Nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam

NGUYỄN NGỌC BÌNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

NGUYỄN NGỌC BÌNH

*
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA
BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN
KHÍ HẬU VIỆT NAM

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số :

62580208

*
MÃ SỐ 62580208

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NĂM 2017

HÀ NỘI – NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

NGUYỄN NGỌC BÌNH

NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA
BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN
KHÍ HẬU VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số :

62580208

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
2. GS. TS. NGÔ THẾ PHONG

HÀ NỘI – NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nghiên cứu sinh

NGUYỄN NGỌC BÌNH


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn: PGS. TS.
Nguyễn Trung Hiếu, GS. TS. Ngô Thế Phong đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
tạo điều kiện và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận án
Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô bộ môn Thí nghiệm và Kiểm
định công trình, bộ môn Công trình bê tông cốt thép và khoa Đào tạo Sau đại
học trường Đại học Xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn
trong suốt thời gian tác giả nghiên cứu tại Bộ môn và khoa.
Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các thầy, cô trường Đại học Xây dựng đã
đóng góp nhiều ý kiến quý báu và có giá trị cho nội dung đề tài luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các bạn bè, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ và
động viên trong suốt quá trình tác giả học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
án.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên gia đình đã
thông cảm tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận án.


i

MỤC LỤC

Trang

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt.........................................................................vii
Danh mục hình vẽ ........................................................................................................ x
Danh mục bảng ....................................................................................................... xv
MỞ ĐẦU

......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG ............. 6
1.1

Co ngót của bê tông ..................................................................................... 6

1.2

Các yếu tố chính ảnh hưởng tới co ngót....................................................... 7

1.2.1

Cốt liệu ....................................................................................................... 7

1.2.2

Xi măng ...................................................................................................... 8

1.2.3

Tỉ lệ Nước - Xi măng .................................................................................. 8

1.2.4

Hình dạng và kích thước kết cấu.................................................................. 9

1.2.5

Thời gian và phương pháp bảo dưỡng ......................................................... 9

1.2.6

Nhiệt độ môi trường .................................................................................... 9

1.2.7

Độ ẩm môi trường ....................................................................................... 9

1.2.8

Nhận xét, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới co ngót ................................. 10

1.3

Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót của bê tông trong các tiêu chuẩn

hiện hành ................................................................................................................ 10
1.3.1

Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 209R-92 [ 21 ] ................................................... 10

1.3.2

Tiêu chuẩn châu Âu CEB FIP 2010 [ 46 ] ................................................. 11

1.3.3

Tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE 2 [ 48 ] ............................................... 12

1.3.4

Tiêu chuẩn Anh quốc BS 8110 [ 42 ] ......................................................... 13

1.3.5

Viện Khoa học Xây dựng Nga [ 99 ] ......................................................... 14


ii

1.3.6

Tiêu chuẩn Úc AS3600 [ 33 ] .................................................................... 15

1.3.7

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [ 15 ] .......................................... 17

1.3.8

Tiêu chuẩn Nhật Bản JCSE 2007 [ 63 ] ..................................................... 17

1.3.9

Phân tích, đánh giá các mô hình tính toán biến dạng co ngót ..................... 18

1.3.10 Nhận xét về mô hình toán dự báo biến dạng co ngót.................................. 20
1.4

Phương pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót của bê tông trong các

tiêu chuẩn hiện hành ............................................................................................... 21
1.5

Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót bê tông từ kết quả thực

nghiệm .................................................................................................................. 22
1.6

Tình hình nghiên cứu biến dạng co ngót trên thế giới và ở Việt Nam ........ 24

1.6.1

Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................. 24

1.6.2

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 25

1.7

Ảnh hưởng của biến dạng co ngót bê tông tới sự làm việc dài hạn của kết

cấu BTCT chịu uốn ................................................................................................ 27
1.7.1

Tổng quan tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng co ngót bê tông

tới sự làm việc dài hạn của kết cấu BTCT chịu uốn ................................................ 27
1.7.2

Tính toán độ võng dài hạn của dầm BTCT có kể đến ảnh hưởng biến dạng

co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn hiện hành .................................................. 29
1.7.2.1 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 435R-95 [ 22 ] ................................................... 29
1.7.2.2 Tiêu chuẩn châu Âu EUROCODE 2 [ 48 ] ................................................ 30
1.7.2.3 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574 – 2012 [ 15 ] ....................................... 30
1.7.2.4 Phân tích, đánh giá các mô hình tính toán độ võng dài hạn dầm BTCT có kể
đến ảnh hưởng của biến dạng co ngót của bê tông .................................................. 31
1.8

