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

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 ch

Trang 1

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

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – NĂM 2017

Trang 2

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

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

Trang 3

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

Trang 4

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

Trang 5

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

Trang 6

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

Trang 7

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

Trang 8

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

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

Trang 9

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

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

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 99

Trang 10

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

Trang 11

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

A diện tích của tiết diện quy đổi

b, h chiều rộng, chiều cao tiết diện

b

s



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

'

, ,

bo so so

I I I 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

1

e

I mô men quán tính của tiết diện chưa nứt

I mô men quán tính của tiết diện quy đổi

Trang 12

R cường độ chịu nén tính toán của bê tông

'

,

s s

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

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

Wred mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi

      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

Trang 13

  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

   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

  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

Trang 14

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

Trang 15

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

Trang 16

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 PL29 Hình PL1 11 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-6 theo thời gian t PL30

Trang 17

Hình PL1 12 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-6 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

Trang 18

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 PL43Hình PL5 1 – Chuẩn bị vật liệu cho công tác thí nghiệm PL49Hình PL5 2 – Công tác thí nghiệm thành phần hạt PL49Hình PL5 3 – Công tác chế tạo mẫu đo biến dạng co ngót PL50

Trang 19

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 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

Trang 20

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

Trang 21

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 3

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

Trang 22

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 lu ận án

Trang 23

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 2 C 0 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

Trang 24

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 rađối 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

Trang 25

pháptính toán hệ số từ biến của bê tông theo thời giantrên cơ sởkết quả thí nghiệm đo độ võng dài hạn củadầmbê 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 2  o Cvà 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

Trang 26

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA

BÊ TÔNG 1.1 Co ngót của bê tông

Co ngót của bê tông là quá trình giảm khối tích của bê tông khi đông cứng trong không khí Hiện tượng co ngót liên quan tới quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lượng nước khi bê tông khô cứng [ 6 ]

Biến dạng co ngót của bê tông chủ yếu phụ thuộc vào 3 nhóm yếu tố chính sau:

- Các yếu tố liên quan tới cấp phối vật liệu chế tạo bê tông: hàm lượng xi măng, tỷ lệ nước/ xi măng (N/X), thành phần cốt liệu đá, độ sụt, độ rỗng… Đối với mỗi quốc gia, mỗi khu vực đều có quy định về vật liệu chế tạo đặc trưng

- Các yếu tố liên quan tới môi trường: hai yếu tố môi trường có liên quan đến biến dạng co ngót của bê tông là nhiệt độ và độ ẩm Hai yếu tố này cùng tác dụng đồng thời gây nên biến dạng co ngót Ứng với mỗi quốc gia, mỗi vùng miền đều có các dải nhiệt độ và độ ẩm đặc trưng riêng

- Các yếu tố liên quan tới hình dạng kết cấu: hình dạng kết cấu ảnh hưởng đến biến dạng co ngót thường được thể hiện qua tỷ lệ giữa diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường và thể tích của kết cấu

Việc nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông đã được một số nhà khoa học trong nước quan tâm, nhưng chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết thông qua các tư liệu và kết quả thí nghiệm đã công bố trong các tài liệu khoa học nước ngoài Công tác nghiên cứu thực nghiệm trong nước còn rất hạn chế Một số nghiên cứu riêng lẻ về biến dạng co ngót bê tông đã được tiến hành cho thấy biến dạng co ngót lớn hơn nhiều so với các công thức dự báo của một số tiêu chuẩn nước ngoài phổ biến ở nước ta

Co ngót được phân chia thành co ngót khô, co ngót mao dẫn, co ngót tự sinh, co ngót cacbonat, co ngót nhiệt Khi bê tông được đặt ở trạng thái bão hòa nước, hiện

Trang 27

tượng trương nở sẽ xảy ra Nghiên cứu của Neville và Brooks (1990) [ 79 ] trên Hình 1 1 chỉ ra sự thay đổi độ ẩm trong bê tông với biến dạng co ngót đảo chiều được và không đảo chiều được cũng như tính trương nở của bê tông

