Mở đầu Bê tông là vật liệu xây dựng được ưa chuộng sử dụng nhất trên toàn thế giới do dễ sử dụng, cường độ nén cao, độ cứng cao, độ bền dài lâu, chi phí tương đối thấp, và nó có khả năng tạo hình thành bất kỳ hình dạng nào một cách dễ dàng kể cả được sử dụng ngay cả dưới nước. Một trong những nhược điểm chính của vật liệu bê tông là khả năng kháng kéo yếu; dưới tác dụng của ứng suất bản thân, ứng suất cơ học, các vết nứt có thể xuất hiện và phát triển qua đó làm cho bê tông dễ bị nhiều tác động môi trường có thể ảnh hưởng đến độ bền và cường độ của nó. Các nhà nghiên cứu và các kỹ sư đã tập trung nghiên cứu trong nhiều thập kỷ qua về việc tăng cường các tính chất của vật liệu bê tông đặc biệt là cường độ chịu nén, khả năng làm việc, và khả năng chống nứt. Tương tự như vật liệu xốp khác, bê tông trải qua sự thay đổi thể tích, quá trình này thể hiện sự co ngót hoặc trương nở bê tông; co ngót bê tông là nguyên nhân lớn dẫn đến nứt trong thời gian đầu và làm yếu đi khả năng chịu lực và độ bền của nó.
Có rất nhiều dạng co ngót có ảnh hưởng đến bê tông, cụ thể là co ngót khô, co ngót tự sinh, co ngót hoá học, co ngót do cacbonát hoá, co ngót do nhiệt, và co ngót dẻo.2 Tính cấp thiết của đề tài Trong thời gian vừa qua, trên địa bàn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và cả nước nói chung các sự cố gây ra những nứt vỡ công trình thường xảy ra khá nhiều. Không những các công trình nhỏ mà ngay cả các công trình lớn cấp đặc biệt cũng hay gặp những sự cố này như : Nhà máy nước Thủ Đức, Cầu Thủ Thiêm qua sông Sài Gòn, các đốt hầm dìm của Hầm Thủ Thiêm đang thi công .1 Hình ảnh mặt sàn công trình (Himlam Riverside) bị nứt do co ngót Hiện nay hiện tượng nứt bê tông rất phổ biến tại các công trình xây dựng khách sạn, thuỷ điện, cầu, đường hầm xuyên qua núi. Đặt biệt là các vết nứt kèm theo sự rò rỉ nước như sàn mái, bể chứa nước, đường hầm trong giao thông và thuỷ điện, làm giảm tuổi thọ của công trình và gây lên nhiều lo âu, tranh cãi giữa chủ đầu tư, đơn vị thi công và tư vấn thiết kế. Tác động nhiều tới tâm lý của người sử dụng và đặc biệt là hiệu ứng của xã hội về chất lượng công trình.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lâu của kết cấu công trình bê tông được sử dụng phổ biến trong các công trình cơ sở hạ tầng trong đó có hiện tượng nứt bê tông. Nứt bê tông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng trong cuộc sống. Các vết nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân. Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông.
Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho 3 sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bê tông và tiếp cận cốt thép hay các thành phần của cấu trúc xây dựng và dẫn đến huỷ hoại cấu trúc công trình.2 Dạng vết nứt thực tế mặt sàn công trình (Himlam Riverside) Có rất nhiều nguyên nhân dẫn tới nứt vật liệu bê tông, với thời gian có hạn, đề tài nghiên cứu chủ yếu về nứt do co ngót của vật liệu bê tông.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của nghiên cứu này là để kiểm tra thực nghiệm các thông số khác nhau ảnh hưởng đến bê tông lúc ban đầu, là thời điểm mà khả năng gây nứt là cao nhất và cả co ngót dài hạn. Co ngót tự sinh xảy ra trong thời gian đầu của bê tông, trong khi co ngót do tác nhân hóa học và co ngót khô có thể xảy ra trong một thời gian dài hơn nhiều. Chương trình thực nghiệm được lập dựa trên thiết kế với sáu thông số chính: tỉ lệ nước/xi măng, hàm lượng nước, kích thước lớn nhất của cốt liệu, tỉ lệ xỉ lò cao nghiền, silica fume để thay thế xi măng, và khối lượng thể tích của cốt liệu lớn. Từ đó, qua các 4 kết quả nghiên cứu thực nghiệm xây dựng mô hình hồi quy để xác định mức độ co ngót nhằm hạn chế nứt do vật liệu bê tông do nguyên nhân này gây ra.4 Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu Phần nghiên cứu lý thuyết về nứt vật liệu bê tông chỉ đi sâu về các nguyên nhân gây co ngót mà từ đó hình thành các vết nứt.
Phần thực nghiệm là quan trắc trực tiếp trên mẫu thông qua các thiết bị thí nghiệm để đo co ngót tự sinh, co ngót hoá và co khô. Tất cả các thông số về điều kiện khí hậu, thời tiết, độ co ngót, tốc độ thoát hơi nước bề mặt và quan trắc nứt cũng đều được thực nghiệm chi tiết. Luận văn này có năm chương. Chương đầu tiên cung cấp một mô tả ngắn gọn về các chủ đề nghiên cứu và xác định các mục tiêu, nhiệm vụ của nghiên cứu này.
