Nghiên cứu nguyên nhân gây nứt và giải pháp kỹ thuật chống nứt của vật liệu bê tông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN THANH MINH

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY NỨT
VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHỐNG NỨT
CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG

Chuyên ngành : VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Mã số

: 60.58.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2014


Cơng trình được hồn thành tại : Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS-TS NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : NGUYỄN THANH MINH

MSHV: 11194670

Ngày, tháng, năm sinh : 28/07/1969

Nơi sinh: Nam Định

Chuyên ngành :VẬT LIỆU&CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã số : 60.58.80
I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY NỨT VÀ GIẢI PHÁP

KỸ THUẬT CHỐNG NỨT CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1- Tính cấp thiết đề tài.
2- Tổng quan về nứt và nguyên nhân gây nứt vật liệu bê tông do co ngót.
3- Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài.
4- Cơ sở lý thuyết của đề tài và phương pháp nghiên cứu.
5- Kết quả nghiên cứu trên thực nghiệm.
6- Phân tích, đánh giá và dựa trên kết quả thực nghiệm xây dựng mơ hình hạn chế
nứt do co ngót.
7- Kết luận và kiến nghị
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:

29 – 09 – 2013

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

:

22 – 11 – 2013

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS.NGUYỄN VĂN CHÁNH

Tp. HCM, ngày 22 tháng 11 năm 2014
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH

CN BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng cảm kích và biết ơn sâu sắc của tôi tới người thầy hướng dẫn tơi,
Phó Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Chánh. Cảm ơn sự động viên và lời khuyên của
thầy trước và trong suốt q trình nghiên cứu của tơi. Những giúp đỡ về tài liệu của
thầy và những phê bình xây dựng cũng như những theo dõi và gợi ý và hướng dẫn có
giá trị đã giúp tơi tiến về phía trước trong cơng việc của tơi và đóng góp đáng kể vào sự
phát triển của luận văn này.
Tôi cũng muốn ngỏ lời biết ơn của tôi đối với sự hỗ trợ, giúp đỡ và được cung cấp các
tài liệu của Tiến sĩ Bùi Đức Vinh cùng tất cả các thầy cô trong bộ môn Vật liệu Xây
dựng giúp tôi có được những nền tảng kiến thức sâu sắc cho công việc nghiên cứu. Tôi
muốn cũng gửi lời cảm ơn của tôi đến các bạn bè đồng nghiệp, các bạn học sau đại học,
những người đã tham gia vào chương trình thử nghiệm này. Sự giúp đỡ vơ tư của họ
bên trong và bên ngồi phịng thí nghiệm là vơ giá.
Hỗ trợ các tài chính được cung cấp bởi BASF, các đơn vị cho tặng xi măng, là
HOLCIM, cốt liệu là Bê tông Rạch Chiếc, và BASF cho tặng các phụ gia khống, phụ
gia hóa học.
Tơi dành riêng luận văn này cho đứa con gái thương yêu của tôi, Nguyễn Thiên Kim;
và một người bạn thân thiết luôn luôn ở bên cạnh tơi, khuyến khích, hỗ trợ và giúp đỡ
tơi trong những khó khăn.


TĨM TẮT
Bê tơng trải qua sự thay đổi thể tích khi nó thay đổi từ pha dẻo tới pha cứng. Thể tích

thay đổi do chuyển động của nước và sự hao hụt trong bê tơng được biết đến như co
ngót hóa học và co ngót tự sinh, và co ngót khơ và co ngót dẻo là do trao đổi nước với
môi trường xung quanh. Sức căng gây ứng suất co ngót cần phải được nghiên cứu vì
chúng có thể có tác động bất lợi đến quá trình bảo dưỡng ban đầu, gây nứt và tính bền
của vật liệu bê tơng.
Trong nghiên cứu này, một chương trình thực nghiệm được xây dựng phát triển bằng
cách sử dụng nguyên tắc thừa phân đoạn để nghiên cứu những ảnh hưởng của chế độ
bảo dưỡng và cấp phối bê tông mà cụ thể là, tỉ lệ nước - xi măng (W/C), hàm lượng
nước (W), kích thước cốt liệu lớn nhất (KTCL), phần trăm hàm lượng silica fume thay
thế (SF), phần trăm xỉ lò nghiền thay thế (GGBFS), và khối lượng cốt liệu thô
(KLCLT), đến mức độ của co ngót tự sinh và co ngót khô, những nguyên nhân gây nứt
đầu tiên đối với vật liệu bê tông. Một thiết lập thử nghiệm mới đã được phát triển để đo
co ngót tự sinh, áp lực mao mạch và nhiệt độ. Kết quả được tìm thấy tương đồng với
những báo cáo trong các tài liệu, tức là, các mẫu được bảo dưỡng ẩm thể hiện co hóa
học và các mẫu bảo dưỡng trong khơng khí thể hiện cả hai dạng co ngót hố học và co
ngót khơ mà trong đó độ lớn về co ngót khơ là lớn hơn nhiều so với co ngót hố học.
Giá trị co ngót khơ được tìm thấy nằm trong khoảng 450-800μm/m. Các kết quả cũng
cho thấy rằng tất cả các thơng số được nghiên cứu đều góp phần làm co ngót nhưng với
mức độ khác nhau. Sự gia tăng khối lượng và kích thước của cốt liệu thơ để sản xuất bê
tơng được thấy thể hiện sự co ngót khơ ít hơn. Việc bổ sung SF thay thế xi măng được
thể hiện nói chung làm tăng căng co ngót. Nghiên cứu thống kê đã cho thấy rằng các
thông số sau, KLCL, W/C2, KLCL2, W/C*SF, W/C*GGBFS, KTCLT*SF,
KTCLT*KLCL, W/C*W*KTCLT, W/C*SF*GGBFS, và W/C*SF*KLCL là những
thống kê có ý nghĩa đến một mức độ tin cậy tới 90%.


Trong co ngót tự sinh, W/C được thấy là một tham số quan trọng. Các kết quả cũng cho
thấy tăng liều lượng phụ gia hóa học, phụ gia giảm nước (WRA) và phụ gia tăng độ
linh động (VEA), đã dẫn đến một sự gia tăng đáng kể về sức căng. Sức căng tự sinh đã
xảy ra khi có sự gia tăng áp lực mao mạch hút, xảy ra do tự khô.

ABSTRACT
Concrete undergoes volume change as it changes phases from plastic to solid. Volume
change due to water movement and losses within the concrete are referred to as chemical
and autogenous shrinkage and drying and plastic shrinkage are due to water exchange
with the surrounding environment. Shrinkage strains need to be investigated as they can
have detrimental effects on the serviceability, cracks and durability of concrete.
For this study, an experimental program was developed using fractional factorial
principles to investigate the effects of curing regime and concrete mixture namely, water
to cement ratio (w/c) , water content (w), maximum aggregate size (size), silica fume
replacement percent (SF), ground granulated furnace slag replacement percent (GGBFS),
and volume of coarse aggregate (CA), on the magnitude of autogenous and drying
shrinkage, first causes to cracks on concrete. A new test setup was developed to measure
autogenous shrinkage, capillary pressure and temperature. The results were found to
concur with those reported in the literature, i.e., moist cured samples exhibit chemical
shrinkage and that air cured samples exhibit both chemical and drying shrinkage and that
the magnitude of the latter is much greater than the former. Values of drying shrinkage
are found to range from 450 to 800μm/m. The results also revealed that all the
parameters studied do contribute to shrinkage but not to the same degree. An increase in
the volume and size of coarse aggregate is found to produce concrete that exhibits less
drying shrinkage strains. The addition of SF as cement replacement is found in general to


increase shrinkage strains. The statistical investigation has revealed that the following
parameters, CA volume, w/c2, CA2, w/c*SF, w/c*GGBFS, size*SF, size*CA,
w/c*w*size, w/c*SF*GGBFS, and w/c*SF*CA are statically significant to a 90%
confidence level.
For autogenous shrinkage, w/c is found to be a significant parameter. The results also
revealed that increasing the amount of chemical admixtures, WRA and VEA, has led to a
significant increase in strains. Autogenous strains were found to occur when there is a

rise in capillary suction pressure, occurring due to self-desiccation.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu và thực hiện của cá nhân tôi, với sự giúp
đỡ và hướng dẫn của PGS-TS Nguyễn Văn Chánh, Chủ nhiệm Bộ môn Vật liệu Xây
dựng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành
phố Hồ Chí Minh.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nội dung khoa học của cơng trình nghiên cứu này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 11 năm 2014.
Người thực hiện

Nguyễn Thanh Minh


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
NG.............................................................................................. i
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
NH................................................................................... iv
Ữ VI
ẾT TẮT................................................................................................ viii
CÁC CH
CHỮ
VIẾ
ƯƠ
NG 1
CH
CHƯƠ

