Nghiên cứu sự phát triển của ứng suất nhiệt trong bê tông áp dụng tính toán cho công trình bản mòng tỉnh sơn la

Tổngquanvềbêtông

Bêtôngkhối lớn

Theo TCXDVN 305:2004, Kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép được coi làkhối lớn khi có kích thước đủ để gây ra ứng suất kéo, phát sinh do hiệu ứng nhiệtthủy hóa của xi măng, vượt quá giới hạn kéo của bê tông, làm nứt bê tông, và do đóphải có biện pháp để phòng ngừa vết nứt Trong điều kiện nóng ẩm Việt Nam kếtcấucócạnhnhỏnhất1mvàchiềucaolớnhơn2mcóthểđượcxemlàkhốilớn.

[7] Theo tiêu chuẩn Mỹ (ACI 116R-90), bê tông khối lớn được định nghĩa làmột thể tích bê tông có kích thước đủ lớn, yêu cầu phải có biện pháp để đối phó vớisựphátnhiệtdoximăngthủyhóavàsựbiếnđổithểtíchkèmtheođểgiảmnứtnẻ.

- Bê tông truyền thống (ký hiệu CVC) là bê tông thường được đầm chặt bằngphươngphápchấnđộng.

- Bê tông đầm lăn (ký hiệu RCC) là bê tông sử dụng các nguyên liệu tương tựbê tông truyền thống nhưng rất khô và được đầm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặtngoài (lu rung) Việc đầm bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô hàmlượngkếtdínhnhỏhơnbêtôngthườngrấtnhiều.Trongchấtkếtdínhcómộtphầnl à xi măng, còn lại là phụ gia khoáng hoạt tính mềm mịn (tro bay, puzơlan tựnhiên )

Bêtôngđầmlănđangđượcápdụngnhiềutrongxây dựngđậpởViệtNam, tuy nhiên bê tông khối lớn thông thường đã và sẽ vẫn được áp dụng trong công trìnhvàkếtcấucôngtrìnhkhôngthíchhợpchobêtôngđầmlăn.

Nhiệtđộcựcđạitrongbêtôngvàđộchênhlệchnhiệtđộ

Nhữngnghiêncứuđãchothấyrằngđộbềnvữnglâudàicủabêtôngcóthểbịảnhhưởngn ếunhiệtđộsaukhiđổbêtôngvượtquá phạmvicủa68 0 Cđến74 0 C.Cơ chế phá hủy là do việc trì hoãn sự hình thành ettringite, sẽ gây ra trương nở trongcấu trúc bê tông mà kết quả là bê tông bị nứt Điều này có thể không xảy ra tức thìmàphảisaunhiềunăm.

- Độ chênh lệch nhiệt độ: Trong khi thi công bê tông khối lớn, hai đại lượngnhiệt độ được quan tâm nhất là nhiệt độ cực đại và độ chênh lệch nhiệt độ trong bêtông. Độ chênh lệch nhiệt độ là độ chênh lệch nhiệt độ giữa phần nóng nhất của bêtông và bề mặt Nứt do nhiệt sẽ xảy ra do lớp trong giữ được nhiệt độ cao cản trở sựcol ạ i c ủa n h ữ n g l ớ p b ê t ô n g b ê n n goà i đ ã n g u ộ i đ i , g â y ứngs u ấ t n é n ở l ớ p b ên trong và ứng suát kéo ở lớp ngoài dẫn đến biến dạng và khi biến dạng này vượt quásứckéocủabêtôngsẽxuấthiệnvếtnứt. Độ chênh nhiệt độ lớn nhất phụ thuộc vào tính chất cơ học của bê tông như:hệsố giãn nở nhiệt, cường độ nén và modul đàn hồi cũng như kích thước và dạng kếtcấungàmcủabêtông.

Vậtliệudùngđểchếtạobêtôngkhốilớn

Xi măng trong bê tông khối lớn (đập trọng lực) nên dùng xi măng ít tỏanhiệt để đảm bảo tính ổn định của bê tông khối lớn, lưu ý chọn dùng các vật liệuthích hợp Theo [5] xi măng ít tỏa nhiệt thích hợp phải có lượng nhiệt phát ra khi ximăng thủy hóa sau 3 ngày không lớn hơn 45-50 cal/g và sau 7 ngày không lớn hơn50-60cal/g. Ở nước ta ban hành tiêu chuẩn xi măng ít tỏa nhiệt và quy đinh nhiệt thủy hóasau7 n g à y l à 6 0 c a l / g n h ư n g t h ự c t ế h ầ u n h ư k h ô n g s ả n x u ấ t , n ê n t h ị t r ư ờ n g x i măng nước ta không có mặt ximăng ít tỏa nhiệt và chỉ có ximăngPooclăng hỗnhợpphakhoảng12-20%phụgiahoạttínhvàphụgiatrơ.

Cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn dùng cho bê tông khối lớn cũng giống như cốtliệu dùng cho bê tông thông thường và được quy định theo tiêu chuẩn của nhà nước.Dokíchthướckếtcấulớnnêncóthểdùngkíchthướcdanhnghĩalớnnhấtcủacố t liệu ( Dmax) tới 150mm để giảm hàm lượng chất kết dính trong bê tông, từ đó giảmlượngphátnhiệt.

Nước trộn bê tông cũng giống như nước trộn thông thường với các kíchthướckhácnhauvàđượcquyếtđịnhtheotiêuchuẩnnhànướcTCXDVN302:2004.

Cáctínhchấtcủabêtông,sự pháttriểnnhiệttrongkhốiđổbêtông

Độdẫnnhiệtcủabêtông

Độ dẫn nhiệt là tính chất của vât liệu truyềnnhiệt từ bềm ặ t n à y s a n g b ề mặt khác Độ truyền nhiệt của vật liệu được đặc trưng bởi lượng nhiệt (tính bằng J),mà vật liệu có khả năng truyền qua nó qua một đơn vị diện tích bề mặt với chênhlệchnhiệtđộbằng1độtrongthờigian1giây.

Cấu trúc bê tông gồm pha rắn và các hệ thống bọt khí hoặc nước Độ dẫnnhiệt của không khí = 0,023 W/1m 0 C, nhỏ hơn độ dẫn nhiệt của pha rắn rất nhiều,chon ê n đ ộ r ỗ n g k h ô n g k h í c ủ a b ê t ô n g c à n g n h i ề u h a y độ đ ặ c c à n g t h ấ p t h ì đ ộ dẫnnhiệtcủanócàngnhỏ.Khicáclỗ rỗngchứađầyẩmthìđộdẫn nhiệtc ủabê tôngt ă n g , b ở i v ì đ ộ d ẫ n n h i ệ t c ủ a n ư ớ c b ằ n g 0 , 5 8 W /

1 m 0 C,l ớ n h ơ n 2 5 l ầ n l ớ n hơn độ truyền nhiệt của không khí Khi bê tông bị băng giá thì độ dẫn nhiệt của bêtôngtăng lên một chút.Bêtôngvới cácl ỗ r ỗ n g r ấ t n h ỏ c ó h ệ s ố d ẫ n n h i ệ t t h ấ p hơn do giảm lượng nhiệt truyền theo bức xạ và truyền vật chất trong bản thân bêtông.Mứcđộthayđổidộdẫnnhiệtcủabêtôngẩmvàbịbănggiáphụthuộcvàođ ộđặccủanó.

Nhiệtdungcủabêtông

Nhiệt dung của bê tông phụ thuộc vào cấu trúc và độ đặc của nó và có thểbiếnđ ổ i t r o n g k h o ả n g g i ớ i h ạ n 0 , 7 5 - 1 , 1 K J / ( k g 0 C)c h o n ê n n ế u t ă n g t ỷ l ệ N / X trong hỗn hợp bê tônghay tăng độ ẩm của bê tông thì nhiệt dungc ủ a b ê t ô n g s ẽ tănglên.

Biếndạngnhiệt

Bê tông cũng như các vật liệu khác, dãn nở khi bị đốt nóng và co lại khilàmlạnh.Trungbìnhhệsốdãndàicủabêtônglà10.10 -6 Nhưngthựcchấtnóbiến động trong sự phụ thuộc vào cấp phối của bê tông, vào tính chất của cốt liệu và chấtkếtdính.

Sự thay đổi của nhiệt độ trong giới hạn từ 0-50 0 ít ảnh hưởng đến hệ số dãnnở vì nhiệt của bê tông khô, nếu như trong khi đó bê tông không có các biến đổi lýhóa xảy ra Khi nhiệt độ của bê tông âm thay đổi thì biến dạng nhiệt của bê tôngcộng thêm biến dạn co ngót hay dãn nở Khi bê tông bị băng giá thì sự tạo thành đátrong các lỗ rỗng và các mao quản của vật liệu có ảnh hưởng đến biến dạng của nó.Trong nhiều trường hợp cùng với biến dạng nén trong bê tông bị lạnh ở dưới cònthấybiếndạngdãnnởdođáđượctạothànhtrongnógâylên.

Một điều đáng quan tâm là biến dạng nhiệt của bê tông gần với biến dạngnhiệt của thép, điều đó đảm bảo sự làm việc đồng đều và vững chắc của các kết cấubêtôngcốtthépởcácnhiệtđộkhácnhautrongmôitrường.

Sựpháttriểnnhiệttrongkhốiđổ

Dòng nhiệt của kết cấu bê tông trong quá trình xây dựng phụ thuộc chủ yếuvào quá trình hòa tan và ngưng kết của xi măng Tổng nhiệt lượng phụ thuộc chủyếu vào quá trình thủy hóa của từng loại xi măng, dao động trong khoảng 120- 130KJ/kg,đượcmôtảtronghình:

Hầu hết nhiệt tỏa ra trong 6-7 ngày đầu sau khi đổ bê tông, trong đó sự tăngnhiệt độ chủ yếu xảy ra trong hai ngày đầu, giá trị tăng đạt cực đại sau khoảng 8-12h từ khi trộn Quá trình nhiệt phát triển nhanh ở điều kiện nhiệt độ cao, ở nhiệt độmôitrườngthấpthìquátrìnhnhiệtpháttriểnchậm.

Trong quá trình bê tông đông cứng, do sự thủy hoá của xi măng đã sinh ralượng nhiệt rất lớn, làm cho nhiệt độ trong khối bê tông tăng cao, do tính chất dẫnnhiệt của bê tông kém nên nhiệt lượng sinh ra tập trung vào trong khối bê tông làmtăng nhiệt độ trong bê tông gây ra chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài khối bê tông.Nhiệt độ trong khối bê tông cao hơn nhiệt độ môi trường bên ngoài khối bê tông.Theo thời gian, nhiệt độ trong khối bê tông sẽ giảm dần, tới mức ổn định. Quan sátthực tế thấy rằng: sự giảm dần nhiệt độ tự nhiên của bê tông kéo dài tới vài chụcnăm.Saukhinhiệtđộđãgiảmxuốngtớimứcổnđịnhthìchỉcóvàimétngoàivỏ của khối bê tông nhiệt độ lên xuống, thay đổi theo nhiệt độ môi trường bên ngoài.Quá trình thay đổi nhiệt độ của bê tông khối lớn có thể được chia làm 3 thời kỳ: tăngnhiệt,giảmnhiệt,ổnđịnhnhiệtđộ

Từ hình vẽ ta thấy rằng: Nhiệt độ cao nhất của bê tôngT max bằng nhiệt độtrong bê tông lúc đổT p cộng với nhiệt độ phát nhiệt lớn nhất của xi măngT r Từnhiệt độT p đếnT max là thời kỳ tăng nhiệt Sau khi đạt đếnT max nhiệt độ trong bêtông sẽ giảm dần tớiT r , giai đoạn nay là thời kỳ giảm nhiệt Cuối cùng nhiệt độtrongbêtôngổnđịnh,đólàthờikỳổnđịnh.[6],[18]

Thời gian để nhiệt độ trong khối bê tông đạt đến nhiệt độ ổn định phụ thuộcvào rất nhiều yếu tố Theo kết quả nghiên cứu của Viện bê tông Mỹ thì trường hợpmặt tường bê tông dày 150mm có thể ổn định sau 1,5 giờ, tường dày 1,5m cần1tuần, nếu dày 15m thì phải cần 2 năm và khảo sát một số đập lớn ở Mỹ như đậpHoover, Shasta, Grand Coulee có chiều dày khoảng trên 150m thì thời gian để đạttrạngtháiổnđịnhvềnhiệtđộlêntới200năm.

