C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt vµ mét sè ph­¬ng ph¸p dù ®o¸n co ngãt cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao (HPC)

27

C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt vµ mét sè ph­¬ng ph¸p dù ®o¸n co ngãt cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao (HPC)

NguyÔn Quang Phó

NCS Trung Quèc - BM VËt liÖu X©y dùng - §HTL

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) ®·

®­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 ven biÓn do tÝnh bÒn cña nã lµ rÊt triÓn väng. Tuy nhiªn, vÊn ®Ò chøa ®ùng sù r¹n nøt cao do sím bÞ 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

®é nÐn cao vµ tÝnh thÊm thÊp, nh­ng mét phÇn kh«ng tr¸nh khái hiÖn t­îng co ngãt, tõ ®ã bª t«ng 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

®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 bª t«ng tÝnh n¨ng cao.

I. §Þnh nghÜa:

Co ngãt bª t«ng: Lµ ®é gi¶m thÓ tÝch cña bª t«ng theo thêi gian. §é gi¶m ®ã ®­îc b¾t nguån tõ sù thay ®æi ®é Èm chøa trong bª t«ng vµ sù thay ®èi tÝnh chÊt c¬ lý trong bª t«ng mµ kh«ng chÞu mét t¸c ®éng nµo tõ bªn ngoµi.

Co ngãt cña bª t«ng cã mÊy d¹ng c¬ b¶n sau:

+ HiÖn t­îng tù co (Autogenous shrinkage):

x¶y ra do qu¸ tr×nh hydrat hãa cña xi m¨ng + Co kh« (Drying shrinkage): x¶y ra do sù thiÕu hôt ®é Èm trong bª t«ng trong qu¸ tr×nh bª t«ng cøng hãa.

+ Co ngãt do qu¸ tr×nh c¸cb«n¸t (Carbonation shrinkage): x¶y ra do mét vµi s¶n phÈm cña qu¸

tr×nh hydrat hãa t¸c dông víi CO₂.

II. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt cña HPC

1. Cèt liÖu: Cèt liÖu (nhÊt lµ cèt liÖu lín: ®¸) cã t¸c dông h¹n chÕ ®­îc co ngãt cña v÷a xi m¨ng, do ®ã bª t«ng chøa hµm l­îng cèt liÖu lín sÏ Ýt bÞ co ngãt h¬n.

Pickett [1] tÝnh to¸n sù co ngãt cña HPC tõ sù co ngãt cña v÷a xi m¨ng, hµm l­îng cèt liÖu, tÝnh chÊt cña cèt liÖu vµ v÷a nh­ sau:

S = S_o (1− g)^α (1-1a)

log 









 





 





g S

S_o

1 log 1

. (1-1b)

Trong ®ã:

S: ChiÒu dµi co ngãt cña bª t«ng S₀: ChiÒu dµi co ngãt cña v÷a xi m¨ng

g: ThÓ tÝch cña cèt liÖu trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hçn hîp bª t«ng

α: H»ng sè ®Æc tr­ng cho ¶nh h­ëng cña cèt liÖu

a c

a E

t E () ).

. 2 1 .(

2 1

) 1 .(

3





 







  (1-2)

Trong ®ã:

: HÖ sè Poisson cña bª t«ng

_a: HÖ sè Poisson cña cèt liÖu

E_c(t): ¶nh h­ëng cña m«®un ®µn håi cña bª t«ng E_a: M«®un ®µn håi cña cèt liÖu

Qua ®ã cho ta thÊy: khi cèt liÖu cã m«®un ®µn håi lín hoÆc cã bÒ mÆt th« r¸p sÏ h¹n chÕ ®­îc qu¸ tr×nh co ngãt cña HPC. H×nh 1-1, 1-2 d­íi ®©y cho thÊy ¶nh h­ëng cña m«®un ®µn håi vµ hµm l­îng cña cèt liÖu ®Õn co ngãt cña bª t«ng.

H×nh 1-1. ¶nh h­ëng m«®un ®µn håi cña cèt liÖu ®Õn co ngãt cña bª t«ng [2]

28

H×nh 1-2. ¶nh h­ëng cña hµm l­îng cèt liÖu ®Õn co kh« cña bª t«ng [2]

2. Hµm l­îng n­íc: Hµm l­îng n­íc trong bª t«ng cµng cao, hiÖn t­îng co ngãt cµng cao.

H×nh 1-3 cho thÊy mèi liªn hÖ gi÷a co ngãt cña bª t«ng víi hµm l­îng cèt liÖu vµ tû lÖ N/X

H×nh 1-3. ¶nh h­ëng cña tû lÖ N/X vµ hµm l­îng cèt liÖu ®Õn co ngãt cña bª t«ng [3]

3. KÝch th­íc cña bª t«ng: Tèc ®é vµ tæng

®é lín co ngãt cña bª t«ng gi¶m khi kÝch th­íc bª t«ng t¨ng lªn. Tuy nhiªn, kho¶ng thêi gian co ngãt cña bª t«ng cã thÓ kÐo dµi h¬n thêi gian cÇn ®Ó lµm kh« phÇn bª t«ng phÝa trong: 1 n¨m cã thÓ lµm kh« mét ®é s©u 25 cm, 10 n¨m – 60 cm tÝnh tõ mÆt ngoµi bª t«ng. V× vËy víi kÕt cÊu bª t«ng lín h¬n th× hiÖn t­îng co kh« vÉn tiÕp tôc

®­îc kÐo dµi theo thêi gian.