ƯƠNG
GI
ỚI THI
ỆU MỤC TI
ÊU VÀ NHI
ỆM VỤ NGHI
ÊN CỨU...................................... 1
GIỚ
THIỆ
TIÊ
NHIỆ
NGHIÊ
1.1 Mở đầu........................................................................................................................1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài..............................................................................................1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................... 3
1.4 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu...............................................................................4
CH
ƯƠ
NG 2
CHƯƠ
ƯƠNG
ỆU BÊ TÔNG
TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ NỨT CỦA VẬT LI
LIỆ
NG............ 6
2.1 Giới thiệu.................................................................................................................... 6
2.2 Co ngót....................................................................................................................... 9
2.2.1 Co ngót hố học.....................................................................................................10
2.2.2 Co ngót tự sinh...................................................................................................... 14
2.2.3 Co ngót dẻo............................................................................................................26

2.2.4 Co ngót khơ........................................................................................................... 29
2.2.5 Co ngót do cacbonat hố....................................................................................... 33
2.2.6 Co ngót nhiệt......................................................................................................... 34
2.3 Kết luận.................................................................................................................... 35
ƯƠ
NG 3
CH
CHƯƠ
ƯƠNG
ÊN CỨU TH
ỰC NGHI
ỆM VỀ SỰ CO NG
ĨT KH
Ơ CỦA BÊ TƠNG
NGHI
NGHIÊ
THỰ
NGHIỆ
NGĨ
KHƠ
ÊN CƠ SỞ THI
ẾT KẾ CÁC TH
ÀNH PH
ẦN HỖN HỢP BÊ TÔNG ĐỂ
TR
TRÊ
THIẾ
THÀ
PHẦ
Ế NỨT............................................................................................................36

HẠN CH
CHẾ
3.1 Giới thiệu.................................................................................................................. 36
3.2 Hệ vật liệu sử dụng...................................................................................................36


3.2.1 Cốt liệu thô............................................................................................................ 36
3.2.2 Cốt liệu mịn........................................................................................................... 38
3.2.3 Vật liệu xi măng.................................................................................................... 39
3.3.4 Phụ gia cuốn khí.................................................................................................... 40
3.3.5 Phụ gia giảm nước hoặc siêu dẻo.......................................................................... 40
3.3.6 Phụ gia tăng độ linh động......................................................................................41
3.3 Thiết kế hỗn hợp bê tông.......................................................................................... 41
3.4 Quy trình thử nghiệm............................................................................................... 45
3.5 Các chỉ tiêu thí nghiệm.............................................................................................48
3.5.1 Cường độ nén bê tơng........................................................................................... 48
3.5.2 Độ co ngót............................................................................................................. 48
3.6 Kết quả thực nghiệm................................................................................................ 46
3.7 Kết luận.................................................................................................................... 66
ƯƠ
NG 4
CH
CHƯƠ
ƯƠNG
ỆN LU
ẬN, PH
ÂN TÍCH KẾT QU
Ả VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH
BI
BIỆ

LUẬ
PHÂ
QUẢ
ÁN ĐỘ CO KH
Ơ CỦA BÊ TƠNG
HỒI QUY ĐỂ TÍNH TO
TỐ
KHƠ
NG................................... 68
4.1 Giới thiệu.................................................................................................................. 68
4.2 Ảnh hưởng của chế độ bảo dưỡng đến độ co ngót................................................... 68
4.3 Ảnh hưởng của hỗn hợp bê tơng đối với co ngót khơ.............................................. 77
4.4 Co ngót tự sinh......................................................................................................... 81
4.5 Ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng và biến dạng co ngót trên cường độ
chịu nén của bê tơng....................................................................................................... 94
4.6 Phân tích thống kê.................................................................................................... 95
4.6.1 Các mơ hình hồi quy về co ngót đầy đủ................................................................ 95
4.6.2 Độ co ngót mơ hình hồi quy khơng bao gồm các biến tương tác..........................98
4.6.3 Hàm hồi quy co ngót bao gồm các loại phụ gia hóa học...................................... 98
CH
ƯƠ
NG 5
CHƯƠ
ƯƠNG
ẬN VÀ KI
ẾN NGH
TÓM TẮT, KẾT LU
LUẬ
KIẾ
NGHỊỊ............................................................... 100