Hình 1 1 – Thay đổi độ ẩm trong bê tông khi khô từ tuổi t o tới khi bão hòa

1.2 Các yếu tố chính ảnh hưởng tới co ngót

Các yếu tố ảnh hưởng tới co ngót đã được tổng hợp chi tiết trong ACI 224R-01 [

23 ], ACI 209.1R-05 [ 26 ] Trong phạm vi luận án, tác giả đề cập nghiên cứu các yếu tố chính có ảnh hưởng tới co ngót của bê tông nặng thông thường không có phụ gia

Dưỡng hộ trong không khí

Dưỡng hộ trong nước

Trang 28

Ảnh hưởng của số lượng cốt liệu và đặc tính của chúng trong bê tông chiếm giá trị đáng kể đối với biến dạng phụ thuộc thời gian Nó được coi như là thành phần đóng vai trò cản trở biến dạng trong bê tông khi co ngót xảy ra ở vữa xi măng Với một khối lượng vữa không đổi, thành phần cốt liệu tăng hoặc cốt liệu có mô đun đàn hồi cao sẽ làm giảm co ngót Yếu tố ảnh hưởng đến co ngót của bê tông là tổng thể tích cốt liệu trong cấp phối, nó làm hạn chế co ngót của vữa xi măng Pickett (1956) [ 83 ] chỉ ra rằng co ngót của bê tông S c liên quan tới co ngót của vữa xi măng S p và thể tích của cốt liệu g theo công thức (1 1)

1.2.3 Tỉ lệ Nước - Xi măng

Biến dạng co ngót của bê tông bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ Nước – Xi măng (N/X), đây cũng là yếu tố liên quan trực tiếp tới cường độ bê tông Thành phần nước trong cấp phối có ảnh hưởng nhiều tới độ bền của vữa Theo Smadi (1987) [ 73 ], Blanks (1940) [ 38 ] , Viện Khoa học Xây dựng Nga [ 100], tiêu chuẩn Anh Quốc [ 43] đồng ý với quan điểm khi tỉ lệ N/X tăng lên thì cường độ và độ đặc chắc của bê tông đều bị giảm và biến dạng co ngót tăng Tiêu chuẩn Anh Quốc cho rằng bê tông có lượng nước từ 150 – 230 lít thì quan hệ biến dạng co ngót tăng theo lượng

Trang 29

nước Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu của Swapnil (2007) [ 87], Boris Haranki (2009) [ 39] cho thấy quan hệ giữa co ngót và tỉ lệ N/X là không rõ ràng

1.2.4 Hình dạng và kích thước kết cấu

Kết quả nghiên cứu của các tác giả đi đến kết luận kích thước kết cấu tăng thì co ngót giảm Biến dạng co ngót có quan hệ với tỉ lệ thể tích và diện tích bề mặt Thí nghiệm của Hansen và Mattock (1966) [ 59 ] cho kết quả biến dạng co ngót giảm khi tỉ lệ thể tích trên bề mặt tăng

Tốc độ co ngót tỉ lệ nghịch với tỉ lệ thể tích của kết cấu (V) và diện tích bề mặt (S)

được chỉ ra ở công thức (1 2) trong ACI 224R-01 [ 23 ]:

co ngót 1 2

V S

1.2.5 Thời gian và phương pháp bảo dưỡng

Perenchio (1997) [ 82 ] nghiên cứu quan hệ giữa chu kỳ bảo dưỡng ẩm và co ngót khô cho bê tông có tỉ lệ N/X khác nhau và chỉ ra rằng chu kỳ bảo dưỡng lớn hơn từ

4 đến 8 ngày và nhỏ hơn từ 35 tới 50 ngày có thể làm tăng co ngót khô

1.2.6 Nhiệt độ môi trường

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới co ngót bê tông nhỏ hơn so với ảnh hưởng của độ ẩm CEB FIP 2010 [ 45 ] giới thiệu công thức dự báo tốc độ phát triển co ngót theo thời gian xấp xỉ 6% và sự phát triển của co ngót tới hạn là 15% khi nhiệt độ tăng từ

