Bê Tông| Tính chất co ngót của bê tông

Tính chất Co Ngót của bê tông

Các biến dạng tự do của bê tông (co ngót và nở) là những tính chất quan trọng nhất đối với người xây dựng. Việc kiểm tra chính xác công trình đòi hỏi tính đến các biến dạng này. Hơn nữa, các biến dạng tự do không đồng nhất trong các khối thường dẫn đến các vết nứt, các rãnh đặc biệt thấm nhập các tác nhân gây hại. Do đó, việc thiết kế công trình có độ bền cao cần làm chủ được các biến dạng tự do và các ảnh hưởng cơ học của chúng.

Trước hết cần nhắc lại các cơ cấu chính của co ngót bê tông. Sau đó rút ra xu hướng chung của co ngót ở bê tông cường độ cao từ thành phần của chúng. Tiếp đó xem xét một số các bê tông cường độ cao và rất cao có thành phần khác nhau được thí nghiệm gần đây ở LCPC. Cuối cùng rút ra kết luận về việc không có quan hệ trực tiếp giữa co ngót và cường độ bê tông: giữa bê tông thường và bê tông cường độ cao, tồn tại một lựa chọn tự do cho người thiết kế, cùng một cường độ có thể có nhiều tổ hợp chất kết dính (xi măng, muội silic, phụ gia ...)

1. Cơ chế lý - hoá của co ngót bê tông thường.

 

Co ngót bê tông

 

Hai chỉ tiêu nội tại kiểm soát các biến dạng tự do của bê tông: nhiệt độ và hàm lượng nước tự do.

Ta biết rằng nhiệt độ bê tông có thể biến đổi theo thời gian, hoặc do thủy hóa (các phản ứng thường tỏa nhiệt và đóng vai trò là nguồn gây nhiệt nội tại), hoặc do trao đổi nhiệt với phần còn lại của cấu kiện hay môi trường. Sự biến đổi nhiệt độ này dẫn đến các biến dạng tự do tỉ lệ với chúng theo một hệ số quen thuộc (hệ số giãn nỡ nhiệt, giảm dần khi tăng phản ứng thủy hóa).

Cũng như vậy, hàm lượng nước tự do có thể thay đổi bên trong do thủy hoá mất một phần nước, hay bên ngoài do biến đổi độ ẩm. Cũng như vậy, một hằng số vật lý (hệ số giảm nước) cho phép tính toán biến dạng tự do liên quan. Ở tỉ lệ cấu trúc vi mô, lý thuyết mao dẫn cho phép hiểu được làm thế nào sự lấp đầy một phần của nước trong môi trường rỗng với độ phân bố rộng có thể dẫn tới một trạng thái nội ứng suất. Từ ái lực của nước với bề mặt rắn (hấp phụ), các lỗ rỗng nhỏ nhất được lấp đầy trước tiên. Do đó, với một lượng nước cho trước, tồn tại một kích thước lỗ rỗng giới hạn, mà vượt qua đó các khoang rỗng không bão hòa. Bên trong mỗi khoang, bề mặt phân chia pha lỏng và khí chịu kéo tức thời và ứng suất càng lớn khi độ cong càng lớn, tương ứng với lỗ rỗng nhỏ. Cũng như vậy, khi lượng nước tự do giảm, kích thước lỗ rỗng, liên quan tới sức căng mao quản, cũng giảm, và kết quả vĩ mô của hiện tượng (co cấu trúc rắn dưới ảnh hưởng của một loại “tiền ứng suất ẩm”) tăng. Ứng xử của hệ thay đổi phụ thuộc không chỉ vào sự phân bố kích thước lỗ rỗng mà còn vào khả năng biến dạng tổng thể, liên quan tới độ rỗng tổng cộng.

Do sự thiếu hụt thể tích của phản ứng thủy hóa, vữa xi măng trở thành một cấu trúc ba pha (rắn - lỏng - khí) trong suốt quá trình thủy hóa.

Có thể chia co ngót thành 3 giai đoạn sau: Trước khi ninh kết- co ngót dẻo; trong khi ninh kết và rắn chắc - các hiện tượng nhiệt và co ngót nội tại; ở tuổi muộn - co ngót do mất nước.

Chính sự co ngót do khô là đáng quan tâm và lo lắng. Đó là sự co ngót của một mẫu được tháo khuôn ở 24 giờ sau khi được làm khô ở trong phòng với độ ẩm tương đối 50±10% và nhiệt độ 20±1⁰C được khống chế. Độ co ngót do khô được lấy một cách quy ước bằng hiệu số giữa độ co tổng cộng và độ co   của cùng một mẫu không bị mất nước chút nào.

