Ebook bê tông cường độ cao phần 2

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 củ a n ộ t loạ

C hương 5BIẾN 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 c h ế 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 m inh 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 d o 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 n ỏ của BT C Đ C (biến d ạn g 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 kh ô n g 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 k ế 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 đ ó rút ra xu hướng chung của co ngót ở BT CĐC từ thành phần của chúng Tiếp đó xem xét m ột 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, m uội silic, phụ gia )

2.1 C ơ c h ế lý - h oá củ a co n g ó t bẻtôn g thường

Hai chỉ tiêu nội tại kiểm soát các biến dạng tự do của bêtông: nhiệt độ và hàm lưựng nước tự do

T.1 biết rằng nhiệt độ bêtông có thể biến đổi theo thời gian, hoặc do thủy hóa (các

p h àr 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 siá n 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

m ột 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

củ a n ộ t loại "tiền ứng suất ẩm") tăng, ứ n g xử của hệ thay dổi phu thuộc không chỉ vào

sự piân bô kích thước lỗ rỗng m à còn vào khả năng biến dạng tổng thể, liên quan tới độ

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 m ẫu 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

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 xim ăng có cùng tỷ số N/X khi xem xét đến hàm lượng CỐI liệu và m ôđun đàn hồi của cốt liệu đã được Hansen và

A lm udaiheem 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 m ong 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 đ ộ 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 m ôđun 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

ánh hướng lới co ngót, nhưng cíine có những loại đá m à 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

B êtôns 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 m ột 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 xim ãng đó sẽ cao Đ ộ mịn của xim ãng 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 trừximíum 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 xim ăng 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 n só t 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

k h ó n s 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 Muộisilic 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 ã n 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 tăn5 từ 10 - 2 0 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

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 dù n g 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 T hêm 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

B ản g 5.1 T ổn g hợp các yếu tô tác đ ộn g đến 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

1700 X 10' 6

7300 X I0' 6

Co ngót nội sinh

(tự thay đổi cấu trúc)

Mất nước trong lỗ mao quảnTrị số nhỏ hơn co ngót của hổ xịmãngTãng nhiêt độ

Tăng hàm lượng ximăngKhông bị ảnh hưởng của N/X

40 X 10~6 (1 tháng)

100 X 10'6 (1 năm) rất thấp so với co ngót dẻo (ướt)

Co ngót khô

Mất nước tự do và nước hấp thụ

ít đá và có cường độ thấp hơn cường độ ximăng

Đá có đường kính lớnHàm lượng đá nhỏ hơn 6 6%Tính đàn hồi cốt liệu đá không là đá vôi và đágranít, quăczít

Tính chất và loại ximãngPhụ gia siêu dẻo ảnh hưởng ít đến co ngótPhụ gia mịn tăng co ngót (tro bay, xỉ lò cao)

Muội silic chỉ tăng co ngót ở giai đoạn sau

10,000 X 10' 6

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’ x 6’ x 7’ x 8’ x9’ x 10’ X11> ^12)trong đó:

X ị - tỷ lệ N/X;

x^>- hàm lượng ximăng;

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 rư ờng 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 k g /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 dù n g 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 ch ế 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

Xét về phương diện nước, ta biết rằng tất cả các phản ứng thủy hóa của xim ăng 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 m ột 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 m uộn (co nqót ílo m ấ t 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 m ất 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% H R), xảy ra hiện tượng ngược lại: nước thâm nhập vào bêtông và vật liệu bị nở (gần đây đã đo trên một

lo ạ iB T C Đ C )

2.3.4 M ộ t vài \’í dụ

Báng dưới đây giới thiệu các biến dạng tự do của các BT C Đ C và rất cao khác nhau,

đo trên m ẫu 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 c o nội tại của loại bêtông này lớn hơn loại

so sánh - tính đến việc tháo khuôn m uộn - và độ co do m ất 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 m ất nước

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 c h ế 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

3

R T C Đ R C ( 1 0 )

4

B T C Đ C ( 1 0 )

5

B I C Đ C ( 1 4 )

6

B T C Đ R C ( 1 6 )

7

B T C Đ C ( 1 2 , 1 3 )

4 21

CPJ 55

2 6 6

V ô ì

C a ( O H ) 2 KI

M u ộ i silic - - 3 6 3 6 3 6 4 2 4 0 81 Phụ gia

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 m ặt (co đo giảm độ ẩm) D ĩ nhiên dần tới hiện tượng nứt bể mặt ít hơn và do đ ó 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 k ế lựa chọn m ột biện pháp thi công nào