Hướng nghiên cứu ..................................................................................... 31


iii

1.8.1

Các yếu tố liên quan đến cấp phối vật liệu chế tạo bê tông ........................ 32

1.8.2

Các yếu tố liên quan đến môi trường ......................................................... 32

1.8.3

Yếu tố liên quan đến hình dạng cấu kiện ................................................... 33

1.9

Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 33

1.10

Kết luận chương 1 ..................................................................................... 34

CHƯƠNG 2 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ
TÔNG

....................................................................................................... 35

2.1

Nội dung thí nghiệm .................................................................................. 35

2.2

Bố trí thí nghiệm và thiết bị đo .................................................................. 37

2.2.1

Dụng cụ đo ................................................................................................ 37

2.2.1.1 Dụng cụ đo thí nghiệm xác định biến dạng co ngót ................................... 37
2.3

Công tác chuẩn bị mẫu đo biến dạng co ngót, chế tạo và bảo dưỡng .......... 37

2.3.1

Chuẩn bị vật liệu ....................................................................................... 37

2.3.1.1 Xi măng .................................................................................................... 37
2.3.1.2 Cốt liệu lớn ............................................................................................... 38
2.3.1.3 Cốt liệu nhỏ ............................................................................................... 38
2.3.1.4 Nước ......................................................................................................... 39
2.4

Mẫu thí nghiệm đo biến dạng co ngót ........................................................ 39

2.4.1

Chế tạo mẫu .............................................................................................. 39

2.4.2

Bảo dưỡng mẫu thử ................................................................................... 40

2.4.3

Quy trình đo đạc biến dạng co ngót ........................................................... 41

2.4.4

Buồng khí hậu ........................................................................................... 42

2.4.5

Tính toán kết quả ....................................................................................... 44


iv

2.5

Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 44

2.5.1

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu bê tông .................................. 44

2.5.2

Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của bê tông ........................................ 45

2.5.3

Kết quả thí nghiệm mẫu đo biến dạng co ngót ........................................... 47

2.6

Kết luận chương 2 ..................................................................................... 50

CHƯƠNG 3 - PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH
BIẾN DẠNG CO NGÓT BÊ TÔNG ......................................................................... 52
3.1

Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố tới biến dạng co ngót .................... 52

3.1.1

Ảnh hưởng của tỉ lệ N/X (nhóm 1) ............................................................ 52

3.1.1.1 Đánh giá kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ N/X (nhóm 1) ....................
.................................................................................................................. 53
3.1.1.2 Kết luận nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ N/X (nhóm 1) ............................. 56
3.1.2

Ảnh hưởng của lượng xi măng thành phần (nhóm 2) ................................. 56

3.1.2.1 So sánh và đánh giá kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng xi măng thành
phần (nhóm 2) đến biến dạng co ngót ..................................................................... 58
3.1.2.2 Kết luận nghiên cứu ảnh hưởng của lượng xi măng thành phần (nhóm 2) .. 61
3.1.3

Ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến khả năng gây nứt bê tông (Nhóm 3) ..
.................................................................................................................. 61

3.1.3.1 Đánh giá ảnh hưởng của ứng suất do biến dạng co ngót (nhóm 3) ............. 64
3.1.3.2 Kết luận nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất do biến dạng co ngót (nhóm 3)
.................................................................................................................. 65
3.2

Xác định biến dạng co ngót bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt

Nam (Nhóm 4) ....................................................................................................... 65
3.2.1.1 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót từ kết quả thực nghiệm ..... 67


v

3.2.1.2 Đánh giá kết quả nghiên cứu biến dạng co ngót bê tông điều kiện tiêu chuẩn
khí hậu Việt Nam (nhóm 4) .................................................................................... 75
3.2.1.3 Kết luận nghiên cứu biến dạng co ngót bê tông điều kiện tiêu chuẩn khí hậu
Việt Nam (nhóm 4)................................................................................................. 76
3.3

Kết luận chương 3 ..................................................................................... 76

CHƯƠNG 4 - NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG CO NGÓT ĐẾN
ĐỘ VÕNG DÀI HẠN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT CHỊU UỐN ............................ 78
4.1

Nghiên cứu thực nghiệm xác định độ võng dài hạn của dầm BTCT do biến

dạng co ngót của bê tông. ....................................................................................... 78
4.1.1

Đặt vấn đề ................................................................................................. 78

4.1.2

Xây dựng mô hình thí nghiệm ................................................................... 78

4.1.3

Chế tạo mẫu thí nghiệm ............................................................................. 79

4.1.4

Bố trí dụng cụ đo ....................................................................................... 82

4.1.5

Các bước tiến hành thí nghiệm .................................................................. 82

4.1.6

Xử lý kết quả thí nghiệm ........................................................................... 83

4.2

Xây dựng công thức tính toán độ võng dài hạn của dầm bê tông cốt thép do

biến dạng co ngót của bê tông ................................................................................ 85
4.2.1

Các giả thiết .............................................................................................. 85

4.2.2

Sơ đồ ứng suất do co ngót của bê tông....................................................... 87

4.2.3

Các công thức cơ bản ................................................................................ 87

4.2.4

Độ võng của dầm do biến dạng co ngót ..................................................... 91

4.3

Công thức xác định hệ số từ biến từ kết quả thực nghiệm .......................... 92

4.4

Kết luận chương 4 ..................................................................................... 98

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 99


vi

1.