23oC tới 60oC với độ ẩm không đổi

1.2.7 Độ ẩm môi trường

Co ngót bị ảnh hưởng chủ yếu do độ ẩm môi trường bên ngoài Bê tông sẽ trương

nở khi ngâm trong nước Công thức biểu diễn quan hệ co ngót và độ ẩm h, đơn vị

%, được chỉ ra ở công thức (1 3) trong ACI 224R-01 [ 23 ]:

Trang 30

Giá trị của hệ số b dao động từ 1 tới 4

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

Nhận định chung của các tác giả đối với bê tông nặng thông thường không phụ gia đều cho rằng khi tăng thể tích vữa (giảm thể tích cốt liệu) sẽ dẫn tới tăng co ngót của bê tông Nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi tăng tỉ lệ N/X dẫn tới co ngót tăng Tuy nhiênmột số các tác giả khác lại cho rằng ảnh hưởng của N/X là nhỏ hoặc kết quả không rõ ràng Tăng thành phần xi măng, và thể tích vữa dẫn tới tăng co ngót Cốt liệu ảnh hưởng tới biến dạng co ngót và có chức năng như bộ khung xương của bê tông Vì vậy, tăng tỉ lệ cốt liệu làm giảm co ngót Với cốt liệu có độ cứng lớn cung cấp khả năng hạn chế co ngót cao hơn Một vài loại cốt liệu có nhu cầu nước cao hơn sẽ làm tăng co ngót Các nhà nghiên cứu đều đi đến kết luận chung là nếu bê tông được bảo dưỡng ẩm sớm và liên tục sẽ làm giảm lượng co ngót bê tông

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

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

Theo ACI 209R-92 [ 21 ], biến dạng co ngót của bê tông, ký hiệu  , là sự suy csgiảm thể tích của bê tông theo thời gian và sự suy giảm này là kết quả của quá trình mất nước trong bê tông do bay hơi với sự kết hợp của quá trình lý - hóa xảy ra khi

bê tông phát triển cường độ Biến dạng co ngót được xác định bằng tích của biến dạng co ngót tới hạn cs u với hàm thời gian dạng hypebolic và các hệ số điều chỉnh Mô hình dự báo biến dạng co ngót được áp dụng cho bê tông được dưỡng hộ

ẩm hoặc chưng hấp những ngày đầu Công thức xác định biến dạng co ngót được biểu diễn qua phương trình (1 4) dưới đây:

Trang 31

t: thời điểm tính từ lúc kết thúc dưỡng hộ ban đầu, ngày;

k: hệ số có giá trị bằng 35 khi bê tông được dưỡng hộ ẩm và bằng 55 trong trường hợp dưỡng hộ chưng hấp;

 su: biến dạng co ngót tới hạn Trong trường hợp bê tông được chế tạo và dưỡng hộ ở điều kiện tiêu chuẩn, biến dạng co ngót tới hạn được lấy bằng

780m m/ Trong các điều kiện phi tiêu chuẩn, cs u được xác định bằng công thức (1 5)

 cs u 780      vs s  c (m m/ ) (1 5)Trong đó các hệ số  , vs, s, ,  lần lượt là hệ số điều chỉnh độ ẩm, tỉ lệ thể c, tích trên diện tích bề mặt, độ sụt, tỉ lệ cốt liệu mịn, hàm lượng xi măng, hàm lượng khí

1.3.2 Tiêu chuẩn châu Âu CEB FIP 2010 [ 45 ]

Mô hình tính toán biến dạng co ngót của bê tông CEB FIP 2010 [ 45 ] do Ủy ban

Châu âu và Quốc tế về bê tông (Euro-International Committee for Concrete) được

sử dụng cho bê tông có cường độ chịu nén dao động từ 12 MPa đến 80 MPa, độ ẩm môi trường thay đổi từ 44% đến 99% và nhiệt độ thay đổi từ 0