đó để kiểm soát được co ngót và dẫn tới thiết k ế m ột loại vật liệu

3 T ừ biến của BT C Đ C 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 C Đ C ở Pháp: của cầu Joigny (M 60 không dù n g m uội silic), cầu Pertuisel (M65 dùng muội), trên m ột loại BT CĐC đặc biệt c h ế tạo nhằm hạn ch ế các vết nứl trong một lò phản ứng hạt nhân và m ột loại BT C Đ R C (M 90) ứng d ụ n g cho m ột công trình xây dựng Các kết quả được phân tích dựa trên những hiểu biết hiện thời về cơ c h ế của hiện tượng từ biến Các kết quả quan trọng nhất là chỉ số đ ộ n g 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 m ột 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 m ôi 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 m ột m ẫu 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;

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 m ẫu không chịu tải, quá trình m ất 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 m ột phần quan trọng hiện tượng từ biến do m ất 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

Mau dưới tác dụng của tải trọng không đổi

16

Biến dạng

nm-'m

Thời gian

H ình 5.7 Biến (hiỉtỊi dừỉi hồi

Ví) Ị ừ b iế n c i h ỉ hê lô n ị*

Từ biến và phục hổi từ biến là hiện tượng liên quan, nhưng bản chất của chúng thì

k h ổ n g rõ ràng Sự thực là từ biến chí phục hổi một phấn do đó phần này có thể gồm có

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 đ ộ biến dạng nhớt và ứng suất tác dụng, và giữa ứng suất và biến dạng tại m ột thời điểm cụ thể Những loại biến dạng khác nhau này có thể được tổng kết như trong bảng 5.3

Đàn hồi-muộn 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 nh ư từ biến của m ẫu thử tương tự chịu cùng tải trọng ứng suất nén tại thời diểm t ị Phục hồi từ biến là sự khác nhau của biến dạng thực tại thời điểm bất kỳ và biến dạng d ự 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 d ỡ tải cao hon biến dạng dư được dự đoán theo nguyên tắc tổng hợp từ biến D o 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 m ẫu 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 N ó chứng tỏ rằng từ biến

là hiện tượng đàn hồi chậm m à sự phục hồi hoàn toàn nói c h u n g 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

n hớ rằng nguyên tắc tổng hợp này gây ra sai sót nhỏ có thể bỏ qua trong điều kiện bảo

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.

V ân 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

ch u y ên 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 m ao 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 xim ăng 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 m uộn 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 ch ế của từ biên Có thể hiếu rằng tốc độ giảm với cơ chế eiống nhau liên tục và rộng khắp,

n h ư n s 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

cùng giá trị so với giá trị trung bình của ứng suất thay đổi ú n g 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, c h ú n g ta phải c h ấp nhận rằng cơ c h ế thực củ a từ b iến vẫn chưa được xác định

3.5 A n h hư ởng của từ biến đến k ế t cấu bêtôn g

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 đ ó 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 k ế về vấn đề này Tuy nhiên, trong kết cấu cột lệch tâm, từ biến tăng tạo ra sự m ất

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

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

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 ph á n 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 b ê tô n g tăng từ b iến g iảm (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(m uội silic, hoăc tro nhẹ )-

7 Ảnh hưởng của phụ gia đến từ biến của bêtỏng

- X im ăng có phụ ẹia thì từ biến cao hơn

- Bêtôníỉ sử dụ n s phụ ơia cữne lãng từ biến

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 k h í thấp thì từ biến cao (sự m ất m át 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 m ẫu thử (do mất m át 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 m ức 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 C ấc k ết q u ả thực ngh iệm tại L C P C (Pháp)

T hí nghiệm được thực hiện trên các m ẫu trụ đường

kính 160 m m và dài 1 m Các m ật cắt cách đầu mút 250

m m , 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 m m , trong đó

quy tắc Navier-Bemoulli được áp dụng Việc b ố trí đối

xứng các insert cho phép giải phóng các hiệu ứng uốn

kèm theo

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 m ột ứng vói mặt cắt trên) Với m ột 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

KÍCH TÁNG LƯC KIỂU F

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 êtô n g cầu J o ig n y

Thành phần bêtông cầu Joigny như sau:

B ảng 5.4 Thành phần bêtỏng cầu Joign y

* 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

Đ ể so sánh, ta đưa các giá trị tương ứng trong phụ lục 2 ("Biến d ạn g của bêtông") của BPEL:

B ảng 5.6 T ừ biến của bêtông thường theo tiêu ch u ẩn B P E L 83

B êtôn g cầu P ertu iset

Với việc xây dựng cầu Pertuiset (bêtông G ị), 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 thàn h phần b êtông thử ngh iệm khi xây dự n g cầu P ertuiset

Biến dạng của bêtòng G1

Ghi chú' Mầu chiu lực 4,75 MPa

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 s au:

- 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 ,

t h e o t u ổ i đ ặ t t à i 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 ĩ hay doi vói lìỉòl chí sô (lộni* ỉihcíỉih hơn hêtònạ íhĩtòny (29% íroniị 24ỈÌỈ).

B êtỏn g lò p h ả n ứng nhà m áy C ivau x

Trong khuôn khổ xây dựng nhà m áy hạt nhân C ivaux, m ột nghiên cứu thành phần

BT CĐC đã được thực hiện bởi LCPC với E D F (C ông ty điện lực Pháp) và x í ng h iệp Fourgerolle M ục đích là cải thiện độ kín k h í của lò, m à vẫn đảm bảo thi công trong những điều kiện thông thường của công trường

T ính đến độ nứt lớn d o n h iệ t khi xây d ự n g loại k ết cấu n ày , B T C Đ C tru y ền th ố n g ,

dù đ ộ đặc cao , vẫn có nhược đ iểm về toả n h iệt khi th ủ y h ó a và co n g ó t nội tại N gược lại, khi thêm vào x im ăn g các ch ất độ n k h o á n g toả n h iệt ít (bụi vôi haý m uội silic), có thê nhận được m ột loại BT C Đ C (7 0 M Pa ở 28 n g ày ), c h ặ t và ít bị nứt

Thành phần BT CĐC đề xuất dùng cho lò phản ứng C ivaux như sau:

Biến dạng từ biến khi có hoặc kh ô n g 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

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 ản g 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 )

Mẫu được bảo vệ

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

(20°c, 50% H R ) 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 m ỗi loại bêtông Từ các kết quả đó, có thể đưa ra các nhận xét sau:

Bêtông CĐ C 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 tro n g k h o ản g từ 30 đến 70% , tùy th eo m ức đ ộ ảnh hưởng của v iệc sấy khô, với lò phản ứng, khi sấy k h ô k h ô n g q u á 1/3 m ặt c ắt, độ giảm là 30 đến 4 0 %

B étôn g cường độ rấ t cao

Trong luận án tiến sĩ của m ình, De L arrard đã nghiên cứu từ biến của BT C Đ R C có thành phần thoả m ãn 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 p h ần BT C Đ R C và các đ ặc trưng cư học chu yếu

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

L arrard giải thích sự giảm này, hết sức đơn giản là do giảm thể tích các hyđrát tạo thành trong vữa BT CĐ RC , cũng như d o 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 ộ t 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 CĐ R C

Hình 5.7 Biến lỉạnạ khác nhau cùa ỉ ĩ ĩ CDRC

va l o ạ i h ê i ò n x i hi i m kht ìo, í ỏ Ị ii kì í Ui iìỉìiỉ :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 m ất nước giảm m ạnh, 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

C hương 6NGHIÊN CỨU ÚNG DỤNG BÊTỒNG CƯỜNG ĐỘ CAO

1 M ột sô đặc tính được cải tiến của BT C Đ C

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 bêtô n g 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 T heo tiêu chuẩn M ỹ

và A nh, 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 ch ế vết nứt cùa bètông, đồng thời còn ánh hường đến m ột

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 CĐ C bằng khoảng 10% Cường độ chịu kéo có thê được xác định trực tiếp hoặc gián tiếp (thông q ua cường độ ch ịu kéo bửa (A STM C496) hoặc kéo uốn (ASTM C78))

Các nghiên cứu cũng cho thấy cường độ bêtông tăng thì m ô đ u n đàn hồi tăng đ án g 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 củabêtông 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 N hưng 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)

Bêtông thường

Bêtông cường độ cao

Hình 6.1 c 'úc (lặc tinh ( í /lìỌí cúu BT C D C Stì vơi ìĩétỏii[> thường

Bảng 6 la Gác đặc tính cơ học của BT C Đ C

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

bêtông có cường độ 55 H- 70 MPa Bâng 6 l b giới thiệu m ột sô' cầu trên thế giới sử dụng