4. §iÒu kiÖn m«i tr­êng xung quanh: §é Èm cña m«i tr­êng xung quanh ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn co ngãt cña bª t«ng: tèc ®é co ngãt gi¶m khi ®é Èm m«i tr­êng cao. Ngoµi ra nhiÖt

®é m«i tr­êng còng ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt cña bª t«ng: nhiÖt ®é thÊp, co ngãt gi¶m. NÕu bª t«ng sau khi t¹o h×nh (sau kho¶ng 244h) ®­îc b¶o d­ìng trong m«i tr­êng n­íc mét thêi gian th× hiÖn t­îng co ngãt sÏ gi¶m so víi trong m«i tr­êng kh«ng khÝ b×nh th­êng.

5. Hµm l­îng cèt thÐp trong bª t«ng: Bª t«ng cèt thÐp Ýt co ngãt h¬n bª t«ng kh«ng cã cèt thÐp. Tuy nhiªn trong bª t«ng cèt thÐp, hµm l­îng cèt thÐp lµ mét hµm sè cña co ngãt.

6. Phô gia: C¸c lo¹i phô gia t¨ng nhanh qu¸

tr×nh ®«ng kÕt cña xi m¨ng trong bª t«ng (vÝ dô CaCl₂) sÏ lµm cho co ngãt t¨ng lªn. Phô gia cuèn khÝ (air entrained admixture) Ýt nhiÒu còng ¶nh h­ëng ®Õn co ngãt cña bª t«ng.

7. Lo¹i xi m¨ng: Xi m¨ng ®«ng kÕt nhanh, xi m¨ng cã hµm l­îng C₃A cao sÏ lµm cho bª t«ng co ngãt nhiÒu h¬n so víi c¸c lo¹i xi m¨ng kh¸c.

III. Mét sè dù ®o¸n kh¶ n¨ng co ngãt cña bª t«ng tÝnh n¨ng cao (HPC)

1. Ph­¬ng ph¸p Sakata’s - SAK: §é co ngãt cña HPC ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

_sh(t,t_o) =

) (

) .(

o o sh

t t

t t





 



 (1-3)

Trong ®ã:

_sh: §é co ngãt cña bª t«ng t: Tuæi cña bª t«ng (ngµy)

t_o: Tuæi cña bª t«ng t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu kh«

(ngµy)

_sh =

o c

t f

w h

. 1

1

' exp 500 150 1

).

1 (

















 :

Co ngãt cuèi cïng cña bª t«ng

: HÖ sè phô thuéc vµo lo¹i xi m¨ng,

 = 10 ®èi víi xi m¨ng th­êng,

 = 8 ®èi víi xi m¨ng chËm ®«ng kÕt h: §é Èm

w: Hµm l­îng n­íc (kg/m³)

f_c’: C­êng ®é nÐn cña bª t«ng ë tuæi 28 ngµy (MPa)

29

 = (15 . exp(0.007.f_c’) + 0.25 . w) x 10^-4

 =

to

S w V

. 7 . 0 100

. . 4



V: ThÓ tÝch cña mÉu (mm³) S: DiÖn tÝch bÒ mÆt mÉu (mm²)

2. Ph­¬ng ph¸p AASHTO-LRFD ®­îc Shams vµ Kahn söa ®æi (2000):

§é co ngãt cña HPC ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

_sh(t,t_o) = _sh. k_vs . k_H . k_to .

5 . 0

)

( 















o o

t t f

t

t (1-4)

Trong ®ã:

_sh : Co ngãt cuèi cïng cña bª t«ng,

_sh = 510 khi b¶o d­ìng bª t«ng trong n­íc,

_sh = 560 khi b¶o d­ìng bª t«ng trong m«i tr­êng khÝ Èm

t =





















 



 



n

o i

i T t T

t

1

65 . / 13 ) ( 273 exp 4000

. :

sè ngµy tuæi cña bª t«ng sau n ngµy ®äc gi¸ trÞ.

t_o =



_



















 



 



no

o i

i T t T

t

1

65 . / 13 ) ( 273 exp 4000

. :

sè ngµy tuæi cña bª t«ng kÓ tõ lóc ®óc mÉu cho tíi khi bª t«ng b¾t ®Çu co kh«.

t_i: Kho¶ng thêi gian (ngµy) t¹i nhiÖt ®é:

T(t_i) (^oC) (^oC = 0.556 x ^oF – 17.778) T_o = 1 ^oC

k_vs=







  





























587 . 2

) / . 0216 . 0 exp(

. 77 . 1 80 . .1

45 ) / . 0142 . 0 exp(

.

26 V S

t t

t S V

t :

HÖ sè phô thuéc vµo kÝch th­íc cña mÉu.

