CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.6. Ảnh hưởng của xỉ thép đến độ co ngót của bê tông cường độ cao
Kết quả biến dạng của vòng thép do co ngót của vòng bê tông được thể hiện quả theo hình 4.9 và chi tiết tại Phụ lục 1 - bảng P.8.
60 Hình 4.9. Biều đồ biến dạng của vòng thép trong thí nghiệm co ngót hạn chế Phân tích mối quan hệ giữa (là một hàm theo biến t) và thời gian t thì thu được đường hồi quy phù hợp là:
Trong đó:
- α là hệ số góc của đường
- c là hệ số hồi quy giữa biến dạng vòng thép và thời gian
Kết quả hệ số co ngót của của các cấp phối CP0-70, CP1-70 và CP2-70 là hệ số α được tính theo đồ thị hình 4.10, 4.11 và 4.12:
61 Hình 4.10. Hệ số co ngót của cấp phối CP0-70
Hình 4.11. Hệ số co ngót của cấp phối CP1-70
Hình 4.12. Hệ số co ngót của cấp phối CP2-70
Dựa vào các đường hồi quy tuyến tính ta có được hệ số co ngót trung bình tb của các cấp phối CP0-70, CP1-70 và CP2-70 lần lượt là -24,714, -18,024 và -17,596.
Tốc độ phát triển ứng suất (q): tính theo công thức sau.
Tốc độ phát triển co ngót trung bình là S chính là tốc độ phát triển ứng suất q, theo công thức trên ta tính được S và đánh giá về khả năng nứt của các cấp phối theo phụ lục của tiêu chuẩn ASTM C1581 và bảng 4.1 như sau:
62 Bảng 4.1. Đánh giá tiềm năng gây nứt của các cấp phối bê tông
Cấp phối Thời gian nứt, tcr
Bề rộng vết nứt, mm
Tốc độ phát triển ứng suất, MPa/ngày
Đánh giá tiềm năng gây nứt CP0-70 18 ngày 0,20 0,17 < S = 0,21 < 0,34 Trung bình
CP1-70 > 28 ngày 0,16 S < 0,10 Thấp
CP2-70 28 ngày 0,16 0,10 < S = 0,12 < 0,17 Khá thấp Theo bảng 4.1 thì cấp phối sử dụng xỉ thép có tiềm năng gây nứt thấp hơn cấp phối sử dụng cốt liệu cát đá thông thường.
Khi bê tông co ngót sẽ bị cản trở bởi vòng thép dẫn đến tạo ra một ứng suất kéo trong lòng mẫu bê tông, ứng suất kéo này là ứng suất đàn hồi của bê tông. Khi hai lớp vật liệu sát nhau hoặc liên kết với nhau tác dụng lực lên nhau mà giữa chúng có sự không đồng nhất về cấu trúc, kích thước hoặc cơ tính nói chung thì ứng suất có thể xuất hiện giữa chúng. Ứng suất này có thể gọi là ứng suất dư (residual stress), ứng suất bề mặt hoặc ứng suất nội (internal stress). Ứng suất nói chung có 2 loại, ứng suất nén và ứng suất kéo nhưng đối với vòng co ngót thì thép chịu nén và bê tông chịu kéo (hình 4.13).
Hình 4.13. Thép chịu nén và bê tông chịu kéo trong vòng co ngót [22]
Ứng suất lên vòng thép chính là ứng suất kéo trong bê tông, nó phụ thuộc vào hình dạng và biến dạng của vòng thép, được thể hiện ở công thức sau:
Trong đó:
là biến dạng của vòng thép tại thời điểm t là ứng suất kéo trong bê tông, MPa
G là hệ số hình dạng vòng thép, G = 72.000 MPa
Kết quả ứng suất kéo trong bê tông của các cấp phối thử nghiệm theo thời gian được thể hiện theo hình 4.14.
63 Hình 4.14. Ứng suất kéo của bê tông cường độ cao theo thời gian
Từ các thông số ứng suất kéo trong bê tông, mô-đun đàn hồi của bê tông theo định luật Húc ta tính toán được biến dạng co ngót của bê tông theo công thức sau:
c bt
Ec
Trong đú: btlà biến dạng co ngút của bờ tụng, àm clà ứng suất kéo trong bê tông, MPa Eclà Mô-đun đàn hồi của bê tông, MPa
Ta tính toán biến dạng của bê tông ở tuổi 3, 7, 14 và 28 ngày, khối lượng thể tích không thay đổi đáng kể ở các ngày tuổi nên lấy kết quả ở mục 4.2 để tính toán, mô- đun đàn hổi được tính theo công thức mục 4.5. Kết quả biến dạng co ngót của bê tông theo phương pháp vòng thép hạn chế theo bảng 4.2.