BT CĐC

Các nghiên cứu về BT C Đ C trong các dầm cầu bêtông d ự 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

m ột đơn vị chiều dài kết cấu Đ ối 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 k ế các cấu kiện bêtông dự ứng lực Từ biến của BT CĐC giảm làm hạn ch ế các m ất m át ứng suất trong dầm dự ứng lực (hình 6.2 , 6.3, 6.4 )

B ảng 6.1b M ột sô cầu sử d ụ n g B T C Đ C

(m)

prwbmax(MPa)

Bètõne; CĐC còn đươc sử dụng c h o các mố, trụ cầu Các nghiên cứu cho thấy việc lăng cường độ thiết kế từ 30 MPa lên 60 MPa cho phép giảm kích thước m ặt cắt ngang trụ đường sắt 36% Các nghiên cứu cũnc cho thấy với việc tăng cường độ thiết k ế từ 30 MPa lên 4 0 và 80 MPa thì mặt cắt ngang cua từng trụ cầu đường bộ có thể giảm đi 13%

và 56% Đ ối với trụ cầu treo, BT CĐC được sử dụng đê có kết cấu thanh m ảnh, giảm tải trọng bản thân và có hình th ứ c họp thẩm mỹ

Trong các công trình nsoài khơi: dìins BT CĐC eiảm dược trọng lượng bản thân, tăng

độ bền c h o kết cấu

3 N ghiên cứu ứng dụng BT C Đ C cầu Joigny - Pháp

3.1 H o à n cảnh thử nghiệm công trình Joỉgny

Kết q u ả của các chương trình khoa học và nghiên cứu lý thuyết dẫn dắt bởi nhiều cộng tác viên trong Dự án cấp nhà nước "Các con đường phát triển mới của vật liệu bêtông" tạo ra theo ý kiến của nhiều người và từ sau năm l l)87 - các điều kiện cần thiết thích hợp với Tiêu chuẩn Pháp về thiết kê và tính toán các công trình bêtông cốt thép và bctông d ự ứng lực (BAEL và BPEL)

Đ ể tín h đến các điều kiện cần thoả m ãn n ày , việc thực h iện m ộ t c ô n g trìn h thử

n g h iệ m là hết sức cần thiết C ônq trình thực n g h iệm này cần k h ai th ác lợi ích của

BT CĐC:

- Khá năng ch ế tạo được BT CĐC tại các công trường truyền thống, với cốt liệu và trạm trộn bêrông ứng suất trước ờ địa phưong

- Tính kinh tế của m ột thiết k ế "cường độ cao"

- Sự thích ứng của việc thi công loại vật liệu này với tính lưu biến khác biệt so với bêtông truyền thống

- Khả năng thay th ế trong tương lai toàn bộ vật liệu ứng suất trước, khi sửa đổi độ bền của cáp theo đ ộ bền lớn của các loại bêtông này

Vì lý do đó m à sở nghiên cứu công nghệ đường và đường ôtô - SETRA và CETE Lyon đề xuất sử dụng phần còn trống, vượt qua sông Y onne trên hướng đi của quốc lộ 6

ở Joigny, để thực hiện công trình thử nghiệm bằng BT CĐC

Đ ây là lần đầu tiên xây dựng m ột cây cầu được thiết k ế trên cơ sở bêtông có cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày là 60 M Pa và chưa từng sử dụ n g loại bêtông này trong kết cấu truyền thống như đã làm ở đây

Loại bêtông này cần được thực hiện từ những vật liệu truyền thống không thêm m uội silic và cung cấp bởi m ột hoặc nhiều các nhà m áy bêtông c h ế tạo sẩn thông thường, có trong khu vực Việc đổ bản m ột lần, với các lý do kinh nghiệm như ta sẽ xét sau này, cho phép c h ế tạo gần như "công n g h iệp ” khoảng 1000 m3 BT CĐC liên tục

Tóm lại, thực nghiệm chủ yếu đã chứng tỏ khả năng c h ế tạo m ột công trình bình thường bằng bêtông m ác 60, từ các "công cụ" truyền thống củ a sản xuất, không cần các phương tiện xây dựng đặc biệt và do đó chứng tỏ tính khả thi của công tác này

3.2 Thiết k ế kết cấu: 3 nhịp, 2 sườn, 1 d ự ứng lực n goài

C ông trường được chọn tương đối tốt đối với việc xây dựng m ột công trình thử nghiêm , m ột phần nhờ sự đơn giản của tuyến (cầu thẳng) và phần khác nhờ ứng suất đạt vào nhỏ (vượt khẩu độ 39,00 m)