Kết luận..................................................................................................... 99

2.

Hướng phát triển nghiên cứu và kiến nghị ............................................... 100

Các công trình đã công bố của tác giả có liên quan đến đề tài luận án ...................... 102
Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 103
PHỤ LỤC

.................................................................................................... PL1

Phụ lục 1. Số liệu thí nghiệm đo biến dạng co ngót và hao khối lượng ................... PL1
Phụ lục 2. So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của các tổ mẫu với một số
tiêu chuẩn hiện hành ............................................................................................. PL37
Phụ lục 3. Số liệu thí nghiệm đo độ võng dài hạn của dầm D-1, D-2 .................... PL44
Phụ lục 4. Thuật toán MAPLE tính toán ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới độ võng
dài hạn của dầm .................................................................................................. PL46
Phụ lục 5. Một số hình ảnh thí nghiệm ................................................................. PL49


vii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
1

r

1

rcs

độ cong
độ cong do co ngót

a

khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện tới trọng tâm của
cốt thép chịu kéo

a'

khoảng cách từ mép chịu nén của tiết diện tới trọng tâm của
cốt thép chịu nén

As , As'

diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén, chịu kéo

Ac

diện tích tiết diện ngang của kết cấu bê tông

Ared

diện tích của tiết diện quy đổi

ACI

tiêu chuẩn Hoa Kỳ

b, h

chiều rộng, chiều cao tiết diện

B

cấp độ bền của bê tông

BTCT

bê tông cốt thép

Eb

mô đun đàn hồi của bê tông

Es

mô đun đàn hồi của cốt thép

EC2

tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 2

f

độ võng

f cm

cường độ chịu nén trung bình của bê tông ở tuổi 28 ngày

f ck

cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông

g

thể tích của cốt liệu
kích thước quy ước của của mặt cắt ngang của cấu kiện

h

h

2 Ac
u

ho

chiều cao làm việc của tiết diện, ho=h-a

I

mô men quán tính của tiết diện

I bo , I so , I so'

mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích bê
tông chịu nén, của diện tích thép chịu kéo, cốt thép chịu nén

I e1

mô men quán tính của tiết diện chưa nứt

I red

mô men quán tính của tiết diện quy đổi


viii

K cs

hệ số đặc trưng tải trọng

L

chiều dài nhịp dầm tính toán

M

mô men uốn

M crc , M cr

mô men kháng nứt

M rp

mô men do co ngót

N8

lực kéo do co ngót

N/X

tỉ lệ nước / xi măng

N, W

lượng nước

S

mô men tĩnh của diện tích cốt thép so với trọng tâm của mặt
cắt

Sbo

mô men tĩnh đối với trục trung hòa của bê tông vùng kéo

Sc

co ngót của bê tông

Sp

co ngót của vữa xi măng

Rb

cường độ chịu nén tính toán của bê tông

RH

độ ẩm tương đối của môi trường

Rs , Rs'

cường độ chịu nén tính toán của cốt thép về kéo, nén

t

tuổi của bê tông

TCVN

tiêu chuẩn Việt Nam

u

chu vi của phần mặt cắt ngang tiếp xúc với không khí

V

S

tỉ lệ thể tích của kết cấu với diện tích bề mặt

Wpl

mô men kháng uốn

Wred

mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi

X

lượng xi măng

e

tỉ lệ mô đun đàn hồi

 as ,  ds1 , ds 2

hệ số phụ thuộc vào loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông

  ,  vs ,  s ,   ,  c ,  

hệ số điều chỉnh độ ẩm, tỉ lệ thể tích trên diện tích bề mặt, độ
sụt, tỉ lệ cốt liệu mịn, hàm lượng xi măng, hàm lượng khí mô
hình tính biến dạng co ngót ACI