5.1 Tóm tắt....................................................................................................................100
5.2 Kết luận.................................................................................................................. 100
a. Hàm hồi quy tổng co ngót........................................................................................ 102
b. Hàm hồi quy co ngót khơng bao gồm các biến tương tác........................................ 102
c. Hàm hồi quy co ngót bao gồm các biến phụ gia hố học.........................................102
5.3 Kiến nghị................................................................................................................ 102
ỆU THAM KH
ẢO..........................................................................................104
TÀI LI
LIỆ
KHẢ
Ụ LỤC.................................................................................................................... 108
PH
PHỤ
LÝ LỊCH TR
TRÍÍCH NGANG
NGANG........................................................................................113


i

DANH MỤC CÁC BẢNG
SỐ HIỆU

TÊN BẢNG

TRANG

Bảng 2.1

Các dạng nứt, nguyên nhân và thời gian gây nứt

6

Bảng 2.2

Co ngót hố học của hồ xi măng (Power, 1935)

10

Bảng 3.1

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cốt liệu thô

37

Bảng 3.2

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cốt liệu mịn

38

Bảng 3.3

Các chỉ tiêu lý - hoá của Xi măng PCB và GGBFS

39

Bảng 3.4

Các giá trị giới hạn trên và dưới của hỗn hợp bê tông

42

Bảng 3.5

Bảng thiết kế thành phần cấp phối - Phụ gia hoá

42

Bảng 3.6

Bảng thiết kế thành phần cấp phối - Cấp phối chính

43

Bảng 3.7

Bảng thiết kế thành phần cấp phối - Cấp phối chỉnh sửa

45

Bảng 3.8

Cường độ nén trung bình và độ lệch chuẩn của bê tông tại độ
tuổi 119 ngày của mẫu bảo dưỡng trong khơng khí và bảo
dưỡng ẩm

Bảng 3.9a

Sức căng co ngót 2 ngày tuổi đến 14 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng trong khơng khí của các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 3.9b

56

Sức căng co ngót 21 ngày tuổi đến 49 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng trong khơng khí của các cấp phối 36 đến cấp phối 66

Bảng 3.9f

55

Sức căng co ngót 2 ngày tuổi đến 14 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng trong khơng khí của các cấp phối 36 đến cấp phối 66

Bảng 3.9e

53

Sức căng co ngót 56 ngày tuổi đến 119 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng trong khơng khí của các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 3.9d

52

Sức căng co ngót 21 ngày tuổi đến 49 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng trong khơng khí của các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 3.9c

49

Sức căng co ngót 56 ngày tuổi đến 119 ngày tuổi của mẫu bảo

57


ii

dưỡng trong khơng khí của các cấp phối 36 đến cấp phối 66
Bảng 3.10a

Sức căng co ngót 2 ngày tuổi đến 14 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng ẩm của các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 3.10b

Bảng 4.5

74

Giá trị hiệp phương sai của sức căng co ngót hố học từ 2 ngày
tuổi đến 28 ngày các cấp phối 36 đến cấp phối 66

Bảng 4.4b

73

Giá trị hiệp phương sai của sức căng co ngót hố học từ 35
ngày tuổi đến 119 ngày các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 4.4a

72

Giá trị hiệp phương sai của sức căng co ngót hoá học từ 2 ngày
tuổi đến 28 ngày các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 4.3b

70

Giá trị hiệp phương sai của sức căng co ngót khơ và co ngót
hố học các cấp phối 37 đến cấp phối 66

Bảng 4.3a

64

Giá trị hiệp phương sai của sức căng co ngót khơ và co ngót
hố học các cấp phối 5 đến cấp phối 36

Bảng 4.2

63

Sức căng co ngót 56 ngày tuổi đến 119 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng ẩm của các cấp phối 36 đến cấp phối 66

Bảng 4.1

62

Sức căng co ngót 21 ngày tuổi đến 49 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng ẩm của các cấp phối 36 đến cấp phối 66

Bảng 3.10f

61

Sức căng co ngót 2 ngày tuổi đến 14 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng ẩm của các cấp phối 36 đến cấp phối 66

Bảng 3.10e

60

Sức căng co ngót 56 ngày tuổi đến 119 ngày tuổi của mẫu bảo
dưỡng ẩm của các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 3.10d

59

Sức căng co ngót 21 ngày tuổi đến 49 ngày tuổi của mẫu bảo

dưỡng ẩm của các cấp phối 5 đến cấp phối 35

Bảng 3.10c

58

75

Giá trị hiệp phương sai của sức căng co ngót hố học từ 35
ngày tuổi đến 119 ngày các cấp phối 36 đến cấp phối 66

