MỤC LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN PHAN BÌNH NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC VẾT NỨT CẤU KIỆN BTCT CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TẠI KHU VỰC PHÍA NAM Chuyên nghành K[.]
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN PHAN BÌNH NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC VẾT NỨT CẤU KIỆN BTCT CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TẠI KHU VỰC PHÍA NAM Chun nghành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG CÔNG THUẬT Đà Nẵng, Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Phan Bình TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU NGUN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC VẾT NỨT CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH TẠI KHU VỰC PHÍA NAM Học viên: Nguyễn Phan Bình Chuyên nghành : Kỹ thuật Xây dựng dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Lớp: K34.XDD.QNg, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt - Bê tông cốt thép loại vật liệu sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng giới nói chung Việt Nam nói riêng (trên 80% cơng trình từ cấp I đến cấp IV sử dụng kết cấu bê tông cốt thép) Những cơng trình bê tơng cốt thép thường mắc bệnh cố hữu với triệu chứng cụ thể vết nứt Các vết nứt bêtông phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà chất đặc tính vật liệu khâu sản xuất, thi công khả chịu kéo bêtông kết cấu làm việc Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả vết nứt tạo điều kiện dễ dàng cho xâm nhập tác nhân xâm thực vào bêtông tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu trúc chịu lực vật liệu Trong q trình thi cơng sử dụng, tượng nứt BTCT làm ảnh hưởng bất lợi đến tính bền vững cơng trình, gây thấm, hỏng kết cấu liền kề, đặc biệt nước ta nằm khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm Nhiều cơng trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT địi hỏi tính bền vững ổn định cơng trình cao, việc xuất vết nứt kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi không mặt kỹ thuật mà ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng xã hội STUDY THE CAUSES AND PROPOSE A PLAN TO OVERCOME THE CRACK OF REINFORCED CONCRETE COMPONENTS FOR SOME PROJECTS IN THE SOUTHERN AREA Summary - Reinforced concrete is the most widely used material in construction works in the world in general and in Vietnam in particular (over 80% of buildings from level I to level IV use precast structures reinforced steel) Reinforced concrete structures often suffer from an inherent disease with specific symptoms such as cracks Cracks in concrete can develop from many causes, which are essentially characteristics of materials in the production, construction and poor tolerance of concrete when the structure works The visible cracks often involve the possibility of these cracks facilitating the penetration of the invading agents into concrete and access to the reinforcement, leading to the destruction of the bearing structure of the material In the process of construction and use, reinforced concrete cracking phenomenon adversely affects the sustainability of the project, causing seepage and damage to adjacent structures, especially in our country located in the hot and humid tropical climate area year round Many construction works using reinforced concrete structures require high stability and stability, the appearance of cracks in reinforced concrete structures causes many disadvantages not only technically but also affecting the economy causing bad psychology for users and society MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TOM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BTCT VÀ KHUYẾT TẬT CƠNG TRÌNH BTCT 1.1 Đặc điểm chung kết cấu bê tông cốt thép 1.1.1 Vật liệu chế tạo bê tông 1.1.2 Cốt thép 1.1.3 Sự làm việc chung vật liệu kết cấu BTCT 10 1.2 Các cố kết cấu BTCT 10 1.2.1 Một số khái niệm liên quan đến cố cơng trình xây dựng 10 1.2.2 Một số nguyên nhân cố thường gặp 12 1.3 Kết luận chương 16 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 18 2.1 Định nghĩa vết nứt 18 2.1.1 Định nghĩa 18 2.1.2 Phương pháp nhận dạng loại vết nứt kết cấu bê tông cốt thép 25 2.2 Nguyên nhân gây nứt bê tông cốt thép 30 2.2.1 Nứt kết cấu BTCT thiết kế 30 2.2.2 Nứt kết cấu BTCT yếu tố co ngót 33 2.2.3 Nứt kết cấu BTCT yếu tố thi công 43 2.2.4 Nứt kết cấu BTCT yếu tố nhiệt độ 46 2.2.5 Nứt ăn mòn cốt thép 50 2.2.6 Nứt tải trọng tác động 50 2.3 Các tiêu chuẩn tính tốn đến hình thành mở rộng vết nứt 51 2.3.1 Theo tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 [6] 51 2.3.2 Theo tiêu chuẩn BS-8110 [7] 52 2.3.3 Theo tiêu chuẩn ACI-318 [8] 52 2.3.4 Theo tiêu chuẩn EUROCODE 1992-1-1 [9] 53 2.4 Kết luận chương 53 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KHẮC PHỤC CƠNG TRÌNH SONASEA CONDOTEL & VILLAS VÀ MEKORPHAR BP NEW FACTORY 54 3.1 Đặt vấn đề: 54 3.2 Khảo sát công trình SonaSea Condotel & Villas 54 3.2.1 Mơ tả cơng trình 54 3.2.2 Kết kiểm tra khảo sát cơng trình 55 3.2.3 Phân tích nguyên nhân xảy cố 65 3.2.4 Đề xuất phương án khắc phục 66 3.2.5 Tính tốn kiểm tra sau gia cố 71 3.3 Khảo sát cơng trình Mekophar Bp New Factory 72 3.3.1 Mơ tả cơng trình 72 3.3.2 Kết kiểm tra khảo sát cơng trình 73 3.3.3 Phân tích nguyên nhân xảy cố 82 3.3.4 Đề xuất phương án khắc phục 82 3.4 Kết luận chương 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 87 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTCT Bê tông cốt thép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam ACI Viện bê tông Hoa Kỳ ASTM Tiêu chuẩn Mỹ BS Tiêu chuẩn Anh EUROCODE Tiêu chuẩn Châu Âu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Nhiệt thuỷ hoá xi măng theo ASTM C150-99a [24] Bảng 1.2 Hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn Bảng 1.3 Thành phần hạt cát Bảng 1.4 Hàm lượng tối đa cho phép muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua cặn không tan nước trộn bê tông vữa Bảng 2.1 Phân loại vết nứt bê tông 20 Bảng 2.2 Các loại vết nứt hình dạng vết nứt 25 Bảng 2.3 Vết nứt dầm bê tông cốt thép 28 Bảng 2.4 Co hóa học khoáng xi măng 34 Bảng 2.5 Sự phát triển cường độ tiêu chuẩn bê tông theo thời gian(Rb) 45 Bảng 2.6 Các hàm cho thông số 49 Bảng 3.1 Vật Liệu sử dụng 58 Bảng 3.2 Giới hạn chảy cốt thép 59 Bảng 3.3 Dung trọng vật liệu 59 Bảng 3.4 Tải trọng lớn lớp phủ lên sàn 59 Bảng 3.5 Hoạt tải tác dụng lên cơng trình 60 Bảng 3.6 Phân vùng áp lực gió 60 Bảng 3.7 Mô tả trường hợp tải trọng 62 Bảng 3.8 Tổ hợp tải trọng tính tốn_ULS 62 Bảng 3.9 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn_ SLS 62 Bảng 3.10 Ví dụ 5/266 vị trí kiểm tra vết nứt đánh giá mức độ nguy hiểm cấu kiện kết cấu BTCT theo mục 5.2.5 & TCVN 9381:2012 79 Bảng 3.11 Các vị trí nứt cấu kiện gây nguy hiểm cho hạng mục cơng trình theo mục 5.3.2.2 TCVN 9381:2012 80 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đồ thị ứng suất biến dạng cốt thép Hình 1.2 Hình ảnh loại thép xây dựng 10 Hình 1.3 Các cố cơng trình xảy nước giới 11 Hình 1.4 Nền bị lún tải trọng lớp đất đắp, tôn 13 Hình 1.5 Vì kèo sập đổ hoàn toàn tải trọng mái vượt khả chịu lực kèo 14 Hình 1.6 Sạt taluy dương bạt núi làm đường 15 Hình 2.1 Vết nứt hình thành q trình co ngót 18 Hình 2.2 Hiện tượng bê tơng bị bọt khí 21 Hình 2.3 Các vết rạn