5 C đến 0

30 C Theo CEB FIP 2010, biến dạng co ngót của bê tông, ký hiệu là cs( , )t t s , được biến diễn gồm tổng của biến dạng co ngót tự sinh cas( )t và biến dạng co ngót khô cds( )t Các thành phần biến dạng của bê tông cas( )t , cds( )t được xác định lần lượt theo (1 6), (1 7)

Trang 32

f - cường độ chịu nén trung bình của bê tông ở tuổi 28 ngày, MPa;

RH – độ ẩm tương đối của môi trường, %;

h – kích thước quy ước của của mặt cắt ngang của cấu kiện được xác định theo công thức (1 8)

2A c h u

c

A- diện tích tiết diện ngang của kết cấu bê tông;

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

t – tuổi của bê tông, ngày;

 , ds1, ds2- là hệ số phụ thuộc vào loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông;

1.3.3 Tiêu chuẩn Châu Âu EUROCODE 2 [ 47 ]

Trong tiêu chuẩn Eurocode 2 mô hình tính toán biến dạng co ngót được thiết lập cho bê tông có cấp độ bền từ C20/25 đến C90/105 và trong điều kiện độ ẩm môi trường dao động từ 20% đến 100% Biến dạng co ngót của bê tông, ký hiệu là

Trang 33

f - cường độ chịu nén trung bình của bê tông, MPa; f cmo10MPa

RH - độ ẩm tương đối của môi trường, %;

1

ds

 , ds2- là hệ số phụ thuộc vào loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông;

1.3.4 Tiêu chuẩn Anh quốc BS 8110 [ 42 ]

Trang 34

Tiêu chuẩn BS 8110 [ 42 ] không đưa ra công thức toán học dự báo biến dạng co ngót Sự phát triển biến dạng co ngót được biểu diễn dưới dạng đồ thị cho các chu

kỳ 6 tháng và 30 tháng như trên Hình 1 2 Những điều kiện cơ bản để có thể dự báo biến dạng co ngót của bê tông theo BS 8110 gồm:

- Bê tông thường trọng lượng riêng từ 2000-2800 kg/m3 và có cường độ chịu nén dao động từ 25 đến 40 MPa;

- Bê tông làm việc ở điều kiện bình thường được chế tạo không phụ gia giảm nước trong hỗn hợp trộn;

- Bê tông có lượng nước cơ bản khoảng 190 l/m3;

- Khi lượng nước nước thay đổi từ 150 l/m3 tới 230 l/m3 thì biến dạng co ngót có thể xem như tỉ lệ tương ứng với sự thay đổi của lượng nước

Hình 1 2 - Biến dạng co ngót của bê tông theo BS 8110 [ 17 ]

1.3.5 Viện Khoa học Xây dựng Nga [ 100 ]

Biến dạng co ngót tương đối được xác định theo công thức

 , w N , 7 1 2 3

Trang 35

   - các hệ số lấy theo bảng lập sẵn, phụ thuộc vào thời gian dưỡng hộ

bê tông, độ ẩm môi trường và mô đun bề mặt mở của cấu kiện;

6

0.14 *10

cs

K   cho bê tông nặng;

W và V là tỷ trọng (theo thể tích) của nước và khí trong hỗn hợp bê tông lít/m3

Biến dạng co ngót tại thời điểm t tính theo công thức (1 17)

1.3.6 Tiêu chuẩn Úc AS3600 [ 33 ]

Công thức tính toán biến dạng co ngót là tổng biến dạng do biến dạng co ngót nội sinh (co ngót hóa học) csevà biến dạng co ngót do khô csd

Trang 36

1 0.8

0.15h

t k

k - giá trị bằng 0.7 cho vùng khô hạn;

0.65 cho vùng nội địa;

0.6 cho vùng nội địa có nhiệt độ ôn hòa;

0.5 cho vùng nhiệt đới hoặc vùng gần bờ biển;