độ võng


ix

 cs

độ võng do co ngót

m

hao khối lượng

 bt , 

b

biến dạng của bê tông được xác định tương ứng ở mép trên
và mép dưới của tiết diện

 bt ,cs ,  b,cs

biến dạng co ngót của bê tông được xác định tương ứng ở
mép trên và mép dưới của tiết diện

 bs ,cs

biến dạng co ngót của bê tông được xác định tương ứng ở
trọng tâm cốt thép

 co ,  cs

biến dạng co ngót của bê tông

 cas (t ) ,  ca (t ) ,  cse

biến dạng co ngót tự sinh

 cds (t ) ,  cd (t ) ,  csd

biến dạng co ngót khô

 cas0  fcm 

biến dạng co ngót tự sinh quy ước

*
 ca     cse
,

biến dạng co ngót tự sinh tới hạn

 cds 0 ( f cm )

biến dạng co ngót khô quy ước

 cds 0 ( f cm )

biến dạng co ngót khô cơ bản

*
 csd
.b

biến dạng co ngót do khô cuối cùng

 sh  t , tsh,0  ,  cs (t , ts )

biến dạng co ngót ở thời điểm t từ lúc bắt đầu khô t sh,0 , tw ,
t s , t0

 s  t , tw  ,  cs (t ),  cs' (t , t0 )
 s  , tw  ,  sh , ,   sh u

biến dạng co ngót tới hạn

 sh' ,  cs   

  sh t ,  cs  t 

biến dạng co ngót ở thời điểm t

1s ,  2 s , 3s

hệ số phụ thuộc vào thời gian dưỡng hộ bê tông, độ ẩm môi
trường và mô đun bề mặt mở của cấu kiện

,  '

hàm lượng cốt thép chịu kéo, chịu nén

 cs (t )

ứng suất do biến dạng co ngót bê tông tại thời điểm t

 bt ,cs ,  b,cs

ứng suất co ngót của bê tông được xác định tương ứng ở mép
trên và mép dưới của tiết diện

 s ,cs

ứng suất co ngót của cốt thép được xác định tương ứng ở
mức trọng tâm cốt thép


x

Danh mục hình vẽ
Hình 1. 1 – Thay đổi độ ẩm trong bê tông khi khô từ tuổi to tới khi bão hòa ở tuổi t [
76 ] ................................................................................................................. 7
Hình 1. 2 - Biến dạng co ngót của bê tông theo BS 8110 [ 17 ] ............................... 14
Hình 1. 3 – Ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới sự làm việc dài hạn của kết cấu
BTCT chịu uốn Aleksandr (2010) [ 18 ] ........................................................ 28
Hình 2. 1 – Cân đo trọng lượng ............................................................................... 37
Hình 2. 2 – Dụng cụ đo biến dạng dọc trục.............................................................. 37
Hình 2. 3 – Biểu đồ xác định phạm vi cho phép của đá dăm .................................... 38
Hình 2. 4 – Biểu đồ xác định phạm vi cho phép của cát........................................... 39
Hình 2. 5 – Mẫu thí nghiệm xác định biến dạng co ngót theo TCVN 3117:1993 ..... 40
Hình 2. 6 - Đo biến dạng co ngót theo TCVN 3117:1993 [ 11 ]............................... 41
Hình 2. 7 – Thiết bị đo đạc kiểm chứng độc lập về nhiệt độ và độ ẩm trong buồng khí
hậu ................................................................................................................ 43
Hình 2. 8 – Buồng khí hậu khống chế nhiệt độ và độ ẩm theo yêu cầu thí nghiệm ... 43
Hình 2. 9 – Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén .............................................. 45
Hình 2. 10 – Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông ............................... 47
Hình 3. 1 – Quan hệ biến dạng co ngót theo thời gian của nhóm 1 .......................... 53

Hình 3. 2 – Quan hệ tỉ lệ N/X và biến dạng co ngót (nhóm 1) ................................. 53
Hình 3. 3 – Quan hệ hao khối lượng theo thời gian của nhóm 1 .............................. 54
Hình 3. 4 – Quan hệ biến dạng co ngót và hao khối lượng của nhóm 1.................... 55
Hình 3. 5 - Biến dạng co ngót phụ thuộc hàm lượng xi măng theo thời gian của nhóm
tổ mẫu có N/X=0.55 (nhóm tổ mẫu TM-1, TM-5 và TM-9) .......................... 57
Hình 3. 6 - Biến dạng co ngót phụ thuộc hàm lượng xi măng theo thời gian của nhóm
tổ mẫu có N/X=0.50 (nhóm tổ mẫu TM-2, TM-6 và TM-10) ........................ 57


