5. Từ biến của bêtông
5.8. Bản chất của từ biến
Từ biến và phục hồi từ biến là hiện tượng liên quan, nhưng bản chất của chúng thì khơng rõ ràng. Sự thực là từ biến chỉ phục hồi một phần do đó phần này có thể gồm có một phần chuyển động ựàn hồi-dẻo có thể phục hồi (gồm có pha nhớt thuần tuý và pha dẻo thuần t) và có thể là do bién dạng dẻo khơng phục hồị
Biến dạng ựàn hồi thường ựược phục hồi khi dỡ tảị Biến dạng dẻo không phục hồi được, có thể phụ thuộc vào thời gian, và khơng 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 ln ln phụ thuộc vào thời gian và có tỷ lệ giữa tốc độ biến dạng nhớt và ứng suất tác dụng, và do đó 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 7.1.
Bảng 7.1. Các loại biến dạng
Loại biến dạng Tức thời Phụ thuộc vào thời gian Có thể phục hồi Khơng 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 tơng tại thời điểm 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 đó 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 tốn (giá trị tắnh tốn thực tế là sự khác nhau giữa hai ựường cong thực nghiệm) đối với Ộbê tơng 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 được dự đốn theo ngun tắc tổng hợp từ biến. Do đó từ biến thực nhỏ hơn giá trị tắnh tốn. Sai sót tương tự cũng được tìm thấy khi ngun tắc này áp dụng cho mẫu thử chịu ứng thay ựổị Dường như nguyên tắc này khơng hồn tồn 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 hồn tồn nói chung bị ngăn cản bởi quá trình hydrat hố của xi măng. Bởi vì đặc tắnh của bê tơng ở tuổi muộn thay đổi 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 hồn tồn, điều 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 khơ 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 cịn đang được tranh luận và khơng thể bàn thêm ở đâỵ Vị trắ từ biến xảy ra là vữa xi măng đã thuỷ hố, và từ biến gắn liền với sự dịch chuyển bên trong do dắnh bám hay kết tinh của nước, vắ dụ q trình thấm hay rị rỉ nước. Các thắ nghiệm của Glucklich đã chứng tỏ rằng bê tơng khơng có sự bay hơi của nước thì thực tế là khơng có từ biến. Tuy nhiên, sự thay ựổi mức ựộ từ biến tại nhiệt ựộ cho thấy trong hồn cảnh đó, 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 tơng, và sự rị rỉ nước ra bên ngồi đóng vai trị khơng quan trọng đến q trình từ biến gốc, mặc dù những q trình như vậy có thể cũng diễn ra trong từ biến khơ. 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 hố: nên có cơng 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.
Chúng ta nên nhớ rằng lỗ rỗng mao quản khơng thể chứa đầy nước ngay cả khi chịu áp lực thuỷ tĩnh như trong bể nước. Do vậy, sự rị rỉ nước bên trong là có thể dưới bất kì điều kiện lưu trữ nàọ Hiện tượng từ biến của mẫu thử khơng co ngót khơng bị ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của mơi trường cho thấy nguyên nhân cơ bản gây ra từ biến Ộtrong khơng khắỢ và Ộtrong nướcỢ là giống nhaụ
đường cong từ biến theo thời gian cho thấy sự giảm từ biến là khơng xác định theo độ dốc của nó, và có một câu hỏi là liệu có hay khơng một sự giảm từ từ, theo cơ chế của từ biến. Có thể hiểu rằng tốc độ giảm với cơ chế giống nhau liên tục và rộng khắp, nhưng có lý để tin rằng sau nhiều năm dưới tác dụng của tải trọng, chiều dầy của lớp có thể bị thấm nước có thể giảm đến một giá trị giới hạn và mới chỉ có thắ nghiệm ghi lại từ biến sau nhiều nhất là 30 năm. Do đó, có thể rằng phần từ biến chậm, dài hạn là do nguyên nhân khác chứ khơng phải do rị 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 khơng 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 q trình rắn chắc của bê tơng. Số liệu thực nghiệm khác về từ biến khi kéo và khi nén gợi ý rằng các biến đổi được giải thắch tốt nhất bởi sự tổng hợp của các lý thuyết về rò rỉ nước và chảy nhớt của bê tơng.
Nói chung, vai trị của vết nứt nhỏ là thấp, khơng 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 ựối với bê tơng 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.