V iệc xét đến tính kinh tế và m ỹ thuật nhanh chóng đưa đến thiết k ế m ột công trình 3 nhịp, đối xứng cơ học với các khẩu độ: 34,00 m - 46,00 m - 34,00 m

Úng suất đặt vào do sử dụng BT CĐC và do đặc trưng thực nghiệm của công trình có

thể được tóm tắt như sau:

- N hận được ứng suất nén cao trong bêtông

- Có thể tiến hành các phép đo thực nghiệm với độ tin cậy lớn nhất

Cuối cùng, lựa chọn hai sườn cao 2,20 m với dự ứng lực dọc ngoài trên toàn bộ bêtông Vấn đề lo ngại là di chuyển trong các điều kiện thực nghiệm đơn giản, ngoài ra dẫn tới thi công công trình ở vòm chính bằng cách đổ bêtông m ột lần (không .)

Bản m ặt cầu gồm 3 làn xe 3,50 m và hai đường cứu hộ 2,25 m hay 15 m giữa các lan can bảo vệ, khoảng cách giữa các sườn là 8 m

Dự ứng lực ngoài được đảm bảo bởi 13 cáp 27T15 siêu xoắn, cho tổng cộng ứng suất trước khoảng 58 M N khi khai thác Các cáp này được neo trong m ột khối ứng suất trước

nằm ngang đặt ở mỗi đầu nhịp, đảm bảo sự phân bố dự ứng lực trong bản m ặt cầu

C liúns được đặt lệch trên hai trụ trung gian, ở giữa nhịp giữa và nhạy cảm ở giữa mỗi nhịp biên (hình 6.5)

Việc lựa chọn một dự ứng lực ngoài toàn bộ cho thấy nhiều ưu điểm :

- Làm giảm nhẹ đáng kê kết cấu so với công trình dự ứng lực trong, cho phép giảm thể lích sườn;

- Có thể thay thế toàn bộ dự ứng lực, đặc biệt quan tâm trong trường hợp công trình

BT CĐC, được xem ỉà bền hơn bêtông thường;

- Trên quan điểm thực nghiệm, có thể biết ứng suất kéo trong cáp với độ chính xác cao

Dư án dự báo việc áp dụng mớ rộng các tiêu chuẩn BAEL và BPEL với m ột vài chú ý nhỏ (K n = 1,5; E jj = 43 000 MPa)

Chú ý rằng chiều cao bản nhỏ cho phép đặt trắc dọc thấp nhất, dẫn đến lợi ích kinh tế dối với đất đắp trên đường dẫn

3.3 Tiến hành tại công trường

3.3.1 Kết cấu phần dưới

Các trụ được xây dựng theo 6 giai đoạn chính:

- Thực hiện việc kè bằng cách đóng coc ván bắt đau tìr 2 kè có các gối hình ống, được nâng lên, để phục vụ cho các gối tạo vòm

- Dựng ván khuôn và đổ bêtỏng thân trụ

V iệc xây dựng các m ố gồm 3 giai đoạn:

- Thi công hai tường chắn 2,70 X 0,60 - chiều dài 16 m;

- Đ ổ bêtông tường đỉnh;

- Thi công tường cánh bằng bêtông trắng trong đất và gắn với tường đỉnh.

Hình 6.5 B ố trí cốt thép DƯL của côn ự trình

3 3 2 V ò m và ván khuôn

D ầm cầu được xây dựng trên m ột vòm chính (hai nhịp thông thuyền rộng 20m ) tạo thành từ thép hình HEB 1000 (nhịp chính) và HEB 500 (nhịp biên) đặt trên các xà mũ HEB 600 dài 18 m Các gối của xà m ũ gồm 3 hàng cọc:

- 4 ống <|) 660 m (dầy 9 m m ) với nhịp biên;

- 8 ống (ị) 760 m (dầy 8 m m ) với gối trung gian của vòm giữa

Các cọc bên phải trụ và trên bờ là cột L am bert SL 40 và thép hình HEB 360 dọc.Trên cột này đặt m ột sàn ván ghép chính tạo thành từ các sườn kim loại, phục vụ đồng thời làm nền đường công vụ, làm đáy khuôn dành cho sườn và làm bản đ ỡ cho cột chống của ván khuôn giữa và phần hẫng