V: ThÓ tÝch cña mÉu (mm³) S: DiÖn tÝch bÒ mÆt mÉu (mm²)

k_H: HÖ sè phô thuéc vµo ®é Èm xung quanh, k_H = 2.00 – 1.43.h khi h < 0.80

k_H = 4.29 – 4.29.h khi h  0.80 h: §é Èm

k_to = 0.67. exp









t_o 45 . 9

2 .

4 :

HÖ sè t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu bª t«ng bÞ co kh«

f = 23 ngµy

3. Ph­¬ng ph¸p ACI 209R-92:

Co ngãt cña bª t«ng sau 7 ngµy b¶o d­ìng trong m«i tr­êng kh«ng khÝ Èm:

(_sh)_t = _{sh u} t

t ( )

35 

 (1-5)

Co ngãt cña bª t«ng sau 1-3 ngµy b¶o d­ìng trong n­íc:

(_sh)_t = _{sh u} t

t ( )

55 

 (1-6)

Trong ®ã:

(_sh)_t: Co ngãt cña bª t«ng t¹i t ngµy (_sh)_u: Co ngãt cuèi cïng cña bª t«ng (_sh)_u = 780 . _sh . 10^-6 (m/m)

_sh : HÖ sè hiÖu chØnh, phô thuéc vµo lo¹i bª t«ng t: thêi gian co ngãt cña bª t«ng (ngµy) NhËn xÐt:

Trong 3 ph­¬ng ph¸p nªu trªn th× ph­¬ng ph¸p ACI 209R-92 lµ ®¬n gi¶n nhÊt, nh­ng nã ch­a ®Ò cËp hÕt ®­îc c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn

®é co ngãt cña bª t«ng vµ c«ng thøc tÝnh to¸n míi chØ xÐt tíi qu¸ tr×nh b¶o d­ìng bª t«ng víi mét sè ngµy h¹n chÕ. Tuy nhiªn, thùc tÕ bª t«ng cã thÓ cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p b¶o d­ìng kh¸c nhau vµ qu¸ tr×nh b¶o d­ìng cã thÓ kÐo dµi h¬n.

Trong khi ®ã, ph­¬ng ph¸p 1 vµ 2 ®· ®Ò cËp ®Çy

®ñ tíi c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é co ngãt cña bª t«ng, nh­: thêi gian b¶o d­ìng, ®é Èm xung quanh, qu¸ tr×nh b¶o d­ìng, l­îng n­íc chøa trong bª t«ng, lo¹i xi m¨ng, c­êng ®é bª t«ng, kÝch th­íc mÉu thÝ nghiÖm…. V× vËy hai ph­¬ng ph¸p nµy tÝnh to¸n cho kÕt qu¶ gÇn víi thùc tÕ h¬n. Tuy nhiªn ®Ó ®¸nh gi¸ mét c¸ch kh¸ch quan, cÇn ph¶i ®óc mÉu thÝ nghiÖm ®Ó kiÓm chøng ®é chÝnh x¸c cña c¸c ph­¬ng ph¸p nãi trªn. VÊn ®Ò nµy sÏ ®­îc ®Ò cËp trong nh÷ng bµi b¸o tiÕp theo víi nh÷ng cÊp phèi HPC cô thÓ vµ ®iÒu kiÖn ®óc mÉu, b¶o d­ìng mÉu, thÝ nghiÖm mÉu râ rµng.

30

Tµi liÖu tham kh¶o:

[1]. Pickett, G., "Effect of aggregate on shrinkage of concrete and hypothesis concerning shrinkage". American Concrete Institute -- Journal, 27(5): 1956. p. 581-590.

[2]. Mindess, S., and Young, J. F., (1981) Concrete, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., © 1981, 671 pp.

[3]. E. G. Nawy, 2000. Reinforced Concrete: A Fundamental Approach, 4^th ed. (1^st ed., 1985), Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J.

[4]. ACI Committee 209, "Prediction of Creep, Shrinkage, and Temperature Effects in Concrete Structures", in ACI Manual of Concrete Practice. American Concrete Institute: Farmington Hills, MI. 1997, p. 209R.1-209R.47.

[5]. Mét sè tiªu chuÈn ACI, ASTM, AASHTO T & M

Abstract:

The factors influence on shrinkage and some methods to predict shrinkage of hpc

To alleviate the deterioration of concrete structures, high performance concrete (HPC) is extensively used, particularly for hydraulic and hydro-power, bridge and marine works, due to its favorable durability characteristics. However, there is a problem with the high cracking tendency of HPC due to its high early shrinkage, low water-cementitious ratio and brittleness. Thus, the HPC advantages of high compressive strength and low permeability are somewhat offset by shrinkage cause cracking, which reduce the service life of concrete structures. To improve this problem, the first goal of this paper is to research some influences on shrinkage and some models to predict shrinkage of HPC.

Keyword: shrinkage: co ngãt, aggregate: cèt liÖu, modulus of elasticity: m«®un ®µn håi, high performance concrete: bª t«ng tÝnh n¨ng cao

Ng­êi ph¶n biÖn: TS. NguyÔn Nh­ Oanh