76

Nhóm I - Cấp phối bê tông với tỉ lệ W/C=0.3

81


iii

Bảng 4.6

Nhóm II- Cấp phối bê tơng với tỉ lệ W/C=0.4

81

Bảng 4.7

Nhóm III - Cấp phối bê tơng với tỉ lệ W/C=0.5 và 0.6

82

Bảng 4.8

Mơ hình hồi quy tổng sức căng co ngót

96

Bảng 4.9a

Các chỉ số thống kê tổng sức căng co ngót với độ tin cậy 90%

97

Bảng 4.9b

Các chỉ số thống kê tổng sức căng co ngót với độ tin cậy 95%

97


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
SỐ HIỆU

Hình 1.1

TÊN HÌNH

TRANG

Hình ảnh mặt sàn cơng trình (Himlam Riverside) bị nứt do co
ngót

2

Hình 1.2

Dạng vết nứt thực tế mặt sàn cơng trình (Himlam Riverside)

3

Hình 2.1

Co ngót hố học (Paulini, 1996)

11

Hình 2.2

Sơ đồ phương pháp Dilatomery (Holt, 2001)

12

Hình 2.3

Sơ đồ giảm khối lượng mẫu (Holt, 2001)

13

Hình 2.4

Mức độ co ngót hố học theo thời gian (Tazawa và cs, 1999)

13

Hình 2.5

Tương tác co ngót tự sinh và co ngót hố học (Tazawa và cs,
1999)

Hình 2.6

Co ngót tự sinh và co ngót hố học theo thời gian (Hammer,
1999)

Hình 2.7

19

Ảnh hưởng của xỉ lị cao đối với co ngót tự sinh của vữa với tỉ lệ
nước - chất kết dính 1 - 1 theo thể tích (Lura và cs, 2003)

Hình 2.12

18

Ảnh hưởng của tro bay đối với co ngót tự sinh của vữa với tỉ lệ
nước - chất kết dính 1 - 1 theo thể tích (Lura và cs, 2003)

Hình 2.11

17

Ảnh hưởng của phụ gia siêu dẻo tới căng co ngót tự sinh của hồ
vữa (Lura và cs, 2003)

Hình 2.10

17

Ảnh hưởng của loại xi măng tới căng co ngót tự sinh của hồ vữa
với tỉ lệ nước - xi măng là 0.3 (Lura và cs, 2003)

Hình 2.9

15

Mối quan hệ giữa độ ẩm tương đối với áp lực lỗ rỗng dựa vào
quan hệ Laplace và Kelvin (Holt, 2001)

Hình 2.8

14

Ảnh hưởng của tỉ lệ nước - xi măng (W/C) đối với co ngót tự sinh

19

v

(Lura và cs, 2003)

20

Lắp đặt dụng cụ thử nghiệm bằng Embed Gauges (Tazawa và
cs, 1999)

22

Hình 2.14

Lắp đặt dụng cụ thử nghiệm bằng Supend Gauges (Holt, 2001)

22

Hình 2.15

Lắp đặt dụng cụ thử nghiệm gắn dụng cụ qua thành (Tazawa và

Hình 2.13

cs, 1999)
Hình 2.16

Lắp đặt dụng cụ thử nghiệm gắn dụng cụ khơng qua thành
(Tazawa và cs, 1999)

Hình 2.17

25

Co ngót tự sinh và áp lực mao mạch của bê tông trong 24 giờ
đầu (Holt, 2001)

Hình 2.20

24

Phương pháp đo co dọc của co ngót tự sinh (Nawa và Horita,
2004)

Hình 2.19

24

Lắp đặt dụng cụ thử nghiệm bằng laser trên bề mặt (Tazawa và
cs, 1999)

Hình 2.18

23

26

Dạng vết nứt do co ngót dẻo trên bề mặt của bê tơng (Minh
Nguyễn 2010)

27

Hình 2.21

Cơ chế nứt do co ngót dẻo (Newman và Choo, 2003)

28

Hình 2.22

Cơ chế co ngót khô theo lý thuyết của Power - những áp lực đẩy
nước khum xuống giữa hai hạt xi măng (Radocea,1992)

30

Hình 2.23

Ảnh hưởng của cốt liệu tới co ngót khơ (CCAA, 2002)

31

Hình 2.24

Ảnh hưởng của sự tập trung thể tích cốt liệu tới co ngót khơ
(CCAA, 2002)

