ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN BÁ THẠCH

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG
CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG TRONG
ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU CHUẨN TẠI GIA LAI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG - NĂM 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN BÁ THẠCH

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BIẾN DẠNG
CO NGÓT CỦA BÊ TÔNG TRONG
ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU CHUẨN TẠI GIA LAI
Chuyên ngành

: Cơ kỹ thuật

Mã số

: 9520101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

chân tình cảm ơn đến: Ban Giám đốc và Ban đào tạo Đại học Đà Nẵng; Ban Giám
hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Cơ Khí giao thông, Khoa Xây dựng Dân dụng và Công
nghiệp, Phòng thí nghiệm Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp thuộc Trường
Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; Bộ môn Công trình Bê tông cốt thép, Bộ
môn Thí nghiệm và Kiểm định công trình, Khoa Xây dựng thuộc Trường Đại học
Xây dựng; Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai, Phòng thí nghiệm LAS-XD 25 - Trung tâm
Giám định Chất lượng Xây dựng Gia Lai thuộc Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai.
Tác giả cũng bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến đến các tác giả trong Danh mục
tài liệu tham khảo, các nhà khoa học trong và ngoài lĩnh vực nghiên cứu, các đồng
nghiệp đã giúp đỡ trong quá trình hoàn thành Luận án này.
Cuối cùng, Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan Tác giả công tác, bạn
bè và đặc biệt là gia đình, người thân, đã luôn luôn gắn bó và kịp thời động viên
khuyến khích Tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận
án này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn!


iii

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU............................................................................... xiii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................. xviii
DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................xix
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... xxii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1

1.6.1.1. Cơ chế co ngót thực .................................................................... 15
1.6.1.2. Cơ chế co ngót biểu kiến ............................................................ 17
1.6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến co ngót .........................................................17
1.6.2.1. Các yếu tố bên trong ................................................................... 18
1.6.2.2. Các yếu tố bên ngoài .................................................................. 21
1.7. Các mô hình biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông ............................... 22
1.7.1. Mô hình biến dạng co ngót theo Tiêu chuẩn GOST 24544-81 [85] ....... 23
1.7.2. Mô hình biến dạng co ngót theo Viện Khoa học Xây dựng Nga [84] .... 23
1.7.3. Mô hình biến dạng co ngót theo Tiêu chuẩn AS 3600 [28] ................... 25
1.7.4. Mô hình biến dạng co ngót theo Tiêu chuẩn ACI 209R-92 [24] ............ 25
1.7.5. Mô hình biến dạng co ngót theo Tiêu chuẩn BS 8110 [38] .................... 26
1.7.6. Mô hình biến dạng co ngót theo Tiêu chuẩn CEB-FIP 2010 [43] .......... 27
1.7.7. Mô hình biến dạng co ngót theo Tiêu chuẩn EC 2 [45] .........................28
1.7.8. Mô hình biến dạng co ngót theo Mô hình B3 [34] .................................30
1.8. Công thức dự báo biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông từ kết quả thí
nghiệm theo Tiêu chuẩn Nga GOST 24544-81 [85] .................................................. 31
1.9. Phân tích vết nứt do biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông ...................... 33
1.9.1. Tổng quan về nứt do biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông ......... 33


v
1.9.2. Cơ chế hình thành vết nứt do biến dạng co ngót theo thời gian của
bê tông .............................................................................................................. 34
1.9.2.1. Cơ chế hình thành vết nứt bê tông do biến dạng co mềm .......... 34
1.9.2.2. Cơ chế hình thành vết nứt bê tông do biến dạng co khô ............ 36
1.10. Ảnh hưởng của cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép bị nứt do biến dạng
co ngót ....................................................................................................................... 37
1.10.1. Ảnh hưởng của cốt thép đến ứng suất trong kết cấu bê tông trước khi
bê tông bị nứt .................................................................................................... 38
1.10.2. Ảnh hưởng của cốt thép đến ứng suất trong kết cấu bê tông ngay sau

