NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA LỚP BÊ TÔNG MỚI DO BIẾN DẠNG CO NGÓT Ở TUỔI SỚM TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NÓNG KHÔ

• Tác giả: Nguyễn Khánh Hùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Thanh Tùng
• Trường học: Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu ứng xử của lớp bê tông mới do biến dạng co ngót ở tuổi sớm trong điều kiện khí hậu nóng khô
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG CO NGÓT TUỔI SỚM CỦA BÊ TÔNG
• 1.1. Các quan điểm về khái niệm tuổi sớm của bê tông
• 1.2. Tổng quan về biến dạng co ngót ở tuổi sớm của bê tông
• 1.3. Phân loại co ngót trong bê tông
• 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng co ngót trong bê tông
• 1.5. Các hậu quả do co ngót tuổi sớm đến kết cấu công trình
• 1.6. Các cơ chế gây ra biến dạng co ngót của bê tông
• 1.7. Các nghiên cứu về biến dạng co ngót của bê tông
• 1.7.1. Các nghiên cứu lý thuyết về co ngót
• 1.7.2. Các nghiên cứu thực nghiệm về co ngót của bê tông
• 1.8. Các công thức dự đoán co ngót trong tiêu chuẩn xây dựng
• 1.8.1. Công thức ACI 209
• 1.8.2. Công thức CEB MC90-99
• 1.8.3. Công thức EC2
• 1.9. Các phương pháp đo biến dạng co ngót bê tông tuổi sớm
• 1.10. Sự làm việc của lớp bê tông mới trong giai đoạn tuổi sớm
• 1.10.1. Khái niệm về lớp bê tông mới
• 1.10.2. Sự chùng ứng suất trong lớp bê tông mới
• 1.10.3. Ứng suất kéo do co ngót bị kiềm chế
• 1.10.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ hình học đến ứng suất kéo trong lớp bê tông mới
• 1.10.5. Các công thức tính ứng suất kéo bên trong lớp bê tông mới
• 1.11. Nhận xét Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG CO NGÓT TUỔI SỚM CỦA BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU NÓNG KHÔ
• 2.1. Nội dung thí nghiệm
• 2.2. Lựa chọn điều kiện môi trường
• 2.3. Cấp phối thí nghiệm
• 2.4. Chương trình thí nghiệm
• 2.5. Vật liệu chế tạo mẫu
• 2.6. Buồng khí hậu
• 2.6.1. Nguyên lý hoạt động
• 2.6.2. Chế tạo buồng khí hậu
• 2.7. Thời gian đông kết
• 2.8. Thiết bị thí nghiệm
• 2.9. Phương pháp thí nghiệm
• 2.10. Kết quả thí nghiệm
• 2.10.1. Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý
• 2.10.1.1. Cường độ chịu nén và Mô đun đàn hồi
• 2.10.1.2. Cường độ chịu kéo khi bửa (ép chẻ)
• 2.10.2. Thí nghiệm đo co ngót tuổi sớm
• 2.10.2.1. Chế tạo thiết bị đo co ngót tuổi sớm
• 2.10.2.2. Lựa chọn phương án thiết kế
• 2.10.2.3. Hoàn thiện thiết kế thiết bị đo biến dạng co ngót
• 2.10.2.4. Tiến hành thí nghiệm đo co ngót tự động
• 2.10.2.5. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót tự động
• 2.10.2.6. Xử lý dữ liệu
• 2.10.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ bên trong bê tông
• 2.10.2.8. Kết quả đo biến dạng co ngót tự động đến 24 giờ
• 2.10.2.9. Kết quả đo biến dạng co ngót tự động đến 7 ngày
• 2.10.2.10. Các giai đoạn phát triển của biến dạng co ngót trong 24 giờ đầu
• 2.10.2.11. Đo biến dạng co ngót theo ASTM C157
• 2.10.2.12. Quy trình thí nghiệm
• 2.10.2.13. Kết quả thí nghiệm
• 2.10.2.14. Kiểm chứng kết quả đo tự động với đo thủ công theo ASTM-C157
• 2.10.3. Xây dựng công thức tính biến dạng co ngót tuổi sớm
• 2.10.3.1. Xác định dạng công thức
• 2.10.3.2. Xây dựng công thức tính biến dạng co ngót theo tỷ lệ N/X khác nhau
• 2.11. Nhận xét Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA LỚP BÊ TÔNG MỚI VÀ DỰ BÁO KHẢ NĂNG NỨT TRONG GIAI ĐOẠN TUỔI SỚM
• 3.1. Vật liệu thí nghiệm
• 3.2. Thí nghiệm đo co ngót lớp bê tông mới
• 3.3. Thiết bị thí nghiệm
• 3.4. Quy trình thí nghiệm
• 3.5. Kết quả thí nghiệm
• 3.6. Thí nghiệm quan sát nứt lớp bê tông mới
• 3.7. Thiết bị thí nghiệm
• 3.8. Quy trình thí nghiệm
• 3.9. Kết quả thí nghiệm
• 3.10. Xây dựng công thức tính ứng suất kéo bên trong lớp bê tông mới trong giai đoạn tuổi sớm
• 3.10.1. Cơ sở đề xuất dạng công thức
• 3.10.2. Xác định hệ số kiềm chế α
• 3.10.3. Xác định hệ số chùng ứng suất
• 3.10.4. Công thức tính ứng suất bên trong lớp bê tông mới
• 3.10.5. Kiểm chứng công thức đề xuất với kết quả thí nghiệm
• 3.11. Dự báo khả năng xảy ra nứt ở giai đoạn tuổi sớm của lớp bê tông mới
• 3.11.1. Thí nghiệm kiểm chứng công thức tính ứng suất kéo đề xuất
• 3.11.2. Kết quả dự báo nứt so sánh với các phương pháp khác
• 3.12. Quy trình nghiên cứu ứng xử của lớp bê tông mới trong giai đoạn tuổi sớm
• 3.13. Nhận xét Chương 3
• TUYỂN TẬP CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TRÊN CÁC TẠP CHÍ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu Ứng Xử Bê Tông Mới Tại sao cần

