Tổng quan luận án

Biến dạng co ngót của bê tông là hiện tượng suy giảm thể tích của vật liệu trong quá trình đông cứng và phát triển cường độ trong không khí. Hiện tượng này phát sinh do quá trình thủy hóa của xi măng kết hợp với sự bốc hơi của lượng nước tự do trong cấu trúc mao dẫn. Trong kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), khi cốt thép kiềm chế biến dạng co ngót của bê tông, ứng suất kéo sẽ xuất hiện trong bê tông và gây ra các khe nứt ngay trong giai đoạn đầu sau khi thi công hoặc tháo ván khuôn. Tại Việt Nam, đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa cùng thực tế chuyển đổi công nghệ sản xuất xi măng sang phương pháp khô và việc sử dụng phổ biến bê tông thương phẩm có độ sụt lớn (15–18 cm) đã làm gia tăng đáng kể biến dạng co ngót. Các khảo sát thực tế từ Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (Bộ Xây dựng) trên khối đổ bê tông kích thước $3 \times 3 \times 3\text{ m}$ từng ghi nhận biến dạng co ngót thực tế cao gấp 3 đến 4 lần so với các giá trị công bố trong một số tài liệu nước ngoài. Tuy nhiên, tiêu chuẩn thiết kế hiện hành trong nước (TCVN 5574:2012) chủ yếu chỉ quy định giá trị hao ứng suất do co ngót đối với kết cấu ứng lực trước dựa trên các tài liệu quy chuẩn của Liên Xô cũ (СНиП 2.01-84*) mà chưa có công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian phù hợp với đặc thù vật liệu và điều kiện khí hậu Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm:

  1. Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông nặng thông thường trong điều kiện buồng khí hậu kiểm soát theo tiêu chuẩn Việt Nam.
  2. Thiết lập công thức toán học dự báo sự phát triển của biến dạng co ngót theo thời gian dạng hàm hyperbolic bằng phương pháp hồi quy từ số liệu thực nghiệm.
  3. Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến trạng thái ứng suất và độ võng dài hạn của kết cấu dầm bê tông cốt thép chịu uốn.
  4. Xây dựng phương pháp xác định hệ số từ biến của bê tông theo thời gian dựa trên kết quả đo độ võng dài hạn của dầm thực nghiệm.

Đối tượng nghiên cứu là bê tông nặng thông thường không sử dụng phụ gia, có khối lượng riêng dao động trong khoảng từ $2200\text{ kg/m}^3$ đến $2500\text{ kg/m}^3$.

Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được xác lập cụ thể:

  • Xác định biến dạng co ngót và hao khối lượng trên các tổ mẫu lăng trụ chuẩn có kích thước $70 \times 70 \times 280\text{ mm}$ (12 tổ mẫu từ TM-1 đến TM-12).
  • Khảo sát sự phát triển độ võng dài hạn trên mô hình dầm bê tông cốt thép đặt cốt đơn có kích thước tiết diện $80 \times 120\text{ mm}$ (các mẫu dầm D-1 và D-2).
  • Điều kiện môi trường thí nghiệm được duy trì ổn định trong buồng khí hậu chuyên dụng với nhiệt độ $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm tương đối $\text{RH} = 80 \pm 5%$, đây là dải thông số trung bình đặc trưng cho khí hậu Việt Nam theo Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam QCXDVN 02:2008/BXD và tiêu chuẩn TCVN 3117:1993.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu về cơ chế co ngót, các yếu tố ảnh hưởng, mô hình dự báo toán học và sự làm việc dài hạn của kết cấu BTCT:

  • Về cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến co ngót bê tông: Nghiên cứu của Neville và Brooks (1990) chỉ ra sự biến thiên độ ẩm, hiện tượng co ngót không thuận nghịch và tính trương nở của bê tông khi ngâm trong nước ($100 \times 10^{-6}$ đến $150 \times 10^{-6}$). Pickett (1956) thiết lập công thức xác định quan hệ giữa độ co ngót của bê tông $S_c$, độ co ngót của vữa xi măng $S_p$ và thể tích cốt liệu $g$. Lyse (1960) chứng minh co ngót tỷ lệ thuận với lượng vữa xi măng. Smadi (1987), Blanks (1940) khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Nước/Xi măng (N/X), trong khi Swapnil (2007) và Boris Haranki (2009) ghi nhận quan hệ giữa N/X và co ngót có sự biến động phức tạp tùy theo cấp phối. Hansen và Mattock (1966) nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích trên diện tích bề mặt ($V/S$). Perenchio (1997) khảo sát chu kỳ bảo dưỡng ẩm đến co ngót khô.
  • Về các mô hình dự báo trong tiêu chuẩn quốc tế: Luận án phân tích chi tiết mô hình ACI 209R-92 (dạng hàm hyperbolic có xét đến các hệ số điều chỉnh độ ẩm, kích thước, độ sụt, cốt liệu mịn, hàm lượng xi măng và bọt khí); CEB FIP 2010 và Eurocode 2 (phân tách co ngót thành hai thành phần co ngót tự sinh $\varepsilon_{ca}$ và co ngót khô $\varepsilon_{cd}$ phụ thuộc vào cường độ nén $f_{cm}$, độ ẩm $\text{RH}$ và kích thước quy ước $h_0$); BS 8110 (dự báo qua đồ thị với hàm lượng nước cơ bản $190\text{ l/m}^3$); Viện Khoa học Xây dựng Nga và tiêu chuẩn ГОСТ 24544-81 (mô hình giải tích hàm số xét đến mô đun bề mặt mở và độ ẩm); AS 3600 (phân chia co ngót hóa học $\varepsilon_{cse}$ và co ngót do khô $\varepsilon_{csd}$ gắn với cốt liệu địa phương); JSCE 2007 (mô hình dự báo của Nhật Bản phân chia theo cấp cường độ thường và cường độ cao).
  • Về ảnh hưởng của co ngót đến độ võng dầm BTCT: Miller (1958) đề xuất mô hình lực kéo tương đương cho dầm đặt cốt đơn; Branson (1977) kiến nghị công thức thực nghiệm tính toán độ cong do co ngót tỷ lệ thuận với biến dạng co ngót và tỷ lệ nghịch với chiều cao tiết diện; Kong và Evans (1987), Mosley (1996), Kaklauskas (2004) phát triển phương pháp phân tích ứng xử phi tuyến theo từng thớ mặt cắt lớp; Aleksandr (2010) khảo sát phân bố ứng suất và độ cong phát sinh do sự kiềm chế của cốt thép.
  • Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam: Quy định đo co ngót từng bước được đưa vào tiêu chuẩn ngành 22 TCN 60-84, TCVN 3117:1993. Các nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng tiêu chuẩn nước ngoài được thực hiện bởi Lê Văn Thưởng (1993), Hoàng Quang Nhu (2007) về tổn hao ứng suất trước, Cao Duy Khôi (2012) về hiện tượng co ngắn cột nhà siêu cao tầng Keangnam Hà Nội, và Trần Ngọc Long (2016) về đo đạc co ngót trong môi trường tự nhiên.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết là sự thiếu hụt các số liệu thực nghiệm có hệ thống về quá trình phát triển biến dạng co ngót của bê tông nặng trong điều kiện kiểm soát chuẩn hóa theo khí hậu Việt Nam ($27 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 80 \pm 5%$), việc xây dựng một công thức toán học thực nghiệm dạng hàm hyperbolic tương thích với hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam, đồng thời xác lập mô hình phân tích ứng suất, độ cong, độ võng dài hạn và hệ số từ biến của kết cấu dầm BTCT chịu uốn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và phương pháp phân tích lý thuyết cơ học kết cấu:

  • Khung lý thuyết:
    • Lý thuyết biến dạng co ngót phân rã theo các thành phần: co ngót khô, co ngót mao dẫn, co ngót tự sinh, co ngót cacbonat và co ngót nhiệt.
    • Lý thuyết mô hình hóa biến dạng co ngót theo hàm hyperbolic phụ thuộc thời gian dựa trên nguyên lý của tiêu chuẩn ГОСТ 24544-81 và ACI 209R: $$\varepsilon_{cs}(t, t_{cs,0}) = \frac{t - t_{cs,0}}{A + B(t - t_{cs,0})} = \frac{\varepsilon_{cs}(\infty) \cdot t}{\alpha_n + t}$$ Trong đó: $\varepsilon_{cs}(\infty) = 1/B$ là biến dạng co ngót tới hạn; $\alpha_n = A/B$ là tham số phản ánh tốc độ phát triển co ngót; $t$ là thời gian tính từ khi kết thúc bảo dưỡng ban đầu.
    • Lý thuyết cơ học kết cấu BTCT: Sử dụng giả thiết tiết diện phẳng, phương pháp lực kéo tương đương và sơ đồ phân bố ứng suất do co ngót để thiết lập công thức xác định độ cong do co ngót $1/r_{cs}$ và độ võng dài hạn $f_{cs} = K_{cs} L^2 (1/r_{cs})$.
  • Phương pháp thực nghiệm:
    • Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu: Cường độ chịu nén trung bình $f_{cm}$, mô đun đàn hồi $E_b$ của bê tông.
    • Thí nghiệm đo biến dạng co ngót dọc trục và hao khối lượng $\Delta m$ theo tiêu chuẩn TCVN 3117:1993 trên các mẫu lăng trụ $70 \times 70 \times 280\text{ mm}$ với đồng hồ đo biến dạng chuyên dụng. Mẫu sau 1 ngày tháo khuôn được dưỡng hộ ngập nước 3 ngày, sau đó đưa vào buồng khí hậu kiểm soát nhiệt độ $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm $\text{RH} = 80 \pm 5%$. Tần suất đọc số liệu: các ngày thứ 1, 3, 7, 14 và định kỳ 2 tuần/lần trong thời gian tối thiểu 120 ngày.
    • Thí nghiệm đo độ võng dài hạn trên 02 dầm BTCT chịu uốn (mẫu D-1 và D-2) kích thước tiết diện $80 \times 120\text{ mm}$ đặt trong cùng điều kiện buồng khí hậu.
  • Kỹ thuật xử lý số liệu và nguồn dữ liệu:
    • Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu (hồi quy tuyến tính thông qua phép đổi biến $X_1 = t$, $Y_1 = t/\varepsilon_{cs}(t)$) để xác định các hằng số thực nghiệm $A, B$, từ đó tính ra $\varepsilon_{cs}(\infty)$ và $\alpha_n$.
    • Ứng dụng công cụ tính toán MAPLE (được trình bày ở Phụ lục 4) để giải hệ phương trình ứng suất, xác định độ võng lý thuyết và tính toán hệ số từ biến $\varphi(t)$.
    • Toàn bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm được thực hiện và thu thập tại Phòng thí nghiệm và Kiểm định công trình LAS 125 – Trường Đại học Xây dựng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 - Tổng quan về biến dạng co ngót của bê tông

Chương 1 tổng hợp bức tranh toàn diện về hiện tượng co ngót của bê tông, phân tích ba nhóm nhân tố ảnh hưởng: cấp phối vật liệu (hàm lượng xi măng, tỷ lệ N/X, thể tích và loại cốt liệu, độ sụt), điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm tương đối), và hình học cấu kiện (tỷ lệ $V/S$).

Tác giả so sánh các phương pháp thực nghiệm đo co ngót trong các tiêu chuẩn quốc tế được tổng hợp tại Bảng 1.1:

Tiêu chuẩn Kích thước mẫu thí nghiệm Điều kiện nhiệt độ, độ ẩm Chế độ bảo dưỡng ban đầu Tần suất và thời gian đo
ГОСТ 24544-81 (Nga) $a \times a \times 4a$ ($a = 70, 100, 150, 200\text{ mm}$) $20 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 60 \pm 5%$ Ngâm nước 3 ngày sau 1 ngày tháo khuôn Ngày 0, 3, 7, 14; sau đó 2 tuần/lần; đo tối thiểu 120 ngày
ASTM C157/C157M (Hoa Kỳ) $75 \times 75 \times 285\text{ mm}$ ($D_{\max} < 25\text{ mm}$); $100 \times 100 \times 285\text{ mm}$ ($D_{\max} < 50\text{ mm}$) $23 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 50 \pm 4%$ Ngâm nước 30 phút, bảo dưỡng ẩm 28 ngày từ khi đổ Ngày 4, 7, 14, 28 và tuần 8, 16, 32, 64 (448 ngày)
JIS A 1129-1-2010 (Nhật Bản) $100 \times 100 \times 400\text{ mm}$ $20 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 60 \pm 5%$ Ngâm nước 7 ngày Đo tối thiểu 13 tuần (91 ngày)
TCVN 3117:1993 (Việt Nam) $a \times a \times 4a$ ($a = 70, 100, 150, 200\text{ mm}$) $27 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 80 \pm 5%$ Ngâm nước 3 ngày sau 1 ngày tháo khuôn Ngày 1, 3, 7, 14; sau đó 2 tuần/lần; đo tối thiểu 120 ngày
AS 1012.13-1992 (Úc) $75 \times 75 \times 285\text{ mm}$ $23 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 50 \pm 5%$ Ngâm nước 7 ngày sau 24h tháo khuôn Ngày 1, 2, 7, 14, 21, 28, 56, 112; chu kỳ 3 lần các đợt sau
BS ISO 1920-8:2009 (Anh) $75 \times 75 \times 280\text{ mm}$; $100 \times 100 \times 400\text{ mm}$ $22 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 55 \pm 5%$ Ngâm nước 7 ngày sau 18–24h tháo khuôn Ngày 7, 14, 21, 28, 56, 112; tối thiểu trong 3 tháng

Chương 1 cũng đánh giá các mô hình toán học dự báo biến dạng co ngót trong ACI 209R-92, CEB FIP 2010, Eurocode 2, BS 8110, ГОСТ 24544-81, TCVN 5574:2012, JCSE 2007; đồng thời tổng quan các công thức tính toán độ võng dài hạn của dầm BTCT chịu uốn có kể đến ảnh hưởng của co ngót theo ACI 435R-95, Eurocode 2 và TCVN 5574:2012.

Chương 2 - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông

Chương 2 trình bày chi tiết chương trình thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm LAS 125 (Trường Đại học Xây dựng):

  • Chuẩn bị vật liệu: Cát, đá dăm được sàng tuyển kiểm tra thành phần hạt nằm trong giới hạn biểu đồ cấp phối cho phép; xi măng và nước trộn đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật.
  • Chế tạo 12 tổ mẫu bê tông (ký hiệu từ TM-1 đến TM-12) với kích thước lăng trụ $70 \times 70 \times 280\text{ mm}$ nhằm khảo sát sự biến thiên của tỷ lệ N/X và hàm lượng xi măng theo định mức cấp phối cho $1\text{ m}^3$ bê tông (Bảng 2.1).
  • Kiểm soát điều kiện môi trường: Mẫu được đặt trong buồng khí hậu có thiết bị kiểm chứng độc lập đảm bảo nhiệt độ $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm $\text{RH} = 80 \pm 5%$.
  • Thí nghiệm cơ lý song song: Xác định cường độ chịu nén của các tổ mẫu đo co ngót (Bảng 2.2) và xác định mô đun đàn hồi của mẫu TM-10 (Bảng 2.3).
  • Thu thập chuỗi số liệu thực nghiệm đo biến dạng dọc trục và hao khối lượng theo các mốc thời gian quy định cho toàn bộ 12 tổ mẫu (Bảng 2.4, 2.5, 2.6 và Phụ lục 1).