Nguyênnhânvàhậuquảcủaquátrìnhthayđổinhiệt

- Nguyênnhân Đậpbêtôngsaukhiđãđổ,nhiệtđộsẽcósựthayđổiphứctạplàmchonhiệtđộphá tsinhthayđổi,nguyênnhânchủyếunhư sau:

- Bê tông trong thời kỳ xi măng hóa cứng, thủy hóa nhiệt phát tán làm chonhiệtđôtrongbêtônglêncao.

- Nhiệt độ khi bê tông đã đổ vào khối đổ và nhiệt độ môi giới xung quanh (chủyếu là nhiệt độ không khí) không giống nhau, từ đó tồn tại chênh lệch nhiệt ban đầulàmchonhiệtđộthayđổi.

- Nhiệt độ vật môi giới xung quanh phát sinh thay đổi hoặc do nhiệt độ khôngkhíkhiđổbêtôngthayđổiđếnnhiệtđộổnđịnh,hoặcthayđổitheochukỳ.

Do những nguyên nhân ở trên, giữa các điểm trong nội bộ khối bê tông và dotác dụng của thủy hóa nhiệt, nhiệt độ sẽ lên cao Thời gian đoạn nhiệt độ tăng lênnàykhôngd à i , v ì t h ủ y hóa n h i ệ t t r o n g vò ng 2 8 ngà ysẽp h á t t á n h ế t R ồi s a u đ ó nhiệt độ sẽ xảy ra xu thế lên cao và hạ thấp (trong quá trình hạ xuống có dao độngphứctạp).Thờikỳhạxuốngnàycóthểtrảiquahơidài.

Cuối cùng khi các loại ảnh hưởng ban đầu (thủy hóa nhiệt chênh lệch nhiệt độban đầu, chênh lệch giữa nhiệt độ ổn định và nhiệt độ đổ bê tông) dần dần mất đi,nhiệt độ tại điểm này đạt đến kỳ ổn định Lúc này nhiệt độ sẽ tùy theo sự biến độngcótínhquyluậtcủanhiệtđộbênngoàimàthểhiệnbiếnđộngrấtnhỏhoặcđềuđều.

Những thay đổi về nhiệt độ này sẽ sản sinh ra khe nứt nhiệt độ Sau khi nhiệtđộ phát sinh thay đổi thì thể tích của bê tông theo đó mà co giãn Khi khối bê tôngkhôngđượctựdo,mặtcogiãnbịhạnchếhoặcbịhạnchếthìsẽsinhranứt.

Cụ thể đầu tiên xét về mặt chỉnh thể, sau khi đưa vào khối đổ nhiệt độ bê tông tănglên cao rất nhanh, sau đó lại xuống thấp, thể tích giãn nở và sau đó dần dần co lại.Trongquátrìnhcolạicủakhốibêtôngmàgặpphảimộtloạigòépnàođóthìsinhra ứng suất kéo hoặc khe nứt Đặc điểm của loại khe nứt là phát sinh ở những nơibiếndạngbịràngbuộcvàkhốngchếnghiêmtrọngnhấtlànơigầnnềnđáhoặcnơi bê tông cũ Tiếp đến là quá trình thay đổi nhiệt độ trong khối bê tông, nhiệt độ phânbốkhông đề u , v ù n g b i ê n giớin h i ệ t độ giápranhnơit ru ng t â m cón h i ệ t độ t r u n g tâm, như vậy nội bộ khối sinh ra nhiệt độ bậc thang từ đó dẫn đến ứng suất nhiệt.Loại ứng suất nhiệt này và khe nứt bất kỳ lúc nào cũng có thể phát sinh, nhất là saukhi đổ bê tông không lâu thì phát sinh nhiều nhất vì lúc này nội bộ bê tông nhiệt độtănglênrấtcaocùngvớinhiệtđộthấpởbênngoàidễhìnhthànhbậcthangrấtlớn.

Khe nứt nhiệt hạ thấp tính hoàn chỉnh kết cấu của bê tông, ảnh hưởng tới khảnăng làm việc và tuổi thọ công trình, làm giảm khả năng chống thấm và tính vữngbền,làmchotoànbộđộantoàncủakếtcấubịhạthấp.

TìnhhìnhxâydựngđậpvànghiêncứuứngsuấtnhiệttrongbêtôngởViệtNam vàtrênthếgiới

TìnhhìnhxâydựngđậpvànghiêncứuứngsuấtnhiệttrongbêtôngởViệt

1.3.1 Tình hình xây dựng đập và nghiên cứu ứng suất nhiệt trong bê tông ởViệtNam Ở nước ta việc nghiên cứu diễn biến nhiệt độ, ứng suất nhiệt và thiết lập quytrình công nghệ thi công đập bê tông trọng lực còn mới mẻ Hiện nay chúng ta đã cótiêu chuẩn thiết kế 14TCN56-88 “Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép” , tiêuchuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công TCVN4116: 1995 vàTCVN 4453:1995- Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối- Quy phạm thicông và nghiệm thu Nhưng chưa có quy phạm hướng dẫn quy trình thi công riêngchođậpbêtôngtrọnglựcđổbằngphươngpháptruyềnthống. Đối với một số công trình đập bê tông trọng lực đã xây dựng ở nước ta trướcđây, khi thiết kế đã để ý đến vấn đề nhiệt và ứng suất nhiệt trong bê tông nhưngchưa có điều kiện phân tích đầy đủ quá trình diễn biến nhiệt và ứng suất nhiệt trongtoàn kết cấu ở những thời điểm mong muốn Khi giải bài toán nhiệt thường dùngphương pháp sai phân hữu hạn, nên khi gặp những trường hợp mặt cắt đập có hìnhdạng phức tạp, phân khoảnh theo kiểu xây gạch thì việc tính toán trường nhiệt độ vàtrườngứngsuấtnhiệtthườnggặpkhókhăn.

[14],[23]Việcđầutưxâydựngcáccôngtrìnhđậpbêtôngtrọnglựclớnhầu như không có mà chủ yếu chỉ là các đập dâng có chiều cao thấp từ 5-10m, và sửdụngkhốibêtôngnhỏkhoảng20.000m 3 trởlại.

Trong giai đoạn này, các đập dâng được xây dựng đều có kết cấu đơn giản, ởmột số đập, bên trong thường được xây dựng bằng các khối đá hộc hoặc bê tông đáhộc M150, mặt ngoài được xây bằng đá hoặc đổ bê tông M150 để tạo thẩm mỹ vàtăng khả năng chống thấm cho công trình; cũng có đập được đổ hoàn toàn bằng bêtông và bê tông cốt thép M200 Bê tông đã được trộn, đổ, đầm bằng cơ giới kết hợpvới thủ công Các yêu câu về cấp phối vật liệu, cấp phối bê tông đã được nâng cao,tỷ lệ N/X đãđượckhông chế.Việcđầu tưxây dựng các công trình đậpb ê t ô n g trọnglựclớnhầunhư khôngcó.

Tuynhiêncácnghiêncứuvềbêtôngkhốilớncũngchưacógìđáng kể,đội ngũ cán bộ kỹ thuật và chuyên gia nghiên cứu về bê tông la người Việt Nam còn rấtítỏi.

Thời gian này đất nước có chiến tranh nên việc đầu tư xây dựng các công trìnhthủy lợi lớn bị hạn chế Trong thời kỳ này chưa có đập bê tông trọng lực cao nhưngcũngđãxâydựngmộtsốđậptrànthấp.

Cómộtsốcôngtrìnhthủyđiệnxâydựngtronggiaiđoạnnàynhư:thủyđiện ThácBà,thủyđiệnCấmSơn,thủyđiệnĐaNhim

Mộtsốcôngtrìnhthủylợi,thủyđiệnđãđượcxâydựngnhưngcôngtrìnhđầu mối chủy ế u l à đ ậ p v ậ t l i ệ u đ ị a p h ư ơ n g , c h ỉ c ó t r à n n ư ớ c m ớ i l à k ế t c ấ u b ê t ô n g hoặc bê tông cốt thép Tuy nhiên đập tràn này có chiều cao và khối lượng bê tôngkhônglớnlắm.

[14], [23] Quá trình thiết kế và thi công bê tông trong các đập tràn đã có nhiềutiến bộ, đã có các tiêu chuẩn về thiết kế và thi công bê tông thủy công, tiêu chuẩn vềvật liệu và cấp phối bê tông do các viện chuyên nghiên cứu về vật liệu xây dựng vàbêtôngthủycôngcungcấp. Công nghệ thicôngbê tông thủy công đãcó nhiềub ư ớ c t i ế n m ớ i , p h ầ n l ớ n đều cơ giới hóa từ khâu trộn, vận chuyển vữa bê tông đến đổ, san đầm Một số côngtrình thi công ở những nơi có khí hậu khắc nhiệt cũng sử dụng các phụ gia Biệnpháp khống chế nhiệt độ va chống nứt nẻ cho bê tông chủ yếu là dùng phụ giakhoáng hoạt tính để giảm hàm lượng xi măng, thi công vào ban đêm, lúc thời tiếtmát,dùngcácbiệnphápchechắn,phủbaotải

Có thể được tính từ ngày đất nước hoàn toàn thống nhất Hòa nhịp cùng cả nướctrongcôngcuộcxâydựngvàchấnhưngđấtnước,cùngnhucầupháttriểnkinht ếđã tạo những cơ hội lớn cho phát triển khoa học công nghệ Đã có rất nhiều côngtrìnhthủylợi,thủyđiệnđượcxâydựng.

[14], [23] Nhìn chung các công trình này lớn có khối lượng bê tông từ vài trămnghìn đến hàng triệu m 3 , chiều cao từ 20-70m Khi thiết kế các công trình này thìvấn đề nghiên cứu nhiệt và vết nứt do nhiệt đã được quan tâm Đầu mối các côngtrìnht h ủ y l ợ i , t h ủ y đ i ệ n n h ư P l e y K r ô n g , S ê S a n 3 v à S ê S a n 4 , B ả n V ẽ , T h ạ c h Nham, Tân Giang là những đập bê tông khối lớn với hàng triệu m 3 , chiều cao từ70-138m. Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kỹ thuật và công nghệ hiện đạiđể xây dựng các đậpb ê t ô n g t r ọ n g l ự c c ó q u y m ô v ề c ả c h i ề u c a o v à k h ố i đ ổ b ê tôngngàycàngmộtlớnhơn.

Về thiết kế: đã phân chia đập thành các khe co giãn, sử dụng mác bê tông phùhợp Mỗi công trình đều có những nghiên cứu về vật liệu, thành phần, cấp phối bêtông,nghiêncứuviệcsửdụngphụgiakhoánghoạttínhvàphụgiahóahọctrướ ckhiđưarathịtrường.

Về thi công: Trên cơ sở các nghiên cứu về vật liệu và cấp phối bê tông, đặcđiểm khí hậu vùng xây dựng công trình, tại mỗi công trình đã có hướng dẫn quytrình thi công bê tông riêng Trong đó cũng có các hướng dẫn quy trình thi công bêtông riêng Trong đó cũng đã có các hướng dẫn và yêu cầu khá chi tiết về các chỉtiêu kỹ thuật của xi măng, cát, đá, nước, phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia hóahọc, việc phân chia và lựa chọn kích thước khoảnh đổ, tốc độ đổ bê tông, thời gianđổ, thời gian giãn cách khoảnh đổ cạnh nhau, thời gian đổ các khoảnh chồng lênnhau,chếđộbảodưỡng

TT Têncôngtrình Địađiểmxâydựng Loạiđập Chiềucao

1.3.2 Tìnhhìnhxâydựngvànghiêncứuứngsuất nhiệtở nướcngoài Ở các nướccó nềnkinh tế vàkhoahọc công nghệ phát triển nhưN g a ,

M ĩ , Nhật Bản, Trung Quốc,… đã có các nghiên cứu khá tỷ mỉ về diễn biến nhiệt, ứngsuất nhiệt tại từng công trình ngay từ khi thiết kế và trong quá trình thi công, thiếtlập công nghệ thi công riêng cho mỗi công trình đập bê tông, có các đo đạc, quantrắc chi tiết về quá trình phát sinh nhiệt trong quá trình thi công và thường xuyên cótổngkết,hộithảokhoahọcvềlĩnhvựcnày.

[14], [27] Cách đây 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiệnnhững công trình thủy lợi Đập xây dựng đầu tiên là đập xây dựng trên sông Nilecao15mvàdài450mcócốtliệulàđáđổvàđấtsét. Đặc biệt nghiên cứu và phát triển các phương pháp để giải các bài toán nhiệttrong bê tông nhưng chủ yếu là phương pháp phân tử hữu hạn Đã xây dựng đượcnhiều phần mềm để giải bài toán nhiệt trong bê tông khối lớn như: phần mềmthương mại ConTestPro của nhà cung cấp phần mềm JEJMS CONCERTE (ThụyĐiển),phầnmềmANSYS(Mỹ), phầnmềmABAQUS,phầmmềmMIDAS…

[27]T h e o c o ns ố thốngk ê c ủa h ội đậ p c a o t h ế gi ới ( I C O L D ) t í n h đế n năm 2000 trên thế giới có khoảng 45000 đập lớn Nước có nhiều đập nhất là TrungQuốcvớikhoảng22.000đậpchiếm48%sốđậptrênthếgiới.Đứngthứ2làMỹcó 6.575 đập Đứng thứba là Ấn Độ với 4.291 đập, sau đó là NhậtB ả n v ớ i

2 6 7 5 đập Việt Nam cógần 500đập đứngkhoảng thứ 16trongsố cácn ư ớ c c ó n h i ề u đậpcaotrênthếgiới.

1 9 8 6 c h o t h ấ y 78%l à đ ậ p đ ấ t , đập đá đổ 5%, đập bê tông trọng lực 12%, đập vòm chỉ 4% Trong số các đập cóchiều cao lớn hơn 100m thì lại có 30% là đập đất, 38% là đập bê tông, còn lại là đậpvòm.Như vậyđậpcàngcaothìtỷlệđậpbêtôngcàngnhiều.

Hiện nay Trung Quốc là nước có nhiều đập bê tông trọng lực được xây dựngnhiều nhất trên thế giới Tính đến năm 2000 đã có 22 đập cao trên 70m Phải kể đếnnhững đập như: Shuifeng cao 106m, đập Sanmen-xian cao 106m, đập Baozhusi vàManwancao132m,đậpAnkangcao128m

Tính từ thời điểm này, đây là thời kỳ bê tông đầm lăn RCC phát triển và ứngdụng rộng rãi Và cho đến hiện nay thì một số lượng lớn đập bê tông trọng lực đangđượcxâydựngbằngbêtôngđầmlăn.

1.3.2 Tìnhhìnhxâydựngđậpvànghiêncứuứngsuấtnhiệttrongbêtôngởnướcn goài 14 1.4 Mộtsốđặcđiểmchungcủađậpbêtôngvàđiềukiệncơbảnđểxâydựngđập bêtông

Đặc điểmchungcủađậpbêtông

- Thicôngnhanh:Dokhả năngcơgiớihóacao, quytrìnhthicônggầnnhư liênt ụ c n ê n r ú t n g ắ n đ á n g k ể t h ờ i g i a n t h i c ô n g x â y d ự n g c ô n g t r ì n h V i ệ c đ ẩ y nhanh tiến độ thi công đem lại hiệu quả kinh tế cao do sớm đưa công trình vào vậnhànhkhaithác,nhấtlàvớicáccôngtrìnhthủyđiện.

- Đập tràn và kết cấu phụ trợ: Trong sơ đồ bố trí với đập bê tông thì công trìnhtháo thườngđược bố trí ngay tại đậpchính,cho phépxả lũtừ đỉnhđ ậ p x u ố n g h ạ lưu Nếu so sánh với phương án bố trí công trình tháo cho đập vật địa phương, đậptràn thường được bố trí ở vai đập hoặc yên ngựa và tách khỏi đập chính, do đó sẽgây tốn kém hơn nhiều so với phương án bố trí trong đập bê tông Đối với các côngtrình lấy nước, với đập bê tông cửa lấy nước thường được bố trí neo ở mặt thượnglưu, với đập vật liệu địa phương thì cửa lấy nước kiểu tháp và được bố trí độc lập,tách ra xa chân đập.Chiều dài bản đáy đập cũng là một lợi thế củav i ệ c l ự a c h ọ n đập bê tông vì rút ngắn được chiều dài đường dẫn nước, chiều dài đường ống áp lựcsovớikhibốtrícáchạngmụccôngtrìnhnàytrongđậpvậtliệuđịaphương.

- Côngtrình dẫn dòng và đê quai: Đối với công trình bê tông, có thể tháo lũ thicông qua công trình đang dang dở, đây là một trong những ưu việt của đập bê tôngso với đập vật liệu địa phương. Nếu chọn sơ đồ dẫn dòng qua lòng sông cũ, với lợithế chiều dài bản đáy ngắn nên rút được khối lượng đê quây Hơn nữa do rút ngắnthời gian thi công nên khả năng gặp lũ thi công lớn ít hơn, làm giảm bớt kích thướccôngtrìnhtháo,chiềucaođêquaivàtăngổnđịnhcôngtrình.

- Giá thành xây dựng: Khác với đập vật liệu địa phương có thể sử dụng nguồnvật liệu tại chỗ, còn công tác thi công đập bê tông thì phải có hai nguồn vật liệuchính là đá và xi măng Do đó chi phí xây đập bê tông có thể cao hơn Nhưng đánhgiá trên toàn bộ công trình, do rút ngắn thời gian thi công sớm đưa công trình vàokhai thác, giảm chi phí cho các công trình dẫn dòng, lấy nước và các kết cấu phụ trợnên có khi chi phí công trình xây dựng lại nhỏ hơn so với phương án sử dụng đậpvậtliệuđịaphương.

- Cáccông tác khác: Khối lượng thi công đập bê tông nhỏ hơn nhiều so vớiđập vật liệu địa phương do đó làm giảm đáng kể các tác động tiêu cực đến môitrường.

Do mức độ cơ giới hóa nhanh nên giảm được số nhân lượng nhân lực trêncông trường vì thế sức ép về việc giải quyết công ăn việc làm cho công nhân xâydựngcũngíthơn

- Đậpbêtôngcóưuđiểmvượttrộisovớiđậpvậtliệuđịaphươngtuynhiênnó cũng có nhược điểm làyêu cầu thi côngnềnm ó n g c ô n g t r ì n h c ũ n g p h ứ c t ạ p hơn, kỹ thuật thi công cũng phức tạp hơn Một trong những vấn đề phức tạp trongthi công là khống chế được nhiệt thủy hóa xi măng để không xảy ra ứng suất nhiệtgâynguyhiểmchocôngtrình.Đâycũngchính làmộtvấnđềmà luậnvănm uốnđềcậpđến.

Mộtsốđiềukiệncơbảnđểxâydựngđậpbêtông

Đậpb ê t ô n g l à l o ạ i đ ậ p c ó t h ể s ử d ụ n g t r à n n ư ớ c ( đ ậ p t r à n ) v à k h ô n g t r à n nước (Đập dâng) So với đập vật liệu địa phương thì đập bê tông có thể được xâydựng trên nền đá hoặc nền không phải là đá, nhưng phải đảm bảo sự liên kết giữađậpvànền.Dođócầnphảiđảmbảođiềukiệnđậpvànềnổnđịnhtrongmọiđiều kiệnl àm việc,t r o n g t h ờ i g i a n thic ô n g c ũ n g n h ư v ậ n hàn hk ha it hác ; đ ậ p v à n ền phảiantoànvềthấm,vềlúnkhôngđều,ảnhhưởngcủanhiệtđộ

- Khôngcókhenứtlướn,khôngcóvếtnứtphânlớp,khôngcóvùngbịphânhóas âu,bịpháhoạihoặcmềmyếu;

; tuy nhiên đập bê tông vẫn có thể xây dựng Khi đó yêu cầu về nền phải thỏa mãnđiềukiện:

Khi thiết kế công trình phải tùy thuộc vào điều kiện địa chất đất nền để chọnhìnhthứcđậphợplý.

Diễn biếnvềnhiệtvàứngsuấtnhiệttrongbêtông

Nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết kết hợp với các tài liệu quan trắc đo đạctrên các công trình bê tông thực tế ở nước ta và trên thế giới [8], [16], [18]cho thấydiễnbiếnnhiệtđộtrongbêtôngphụthuộcvàocácyếutốcơbảnsau:

Hàm lượng xi măng trong một m 3 bê tông;Tínhchấtthủyhóacủaloạiximăngsửdụng;

Thành phần cấp phối bê tông;Điềukiệnmôitrường.

Quá trình thủy hóa của xi măng diễn ra khi pha trộn xi măng với nước,lượng nhiệt sinh ra do phản ứng thủy hóa xi măng phụ thuộc vào loại xi măng, hàmlượng xi măng và chất kết dính, hình dạng kết cấu, thời gian kếtd í n h V ậ y q u á trình hydrat hóa trong bê tông thực chất là phản ứng hydrat hóa của xi măng trongquátrìnhđóngrắn.

[7] Theo Solacolu và Taylor, nhiệt thủy hóa của các đơn khoáng trong ximăngnhư trongbảnsau:

Xi măng mác càng cao thì tỏa nhiệt càng nhiều Khi nhiệt độ tỏa ra càng lớnthì sẽ gây ra ứng suất nhiệt làm biến dạng kết cấu, nứt nẻ trong bê tông từ đó ảnhhưởngđếntuổithọcủacôngtrình.

Qt=at.C3S+bt.C2S+ct.C3A+d t.C4AF

Trongđó:at; bt; ct; dtl ầ n lượtlàhệsốkinhnghiệmđặctrưngchosựtỏanhiệtcủa1%c áckhoángC3S,C2S,C3A,C4AFvàđượctínhtrongbảngsau:

Có thể giảm tốc độ phát triển nhiệt bằng cách giảm thành phần C3S, C3A là cácthành phần phát nhiệt nhanh nhất và nhiều nhất Tuy nhiên việc này có ảnh hưởngđến cường độ và tốc độ cứng hóa ban đầu của xi măng, vì thành phần C3S có tácdụng chủ yếu đối với cường độ 28 ngày của xi măng và C3A có ảnh hưởng nhiềuđếnninhkếtvàcườngđộbanđầu(từ 1đến3ngày)củaximăng.

Trạng thái ứng suất nhiệt trong bê tông được hình thành trong quá trình thicông và do nhiều nguyên nhân như: sự thay đổi nhiệt độ, co ngót, lún không đều,tínhkiềmtrongcốtliệuđá,sỏivàsựbiếndạngcủavánkhuôn.Đặcbiệtchịuảnh hưởngcủatrườngnhiệtđộthayđổitheothờigian.

Rấtn g u y h i ể m c h o t í n h n g u y ê n k h ố i c ủ a b ê t ô n g l à ứ n g s u ấ t k é o d o n h i ệ t xuấth i ệ n d o ả n h h ư ở n g c ủ a t r ư ờ n g n h i ệ t đ ộ Ứ n g s u ấ t k é o c ó t h ể d ẫ n đ ế n t ạ o thành các vết nứt, đặc biệt đối với bêtông khối lớn nghiêm trọng nhất là nứt nẻ vìnhiệt Vì vậy việc phòng ngừa nứt nẻ vì nhiệt trong bêtông khối lớnlà nhiệm vụhàngđầutrongquátrìnhthicông.

Tóm lại sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm biến đổi hình dạng (co, giãn nở) của khối,nếu sự biến đổi này bị kiềm chế sẽ phát sinh ra ứng suất, ứng suất này được gọi làứngsuấtnhiệt.

Bê tông đã cứng trong quá trình nhiệt tăng lên hình thành áp suất nén nhưngtrong quá trình hạ nhiệt lại phát sinh co ngót Khi co ngót bị ràng buộc, trong nội bộbê tông phát sinh ứng suất kéo Khi ứng suất kéo vượt quá cường độ kháng kéo,bêtôngphátsinhkhenứt.Khenứtnhiệthạthấptínhhoànchỉnhkếtcấucủabêtông, tính chốngthấm vàtính vững bền, làm cho toàn bộ độ an toàn củak ế t c ấ u b ị h ạ thấp Trong thi công bê tông thể tích lớn, mục đích khống chế nhiệt một cáchnghiêmngặtchínhlàđềphònghoặcgiảmthiểuxuấthiệnkhenứtnhiệtđộ.

Tùy theo điều kiện của khối bêtông tự do hay không mà có các hiện tượng nứtnẻsau:[8],[16],[18]

Mọi vật rắn đều có tính dãn nở vì nhiệt, trong quá trình dãn nở, nếu vật thể bịràng buộc bởi các liên kết thì sẽ làm phát sinh ứng suất Dựa vào lý luận này có thểlý giải hiện tượng nứt bề mặt bê tông như sau: do sự chênh lệch nhiệt độ bên trongvà bên ngoàikhối bêtông khi nhiệt độbênt r o n g b ê t ô n g c h ư a t o ả h ế t m à m ặ t bênn g o à i c ủ a k h ố i b ê t ô n g đ ã n g u ộ i l ạ n h h o ặ c d o n h i ệ t đ ộ c ủ a m ô i t r ư ờ n g b ê n ngoàit h a y đổi.N h ấ t l à t r ư ờ n g h ợ p b ê t ô n g m ớ i đ ổ x o n g n h i ệ t đ ộ b ê n n g o à i đ ộ t ngộth ạ t h ấ p l à m c h o b ề m ặ t n g o à i c ủ a k h ố i b ê t ô n g c o l ạ i , t r o n g l ò n g k h ố i bêtôngnởra,dẫnđếnc h ê n h l ệ c h b i ế n d ạ n g t r o n g v à n g o à i k h ố i b ê t ô n g K ế t quả là trong lòngkhốibêtôngs i n h ứ n g s u ấ t n é n , b ề n g o à i s i n h ứ n g s u ấ t k é o K h i ứngsuấtkéox u ấ t h i ệ n ở m ặ t n g o à i v ư ợ t q u á t r ị s ố c h o p h é p s ẽ x ả y r a n ứ t Đ ó lànứtbềmặt.

Nứtnẻbềmặtthườngxuấthiệnsaukhiđổbêtông12tuần. a) Phânbốn hi ệt độ (b)Phânbốứngsuất

1 Nứtbềmặt 2.Nứtxuyên Ứngs u ấ t n h i ệ t đ ộ ở b ề m ặ t c ủ a k h ố i b ê t ô n g c ó t hể xác đ ị n h t h e o c ô n g t hứcsau:

Các vết nứt trên bề mặt thường ngắn và nông, phát sinh ở bề mặt đứng của bêtông, phương hướng không cố định Nếu dưỡng hộ tốt, các vết nứt này có khả năngđóng lại, nhưng nếu có sự chênh lệch đột ngột về nhiệt độ (mùa rét) làm cho bề mặtnhiệtđộhạthấpthìcácvếtnứtnàylạicónguycơ“hámiệng”.

Nứt xuyên xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa khối bê tông mới đổ với nền đá hoặcvới khốibêtôngcũ doứngsuất kiềmchếcủanềnđáhoặckhốibê tôngđãđổcũvới khối bê tông mới đổ Ứng suất kiềm chế sinh ra do khối bê tông mới đổ và nền đáhoặc khối bê tông đã đổ cũ có sự chênh lệch về nhiệt độ hoặc chênh lệch về biếndạngdosự thayđổinhiệtđộ. Ở giai đoạn bê tông phát nhiệt,thể tíchbê tông nở ra, ứng suấtk i ề m c h ế l à ứng suất nén; ở giai đoạn hạ nhiệt, thể tích bê tông co lại, ứng suất kiềm chế là ứngsuất kéo Khi ứng suất kéo vượt quá ứng suất kéo cho phép, bê tông sẽ nứt nẻ. Nứtnẻtrong t r ư ờ n g h ợ p nà ygọil à n ứ t x u y ê n.

Nứt xuyên rất nguy hiểm, làm mất tính chỉnh của công trình, nếu không kịpthời phát hiện và xử lý công trình sẽ bị phá hoại Vết nứt bắt đầu từ mặt tiếp xúc vớinền phát triển lên, ở trường hợp nghiêm trọng có thể nứt suốt khối bê tông, do vậyđược gọi là nứt xuyên.Vết nứt có thể tới 1-3m, nên còn được gọil à n ứ t s â u V ế t nứt thường vuông góc với mặt nền, gây nguy hại cho đập Loại nứt xuyên nàythường khó phát hiện thường sinh ra trong thời kỳ công trình vận hành, nếu khôngpháthiệnvàxử lýkịpthờithìcôngtrìnhcóthểbịpháhoại.

1 Khuứngsuấtnén;2 Khuứngxuấtkéo; 3.Khuứngsuấtcắt Ứngsuấtnhiệtgâynứtxuyêncóthểxácđịnhbằngcông thứcsau:

- R: H ệ sốkiếmchếcủa nềnđốivớibêtông.Hệsốnày phụthuộcvàokíchthư ớccủakhốibêtông(bảng2-1vàhình2.6).

Hình 2.6: Hệ số ảnh hưởng kiềm chế của nền RL- Chiềurộngcủakhối bêtông;y- Khoảngcáchbiếnđổi.

Nguyên nhân gây hiện tượng nứt là do ứng suất ràng buộc bên trong và bênngoàisinhratrongquátrìnhbêtônghạnhiệtcongót.

Ràng buộc bên ngoài phần nhiều là do nền móng hoặc bê tông cũ có sự ràngbuộc, kiềm chế đối với bê tông mới Do sự ràng buộc bên ngoài sinh ra khe nứt, nóichung có khả năng phát triển thành khe nứt xuyên suốt cả kết cấu bê tông đối với sựổn định của vật kiến trúc và tính chống thấm có sự phá hoại rất lớn, vì thế cần tìmcách tránh hoàn toàn, ứng suất ràng buộc bên ngoài là do bê tông mới đổ và nền đáhoặc bê tông đã đổ do có sự chênh lệch về nhiệt độ hoặc đặc tính biến dạng tươngứng với sự thay đổi nhiệt dẫn đến ứng suất Bê tông đổ xong, vừa sinh ra thủy hoánhiệt vừa đông kết, nếu không tiến hành khống chế nhiệt thì quá trình thay đổi nhiệtđộsẽdiễnra.

Ràng buộc bên trong là ràng buộc nội bộ do nhiệt độ bản thân khối bê tôngphânb ố v à t h a y đ ổ i k h ô n g đ ề u d ẫ n đ ế n N g u y ê n n h â n r à n g b u ộ c b ê n t r o n g r ấ t nhiều, nhưng do ràng buộc trong nội bộ dẫn đến khe nứt phần nhiều là khe nứt bềmặt,t í n h n g u y h ạ i t ư ơ n g đ ố i í t T u y v ậ y , đ ố i v ớ i m ặ t l ớ p n g h ỉ n g ắ t q u ã n g n ằ m ngangt r o n g t h ờ i g i a n n g h ỉ n ế u n h i ệ t đ ộ k h ố n g c h ế t h ấ p s ẽ t ạ o t h à n h c h ê n h l ệ c h nhiệt độ trong và ngoài rất lớn, sẽ xuất hiện khe nứt bề mặt trên diện tích rộng, nhấtlà sau khi che lớp bê tông tầng trên sẽ thành khe nứt nội bộ, tạo thành khu vực yếutrongnộibộbêtông.

Qua khảosắthai hìnhthái phát triển vếtnứt kể trên, vấnđềđ ặ t r a l à p h ả i khốngchếđượcứngsuấtkéotrongbêtôngkhôngvượtquáứngsuấtkéochophép, khi đó mới loại trừ được hiện tượng nứt bê tông Thực ra trong quá trình thay đổinhiệt độ trong thân đập bê tông và hậu quả của nó chỉ mới được các nhà tư vấn thiếtkế, nhà thầu thi công xem xét nghiên cứu vào khoảng nửa sau của thế kỷ 20, khingười ta thực sự quan ngại do phát hiện có nhiều vết nứt có tính chất không giốngnhaumànguyênnhânchủyếulàdoứngsuấtnhiệt.

Theo kết quả nghiên cứu, ảnh hưởng của nhiệt độ đối với trạng thái ứng suấtthânđậpdiễnratheohaithờikỳ:

Cácphươngphápgiảibàitoánnhiệtvàlựachọnphươngpháptínhtoán

+Phươngphápgầnđúnggồm:Phươngphápsaiphân,phươngphápphầnt ửhữuhạn,phươngphápmôhình.

[14], [23] Nội dung của phương pháp này là giải phương trình truyền nhiệtnhằm tìm một tổ hợp các nghiệm riêng Ti, thỏa mãn phương trình vi phân và cácđiềukiệnbiên.Sauđólậpthànhmộtchuỗicácnghiệmtheonguyêntắccộng:

[14], [23] Các bài toán truyền nhiệt có nguồn nhiệt bên trong được giải bằngphương pháp giải tích cổ điển nhiều khi không đạt kết quản, lời giải nhận được tốnnhiều công sức, không thuậntiện sửd ụ n g t r o n g t h ự c t i ễ n

Bản chất của phương pháp này là ở chỗ dùng phép biến đổi tích phân chuyểncác hàm số gốc thành các hàm số ảnh Sau đó thực hiện phép tính trên các hàm sốảnh Khi đã đến kết quả, ta lại dùng phép biến đổi ngược lại để tìm lại các biểu thứcgiảitíchcủanghiệm. Ưu điểm củaphươngpháp:

[14]PhươngphápnàydoF.Sitmitđềxướng,nóđượcứngdụngđểgiảicác bàitoántrường1chiềuvàtrường2chiều.

Cơ sở của phương pháp này là thay đạo hàm bằng tỷ số các số gia hàm số vàsố gia biến số Khi tính toán theo phương pháp sau phân, cần chú ý chọn các điềukiệnbanđầuvàđiềukiệnbiênnhư sau:

+N h i ệ t đ ộ b a n đ ầ u : t ạ i c á c đ i ể m nú tt r ê n n ề n đ á c ó t h ể l ấ y bằngn h i ệ t đ ộ t r u n g bìnhkhôngkhícủathángđổbêtông;trongkhốiđổlấybằngnhiệtđộbêtônglúcđổ( Tp).

+ Nhiệt độ tại các điểm nút trên bề mặt khối đổ trong thời kỳ đầu (Tw) thường caohơn nhiệt độ không khí Tf một trị số là ΔT= 3-5T= 3-5 0 C, khi bề mặt phủ bao tải, ΔT= 3-5T0C, bề mặt cho tràn nước bảo dưỡng Tw = 0,5(Tf+ Tn); với Tf, Tn là nhiệt độkhôngkhívànhiệtđộnước.

+ Nhiệt độ do xi măng thủy hóa: tại các điểm tiếp xúc giữa bê tông và nền đá lấybằng0,5T r ,tạicácđiểmtiếpxúcgiữabêtôngmớivàbêtôngcũlấybằng0,5.

Nhược điểmcủa Phương pháp sai phân hữu hạn là: chỉ giải được những bàitoánnhiệtcủacácvậtcóhìnhdạnghìnhhọcvàđiềukiệnbiênđơngiản.

[11], [13], [14], [20], [23] Đây là phương pháp hiện đại đang được ứng dụngrộngrãivàhiệuquảtrongviệcgiảiquyếtcácbài toáncơhọcmôitrườngliênt ụcvới những vật thể có hình dạng hình học bất kỳ, điều kiện biên và chịu tải phức tạp.Sự ra đời của phương pháp này liên hệ chặt chẽ với sự phát triển của máy điện tử.Từ các kết quả kiểm chứng cho thấy phương pháp này có kết quả tương đối chínhxáctrongcácmôitrườngliêntục. Nội dung cơ bản của phương pháp này là chia miền xác định của hàm thànhcác miền con gọi là phần tử Các phần tử thường được chọn có dạng hình học đơngiản, ví dụ với miền phẳng thường chọn các phần tử có dạng tam giác hoặc tứ giác.Các phần tử được xem là chỉ nối với nhau ở một số điểm đặc trưng, ví dụ đỉnh củatam giác hoặc tứ giác Các điểm này được gọi là điểm nút của phần tử Trong phạmvi phần tử giả thiết dạng của hàm xấp xỉ với hàm phải tìm và thường chọn hàm xấpxỉkháclàkhôngđixácđịnhhệsốcủađathứcxấpxỉmàbiểudiễncáchệsốđóqua giá trị của hàm phải tìm hoặc có thể có đạo hàm của nó ở các điểm nút của phần tửvà thiết lập phương trình để xác định các giá trị đó Về mặt toán học người ta đãchứng minh được rằng trị của hàm xấp xỉ là trị của hàm phải tìm nếu ứng với nóphiếmhàmứngvớihàmphảitìmđạtgiátrịcựctiểu.

Các phần tử này được nối với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút Các nútnày có thể là đỉnh của các phần tử, cũng có thể là một số điểm quy ước trên mặt củaphần tử Ở bước này ta chọn các dạng phần tử, chia miền tính toán thành các phầntử,đánhsốmãphầntửvàsốmãnút.

Trong phạm vi của mỗi phần tử, ta giả thiết một dạng phân bố xác định nào đócủa hàm cần tìm, có thể là: hàm chuyển vị, hàm ứng suất, hàm chuyển vị và ứngsuất Thông thường giả thiết các hàm này là các đa thức nguyên mà các hệ số của đathứcđ ư ợ c g ọ i l à c á c t h ô n g s ố T r o n g p h ư ơ n g p h á p P T H H c á c t h ô n g s ố nà yđ ượcbiểu diễn qua các trị số của hàm và có thể là các trị số các đạo hàm của nó tại cácđiểm nút của phần tử Hàm xấp xỉ cần phải chọn để đảm bảo được một số yêu cầunhấtđịnh,trước tiênlàphảithỏamãncácphương trìnhcơ bảncủalýthuyết đànhồi.

Tùy theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ mà trong các bài toán kết cấu ta thườngchiaralàm3loạimôhình:

+ Mô hình tương thích: Mô hình tương thích mô tả gần đúng dạng phân bố củachuyển vị trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hìnhtươngthíchđượcthiếtlậptrêncơsởnguyênlýbiếnphânLagrange.

+ Mô hình cân bằng: Mô hình cân bằng mô tả gần đúng dạng phân bố ứng suấthoặc nội lực trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của mô hình được thiết lập trêncơsởnguyênlýbiếnphânCastigliano.

+ Mô hình hỗn hợp: Mô hình hỗn hợp mô tả gần đúng của chuyển vị lẫn dạngphânbốứngsuấthoạcnộilựctrongphầntử.Hệphươngtrìnhcơbảncủamôhình được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reissner-Hellinger Trong 3 mô hìnhtrên thì mô hình tương thích được sử dụng phổ biến hơn đặc biệt với bài toán phântíchứngsuấtvàbiếndạngtrongđậpbêtông.

Hệ phương trình cơ bản của bài toán giải bằng phương pháp PTHH được thiếtlập dựa vào nguyên lý biến phân Từ các nguyên lý biến phân ta rút ra được hệphươngtrìnhđạisốtuyếntínhdạngK=F.

Dựa vào các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi sẽ xác định được các đạilượngc ầ n tìmkhác. Ưu điểm củaphươngpháp:

+ Đây là phương pháp hiện đại đang được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trong việcgiải quyết các bài toán cơ học môi trường liên tục với những vật thể có hình dạnghìnhhọcbấtkỳ,điềukiệnbiênvàchịutảiphứctạp.

Trong các mô hình tương tự thủy lực, vai trò nhiệt kháng của các lớp bê tôngđượcthaybằngsứckhángthủylựcnốigiữacácốngdẫnvàdungtíchốngdẫn.

Phương pháp tương tự điện trong trường hợp nay là nhiệt kháng và nhiệt dungcủa các lớp bê tông được thay bằng điện trở và điện dung tạo thanh mạng điện, cóthểthiếtlậpđượcmôhìnhchobàitoánmộtchiều,haichiều,bachiều.

Ngày nay các nghiên cứu về nhiệt trong bê tông khối lớn và những cơ sở lýthuyết của bài toán nhiệt đã tương đối hoàn chỉnh Các phương trình cơ bản để tínhtrườngnhiệtđộvàtrườngứngsuấttrong bêt ô n g khốilớnhầuhết xuấ t phát như nhau.N h ư n g v i ệ c g i ả i b à i t o á n n h i ệ t t r o n g b ê t ô n g k h ố i l ớ n k h á p h ứ c t ạ p , k h ố i lượng tính toán lớn, kết quả bài toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố Với đặc điểm củabài toán như vậy thì việc lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toánnhiệtsẽđápứngđượcyêucầuđềra.

Trong luận văn, khi nghiên cứu về trường nhiệt độ và trường ứng suất nhiệttrongđậpbêtôngtrọnglực,tácgiảsử dụngphươngphápnày.

Việc trình bày phương hướng và phân tích bài toán nhiệt sử dụng phươngpháp phần tử hữu hạn đòi hỏi khối lượng lớn, nên nội dung và kết quả bài toán sẽđượctrìnhbàyởphầnsau.

Nguyênlýkhốngchếnhiệtđộđậpbêtông

Đập bê tông sau khi đã đổ, nhiệt độ có sự thay đổi phức tạp làm cho nhiệt độphát sinh thay đổi, từ đó mà sinh ra ứng suất nhiệt và làm phát sinh các loại vết nứttrongđậpbêtôngnhư đãtrìnhbàyởphầntrên.

Tuỳ theo từng loại vết nứt mà có nguyên tắc khống chế nhiệt phù hợp Muốnđề phòng loại vết nứt do bị ràng buộc nơi gần nền đá hoặc nơi bê tông cũ thì nguyêntắc chính là phải giảm thấp nhiệt độ cao nhất của bê tông làm cho nhiệt độ chênhlệch giữa nhiệt độ ổn định và nhiệt độ cao nhất được thu nhỏ lại Muốn đề phòngloại khe nứt bề mặt do các ràng buộc bên trong, vấn đề chủ yếu là phải loại bỏ triệtđể nhiệt độ bậc thang, giảm bớt chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài chứkhôngphảihạthấpnhiệtđộtuyệtđốicủabêtông.

- Một là giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ cao nhất của bê tông vớinhiệtđộổnđịnh.

- Thứba:làmchothânđậpnhanhchóngđạtđếnnhiệtđộổnđịnhcuốicùngđể ti ến hà n h x ử l ý b ị t k h e , là mm ấ t s ự đ e d o ạ ứ n g su ất n h i ệ t t ư ơ n g đố il ớ n p hát sin htrởlại.

Về điểm này đối với đập vòm, đập trọng lực chỉnh thể và đập trọng lực có khedọcthẳngđứnglàrấtquantrọng.

Từ đó cho thấy nội dung khống chế nhiệt ở đập bê tông là nhiều mặt, trong đókhống chế nhiệt cao nhất và nhanh chóng phát tán nhiệt lượng là khâu chủ yếu songkhôngphảilàtoànbộnộidung.

Cũng có lúc người ta muốn tiến hành những công việc ngược lại, tức là thêmnhiệtchobêtôngvàgiữ nhiệtlại.

Ví dụ ở những khu vực giá rét nhất là về mùa đông, khi đổ bê tông phải tăngnhiệt độ vật liệu trộnb ê t ô n g s ử d ụ n g v á n k h u ô n đ ể g i ữ n h i ệ t , b ề m ặ t l ộ r a c ũ n g phải che đậy Khi chênh lệch nhiệt độ ban đầu quá lớn, nhiệt độ không khí đột nhiênhạ thấp, khối bê tông không nên để lộ ra trong thời dài mà nên kịp thời bảo hộ Nênđềphòngnhiệtđộtrongkhốibêtôngthấphơnnhiệtđộổnđịnhquánhiều.

Cácbiệnphápcơbảnvềkhốngchếứngsuấtnhiệttrongbêtông

Về mùa hè ở các tỉnh phía Bắc nhiệt độ không khí ngoài trời trên 32 o C chiếmkhoảng 800giờ/n ă m V à o k h o ả n g t h ờ i g i a n n ó i t r ê n k h i đ ổ b ê t ô n g c ó k h ố i t í c h lớn từ 1000 đến 2000m 3 , trong giai đoạn đầu nếu không có giải pháp làm mát thìnhiệt độ ở vùng trung tâm có thể lên tới 70 -

80 o C do nhiệt độ thừa của quá trìnhnhiệtt hủ y hóax i m ă n g H i ệ n t ư ợ n g nàygâyraứ n g suấtn h i ệ t c ó thểd ẫ n đ ế n s ự suyg i ả m c h ấ t l ư ợ n g b ê t ô n g d o ả n h h ư ở n g c ủ a n h ữ n g l ỗ r ỗ n g , v ế t n ứ t t ạ o n ê n trong quá trình đóng rắn bê tông Để khắc phục hiện tượng trên ta có thể sử dụngnhữngbiệnphápsau:

Các loại xi măng khác nhau có nhiệt tỏa ra thay đổi rất lớn Hỗn hợp bê tông íttỏa nhiệt là sự lựa chọn tối ưu để giảm sự nứt về nhiệt của bê tông Khả năng tỏanhiệtc ủ a x i m ă n g p h ụ t h u ộ c v à o t h à n h p h ầ n k h o á n g v ậ t t r o n g

C l a n h k e C á c khoángvậttỏanhiệtcaolàC3A,C3S,tiếpđếnlàC4AF,C2S.Trongth ựctếngườita đã sản xuất được các loại xi măng có thành phần C2S chiếm trên 46%, loại ximăngnàynhiệttỏaratronggiaiđoạnđầurấtthấp(ởtuổi28ngàylà40Kcal/kg)

Giải pháp dùng loại xi măng ít tỏa nhiệt đang có xu thế phát triển mạnh.Hiệuquảcủagiảiphápnàykhácaovàđãcónhiềukinhnghiệmthựctế.Tuynhiêng iá thành của giải pháp nay thường cao do vấn đề sản xuất xi măng đặc chủng; đặc biệtởnướctathìđâylàmộtvấnđềcầncânnhắc.

- Dùng phụ gia khoáng thay thế một phần xi măng như: puzolan, tro bay, phụ giahóadẻođểtăngđộlưuthôngcủabêtông,giảmlượngdùngximăng Việcdù ngphụ gia khoáng hoạt tính để thay thế 1 phần xi măng nhằm giảm sự tăng nhiệt độ,cảithiệntínhlưuđộng,tăngkhảnăngchốngthấmĐ ố i vớibêtôngđầmlănởđập

Willow Creek, hàm lượng chất kết dính trong bê tông khoảng 66kg/m 3 , trong đó trobay là 1966kg/m 3 , nhiệt độ lúc đổ là khoảng 21 0 C và sự tăng nhiệt độ lớn nhất chỉkhoảng11 0 C

- Tăng đường kính cốt liệu, tăng đường kính cốt liệu Dmax, cải thiện cấp phối cốtliệumộtcáchhợplý,làmchotổngđộrỗngcủacốtliệulớngiảmnhỏ

- Dùng bê tông độn đá hộc: Độn đá hộc trong bê tông có nhiều ưu điểm như: Tiếtkiệm được xi măng, nâng cao cường độ nén của bê tông, giảm phát nhiệt trong khốibê tông Mặt khác nó cũng có những nhược điểm là: làm giảm cường độ chịu kéocủa bê tông, thi công thêm khó khăn phức tạp, nếu điều kiện thi công không tốt sẽdễsinhracáclỗhổngtrongcôngtrình.

- Phân vùng ứnglựccôngtrình,dùngmác bêtôngkhácnhau

- Phân biệt đặc điểm kết cấu, tính chất chịu lực và tâm quan trọng của các bộ phậncông trình để sử dụng mác bê tông thiết kế thích hợp như: ở những nơi chịu áp lựcnhỏ, không quan trọng thì dùng mác bê tông thấp, ở những nơi chịu áp lực lớn, cầnchống thấm ở những bộ phận quan trọng, thì dùng bê tông ở mác cao.

Ngoài ra cóthểxéttớicườngđộbêtôngthờikỳsau(cườngđộbêtông90,180ngàytuổihoặc1năm tuổi)đểthiếtkế.

Hạ thấp lượng dùng xi măng đơn vị không những hạ thấp được nhiệt độ mà còncóthểhạthấpgiáthànhbêtông,tiếtkiệmvậtliệuxâydựng,ýnghĩacủanórấtlớn.

Cácđậpbêtôngtrọnglựcđượcxâydựngtrongthờigiancuốinhữngnăm1920vàđầunhữn gnăm1930đềusửdụnghàmlượngximănglớnhơn223kg/ m 3 ĐậpNorrisđãđượcxâydựngbởichínhquyềnTennessêValleynăm1936đãsửdụnghàmlượn gximăngchokhốibêtôngbêntronglà223kg/m 3 Kếtquảchothấymứcđộnứtnẻrấtlớn, cường độ nén của mẫu trụ bê tông sàng ướt với kích cỡ 150*300mm ở độ tuổi 1nămlà483kg/cm 2 Đối với đập Hiwassee được xây dựng bởi TVA năm 1940, hàm lượng xi măngcủabêtôngkhốilớnchỉlà167kg/m 3 ,àjếtquảlàđậpkhôngbịnứt,vàkểtừđócóxuhướnggiảm dầnlượngximăngxuống.XimăngloạiIIcủabêtôngkhốilớnbêntronglà140kg/ m 3 vàthậmchílà126kg/m 3

*Nhược điểm: Cần phải có giải pháp xử lý thỏa đáng bề mặt tiếp xúc của cục bêtông cũ và phần bê tông mới đổ Tại bề mặt tiếp xúc này chế độ nhiệt và ứng suấtnhiệtcũngdiễnbiếnphứctạp,cầnđượcxemxét.

2.4.2.1 Dùng nước đá, nước lạnh để trộn bê tông, nhằm hạ thấp nhiệt độ banđầucủabêtông

Một trong những giải pháp để hạ nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông là hạ nhiệtđộcủanướcphatrộn. Đểhạthấpnhiệtđộtrongđiềukiệnởnướcta,cóthểthựchiệnmộttrongnhững khâusau:

- Đập Tân Giang nằm trong khu vực có nhiệt độ môi trường rất nóng, nên giải phápnàycũngđượcápdụngkhithicôngbêtôngmóngvàkhốngchếnhiệtđộcủavữab êtôngkhiđổlànhỏhơn20 0 C;đậpLòngSônglànhỏhơn27 0 C

- Đập Sê San 3 cũng đã sử dụng dây chuyền sản xuất bê tông lạnh, hỗn hợp bê tôngsaukhirakhỏitrạmtrộnlà8 0 C.

- Hay một ví dụ điển hình khi áp dụng sự kết hợp làm mát trước và làm mát sau bởicác ống dẫn lạnh được đặt trong khối bê tông là ở đập Gien Canyon được xây dựngở nơi mà nhiệt độ không khí mùa hè có thể lên

38 0 C Nhiệt độ hỗn hợp bê tông đãđược làm mát không vượt quá 10 0 C Cốt liệu đã được làm lạnh và nước đá đượcnghiền, cả hai đều được sử dụng để đạt được nhiệt độ thấp này Bằng biện pháp lắpốngdẫ nn ướ c l ạ n h , nh iệ tđ ộlớ nn hấ tcủ aq uá t r ì n h đô ng c ứ n g bêt ôn gđ ượ c g i ữ thấphơn24 0 C. Ưu điểm: Thực hiện dễ dàng và rất hiệu quả, tiến độ thi công nhanh.Nhược điểm :Giáthànhcao.

2.4.2.2 Làm lạnh cốt liệu (đá, sỏi, cát), chủ yếu là cốt liệu lớn trước khi trộnbêtông

GiảiphápnàydễthựchiệnvàcầnđượcápdụngchocáccôngtrìnhởViệtNam.Muốn làm lạnh cốt liệu, ta có thể vận chuyển cốt liệu qua phòng có nhiệt độ thấphoặcdùngkhôngkhílạnh,nướclạnhphunlêncốtliệu… ngaytrướckhicốtliệuđượcđưa vào trạm trộn Khi thực hiện giải pháp này, cần chú ý áp dụng những biện phápđểđảmbảocốtliệucólượngngậmnướcđềuđặntrongsuốtquátrìnhthicông.

Qua thực tế các công trình ở Việt Nam cho thấy, nên khống chế nhiệt độ banđầucủahỗnhợpbê tôngđốivớicáccôngtrìnhbêtôngkhốilớnlàtừ8-

Hình2.7:Đádămđượcchemát,tướiẩmđểhạnhiệt Áp dụng:Biện pháplàmmát vậtliệu trước được áp dụng khix â y d ự n g đ ậ p Norfork từ năm 1941 – 1945 Khi đó người ta đã nghiền nước đá đưa vào nước trộntrongnhữngthángtrờinóng.Vớicáchlàmnàyhỗnhợpbêtôngcóthểgiảmtừ5-6 0

2.4.2.3 Đổ bê tông lúc nhiệt độ khí trời thấp như đổ bê tông vào mùa đông, mùahèđổbêtôngvàobanđêm Để hạ thấp nhiệt độ vữa bê tông khi đổ và hạ thấp nhiệt độ cao nhất của bêtông, và làm lạnh trước cho một bộ phận hoặc toàn bộ vật liệu; tránh được sự tiếpxúctrựctiếpvớiánhnắngmặttrời,đềphòngnhiệtlượngxâmnhậpngượcvào.

Kích thước khối đổ bê tông và thời gian nghỉ cách quãng đối với hiệu quả tỏanhiệt thiên nhiên có rất nhiều ảnh hưởng Sử dụng đổ tầng mỏng và kéo dài thíchđáng thời gian cách quãng có thể làm cho đại bộ phận thủy hóa nhiệt từ mặt lộ ra, từđócóthểhạnchếnhiệtcaonhất. Để tăng tiết diện tản nhiệt bằng cách để lại các giếng đứng, khe tản nhiệt. Khithicôngxong,trướckhicôngtrìnhvậnhànhphảilấpkíncácgiếnghaykhetảnnhiệtnày Việc lấp các giếng hay khe này phải chờ sau khi khối bê tông được ổn định vàchọnthờiđiểmcuốiđôngđầuxuânđểtiếnhành.

Dùngb a o t ả i p h ủ l ê n t r ê n b ề m ặ t k h o ả n h , p h u n n ư ớ c l ạ n h , đ ặ t n ư ớ c đ á l ê n mặtbêtôngđểhạthấpnhiệtđộởbềmặtkhoảnhđổbêtôngmớiđổliêntụctrong10n gàyđầu,dođócóthểtăngtốc độtảnnhiệt Cầnchúýđảm bảonhiệtđộtốithiểuđể khôngsinhrađộchênhlệchnhiệtđộtrongvàngoàikhốibêtôngquálớnđểhạnchếnứt nẻbềmặt.

 Giảm chiều dày (chiều cao) khoảnh đổ… Bố trí tuần tự khoảnh đổ để kéodàithờigiangiãncáchgiữakhoảnhđổvàkhoảnhđổtrênnó.

Tại công trình đập Tân Giang năm 2000 đã chia khối đổ thành những khối bêtông lên đến 350-400m 3 , nhiệt độ lớn nhất trong khoảnh đổ đo được lên đến 54-

Ảnhhưởngcủaphânkhe,phânkhốiđốivớiứngsuấtnhiệtđộ

Đemthânđập bê tôngphânk h e đểđ ổb ê tô ng, t h ư ờ n g t hư ờn g trênm ứ c đ ộ rấtl ớ n g i ả m thiểuứ n g suấtn h i ệ t đ ộ v à t r á n h đ ư ợ c p h á t s i n h k h e nứt [14],

 Khenhiệtđộgiảmnhẹtácdụngràngbuộc,làmgiảmứngsuấtnhiệt,biểut hị trong hình 2.9a: một khối đổ bê tông dài vô hạn, có chiều dày là h (chiều rộngthẳng góc với mặt giấy ta lấy bằng

1) Để tiện cho việc tính toán, giả định mặt nềnđáhoà nto à n c ứ n g C h o nhiệtđ ộ k h ố i đ ổ bêtông dà i v ô h ạ n h ạ đề uđ ề u xu ống

Nếu như chúng ta lập một số khe nhiệt độ dọc theo phương hướng trục x,khoảng cách giữa khe là 2l thì ứng suất nhiệt này tất nhiên giảm bằng 0 (vì trên mặtkhe nhiệt độ là mặt không có ứng suất) Trên các mặt nội bộ, ứng suất nhiệt cũng sẽbị tiêu giảm ở mức độ khác nhau Căn cứ vào nguyên lý cộng tác dụng trong lựchọcđànhồi, trườnghợp ởhình2 9bcó thểcholàtổngcộngcủahai loạitrườ nghợphình2.9avàhình2.9c.Hình2.9clàkhốiđổbêtôngcóchiềudàylàh,chiều dàilà2l,ởmépchịutácdụngcủalựcđềup= E..T, psẽsảnsinhraứngsuấtnén 1 trongkhốibêtông.

Nhữngứngsuấtnénnàyđạidiệnchotácdụnggiảmtảicủakhenhiệtđộ.Lấymặtcắ tđốixứngcủaứngsuấtnhiệtđộx=0đểnóikhikhoảngcáchgiữahaikhe nhiệtđộ2l càngnhỏ,tronghình2.9c,ứngsuất néncàngđềuthìcànggần E..T.

1 Vìt h ế s a u k h i đ ặ t c á c k h e n h i ệ t x trongkhốibêtông,chỉcònnơigầnmặt nềnđácòntàndưmộtbộphậnnhỏ,đólàđểtạođiềukiệnđểphòngphátsinhkhenứtnhiệtđ ộ.

Cầnphảichúýcăncứvàolựchọcđànhồi,nếugiảđịnhnềnđálàcứngvôhạn,thìbấ tluậnkhoảngcáchgiữacáckhenhiệtđộgầnnhaunhưthếnàothìứng suấtkéolớnnhấtởnơinềnđávẫnlà E  

T1 chỉgiảmthiểurấtnhanhởkhuvưc chịu kéo để lộ ra tính chất phân bố cục bộ Sau khi xem xét tính chất dẻo của vậtliệu, khe nhiệt còn có thể giảm bớt trị số ứng suất kéo lớn nhất Nhưng dựa theo kếtquả phân tích lực học đàn hồi, khe nhiệt giảm thấp ứng suất nhiệt, hiệu quả đềphòng phát sinh khe mứt dần là rất rõ ràng Lấy hai trường hợp (a) và (b) trongHình2 9đ ể so s á n h , m ặ c d ù ứn g s u ấ t kéolớ nn h ấ t t rê n m ặ t n ề n đ á t ư ơ n g đ ồn g song ở trường hợp (b) khả năng phát sinh khe nứt có tính xuyên suốt không lớn, màchính là ở trường hợp (a), chỉ cần ứng suất kéo lớn nhất vượt qua cường độ khángkéo của bê tông, cục bê tông tấtnhiên sẽđứtđoạn toànbộ. Nhữngk h e n ứ t n h i ệ t này sẽ đại thể phân bố đều, khoảng cách lớn nhất của khe nhiệt, cần bố trí để đềphòngkhốibêtôngbịnứtra.

 Khinhiệtđộhạthấp,ứngsuấtràngbuộclớnnhấtởmặtnềnđá.Trênđâyđãn óiđến,khitheolựchọcđànhồiđểtínhtoánứngsuấtnhiệt,ứngsuấtkéolớn nhất ở trên mặt nền đá là một hằng số Nhưng trên thực tế khối bê tông sau khi đổxong, môđun đàn hồi dần dần thay đổi, nhiệt độ cũng dần dần lên cao trước rồi saumới từ từ hạ xuống, bê tông có đặc tính từ biến Sau khi xem xét các nhân tố này,ứng suất ràng buộc lớn nhất ở trên mặt nền đá không phải là không thay đổi mà làhàm số của khoảng cách giữa các khe Nhiệt độ lớn nhất sinh ra trong quá trình thủyhóa nhiệt tăng nhiệt và nhiệt hạ thấp trở lại trong khối đổ bê tông có chiều dài khácnhau như đường cong trong hình 2.10 Chiều dài khối đổ đối với ứng suất nhiệt sinhradochênhlệchnhiệtbanđầucũngcóảnhhưởngtươngtự.

Từnhững trườnghợpở trênmà xétcóthểchorằnghợplýphânkhe,kíchthước chia khối là biện pháp có hiệu quả để giảm thiểu ứng suất nhiệt, đề phòng phát sinhkhe nứt Khoảng cách giữa các khe ngang trong đập là 12~18m, cự ly của khe dọcthay đổi tương đối lớn, trước kia thường dùng 10~15m, những năm gần đây có xuhướng lớn hơn Tất nhiên khoảng cách càng lớn thì vấn đề ứng suất co ngót nhiệtcàngquantrọng,yêucầuđốivớikhốngchếnhiệtcàngnghiêmkhắc.

Nghiên cứu khoảng cách giữa các khenhiệt nên phối hợp như thế nàom ớ i thích đáng, ta phải căn cứ vào điều kiện khác nhau của từng công trình để nghiêncứuxácđịnh.

Ứngdụngtổhợpbiệnphápkhốngchếnhiệt

Trên đây là giới thiệu các biện pháp khống chế nhiệt, nên căn cứ vào điều kiệnthi công trình cụ thể để tổ hợp ứng dụng Trong đó có một số biện pháp mà côngtrình nào cũng có thể sử dụng, và có thể gọi là biện pháp cơ bản Một vài biện phápcó thể tùy theo điều kiện tự nhiên như nhiệt độ thay đổi, tính quan trọng của côngtrìnhquếtđịnh.[7]Cóthểquynạpthànhmấyloạinhưsau:

+ Trêncở sở thỏamãn cácloạichỉtiêuthiết kế,sửdụngphươngpháp ximăng ítnhất.

+ Khi khí hậu ngoài trời có thay đổi đột xuất, đối với bề mặt bê tông, cần tiếnhànhcáchnhiệt,tăngcườngbảodưỡng.

+ Khi đổ bê tông vào mùa thu, mùa đông, thực hiện biện pháp không để chovậtliệuchịuảnhhưởngquálớncủanhiệtđộkhôngđổi.

+ Sử dụng khoảng cách khe ngang và khe dọc tương đối nhỏ, đổ bê tông lớpmỏng, thời gian nghỉ cách quãng tương đối dài hoặc bố trí khe làm lạnh, giếng làmlạnh Không sử dụng những biện pháp thủ công làm lạnh khác chỉ thích ứng vớiđập tương đối thấp hoặc những khối đập thi công vào mùa đông và mùa xuân. Khốiđậpn ằ m c á c h n ề n đ á t ư ơ n g đ ố i c a o v à t r o n g n h ữ n g c ô n g t r ì n h t i ế n đ ộ t h i c ô n g tươngđốichậm.

+ Ngoài sử dụng các biện pháp kể trên, đốiv ớ i b ê t ô n g c ò n t i ế n h à n h b i ệ n pháp làm lạnh đơn giản như trộn đá đong kết vào, nó thích hợp với đập thấp và đậpvừakhốiđổbêtôngtrongmùanắngnóng.

+ Trừ dùng biện pháp đầu tiên ra còn phải dùng ống làm lạnh tiến hành phâncônglàmlạnhđốivớiđậpcao.

+ Tiến hành làm lạnh bê tông một cách kịch liệt tức là tiến hành sử lý làm lạnhtoàn bộ vật liệu đổ bê tông đều mở rộng là vì đã không xem xét đến tỏa nhiệt thiênnhênlàmbiệnphápchủyếu.Tráilạikhicầnthiếtcònphảixemxétđếnbảohộbề mặtkhối đổ bê tông,đ ể t r á n h n h i ệ t l ư ợ n g q u a y n g ư ợ c l ạ i

S a u k h i s ử d ụ n g b i ệ n pháp này nói chung không dùng biện pháp làm lạnh bằng ống nước Biện pháp nàythích hợp với đập không quá cao, ở hiện trường có những thiết bị làm lạnh quy môlớn,tạikhuvựcnhiệtđộbìnhquânnămquáthấpbiệnphánàykhôngphùhợplắm.

+T r o n g n h ữ n g t r ư ờ n g h ợ p v ấ n đ ề k h ố n g ch ế n h i ệ t r ấ t n g h i ê m t r ọ n g có t h ể liên hợp sử dụng làm lạnh kịch liệt đối với bê tông, đồng thời cũng dùng biện phápchônốnglàmlạnhbêtông.

Cuối cùng cũng phải chỉ ra trong cùng một công trình phải xem xét những điềukiện khác nhau mà sử dụng các loại biện pháp khống chế nhiệt khác nhau Ví dụ ởnhững đoạn đập hai bờ, mặt cắt tương đói nhỏ, khi phải sắp xếp thi công trong mùatương đói lạnh thì không cần áp dụng biện pháp công nhân làmlạnh, cũng khôngcần bố trí khe dọc, những đoạn đập ở bộ phận lòng sông tương đối cao thì có thể sửdụng biện pháp phân khối dạng cột để đổ bê tông, không cần phải chôn ống làmlạnh,h a i b i ệ n p há p n à y mỗil o ạ i đề u c ầ n đ ế n t h i ế t bị ph ức t ạ p , v ì t h ế k h ô n g c ầ n thiếtcùngmộtcôngtrìnhdùngcảhaibiệnpháp.

+Thờigiantừtháng11nămtrướcđếntháng1nămsaulàthờikỳnhiệtđộ môitrườngthấpnhấttrongnăm,nêncầnđẩynhanhtốcđộthicông.

+Nên thi công bê tông vào ban đêm (thường là từ 20h ngày hôm trước đến 8hnàyhômsau)vìnhiệtđộbanđêm ởvùngnàythườngthấphơnbanngàytừ 8-10 0 C.

+K h i nhiệtđộkhôngkhícaohơn30 0 Cthìcầndừngđổbêtông Ở nhữngvùngnắngnóng, vềmùahècầnlàm máichecácbãi cốtliệu,chehệthốngtrạmtrộnvàhệthốngbăngtảivậnchuyểncốtliệuđểtránhbịánhnắngchiếut rựctiếp.

CHƯƠNG3.ÁPDỤNGTÍNHTOÁNSỰPHÁTTRIỂN CỦA ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG ĐẬP BÊ TÔNG CỦA CÔNG

Giớithiệutổngquancôngtrình

Hồ chứa nước Bản Mòng xây dựng trên suối Nậm La Tuyến đập đầu mối tạo hồchứa xây dựng tại xã Hủa La, thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La cách TP Sơn Lakhoảng7kmvềphíaTâyNam,cótoạđộđịalýkhoảng:

Loạitrànthựcdụng,mặtcắtngangCrigơ- Ôphixêrôpkhôngchânkhông,gồm3 cửa, với kích thước nx(BxH) = 3x(5x9,25)m, cao độ ngưỡng +660,0m. Kết cấu lõibằngBTM150bọcngoàibằngBTCT.

Cống có nhiệm vụ cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp với lưu lượng thiếtkếQtk=0,4m 3 /s.Hìnhthứccốngngầmchảycóápđặttrongthânđậpbêtông,cao trìnhngưỡngcống+647,20m.KếtcấuthâncốngbằngốngthépΦ60cmbọcBTCT.

Hình thức cống ngầm chảy có áp đặt trong thân đập bê tông, lưu lượng xả cấpnước Qtk= 0,97 m 3 /s, lưu lượng xả lớn nhất Qmax= 30,89m 3 /s, cao trình ngưỡngcống+ 64 7, 20 m, m ặ t c ắ t n ga n g h ì n h c h ữ n h ậ t k í c h t h ư ớ cB x H = ( 1 , 5 x

+ Phòng chống lũ quét, sạt lở do thượng nguồn Bản Mòng gây ra; cắt, giảmlũ cho thành phố Sơn La với tần suất P=5% ứng với cao trình mực nước tại CầuTrắng+ 5 9 5 , 1 9 (thấphơndầmCầuTrắngkhoảng1,2m).

Tài liệu quan trắc tại các trạm khí tượng trên lưu vực sông chỉ ra rằng chế độnhiệt của lưu vực mang tính chất của vùng nhiệt đới gió mùa Lưu vực sông có mùasông tương đối lạnh và mùa hè tương đối nóng Phạm vi giao động nhiệt độ khôngkhítrungbìnhgiữathángnóngnhấtvàthánglạnhnhấtlàtươngđốilớn.Cácthán g nóngnhấtlàVIIvàVIII,cácthánglạnhnhấtlàXII,I. b Gió:

Hướng gió trên lưu vực sông thay đổi theo mùa và có đặc điểm gió mùa ĐôngNam Á Hướng gió thịnh hành là hướng Tây (W) và hướng Đông (E) với tần suấtxuất hiện khoảng 28%-36% tại trạm Sơn La Tốc độ gió ít nhất khoảng 1%- 2% Tốcđộ gió trung bình ít thay đổi theo tháng và theo mùa, nhưng do ảnh hưởng của địahình, tốc độ gió có giảm đi và hướng gió cũng thay đổi khác nhau Nhìn chung tốcđộgiómùakhôlớnhơntốcđộgiómùamưa.

Tínhtoán,kiểmtraứngsuấtnhiệttheođiềukiệnthiếtkế

Có thể thấy Trlà do xi măng thủy hóa sinh ra và chủ yếu trong một, hai tuầnđầu Trong thời gian này, có thể coi khối bê tông như một vật thể cách nhiệt hoàntoàn(khôngcósự traođổinhiệt).VậyTrcóthểtínhtheocôngthức:

W là lượng xi măng trong 1 m 3 bê tông(kg/m 3 ): W69(kg/ m 3 )Q0làtổnglượngnhiệtphát racủa1kgximăng(80calo/kg) Clàtỷnhiệtcủaximăngc= 0,22-0,24 calo/kg- 0 C

Lại có: hệ số dẫn nhiệt của bê tông20 calo/m 2 - giờ - 0 C, hệ số dẫn nhiệta=2,5.10-

3/m 2 -giờ h=1m, tốc độ lên cao đập hàng tháng là 4m/tháng Từ biểu đồ trara Ts/

Nhiệtđộkhitrộnvàđổbêtôngvàokhốiđổlàsốliệurấtquantrọng.Nhiệtđộtrộn quyếtđịnhbởicấpphốicủabêtông,nhiệtđộcủanguyênliệuvàtỷ nhiệt.Cóthểdùngcô ngthứcsauđểtínhtoán:

Tlànhiệtđộcácthànhphần clàtỷnhiệt,thườngthườngtỷnhiệtcủanướclà1,củaximăng,cát,đálà0,2.

- Từgiátrịthực đongoàihiệntrường ta thấynhiệtđộlớnnhất t r o n g khốiđổbê tônglà61 0 C(tàiliệuđothựctế)

Theo quy phạm thiết kế đập trọng lực bê tông (tài liệu dịch Trung – Việt)DL5108-1999 do bộ NN&PTNT phát hành năm 2006, tại bảng 12.2c.1-1 quy địnhvềch ên h l ệ c h n h iệ t đ ộ cho p hé p củ a b ê t ô n g t hư ờn g t r o n g k h ố i đ ổ v ớic hi ều dà i khốiđổdưới17mlà26 0 C. Ở đây, tại thời điểm quan trắc (ngày 4/7/2013 có chênh lệch nhiệt độ đođược trong khối bê tông với nhiệt độ ngoài trời là 61-28,5 = 32,5), vượt quá giá trịchophép.

Nộidungphươngphápphầntửhữuhạn(PTHH)giảibàitoánnhiệtvàứngsuấtnhiệt: a Cácgiảthiết: Để giải bài toán nhiệt trong thực tế công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn,ngoài các điều kiện ban đầu, điều kiện biên của bài toán nhiệt nói chung, cần dựavàomộtsốgiảthiếtcơbảnsau:

 Giả thiết chung: Bê tông là vật liệu đồng chất, đẳng hướng về mặt truyềnnhiệtcũngnhư chịulực.

- Nhiệt lượng tỏa ra từ trong khối bê tông ra môi trường xung quanh dưới dạngmặtphẳng(chỉxétbàitoánphẳng).

- Với mỗi loại bê tông các đặc trưng truyền nhiệt như: Hệ số dẫn nhiệt, tỷ nhiệtCkhôngthayđổitheotuổibêtông.