Biến dạng co ngót do khô cơ bản được tính toán

Trang 37

Lưu ý: Bê tông bị khô sớm dẫn đến co ngót do hút nước mao dẫn Nó dẫn đến nứt

cấu kiện và kết cấu làm việc kém, đặc biệt là các sàn lộ thiên Số lượng co ngót từ hút nước phụ thuộc điều kiện xung quanh và hỗn hợp bê tông, và có thể lớn hơn co ngót tổ hợp từ các nguyên nhân khác Do đó, nó là quan trọng để tránh bị khô quá mức của bê tông lúc bắt đầu của đổ bê tông và cho tới khi kết thúc quá trình dưỡng

hộ

1.3.7 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012 [ 15 ]

Theo TCVN 5574: 2012 [ 15 ], ảnh hưởng do co ngót của bê tông được tính toán dựa trên tổn hao ứng suất của kết cấu ứng lực trước Hao ứng suất do co ngót cho

bê tông cấp bền B35 và thấp hơn: 40 MPa, cho cấp bền B40: 50 MPa, cho cấp bền B45 và lớn hơn: 60 MPa

Hao ứng suất do co ngót theo thời gian được biểu diễn theo công thức

4

100 3

l

t t

 

Trong đó t là thời gian tính theo ngày từ khi kết thúc đổ bê tông

1.3.8 Tiêu chuẩn Nhật Bản JCSE 2007 [ 62 ]

Tính toán biến dạng co ngót bê tông được chia làm hai trường hợp Một là sử dụng cho bê tông thường có cường độ chịu nén tới 55 MPa và cho bê tông cường độ cao

có cường độ chịu nén từ 55 MPa đến 120 MPa Các công thức này được sử dụng khi bê tông ở tuổi 3 tới 90 ngày, tỉ lệ N/X từ 0.4 tới 0.65, nhiệt độ dao động từ 0oC tới 40oC

Đối với bê tông thường, biến dạng co ngót được xác định như sau:

0.56 0

V S

Trang 38

S: Bề mặt tiếp xúc của kết cấu với không khí (mm2);

V/S: Tỉ lệ thể tích/Bề mặt (mm), 100mm V 300mm

S

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

Phần lớn các tiêu chuẩn xác định biến dạng co ngót theo thời gian từ giá trị co ngót tới hạn thông qua công thức toán học có dạng hàm mũ hoặc hyperbolic Như vậy,

có thể xác định được giá trị biến dạng co ngót tại bất cứ thời điểm nào kể từ khi đổ

bê tông

Biến dạng co ngót của bê tông diễn ra trong một quá trình lâu dài kể từ khi vật liệu

bê tông được chế tạo và phụ thuộc vào các thông số khác nhau như cấp phối vật liệu chế tạo bê tông đến yếu tố độ ẩm môi trường, … Đối với các công thức toán học dự báo biến dạng co ngót, việc có kể đến các thông số ảnh hưởng này sẽ cho phép nâng cao độ chính xác của công thức dự báo

Các thông số ảnh hưởng tới co ngót được thể hiện đầy đủ nhất trong mô hình của ACI 209R [ 24 ], Viện Khoa học Xây dựng Nga [ 100 ] Trong đó, hai thông số cơ bản ảnh hưởng đến biến dạng co ngót mà các công thức tính toán đều kể đến là bề dày của cấu kiện và độ ẩm của môi trường

Trang 39

Trong số các thông số liên quan đến cấp phối vật liệu chế tạo bê tông thì xi măng được đề cập đến trong hầu hết các công thức tính của tiêu chuẩn ACI 209R, EC2, CEB FIP 2010 Trong khi đó, các công thức tính của Nga, JSCE 2007 [ 62 ] lại chú trọng tới hàm lượng nước

Công thức trong hai tiêu chuẩn Châu âu Eurocode 2 [ 47 ] và CEB FIP 2010 [ 45 ]

có nhiều điểm tương đồng khi cùng kể đến các thông số ảnh hưởng như nhau Trong đó, biến dạng co ngót được phân chia thành hai thành phần là co ngót tự sinh

và co ngót khô Mặc dù có sự phân chia biến dạng co ngót như vậy nhưng số lượng các thông số ảnh hưởng mà hai công thức này đề ra nhỏ hơn số lượng các thông số ảnh hưởng có mặt trong công thức của ACI 209R [ 24 ]

Đối với cấp phối vật liệu, trong công thức ACI 209R [ 24 ] có sự phân chia rõ ảnh hưởng của từng thông số như lượng xi măng, độ sụt, tỷ lê cốt liệu mịn Ở đây, đặc điểm chung thể hiện khá rõ nét là sự thay đổi độ lớn của chúng tỷ lệ với biến dạng

co ngót của bê tông Các tiêu chuẩn AS3600, Eurocode 2 [ 47 ] và CEB FIP [ 45 ] không phân rõ ảnh hưởng của các thông số nêu trên trong công thức tính toán mà gộp chung vào thông số cường độ của bê tông Tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 phân chia tính toán co ngót theo các cấp bền khác nhau thông qua hao ứng suất kết cấu

dự ứng lực Cách thức này chỉ có thể chấp nhận được trong điều kiện có những quy định chặt chẽ, rõ ràng về cấp phối vật liệu bê tông sử dụng cho từng loại bê tông

Thông số ảnh hưởng liên quan đến điều kiện môi trường là độ ẩm, được kể đến trong mô hình tính toán và trên thực tế đây cũng chính là các thông số đóng vai trò quyết định đối với biến dạng co ngót của bê tông Liên quan đến điều kiện bảo dưỡng ban đầu của bê tông, thông số này chỉ được kể đến trong mô hình ACI 209R [ 24 ]

Đồ thị biểu diễn biến dạng co ngót của bê tông theo BS 8110 [ 42 ] chỉ phụ thuộc vào hai thông số ảnh hưởng là bề dày cấu kiện và điều kiện môi trường BS 8110 [

42 ] đã chỉ rõ đây là đồ thị áp dụng cho bê tông thông thường có lượng nước 190

Trang 40

/

l m và chỉ áp dụng cho bê tông có cường độ thay đổi trong một khoảng nhỏ Cách làm như vậy phù hợp đối với việc sử dụng đồ thị để dự báo biến dạng co ngót Nó sẽ không khả thi trong trường hợp khi biến dạng co ngót cần kể đến ảnh hưởng của nhiều hơn hai thông số kể trên

Xuất phát từ thực tế biến dạng co ngót của bê tông chịu ảnh hưởng của nhiều thông

số khác nhau, các mô hình tính toán biến dạng co ngót của bê tông trình bày ở trên, trừ mô hình BS 8110 [ 42 ], đều được mô tả bằng các công thức toán học phức tạp, với nhiều hệ số thực nghiệm Các hệ số này được xác định thông qua các thông số ảnh hưởng, có ý nghĩa quyết định đến độ chính xác của các công thức tính toán

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

- Biểu diễn biến dạng co ngót của bê tông bằng các mô hình toán học được áp

dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của các nước tiên tiến trên thế giới Tuy nhiên do đặc thù của biến dạng co ngót của bê tông diễn ra trong thời gian dài với rất nhiều các thông số ảnh hưởng nên các mô hình toán học biểu diễn chúng thường phức tạp

- Công thức tính toán của của các tiêu chuẩn hiện hành phù hợp với phân tích toán

học và nghiên cứu cơ chế vật lý, có thể dự báo biến dạng co ngót phụ thuộc thời gian dưới bất kỳ điều kiện nào

- Thông số đầu vào là các giá trị cho trước mà các kỹ sư biết đến ở giai đoạn thiết

kế, như: cường độ đặc trưng bê tông, tuổi bê tông ở thời điểm bắt đầu khô hoặc chịu tải, kích thước cấu kiện, độ ẩm môi trường, …

- Công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian thường được biểu diễn dưới dạng hàm mũ hoặc dạng hàm hyperbolic

- Từ các số liệu thực nghiệm kết hợp với các công thức dự báo có sẵn theo công thức của nước ngoài, có thể xây dựng được mô hình dự báo co ngót phù hợp hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam, áp dụng trong công tác thiết

kế tại địa phương

Định dạng
Số trang	183
Dung lượng	6,05 MB