NGUYỄN NGỌC BÌNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

NGUYỄN NGỌC BÌNH

*
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA
BÊ TÔNG TRONG ĐIỀU KIỆN TIÊU CHUẨN
KHÍ HẬU VIỆT NAM

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số :

62580208

*
MÃ SỐ 62580208

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NĂM 2017

HÀ NỘI – NĂM 2017


Nghiên cứu sinh

NGUYỄN NGỌC BÌNH


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn: PGS. TS.
Nguyễn Trung Hiếu, GS. TS. Ngô Thế Phong đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
tạo điều kiện và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận án
Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô bộ môn Thí nghiệm và Kiểm
định công trình, bộ môn Công trình bê tông cốt thép và khoa Đào tạo Sau đại
học trường Đại học Xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn
trong suốt thời gian tác giả nghiên cứu tại Bộ môn và khoa.
Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các thầy, cô trường Đại học Xây dựng đã
đóng góp nhiều ý kiến quý báu và có giá trị cho nội dung đề tài luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn các bạn bè, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ và
động viên trong suốt quá trình tác giả học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
án.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên gia đình đã
thông cảm tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận án.


i

MỤC LỤC


1.2.4

Hình dạng và kích thước kết cấu.................................................................. 9

1.2.5

Thời gian và phương pháp bảo dưỡng ......................................................... 9

1.2.6

Nhiệt độ môi trường .................................................................................... 9

1.2.7

Độ ẩm môi trường ....................................................................................... 9

1.2.8

Nhận xét, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới co ngót ................................. 10

1.3

Một số mô hình dự báo biến dạng co ngót của bê tông trong các tiêu chuẩn

hiện hành ................................................................................................................ 10
1.3.1

Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 209R-92 [ 21 ] ................................................... 10

1.3.2

1.3.9

Phân tích, đánh giá các mô hình tính toán biến dạng co ngót ..................... 18

1.3.10 Nhận xét về mô hình toán dự báo biến dạng co ngót.................................. 20
1.4

Phương pháp thực nghiệm xác định biến dạng co ngót của bê tông trong các

tiêu chuẩn hiện hành ............................................................................................... 21
1.5

Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót bê tông từ kết quả thực

nghiệm .................................................................................................................. 22
1.6

Tình hình nghiên cứu biến dạng co ngót trên thế giới và ở Việt Nam ........ 24

1.6.1

Tình hình nghiên cứu trên thế giới............................................................. 24

1.6.2

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 25

1.7

Ảnh hưởng của biến dạng co ngót bê tông tới sự làm việc dài hạn của kết

Các yếu tố liên quan đến môi trường ......................................................... 32

1.8.3

Yếu tố liên quan đến hình dạng cấu kiện ................................................... 33

1.9

Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 33

1.10

Kết luận chương 1 ..................................................................................... 34

CHƯƠNG 2 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG CO NGÓT CỦA BÊ
TÔNG

....................................................................................................... 35

2.1

Nội dung thí nghiệm .................................................................................. 35

2.2

Bố trí thí nghiệm và thiết bị đo .................................................................. 37

2.2.1

Dụng cụ đo ................................................................................................ 37

2.4.4

Buồng khí hậu ........................................................................................... 42

2.4.5

Tính toán kết quả ....................................................................................... 44


iv

2.5

Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 44

2.5.1

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén mẫu bê tông .................................. 44

2.5.2

Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của bê tông ........................................ 45

2.5.3

Kết quả thí nghiệm mẫu đo biến dạng co ngót ........................................... 47

2.6

Kết luận chương 2 ..................................................................................... 50


Xác định biến dạng co ngót bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt

Nam (Nhóm 4) ....................................................................................................... 65
3.2.1.1 Xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót từ kết quả thực nghiệm ..... 67


v

3.2.1.2 Đánh giá kết quả nghiên cứu biến dạng co ngót bê tông điều kiện tiêu chuẩn
khí hậu Việt Nam (nhóm 4) .................................................................................... 75
3.2.1.3 Kết luận nghiên cứu biến dạng co ngót bê tông điều kiện tiêu chuẩn khí hậu
Việt Nam (nhóm 4)................................................................................................. 76
3.3

Kết luận chương 3 ..................................................................................... 76

CHƯƠNG 4 - NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG CO NGÓT ĐẾN
ĐỘ VÕNG DÀI HẠN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT CHỊU UỐN ............................ 78
4.1

Nghiên cứu thực nghiệm xác định độ võng dài hạn của dầm BTCT do biến

dạng co ngót của bê tông. ....................................................................................... 78
4.1.1

Đặt vấn đề ................................................................................................. 78

4.1.2



4.2.3

Các công thức cơ bản ................................................................................ 87

4.2.4

Độ võng của dầm do biến dạng co ngót ..................................................... 91

4.3

Công thức xác định hệ số từ biến từ kết quả thực nghiệm .......................... 92

4.4

Kết luận chương 4 ..................................................................................... 98

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 99


vi

1.

