Các yếu tố ảnh hưởng đến co ngót và một số phương pháp dự đoán co ngót của bê tông tính năng cao (HPC) - Nguyễn Quang Phú

C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt vµ mét sè ph­¬ng ph¸p<br /> dù ®o¸n co ngãt cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao (HPC)<br /> NguyÔn Quang Phó<br /> NCS Trung Quèc - BM VËt liÖu X©y dùng - §HTL<br /> <br /> Tãm t¾t: §Ó gi¶m bít sù h­ háng cña c¸c c«ng tr×nh bª t«ng, bª t«ng tÝnh n¨ng cao (HPC) ®·<br /> ®­îc sö dông mét c¸ch réng r·i, ®Æc biÖt trong c¸c c«ng tr×nh thuû lîi - thñy ®iÖn, cÇu vµ c«ng tr×nh<br /> ven biÓn do tÝnh bÒn cña nã lµ rÊt triÓn väng. Tuy nhiªn, vÊn ®Ò chøa ®ùng sù r¹n nøt cao do sím bÞ<br /> co ngãt cao, tû lÖ N/CM thÊp vµ tÝnh gißn cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao. V× thÕ, tuy HPC ®em l¹i c­êng<br /> ®é nÐn cao vµ tÝnh thÊm thÊp, nh­ng mét phÇn kh«ng tr¸nh khái hiÖn t­îng co ngãt, tõ ®ã bª t«ng<br /> cã thÓ bÞ r¹n nøt, lµm gi¶m tuæi thä cña c«ng tr×nh bª t«ng. §Ó c¶i thiÖn vÊn ®Ò nµy, bµi viÕt b­íc<br /> ®Çu nghiªn cøu vÒ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é co ngãt vµ mét sè ph­¬ng ph¸p dù ®o¸n co ngãt cña<br /> bª t«ng tÝnh n¨ng cao.<br /> <br /> I. §Þnh nghÜa: g: ThÓ tÝch cña cèt liÖu trªn mét ®¬n vÞ thÓ<br /> Co ngãt bª t«ng: Lµ ®é gi¶m thÓ tÝch cña bª tÝch hçn hîp bª t«ng<br /> t«ng theo thêi gian. §é gi¶m ®ã ®­îc b¾t nguån α: H»ng sè ®Æc tr­ng cho ¶nh h­ëng cña cèt liÖu<br /> tõ sù thay ®æi ®é Èm chøa trong bª t«ng vµ sù 3.(1   ) (1-2)<br /> <br /> thay ®èi tÝnh chÊt c¬ lý trong bª t«ng mµ kh«ng E c (t )<br /> 1    2.(1  2. a ).<br /> chÞu mét t¸c ®éng nµo tõ bªn ngoµi. Ea<br /> Co ngãt cña bª t«ng cã mÊy d¹ng c¬ b¶n sau: Trong ®ã:<br /> + HiÖn t­îng tù co (Autogenous shrinkage): : HÖ sè Poisson cña bª t«ng<br /> x¶y ra do qu¸ tr×nh hydrat hãa cña xi m¨ng a: HÖ sè Poisson cña cèt liÖu<br /> + Co kh« (Drying shrinkage): x¶y ra do sù Ec(t): ¶nh h­ëng cña m«®un ®µn håi cña bª t«ng<br /> thiÕu hôt ®é Èm trong bª t«ng trong qu¸ tr×nh bª Ea: M«®un ®µn håi cña cèt liÖu<br /> t«ng cøng hãa. Qua ®ã cho ta thÊy: khi cèt liÖu cã m«®un ®µn<br /> + Co ngãt do qu¸ tr×nh c¸cb«n¸t (Carbonation håi lín hoÆc cã bÒ mÆt th« r¸p sÏ h¹n chÕ ®­îc<br /> shrinkage): x¶y ra do mét vµi s¶n phÈm cña qu¸ qu¸ tr×nh co ngãt cña HPC. H×nh 1-1, 1-2 d­íi ®©y<br /> tr×nh hydrat hãa t¸c dông víi CO2. cho thÊy ¶nh h­ëng cña m«®un ®µn håi vµ hµm<br /> II. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt l­îng cña cèt liÖu ®Õn co ngãt cña bª t«ng.<br /> cña HPC<br /> 1. Cèt liÖu: Cèt liÖu (nhÊt lµ cèt liÖu lín: ®¸)<br /> cã t¸c dông h¹n chÕ ®­îc co ngãt cña v÷a xi<br /> m¨ng, do ®ã bª t«ng chøa hµm l­îng cèt liÖu<br /> lín sÏ Ýt bÞ co ngãt h¬n.