2. Co ngót và nở của bêtông cường ựộ cao (biến dạng tự do)
2.3. Trường hợp bêtông cường ựộ cao
Nếu ta gọi bê tông cường ựộ cao là bê tông có cường ựộ ựặc trưng lớn hơn 60 Mpạ Xét tới các yêu cầu về .ựộ chặt, ựộ công tác và tắnh kinh tế, ựưa ựến hoặc
sử dụng một lượng xi măng lớn (lớn hơn 400 kg/m3), hoặc cần một chất kết dắnh phụ, phổ biến nhất là muội silic; tuy nhiên một công trình bằng bê tông cường ựộ hơn 80 Mpa ựã ựược thực hiện gần ựây không dùng muội silic mà nhờ tro bay chất lượng caọ Trong tất cả các trường hợp, việc sử dụng phụ gia siêu dẻo là cần thiết, với liều lượng phù hợp nếu ta muốn khống chế ựược ựộ dẻo của vật liệu (bảo dưỡng trong thời gian thông thường).
2.3.1. Trước khi ninh kết: co ngót dẻo
Sau khi thi công, bê tông tươi có thể mất một phần nước do bay hơị Khi không có muội silic, các dịch chuyển của nước trong bê tông tươi khó hơn, và co ngót Ộnội tạiỢ tăng - tương ứng với co ngót cục bộ ngoài nứt của bê tông khi cân bằng với môi trường, sự phân bố tốt hơn của các lỗ rỗng. Khi ựó, vật liệu chịu co ngót dẻo; nứt lớn có thể hình thành sau khi ựổ, cần phòng ngừa bằng bảo dưỡng cẩn thận.
2.3.2. Trong khi ninh kết và rắn chắc: các hiện tượng nhiệt và co ngót nội tại
Tổng lượng nhiệt toả ra khi ninh kết tăng theo hàm lượng xi măng. Tuy nhiên, vì cần tương hợp với phụ gia, người ta thường lựa chọn xi măng có hàm lượng aluminát thấp, nhìn chung toả nhiệt ắt. Như vậy, bê tông cường ựộ cao không có muội silic, về phương diện toả nhiệt, thuộc loại ..trong các bê tông công trình. Trong khi ựó, muội silic ựóng vai trò thúc ựẩy sự thủy hóa xi măng. Ngược lại, sự kết hợp của chúng với vôi trong xi măng (phản ứng puzôlan) chỉ ựi kèm với một sự toả nhiệt nhỏ, như ựối với tro baỵ Còn với xỉ lò cao, sự phân bố nhiệt phụ thuộc trực tiếp vào ựộ hoạt tắnh của chúng, theo cách mà các hạt tốt nhất, dùng thay thế xi măng, không làm giảm quá trình toả nhiệt tổng thể.
Xét về phương diện nước, ta biết rằng tất cả các phản ứng thủy hóa của xi măng ựều dẫn tới giảm thể tắch (co Le Chatelier) dù vật liệu chuyển từ trạng thái hai pha sang trạng thái ba pha, không gian rỗng giữa các hyựrát không bão hoà. Khi ựó, ựộ co nội tai, liên quan tới quá trình tự mất nước thường lớn hơn trong trường hợp bê tông cường ựộ caọ Kết quả là, sự thủy hóa hoàn toàn xi măng ựòi hỏi một lượng nước bằng, theo một số tác giả, 25 ựến 35% khối lượng của nó. Tỉ lệ N/X của bê tông cường ựộ cao thường nhỏ hơn 0.40, lượng nước thừa sau thủy hóa là rất nhỏ. Với bê tông cường ựộ cao, ựộ ẩm bên trong giảm tức thời xuống dưới 100%, và phản ứng thủy hóa dừng lại hoàn toàn trước 28 ngày, trừ khi nếu nó ựược cấp thêm nước từ bên ngoài (trường hợp mẫu bảo quản trong bể nước). Với cùng một tỉ lệ N/X, muội silic làm tăng ựộ co nội tai, bằng cách làm cấu trúc vi mô Ộtinh tế hơnỢ.