nứt cấu kiện BTCT 21 Hình 2.4 Hiện tượng rỗ tổ ong cấu kiện BTCT 22 Hình 2.5 Hiện tượng cong vênh sàn co ngót 22 Hình 2.6 Hiện tượng bong tróc 23 Hình 2.7 Hiện tượng phấn hóa ((Bụi xi măng) 24 Hình 2.8 Q trình ăn mịn kim loại ngun nhân gây nứt vỡ 24 Hình 2.9 Vết nứt tác động lực sàn 27 Hình 2.10 Các vết nứt sàn panel lắp ghép (1 ÷ 4) tác động lực 27 Hình 2.11 Vết nứt dầm 29 Hình 2.12 Vết nứt cột bê tông cốt thép 30 Hình 2.13 Co hóa học đá xi măng 34 Hình 2.14 Mối quan hệ co hóa học co nội sinh 35 Hình 2.15 Quá trình hình thành co nội sinh bê tông 36 Hình 2.16 Mơ tả trạng thái nước lỗ rỗng cấu trúc đá xi măng 36 Hình 2.17 Hiện tượng tự làm khơ đá xi măng 37 Hình 2.18 Hiện tượng nứt bê tông co mềm 38 Hình 2.19 Một số ví dụ tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt 39 Hình 2.20 Bê tông bị nứt co khô 41 Hình 2.21 Sự phân bố áp lực tách liên kết 42 Hình 2.22 Ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ đến co ngót bê tơng 45 Hình 3.1 Phối cảnh mặt đứng mặt cơng trình Sonasea Condotel & Villas 54 Hình 3.2 Một số hình ảnh hạng mục móng cơng trình bị nứt 55 Hình 3.3 Một số hình ảnh kiểm tra vết nứt cơng trình 56 Hình 3.4 Một số hình ảnh kiểm tra đặc tính bê tơng 56 Hình 3.5 Một số hình ảnh kiểm tra cốt thép chiều dày lớp bê tơng bảo vệ 57 Hình 3.6 Một số hình ảnh kiểm tra khả ăn mịn cốt thép máy dò cốt thép Profometer thiết bị Canin hãng Proceq, Thụy Sỹ 58 Hình 3.7 Mơ hình 3D sàn hầm cơng trình SAFE 63 Hình 3.8 Mơ hình 3D cơng trình Etabs 64 Hình 3.9 Cơng tác vệ sinh vị trí vết nứt 67 Hình 3.10 Đánh dấu vị trí đặt xi măng 67 Hình 3.11 Gắn chốt neo vào vị trí đánh dấu & trám vá dọc theo vết nứt 67 Hình 3.12 Cơng tác bơm dung dịch keo Epoxy vào xy lanh 68 Hình 3.13 Công tác chà nhám làm phẳng bề mặt vết nứt sau xử lý 68 Hình 3.14 Ví dụ gia cường dầm móng vị trí nhịp bao gồm mặt bằng, mặt đứng mặt cắt gia cường 69 Hình 3.15 Ví dụ gia cường dầm móng vị trí nhịp bao gồm mặt bằng, mặt đứng mặt cắt gia cường 69 Hình 3.16 Ví dụ gia cường dầm móng vị trí gối 70 Hình 3.17 Gia cường dầm móng vị trí nhịp dầm D1 (AV3C) trục SX5SX6/SY11 không đạt cường độ bê tông thiết kế có vết nứt ≥ 0,40 mm bao gồm mặt đứng mặt cắt gia cường 70 Hình 3.18 Gia cường dầm móng vị trí nhịp dầm D1 (AV3C) trục SX5SX6/SY11 khơng đạt cường độ bê tơng thiết kế có vết nứt ≥ 0,40 mm bao gồm mặt đứng mặt cắt gia cường 71 Hình 3.19 Sơ đồ kết cấu dầm D2 – AV12A 72 Hình 3.20 Phối cảnh trạng cơng trình Mekophar Bp New Factory 72 Hình 3.21 Hình ảnh vết nứt dầm sàn cơng trình Mekophar Bp New Factory 73 Hình 3.22 Mơ hình khơng gian cơng trình 75 Hình 3.23 Tiết diện dầm tầng mái 76 Hình 3.24 Moment – M3 DẦM MÁI ETABS 77 Hình 3.25 Share – V2 DẦM MÁI ETABS 78 Hình 3.26 Một số hình ảnh kiểm tra chiều dày lớp bê tơng cốt thép bảo vệ 82 Hình 3.27 Một số hình ảnh kiểm tra chiều dày lớp bê tơng cốt thép bảo vệ 82 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Bê tông cốt thép loại vật liệu sử dụng rộng rãi cơng trình xây dựng giới nói chung Việt Nam nói riêng (trên 80% cơng trình từ cấp I đến cấp IV sử dụng kết cấu bê tông cốt thép) Khoa học công nghệ phát triển tạo hội để đa dạng hóa việc ứng dụng vật liệu bê tông cốt thép vào kết cấu nguyên lý ban đầu để hình thành vật liệu tổ hợp từ thép bê tơng với việc hạn chế hình thành vết nứt cịn ngun giá trị Những cơng trình bê tơng cốt thép thường mắc bệnh cố hữu với triệu chứng cụ thể vết nứt Nhưng chẩn đốn nào, đâu ngun nhân đích thực cách chủ động phịng ngừa thách thức Nứt bêtông tượng thường gặp cơng trình xây dựng Các vết nứt bêtơng phát triển từ nhiều ngun nhân, mà chất đặc tính vật liệu khâu sản xuất, thi công khả chịu kéo bêtông kết cấu làm