Chia Sẻ Kiến Thức Về Hiện Tượng Từ Biến Của Bê Tông

Từ biến là một vấn đề hết sức phức tạp. Tuy nhiên, nghiên cứu Từ biến có thể giúp ta có sự đánh giá tổng quát hơn về sự làm việc trong thực tế của kết cấu mà các lý thuyết vật thể đàn hồi lý tưởng hay dẻo lý tưởng chưa giải quyết được. Hơn nữa, nghiên cứu từ biến cũng giúp ta một phương pháp luận khi nghiên cứu một vấn đề mới.

Trước hết, Từ biến là hiện tượng rất phức tạp do có kể đến ảnh hưởng của yếu tố thời gian, hiện tượng biến dạng tăng lên khi chịu tác dụng dài hạn của tải trọng gọi là từ biến.
Tính chất cơ lý của vật liệu rất phức tạp trong quá trình chịu lực, ở môi trường nhiệt độ lớn cũng như thời gian chịu tải kéo dài. Bởi vì trong những điều kiện đó, cấu tạo tinh thể của vật liệu thay đổi cả về hình dáng và cách sắp xếp. Sự thay đổi đó sẽ dẫn đến sự thay đổi bản chất vật lý và cơ học của vật liệu.

Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng và thời gian biến dạng của vật liệu trở nên khác phức tạp. Để mô tả được tính chất của vật liệu thì người ta tiến hành mô hình hóa các tính chất này, từ đó thành lập các phương trình và tìm ra các quy luật cơ học tương ứng.

Tuy việc mô hình hóa sao cho diễn tả gần đúng nhất trạng thái làm việc thực tế của vật liệu là tương đối đúng song việc giải các phương trình lại gặp khó khăn về mặt toán học.

Mặt khác, để thiết lập những mối quan hệ biến dạng, ứng suất, tốc độ biến dạng và sự thay đổi của chúng theo thời gian thì người ta cũng đưa ra những lý thuyết nhằm chọn một trong số những thông số đó và đưa ra mối quan hệ toán học giữa chúng.

Có 3 phương án chính biểu diễn từ biến đó là : lý thuyết vật thể đàn hồi từ biến hay lý thuyết di truyền già, lý thuyết di truyền đàn hồi, lý thuyết già. Tiêu chuẩn để đánh giá sự đúng đắn của những lý thuyết đó chính là sự phù hợp các số liệu thí nghiệm.

Tuy nhiên, việc thực hiện thí nghiệm là khá khó khăn và kéo dài, hơn nữa chưa có số liệu thực nghiệm nào hoàn toàn phù hợp với lý thuyết, đặc biệt trong trường hợp trạng thái ứng suất phức tạp.

Thứ hai, việc nghiên cứu Từ biến có thể giúp ta có sự đánh giá tổng quát hơn về sự làm việc trong thực tế của kết cấu mà các lý thuyết vật thể đàn hồi lý tưởng hay dẻo lý tưởng chưa giải quyết được. Thật vậy, khi bê tông chịu tác dụng dài hạn của tải trọng, biến dạng dẻo tăng lên.Trong vài ba tháng đầu biến dạng tăng nhanh, sau chậm dần và có thể kéo dài đến hàng chục năm.