Bảng 4.2. Kết quả tính toán biến dạng co ngót bê tông bằng phương pháp vòng thép hạn chế
Tuổi mẫu
Cấp
phối gct w,
kg/m3
f’c, MPa
Ect, MPa
c, MPa
bt,
àm
3 ngày
CP0-70 0,043 2.391 60,3 39.039 3,90 99,90 CP1-70 0,043 2.634 61,1 45.437 2,17 47,76 CP2-70 0,043 2.714 52,7 44.136 2,79 63,21
64 Tuổi
mẫu
Cấp
phối gct w,
kg/m3
f’c, MPa
Ect, MPa
c, MPa
bt,
àm
7 ngày
CP0-70 0,043 2.391 76,7 44.029 5,98 135,82 CP1-70 0,043 2.634 71,9 49.290 4,61 93,53 CP2-70 0,043 2.714 63,8 48.562 5,42 111,61
14 ngày
CP0-70 0,043 2.391 86,2 46.676 7,40 158,54 CP1-70 0,043 2.634 75,5 50.509 5,58 110,48 CP2-70 0,043 2.714 65,9 49.354 6,43 130,28
28 ngày
CP0-70 0,043 2.391 87,5 47.026 0,31 - CP1-70 0,043 2.634 77,9 51.305 6,61 128,84 CP2-70 0,043 2.714 70,2 50.939 7,25 142,33 Để so sánh độ co của bê tông bằng phương pháp vòng thép hạn chế và phương pháp co ngót khi mẫu để tự do, ta tính toán độ co của bê tông theo tiêu chuẩn ACI 209R-92 với hàm lượng xi măng trong cấp phối là 447 kg/m3, bê tông được dưỡng hộ ẩm 24 giờ và trong điều kiện phòng thí nghiệm với nhiệt độ 27±20C, độ ẩm 55 - 65%. Biến dạng co ngót theo ACI 209R-92 được tính bằng công thức:
( ) ( )
sh t 35 sh u
t
t
Trong đó: (sh t) là biến dạng co ngót của bê tông
t là tuổi mẫu tính bắt đầu từ sau khi dưỡng hộ ẩm 24 giờ (1 ngày) (sh u) 780cp.106 m/m
Với mẫu được bảo dưỡng trong 1 ngày (24 giờ) theo bảng 2.5.3 ACI 209R-92 thì
cp 1, 2
Từ công thức theo tiêu chuẩn ACI 209R-92 ta tính được độ co của bê tông, kết quả tính toán theo bảng 4.3.
65 Bảng 4.3. Kết quả tính toán biến dạng co ngót theo tiêu chuẩn ACI 209R-92
Tuổi mẫu Cấp phối t cp (sh u) sh,
àm
3 ngày
CP0-70 2 1,2 936 50,59
CP1-70 2 1,2 936 50,59
CP2-70 2 1,2 936 50,59
7 ngày
CP0-70 6 1,2 936 136,98
CP1-70 6 1,2 936 136,98
CP2-70 6 1,2 936 136,98
14 ngày
CP0-70 13 1,2 936 253,50
CP1-70 13 1,2 936 253,50
CP2-70 13 1,2 936 253,50
28 ngày
CP0-70 27 1,2 936 407,61
CP1-70 27 1,2 936 407,61
CP2-70 27 1,2 936 407,61
So sánh giữa hai phương pháp tính toán biến dạng co ngót của bê tông, ta thấy được độ co của bê tông được tính toán theo cả hai phương pháp đều có xu hướng tăng khi tuổi mẫu càng dài ngày, nguyên nhân chủ yếu là do quá trình mất nước làm giảm thể tích của bê tông. Ở các tuổi 7, 14 và 28 co ngót của bê tông được tính toán ACI 209R-92 đều lớn hơn phương pháp biến dạng co ngót bằng phương pháp vòng thép hạn chế.
Nguyên nhân là do phương pháp vòng thép hạn chế, bê tông bị hạn chế bởi một mặt là vòng thép và chỉ được thoát hơi nước qua một mặt của bê tông, còn tính co ngót theo tiêu chuẩn ACI 209R-92 là phương pháp để mẫu co tự do, bê tông không bị hạn chế nên sẽ có độ co lớn hơn.
66 Nhận xét:
Với mẫu bê tông sử dụng cốt liệu cát, đá thông thường thời gian xuất hiện vết nứt là 18 ngày. Với mẫu bê tông thay thế cốt liệu lớn bẳng xỉ thép thô thì đến 28 ngày chưa thấy xuất hiện vết nứt. Còn mẫu bê tông thay thế cả cốt liệu lớn và nhỏ bằng xỉ thép thô và xỉ thép mịn xuất hiện vết nứt tại tuổi 28 ngày, điều này được giải thích với cấp phối có tỷ lệ N/X lớn thì khả năng gây nứt cũng lớn hơn.
Trong quá trình đóng rắn, nước vật lý dùng để đóng rắn biến thành nước hóa học trong cấu trúc Gel và cấu trúc đá xi măng (co do phản ứng hóa học) nên gây giảm thế tích.
Bê tông thông thường, quá trình mất nước sẽ nhanh hơn do sự thoát hơi nước qua bề mặt mẫu bê tông trong khi không có lượng nước bổ sung. Khi bê tông sử dụng xỉ thép thì trong suốt quá trình đóng rắn của bê tông lượng nước trong lỗ rỗng xỉ được cung cấp liên tục trong quá trình hình thành khoáng hóa, nước vật lý ít được lấy đi nên hạn chế việc giảm thể tích của bê tông, qua đó hạn chế việc co ngót trong bê tông.