Hình 2.25

Nứt co ngót khơ trên tấm tường - Các đường thẳng đứng và
ngang là các vị trí cốt thép trong tường ( Minh Nguyễn, 2010 )

Hình 2.26

31

33

Thay đổi ứng suất do co ngót và cường độ chịu kéo vật liệu bê
tông

34


vi

Hình 3.1

Biểu đồ thành phần hạt cốt liệu thơ 15mm

37

Hình 3.2

Biểu đồ thành phần hạt cốt liệu thơ 20mm

38

Hình 3.3

Biểu đồ thành phần hạt cốt liệu mịn

39

Hình 3.4

Lắp đặt cho thí nghiệm đo co ngót tự sinh

48

Hình 3.5

Sức căng theo thời gian

51

Hình 3.6

Nhiệt độ theo thời gian

51

Hình 3.7

Áp lực mao mạch theo thời gian

52

Hình 4.1

Ảnh hưởng của lượng GGBFS đối với co ngót tại độ tuổi 119

ngày

Hình 4.2

Ảnh hưởng của lượng GGBFS và SF đối với co ngót tại độ tuổi
119 ngày

Hình 4.3

80

Ảnh hưởng của phụ gia giảm nước đối với co ngót tại độ tuổi 119
ngày

Hình 4.5

79

Ảnh hưởng của khối lượng cốt liệu thơ đối với co ngót tại độ tuổi
119 ngày

Hình 4.4

78

80

Mối liên quan giữa nhiệt độ và thời gian các cấp phối số 44 và 55
82

Hình 4.6

Sức căng co ngót tự sinh theo thời gian các cấp phối số 44 và 55

83

Hình 4.7

Áp lực mao mạch theo thời gian các cấp phối số 44 và 55

83

Hình 4.8

Nhiệt độ theo thời gian các cấp phối số 61 và 66

84

Hình 4.9

Sức căng co ngót tự sinh theo thời gian các cấp phối số 61 và 66

85

Hình 4.10

Áp lực mao mạch theo thời gian các cấp phối số 61 và 66

85

Hình 4.11

Nhiệt độ theo thời gian các cấp phối số 50 và 61

86

Hình 4.12

Sức căng co ngót tự sinh theo thời gian các cấp phối số 50 và 61

87

Hình 4.13

Áp lực mao mạch theo thời gian các cấp phối số 50 và 61

87


vii

Hình 4.14

Nhiệt độ theo thời gian các cấp phối số 53 và 61

88

Hình 4.15

Sức căng co ngót tự sinh theo thời gian các cấp phối số 53 và 61

89

Hình 4.16

Áp lực mao mạch theo thời gian các cấp phối số 53 và 61

89

Hình 4.17

Nhiệt độ theo thời gian các cấp phối số 39 và 44

90

Hình 4.18

Sức căng co ngót tự sinh theo thời gian các cấp phối số 39 và 44

91

Hình 4.19

Áp lực mao mạch theo thời gian các cấp phối số 39 và 44

91

Hình 4.20

Nhiệt độ theo thời gian các cấp phối số 64 và 66

92

Hình 4.21

Sức căng co ngót tự sinh theo thời gian các cấp phối số 64 và 66

92

Hình 4.22

Áp lực mao mạch theo thời gian các cấp phối số 64 và 66

93

Hình 4.23

Tương quan cường độ nén mẫu bảo dưỡng ẩm và bảo dưỡng tự
nhiên

94


viii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Ý nghĩa

W/C

Tỉ lệ nước - xi măng

W

Lượng nước

KTCL

Kích thước cốt liệu lớn nhất

X

Lượng xi măng

SF

Silicafume

GGBFS

Xỉ lị nghiền

KLCLT

Khối lượng cốt liệu thơ

WRA

Phụ gia giảm nước

VEA

Phụ gia tăng độ linh động

AEA

Phụ gia cuốn khí

CA

Hàm lượng cốt liệu thô (%)