việc Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả vết nứt tạo điều kiện dễ dàng cho xâm nhập tác nhân xâm thực vào bêtông tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu trúc chịu lực vật liệu Trong trình thi công sử dụng, tượng nứt BTCT làm ảnh hưởng bất lợi đến tính bền vững cơng trình, gây thấm, hỏng kết cấu liền kề, đặc biệt nước ta nằm khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm Nhiều cơng trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT quy mô lớn cầu, nhà cao tầng, cơng trình lớn, cơng trình cơng nghiệp, đập thuỷ điện, móng silo … địi hỏi tính bền vững ổn định cơng trình cao, việc xuất vết nứt kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi khơng mặt kỹ thuật mà cịn ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng xã hội Hàng năm có hàng trăm cơng trình xây dụng dân dụng khu vực phía Nam nói chung thành phố Hồ Chí Minh nói riêng có ngun nhân nghiêng, lún dẫn đến nứt sập đổ cơng trình Các ngun nhân dẫn đến cố nứt cơng trình kể đến như: khảo sát địa chất xây dựng không đầy đủ không khảo sát; thiết kế không hợp lý; thi công không với thiết kế; tác động khác từ bên ngồi tác động cơng trình, hố đào chất tải khu vực lân cận, sập hang động ngầm, hạ mực nước ngầm, lún tải trọng đất san lấp tạo mặt Những lý nêu cho thấy cần thiết cơng tác tập hợp, phân tích ngun nhân gây nứt kết cấu BTCT, từ đưa giải pháp, phương án hạn chế nguyên tắc xử lý cho kết cấu BTCT bị nứt Điều khơng có ý nghĩa nghiên cứu mà cịn có ứng dụng thực tiễn cơng tác thiết kế, thi cơng khai thác cơng trình xây dựng Xuất phát từ nội dung trên: Đề tài “ Nghiên cứu nguyên nhân đề xuất phương án khắc phục vết nứt cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) cho số 34 Co hóa học W W V C C Hy Trước trộn Sau trộn Hình 2.13 Co hóa học đá xi măng C : Xi măng chưa thủy hóa; W: Nước chưa tham gia thủy hóa; Hy : sản phẩm thủy hóa; V: Lỗ rỗng tạo q trình thủy hóa Như vậy, co hóa học phụ thuộc vào mức độ thủy hóa xi măng, tỷ lệ nước/ chất kết dính, loại lượng xi măng, phụ gia sử dụng Trong xi măng, khống xi măng co ngót với mức độ khác (Bảng 2.4) Theo Jensen Hansen 100g xi măng tham gia phản ứng gây co ngót khoảng 6-7ml, khơng khống clanke xi măng tham gia phản ứng mà sản phẩm thứ cấp tham gia phản ứng gây tượng thay đổi thể tích Bảng 2.4 Co hóa học khoáng xi măng ngày Độ co ngót 3ngày (cm /g) 14 ngày 28 ngày 0,0188 0,0300 0,0336 0,0409 0,0481 C2S 0,0110 0,0126 0,0106 0,0140 0,0202 C3A 0,0632 0,0759 0,1133 0,1201 0,1091 0,0190 0,0202 0,0415 0,0352 0,0247 Khoáng XM ngày C3S C4AF Theo kết nghiên cứu đến tuổi ngày xi măng pooclang cho thấy, với khống C3A có độ co lớn khống C2S cho độ co nhỏ với khống C3S thời điểm ban đầu có dấu hiệu tăng thể tích (gây nở) cho đá xi măng nhiên theo thời gian khoáng C3S tiếp tục tham gia thủy hóa gây biến dạng co ngót lớn Trên sở kết nghiên cứu, cơng thức tính tốn độ co xi măng theo khoáng xi măng sau: Vcs = 0.0532[C3S] + 0.0400[C2S] + 0.1113[C4AF] + 0.1785[C3A] (2.6) Như vậy, để giảm co hóa học đá xi măng nên giảm hàm lượng khoáng C3A C4AF xi măng pooc lăng 35 b) Co nội sinh (Autogenous shrinkage) Co nội sinh tượng co ngót bê tơng xảy q trình thủy hóa xi măng xác định sau thời điểm xi măng đông kết Co nội sinh không bao gồm thay đổi thể tích thay đổi nhiệt độ, độ ẩm bên ngồi mơi trường, tác động ngoại lực mà hệ q trình thủy hóa xi măng xảy nước cục gây phản ứng thủy hóa xi măng, hay cịn gọi tượng tự làm khô (self-desiccation) Co nội sinh tổng phần co hóa học co tự khơ ( Hình 2.14) Co nội sinh bê tơng phụ thuộc vào mức độ thủy hóa xi măng, tỷ lệ Nước/ Xi măng nhỏ mức độ co nội sinh lớn Đây biến dạng co chủ yếu