Các vết nứt xuất hiện sớm trong kết cấu bê tông có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng đến khả năng sử dụng và tuổi thọ công trình. Việc kiểm soát các vết nứt này, đặc biệt trong giai đoạn đầu, là vô cùng quan trọng. Các công trình như sàn nhà xưởng, đường sân bay, cầu, và hầm đòi hỏi sự kiểm soát này để đảm bảo an toàn và độ bền. Hiện nay, nhiều nghiên cứu tập trung vào công thức biến dạng co ngót dài hạn, nhưng ít nghiên cứu đề cập đến giai đoạn tuổi sớm của vật liệu gốc xi măng. Điều kiện môi trường có ảnh hưởng lớn đến biến dạng co ngót ở tuổi sớm, và việc dự đoán biến dạng này là rất quan trọng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng biến dạng co ngót có thể đạt tới 50% giá trị tới hạn trong 28 ngày đầu. Trong giai đoạn này, bê tông chưa đủ cường độ để chống lại ứng suất kéo do biến dạng co ngót gây ra, việc dự báo các ứng suất này giúp kỹ sư đánh giá nguy cơ nứt.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu ứng xử bê tông co ngót tuổi sớm

Nghiên cứu về ứng xử bê tông co ngót tuổi sớm vô cùng quan trọng vì nó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và phát triển các vết nứt trong bê tông. Các vết nứt này có thể dẫn đến giảm khả năng chịu lực, thấm nước, và ăn mòn cốt thép, từ đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và an toàn của công trình. Việc nghiên cứu giúp đưa ra các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu nứt sớm, tăng cường độ bền và tuổi thọ của công trình.

1.2. Điều kiện khí hậu nóng khô và ảnh hưởng đến biến dạng bê tông

Trong điều kiện khí hậu nóng khô, tốc độ bốc hơi nước từ bề mặt bê tông tăng lên đáng kể, dẫn đến sự co ngót nhanh chóng và ứng suất kéo lớn trong giai đoạn tuổi sớm. Điều này làm tăng nguy cơ hình thành các vết nứt do co ngót. Nghiên cứu này đặc biệt quan trọng để phát triển các biện pháp thi công và vật liệu phù hợp với điều kiện khí hậu khắc nghiệt, đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình xây dựng.