Kết luận..................................................................................................... 99

2.

Hướng phát triển nghiên cứu và kiến nghị ............................................... 100



khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện tới trọng tâm của
cốt thép chịu kéo

a'

khoảng cách từ mép chịu nén của tiết diện tới trọng tâm của
cốt thép chịu nén

As , As'

diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén, chịu kéo

Ac

diện tích tiết diện ngang của kết cấu bê tông

Ared

diện tích của tiết diện quy đổi

ACI

tiêu chuẩn Hoa Kỳ

b, h

chiều rộng, chiều cao tiết diện

B


g

thể tích của cốt liệu
kích thước quy ước của của mặt cắt ngang của cấu kiện

h

h

2 Ac
u

ho

chiều cao làm việc của tiết diện, ho=h-a

I

mô men quán tính của tiết diện

I bo , I so , I so'

mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích bê
tông chịu nén, của diện tích thép chịu kéo, cốt thép chịu nén

I e1

mô men quán tính của tiết diện chưa nứt



N/X

tỉ lệ nước / xi măng

N, W

lượng nước

S

mô men tĩnh của diện tích cốt thép so với trọng tâm của mặt
cắt

Sbo

mô men tĩnh đối với trục trung hòa của bê tông vùng kéo

Sc

co ngót của bê tông

Sp

co ngót của vữa xi măng

Rb

cường độ chịu nén tính toán của bê tông


Wred

mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi

X

lượng xi măng

e

tỉ lệ mô đun đàn hồi

 as ,  ds1 , ds 2

hệ số phụ thuộc vào loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông

  ,  vs ,  s ,   ,  c ,  

hệ số điều chỉnh độ ẩm, tỉ lệ thể tích trên diện tích bề mặt, độ
sụt, tỉ lệ cốt liệu mịn, hàm lượng xi măng, hàm lượng khí mô
hình tính biến dạng co ngót ACI



độ võng


ix

 cs

biến dạng co ngót tự sinh

 cds (t ) ,  cd (t ) ,  csd

biến dạng co ngót khô

 cas0  fcm 

biến dạng co ngót tự sinh quy ước

*
 ca     cse
,

biến dạng co ngót tự sinh tới hạn

 cds 0 ( f cm )

biến dạng co ngót khô quy ước

 cds 0 ( f cm )

biến dạng co ngót khô cơ bản

*
 csd
.b

biến dạng co ngót do khô cuối cùng



ứng suất co ngót của bê tông được xác định tương ứng ở mép
trên và mép dưới của tiết diện

 s ,cs

ứng suất co ngót của cốt thép được xác định tương ứng ở
mức trọng tâm cốt thép


x

Danh mục hình vẽ
Hình 1. 1 – Thay đổi độ ẩm trong bê tông khi khô từ tuổi to tới khi bão hòa ở tuổi t [
76 ] ................................................................................................................. 7
Hình 1. 2 - Biến dạng co ngót của bê tông theo BS 8110 [ 17 ] ............................... 14
Hình 1. 3 – Ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới sự làm việc dài hạn của kết cấu
BTCT chịu uốn Aleksandr (2010) [ 18 ] ........................................................ 28
Hình 2. 1 – Cân đo trọng lượng ............................................................................... 37
Hình 2. 2 – Dụng cụ đo biến dạng dọc trục.............................................................. 37
Hình 2. 3 – Biểu đồ xác định phạm vi cho phép của đá dăm .................................... 38
Hình 2. 4 – Biểu đồ xác định phạm vi cho phép của cát........................................... 39
Hình 2. 5 – Mẫu thí nghiệm xác định biến dạng co ngót theo TCVN 3117:1993 ..... 40
Hình 2. 6 - Đo biến dạng co ngót theo TCVN 3117:1993 [ 11 ]............................... 41
Hình 2. 7 – Thiết bị đo đạc kiểm chứng độc lập về nhiệt độ và độ ẩm trong buồng khí
hậu ................................................................................................................ 43
Hình 2. 8 – Buồng khí hậu khống chế nhiệt độ và độ ẩm theo yêu cầu thí nghiệm ... 43
Hình 2. 9 – Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén .............................................. 45
Hình 2. 10 – Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông ............................... 47
Hình 3. 1 – Quan hệ biến dạng co ngót theo thời gian của nhóm 1 .......................... 53