Bắt ựầu từ ván khuôn, khi ựộ ẩm môi trường nhỏ hơn trong lỗ rỗng của bê tông, nước di chuyển từ trong ra phắa ngoài cấu kiện, dẫn ựến co ngót tổng thể, trung bình của co ngót cục bộ với các phần không nứt. Khi ựo nước tiêu thụ bởi quá trình tự mất nước không bao gồm lượng nước trao ựổi với bên ngoài, co do mất nước càng nhỏ khi co nội tai càng lớn. Khi cường ựộ bê tông tăng (trường hợp bê tông cường ựộ rất cao), ựộ biến dạng giảm (mô ựun ựàn hồi và từ biến), dẫn tới ựộ co cuối cùng nhỏ.
Trong trường hợp bê tông ựặt trong môi trường có ựộ ẩm lớn (100% HR), xảy ra hiện tượng ngược lại: nước thấm nhập vào bê tông và vật liệu bị nở (gần ựây ựã ựo trên một loại bê tông cường ựộ cao).
2.3.4. Một vài vắ dụ
Bảng dưới ựây giới thiệu các biến dạng tự do của các bê tông cường ựộ cao và rất cao khác nhau, ựo trên mẫu trụ 160x1000 mm, chiều dài cơ sở là 500 mm. Với mỗi loại bê tông, các mẫu có hai dạng bảo dưỡng. Bảo dưỡng bằng alumin (không trao ựổi ựộ ẩm với môi trường bên ngoài) cho phép ựo ựược co nội tai từ khi tháo khuôn, xuất hiện sau 24 h, trừ các loại bê tông 2 và 8 có phụ gia ninh kết chậm ựòi hỏi tháo khuôn muộn hơn (tương ứng là 3 và 27 ngày). Các mẫu khác ựược bảo quản ở nhiệt ựộ 20 ổ 1 0C, với ựộ ẩm tương ựối 50 ổ 10%.
Bê tông loại 1 là bê tông công trường với thành phần truyền thống, ựể xây dựng một công trình ứng suất trước (thành trong của nhà máy nguyên tử). đưa vào nhằm mục ựắch cho một loại bê tông tốt ựể so sánh.
Loại bê tông số 2 là bê tông của cầu Joignỵ Bê tông không muội silic, có cường ựộ ngày 28 lớn, dù tỉ lệ N/X tương ựối caọ độ co nội tai của loại bê tông này lớn hơn loại so sánh Ờ tắnh ựến việc tháo khuôn muộn Ờ và ựộ co do mất nước của nó rất nhỏ. Ngược lại, nó ựặc biệt toả nhiều nhiệt, do hàm lượng xi măng lớn.
Loại bê tông 3, 4, 5 là các bê tông có hàm lượng muội silic lớn, chế tạo với cùng thành phần nhưng lượng nước khác nhau (tỉ lệ N/X tăng). Sự biến ựổi mức ựộ co ngót ngược với sự thay ựổi của co nội tại và co do mất nước.
Loại bê tông 6 là bê tông cường ựộ rất cao với thành phần tối ưu, ựặc biệt ắt nước. độ co nội tại lớn hơn bê tông không dùng muội silic, tuy nhiên nhỏ hơn loại bê tông số 3, và ựộ co ngót tổng cộng thuộc loại nhỏ nhất với tất cả các thành phần, ựiều này chứng tỏ khi ựạt ựến cường ựộ này với một lượng vữa kết dắnh nhỏ, ựộ cứng của vật liệu hạn chế khá lớn các biến dạng tự dọ
Bê tông số 7 có thành phần ựặc biệt ựể xây dựng các kết cấu khối lớn (chiều dầy lớn hơn 1 m), thường bị nứt do nhiệt. Nhờ sự toả nhiệt nhỏ và gần như không co nội tại, hiện tượng nứt bị triệt tiêu (12, 13). Ta thấy rằng ựộ co nội tại không
phải là một Ộkhuyết tật buộc phải cóỢ của bê tông cường ựộ cao dùng muội silic. Nó chỉ lớn khi ta giảm tỉ lệ N/X.