xi

Hình 3. 7 - Biến dạng co ngót phụ thuộc hàm lượng xi măng theo thời gian nhóm tổ
mẫu có N/X=0.45 (nhóm tổ mẫu TM-3, TM-7 và TM-11) ............................ 58
Hình 3. 8 – Biến dạng co ngót phụ thuộc hàm lượng xi măng theo thời gian của
nhóm tổ mẫu có N/X=0.40 (nhóm tổ mẫu TM-4, TM-8, TM-12) .................. 58
Hình 3. 9 – Quan hệ giữa lượng xi măng trong cấp phối bê tông đến biến dạng co
ngót của nhóm tổ mẫu có N/X=0.55 (nhóm tổ mẫu TM-1, TM-5, TM-9) ...... 59
Hình 3. 10 – Quan hệ giữa lượng xi măng trong cấp phối bê tông đến biến dạng co
ngót của nhóm tổ mẫu có N/X=0.50 (nhóm tổ mẫu TM-2, TM-6, TM-10) .... 59
Hình 3. 11 – Quan hệ giữa lượng xi măng trong cấp phối bê tông đến biến dạng co
ngót của nhóm tổ mẫu có N/X=0.45 (nhóm tổ mẫu TM-3, TM-7, TM-11) .... 60
Hình 3. 12 – Quan hệ giữa lượng xi măng trong cấp phối bê tông đến biến dạng co
ngót của nhóm tổ mẫu có N/X=0.40 (nhóm tổ mẫu TM-4, TM-8, TM-12) .... 60
Hình 3. 13 – Quá trình phát triển cường độ kéo và ứng suất kéo do co ngót của bê
tông xuất hiện ở nhóm tổ mẫu có tỉ lệ N/X=0.55 trong 28 ngày đo đầu tiên .. 63
Hình 3. 14 – Quá trình phát triển cường độ kéo và ứng suất kéo do co ngót của bê
tông xuất hiện ở nhóm tổ mẫu có tỉ lệ N/X=0.50 trong 28 ngày đo đầu tiên .. 63
Hình 3. 15 – Quá trình phát triển cường độ kéo và ứng suất kéo do co ngót của bê
tông xuất hiện ở nhóm tổ mẫu có tỉ lệ N/X=0.45 trong 28 ngày đo đầu tiên .. 64
Hình 3. 16 – Quá trình phát triển cường độ kéo và ứng suất kéo do co ngót của bê

tông xuất hiện ở nhóm tổ mẫu có tỉ lệ N/X=0.40 trong 28 ngày đo đầu tiên .. 64
Hình 3. 17 - Biến dạng co ngót bê tông của 12 tổ mẫu thí nghiệm thuộc nhóm 4..... 66
Hình 3. 18 – Biến dạng co ngót bê tông phụ thuộc thời gian theo công thức thực
nghiệm từ (3. 7) đến (3. 18) của các tổ mẫu thí nghiệm ................................. 70
Hình 3. 19 – Quan hệ biến dạng co ngót tới hạn và lượng xi măng cấp phối theo tỉ lệ
N/X ............................................................................................................... 72
Hình 3. 20 – Quan hệ giữa tỉ lệ N/X và giá trị tham số trung bình  n ...................... 74


xii

Hình 4. 1 - Cấu tạo hệ dầm thí nghiệm .................................................................... 80
Hình 4. 2 - Chế tạo dầm thí nghiệm ......................................................................... 81
Hình 4. 3 - Mặt bằng bố trí dụng cụ đo chuyển vị của dầm thí nghiệm .................... 82
Hình 4. 4 - Dầm thí nghiệm đo võng do ảnh hưởng biến dạng co ngót bê tông ........ 83
Hình 4. 5 – Kết quả thí nghiệm độ võng dài hạn của dầm D-1 và D-2 do biến dạng co
ngót theo thời gian t ...................................................................................... 85
Hình 4. 6 – Sơ đồ ứng suất do co ngót của bê tông .................................................. 87
Hình 4. 7 – Hệ số từ biến của dầm thí nghiệm theo thời gian ................................... 96
Hình PL1. 1 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-1 theo thời gian t ... PL25
Hình PL1. 2 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-1 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL25
Hình PL1. 3 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-2 theo thời gian t ... PL26
Hình PL1. 4 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-2 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL26
Hình PL1. 5 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-3 theo thời gian t ... PL27
Hình PL1. 6 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-3 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL27
Hình PL1. 7 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-4 theo thời gian t ... PL28
Hình PL1. 8 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-4 theo hao khối lượng

m ........................................................................................................... PL28
Hình PL1. 9 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-5 theo thời gian t ... PL29
Hình PL1. 10 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-5 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL29
Hình PL1. 11 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-6 theo thời gian t . PL30