<br /> Pickett [1] tÝnh to¸n sù co ngãt cña HPC tõ sù<br /> co ngãt cña v÷a xi m¨ng, hµm l­îng cèt liÖu,<br /> tÝnh chÊt cña cèt liÖu vµ v÷a nh­ sau:<br /> S = So (1− g)α (1-1a)<br /> log  S o    . log 1  (1-1b)<br />  S  1  g <br /> Trong ®ã:<br /> S: ChiÒu dµi co ngãt cña bª t«ng H×nh 1-1. ¶nh h­ëng m«®un ®µn håi cña cèt<br /> S0: ChiÒu dµi co ngãt cña v÷a xi m¨ng liÖu ®Õn co ngãt cña bª t«ng [2]<br /> <br /> <br /> 27<br />  ®é m«i tr­êng còng ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt cña<br /> bª t«ng: nhiÖt ®é thÊp, co ngãt gi¶m. NÕu bª<br /> t«ng sau khi t¹o h×nh (sau kho¶ng 244h) ®­îc<br /> b¶o d­ìng trong m«i tr­êng n­íc mét thêi gian<br /> th× hiÖn t­îng co ngãt sÏ gi¶m so víi trong m«i<br /> tr­êng kh«ng khÝ b×nh th­êng.<br /> 5. Hµm l­îng cèt thÐp trong bª t«ng: Bª<br /> t«ng cèt thÐp Ýt co ngãt h¬n bª t«ng kh«ng cã<br /> cèt thÐp. Tuy nhiªn trong bª t«ng cèt thÐp, hµm<br /> l­îng cèt thÐp lµ mét hµm sè cña co ngãt.<br /> H×nh 1-2. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng cèt 6. Phô gia: C¸c lo¹i phô gia t¨ng nhanh qu¸<br /> liÖu ®Õn co kh« cña bª t«ng [2] tr×nh ®«ng kÕt cña xi m¨ng trong bª t«ng (vÝ dô<br /> CaCl2) sÏ lµm cho co ngãt t¨ng lªn. Phô gia cuèn<br /> 2. Hµm l­îng n­íc: Hµm l­îng n­íc trong khÝ (air entrained admixture) Ýt nhiÒu còng ¶nh<br /> bª t«ng cµng cao, hiÖn t­îng co ngãt cµng cao. h­ëng ®Õn co ngãt cña bª t«ng.<br /> H×nh 1-3 cho thÊy mèi liªn hÖ gi÷a co ngãt cña 7. Lo¹i xi m¨ng: Xi m¨ng ®«ng kÕt nhanh, xi<br /> bª t«ng víi hµm l­îng cèt liÖu vµ tû lÖ N/X m¨ng cã hµm l­îng C3A cao sÏ lµm cho bª t«ng<br /> co ngãt nhiÒu h¬n so víi c¸c lo¹i xi m¨ng kh¸c.<br /> <br /> III. Mét sè dù ®o¸n kh¶ n¨ng co ngãt<br /> cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao (HPC)<br /> 1. Ph­¬ng ph¸p Sakata’s - SAK: §é co ngãt<br /> cña HPC ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau:<br />  .(t  t o )<br /> sh(t,to) = sh (1-3)<br />   (t  t o )<br /> Trong ®ã:<br /> H×nh 1-3. ¶nh h­ëng cña tû lÖ N/X vµ hµm<br /> l­îng cèt liÖu ®Õn co ngãt cña bª t«ng [3] sh: §é co ngãt cña bª t«ng<br /> t: Tuæi cña bª t«ng (ngµy)<br /> 3. KÝch th­íc cña bª t«ng: Tèc ®é vµ tæng to: Tuæi cña bª t«ng t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu kh«<br /> ®é lín co ngãt cña bª t«ng gi¶m khi kÝch th­íc (ngµy)<br /> sh =  (1  h).w 1 :<br /> bª t«ng t¨ng lªn. Tuy nhiªn, kho¶ng thêi gian co<br />  500  1   .t o<br /> ngãt cña bª t«ng cã thÓ kÐo dµi h¬n thêi gian 1  150 exp <br />  fc ' <br /> cÇn ®Ó lµm kh« phÇn bª t«ng phÝa trong: 1 n¨m<br /> cã thÓ lµm kh« mét ®é s©u 25 cm, 10 n¨m – 60 cm Co ngãt cuèi cïng cña bª t«ng<br /> tÝnh tõ mÆt ngoµi bª t«ng. V× vËy víi kÕt cÊu bª : HÖ sè phô thuéc vµo lo¹i xi m¨ng,<br /> t«ng lín h¬n th× hiÖn t­îng co kh« vÉn tiÕp tôc  = 10 ®èi víi xi m¨ng th­êng,<br /> ®­îc kÐo dµi theo thêi gian.  = 8 ®èi víi xi m¨ng chËm ®«ng kÕt<br /> 4. §iÒu kiÖn m«i tr­êng xung quanh: §é h: §é Èm<br /> Èm cña m«i tr­êng xung quanh ¶nh h­ëng rÊt w: Hµm l­îng n­íc (kg/m3)<br /> lín ®Õn co ngãt cña bª t«ng: tèc ®é co ngãt fc’: C­êng ®é nÐn cña bª t«ng ë tuæi 28 ngµy<br /> gi¶m khi ®é Èm m«i tr­êng cao. Ngoµi ra nhiÖt (MPa)<br /> <br /> <br /> 28<br />   = (15 . exp(0.007.fc’) + 0.25 . w) x 10-4 f = 23 ngµy<br /> V 3. Ph­¬ng ph¸p ACI 209R-92:<br /> 4.w.<br /> = S Co ngãt cña bª t«ng sau 7 ngµy b¶o d­ìng<br /> 100  0.7.t o trong m«i tr­êng kh«ng khÝ Èm:<br /> V: ThÓ tÝch cña mÉu (mm3) t<br /> (sh)t = ( sh ) u (1-5)<br /> S: DiÖn tÝch bÒ mÆt mÉu (mm2) 35  t<br /> 2. Ph­¬ng ph¸p AASHTO-LRFD ®­îc Shams Co ngãt cña bª t«ng sau 1-3 ngµy b¶o d­ìng<br /> vµ Kahn söa ®æi (2000): trong n­íc:<br /> §é co ngãt cña HPC ®­îc tÝnh theo c«ng t<br /> (sh)t = ( sh ) u (1-6)<br /> thøc sau: 55  t<br /> 0.5<br /> Trong ®ã:<br /> sh(t,to) = sh . kvs . kH . kto .  t  to <br />  (1-4)<br />  f  (t  t o )  (sh)t: Co ngãt cña bª t«ng t¹i t ngµy<br /> Trong ®ã: (sh)u: Co ngãt cuèi cïng cña bª t«ng<br /> sh : Co ngãt cuèi cïng cña bª t«ng, (sh)u = 780 . sh . 10-6 (m/m)<br /> sh = 510 khi b¶o d­ìng bª t«ng trong n­íc, sh : HÖ sè hiÖu chØnh, phô thuéc vµo lo¹i bª t«ng<br /> sh = 560 khi b¶o d­ìng bª t«ng trong t: thêi gian co ngãt cña bª t«ng (ngµy)<br /> m«i tr­êng khÝ Èm NhËn xÐt:<br /> n   4000   Trong 3 ph­¬ng ph¸p nªu trªn th× ph­¬ng<br /> t=  t . exp  273  T (t ) / T  13.65  :<br /> i ph¸p ACI 209R-92 lµ ®¬n gi¶n nhÊt, nh­ng nã<br /> 1   i o  <br /> ch­a ®Ò cËp hÕt ®­îc c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn<br /> sè ngµy tuæi cña bª t«ng sau n ngµy ®äc gi¸ trÞ.<br /> no<br />    <br /> ®é co ngãt cña bª t«ng vµ c«ng thøc tÝnh to¸n<br /> to = 4000<br />  t . exp  273  T (t ) / T<br /> i  13.65  : míi chØ xÐt tíi qu¸ tr×nh b¶o d­ìng bª t«ng víi<br /> 1   i o  <br /> mét sè ngµy h¹n chÕ. Tuy nhiªn, thùc tÕ bª t«ng<br /> sè ngµy tuæi cña bª t«ng kÓ tõ lóc ®óc mÉu<br /> cã thÓ cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p b¶o d­ìng kh¸c<br /> cho tíi khi bª t«ng b¾t ®Çu co kh«.<br /> nhau vµ qu¸ tr×nh b¶o d­ìng cã thÓ kÐo dµi h¬n.<br /> ti: Kho¶ng thêi gian (ngµy) t¹i nhiÖt ®é:<br /> Trong khi ®ã, ph­¬ng ph¸p 1 vµ 2 ®· ®Ò cËp ®Çy<br /> T(ti) (oC) (oC = 0.556 x oF – 17.778)<br /> ®ñ tíi c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é co ngãt cña<br /> To = 1 oC<br /> t bª t«ng, nh­: thêi gian b¶o d­ìng, ®é Èm xung<br /> kvs=  26. exp(0.0142.V / S )  t  1.80  1.77. exp(0.0216.V / S )  :<br />  . quanh, qu¸ tr×nh b¶o d­ìng, l­îng n­íc chøa<br />  t  2.587 <br /> <br />  45  t  trong bª t«ng, lo¹i xi m¨ng, c­êng ®é bª t«ng,<br /> HÖ sè phô thuéc vµo kÝch th­íc cña mÉu. kÝch th­íc mÉu thÝ nghiÖm…. V× vËy hai<br /> V: ThÓ tÝch cña mÉu (mm3) ph­¬ng ph¸p nµy tÝnh to¸n cho kÕt qu¶ gÇn víi<br /> S: DiÖn tÝch bÒ mÆt mÉu (mm2) thùc tÕ h¬n. Tuy nhiªn ®Ó ®¸nh gi¸ mét c¸ch<br /> kH: HÖ sè phô thuéc vµo ®é Èm xung quanh, kh¸ch quan, cÇn ph¶i ®óc mÉu thÝ nghiÖm ®Ó<br /> kH = 2.00 – 1.43.h khi h < 0.80 kiÓm chøng ®é chÝnh x¸c cña c¸c ph­¬ng ph¸p<br /> kH = 4.29 – 4.29.h khi h  0.80 nãi trªn. VÊn ®Ò nµy sÏ ®­îc ®Ò cËp trong nh÷ng<br /> h: §é Èm bµi b¸o tiÕp theo víi nh÷ng cÊp phèi HPC cô thÓ<br />  4.2  vµ ®iÒu kiÖn ®óc mÉu, b¶o d­ìng mÉu, thÝ<br /> kto = 0.67. exp  : nghiÖm mÉu râ rµng.<br />  9.45  t o <br /> HÖ sè t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu bª t«ng bÞ co kh«<br /> <br /> <br /> <br /> 29<br />  Tµi liÖu tham kh¶o:<br /> [1]. Pickett, G., "Effect of aggregate on shrinkage of concrete and hypothesis concerning<br /> shrinkage". American Concrete Institute -- Journal, 27(5): 1956. p. 581-590.<br /> [2]. Mindess, S., and Young, J. F., (1981) Concrete, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., ©<br /> 1981, 671 pp.<br /> [3]. E. G. Nawy, 2000. Reinforced Concrete: A Fundamental Approach, 4th ed. (1st ed., 1985),<br /> Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J.<br /> [4]. ACI Committee 209, "Prediction of Creep, Shrinkage, and Temperature Effects in Concrete<br /> Structures", in ACI Manual of Concrete Practice. American Concrete Institute: Farmington Hills,<br /> MI. 1997, p. 209R.1-209R.47.<br /> [5]. Mét sè tiªu chuÈn ACI, ASTM, AASHTO T & M<br /> <br /> <br /> <br /> Abstract:<br /> The factors influence on shrinkage<br /> and some methods to predict shrinkage of hpc<br /> <br /> To alleviate the deterioration of concrete structures, high performance concrete (HPC) is<br /> extensively used, particularly for hydraulic and hydro-power, bridge and marine works, due to its<br /> favorable durability characteristics. However, there is a problem with the high cracking tendency of<br /> HPC due to its high early shrinkage, low water-cementitious ratio and brittleness. Thus, the HPC<br /> advantages of high compressive strength and low permeability are somewhat offset by shrinkage<br /> cause cracking, which reduce the service life of concrete structures. To improve this problem, the<br /> first goal of this paper is to research some influences on shrinkage and some models to predict<br /> shrinkage of HPC.<br /> Keyword: shrinkage: co ngãt, aggregate: cèt liÖu, modulus of elasticity: m«®un ®µn håi, high<br /> performance concrete: bª t«ng tÝnh n¨ng cao<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ng­êi ph¶n biÖn: TS. NguyÔn Nh­ Oanh<br /> <br /> <br /> <br /> 30<br />