Chương 3 - Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm xác định biến dạng co ngót bê tông

Dựa trên dữ liệu thực nghiệm, tác giả tiến hành phân tích theo 4 nhóm chủ đề:

  1. Ảnh hưởng của tỷ lệ N/X (Nhóm 1): Đánh giá quy luật biến dạng co ngót và hao khối lượng theo thời gian khi tỷ lệ N/X thay đổi, chỉ ra mối quan hệ đồng biến giữa tỷ lệ N/X và độ co ngót cuối cùng.
  2. Ảnh hưởng của lượng xi măng thành phần (Nhóm 2): Khảo sát quan hệ giữa hàm lượng xi măng và biến dạng co ngót tại các mức tỷ lệ N/X cố định ($0.40; 0.45; 0.50; 0.55$). Hàm lượng xi măng tăng làm tăng thể tích vữa xi măng, dẫn đến biến dạng co ngót tăng.
  3. Ảnh hưởng của co ngót đến khả năng gây nứt bê tông (Nhóm 3): Phân tích sự tích tụ ứng suất kéo do biến dạng co ngót bị kiềm chế $\sigma_{cs}(t)$ trong 28 ngày đầu tiên và so sánh với quá trình phát triển cường độ chịu kéo của bê tông ở các mức tỷ lệ N/X khác nhau ($0.40; 0.45; 0.50; 0.55$). Kết quả làm rõ nguy cơ nứt sớm ngay khi cường độ kéo chưa phát triển đủ để triệt tiêu ứng suất co ngót.
  4. Xác định mô hình dự báo co ngót trong điều kiện khí hậu Việt Nam (Nhóm 4): Áp dụng phương pháp hồi quy tuyến tính từ công thức hyperbolic của ГОСТ 24544-81 cho 12 tổ mẫu, thiết lập công thức thực nghiệm: $$\varepsilon_{cs}(t) = \frac{\varepsilon_{cs}(\infty) \cdot t}{\alpha_n + t}$$ Xây dựng bảng giá trị thông số tính toán biến dạng co ngót (Bảng 3.1), bảng giá trị co ngót tới hạn $\varepsilon_{cs}(\infty)$ theo lượng nước và xi măng (Bảng 3.2, 3.3, 3.4), và bảng tra tham số $\alpha_n$ theo tỷ lệ N/X cũng như lượng nước – xi măng (Bảng 3.5, 3.6).

Chương 4 - Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến độ võng dài hạn của kết cấu dầm BTCT chịu uốn

Chương 4 tập trung giải quyết bài toán ứng xử dài hạn của dầm BTCT do co ngót bê tông gây ra:

  • Thực nghiệm đo độ võng dài hạn của dầm D-1 và D-2 (kích thước tiết diện $80 \times 120\text{ mm}$) trong buồng khí hậu chuẩn, ghi nhận sự gia tăng liên tục của độ võng theo thời gian $t$ (Bảng 4.1 và Phụ lục 3).
  • Xây dựng mô hình lý thuyết: Thiết lập sơ đồ ứng suất trong tiết diện dầm đặt cốt đơn do co ngót gây ra, thiết lập hệ phương trình cân bằng để xác định ứng suất trong bê tông ở mép trên ($\sigma_{bt,cs}$), mép dưới ($\sigma_{b,cs}$) và ứng suất trong cốt thép ($\sigma_{s,cs}$) (Bảng 4.2, 4.3).
  • Thiết lập công thức xác định độ cong do co ngót $1/r_{cs} = (\varepsilon_{bt,cs} - \varepsilon_{b,cs})/h$ và công thức tính toán độ võng dài hạn của dầm.
  • Xây dựng phương pháp và công thức xác định hệ số từ biến của bê tông $\varphi(t)$ từ kết quả đo độ võng dầm thực nghiệm (Bảng 4.4, 4.5, 4.6), áp dụng cụ thể cho bê tông cấp độ bền B22.5 trong điều kiện nhiệt độ $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm $\text{RH} = 80 \pm 5%$.
  • Lập trình thuật toán trên phần mềm MAPLE (Phụ lục 4) để tự động hóa quy trình tính toán ảnh hưởng của co ngót và từ biến đến độ võng của kết cấu dầm.