hệ bê tơng có tỷ lệ Nước/ Chất kết dính thấp chứa lượng xi măng lớn bê tông chất lượng siêu cao (tỷ lệ Nước/ Chất kết dính thường 0,4), lượng nước lớn nhiều so với lượng nước yêu cầu để thủy hóa xi măng để giúp bê tơng tạo hình được, sau chấn động xảy tượng tách nước Bề mặt bê tơng bao bọc lớp nước, tùy thuộc vào tỷ lệ Nước/Chất kết dính sử dụng mà chiều dày lớp nước khác Khi tỷ lệ Nước/Chất kết dính lớn chiều dày lớp bị tách bề mặt bê tông lớn hơn, lớp nước bay trước ngăn cản hình thành lực mao quản đá xi măng Thông thường, việc bảo dưỡng bê tơng khơng thực lớp nước tách bề mặt bê tơng có vai trị bảo vệ chống nứt cho bề mặt bê tơng Khi tỷ lệ Nước/Chất kết dính giảm, lượng nước tách bề mặt bê tông giảm khơng có, điều dẫn đến khả bê tơng bị co ngót nứt lớn Các kết nghiên cứu bê tông có tỷ lệ Nước/Chất kết dính < 0,35 đồng thời bề mặt bê tông không bảo dưỡng dễ bị bay nước bề mặt hỗn hợp bê tông dễ dàng bị nứt Như phân tích, áp lực tác động lên hệ thống lỗ rỗng mao quản hình thành nước bay làm tăng ứng suất kéo gây nứt bê tông Hiện tượng co mềm diễn khoảng 8-10 đầu sau tạo hình, trình phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, tính chất bê tông tác động đến trình nước bê tơng Nước bay Nước tách bề mặt Lực kéo Tách nước Sau đổ khuôn Nứt Sau vài đổ khuôn Hình 2.18 Hiện tượng nứt bê tông co mềm Vết nứt bê tông trạng thái dẻo thường xuất vài sau đổ bê tông, bê tơng cịn trạng thái dẻo cường độ bê tơng thủy hóa xi 39 măng gần không đáng kể Sự xuất vết nứt bê tông trạng thái dẻo liên quan chặt chẽ đến tốc độ thoát nước bề mặt tốc độ nước trồi lên bề mặt Tốc độ thoát nước bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, vận tốc gió nhiệt độ bê tơng Tốc độ xác định từ cơng thức sau: En = 5([Tbt+18]2,5 – r[Tkk+18]2,5)(V+4)10-6 (2.8) Với En : tốc độ thoát nước bề mặt (kg/m2/h); Tbt, Tkk : nhiệt độ bê tơng khơng khí (0C) Tốc độ nước lên bề mặt (l/m2/h) r : độ ẩm khơng khí (%) V : vận tốc gió (km/h) Ví dụ : nhiệt độ bê tơng khơng khí 300C, độ ẩm khơng khí 70%, vận tốc gió 15km/h (~4 m/s), tốc độ nước bề mặt khoảng 0,45 kg/m2/h Thơng thường tốc độ thoát nước bề mặt vượt 1.0 kg/m2/h, phải có biện pháp để giảm việc nước biện pháp cần thiết tốc độ vượt 0.5 kg/m2/h Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Hà Nội tháng mùa nóng, xác suất nhiệt độ vượt q 300C độ ẩm khơng khí nhỏ 70% tương ứng khoảng 30% 20% Tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt: bê tông trạng thái dẻo, tác dụng trọng lực, thành phần nặng bê tông cố kết, đẩy nước bê tông lên bề mặt Tốc độ, tổng lượng thời gian kéo dài tượng nước trồi lên bề mặt phụ thuộc vào thành phần cấp phối bê tơng, chiều dày kết cấu … Hình 2.19 trình bày số ví dụ tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt đo trường Vết nứt bê tơng cịn trạng thái dẻo khơng xuất loại bê tơng có tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt cao (nét liền) mà xuất loại bê tơng cịn lại (nét đứt) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Thời gian từ bắt đầu lấy mẫu (h) Hình 2.19 Một số ví dụ tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt 40 Hiện tượng nước dịch chuyển lên bề mặt có tác động hai mặt lên kết cấu bê tơng: - Tích cực : thay nước bay ngăn cản hình thành vết nứt bê tông bề mặt bị khô trước đủ độ cứng cần thiết - Tiêu cực : việc nước tập trung vùng bê tông bề mặt làm tăng tỷ lệ nước/xi măng vùng làm giảm cường độ, độ chống thấm, độ chống mài mịn, độ dính bám cốt thép vào bê tơng… Và ngun nhân hình thành mao quản ngang tiết diện kết cấu làm tăng tính thấm vết nứt hình thành trình cố kết bê tông dẻo Một thời gian ngắn sau tốc độ thoát nước vượt tốc độ nước trồi