xiii

Hình PL1. 12 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-6 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL30
Hình PL1. 13 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-7 theo thời gian t . PL31
Hình PL1. 14 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-7 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL31
Hình PL1. 15 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-8 theo thời gian t . PL32
Hình PL1. 16 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-8 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL32
Hình PL1. 17 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-9 theo thời gian t . PL33
Hình PL1. 18 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-9 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL33
Hình PL1. 19 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-10 theo thời gian t PL34
Hình PL1. 20 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-10 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL34
Hình PL1. 21 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-11 theo thời gian t PL35
Hình PL1. 22 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-11 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL35
Hình PL1. 23 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-12 theo thời gian t PL36
Hình PL1. 24 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-12 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL36
Hình PL2. 1 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-1 với

các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL37
Hình PL2. 2 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-2 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL38


xiv

Hình PL2. 3 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-3 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL38
Hình PL2. 4 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-4 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL39
Hình PL2. 5 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-5 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL39
Hình PL2. 6 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-6 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL40
Hình PL2. 7 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-7 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL40
Hình PL2. 8 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-8 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL41
Hình PL2. 9 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-9 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL41
Hình PL2. 10 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-10
với các tiêu chuẩn hiện hành .................................................................... PL42
Hình PL2. 11 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-11
với các tiêu chuẩn hiện hành .................................................................... PL42
Hình PL2. 12 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-12
với các tiêu chuẩn hiện hành .................................................................... PL43
Hình PL5. 1 – Chuẩn bị vật liệu cho công tác thí nghiệm ........................................ PL49
Hình PL5. 2 – Công tác thí nghiệm thành phần hạt .................................................. PL49
Hình PL5. 3 – Công tác chế tạo mẫu đo biến dạng co ngót ...................................... PL50

xv

Danh mục bảng
Bảng 1. 1 - Phương pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót của bê tông trong các
tiêu chuẩn hiện hành ............................................................................................. 21

Bảng 2. 1 – Định mức cấp phối vật liệu cho vữa bê tông trong 1m3 ........................... 35
Bảng 2. 2 - Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của mẫu đo co ngót ....... 45
Bảng 2. 3 - Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của bê tông mẫu TM-10 ................... 47
Bảng 2. 4 - Kết quả đo biến dạng co ngót của các tổ mẫu TM-1 đến TM-4 ................ 47
Bảng 2. 5 - Kết quả đo biến dạng co ngót của các tổ mẫu TM-5 đến TM-8 ................ 48
Bảng 2. 6 - Kết quả đo biến dạng co ngót của các tổ mẫu TM-9 đến TM-12 .............. 49
Bảng 3. 1 – Bảng giá trị các thông số tính toán biến dạng co ngót của mẫu thí nghiệm
đo co ngót ........................................................................................................ 68
Bảng 3. 2 – Bảng giá trị cấp phối nước, xi măng, co ngót tới hạn của các tổ mẫu ...... 70
Bảng 3. 3 – Bảng giá trị cấp phối nước, xi măng, co ngót tới hạn của các tổ mẫu sắp
xếp theo tỉ lệ N/X ............................................................................................ 71
Bảng 3. 4 – Bảng tra giá trị co ngót tới hạn theo lượng nước và xi măng cấp phối ..... 73
Bảng 3. 5 – Bảng tra tham số  n theo tỉ lệ N/X ......................................................... 73
Bảng 3. 6 – Bảng tra tham số  n theo lượng nước - xi măng ..................................... 74
Bảng 4. 1- Độ võng dài hạn của dầm D-1 và D-2 ............................................................ 83
Bảng 4. 2 – Giá trị ứng suất của bê tông và cốt thép do co ngót của dầm D-1.................. 89
Bảng 4. 3 – Giá trị ứng suất của bê tông và cốt thép do co ngót của dầm D-2.................. 90
Bảng 4. 4 – Hệ số từ biến  (t ) từ kết quả đo độ võng của dầm D-1 ................................ 93
Bảng 4. 5 – Hệ số từ biến  (t ) từ kết quả đo độ võng của dầm D-2 ................................ 94
Bảng 4. 6 – Bảng giá trị các thông số tính toán hệ số từ biến của dầm thí nghiệm ........... 97

xvi

Bảng PL1. 1 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-1.......................... PL1
Bảng PL1. 2 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-2.......................... PL3
Bảng PL1. 3 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-3.......................... PL5
Bảng PL1. 4 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-4.......................... PL7
Bảng PL1. 5 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-5.......................... PL9
Bảng PL1. 6 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-6........................ PL11
Bảng PL1. 7 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-7........................ PL13
Bảng PL1. 8 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-8........................ PL15
Bảng PL1. 9 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-9........................ PL17
Bảng PL1. 10 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-10 .................... PL19
Bảng PL1. 11 - Số liệu thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-11 ............... PL21
Bảng PL1. 12 - Số liệu thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-12 ............... PL23
Bảng PL3. 1 – Số liệu thí nghiệm độ võng dài hạn của dầm D-1 ........................... PL44
Bảng PL3. 2 – Số liệu thí nghiệm độ võng dài hạn của dầm D-2 ........................... PL45