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả và đóng góp mới của luận án được tổng kết như sau:

  • Về mặt học thuật và lý luận:
    • Thiết lập công thức toán học thực nghiệm dạng hyperbolic dự báo biến dạng co ngót của bê tông nặng theo thời gian $\varepsilon_{cs}(t) = \frac{\varepsilon_{cs}(\infty) \cdot t}{\alpha_n + t}$ dựa trên số liệu thực nghiệm tại Việt Nam. Công thức phản ánh rõ ràng ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, lượng nước và tỷ lệ N/X.
    • Xây dựng mô hình phân tích giải tích xác định trạng thái ứng suất nội tại ($\sigma_{bt,cs}, \sigma_{b,cs}, \sigma_{s,cs}$), độ cong do co ngót và độ võng dài hạn đối với dầm bê tông cốt thép chịu uốn đặt cốt thép đơn.
    • Đề xuất phương pháp gián tiếp xác định hệ số từ biến $\varphi(t)$ của bê tông theo thời gian thông qua kết quả đo độ võng dài hạn của dầm thực nghiệm và đưa ra công thức tính hệ số từ biến cho bê tông cấp độ bền B22.5 trong điều kiện nhiệt độ $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm $\text{RH} = 80 \pm 5%$.
  • Về mặt thực tiễn và ứng dụng:
    • Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn hóa về biến dạng co ngót, hao khối lượng và độ võng dài hạn của bê tông nặng trong điều kiện môi trường kiểm soát theo tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam.
    • Xây dựng hệ thống các bảng tra cứu thực hành cho kỹ sư thiết kế: Bảng tra giá trị co ngót tới hạn $\varepsilon_{cs}(\infty)$ và bảng tra tham số $\alpha_n$ theo các thông số cấp phối (nước, xi măng, N/X).
    • Cung cấp thuật toán MAPLE phục vụ công tác tính toán độ võng dài hạn có xét đến co ngót và từ biến, làm cơ sở khoa học để đề xuất bổ sung, hoàn thiện các chỉ dẫn tính toán trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt Nam (như cập nhật tiêu chuẩn TCVN 5574).
  • Kiến nghị kỹ thuật:
    • Cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ N/X và hàm lượng xi măng trong thiết kế cấp phối bê tông thương phẩm, tránh việc tùy tiện tăng độ sụt làm tăng nguy cơ nứt do co ngót.
    • Tuân thủ quy trình dưỡng hộ ẩm sớm và liên tục trong những ngày đầu sau khi đổ bê tông nhằm làm chậm tốc độ co ngót và giảm ứng suất kéo phát sinh sớm.
    • Khi thiết kế kết cấu dầm, sàn BTCT chịu uốn, cần tính toán kiểm tra độ võng dài hạn có kể đến độ cong do biến dạng co ngót và từ biến của bê tông gây ra.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong luận án:

  • Hạn chế:
    • Đối tượng nghiên cứu giới hạn ở bê tông nặng thông thường không sử dụng phụ gia hóa học hoặc phụ gia khoáng hoạt tính.
    • Kích thước mẫu thí nghiệm co ngót giới hạn ở mẫu lăng trụ chuẩn $70 \times 70 \times 280\text{ mm}$ và dầm thí nghiệm có tiết diện nhỏ $80 \times 120\text{ mm}$ đặt cốt đơn.
    • Môi trường thực nghiệm được khống chế cố định trong buồng khí hậu ở mức $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm $80 \pm 5%$, chưa phản ánh sự biến thiên chu kỳ phức tạp của thời tiết thực tế ngoài hiện trường.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót cho các loại bê tông có sử dụng phụ gia siêu dẻo, phụ gia khoáng (tro bay, xỉ hạt lò cao, silica fume) và bê tông cường độ cao.
    • Khảo sát biến dạng co ngót và từ biến trên các cấu kiện kết cấu có kích thước lớn hơn, dầm đặt cốt kép, bản sàn và kết cấu bê tông khối lớn.
    • Nghiên cứu ứng xử dài hạn của kết cấu trong điều kiện môi trường khí hậu tự nhiên thay đổi theo mùa và theo các vùng địa lý khác nhau tại Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các đối tượng trong ngành xây dựng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Tham khảo phương pháp luận kết hợp giữa mô hình hóa giải tích và thí nghiệm buồng khí hậu chuẩn hóa theo TCVN 3117:1993 và ГОСТ 24544-81; phương pháp xác định hệ số từ biến từ độ võng dầm thực nghiệm; quy trình thuật toán giải tích trên phần mềm MAPLE.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Sử dụng công thức hyperbolic và các bảng tra cứu thực hành (Bảng 3.4, 3.5, 3.6) để dự báo độ co ngót tới hạn, kiểm tra ứng suất nứt sớm và tính toán độ võng dài hạn cho dầm, sàn BTCT.
  • Các nhà hoạch định chính sách và ban biên soạn tiêu chuẩn: Sử dụng bộ số liệu thực nghiệm và các công thức đề xuất làm căn cứ khoa học để hoàn thiện các quy định về tính toán co ngót, từ biến trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện môi trường buồng khí hậu trong nghiên cứu được khống chế ở thông số nào và căn cứ vào đâu?
Nhiệt độ trong buồng khí hậu được khống chế ở $27 \pm 2^\circ\text{C}$ và độ ẩm tương đối ở mức $\text{RH} = 80 \pm 5%$. Các thông số này được xác lập theo tiêu chuẩn TCVN 3117:1993 và Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam QCXDVN 02:2008/BXD, đại diện cho dải nhiệt ẩm trung bình đặc trưng của khí hậu Việt Nam theo công bố của Tổng cục Thống kê.

