ biến thấp hơn bêtông thường.
Cường độ chịu nén là m ột trong những tính chất quan trọng nhất của bêtông. Cường
độ chịu nén tuổi 28 ngày được dùng như chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của bêtông.
Cường độ chịu nén của BT CĐC hiện nay đã sử dụng từ 42 M Pa (6000 psi) đến 138 M Pa
(20'000 psi) và thường dùng bêtông có cường độ khoảng 84 M Pa. Theo tiêu chuẩn Mỹ
và Anh, cường độ chịu nén được xác định bằng m ẫu tiêu chuẩn hình trụ tròn
150

X

300m m (6x12 in). Theo Tiêu chuẩn V iệt Nam , cường độ chịu nén được xác định

trên m ẫu hình hộp lập phương 150

X

150

X

150mm.

Cường độ chịu kéo khống chế vết nứt cùa bètông, đồng thời còn ánh hường đến một
số tính chất khác như: độ cứng, độ bền của bêtông, khả năng dính bám với cốt thép...
Bêtông có cường độ cao thì cường độ chịu kéo cũng cao hơn từ 30 4- 60% tuỳ theo thành
phần của BT CĐC, nhưng tốc độ tăng cường độ chịu kéo chậm hơn cường độ chịu nén.
Thông thường cường độ chịu kéo của BT CĐC bằng khoảng 10%. Cường độ chịu kéo có
thê được xác định trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua cường độ chịu kéo bửa (ASTM
C496) hoặc kéo uốn (ASTM C78)).
Các nghiên cứu cũng cho thấy cường độ bêtông tăng thì m ôđun đàn hồi tăng đáng kể
từ 20 -r 40% tuỳ theo thành phần của nó và bản chất của loại cốt liệu. Biến dạng dài hạn
cuối cùng giảm đáng kể ( e ,) chí còn khoảng 0,4 - 0,5 biến dạng theo thời gian của
bêtông thường. Tuy nhiên m ôđun chống cắt G c tăng không nhiều (xem hình 6.1).
Tốc độ phát triển cường độ của BT CĐC nhanh hơn bêtông thường. Các loại bêtông
truyền thống thường 7 ngày đạt 50% cường độ (tuổi 28 ngày), 14 ngày đạt 70-80%
cường độ. Nhưng đối với BT CĐC thì 7 ngày đã đạt 70-80% cường độ, 14 ngày đạt
> 90% cường độ tuổi 28 ngày.
Các tính chất cư học được cải tiến như vậy dẫn đến khả nàng ứng dụng BT CĐC
(hình 6.1; bảng 6 . la). N hững ứng dụng chính là các eông trình lớn đòi hỏi cường độ ncn
cao và các kết cấu bêtông D Ư L (cầu, hầm , nhà, cảng lớn).
94


Bêtông thường

Bêtông cường độ cao

Hình 6.1. c'úc (lặc tinh

( í / lìỌí cúu BT CD C

Stì vơi ìĩétỏii[> thường

Bảng 6 .la . Gác đặc tính cơ học của BT CĐC
Loai bêtông
CEB

C30

C40

C50

C60

C80

EC2

C30/37

C40/55

C50/60

C60/70

C80/90

M30

M40

M50

M60

M80

Rb, MPa

30

40

50

60

80

Rk, MPa

2,8

3,2

3,6

4,0

4,7

Eh, kN/mnr

33

35

37

39

42

TCVN

2. ứ n g dụng bétông cường độ cao
Hiện nay BT CĐC được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:
- Cột cứa các toà nhà cao tầng: việc sử dụng cột BT CĐC sẽ chịu được tải trọng lớn
hơn, cho phép giảm kích thước mặt cắt cột, yêu cầu lượng cốt thép và ván khuôn sử dụng
íl hơn.
- Trong xây dựng cầu: BT CĐC thườn” được sử dụng cho các dầm cầu bêtông dự ứng
lực với mục đích giảm tải trọnu bán thân dầm và tăng chiều dài kết cấu nhịp. Cường độ
bêtông đã được sử dụng trong khoáns 41 -r 83 MPa (8000 -í- 12000 psi), thường dùng
95


bêtông có cường độ 55 H- 70 MPa. Bâng 6 . lb giới thiệu m ột sô' cầu trên thế giới sử dụng
BT CĐC.
Các nghiên cứu về BT CĐC trong các dầm cầu bêtông dự ứng lực cho thấy nếu cùng

m ột kích thước dầm , khi sử dụng BT CĐC có thể tăng được chiều dài nhịp, nếu cùng bề
rộng cầu và chiều dài nhịp thì có thể giảm số lượng dầm . K ết quả là giảm giá thành trên
một đơn vị chiều dài kết cấu. Đối với cầu nhiều nhịp thì việc tăng được chiều dài kết Cấu
nhịp sẽ làm giảm sô lượng trụ và m óng trụ. Do đó giảm được giá thành kết cấu phần
dưới, và giá thành toàn bộ công trình cũng giảm . Cường độ chịu kéo của BT CĐC cũng
tăng cùng với cường độ chịu nén, điều này rất có giá trị trong việc thiết kế các cấu kiện
bêtông dự ứng lực. Từ biến của BT CĐC giảm làm hạn chế các m ất mát ứng suất trong
dầm dự ứng lực (hình 6.2 , 6.3, 6.4 ).
Bảng 6.1b. M ột sô cầu sử dụ ng BTC Đ C

Tên cầu
Willows Bridge

Địa điểm

Năm XD

(m)

p
rwbmax
(MPa)

^max

Toronto

1967

48

41

House Ship Canal

Texas

1981

229

41

Linn Cove Viaduct

North Carolina

1979

55

41

British Columbia

1986

465

55

Nitta Highway Bridge

Japan

1968

30

55

Akkagawa Railvvay Bridge

Japan

1976

46

79

•ỉoigny

Frence

1970

150

60

218

45

Annacis Bridge

Cầu Kiền

Việt Nam

Cầu Thanh Trì

Việt Nam

2002

Hình 6.2. Cần qua sông Ré (Pháp)
96

130

.

42