Chương 2 trình bày một nghiên cứu tổng hợp tài liệu về các loại nguyên nhân gây nứt bê tông do co ngót cùng với cơ chế của nó, các phương pháp kiểm tra, kiểm soát các yếu tố, và các kỹ thuật giảm thiểu tác động. Chương 3 trình bày về hệ nguyên vật liệu sử dụng, các thiết kế cấp phối thực nghiệm dựa trên cơ sở thiết kế từng yếu tố thành phần để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số khác nhau có ảnh hưởng đến giá trị sức căng co ngót. Chương này cũng đề xuất phương pháp thử nghiệm, các quy trình thử nghiệm, và trình bày các kết quả thực nghiệm thu được. Chương 4 là chương phân tích các số liệu thực nghiệm qua đó đánh giá sức căng co ngót hoá học, sức căng co ngót tự sinh và co khô, và đồng thời cũng xem xét sự khác nhau giữa cường độ nén bê tông trong điều kiện bảo dưỡng ẩm và bảo dưỡng tự nhiên, từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng tới co ngót.
Sức căng co ngót ở các tuổi khác nhau được mô hình hoá toán học bằng cách sử dụng các kỹ thuật hồi quy. Ý nghĩa thống kê của các thông số kiểm tra được đánh giá đối với sức căng co ngót ở các tuổi khác nhau. Mối quan hệ giữa độ co tự sinh, áp lực mao mạch, nhiệt độ, và các thành phần hỗn hợp 5 cũng được đề cập trong chương này. Các hàm hồi quy về co ngót được thiết lập trong phần cuối của chương.
Chương 5 thể hiện phần tóm tắt của toàn bộ nghiên cứu này, kết luận và kiến nghị cũng được trình bày trong chương này. 6 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ NỨT CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG 2.1 Giới thiệu Vật liệu Bê tông là một hỗn hợp của xi măng, nước và cốt liệu. Xi măng và nước tạo thành keo (hồ vữa) bao bọc và liên kết các thành phần cốt liệu mịn và cốt liệu thô. Xi măng Portland là một vật liệu thuỷ hoá vì nó phản ứng với nước và biến đổi hỗn hợp không đồng nhất để thành một khối rắn chắc.
Các thuộc tính của vật liệu rắn hình thành được đặc biệt quan tâm, nhất là cường độ nén và sức căng co ngót. Các tính chất này có liên quan đến thành phần cấp phối cũng như các tính chất của hỗn hợp bê tông. Trong hai tính chất quan trọng này thì sự co ngót, nguyên nhân được coi là yếu tố lớn gây nứt đầu tiên của vật liệu bê tông. Ta có thể tóm tắt phân loại các trạng thái nứt của vật liệu bê tông theo bảng sau : Bảng 2.1 Các dạng nứt, nguyên nhân và thời gian gây nứt.
Stt Trạng Dạng nứt Nguyên nhân chủ yếu Thời gian xuất hiện thái nứt 1 Quanh khu vực Cấp phối thiết kế kém dẫn Sa lắng 10 phút đến 3 giờ cốt thép đến dư nước, đầm lâu 2 Theo đường Bay hơi nước nhiều qúa Co dẻo 30 phút đến 6 giờ chéo hay rải rác nhanh và sớm 7 3 Giãn, co Sinh nhiệt nhiều, chênh Ngang 1 ngày đến 2-3 tuần nhiệt lệch nhiệt lớn 4 Nước trộn quá nhiều, khe Ngang, theo co giãn không hiệu quả, Co khô vùng hay mạng Vài tuần đến vài tháng khoảng cách đổ bêtông rộng qua lớn 5 Thiếu hệ thống bọt khí Băng Song song bề thích hợp, cốt liệu thô chất Sau 1 hay vài mùa đông giá-tan mặt bêtông lượng thấp 6 Phía trên cốt Lớp bảo vệ không đủ, bị Rỉ cốt thép Hơn 2 năm thép thâm nhập ion clo 7 Vùng hay vết Thường sau 5 năm, tuy Phản ứng nứt dài dọc theo Cốt liệu hoạt tính nhiên có thể là sau vài kiềm cốt phía ứng suất +hydroxyt kiềm + độ ẩm tuần nếu cốt liệu có hoạt liệu kém tính cao 8 Sulphát trong hay ngoài Xâm thực Vùng bêtông thúc đẩy hình thành 1-5 năm sulphát ettringit Trạng thái nứt mà chúng ta đang đề cập trong đề tài là trạng thái nứt thứ nhất đến thứ tư tức là nứt ở trạng thái co dẻo, và co khô. Co ngót bê tông được định nghĩa là một sự giảm thể tích qua thời gian, và chủ yếu là do chuyển động của nước trong cấu trúc xốp của bê tông và các phản ứng hóa học gây nên. Các lỗ rỗng mao mạch giảm đi do sự di chuyển của nước tạo ra ứng suất kéo và kéo hồ vữa xi măng lại gây ra co ngót, trong khi đó phản ứng hóa học tạo ra sản phẩm 8 có khối lượng thể tích nhỏ hơn khối lượng thể tích của thành phần ban đầu [1]. Co ngót được chia thành hai giai đoạn; co ngót giai đoạn đầu, xảy ra trong 24 giờ đầu tiên và co ngót lâu dài, xảy ra sau 24 giờ [2].
Sự phân chia này đã được đưa ra để định hướng sự phân biệt về cơ chế co ngót từng giai đoạn là khác nhau. Đối với một hỗn hợp bê tông với tỷ lệ nước/xi măng lớn hơn 0.42 , sự co ngót ở thời gian đầu chủ yếu là do các phản ứng hydrat hóa, trong khi co ngót dài hạn là do thay đổi nước và bay hơi. Thông thường, co ngót sớm không phải là một mối quan tâm khi độ lớn của nó được coi là không đáng kể so với độ co khô dài hạn [2]. Tuy nhiên, ngày nay với sự phát triển của bê tông cường độ cao có tỷ lệ nước/xi măng thấp, người ta thấy rằng sự co ngót sớm phải được tính đến.