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Bê tông nặng được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng là loại bê tông
có khối lượng riêng thay đổi từ 2200 kg / m3 đến 2500 kg / m3 . Trong quá trình đông
cứng, bê tông bị co lại. Biến dạng này của bê tông gọi là biến dạng co ngót. Biến
dạng co ngót phụ thuộc vào điều kiện môi trường nơi bê tông làm việc và vào các
yếu tố liên quan đến cấu tạo cấp phối bê tông như tỉ lệ N/X, loại xi măng và cốt
liệu, … Biến dạng co ngót được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ra
tình trạng nứt trên kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (BTCT). Trong kết cấu
BTCT, do cốt thép cản trở biến dạng co này, gây ra ứng suất kéo trong bê tông nên

chúng dễ gây nứt kết cấu. Thực tế cho thấy khi hàm lượng cốt thép càng nhiều,
biến dạng co ngót của bê tông càng lớn thì khả năng nứt bê tông ngay sau khi tháo
ván khuôn càng lớn. Những năm gần đây trên các công trình xây dựng của Việt
Nam xuất hiện nhiều khe nứt do co ngót của bê tông, trong đó bao gồm các công
trình lớn về cầu và hàng loạt các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp
khác. Mặc dù vậy ở nước ta hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về biến dạng co
ngót của bê tông một cách có hệ thống. Viện Khoa học công nghệ xây dựng thuộc
Bộ Xây dựng đã đúc một khối bê tông 3×3×3m để nghiên cứu về ứng suất nhiệt,
kết hợp với đo đạc biến dạng co ngót của bê tông. Số liệu nhận được cho thấy biến
dạng co ngót của bê tông cao gấp 3 đến 4 lần biến dạng co ngót được lấy từ các số
liệu công bố của các tài liệu của nước ngoài.
Hiện nay, các nhà máy ở nước ta dùng công nghệ khô để sản xuất xi măng, các
công trình xây dựng chủ yếu dùng bê tông thương phẩm với độ sụt khá lớn (thường
từ 15 cm đến 18 cm), điều này làm tăng đáng kể biến dạng co ngót. Do vậy, để có
thể đưa ra những giải pháp thiết kế phù hợp (ví dụ hàm lượng cốt thép hợp lý),
những giải pháp thi công thích hợp nhằm hạn chế hoặc triệt tiêu khe nứt do biến
dạng co ngót trên kết cấu BTCT, cần phải có các nghiên cứu cụ thể và tin cậy về
biến dạng co ngót. Hơn nữa, những số liệu này sẽ là cơ sở để tiến tới xây dựng


2

những quy định có tính chất pháp lý được quy định trong các tiêu chuẩn liên quan
nhằm hạn chế biến dạng co ngót trong quá trình chế tạo bê tông tại nhà máy (bê
tông thương phẩm) hoặc trên công trường và những biện pháp thích hợp trong quá
trình dưỡng hộ bê tông.
Nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông được rất nhiều nhà khoa học trên thế
giới quan tâm. Trong các tiêu chuẩn tính toán hiện hành ở các nước tiên tiến hiện
nay như tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI, tiêu chuẩn Châu âu EUROCODE, tiêu chuẩn
Nhật bản JIS, tiêu chuẩn Úc AS… đều trình bày chi tiết về biến dạng co ngót của

bê tông, ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới sự làm việc của kết cấu bê tông cốt
thép. Tuy nhiên, biến dạng co ngót của bê tông chịu ảnh hưởng của điều kiện khí
hậu môi trường, đặc điểm vật liệu chế tạo tại địa phương, ... do vậy kết quả dự báo
biến dạng co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn nêu trên thường khác nhau. Điều
này đặt ra yêu cầu cần có nghiên cứu cụ thể về tình trạng biến dạng này xảy ra ở
từng vùng lãnh thổ khác nhau.
Qua tìm hiểu thực tế cho thấy tình trạng nứt do co ngót xảy ra khá phổ biến, chủ
yếu trên các kết cấu BTCT làm việc chịu uốn như dầm, bản sàn ở các công trình.
Tuy nhiên, trong các tài liệu giáo trình, tiêu chuẩn thiết kế chưa có các hướng dẫn
tính toán chi tiết ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới kết cấu công trình, hoặc tính
toán ảnh hưởng của co ngót tới kết cấu bê tông cốt thép thường bị bỏ qua. Do vậy,
cần có chỉ dẫn tính toán cụ thể ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới kết cấu công
trình.
Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu hiện có trong và ngoài nước, căn cứ
vào thực tế tình hình biến dạng co ngót trên các công trình ở Việt Nam, … nội
dung nghiên cứu của luận án được lựa chọn là: “Nghiên cứu biến dạng co ngót
của bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam”
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án
2.1 Mục đích của luận án