2.4.5.4. Lựa chọn thành phần cấp phối vật liệu ....................................... 55
2.5. Vật liệu dùng trong thí nghiệm, chế tạo mẫu, đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu
thí nghiệm .................................................................................................................. 56
2.5.1. Vật liệu dùng trong thí nghiệm ............................................................... 56
2.5.1.1. Xi măng ...................................................................................... 56
2.5.1.2. Đá dăm (1x2) .............................................................................. 57
2.5.1.3. Cát vàng ...................................................................................... 58
2.5.1.4. Nước ........................................................................................... 59
2.5.1.5. Cốt sợi thép ................................................................................ 59
2.5.1.6. Cốt thép thanh 12 ..................................................................... 60
2.5.2. Công tác chế tạo mẫu thí nghiệm ........................................................... 60
2.5.2.1. Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu nén đối chứng của
bê tông ..................................................................................................... 60
2.5.2.2. Mẫu thí nghiệm xác định giá trị cường độ chịu nén và mô đun
đàn hồi theo thời gian của bê tông ........................................................... 61
2.5.2.3. Mẫu thí nghiệm đo biến dạng co ngót theo thời gian của
bê tông ..................................................................................................... 62
2.5.2.4. Mẫu thí nghiệm đo co ngót hạn chế của bê tông bằng Vòng kiềm
chế (Restrained Ring Test) ...................................................................... 63
2.5.3. Chuẩn bị đúc các loại tổ mẫu thí nghiệm ............................................... 65
2.5.3.1. Các loại tổ mẫu thí nghiệm ......................................................... 65
2.5.3.2. Số lượng đúc các loại tổ mẫu thí nghiệm ................................... 67


vii
2.5.4. Công tác tiến hành đúc mẫu thí nghiệm ................................................. 68
2.5.5. Công tác bảo dưỡng mẫu và lưu trữ mẫu thí nghiệm ............................. 69
2.5.5.1. Công tác bảo dưỡng mẫu thí nghiệm .......................................... 69
2.5.5.2. Công tác lưu trữ mẫu thí nghiệm ................................................ 69
2.6. Thiết bị thí nghiệm và thiết bị đo biến dạng co ngót của bê tông ...................... 71

2.7.4. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai
(ĐKTN) (Phòng thí nghiệm môi trường) ......................................................... 83
2.7.4.1. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng
theo thời gian của bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường) tương ứng với tỷ
lệ N/X bằng 0.40, 0.45, 0.50 .................................................................... 83
2.7.4.2. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng
theo thời gian của bê tông (Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) tương ứng với
tỷ lệ N/X bằng 0.40, 0.45, 0.50 ................................................................ 85
2.7.4.3. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng
theo thời gian của bê tông (Nhóm 3 - Bê tông cốt thép) với tỷ lệ N/X
bằng 0.40, 0.45, 0.50................................................................................ 87
2.7.5. Kết quả thí nghiệm đo co ngót bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring
Test) của mẫu bê tông thường và bê tông cốt sợi thép ..................................... 89
2.8. Kết luận Chương 2 ............................................................................................. 89
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
THỰC NGHIỆM ..................................................................................................... 91
3.1. Giới thiệu............................................................................................................ 91
3.2. Phân tích, đánh giá cường độ chịu nén Rn(t) và mô đun đàn hồi E(t) theo thời
gian của 02 nhóm bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường; Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi
thép) trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường ................................................... 91
3.2.1. Phân tích, đánh giá cường độ chịu nén Rn(t) theo thời gian của 02 nhóm
bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường; Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) ....................... 91
3.2.2. Phân tích, đánh giá mô đun đàn hồi E(t) theo thời gian của 02 nhóm bê
tông (Nhóm 1 - Bê tông thường; Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) ............................ 97


ix
3.3. So sánh cường độ chịu nén Rn(t) và mô đun đàn hồi E(t) theo thời gian của 02
nhóm bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường; Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) trong điều

chuẩn tại Gia Lai ..................................................................................................... 127
3.7.1. So sánh biến dạng co ngót của bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường) với
(Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) ..................................................................... 127
3.7.2. So sánh biến dạng co ngót của bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường) với
(Nhóm 3 - Bê tông cốt thép) ........................................................................... 129
3.7.3. Đánh giá biến dạng co ngót của bê tông theo thời gian khi có sự tham
gia của cốt sợi thép và cốt thép ...................................................................... 130
3.8. So sánh biến dạng co ngót của 03 nhóm bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường,
Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép và Nhóm 3 - Bê tông cốt thép) trong điều kiện
khí hậu chuẩn tại Gia Lai (ĐKC) với điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại
Gia Lai (ĐKTN) ...................................................................................................... 130
3.8.1. So sánh biến dạng co ngót của 03 nhóm bê tông cùng thành phần cấp
phối, khác tỷ lệ N/X giữa ĐKC với ĐKTN.................................................... 130
3.8.1.1.

Nhóm 1 -

Bê tông thường với tỷ

lệ

N/X bằng

0.40, 0.45, 0.50 .................................................................................... ..130
3.8.1.2. Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép với tỷ lệ N/X bằng
0.40, 0.45, 0.50 ...................................................................................... 132
3.8.1.3. Nhóm 3 - Bê tông cốt thép với tỷ lệ N/X bằng
0.40, 0.45, 0.50 ...................................................................................... 133
3.8.2. So sánh biến dạng co ngót của 03 nhóm bê tông khác thành phần cấp
phối, cùng tỷ lệ N/X giữa ĐKC với ĐKTN ................................................... 134

(ĐKTN) (Phòng thí nghiệm môi trường) .................................................................... 3
Phụ lục 4. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai (ĐKC) (Tủ khí hậu Phòng thí nghiệm chuẩn) .......................................................................................... 13


xii
Phụ lục 5. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai (ĐKTN)
(Phòng thí nghiệm môi trường) ................................................................................. 94
Phụ lục 6. Xác định các hệ số thực nghiệm đề xuất dự báo biến dạng co ngót của bê
tông (Nhóm 1 - Bê tông thường) trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai theo thời
gian từ kết quả thí nghiệm theo Tiêu chuẩn Nga GOST 24544-81 ........................ 175


xiii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

KÝ HIỆU

Ý NGHĨA

A, B, A’

Các hằng số thực nghiệm

a,b

Các hệ số thực nghiệm


Đường kính cốt thép

E(28)

Mô đun đàn hồi của bê tông thường hoặc bê tông cốt sợi thép
ở 28 ngày tuổi

Ec

Mô đun đàn hồi của bê tông

E(t)

Mô đun đàn hồi của bê tông thường hoặc bê tông cốt sợi thép
tại thời điểm t

EM(t)

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian (t) của bê tông thường

EMS(t)

Giá trị mô đun đàn hồi theo thời gian (t) của bê tông cốt
sợi thép

Es

Mô đun đàn hồi của thép

f -0.28


Hệ số điều chỉnh độ ẩm môi trường xung quanh

ft

Cường độ kéo của bê tông

h0

Kích thước quy ước của mặt cắt ngang của cấu kiện,
h0 = 2Ac/u

h

Kích thước quy ước của mặt cắt ngang của cấu kiện,
h = 2Ac/u

k1

Hệ số biến dạng co ngót phụ thuộc vào điều kiện môi trường,
độ dày của cấu kiện và thời gian khô

K

Hệ số khuếch đại của dụng cụ đo, K = 1000

k

Hệ số có giá trị bằng 35, khi bê tông được bảo dưỡng ẩm và
bằng 55 trong trường hợp bảo dưỡng chưng hấp


Chiều dài cấu kiện; Chiều dài cốt sợi thép

m0

Khối lượng ban đầu của mẫu bê tông

mi

Khối lượng ở i ngày tuổi

RH

Độ ẩm tương đối môi trường xung quanh (%); RH0 = 10%
(Độ ẩm môi trường ban đầu)

𝑅𝑛đ𝑐 (28)

Cường độ chịu nén đối chứng của bê tông thường ở 28


xv
ngày tuổi
Rn(28)

Cường độ chịu nén của bê tông thườnghoặc bê tông cốt sợi
thép ở 28 ngày tuổi

Rn(t)



Chu vi của phần mặt cắt ngang tiếp xúc với không khí

W2.1

Hàm lượng nước trong hỗn hợp bê tông

W và V

Tỷ trọng (theo thể tích) của nước và không khí trong hỗn hợp
bê tông (lít/m3)

x

Tỷ lệ N/X

1

Hệ số xem xét loại xi măng

2

Hệ số xem xét điều kiện bảo dưỡng

as , ds1 , ds2

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

n



cdo

Biến dạng co ngót khô cơ bản

cds0(fcm)

Biến dạng co ngót khô quy ước

εcs

Biến dạng co ngót của bê tông

cs.b

Biến dạng co ngót cơ sở lấy bằng 850.10-6 đối với bê tông cấp
thông thường, hoặc được xác định từ các phép đo tương tự
cục bộ trên bê tông

cs(t, tcs,0)

Co ngót tại thời điểm t đo được khi bắt đầu khô, tcs,0

cs, ∞

Co ngót tới hạn

ct

Phần biến dạng co ngót của bê tông khi không có cốt thép


ξ1s

Hệ số phụ thuộc vào thời gian bảo dưỡng

ξ2s

Hệ số phụ thuộc vào kích thước cấu kiện

ξ3s

Hệ số phụ thuộc vào độ ẩm môi trường



Hàm lượng cốt thép


xvii

 ct

Ứng suất kéo trong bê tông có diện tích Ac

s

Ứng suất nén trong cốt thép có diện tích As

sh



BTCT

Bê tông cốt thép

BTCST

Bê tông cốt sợi thép

BTT

Bê tông thường

ĐKC

Điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia Lai

ĐKTN

Điều kiện khí hậu tự nhiên môi trường tại Gia Lai

EC 2

Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2

N/X

Tỷ lệ nước trên xi măng

TCVN

Bảng 2.14. Kết quả thí nghiệm xác định giá trị mô đun đàn hồi E(t) theo thời gian
của bê tông cốt sợi thép MS1, MS2, MS3 [Bảng PL3.4].......................................... 77


xx
Bảng 2.15. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường) trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia
Lai [Bảng PL4.1 - Bảng PL4.9] ................................................................................ 78
Bảng 2.16. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông (Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) trong điều kiện khí hậu chuẩn tại
Gia Lai [Bảng PL4.10 - Bảng PL4.18] ..................................................................... 80
Bảng 2.17. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông (Nhóm 3 - Bê tông cốt thép) trong điều kiện khí hậu chuẩn tại Gia
Lai [Bảng PL4.19 - Bảng PL4.27] ............................................................................ 82
Bảng 2.18. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông (Nhóm 1 - Bê tông thường) trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi
trường tại Gia Lai [Bảng PL5.1 - Bảng PL5.9] ......................................................... 84
Bảng 2.19. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông (Nhóm 2 - Bê tông cốt sợi thép) trong điều kiện khí hậu tự nhiên
môi trường tại Gia Lai [Bảng PL5.10 - Bảng PL5.18] ............................................. 85
Bảng 2.20. Kết quả thí nghiệm đo biến dạng co ngót và độ hao khối lượng theo thời
gian của bê tông (Nhóm 3 - Bê tông cốt thép) trong điều kiện khí hậu tự nhiên môi
trường tại Gia Lai [Bảng PL5.19 - Bảng PL5.27]..................................................... 87
Bảng 2.21. Thời gian bắt đầu xuất hiện vết nứt trong các mẫu bê tông đo co ngót
hạn chế bằng Vòng kiềm chế (Restrained Ring Test), (ngày) .................................. 89
Bảng 3.1. Kết quả đề xuất giá trị cường độ chịu nén Rn(t) của bê tông (Nhóm 1 - Bê
tông thường) .............................................................................................................. 95
Bảng 3.2. Kết quả đề xuất giá trị cường độ chịu nén Rn(t) của bê tông (Nhóm 2 - Bê
tông cốt sợi thép) ....................................................................................................... 96
Bảng 3.3. Kết quả đề xuất giá trị mô đun đàn hồi E(t) của bê tông (Nhóm 1 - Bê


xxii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Biến dạng co ngót của bê tông (BS 8110) [38] .........................................27
Hình 1.2. Nứt trên trụ cầu Vĩnh Tuy do biến dạng co ngót ...................................... 33
Hình 1.3. Nứt trong hầm Hải Vân 1 do biến dạng co ngót ...................................... 33
Hình 1.4. Quan hệ giữa nguyên nhân và thời gian hình thành vết nứt trên kết cấu bê
tông cốt thép (CEB, 1997) [42] ................................................................................. 34
Hình 1.5. Các thông số ảnh hưởng đến tốc độ mất nước trong bê tông
(ACI 305R-91, 1999) [25]......................................................................................... 35
Hình 1.6. Minh họa nứt kết cấu bê tông do biến dạng co ngót mềm
(Emmons, 2002) [44] ................................................................................................ 35
Hình 1.7. Nứt mặt do biến dạng co ngót mềm bị hạn chế (Nguyễn Trung Hiếu,
2013) [8] .................................................................................................................... 36
Hình 1.8. Nứt do biến dạng co ngót bị hạn chế (Nguyễn Trung Hiếu, 2013) [8] ..... 36
Hình 1.9. Cơ chế gây nứt do biến dạng co ngót (Nguyễn Trung Hiếu, 2013) [8] .... 37
Hình 1.10. Biến dạng co ngót bị ngăn cản bởi cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép
(Nguyễn Trung Hiếu, 2013) [8] ................................................................................ 38
Hình 1.11. Mô hình biến dạng của kết cấu bê tông cốt thép do co ngót của bê tông
(Nguyễn Trung Hiếu, 2012) [7] ................................................................................ 39
Hình 1.12. Sơ đồ tính kết cấu bê tông cốt thép sau khi bị nứt do biến dạng co ngót
(Gilbert, 2001) [48] ................................................................................................... 40
Hình 1.13. Hình ảnh chế tạo bê tông cốt sợi thép ..................................................... 42
Hình 1.14a. Một số dạng sợi thép được chế tạo và sử dụng hiện nay ...................... 42
Hình 1.14b. Một số dạng sợi thép được chế tạo và sử dụng hiện nay ...................... 43
Hình 2.1. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2015 ............................. 48
Hình 2.2. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2016 ............................. 48
Hình 2.3. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2017 ............................. 48
Hình 2.4. Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của tỉnh Gia Lai năm 2018 ............................. 49

Hình 2.22. Công tác bảo dưỡng và lưu mẫu thí nghiệm trong Phòng thí nghiệm
môi trường ................................................................................................................. 70