bề mặt, lớp nước phủ bề mặt bê tông đi, mặt khum chất lỏng hình thành hệ thống lỗ rỗng bê tông Dưới tác dụng sức căng bề mặt, bê tông bị co ngót Nếu co ngót bê tơng bị ngăn cản, ứng suất kéo bê tông xuất gia tăng, lớp bê tông bề mặt Khi ứng suất cao cường độ chịu kéo bê tông thời điểm đấy, bê tông bị nứt Ứng suất kéo cực đại bê tông trạng thái dẻo sức căng bề mặt tính gần theo công thức: P 10 S (kPa) (2.9) [N / X ] Với γ : sức căng bề mặt nước (N/m); S : diện tích bề mặt riêng vật liệu (m2/kg); [N/X] : tỷ lệ khối lượng nước/xi măng Nếu thay ɤ = 0,073 N/m; S = 370 m2/kg, P = 60 kPa Với tỷ lệ [N/X] thấp ( với xu hướng sử dụng phụ gia hóa dẻo phụ gia siêu dẻo) hay việc sử dụng phụ liệu bột silic (S>20000 m2/kg, ) ứng suất cao Có thể thấy xuất vết nứt bê tông trạng thái dẻo liên quan chặt chẽ đến tốc độ thoát nước bề mặt tốc độ nước dịch chuyển lên bề mặt Do việc khống chế hai trình này, tốc độ nước bề mặt giảm thiểu tượng nứt bê tông trạng thái dẻo d) Co cứng Co cứng hay co khơ tượng giảm thể tích xảy điều kiện mơi trường có độ ẩm thấp bay nước bề mặt bê tông rắn Bản chất co cứng giống với co mềm xảy bê tông rắn Mức độ co cứng phụ thuộc vào yếu tố điều kiện môi trường, tỷ lệ Nước/Chất kết dính, hình dạng kích thước cấu kiện bê tơng … Hiện tượng co ngót làm thay đổi áp lực mao quản (capillary – Pcap), áp lực tách liên kết ( disjoining pressure – Pdis) Các tương tác kết trình thủy hóa xi măng tạo lượng lớn hệ thống lỗ rỗng mao quản với kích thước nhỏ, làm tăng diện tích bề mặt độ rỗng vi cấu trúc bên sản phẩm thủy hóa C-S-H 41 Hình 2.20 Bê tơng bị nứt co khô Các tác động phụ thuộc vào độ ẩm tương đối nhiệt độ, yếu tố miêu tả chi tiết sau : +) Áp lực mao quản : Trong lỗ rỗng mao quản tồn lượng nước định, xuất áp lực lực liên kết bề mặt với thành lỗ rỗng (áp lực mao quản) Áp lực mao quản có liên quan trực tiếp đến độ ẩm tương đối hệ, độ ẩm hệ thay đổi áp lực mao quản thay đổi theo Độ ẩm tương đối giảm tùy thuộc vào bán kính lỗ rỗng (r), thể công thức sau : ln( RH ) K r (2.10) Trong đó: σ : sức căng bề mặt (năng lượng tự bề mặt) (J/m2) K : hệ số nhiệt độ phụ thuộc Kelvin (K) r : bán kính lỗ rơng mao quản (m) Khi Pcap áp lực mao quản Pcap r ln( RH ) K Khi độ ẩm RH 98%) mức độ thủy hóa bê tơng tăng, đồng thời tạo cấu trúc đặc 45 Co ngót (x10-6) ổn định biến dạng co ngót bê tơng giảm đến 50% so với bê tông dưỡng hộ điều kiện thường 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Dưỡng hộ nhiệt Không dưỡng hộ nhiệt Dưỡng hộ nhiệt ngày 10 Thời gian (ngày) Hình 2.22 Ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ đến co ngót bê tơng 2.2.3.2 Tải trọng thi cơng Khi tính tốn tải trọng thi công, kỹ sư kết cấu không trực tiếp ngồi trường thường khơng để ý tượng sàn BTCT đổ, chưa đủ ngày để bê tông đạt cường độ thiết kế phải chịu nhiều tải trọng khác Việc kiểm sốt tải trọng thi cơng có vượt q tải trọng thiết kế hay khơng khó kiểm sốt Bộ phận thi cơng trực tiếp thường tập kết nguyên vật liệu phục vụ cho đợt thi công bề mặt bê tông đổ Cát, đá, sỏi, xi măng, gạch … vận chuyển lên mặt sàn nơi thuận tiện cho việc thi công Điều làm bê tông phải chịu tải chưa kịp đạt cường độ thiết kế, ảnh hưởng không tốt cho chất lượng bê tông sau này, nguyên nhân gây nứt cho kết cấu Áp dụng công thức Xkramtaev theo quy luật Logarit, dùng t = 3-90 ngày, tính cường độ bê tông theo thời gian: R(t) = 0,7R28lgt (2.16) Bảng 2.5 Sự phát triển cường độ tiêu chuẩn bê tông theo thời gian(Rb) Cường độ nén theo tuổi ngày Rb (MPa) Cấp độ bền bê tông, MPa 14 21 28 B15 2,84 5,03 6,82 7,87 8,5 B20 3,65 5,65 6,71 7,21 11,5 B25 5,70 7,63 8,39 8,71 14,5 B30 9,00 10,50 10,99 11,19 B35 13,02 13,94 14,21 