OPC

Xi măng nguyên chất

PCB

Xi măng hỗn hợp

JCI

Viện Bê tông Nhật Bản

CP

Cấp phối

CCAA

Hiệp hội Xi măng và Bê tông Úc

ASTM

Tiêu chuẩn Mỹ

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

cs

Cộng sự

BASF

Tên thương hiệu phụ gia của Đức


1

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
1.1 Mở đầu
Bê tông là vật liệu xây dựng được ưa chuộng sử dụng nhất trên toàn thế giới do dễ sử
dụng, cường độ nén cao, độ cứng cao, độ bền dài lâu, chi phí tương đối thấp, và nó có
khả năng tạo hình thành bất kỳ hình dạng nào một cách dễ dàng kể cả được sử dụng
ngay cả dưới nước. Một trong những nhược điểm chính của vật liệu bê tông là khả

năng kháng kéo yếu; dưới tác dụng của ứng suất bản thân, ứng suất cơ học, các vết nứt
có thể xuất hiện và phát triển qua đó làm cho bê tông dễ bị nhiều tác động môi trường
có thể ảnh hưởng đến độ bền và cường độ của nó. Các nhà nghiên cứu và các kỹ sư đã
tập trung nghiên cứu trong nhiều thập kỷ qua về việc tăng cường các tính chất của vật
liệu bê tơng đặc biệt là cường độ chịu nén, khả năng làm việc, và khả năng chống nứt.
Tương tự như vật liệu xốp khác, bê tông trải qua sự thay đổi thể tích, q trình này thể
hiện sự co ngót hoặc trương nở bê tơng; co ngót bê tơng là ngun nhân lớn dẫn đến
nứt trong thời gian đầu và làm yếu đi khả năng chịu lực và độ bền của nó. Có rất nhiều
dạng co ngót có ảnh hưởng đến bê tơng, cụ thể là co ngót khơ, co ngót tự sinh, co ngót
hố học, co ngót do cacbonát hố, co ngót do nhiệt, và co ngót dẻo.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời gian vừa qua, trên địa bàn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và cả
nước nói chung các sự cố gây ra những nứt vỡ cơng trình thường xảy ra khá nhiều.
Khơng những các cơng trình nhỏ mà ngay cả các cơng trình lớn cấp đặc biệt cũng hay
gặp những sự cố này như : Nhà máy nước Thủ Đức, Cầu Thủ Thiêm qua sơng Sài Gịn,
các đốt hầm dìm của Hầm Thủ Thiêm đang thi công .v.v..


2

Hình 1.1 Hình ảnh mặt sàn cơng trình (Himlam Riverside) bị nứt do co ngót
Hiện nay hiện tượng nứt bê tơng rất phổ biến tại các cơng trình xây dựng khách sạn, thuỷ
điện, cầu, đường hầm xuyên qua núi. Đặt biệt là các vết nứt kèm theo sự rò rỉ nước như
sàn mái, bể chứa nước, đường hầm trong giao thơng và thuỷ điện, làm giảm tuổi thọ của
cơng trình và gây lên nhiều lo âu, tranh cãi giữa chủ đầu tư, đơn vị thi công và tư vấn thiết
kế. Tác động nhiều tới tâm lý của người sử dụng và đặc biệt là hiệu ứng của xã hội về
chất lượng cơng trình.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lâu của kết cấu cơng trình bê tơng được sử
dụng phổ biến trong các cơng trình cơ sở hạ tầng trong đó có hiện tượng nứt bê tơng.
Nứt bê tơng là hiện tượng thường gặp trong cơng trình xây dựng trong cuộc sống. Các vết

nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân. Các vết nứt trông thấy được
thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông. Các vết
nứt trông thấy thường liên quan đến khả năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho


3
sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bê tông và tiếp cận cốt thép hay các thành
phần của cấu trúc xây dựng và dẫn đến huỷ hoại cấu trúc cơng trình.

Hình 1.2 Dạng vết nứt thực tế mặt sàn cơng trình (Himlam Riverside)
Có rất nhiều ngun nhân dẫn tới nứt vật liệu bê tông, với thời gian có hạn, đề tài nghiên
cứu chủ yếu về nứt do co ngót của vật liệu bê tơng.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu này là để kiểm tra thực nghiệm các thông số khác nhau ảnh
hưởng đến bê tông lúc ban đầu, là thời điểm mà khả năng gây nứt là cao nhất và cả co
ngót dài hạn. Co ngót tự sinh xảy ra trong thời gian đầu của bê tơng, trong khi co ngót
do tác nhân hóa học và co ngót khơ có thể xảy ra trong một thời gian dài hơn nhiều.
Chương trình thực nghiệm được lập dựa trên thiết kế với sáu thơng số chính: tỉ lệ
nước/xi măng, hàm lượng nước, kích thước lớn nhất của cốt liệu, tỉ lệ xỉ lò cao nghiền,
silica fume để thay thế xi măng, và khối lượng thể tích của cốt liệu lớn. Từ đó, qua các


