ĐÁNH GIÁ RẠN NỨT BAN ĐẦU CỦA

 BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO

SỬ DỤNG VÒNG THÍ NGHIỆM BỊ KIỀM CHẾ

NGUYỄN QUANG PHÚ ^{1) 2)}, JIANG LINHUA²⁾, LIU JIAPING³⁾; ĐỖ VIẾT THẮNG⁴⁾

1) Bộ môn Vật liệu Xây dựng - Khoa Công trình, trường Đại học Thủy lợi, Việt Nam

e-mail: phuvlxd@wru.edu.vn

2) Khoa Vật liệu Xây dựng, trường Đại học Hồ Hải,

Số 1, đường Xikang, TP. Nam Kinh, 210098, P. R. Trung Quốc

e-mail: lhjiang@hhu.edu.cn

3) Viện nghiên cứu vật liệu mới

Số 12, đường Beijing, TP. Nam Kinh, 210008, P. R. Trung Quốc

e-mail: ljp@cnjsjk.cn

4) Phòng Kế hoạch Tài chính - Viện Thủy công

Tóm tắt: Bê tông tính năng cao (HPC) có những tính năng vượt trội về cường độ và tính bền so với bê tông thường. Các hỗn hợp bê tông tính năng cao luôn luôn được sản xuất với các tỷ lệ nước/chất kết dính thấp trong khoảng 0.2 đến 0.4 và có sự kết hợp cao với các thành phần hoạt tính pozzolan như silica fume (SF), fly ash (FA) và slag. Do đó nó không thể tránh khỏi sự thay đổi thể tích trong bê tông bởi hiện tượng co khô, tự co, phản ứng hóa học và sự thay đổi nhiệt độ. Biến dạng co ngót là một tính chất thường xuyên xảy ra đối với bê tông hiện trường và rạn nứt do co ngót, đặc biệt là rạn nứt sớm trong bê tông tính năng cao trở thành hiện tượng nổi cộm cần được xem xét. Bài báo đã đánh giá co ngót ban đầu của bê tông tính năng cao cho hai tỷ lệ nước/chất kết dính (W/B = 0.22 và 0.40) bằng cách sử dụng thí nghiệm vòng bị kiềm chế.

1 Đặt vấn đề

Vật liệu kết dính thay đổi thể tích là do sự thay đổi độ ẩm, thay đổi nhiệt độ và phản ứng hóa học, đó là kết quả của hiện tượng tự co, co khô và giãn nở nhiệt. Khi những sự thay đổi thể tích này bị kiềm chế bởi các kết cấu xung quanh công trình, ứng suất dư có thể sẽ phát triển bên trong vật liệu. Nếu ứng suất dư này vượt quá cường độ kháng nứt của bê tông, rạn nứt có thể xuất hiện. Nhiều năm qua, các kỹ sư đã cố gắng tìm kiếm những phương pháp đánh giá đơn giản mà nhạy bén và sát với các hỗn hợp bê tông đã có để đánh giá rạn nứt cho bê tông. Phương pháp ASTM C157-04^[1] thường dùng để xác định co ngót tự do của bê tông, mà co ngót tự do của bê tông thì không đủ để dự đoán khi nào rạn nứt xuất hiện. Hơn nữa, khả năng gây nên rạn nứt của bê tông có liên quan đến một vài nhân tố, như: độ lớn co ngót tự do, tốc độ co ngót, mô đun đàn hồi, độ bị kiềm chế, từ biến và độ bền đứt gãy của bê tông (Weiss et al., 2000)^[2].

Một vài các nhà nghiên cứu đã phát triển các quy trình thí nghiệm để dự đoán ảnh hưởng của các tính chất vật liệu đến khả năng co ngót rạn nứt của bê tông (Swamy and Stavrides, 1979; Carlson and Reading, 1998; Weigrink et al., 1996)^{[3, 4, 5]}. Những quy trình thí nghiệm này đã đánh giá ứng suất dư phát triển trong bê tông khi co ngót của bê tông bị kiềm chế. Ví dụ các thí nghiệm đánh giá bằng cách sử dụng vòng kiềm chế: “restrained ring test” (Grzybowski and Shah, 1990; Hossain and Weiss, 2004)^{[6, 7]}, thí nghiệm tuyến tính thụ động kiềm chế (Springenschmidt et al., 1985; Weiss et al., 1998)^{[8, 9]} và thí nghiệm tuyến tính chủ động kiềm chế (Kovler, 1994; Toma et al., 1999; Altoubat and Lange, 2002)^{[10, 11, 12]}.

Thí nghiệm vòng kiềm chế gần đây đã trở thành một phương pháp phổ biến để đánh giá co ngót rạn nứt của bê tông (Krause et al., 1995; AASHTO PP 34-89; Shah et al., 1992; Grzybowski 1989a; Lim et al., 1999)^{[13, 14, 15, 16, 17]}. Thí nghiệm bao gồm một vòng rỗng bê tông được đúc quanh một vòng thép. Khi vòng bê tông khô, do bê tông bị co ngót nên vòng bê tông đẩy vòng thép bị co vào. Vòng thép kiềm chế lại co ngót của bê tông và gây nên ứng suất kéo phát triển trong bê tông. Nếu ứng suất này đủ lớn, rạn nứt có thể sẽ xuất hiện trong bê tông.

Sự phát triển ứng suất dư và rạn nứt trong vòng bê tông bị kiềm chế phụ thuộc vào điều kiện co khô của bê tông.  Ứng suất trong tường vòng dày với điều kiện co khô đẳng hướng đạt giá trị lớn nhất tại vị trí bán kính trong và ứng suất là hàm số của r² (Dally and Riley, 1991)^[18], trong khi vòng bê tông co khô từ bề mặt ngoài vòng (không đẳng hướng) cho thấy rằng ứng suất dư lớn nhất ở tại điểm ngoài cùng của vòng bê tông (Weiss and Shah, 2001)^[19]. Sự khác nhau này là rất quan trọng cho việc xuất hiện vết nứt, sự phát triển và lan truyền vết nứt. Thí nghiệm dùng sự bức xạ âm thanh cho thấy rằng, trong trường hợp co khô đẳng hướng, vết nứt bắt đầu xuất hiện tại nơi tiêp giáp giữa vòng bê tông và vòng thép (chu vi bên trong của vòng bê tông), trong khi đó trong các mẫu vòng bê tông co khô từ bề mặt ngoài của vòng thì vết nứt bắt đầu từ rìa ngoài và phát triển truyền vào phia trung tâm (Kim and Weiss, 2003; Hossain and Weiss, 2005)^{[20,  21]}. Vì vậy phương pháp phân tích cần được mô tả trường ứng suất cho sự mô phỏng khả năng phá hoại trong vòng bê tông. Bài báo này tập trung vào việc đánh giá sự phát triển ứng suất trong vòng bê tông co khô đẳng hướng (co khô từ trên và dưới của mẫu vòng) và bị kiềm chế bởi vòng thép, chỉ sử dụng các giá trị biến dạng trong vòng thép để tính toán ứng suất dư trong bê tông, và liên tục quan sát biến dạng phát triển trong vòng thép từ sau khi đúc mẫu đảm bảo việc có xét tới các ảnh hưởng của hiện tượng tự co ngót và co khô. Từ kết quả đó có thể cung cấp thông tin để đánh giá khả năng bị rạn nứt và thời gian bị rạn nứt ban đầu trong các mẫu vòng bê tông bị kiềm chế.

Đóng góp ý kiến về bài viết này