14,31 17 19,5 46 Bảng 2.5 cho thấy phát triển cường độ bê tông tiêu chuẩn theo thời gian Trong thi công không quản lý việc chất tải thi công lên kết cấu tuổi sớm dễ dẫn đến gây nứt cho kết cấu ứng suất vượt cường độ bê tông Những yếu tố nêu đa phần tính đến thể quy trình thi cơng cho cơng trình Đội ngũ người quản lý, kỹ sư giám sát cần yêu cầu đơn vị thi cơng làm chặt chẽ, theo quy trình cố nứt kết cấu bê tông giảm thiểu hạn chế đáng kể 2.2.4 Nứt kết cấu BTCT yếu tố nhiệt độ Bê tông vật liệu có tính dẫn nhiệt Vì q trình thuỷ hố xi măng đóng rắn bê tơng lượng nhiệt thuỷ hố xi măng khơng kịp ngồi nên tích tụ khối bê tông Khi độ chênh lệch nhiệt độ vùng đủ lớn, gây ứng suất kéo đủ làm nứt khối bê tông Tốc độ toả nhiệt khối bê tông tỷ lệ thuận với tỷ số diện tích bề mặt nhiệt khối tích bê tơng Bê tơng có khối tích lớn (hay tỷ lệ diện tích bề mặt toả nhiệt khối tích bê tơng nhỏ) nhiệt độ lịng bê tơng lớn tốc độ toả nhiệt ngồi chậm Điều phụ thuộc vào thời tiết ngày đầu đóng rắn bê tơng 2.2.4.1 Ứng suất nhiệt kết cấu bê tông cốt thép giai đoạn chế tạo, thi Tải FULL (110 trang): https://bit.ly/3Ipfqu1 cơng Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Khi khối tích bê tơng đủ lớn nhiệt thủy hóa xi măng tích tụ lịng bê tơng, khơng kịp ngoài, tạo nên chênh lệch nhiệt độ phần khối bê tơng với phần ngồi tiếp giáp mơi trường xung quanh Chênh lệch gọi độ chênh nhiệt độ, ký hiệu ΔT Độ chênh nhiệt độ đủ lớn gây tượng co giãn khơng bê tơng phần có nhiệt độ cao bê tơng phần ngồi có nhiệt độ thấp Giai đoạn tăng nhiệt khối bê tông : Nhiệt độ bê tông tăng liên tục khoảng 4-7 ngày đầu đóng rắn lâu tùy theo khối tích bê tơng tốc độ đổ bê tơng Khi phần bê tơng phía có xu hướng nở nhiệt Ứng suất phát sinh khối bê tông lúc ứng suất nén nên không nguy hiểm bê tơng Sau nhiệt độ ổn định vài ngày, bê tông không nở không co Trong giai đoạn tăng nhiệt, phần bê tơng phía ngồi bị làm nguội mơi trường khơng khí có khuynh hướng co, bị lớp có nhiệt độ cao kìm giữ Chính kìm giữ phát sinh ứng suất kéo lớp bê tơng mặt ngồi Khi ứng suất kéo vượt giới hạn kéo cho phép bê tơng bê tơng bị nứt Thơng thường vết nứt có bề rộng nhỏ sâu vào vài cm Trong gia đoạn bê tông nguội, chúng tự khép lại Trong thi công, nhiệt phát sinh kết cấu bê tông chủ yếu nhiệt thủy hóa xi măng Nhiệt lượng thủy hóa xi măng khơng kịp thời tán phát mà tích tụ lại làm cho bê tơng phát sinh tăng nhiệt tương đối cao Sự thay đổi nhiệt 47 độ khối bê tơng làm cho biến đổi hình dạng sinh ứng suất Bê tơng cứng trình nhiệt tăng lên hình thành áp suất nén trình hạ nhiệt lại phát sinh co ngót Khi co ngót bị ràng buộc, bê tông phát sinh ứng suất kéo Khi ứng suất kéo vượt cường độ kháng kéo, bê tông phát sinh khe nứt Loại ứng suất nhiệt độ gọi ứng suất nhiệt Khe nứt nhiệt hạ thấp tính hồn chỉnh kết cấu bê tơng, tính chống thấm tính bền vững, làm cho tồn độ an toàn kết cấu bị hạ thấp Trong thi cơng bê tơng, đặc biệt bê tơng thể tích lớn, mục đích khống chế nhiệt cách nghiêm ngặt để đề phòng giảm thiểu xuất khe nứt nhiệt độ Mối quan hệ ứng suất nhiệt nhiệt độ khối bê tông thể theo Tải FULL (110 trang): https://bit.ly/3Ipfqu1 cơng thức: Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net {σ}=[R].E.β.