Biến dạng của bê tông mới tháo khuôn: Sự hình thành các vết nứt trong bê tông mới tháo khuôn do sự chuyển dịch của ván khuôn hoặc nền móng hoặc do các lý do công nghệ khác
Các biến dạng kết cấu và hình thành vết nứt của bê tông xuất do tác động ngoại lực, vi phạm công nghệ sản xuất, lỗi thiết kế hoặc các yêu cầu thiết kế đề ra không đúng và thường không được dự báo - vấn đề này cần được nghiên cứu bổ sung một cách toàn diện, vì sự an toàn và tuổi thọ của các công trình xây dựng.
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về biến dạng của bê tông do co ngót, trong đó các nhà nghiên cứu xem xét ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tỷ lệ co ngót của bê tông và bê tông cốt thép, đề xuất các biện pháp để tính toán mức độ co ngót của bê tông ngay từ giai đoạn thiết kế hệ kết cấu của các tòa nhà/ công trình.
Trong các kết quả nghiên cứu cho thấy, hiện tượng co ngót dẻo của bê tông có thể dễ dàng kiểm soát, đồng thời co ngót do cacbonat hóa là không đáng kể, do đó có thể không cần tính tới.
Trên thực tế cũng không cần tính tới co ngót hóa học, vì nó không tách rời co ngót tự sinh, tức là co ngót tự sinh của mẫu không sấy riêng biệt luôn luôn bao gồm một tỷ lệ co ngót hóa học nhất định. Co ngót tự sinh của bê tông truyền thống có phần thấp hơn so với bê tông chất lượng cao. Tuy nhiên, co ngót tự sinh có thể được tối thiểu hóa bằng cách sử dụng các vật liệu các polymer siêu thấm hoặc các cốt liệu nhẹ no nước.
Hiện tượng nứt do biến dạng nhiệt sẽ giảm nếu sử dụng chất kết dính có độ tỏa nhiệt thấp phụ gia chậm đông kết của bê tông.
Từ các kết quả thí nghiệm, có thể thấy những đặc điểm căn bản của hiện tượng co ngót ở bê tông chất lượng cao so với bê tông truyền thống:
- Sự co ngót chung, tức là tổng co ngót tự sinh và co ngót do độ ẩm thấp hơn đối với bê tông chất lượng cao;
- Phần co ngót do độ ẩm thấp hơn đáng kể đối với bê tông chất lượng cao, trong khi thành phần co ngót tự sinh tăng lên rõ rệt;
- Sự phát triển trong khoảng thời gian co ngót tổng cộng đối với bê tông chất lượng cao tương đương bê tông truyền thống;
- Có sự khác biệt về ảnh hưởng tới sự phát triển co ngót từ các thông số như: tuổi bê tông tính tới thời điểm kết thúc lưu giữ độ ẩm và loại xi măng giữa bê tông truyền thống và bê tông chất lượng cao.
Phương pháp hoàn thiện nhất để xác định biến dạng co ngót của bê tông và các kết cấu bê tông cốt thép đã được nghiên cứu trong các công trình nghiên cứu của N.Bleshik (“Xây dựng mô hình tính toán độ co ngót của đá xi măng” và “Các mô hình tính toán co ngót của các kết cấu bê tông & bê tông cốt thép”). Các tài liệu đó chỉ rõ sự biến dạng do co ngót của bê tông được thúc đẩy hơn bởi nhiều yếu tố công nghệ và thiết kế. Song để tính toán kỹ thuật, có thể làm rõ những yếu tố tổng hợp cho phép tính toán co ngót của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép tương đối đáng tin cậy. Phương pháp tính toán đòi hỏi sự chuẩn xác trong việc ứng dụng các phụ gia biến tính hóa học và / hoặc các cốt liệu khoáng phân tán mỏng trong vữa bê tông, bởi điều này có thể làm thay đổi đáng kể tính chất cơ lý của bê tông, chẳng hạn như mức độ thủy hóa của xi măng, thời gian đông kết, cường độ ở độ tuổi sớm …, và tương ứng là sự biến dạng do co ngót.
Trong tiêu chuẩn châu Âu EN 1992-2-1, tiêu chuẩn Belarus SNB 5.03.01-02 và tiêu chuẩn Đức DIN EN 1992-1-1, phương pháp tính toán độ co ngót của bê tông εcs , trong đó giá trị được tính theo công thức:
εcs = εcs, d + εcs, a
(trong đó εcs, d là phần co ngót của bê tông do bay hơi ẩm; εcs, a là phần co ngót bê tông do quá trình bê tông đóng rắn).
Từ tất cả các tiền đề vừa nêu, có thể kết luận rằng co ngót do độ ẩm ảnh hưởng nhiều nhất tới biến dạng của kết cấu. Liên quan tới vấn đề này, các nghiên cứu về những phương pháp và vật liệu khác nhau cho phép giảm giá trị co ngót độ ẩm là vô cùng cấp thiết.
Co ngót độ ẩm, nguyên nhân và phương pháp giảm giá trị co ngót
Hiện nay, có ba phương pháp hiệu quả nhất để chống co ngót độ ẩm: thực hiện dưỡng hộ độ ẩm kịp thời và chất lượng; bù co ngót với các phụ gia khoáng; giảm co ngót thông qua giảm sức căng bề mặt của bê tông bằng cách sử dụng các phụ gia giảm co ngót (Shrinkage Reducing Admixture - SRA).
Phương pháp đầu tiên có tính ứng dụng nhiều nhất, tuy nhiên không phải lúc nào cũng khả thi trong điều kiện xây dựng hiện đại. Do vậy, tác giả sẽ đi sâu xem xét đầy đủ hơn hai phương pháp còn lại.
Các phụ gia khoáng hoạt động phổ biến nhờ việc hình thành ettringite (các phụ gia sulphoaluminate) hoặc canxi hydroxit (các phụ gia gốc CaO). Các phụ gia được sử dụng từ những năm 1980. Kinh nghiệm sử dụng nhiều năm các phụ gia khoáng cho phép làm rõ một số nhược điểm của chúng. Sự hình thành ettringite cần khoảng 5-7 ngày, và trong cả giai đoạn này cần thực hiện dưỡng hộ độ ẩm đạt chất lượng cho bê tông. Như đã đề cập trên đây, yêu cầu này không phải lúc nào cũng được thực hiện.
Các phụ gia gốc CaO hoạt động trong vòng 1-2 ngày, do đó rất cần thiết trong giai đoạn tập trung cường độ. Ngoài ra, các phụ gia khoáng không có tính công nghệ - chỉ được cung cấp ở dạng khô và định lượng sử dụng rất cao (thường là 10% khối lượng xi măng).
Các phụ gia SRA là các hóa chất giúp giảm co ngót độ ẩm và co ngót tự sinh của bê tông với định lượng 1-2% khối lượng xi măng. Cho tới gần đây, việc sử dụng các phụ gia này ở Nga và Belarus bị chững lại do giá thành cao (từ 5 - 12 bảng Anh / kg), vì những phụ gia này hoàn toàn nhập khẩu. Năm 2016, công ty cổ phần Polyplast đã nghiên cứu sản xuất phụ gia trong nước để giảm co ngót bê tông - Polyplast Optima với giá cả cạnh tranh, tính hấp dẫn công nghệ cao, định lượng sử dụng thấp. Tới nay, Polyplast Optima đã vượt qua các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm công nghiệp.
Ảnh hưởng của Polyplast Optima tới các đặc tính cơ bản của bê tông
Để nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia này tới biến dạng co ngót của bê tông, một loạt nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã được thực hiện với các mẫu kích cỡ 100 x 100 x 400 mm (trong vòng 56 ngày kết cứng được duy trì ở độ ẩm tương ứng 60 và 80%).
Các thay đổi biến dạng tương ứng của các mẫu từ Polyplast Optima được so sánh với mẫu có phụ gia biến tính sulfoaluminate sản xuất tại Belarus (sau đây gọi là C / A).
Các số liệu thu được chứng minh: khi được duy trì trong môi trường có độ ẩm 60% (có thể tương ứng với việc không dưỡng hộ bê tông), Polyplast Optima giảm co ngót của bê tông xuống từ 1,3 ... 2,4 lần tùy theo độ tuổi. Đồng thời, sự biến dạng co ngót của bê tông với phụ gia biến tính sulfoaluminate gần như ngang bằng với bê tông không có phụ gia, do đó nâng cao tầm quan trọng đặc biệt của việc bảo đảm dưỡng hộ độ ẩm cho bê tông có các phụ gia biến tính.
Trường hợp độ ẩm 80%, độ co ngót nhỏ nhất đạt được ở các mẫu C/A; trong khi đó, Polyplast Optima cho kết quả giảm co ngót 1,5- 2 lần.
Có các số liệu chứng tỏ các phụ gia SRA có thể ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ của bê tông, do đó cần tính toán khi thiết kế cấp phối bê tông.
Để xác định ảnh hưởng của phụ gia Polyplast Optima tới cường độ của bê tông, hai loạt mẫu đã được chuẩn bị với hàm lượng xi măng khác nhau. Thử nghiệm được thực hiện theo GOST 10180-2012.
Kết quả thử nghiệm cho thấy: các phụ gia SRA làm chậm tốc độ tập trung cường độ của bê tông. Định lượng cần dùng của Polyplast Optima bằng 1%, có thể làm chậm 7,5% tốc độ tập trung cường độ ở bê tông 28 ngày tuổi; do vậy cần được tính tới khi lựa chọn cấp phối cho bê tông. Hiệu ứng giảm tốc độ có thể được áp dụng để bê tông hóa các công trình lớn nhằm giảm biến dạng nhiệt độ do quá trình tự sấy của khối bê tông khi thủy hóa xi măng.
Thử nghiệm công nghiệp chất phụ gia Polyplast Optima cũng đã được tiến hành khi xây lớp bảo vệ trên công trình cầu qua sông Dubrovinka trên Đại lộ Thế Giới, thành phố Mogilev (Belarus). Việc hỗ trợ kỹ thuật và nghiên cứu cấp phối bê tông do Tập đoàn quốc gia BelDor (Belarus) thực hiện.
Các yêu cầu thiết kế (B45, F200, Btb 4.0) đã được thực hiện vượt mức: cường độ nén 63,9 Mpa; cường độ uốn 6,2 MPa.
Kết quả kiểm tra trực quan các kết cấu của lớp phủ được thể hiện trên một sơ đồ lan rộng các vết nứt. Ở phần bê tông có Polyplast Optima, chỉ có một vết nứt lớn tại mối nối của phần bê tông “cũ” và “mới”.
Ở phần bê tông không phụ gia, có khá nhiều vết nứt co ngót dài 10 - 20cm theo hướng chéo.
Kết luận:
- Kết quả kiểm tra cho thấy phụ gia Polyplast Optima làm giảm biến dạng co ngót bê tông từ 1,5 - 2,4 lần khi độ ẩm môi trường là 60 và 80%. Hiệu quả lớn hơn được thể hiện trong trường hợp độ ẩm 60%, tương ứng với việc không dưỡng hộ độ ẩm cho kết cấu bê tông.
- Giảm co ngót khi ứng dụng C/A ở độ ẩm 80%, tức là trường hợp có dưỡng hộ độ ẩm. Ở độ ẩm 60%, độ co ngót của bê tông C/A không thay đổi.
- Phụ gia Polyplast Optima làm chậm tốc độ tập trung cường độ của bê tông, cụ thể là 7,5% ở bê tông 28 ngày tuổi, do đó cần được tính đến khi lựa chọn thành phần bê tông.
- Phụ gia Polyplast Optima có thể áp dụng thành công để đổ bê tông tại các công trình nhất là công trình lớn – những công trình có yêu cầu nâng cao về tính kháng nứt.
- Việc sử dụng phụ gia Polyplast Optima trong các điều kiện công nghiệp cho phép loại trừ sự hình thành các khe nứt trong lớp bảo vệ tại công trình cầu qua sông Dubrovinka trên Đại lộ Thế giới, thành phố Mogilev./.
Nguồn: Tạp chí Công nghệ bê tông (Nga) số 12/2017
ND: Lệ Minh