II. Thách thức Nứt Bê Tông Do Co Ngót Giải pháp nào

Sự xuống cấp của bê tông là một thách thức lớn trong ngành xây dựng, với số lượng công trình cần sửa chữa ngày càng tăng. Một phương pháp phổ biến để sửa chữa là sử dụng lớp bê tông mới đổ trên lớp bê tông cũ. Lớp bê tông mới cần đảm bảo khả năng chống thấm và không có vết nứt để bảo vệ kết cấu hiện hữu. Vì vậy, cần các công cụ để đánh giá sự làm việc của lớp bê tông mới, xem xét các đặc tính kết cấu, ảnh hưởng của môi trường và tính chất của vật liệu. Các tính chất quan trọng bao gồm biến dạng co ngót, mô đun đàn hồi, chùng ứng suất và cường độ chịu kéo. Các công thức tính ứng suất kéo trong lớp bê tông mới đã được nghiên cứu, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế cần khắc phục.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt trong lớp bê tông mới

Sự hình thành vết nứt trong lớp bê tông mới chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, bao gồm: Tỷ lệ nước/xi măng, loại xi măng sử dụng, hàm lượng phụ gia, điều kiện bảo dưỡng, và đặc biệt là sự khác biệt về nhiệt độ và độ ẩm giữa lớp bê tông mới và lớp bê tông cũ. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để đưa ra các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu nguy cơ nứt.

2.2. Hạn chế của các phương pháp tính ứng suất kéo hiện tại

Các phương pháp tính ứng suất kéo hiện tại thường bỏ qua nhiều yếu tố quan trọng, chẳng hạn như ảnh hưởng của điều kiện khí hậu nóng khô, sự phát triển cường độ theo thời gian của bê tông, và tương tác giữa lớp bê tông mới và lớp bê tông cũ. Điều này dẫn đến kết quả tính toán không chính xác và khó dự báo được khả năng xảy ra nứt trong thực tế. Cần có những phương pháp tính toán chính xác và toàn diện hơn để giải quyết vấn đề này.

III. Phương pháp Đo Co Ngót Tuổi Sớm và Dự báo Nứt

Tại Việt Nam, nghiên cứu về biến dạng co ngót ở tuổi sớm còn hạn chế và tập trung chủ yếu vào biến dạng co ngót dài hạn. Đặc biệt, chưa có nghiên cứu cụ thể nào trong điều kiện khí hậu nóng khô. Lớp bê tông mới dễ bị co ngót mạnh trong giai đoạn tuổi sớm, dẫn đến hình thành vết nứt, ảnh hưởng đến tuổi thọ kết cấu. Điều này tạo ra khoảng trống lớn trong cơ sở dữ liệu thực nghiệm. Luận án này tập trung nghiên cứu biến dạng co ngót ở tuổi sớm của bê tông trong điều kiện khí hậu nóng khô, đặc biệt là ứng xử của lớp bê tông mới đổ trên lớp bê tông cũ. Mục tiêu là cung cấp số liệu thực nghiệm, xây dựng công thức tính biến dạng co ngót tự do và ứng suất kéo để dự báo nguy cơ nứt trong lớp bê tông mới ở giai đoạn tuổi sớm.

3.1. Thiết kế và chế tạo hệ thống đo biến dạng co ngót tự động

Để thực hiện nghiên cứu, cần thiết kế và chế tạo một hệ thống đo biến dạng co ngót tự động, bao gồm buồng khí hậu điều khiển chính xác nhiệt độ và độ ẩm, và thiết bị đo biến dạng co ngót tuổi sớm có khả năng ghi nhận tự động biến dạng co ngót tự do và biến dạng co ngót bị kiềm chế. Hệ thống này cho phép thực hiện các thí nghiệm một cách chính xác và hiệu quả trong điều kiện khí hậu nóng khô.

3.2. Xây dựng công thức tính ứng suất kéo trong lớp bê tông mới

Dựa trên kết quả thí nghiệm, cần xây dựng công thức tính ứng suất kéo bên trong lớp bê tông mới ở giai đoạn tuổi sớm. Công thức này cần tính đến các yếu tố ảnh hưởng như biến dạng co ngót, mô đun đàn hồi, tỷ lệ kiềm chế, và điều kiện khí hậu. Công thức này sẽ là công cụ quan trọng để dự báo khả năng xảy ra nứt và đưa ra các biện pháp phòng ngừa.

IV. Kết quả Công thức tính Co Ngót Bê Tông trong thực tế

Nghiên cứu sử dụng phương pháp lý thuyết (phân tích tổng hợp, quy nạp diễn giải, hồi quy) và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (nghiên cứu thực nghiệm, quan sát). Các thí nghiệm được thực hiện trên ba cấp phối bê tông với tỷ lệ nước/xi măng (N/X) là 0.35; 0.40; 0.45 trong điều kiện khí hậu nóng khô. Luận án xây dựng công thức tính biến dạng co ngót tự do và mô hình nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của lớp bê tông mới. Đồng thời, đề xuất quy trình tính ứng suất kéo trong lớp bê tông mới ở giai đoạn tuổi sớm có độ tin cậy, dự báo khả năng nứt.

4.1. Công thức tính biến dạng co ngót tự do và thực nghiệm

Công thức tính biến dạng co ngót tự do được xây dựng dựa trên các số liệu thực nghiệm thu thập được từ hệ thống đo biến dạng co ngót tự động. Công thức này cho phép dự đoán biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện khí hậu nóng khô với độ chính xác cao. Mô hình nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của lớp bê tông mới cũng được xây dựng để hiểu rõ hơn về cơ chế ứng xử của lớp bê tông mới dưới tác động của biến dạng co ngót.

4.2. Quy trình tính ứng suất kéo và dự báo nguy cơ nứt sớm

Quy trình tính ứng suất kéo trong lớp bê tông mới được đề xuất dựa trên công thức tính biến dạng co ngót và các yếu tố ảnh hưởng khác. Quy trình này cho phép dự báo nguy cơ nứt sớm trong lớp bê tông mới và đưa ra các biện pháp phòng ngừa kịp thời. Độ tin cậy của quy trình đã được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm thực tế.

V. Ứng dụng thực tế Cải thiện Chất lượng Bê Tông Mới hiệu quả

Luận án bổ sung bộ số liệu thực nghiệm về biến dạng co ngót đến 7 ngày tuổi và cung cấp công thức tính toán cụ thể ở tuổi sớm trong điều kiện khí hậu đặc thù. Các kết quả thu được có độ tin cậy, có thể tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng xử do biến dạng co ngót tuổi sớm của lớp bê tông mới trong các điều kiện khí hậu khác nhau. Các kết quả này có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng và độ bền của lớp bê tông mới trong xây dựng công trình, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nóng khô.

5.1. Ứng dụng công thức tính co ngót bê tông vào thiết kế

Công thức tính co ngót bê tông được xây dựng trong nghiên cứu có thể được ứng dụng vào quá trình thiết kế kết cấu bê tông, giúp kỹ sư dự đoán và kiểm soát biến dạng co ngót một cách chính xác hơn. Điều này cho phép lựa chọn vật liệu và biện pháp thi công phù hợp, đảm bảo kết cấu bê tông có độ bền và tuổi thọ cao trong điều kiện khí hậu nóng khô.

5.2. Đề xuất biện pháp thi công và bảo dưỡng bê tông hiệu quả

Nghiên cứu đề xuất các biện pháp thi công và bảo dưỡng bê tông hiệu quả, nhằm giảm thiểu biến dạng co ngót và nguy cơ nứt sớm trong điều kiện khí hậu nóng khô. Các biện pháp này bao gồm lựa chọn phụ gia giảm co ngót, kiểm soát tỷ lệ nước/xi măng, và áp dụng quy trình bảo dưỡng phù hợp.

VI. Kết luận Hướng nghiên cứu Bê Tông bền vững tương lai

Nghiên cứu này cung cấp một nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng xử của bê tông trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Các kết quả và công thức được phát triển có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng và độ bền của các công trình xây dựng trong tương lai. Nghiên cứu cũng mở ra các hướng đi mới trong việc phát triển các loại bê tông có khả năng chống chịu tốt hơn với biến dạng co ngót và các tác động từ môi trường.

6.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo về ứng xử bê tông trong điều kiện khác

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào ứng xử của bê tông trong các điều kiện khí hậu khác nhau, chẳng hạn như khí hậu lạnh hoặc khí hậu ẩm. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các loại phụ gia khác nhau đến biến dạng co ngót và ứng xử của bê tông.

6.2. Phát triển bê tông bền vững và khả năng chống co ngót cao

Trong tương lai, cần tập trung vào việc phát triển các loại bê tông bền vững, sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường và có khả năng chống co ngót cao. Nghiên cứu về các loại bê tông tự lèn, bê tông sợi, và bê tông sử dụng tro bay hoặc xỉ lò cao là rất quan trọng để đạt được mục tiêu này.