Cuối cùng, loại bê tông 8 là một Ộtò mòỢ của phòng nghiên cứụ Từ ý tưởng Ộbê tông La mãỢ (không xi măng), nó ựược chế tạo ựể nghiên cứu các biến dạng khác nhau do các hyựrát tạo thành duy nhất bởi phản ứng puzôlan. độ co nội tại âm (nghĩa là khi thay ựổi ựộ ẩm, nó nở tức thời). Từ ựó kết luận co nội tại của bê tông cường ựộ rất cao liên quan mật thiết ựến tỉ lệ N/X nhỏ, mà không liên quan tới ựộ co thể tắch nguồn gốc hoá học lớn hơn của vữạ
Bảng 5.2. Co ngót của một số loại bê tông cường ựộ cao và rất cao ựo bởi LCPC
BT 1 BT thường (12 13) 2 BT CđC (14) 3 BT CđRC (10) 4 BT CđC (10) 5 BT CđC (14) 6 BT CđRC (16) 7 BT CđC (12 13) 8 BT thường XM CPJ 55 350 CPA CđC 450 CPA CđC 456 CPA CđC 453 CPA CđC 453 CPA 55 421 CPJ 55 266 Vôi CăOH)2 81 Bụi vôi - - - 66 99 Muội silic - - 36 36 36 42 40 81 Phụ gia dẻo* - 4.5 7.0 6.6 3.6 7.9 3.6 5.8 PG rắn chậm** - 0.9 0.5 0.5 0.5 - - - Nước 195 168 151 175 188 112 166 181 N/X 0.56 0.37 0.33 0.39 0.42 0.27 0.62 2.23 độ sụt 7 cm > 20 > 18 > 18 > 18 > 20 18 6 cm R28 40 78 94 83 74 101 67 19 Tăng nhiệt 26 0 C 360C 200C Co nội tại ở 90 ngày 90 90 290 200 140 150 30 -40 Co *** do mất nước ở 90 ngày 290 90 120 190 260 110 310 +82
* Hàm lượng phụ gia ở trạng thái khô ** ựộ tăng nhiệt trong calo kế
*** co ngót bằng biến dạng của mẫu khi mất nước, giảm với mẫu bảo quản bằng alumin.
Như vậy, biến dạng tự do của bê tông cường ựộ rất cao ựược ghi nhận bởi các hiện tượng ỘkhốiỢ (co nhiệt, co nội tại), thay ựổi nhanh, ựối với các hiện tượng bề mặt (co do giảm ựộ ẩm). Dĩ nhiên dẫn tới hiện tượng nứt bề mặt ắt hơn và do ựó bền hơn. Với bê tông cường ựộ cao, bảng ựối lập hơn: các biến dạng nhiệt ban ựầu liên quan tới sự toả nhiệt; trong khi tổng biến dạng ẩm dường như ựược kiểm soát bởi ựộ cứng của vật liệu, phần co nội tại càng lớn khi tỉ lệ N/X càng nhỏ. Tùy theo mục ựắch, người thiết kế lựa chọn một biện pháp thi công nào ựó ựể kiểm soát ựược co ngót và dẫn tới thiết kế một loại vật liệụ
3.. Từ biến của bê tông cường ựộ cao và rất cao
(Tham khảo thắ nghiệm của P. Acker, F. De Larrard)
3.1. Mở ựầu
Phần này giới thiệu các lý thuyết, nguyên nhân, kết quả nghiên cứu về từ biến nhận ựược trên bê tông cường ựộ cao ở Pháp: của cầu Joigny (M60 không dùng muội silic), cầu Pertuiset (M65 dùng muội), trên một loại bê tông cường ựộ cao ựặc biệt chế tạo nhằm hạn chế các vết nứt trong một lò phản ứng hạt nhân và một loại bê tông cường ựộ rất cao (M90) ứng dụng cho một công trình xây dựng. Các kết quả ựược phân tắch dựa trên những hiểu biết hiện thời về cơ chế của hiện tượng từ biến. Các kết quả quan trọng nhất là chỉ số ựộng học và ựộ hóa già khác nhau rõ rệt giữa các loại bê tông thông thường và với bê tông cường ựộ cao dùng muội silic, không có từ biến do mất nước và do ựó không có hiệu ứng tỉ lệ.