Trong khi độ co ngót nôi sinh cuối cùng gần gấp đôi, độ co khô giảm đi, vật liệu chỉ bao gồm rất ít nước tự do sau khi thuỷ hoá. Độ co tổng cộng của bê tông cường độ cao được đo trên các mẫu ^16 cm, vào khoảng hai lần nhỏ hơn trên những mẫu bê tông đối chứng. Chú ý đến những động học đặc biệt nhanh của độ co của bê tông bê tông cường độ cao, nó có thể tạo ra các sai số trong trường hợp so sánh trên các thí nghiệm ngắn ngày.

Có nên lo ngại ảnh hưởng của độ co nội tại của bê tông cường độ cao đối với qui mô của kết cấu không? Đối với các công trình cầu hầm, phần lớn của biến dạng này xảy ra sau khi tháo ván khuôn và khi đó các ảnh hưởng của nó giống như ảnh hưởng của một biến dạng thuần nhất do nhiệt. Các điểm tiếp xúc của kết cấu với nền được dự kiến để loại biến dạng đó không cần cấu tạo đặc biệt.

Độ co ngót tổng cộng	Bê tông đôi chứng	Bê tông cường độ cao
- Lúc kêt thúc thí nghiệm	470	320
- Trong thời hạn dài	650	340
Độ co ngót nội tại
- Lúc kêt thúc thí nghiệm	120	200
- Trong thời hạn dài	120	220
Độ co ngót do mất nước
- Lúc kêt thúc thí nghiệm	350	120
- Trong thời hạn dài	530	120

 

Từ khi bê tông rắn chắc (đông đặc lại ), sự co bê tông được hiểu là sự tự nhiên của vật liệu mà chưa chịu tải. Có hai loại co:

-      Sự co nội sinh hay co do khô tự nhiên, gây ra do việc bê tông cứng dần lên.

-      Sự co do sự sấy khô, gây ra do sự trao đổi nước giữa chất liệu trong bê tông và môi trường bên ngoài. Chú ý rằng, độ co do bị sấy khô này có thể là số âm ( trong trường hợp này bê tông bị phồng lên ).

Như vậy, tổng độ co là phép cộng của hai loại độ co nói trên.

Trong trường hợp các khối bê tông đặc, nhiệt cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ co nội sinh hay độ co do khô.

Tính động của độ co nội sinh phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hydrat hoá. Khi tính toán mức độ co, trước tiên, người ta dựa vào tốc độ cứng của vật liệu và như vậy phải tính đến các đặc tính của từng loại bê tông. Tỷ số fc (t) f_c28, tuổi của bê tông non, được coi là biến kiểm tra trước 28 ngày. Vì vậy, đối với khối bê tông đặc có độ đông cứng nhanh hơn thì tuổi bê tông có ảnh hưởng lớn đến độ co nội sinh. Sau 28 ngày, độ co nội sinh được tính căn cứ vào thời gian.

-   Nếu f_c(t)f_c28 > 0,1 thì có thể tính độ co theo đề nghị của Pháp như sau:

e,d (t,f,28) - (f,2, - 20X2,2^ - 0,2). 10^-5

^fc28

Trong đó, £r0 là độ co nội sinh tính từ khi bê tông đặc (kết dính đến một thời điểm nào đó tính bằng ngày). f₂₈ là đặc tính ứng suất vào cùng thời điểm.

Để có thể miêu tả rõ hơn tính động của độ co nội sinh trước 28 ngày, ta có thể chấp nhận qui luật hyperbôn về độ cứng được phân chia dựa theo các dữ liệu thực nghiệm về ứng suất đang hiện hành.

-   Với t > 28 ngày thì,

e^fs) = (fc28- 20) [2,8 - 1,1exp(-1/96)].10⁶

Trong trường hợp ứng suất thực tế đến 28 ngày rõ ràng cao hơn đặc tính ứng suất yêu cầu, sẽ chỉ cho phép ước tính độ co nội sinh.

Bê tông cường độ cao và chất lượng cao chịu sự sấy khô tự nhiên. Độ ẩm trong của nó, nếu không có sự trao đổi nước với môi trường bên ngoài, sẽ giảm dần theo thời gian và trong vòng vài tuần sẽ ổn định ở giá trị thấp (trong khi mà ứng suất nén đến 28 ngày thì tăng). Sự co do khô sấy thường có tính động chậm hơn và phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa độ ẩm trong và độ ẩm ngoài môi trường,