tông xuất hiện ở nhóm tổ mẫu có tỉ lệ N/X=0.40 trong 28 ngày đo đầu tiên .. 64
Hình 3. 17 - Biến dạng co ngót bê tông của 12 tổ mẫu thí nghiệm thuộc nhóm 4..... 66
Hình 3. 18 – Biến dạng co ngót bê tông phụ thuộc thời gian theo công thức thực
nghiệm từ (3. 7) đến (3. 18) của các tổ mẫu thí nghiệm ................................. 70
Hình 3. 19 – Quan hệ biến dạng co ngót tới hạn và lượng xi măng cấp phối theo tỉ lệ
N/X ............................................................................................................... 72
Hình 3. 20 – Quan hệ giữa tỉ lệ N/X và giá trị tham số trung bình  n ...................... 74


xii

Hình 4. 1 - Cấu tạo hệ dầm thí nghiệm .................................................................... 80
Hình 4. 2 - Chế tạo dầm thí nghiệm ......................................................................... 81
Hình 4. 3 - Mặt bằng bố trí dụng cụ đo chuyển vị của dầm thí nghiệm .................... 82
Hình 4. 4 - Dầm thí nghiệm đo võng do ảnh hưởng biến dạng co ngót bê tông ........ 83
Hình 4. 5 – Kết quả thí nghiệm độ võng dài hạn của dầm D-1 và D-2 do biến dạng co
ngót theo thời gian t ...................................................................................... 85
Hình 4. 6 – Sơ đồ ứng suất do co ngót của bê tông .................................................. 87
Hình 4. 7 – Hệ số từ biến của dầm thí nghiệm theo thời gian ................................... 96
Hình PL1. 1 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-1 theo thời gian t ... PL25
Hình PL1. 2 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-1 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL25
Hình PL1. 3 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-2 theo thời gian t ... PL26
Hình PL1. 4 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-2 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL26
Hình PL1. 5 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-3 theo thời gian t ... PL27
Hình PL1. 6 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-3 theo hao khối lượng
m ........................................................................................................... PL27
Hình PL1. 7 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-4 theo thời gian t ... PL28
Hình PL1. 8 – Quan hệ biến dạng co ngót  của tổ mẫu TM-4 theo hao khối lượng

các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL37
Hình PL2. 2 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-2 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL38


xiv

Hình PL2. 3 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-3 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL38
Hình PL2. 4 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-4 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL39
Hình PL2. 5 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-5 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL39
Hình PL2. 6 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-6 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL40
Hình PL2. 7 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-7 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL40
Hình PL2. 8 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-8 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL41
Hình PL2. 9 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-9 với
các tiêu chuẩn hiện hành .......................................................................... PL41
Hình PL2. 10 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-10
với các tiêu chuẩn hiện hành .................................................................... PL42
Hình PL2. 11 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-11
với các tiêu chuẩn hiện hành .................................................................... PL42
Hình PL2. 12 – So sánh kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót của tổ mẫu TM-12
với các tiêu chuẩn hiện hành .................................................................... PL43
Hình PL5. 1 – Chuẩn bị vật liệu cho công tác thí nghiệm ........................................ PL49
Hình PL5. 2 – Công tác thí nghiệm thành phần hạt .................................................. PL49
Hình PL5. 3 – Công tác chế tạo mẫu đo biến dạng co ngót ...................................... PL50

xvi

Bảng PL1. 1 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-1.......................... PL1
Bảng PL1. 2 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-2.......................... PL3
Bảng PL1. 3 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-3.......................... PL5
Bảng PL1. 4 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-4.......................... PL7
Bảng PL1. 5 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-5.......................... PL9
Bảng PL1. 6 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-6........................ PL11
Bảng PL1. 7 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-7........................ PL13
Bảng PL1. 8 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-8........................ PL15
Bảng PL1. 9 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-9........................ PL17
Bảng PL1. 10 - Biến dạng co ngót và hao khối lượng tổ mẫu TM-10 .................... PL19
Bảng PL1. 11 - Số liệu thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-11 ............... PL21
Bảng PL1. 12 - Số liệu thí nghiệm đo biến dạng co ngót tổ mẫu TM-12 ............... PL23
Bảng PL3. 1 – Số liệu thí nghiệm độ võng dài hạn của dầm D-1 ........................... PL44
Bảng PL3. 2 – Số liệu thí nghiệm độ võng dài hạn của dầm D-2 ........................... PL45


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Bê tông nặng được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng là loại bê tông
có khối lượng riêng thay đổi từ 2200 kg / m3 đến 2500 kg / m3 . Trong quá trình đông
cứng, bê tông bị co lại. Biến dạng này của bê tông gọi là biến dạng co ngót. Biến
dạng co ngót phụ thuộc vào điều kiện môi trường nơi bê tông làm việc và vào các
yếu tố liên quan đến cấu tạo cấp phối bê tông như tỉ lệ N/X, loại xi măng và cốt
liệu, … Biến dạng co ngót được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ra
tình trạng nứt trên kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (BTCT). Trong kết cấu
BTCT, do cốt thép cản trở biến dạng co này, gây ra ứng suất kéo trong bê tông nên

bê tông, ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới sự làm việc của kết cấu bê tông cốt
thép. Tuy nhiên, biến dạng co ngót của bê tông chịu ảnh hưởng của điều kiện khí
hậu môi trường, đặc điểm vật liệu chế tạo tại địa phương, ... do vậy kết quả dự báo
biến dạng co ngót của bê tông theo các tiêu chuẩn nêu trên thường khác nhau. Điều
này đặt ra yêu cầu cần có nghiên cứu cụ thể về tình trạng biến dạng này xảy ra ở
từng vùng lãnh thổ khác nhau.
Qua tìm hiểu thực tế cho thấy tình trạng nứt do co ngót xảy ra khá phổ biến, chủ
yếu trên các kết cấu BTCT làm việc chịu uốn như dầm, bản sàn ở các công trình.
Tuy nhiên, trong các tài liệu giáo trình, tiêu chuẩn thiết kế chưa có các hướng dẫn
tính toán chi tiết ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới kết cấu công trình, hoặc tính
toán ảnh hưởng của co ngót tới kết cấu bê tông cốt thép thường bị bỏ qua. Do vậy,
cần có chỉ dẫn tính toán cụ thể ảnh hưởng của biến dạng co ngót tới kết cấu công
trình.
Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu hiện có trong và ngoài nước, căn cứ
vào thực tế tình hình biến dạng co ngót trên các công trình ở Việt Nam, … nội
dung nghiên cứu của luận án được lựa chọn là: “Nghiên cứu biến dạng co ngót
của bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam”
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án
2.1 Mục đích của luận án


3

Nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt
Nam

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu biến dạng co ngót của bê tông nặng thông thường
không sử dụng phụ gia. Phạm vi nghiên cứu: xác định biến dạng co ngót trên mẫu
chuẩn có kích thước 70  70  280 mm và khảo sát độ võng dài hạn xảy ra trên kết

Mở đầu
Chương 1 - Tổng quan về biến dạng co ngót của bê tông
Trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu về biến dạng co ngót ở Việt Nam và
trên thế giới, phân tích các công thức dự báo biến dạng co ngót hiện hành và
hướng nghiên cứu
Chương 2 - Nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông
Trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo đạc biến dạng co ngót bê tông
trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam, những thí nghiệm trên được tác
giả thực hiện tại Phòng thí nghiệm và Kiểm định công trình LAS 125 - Trường
Đại học Xây dựng
Chương 3 - Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm xác định biến dạng co
ngót bê tông
Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm biến dạng co ngót của bê tông, tiến
hành đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến biến dạng co ngót: tỉ lệ nước –
xi măng, lượng xi măng, ảnh hưởng của ứng suất do biến dạng co ngót; xác
định biến dạng co ngót bê tông trong điều kiện tiêu chuẩn khí hậu Việt Nam,
xây dựng công thức dự báo biến dạng co ngót.
Chương 4 - Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng co ngót đến độ võng dài
hạn của kết cấu dầm BTCT chịu uốn
Trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo độ võng dài hạn của dầm BTCT
do biến dạng co ngót gây ra; công thức tính toán ứng suất của bê tông và ứng
suất của cốt thép do co ngót bê tông gây ra đối với dầm BTCT có cốt đơn, trên
cơ sở đó có thể tính được độ cong và độ võng của dầm; xây dựng được phương


5

pháp tính toán hệ số từ biến của bê tông theo thời gian trên cơ sở kết quả thí
nghiệm đo độ võng dài hạn của dầm bê tông cốt thép do co ngót của bê tông
gây ra; đưa ra một công thức tính hệ số từ biến trong điều kiện nhiệt độ