3

Nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt
Nam

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông nặng thông thường
không sử dụng phụ gia. Phạm vi nghiên cứu: xác định biến dạng co ngót trên mẫu
chuẩn có kích thước 70  70  280 mm và khảo sát độ võng dài hạn xảy ra trên kết

cấu dầm có tiết diện 80  120 mm do ảnh hưởng của biến dạng co ngót. Mẫu được
đặt trong buồng khí hậu có nhiệt độ 27  20 C và độ ẩm 80 ± 5%. Đây cũng là dải
nhiệt độ và độ ẩm trung bình đặc trưng cho khí hậu vùng miền Việt Nam theo các số
liệu công bố hàng năm của Tổng cục Thống kê Việt Nam trên trang web
www.gso.gov.vn và QCXDVN 02 : 2008/BXD [ 8 ].

2.3 Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết
2.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Ý nghĩa khoa học: Luận án đã nghiên cứu về biến dạng co ngót của bê tông và kết
cấu dầm bê tông cốt thép trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam. Luận án đã
thiết lập được công thức tính toán dự báo biến dạng co ngót bê tông phụ thuộc thời
gian dạng hàm hyperbolic bằng phương pháp hồi quy từ các kết quả thực nghiệm.
Công thức được thiết lập đã phản ánh được ảnh hưởng của các yếu tố như hàm
lượng nước, xi măng, tỉ lệ N/X, … Bên cạnh đó, luận án đã thiết lập công thức
tính toán ảnh hưởng biến dạng co ngót tới dầm BTCT chịu uốn, xây dựng công
thức tính toán hệ số từ biến theo thời gian.
Ý nghĩa thực tiễn: Biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện khí hậu Việt
Nam được xác định theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của đề tài. Kết quả
nghiên cứu này sẽ góp phần cung cấp bộ số liệu về biến dạng co ngót của bê tông,
làm cơ sở cho việc tính toán kết cấu BTCT có kể đến ảnh hưởng của biến dạng co
ngót. Từ đó, cho phép hạn chế tình trạng nứt trên kết cấu bê tông và bê tông cốt
thép.


4

2.5 Nội dung cấu trúc của luận án bao gồm:
Nội dung của luận án bao gồm 4 chương với 105 trang, 39 hình vẽ và 19 bảng biểu
với cấu trúc như sau:

Mở đầu
Chương 1 - Tổng quan về biến dạng co ngót của bê tông
Trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu về biến dạng co ngót ở Việt Nam và
trên thế giới, phân tích các công thức dự báo biến dạng co ngót hiện hành và
hướng nghiên cứu
Chương 2 - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông
Trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo đạc biến dạng co ngót bê tông
trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam, những thí nghiệm trên được tác
giả thực hiện tại Phòng thí nghiệm và Kiểm định công trình LAS 125 - Trường
Đại học Xây dựng
Chương 3 - Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm xác định biến dạng co
ngót bê tông
Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông, tiến
hành đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến biến dạng co ngót: tỉ lệ nước –
xi măng, lượng xi măng, ảnh hưởng của ứng suất do biến dạng co ngót; xác
định biến dạng co ngót bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam,
xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót.
Chương 4 - Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến độ võng dài
hạn của kết cấu dầm BTCT chịu uốn
Trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo độ võng dài hạn của dầm BTCT
do biến dạng co ngót gây ra; công thức tính toán ứng suất của bê tông và ứng
suất của cốt thép do co ngót bê tông gây ra đối với dầm BTCT có cốt đơn, trên
cơ sở đó có thể tính được độ cong và độ võng của dầm; xây dựng được phương


5

pháp tính toán hệ số từ biến của bê tông theo thời gian trên cơ sở kết quả thí
nghiệm đo độ võng dài hạn của dầm bê tông cốt thép do co ngót của bê tông
gây ra; đưa ra một công thức tính hệ số từ biến trong điều kiện nhiệt độ

27  2o C và độ ẩm 805% đối với bê tông B22.5 và cấp phối bê tông của mẫu

thí nghiệm.
Kết luận và kiến nghị - Trình bày những kết quả chính, những đóng góp mới
của luận án, hướng phát triển nghiên cứu và kiến nghị
Các công trình đã công bố của tác giả có liên quan đến đề tài luận án
Tài liệu tham khảo
Các phụ lục