{ΔT} (2.17) Trong : {σ} : vec tơ ứng suất thời điểm khảo sát [kG/m2] [R] : ma trận cản biến dạng bê tông E : Mô đun đàn hồi bê tông β : hệ số giãn nở nhiệt bê tông {ΔT} : vec tơ grandient nhiệt độ Qua công thức thấy rằng, chênh lệch nhiệt độ ΔT lớn ứng suất khối bê tông lớn dễ xảy nứt nhiệt khối bê tông ứng suất vượt giới hạn bền kéo bê tông Vì vậy, để chống nứt cho bê tơng cần kiểm soát chênh lệch nhiệt độ ΔT giới hạn cho phép Muốn đề phịng vết nứt phải có ngun tắc khống chế nhiệt: giảm thấp nhiệt độ cao bê tông làm cho nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ ổn định nhiệt độ cao thu nhỏ lại; loại bỏ triệt để nhiệt độ bậc thang (nhiệt độ tăng giảm không ổn định), giảm bớt chênh lệch nhiệt độ bê bê ngồi bê tơng * Hai điều kiện làm bê tơng bị nứt hiệu ứng nhiệt thủy hóa xi măng bê tông : + Độ chênh nhiệt độ ΔT > 200C , kết cấu sử dụng bê tơng có khối tích lớn, để bê tông không nứt cần khống chế chênh lệch nhiệt độ ΔT< 200C + Mô đun độ chênh lệch nhiệt độ MT ≥ 50oC/m Nghĩa là, ΔT < 20oC bê tơng khơng nứt ΔT > 20oC bê tơng nứt khơng o ΔT > 20oC M ≥ 50 C/m bê tơng nứt T Trạng thái nhiệt ứng suất nhiệt bê tông: Q trình đơng cứng kết cấu bê tơng xi măng chuỗi phản ứng hoá học sinh nhiều nhiệt lượng gây nên thay đổi thể tích kết cấu Q trình trao đổi nhiệt kết cấu với môi trường xunh quanh nước bay 48 tham gia vào phản ứng hoá học, tạo nên chênh lệch nhiệt độ, nhiệt ẩm nội bề mặt kết cấu, làm phát sinh trạng thái ứng suất nhiệt kết cấu Nếu ứng suất phát sinh lớn giới hạn bền vật liệu gây nên vết nứt kết cấu ảnh hưởng tới khả làm việc kết cấu Ứng suất nhiệt từ lâu nguyên nhân tiềm gây nứt kết cấu bê tông bê tông cốt thép, đặc biệt kết cấu khối lớn Kết cấu bê tông bê tơng cốt thép q trình chế tạo khai thác thường phải chịu biến dạng cưỡng bức, khơng mang tính chất lực lại làm thay đổi trạng thái biến dạng kết cấu Biến dạng cưỡng thường liên quan đến yếu tố thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, biến dạng hệ dàn giáo, lún móng mố trụ Khơng trường hợp ngun nhân gây nứt cơng trình Nghiên cứu biến dạng nhiệt có từ đầu kỷ trước Theo thời gian phương pháp xác định trạng thái nhiệt ứng suất nhiệt kết cấu hoàn thiện giúp cho việc dự báo nguy bị nứt thêm xác Nguyên nhân gây nứt nhiệt kết cấu giai đoạn thi công chênh lệch nhiệt độ bên bề mặt kết cấu hạn chế biến dạng bề mặt Khi bê tông đông cứng nhiệt độ khối bê tông tăng lên Sự nhiệt bề mặt kết cấu làm nhiệt độ khối bê tông phân bố không xuất ứng suất nhiệt Diễn biến nhiệt ứng suất nhiệt kết cấu phức tạp, thay đổi liên tục phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủng loại, hàm lượng xi măng, kích thước kết cấu, ván khn điều kiện khí hậu mơi trường xung quanh Bên cạnh đó, tính chất lý bê tơng cường độ modul biến dạng thay đổi liên tục theo thời gian Ứng suất nhiệt phát triển theo hai cách: Sự toả nhiệt q trình thuỷ hố xi măng tuần hoàn nhiệt xung quanh Đối với tất xi măng thuỷ hoá làm tăng nhiệt cho bê tơng, có số cách làm giảm tăng nhiệt là: - Dùng lượng xi măng tối thiểu - Thay phần xi măng phụ gia khoáng hoạt tính - Dùng loại xi măng đặc biệt với nhiệt thuỷ hoá thấp chậm thuỷ hoá Khả tăng nhiệt độ bê tông giảm đến tối thiểu giảm thiểu ứng suất nứt nẻ * Một số cơng thức tính nhiệt độ cho hỗn hợp bê tông bê tông: 0,75(Tx M x Tc M c ) 4,18Tn M n 334M i Tb 0,75( M x M c ) 4,18( M n M i ) (2.18) Trong :T – Nhiệt độ, oC M – Khối lượng, kg/m3 Các ký tự b,x,c,n,i – tương ứng : hỗn hợp bê tông, xi măng, cốt liệu (cát 7740265 ... cơng trình - Đề xuất số giải pháp khắc phục cố vết nứt cấu kiện BTCT Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: nguyên nhân xảy cố vết nứt cấu kiện BTCT trình thiết kế cơng trình nghiên. .. dựng Xuất phát từ nội dung trên: Đề tài “ Nghiên cứu nguyên nhân đề xuất phương án khắc phục vết nứt cấu kiện bê tơng cốt thép (BTCT) cho số cơng trình khu vực phía Nam” có tính thực tiễn cấp... kế cơng trình nghiên cứu đề xuất phương án khắc phục cho cơng trình - Phạm vi nghiên cứu: đó02 cơng trình thi cơng xảy cố vết nứt cấu kiện BTCT Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lí thuyết: