2. Co ngót và nở của bêtông cường ựộ cao (biến dạng tự do)
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng ựến từ biến.
Tải trọng: Với các tải trọng thay ựổi, người ta có thể xét rằng từ biến tỉ lệ với tải trọng ựặt vào, tuy nhiên từ 50% tải trọng phá hủy, nó tăng nhanh hơn ứng suất (quan hệ phi tuyến).
Bản chất bê tông: Từ biến biến ựổi giống biến dạng tức thời, trừ các loại bê tông ựặc biệt có các ựặc trưng riêng với chỉ số ựộng học về quá trình mất nước khác biệt: ựó là trường hợp bê tông nhẹ có cốt liệu rỗng, chứa nước, từ biến nhỏ hơn bê tông thường có cùng cường ựộ;
Hình 5.1. Biến dạng ựàn hồi và từ biến của bê tông
Các ựiều kiện môi trường: khi không có sự trao ựổi nước với bên ngoài, từ biến, khi ựó gọi là từ biến riêng, gần tỉ lệ với lượng nước có thể bay hơi, và một loại bê tông sấy khô ở 1050C thường không có hiện tượng từ biến, nhưng trên thực tế, bê tông bị mất nước ắt nhiều tùy theo khắ hậu và sự thay ựổi này dẫn ựến từ biến lớn, hơn hai ựến ba lần từ biến riêng (hình 1): ta có thể giải thắch hiện tượng từ
biến do mất nước này bằng ảnh hưởng của cấu trúc liên quan ựến co ngót do mất nước: trong một mẫu không chịu tải, quá trình mất nước dẫn ựến các biến dạng tự do trên bề mặt nhanh hơn và lớn hơn so với ở tâm, ựiều này dẫn ựến bề mặt chịu kéo và có vết nứt; trong một mẫu chịu tải nén, ta làm giảm nứt và sự mất nước thể hiện bởi các biến dạng lớn hơn; hiệu ứng này không hoàn toàn ựược ựịnh lượng nhưng chắc chắn giải thắch một phần quan trọng hiện tượng từ biến do mất nước; ngoài ra nó cho phép giải thắch rõ ràng hiệu ứng tỉ lệ vì trong các cấu kiện dầy, sự mất nước bị giới hạn ở bề mặt và do ựó gần với từ biến riêng, chịu kéo và nứt bề mặt.
Hình 5.2: Biến dạng từ biến của bê tông thường trong các ựiều kiện ựộ ẩm khác nhau
I Ờ mẫu mất nước tự nhiên
II Ờ mẫu có bề mặt ựược bôi một lớp nhựa cách nước ngay sau khi tháo khuôn
III Ờ mẫu ựược sấy khô ở 400C trong 35 ngày, sau ựó bôi một lớp nhựa cách nước.
3.4. Bản chất của từ biến
Từ biến và phục hồi từ biến là hiện tượng liên quan, nhưng bản chất của chúng thì không rõ ràng. Sự thực là từ biến chỉ phục hồi một phần do ựó phần này có thể gồm có một phần chuyển ựộng ựàn hồi-dẻo có thể phục hồi (gồm có pha nhớt thuần tuý và pha dẻo thuần tuý) và có thể là do bién dạng dẻo không phục hồị Biến dạng ựàn hồi thường ựược phục hồi khi dỡ tảị Biến dạng dẻo không phục hồi ựược, 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 ựộ biến dạng. Biến dạng nhớt
không bao giờ phục hồi khi dỡ tải , nó luôn luôn phụ thuộc vào thời gian và có tỷ lệ giữa tốc ựộ biến dạng nhớt và ứng suất tác dụng, và do ựó giữa ứng suất và biến dạng tại một thời ựiểm cụ thể. Những loại biến dạng khác nhau này có thể ựược tổng kết như trong bảng 5.3.
Bảng 5.3. Các loại biến dạng
Loại biến dạng Tức thời Phụ thuộc vào thời gian
Có thể phục hồi Không thể phục hồi đàn hồi Dẻo đàn hồi-muộn Nhớt
Một cách xử lý hợp lý phần phục hồi từ biến quan sát ựược bằng cách sử dụng nguyên tắc tổng hợp biến dạng, ựược phát triển bởi McHenrỵ Những trạng thái này có biến dạng ựược tạo ra trong bê tông tại thời ựiểm t bất kỳ bởi sự tăng lên của ứng suất tại thời ựiểm bất kỳ t0 và ựộc lập với những tác ựộng của bất kỳ ứng suất tác dụng sớm hơn hay muộn hơn t0. Sự tăng lên của ứng suất ựược hiểu là tăng lên của ứng suất nén hoặc ứng suất kéo, cũng có thể là sự giảm nhẹ của tải trọng. Sau ựó nếu ứng suất nén trên mẫu thử ựược loại bỏ tại thời ựiểm t1, sự phục hồi từ biến sẽ giống như từ biến của mẫu thử tương tự chịu cùng tải trọng ứng suất nén tại thời ựiểm t1. Phục hồi từ biến là sự khác nhau của biến dạng thực tại thời ựiểm bất kỳ và biến dạng dự kiến nếu mẫu thử tiếp tục chịu ứng suất ban ựầụ
So sánh của biến dạng thực và biến dạng tắnh toán (giá trị tắnh toán thực tế là sự khác nhau giữa hai ựường cong thực nghiệm) ựối với Ộbê tông bị bịt kắnỢ, chỉ có từ biến gốc. Dường như, trong mọi trường hợp, biến dạng thực sau khi dỡ tải cao hơn biến dạng dư ựược dự ựoán theo nguyên tắc tổng hợp từ biến. Do ựó từ biến thực nhỏ hơn giá trị tắnh toán. Sai sót tương tự cũng ựược tìm thấy khi nguyên tắc này áp dụng cho mẫu thử chịu ứng thay ựổị Dường như nguyên tắc này không hoàn toàn thoả mãn hiện tượng từ biến và phục hồi từ biến.
Tuy nhiên nguyên tắc tổng hợp biến dạng, có vẻ thuận tiện. Nó ngụ ý rằng từ biến là hiện tượng ựàn hồi chậm mà sự phục hồi hoàn toàn nói chung bị ngăn cản bởi quá trình hydrat hoá của xi măng. Bởi vì ựặc tắnh của bê tông ở tuổi muộn thay ựổi rất ắt theo thời gian, từ biến của bê tông do tải trọng lâu dài tác dụng lên ở thời ựiểm sau khoảng vài năm có thể phục hồi hoàn toàn, ựiều này vẫn chưa ựược thực nghiệm khẳng ựịnh. Cần nhớ rằng nguyên tắc tổng hợp này gây ra sai sót nhỏ có thể bỏ qua trong ựiều kiện bảo dưỡng dạng khối, nơi mà chỉ có từ biến gốc. Khi từ biến khô xảy ra, sai sót lớn hơn và phục hồi từ biến bị ựánh giá sai ựáng kể.
Vấn ựề về bản chất của từ biến vẫn còn ựang ựược tranh luận và không thể bàn thêm ở ựâỵ Vị trắ từ biến xảy ra là vữa xi măng ựã thuỷ hoá, và từ biến gắn liền với sự dịch chuyển bên trong do dắnh bám hay kết tinh của nước, vắ dụ quá trình thấm hay rò rỉ nước. Các thắ nghiệm của Glucklich ựã chứng tỏ rằng bê tông không có sự bay hơi của nước thì thực tế là không có từ biến. Tuy nhiên, sự thay ựổi mức ựộ từ biến tại nhiệt ựộ cho thấy trong hoàn cảnh ựó, nước ngừng ảnh hưởng và bản thân chất gel gây ra biến dạng từ biến.
Bởi vì từ biến có thể xảy ra trong khối bê tông, và sự rò rỉ nước ra bên ngoài ựóng vai trò không quan trọng ựến 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 tỉ nước bên trong từ các lớp chứa nước sang lỗ rỗng như là lỗ rỗng mao dẫn là có thể xảy rạ Một chứng cứ gián tiếp thể hiện vai trò của lỗ rỗng như vậy là mối liên hệ giữa từ biến và cường ựộ của vữa xi măng ựã thuỷ hoá: nên có công thức liên hệ giữa từ biến và số lượng tương ựối của lỗ rỗng tự do, và có thể thấy rằng lỗ rỗng trong cấu trúc gel có thể ảnh hưởng ựến cường ựộ và từ biến; ở tuổi muộn lỗ rỗng có thể gắn liền với hiện tượng rò rỉ nước. Thể tắch của lỗ rỗng là hàm số của tỷ lệ nước/xi măng và bị ảnh hưởng của mức ựộ thuỷ hoá.
Lỗ rỗng mao quản không thể chứa ựầy nước ngay cả khi chịu áp lực thuỷ tĩnh như trong bể nước. Do vậy, sự rò rỉ nước bên trong là có thể dưới bất kì ựiều kiện lưu trữ nàọ Hiện tượng từ biến của mẫu thử không co ngót không bị ảnh hưởng của ựộ ẩm tương ựối của môi trường cho thấy nguyên nhân cơ bản gây ra từ biến Ộtrong không khắỢ và Ộtrong nướcỢ là giống nhaụ
đường cong từ biến theo thời gian cho thấy sự giảm từ biến là không xác ựịnh theo ựộ dốc của nó, và có một câu hỏi là liệu có hay không một sự giảm từ từ, theo cơ chế của từ biến. Có thể hiểu rằng tốc ựộ giảm với cơ chế giống nhau liên tục và rộng khắp, nhưng có lý ựể tin rằng sau nhiều năm dưới tác dụng của tải trọng, chiều dầy của lớp có thể bị thấm nước có thể giảm ựến một giá trị giới hạn và mới chỉ có thắ nghiệm ghi lại từ biến sau nhiều nhất là 30 năm. Do ựó, có thể rằng phần từ biến chậm, dài hạn là do nguyên nhân khác chứ không phải do rò rỉ nước nhưng biến dạng có thể phát triển chỉ khi có sự tồn tại của một số nước có thể bay hơị Nguyên nhân này có thể là chảy nhớt hay trượt giữa các phần gel . Cơ chế như vậy phù hợp với ảnh hưởng của nhiệt ựộ ựối với từ biến và cũng có thể giải thắch phần từ biến lớn không thể phục hồi ở tuổi muộn.
Các quan sát về từ biến dưới tác dụng của tải trọng thay ựổi, và ựặc biệt là khi tăng nhiệt ựộ dưới ựiều kiện tải trọng như vậy, ựã dẫn ựến một giả thuyết sửa ựổi về từ biến. Như ựã ựề cập, từ biến dưới ứng suất thay ựổi lớn hơn từ biến dưới ứng
suất tĩnh mà có cùng giá trị so với giá trị trung bình của ứng suất thay ựổị ứng suất thay ựổi cũng làm tăng phần từ biến không thể phục hồi và làm tăng tốc ựộ từ biến do làm tăng sự trượt nhớt của cấu trúc gel, và làm tăng từ biến do số lượng giới hạn các vết nứt nhỏ tại tuổi sớm trong quá trình rắn chắc của bê tông. Số liệu thực nghiệm khác về từ biến khi kéo và khi nén gợi ý rằng các biến ựổi ựược giải thắch tốt nhất bởi sự tổng hợp của các lý thuyết về rò rỉ nước và chảy nhớt của bê tông.
Nói chung, vai trò của vết nứt nhỏ là thấp, không kể từ biến dưới tác dụng của tải trọng thay ựổi là có giới hạn, từ biến do các vết nứt nhỏ hầu như có giới hạn ựối với bê tông ựược chất tải ở tuổi sớm hoặc ựược chất tải với tỷ số ứng suất/cường ựộ vượt quá 0.6.
Nói tóm lại, chúng ta phải chấp nhận rằng cơ chế thực của từ biến vẫn chưa ựược xác ựịnh.