8. Các đặc tính về nhiệt
10.4. Các ảnh hưởng của từ biến đến kết cấu bêtông
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 bê tông 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 đó sự phá huỷ xảy ra; điều này xảy 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 bê tông giảm (như theo từ biến có hệ số Poisson nhỏ hơn 0.5) và điều này có thể làm tăng cường độ của bê tông. Tuy nhiên tác động này rất nhỏ.
Từ biến có ảnh hưởng lớn đến tính chất và cường độ của kết cấu bê tông cốt thép và bê tông ứng suất trước. Từ biến gây ra hiện tượng truyền dần tải trọng từ
phá hoại - đã có công thức thiết kế về vấn đề này. Tuy nhiên, trong kết cấu cột lệch tâm, từ biến tăng tạo ra sự mất 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 chuyển gối. Trong tất cả các kết cấu bê tông, 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 bê tông và giá trị của từ biến bị ảnh hưởng bởi số lượng và vị trí các thanh thép.
Mặt khác, trong khối bê tông, từ biến, có thể là nguyên nhân gây ra nứt khi trong khối bê tông chịu sự thay đổi theo chu kỳ của nhiệt độ gây ra bởi sự tăng nhiệt độ của phản ứng thuỷ hoá và sự giảm nhiệt từ từ. Sẽ có ứng suất nén gây ra bởi sự tăng nhanh nhiệt độ của khối bê tông bên trong. ứng suất này thấp vì mô đun đàn hồi của bê tông ở tuổi sớm thấp. Cường độ của bê tông ở 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 gian, các vết nứt có thể xảy ra thậm chí trước khi nhiệt độ giảm xuống tới nhiệt độ ban đầu (khi thi công). Vì lý do này, sự tăng lên của nhiệt độ bên trong của khối lớn bê tông phải được kiểm soát.
Từ biến có thể dẫn đến sự mất ổn định của kết cấu và gây ra các vấn đề khác khi sử dụng, đặc biệt là trong các công trình nhà cao tầng và cầu lớn.
Sự mất mát dự ứng lực do từ biến đã được biết đến rất nhiều và thực vậy, nó dùng để tính toán ứng suất phá hoại khi dự ứng lực.
Ảnh hưởng của từ biến có thể nguy hiểm nhưng nói chung từ biến không giống như co ngót, từ biến có thể làm giảm tập trung ứng và nó góp phần đáng kể vào sự thành công của bê tông với vai trò là vật liệu xây dựng kết cấu.
giống với co ngót. Từ biến riêng về nguyên tắc đạt được theo sự chênh lệch giữa biến dạng của mẫu gia tải được quét nhựa và biến dạng của mẫu tương đương nhưng không được gia tải. Đối với mẫu không gia tải (được giữ dưới một lớp polyme cho đến 28 ngày sau đó... trong môi trường được khống chế cùng một tính toán cho một từ biến tổng cộng, tổng cộng của một từ biến riêng và một biến dạng phụ gọi theo quy ước là từ biến do khô, ngay cả khi nó thể hiện một phần co ngót do khô, mà tác dụng vi mô của nó rất rõ đối với mẫu chịu tải, vì khi đó sự nứt nẻ lớp mặt do khô bị hạn chế bởi sự nén bên ngoài.
Trong các thí nghiệm này cái chắn độ ẩm cũng không hiệu quả như trong các phép đo co ngót, vì không có một lá nhôm đặt ở giữa hai lớp nhựa. Từ biến riêng của đối chứng như vậy có thể được đánh giá hơi quá mức tuy nhiên bê tông cường độ cao thể hiện một từ biến giống nhau trên hai mẫu. Như vậy nó không bị ảnh hưởng bởi giả tượng trên đây.
Từ biến của bê tông cường độ cao được đặc trưng cuối cùng bởi:
- Một động học nhanh (ở 7 ngày gia tải, một tỷ lệ 67% của biến dạng ở một năm đã được thực hiện trong khi đối chứng chỉ có 41%).
- Một biên độ rất yếu (Kn≤0,60, hai ngày gia tải. Điều này có thể là ít thuận lợi đối với các gia tải ở tuối ít ngày.
- Một sự độc lập với các tác dụng của độ ẩm và của dạng hình học của kết cấu, một cái lợi thực tế đối với người thiết kế các kết cấu sử dụng các vật liệu, tạo sự tin cậy vào sự hợp thức cho tính toán của họ.
Tính toán từ biến.
Từ biến là các biến dạng theo thời gian dài (muộn) của bê tông dưới ảnh hưởng của các ứng lực.
Nếu bê tông chưa chịu tải ở tuổi t chịu một ứng lực liên tục, có thể chấp nhận biến dạng do từ biến ở một thời điểm xác định tỷ lệ với ứng lực (thấp hơn khoảng 0,6). Từ biến có thể được chia làm 2 phần:
- Từ biến khô trong khi bê tông chịu tải, phụ thuộc vào kích cỡ của kết cấu. Biên độ từ biến tự nhiên cuối cùng phụ thuộc vào ứng lực tác dụng, vào mođun đàn hồi đến 28 ngày của bê tông Ei28, và đối với các bê tông có kích thích của silic, nó còn phụ thuộc vào ứng suất của bê tông vào thời điểm chịu tải t chịu tải lúc còn non và có kích thích của silic thì tính động càng nhanh.
Từ biến do khô được xác định bằng cách tham chiếu độ co do khô xảy ra quá trình chịu tải. Ta nhận thấy là các bê tông sức bền cao có kích thích của silic từ biến khô không đáng kể.
Cũng như độ co, tổng từ biến là phép cộng của hai biến dạng thành phần, và có tính đến lực cản của các khung thép. Thành phần muội silic:
ε tp + ε fd ε f ln =
1 + nfs
Trong đó n = 15 khi 40 ≤ fc28 < 60 MPa n = 9 khi 60 ≤ fc28 ≤ 80 MPa
Tuy nhiên trong các kết cấu mà mật độ cốt thép trong các vùng là rất khác nhau thì cần thiết phải tính độ rão của từng vùng và có tính đến vị trí của các khung thép.
Trị số Ei28 – mô đun biến dạng sau được tính như sau:
E = 11000 × R1 / 3i 28 1 + φ i 28 1 + φ
28
Biểu đồ ứng suất biến dạng hình chữ nhật với trị số cường độ bê tông và biến dạng cuối cùng được điều chỉnh có thể áp dụng cho việc tính toán cường độ kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao đến 80 MPa. Các trị số tính toán co ngót từ biến, mođun đàn hồi có thể áp dụng trong tính toán về cường độ, về nứt, biến dạng cho kết cấu bê tông cốt thép và bê tông cốt thép dự ứng lực sử dụng bê tông có cường độ chịu nén cao.