2. Công thức toán học dự báo biến dạng co ngót theo thời gian được luận án thiết lập có dạng nào?
Luận án thiết lập công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian dạng hàm hyperbolic: $$\varepsilon_{cs}(t) = \frac{\varepsilon_{cs}(\infty) \cdot t}{\alpha_n + t}$$ Trong đó $\varepsilon_{cs}(\infty)$ là biến dạng co ngót tới hạn (bằng $1/B$) và $\alpha_n$ là tham số trung bình phản ánh tốc độ phát triển co ngót (bằng $A/B$), với các hệ số $A, B$ được xác định bằng phương pháp hồi quy từ kết quả thực nghiệm 12 tổ mẫu.

3. Tại sao bê tông bố trí cốt thép không đối xứng (cốt đơn) lại bị tăng độ võng do co ngót?
Khi dầm bố trí cốt thép không đối xứng (cốt đơn), cốt thép ở vùng kéo kiềm chế biến dạng co của bê tông xung quanh nó, trong khi vùng bê tông không có cốt thép (hoặc ít thép hơn) co tự do nhiều hơn. Sự chênh lệch biến dạng này tạo ra phân bố ứng suất không đều theo chiều cao tiết diện, gây ra độ cong do co ngót ($1/r_{cs}$). Độ cong này cùng chiều với độ cong do tải trọng ngoài gây ra, làm gia tăng độ võng dài hạn của dầm.

4. Luận án xác định hệ số từ biến $\varphi(t)$ của bê tông bằng phương pháp nào?
Luận án xây dựng phương pháp gián tiếp xác định hệ số từ biến $\varphi(t)$ theo thời gian dựa trên việc xử lý kết quả đo độ võng dài hạn thực nghiệm của các mẫu dầm BTCT (D-1 và D-2) chịu uốn kết hợp với sơ đồ ứng suất và thuật toán phân tích giải tích trên phần mềm MAPLE.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Ngọc Bình đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về biến dạng co ngót của bê tông nặng thông thường trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam ($27 \pm 2^\circ\text{C}$, $\text{RH} = 80 \pm 5%$). Tác giả đã thiết lập thành công công thức toán học dự báo co ngót dạng hyperbolic có xét đến ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, lượng nước và tỷ lệ N/X, đồng thời xây dựng hệ thống bảng tra cứu thông số thực hành. Luận án cũng đã hoàn thiện mô hình tính toán ứng suất, độ cong, độ võng dài hạn của dầm BTCT chịu uốn và đề xuất công thức xác định hệ số từ biến của bê tông từ dữ liệu thực nghiệm, đóng góp dữ liệu khoa học phục vụ công tác thiết kế và hoàn thiện tiêu chuẩn xây dựng tại Việt Nam.