4
kết quả nghiên cứu thực nghiệm xây dựng mơ hình hồi quy để xác định mức độ co ngót
nhằm hạn chế nứt do vật liệu bê tông do nguyên nhân này gây ra.
1.4 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
Phần nghiên cứu lý thuyết về nứt vật liệu bê tông chỉ đi sâu về các nguyên nhân
gây co ngót mà từ đó hình thành các vết nứt. Phần thực nghiệm là quan trắc trực
tiếp trên mẫu thông qua các thiết bị thí nghiệm để đo co ngót tự sinh, co ngót hố
và co khơ. Tất cả các thơng số về điều kiện khí hậu, thời tiết, độ co ngót, tốc độ

thoát hơi nước bề mặt và quan trắc nứt cũng đều được thực nghiệm chi tiết.
Luận văn này có năm chương. Chương đầu tiên cung cấp một mô tả ngắn gọn về các
chủ đề nghiên cứu và xác định các mục tiêu, nhiệm vụ của nghiên cứu này. Chương 2
trình bày một nghiên cứu tổng hợp tài liệu về các loại ngun nhân gây nứt bê tơng do
co ngót cùng với cơ chế của nó, các phương pháp kiểm tra, kiểm soát các yếu tố, và các
kỹ thuật giảm thiểu tác động.
Chương 3 trình bày về hệ nguyên vật liệu sử dụng, các thiết kế cấp phối thực nghiệm
dựa trên cơ sở thiết kế từng yếu tố thành phần để nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng
số khác nhau có ảnh hưởng đến giá trị sức căng co ngót. Chương này cũng đề xuất
phương pháp thử nghiệm, các quy trình thử nghiệm, và trình bày các kết quả thực
nghiệm thu được.
Chương 4 là chương phân tích các số liệu thực nghiệm qua đó đánh giá sức căng co
ngót hố học, sức căng co ngót tự sinh và co khơ, và đồng thời cũng xem xét sự khác
nhau giữa cường độ nén bê tông trong điều kiện bảo dưỡng ẩm và bảo dưỡng tự nhiên,
từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng tới co ngót. Sức căng co ngót ở các tuổi khác nhau
được mơ hình hố tốn học bằng cách sử dụng các kỹ thuật hồi quy. Ý nghĩa thống kê
của các thông số kiểm tra được đánh giá đối với sức căng co ngót ở các tuổi khác nhau.
Mối quan hệ giữa độ co tự sinh, áp lực mao mạch, nhiệt độ, và các thành phần hỗn hợp


5
cũng được đề cập trong chương này. Các hàm hồi quy về co ngót được thiết lập trong
phần cuối của chương.
Chương 5 thể hiện phần tóm tắt của tồn bộ nghiên cứu này, kết luận và kiến nghị cũng
được trình bày trong chương này.


6

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ NỨT CỦA VẬT LIỆU
BÊ TƠNG
2.1 Giới thiệu
Vật liệu Bê tơng là một hỗn hợp của xi măng, nước và cốt liệu. Xi măng và nước tạo
thành keo (hồ vữa) bao bọc và liên kết các thành phần cốt liệu mịn và cốt liệu thơ. Xi
măng Portland là một vật liệu thuỷ hố vì nó phản ứng với nước và biến đổi hỗn hợp
không đồng nhất để thành một khối rắn chắc. Các thuộc tính của vật liệu rắn hình thành
được đặc biệt quan tâm, nhất là cường độ nén và sức căng co ngót. Các tính chất này có
liên quan đến thành phần cấp phối cũng như các tính chất của hỗn hợp bê tơng. Trong
hai tính chất quan trọng này thì sự co ngót, nguyên nhân được coi là yếu tố lớn gây nứt
đầu tiên của vật liệu bê tơng.
Ta có thể tóm tắt phân loại các trạng thái nứt của vật liệu bê tông theo bảng sau :
Bảng 2.1 Các dạng nứt, nguyên nhân và thời gian gây nứt.
Stt

Trạng
thái nứt

1

2

Sa lắng

Co dẻo

Dạng nứt

Nguyên nhân chủ yếu

Quanh khu vực Cấp phối thiết kế kém dẫn
cốt thép

đến dư nước, đầm lâu

Theo đường

Bay hơi nước nhiều qúa

chéo hay rải rác

nhanh và sớm

Thời gian xuất hiện

10 phút đến 3 giờ

30 phút đến 6 giờ