Có thể xem rằng biến dạng dẻo nói trên là một phần của biến dạng này, nó xuất hiện đồng thời với biến dạng đàn hồi khi gia tải lên mẫu, còn biến dạng từ biến là phần phát triển theo thời gian.
Từ biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cơ bản nhất là ứng suất tỷ đối của bê tông (sigma/Rnen tc), tuổi của bê tông lúc chịu tải, thành phần và công nghệ chế tạo, điều kiện môi trường…
Trong thành phần bê tông, tỷ lệ N/X càng cao, lượng xi măng tuyệt đối dùng càng nhiều, độ cứng cốt liệu bé, thì từ biến càng lớn. Từ biến giảm khi dùng xi măng mác cao.
Tuổi bê tông khi chịu tải càng cao thì từ biến giảm, trong môi truờng có độ ẩm cao bê tông có từ biến ít hơn trong môi trường khô hanh.
Bản chất của hiện tượng từ biến khá phức tạp và do cấu trúc của bê tông quyết định, do quá trình lâu dài của việc hình thành mạng tinh thể và sự giảm bớt lượng chất keo khi đa xi măng khô cúng. Khi bê tông chịu tải, ban đầu các cấu trúc trong bê tông đều chịu lực nhưng dần dần xảy ra sự phân phối lại ứng suất, thành phần keo bị chảy nhớt và truyền lực sang cho mạng tinh thể và cốt liệu làm cho biến dạng của các thành phần này tăng lên. Từ biến còn xảy ra đồng thời với hiện tượng mao dẫn. Với ứng suất tỷ đối tb lớn, từ biến phát triển mạnh còn la do sự hình thành vết nứt li ti trong cấu trúc bê tông.
Thí nghiệm nén mẫu đến một mức nào đó rồi giữ nguyên biến dạng bằng cách đặt vào đó các liên kết thì ứng suất trong bê tông sẽ giảm theo thời gian. Đó chính là hiện tượng chùng ứng suất., chùng ứng suất và từ biến có cùng bản chất và gây ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc của kết cấu bê tông. Khi bê tông chịu kéo, uốn, cắt, xoắn cũng đều xảy ra chùng và từ biến.
Thí nghiệm mẫu với tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần với biên độ ứng suất không lớn lắm, biến dạng dẻo sẽ được tích lũy sau mỗi chu kỳ đặt và dỡ tải. Khi biến dạng dẻo đã phát triển và tích lũy hết, từ biến đạt đến giá trị giới hạn, bê tông trở nên làm việc đàn hồi.
Ngoài bê tông thì hiện tượng từ biến và chùng úng suất cũng xảy ra đối với cốt thép phụ thuộc vào tính chất cơ học và thành phần hóa học của cốt thép, vào công nghệ chế tạo và điều kiện sử dụng. Đối với cốt thép thông thường, từ biến và chùng ứng suất là không đáng kể, nó chỉ cần được xét tới đối với các loại thép cường độ cao.
Khi chịu lực tác dụng lâu dài, bê tông bị từ biến. Cốt thép cũng cản trở từ biến của bê tông, kết quả làm cho ứng suất trong cốt thép tăng lên và ứng suất trong bê tông giảm xuống, đó là hiện tượng phân phối lại ứng suất một cách có lợi.

Thứ ba, nghiên cứu từ biến cũng giúp ta một phương pháp luận khi nghiên cứu một vấn đề mới. Từ các hiện tượng tự nhiên, vật lý được mô tả bằng các mô hình, sau đó ta thiết lập được các phương trình vật lý, toán học..Từ các mối quan hệ này kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, ta giải quyết được bài toán. Thêm vào đó, đối với những bài toán phức tạp thì ta cũng có thể đưa về các bài toán quen biết có kể đến yếu tố thời gian bằng các phương pháp như : tích phân chia nhỏ, phương pháp tương tự, phương pháp tải trọng nhiệt ảo hay các phương pháp cơ học kết cấu tính hệ siêu tĩnh.

Tóm lại, thời gian có ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến từ biến, chùng ứng suất, co ngót. Các nhà nghiên cứu của nhiều nước ngày càng chú ý hơn đến yếu tố thời gian và đề ra nhiều cách tính toán có kể đến yếu tố đó. Tuy vậy cho đến nay chỉ mới có một số kết quả về lĩnh vực này được đưa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật vì phần lớn cách tính toán quá rườm rà, phức tạp, ít thích hợp trong thiết kế thực tế. Hơn nữa, các quá trình xẩy ra theo thời gian lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khó đánh giá được đầy đủ và chính xác. Tuy vậy, cũng không thể phủ nhận rằng với các kiến thức về từ biến, các kỹ sư ít nhiều cũng đã nâng được thêm một tầng cao mới về nhận thức và đánh giá sự làm việc của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.