Đối với ván khuôn, quá trình thi công sườn và tất cá các tấm xiên được thực hiện tron<: nhà máy Việc lắp ráp thép hình, đặt sàn ván ghép va lắp ván khuôn được thực

h iệ n trong 5 tuần

Đặt lưới thép đặt vào, sau khi tiến hành các bước trên, tronỉỉ 6 tuần

3.3.3 D ự ứ n q lực

Dự ứng lực được thực hiện bởi công ty VSL

Công trình được tạo ứrm suất trước ngang dọc theo các khối (bloc) đầu dầm Với m ỗi

đ ầ u , bó cáp bao gồm 8 cáp 19 T 15 s theo chiều dầy của khối và 11 cáp 4 T 15 s theo

ch iều dầy bản m ặt cầu

Dự ứng lực dọc tạo bởi 13 cáp 27 T 15 s, loại 1770 TBR, đặt ngoài bêtông

Dầm ngang bằng bêtông cốt thép dầy 1 m Các hình xuyến chứa cáp được đặt trong

’VỎ bằng polyêtylen trong mờ, nối với nhau bẳng các mối nối hàn nhiệt V iệc đi qua các

d ầ m ngang và khối đầu dầm được đám bảo bởi các ống kim loại m ạ kẽm (dầy 4,5 m m ) làm đệm dẫn Các neo dạng Ed 6.31 cho phép tháo rời Hai vị trí chờ được để lại để thêm dự ứng lực nếu cần

Các m ố được thiết kế với một huổng để kéo cho phép can thiệp bên trong nếu cần.Giai đoạn kéo tiến hành như sau:

• Giai đoạn 1 (khoảng 7 ngày): F j = 40 MP;i

- Kéo cáp ngang:

+ 4 cáp 19 T 15 s ở đầu;

+ 6 cáp 4 T 15 s ở đầu;

- Kéo chênh lệch cáp ngang;

- Sau khi bỏ ván khuôn (làm sạch hộp cát) kéo hai cáp 27 T 15 s Sau khi dỡ vánkhuôn trong, liên kết và kéo hai cáp mới

• Giai đoạn 2: F nj = 60 MPa

- Sau khi thi công kết cấu thượng tầng nhịp biên, kéo 4 cáp cuối cùng Chính tronggiai đoạn này, ứng suất nén lớn nhất đạt được trong BT CĐC

- Việc bơm vữa các cáp dọc được thực hiện bằng vữa xim ăng CPA 55 FC

3.4 B T C Đ C và việc thỉ công bêtông

3.4.1 Nẹlìiên cứu thành phần

Các nghiên cứu đầu tiên về khả năng thực hiện dược tiến hành m ột m ặt ở Phònglìííhiên cứu Cầu Đ ườns Autun trước khi đưa vào đấu thầu và m ặt khác tại BetónBourgogne (BCB)

Tiển nghiên cứu này dã đưa BCB tới 3 thành phần cơ bàn sử dụng:

- C ùng m ột loại xim ăng

- Các cốt liệu tương tự

- Phụ gia dẻo và rắn chậm khác nhau

M ột nghiên cứu chuyên sâu đã được thực hiện, gồm các đặc trưng sau:

- Thành phần: khung cốt liệu, tỉ lệ N /X , thời gian nhào trộn;

Đ ặc biệt, c h ế tạo BT CĐC đòi hỏi sử dụng phụ gia dẻo với hàm lượng lớn để giảm lượng nước nhào trộn khi vẫn bảo đảm độ lưu động tốt M ột sai sót trong việc lựa chọn

"vật liệu thành phần - ch ế tạo - vận chuyển" sẽ dãn đến các thay đổi lớn về độ dẻo của bêtông nhận được ở công trường

Các vấn đề trên đây dẫn đến m ột công thức thành phần vào tháng 9 năm 1988 bao gồm:

là 90 M Pa ở 28 ngày với xim ăng cường độ cao 64,2 M Pa ở 28 ngày

Phần cuối cùng của phương pháp b ao gồm :

- H oàn thiện quá trình thi công để tối ưu hóa sản xuất tại trạm trộn (Passy)

- Đ ặt trạm trộn G urgy, trạm trộn dự trữ ở công trường

3.4.2 Ttĩùnìi ph ầ n c ơ bản đ ể thi cônq bêtônq

Tham khảo k ế hoạch đảm bảo chất lượng chung, công ty và nhà cung cấp bêtông đã thiết lập m ột k ế hoạch đảm bảo chất lượng khi đổ liên tục 1000 m3 BT CĐC T rong đó,