- Các đặc trưng đàn hồi và tỏa nhiệt của bê tông (E,), hệ số dãn nở nhiệt khôngphụ thuộc vào tuổi của bê tông Các nghiên cứu và thực tế chỉ ra rằng khi khôngdùng phụ gia cuốn khí thì các đặc trưng tỏa nhiệt của bê tông (C,) phụ thuộc chủyếuvàothànhphầnkhoángcủacốtliệu.Trongcáccấpphốibêtôngkhốilớnởnướcta thường dùng cát thạch anh, đá granit, đá thạch anh, đá bazan Ứng với các vậtliệu này, hệ số dẫn nhiệt () có thể thay đổi từ 1,6-3,0 W/m.độ, tỷ nhiệt (C) của bêtông khoảng từ 900-1200J/kg độ Mô đun đàn hồi của bê tông phụ thuộc chủ yếuvàoloạicốtliệu,độđặcchắc,máccủabêtông. b Xácđịnhtrườngnhiệtđộ

PhầnmềmđượclựachọnđểmôhìnhhóabàitoánthiếtkếlàHệphầnmềm MIDAS,môduynMadas/Civil2011. Đâylàphầnmềmchuyênsâutrongphântíchnhiệtthủyhóatheođiềukiệnthicông, tiến độ thi công, nhiệt độ ban đầu của bê tông ướt, cấp phối bê tông, nhiệt độmôi trường thay đổi theo ngày đêm, hệ số đối lưu, tỉ nhiệt, hệ số giản nở nhiệt củavậtliệu, Đặc biệt, phần mềm có thể phân tích và so sánh sự phát triển trường nhiệt vàứng suất nhiệt tương ứng và so sánh với sự phát triển của cường độ bê tông khối đổđểcósự sosánh,đánhgiáhợplý.

3.2.3.1 Đặctínhvậtliệuthân Để mô hình hóa được việc phân tích trường nhiệt hydrat của bê tông cần cácthôngsốvềvậtliệuthânđậpnhưsau:

Cấp phối bê tông của kết cấu thân đập là bê tông M150, được bao bọc bênngoàibằnglớpáobêtôngcốtthépM200.CấpphốicủabêtôngM150đượcxácđịnhnhưsau:

MácBT TỷlệN/X Ximăng(Kg) Cát(m 3 ) Đá(m 3 ) Nước(lít)

TT Tuổi(ngày) Cườngđộ(kN/m 2 )

Các kết quả thí nghiệm mẫu dung trọng bê tông M150 - Dmax100 cho thấydung trọng đạt được là 2,35T/m3 Trong tính toán sử dụng chỉ tiêu dung trọng là2,35T/m3.

Bảng3.4:Kếtquả thínghiệmmôđunđànhồibêtông Nguồn:CôngtrìnhthủyđiệnHuộiQuảng–MácBTtươngtự

TT Tuổi(ngày) Cườngđộ(GPa)

Bảng3.5:Thông sốtínhtoánvật liệuphântíchtrườngnhiệt Đặcđiểm BêtôngthânđậpM150 Nềnđập

Hiện tại công trình đang thi công chưa hoàn thiện, vì vậy tiến độ thi công lêncaotheomặtcắtđậpthựctếthicôngchưacóđược.Vìvậy,tiếnđộthicôngđượclấytheo tài liệu thiết kế và điều chỉnh theo thời gian thi công đã được thực hiện ở côngtrường.

Lựa chọn MC14 là mặt cắt ngang đập có chiều cao lớn nhất Hiện tại mặt cắttínhtoánMC14đãđượcthicônglênđếncaotrình+639,50m. Đồngthời,đểcómộtnhậnđịnhvềtrườngnhiệt,ứngsuấtnhiệttrongthânđậpkhi đẩy nhanh tiến độ nâng cao mặt đập thì các đợt sau (Từ Đợt 3 đến Đợt 9) đượcgiả định giảm thời gian thi công để đánh giá nhiệt và ảnh hưởng của tiến độ thi côngtrongcôngtáckhốngchếnhiệtthủyhóacủabêtôngkhốilớn.

Từ Đến Đợt1 +624,00 +629,50 5,50 05 Thựctế Đợt2 +629,50 +634,50 5,00 02 Thựctế Đợt3 +634,50 +639,50 5,00 02 Giảđịnh Đợt4 +639,50 +644,50 5,00 02 Giảđịnh Đợt5 +644,50 +649,50 5,00 02 Giảđịnh Đợt6 +649,50 +654,50 5,00 01 Giảđịnh Đợt7 +654,50 +659,50 5,00 01 Giảđịnh Đợt8 +659,50 +664,50 5,00 01 Giảđịnh Đợt9 +664,50 +670,00 5,50 01 Giảđịnh

- Nhiệt độ môi trường không khí xung quanh khối đổ được quy định là thayđổi theo ngày và đêm Nhiệt độ ngày và đêm thay đổi theo dạng đường cong hìnhSin với nhiệt độ trung bình 25 0 C, chênh nhiệt độ ngày và đêm trung bình

Hình3.5:Đườngcongbiênnhiệtđộmôitrường, 0 C 3.2.5.2 Đườngcongpháttriểncườngđộ củabêtông M150: Đường cong kháng nén và kháng kéo của bê tông M150 được xác định thôngqua thí nghiệm Đây là số liệu quan trọng được nhập vào phần mền tính toán MidasCivilởtrên.

Hình3.6:Đườngcongpháttriểncườngđộcủabêtông 3.2.5.3 Đặctínhmôduynđànhồicủa bêtôngM150: Đặc tính từ biến của bê tông được xem xét thông qua hệ số giảm giá trị môđunđànhồicủabêtông.

Phổ giá trị mô đun đàn hồi của bê tông có xét đến từ biến (mô đun đàn hồihiệu qủa) được đưa vào tính toán dựa trên dữ liệu thí nghiệm của bê tông tương tựcó sử dụng Puzzolan do Viện bê tông JEJMS của Thụy Điển, được nhập vào phầnmềmphântíchnhư sau:

Bảng3.7:Dữliệumôđunđànhồicủabêtông(GPa) Nguồn: Dữ liệu thí nghiệm của bê tông tương tự có sử dụng Puzzolan do Viện bê tông JEJMS của Thụy ĐiểnNguồndữliệulàphổbiếnvàđãđượcápdụngtínhtoánthiếtkếcho:CôngtrìnhthủyđiệnHuộiQuảng–MácBTtươngtự

Ngoàir a , v i ệ c k h a i b á o m ô đ u y n đ à n h ồ i c ủ a v ậ t l i ệ u M 1 5 0 t h a y đ ổ i t h e o thờigianđượcphầnmềmMidascivilthànhlậpsẵntheotiêuchuẩnCEB- FIPvớicácdữ l i ệ u đầ uv ào : Cườngđộ ở tuổi2 8n gày củab ê tô ng và tỷ lệN/

Hỗ trợ phần mềm Midas civil thành lập sẵn theo tiêu chuẩn CEB-FIP với cácdữliệuđầuvào:Cườngđộởtuổi28ngàycủabêtông,độẩmkhôngkhí(80%),tỷsố mặt cắt,loại ximăng sử dụng (ximăngthường), thờigian bêt ô n g b ắ t đ ầ u c o ngót và từ biến (3 ngày) Từ đó, đường cong biến dạng co ngót và từ biến của vậtliệuthânđậpđượcxácđịnhnhưsau:

Nguồn: Tiêu chuẩn CEB-FIP, ứng với các dự liệu đầu vào như trên - MidasHình3.7:Đườngbiểuthịtínhcongótvàtừ biếncủabêtông(m/m)

Theo loại xi măng, nhiệt độ vữa bê tông lúc đổ và hàm lượng xi măng:LoạiximăngPooclangthường;

Với các dữ liệu trên được nhập vào phần mềm Midas civil, đường đặc trươngtăngnhiệtcủavữabêtôngM150đượcxácđịnhnhư sau:

Hình3.8:Đườngđặctrưngtăngnhiệtcủabêtông, 0 C 3.2.6 Môhình hóabài toán:

Bàito án p hâ n t íc hn h i ệ t đ ượ c d ự a t r ê n các số l iệ uở t rê n, m ô h ì n h hóabà itoán đượcđưar a v ớ i c á c đ ợ t t h i c ô n g đ ã đ ư ợ c x á c đ ị n h t h e o t i ế n đ ộ t h i c ô n g nhưHình3.9vàHình3.10dướiđây.

Nhập các điều kiện biên:

- Tảit r ọ n g b ả n t h â n : T ù y t h u ộ c v à o q u y m ô t ừ n g đ ợ t t h i c ô n g , t ả i t r ọ n g nàyđãđ ư ợ c k h a i b á o tr on g p h ầ n k h a i b á o c á c t h ô n g s ố v ậ t l i ệ u V à đ ể t h ể h i ệ n tải trọng tác dụng theophương tính toán trongmặt phẳng tínhlà mặtphẳngx z , trongkhaibáo“Selfweight”chọncácgiátrị(x,y,z)=(0,0,-1);

Các điểm nút thuộc đáy, biên trái, biên phải: Khống chế chuyểnv ị thẳngtheo03phương,x,y,z.Chophépchuyểnvịgócx o a y t h e o 0 3 p hương.

+)Đốivớithânđập: Đốivớit hâ nđậ p, k h ô n g k h a i li ên kết của vật li ệu t h â n đập vớim ô i t r ư ờ n g bênn g o à i T u y n h i ê n , v ớ i b à i t o á n p h ẳ n g , t í n h t o á n t r ê n m ặ t p h ẳ n g x z , v ì v ậ y cácmặtbêncủadảitínhtoánđượckhốngchếchuyểnvịtheophươngy

Các điểm nút thuộc đáy, biên trái, biên phải: Được khai báo điều kiện biênnhiệtđộtrong“HeatofHydration”vớibiênn h i ệ t k h ô n g đ ổ i t h e o t h ờ i g i a n (Nhiệtmôitrường):ConstantTemperature:

Bàit o á n p h ẳ n g , t í n h t o á n t r ê n m ặ t p h ẳ n g x z , v ì v ậ y c á c m ặ t b i ê n c ủ a d ả i tính toánk h ô n g k h a i b á o đ i ề u k i ệ n b i ê n n h i ệ t ( S ẽ đ ư ợ c h i ể u l à k h ô n g t r u y ề n nhiệthaycấpnhiệttừmặtbiêncủadảitính); Cácđ i ể m n ú t m ặ t t r ê n n ề n ( m ặ t n ề n t i ế p x ú c v ớ i k h ô n g k h í ) : Đ ư ợ c k h a i báođiềukiệnbiên nhiệt độtrong“Heato f H y d r a t i o n ” v ớ i b i ê n n h i ệ t t h a y đ ổ i theothờigian(Hình3.5)vàhệsốtruyềnnhiệttheoBảng3.5ởtrên.

Tùythuộc v à o p h â n đ ợ t t h i c ô n g c ủ a k h ố i đ ậ p m à n h ậ p c á c đ i ề u k i ệ n b i ệ n chotừngkhốiđập.Trình tựn h ậ p điềukiệnbiênnhiêncho01khốiđ ậ p nhưsa u : Mặtbêntrênm ặ t p h ẳ n g t í n h x z : C á c n ú t đ ư ợ c n h ậ p t h e o n h i ệ u đ ộ m ô i trườngt h a y đổit h e o t h ờ i g i a n ( H ì n h 3 5 ) v à h ệ s ố t r u y ề n n h i ệ t t h e o B ả n g 3 5 ở trên.

- Khaibáođiều ki ện biên về nguồn n hi ệt (HeatSource F un ct io n) :

Nguồnn h i ệ t c h ỉ đ ư ợ c đ ị n h n g h ĩ c h o p h ầ n v ậ t l i ệ u t h â n đ ậ p , v ớ i đ ặ c t r ư n g củanguồnnhiệtđượcquyđịnhtheoBảng3.5vàHình3.7ởtrên. Đợt1 Đợt2 Đợt3 Đợt4 Đợt5 Đợt6 Đợt7 Đợt8

3.2.7 Kếtquảtínhtoántrườngnhiệtđộ: Để có sự so sánh với giá trí nhiệt độ và ứng suất tại các vị trí đặt thiết bị đoứng suất và nhiệt độ tương ứng với thời gian ghi giá trị đo Trong mô hình hóa vàxuất kết quả, tác giả sẽ lấy các kết quả được phân tích bằng phần mềm trùng với cácthờiđiểmthuthậpđượccủacácthiếtbịđotronggiaiđoạnthicônghiệntại.

Vị trí xuất kết quả cụ thể và sẽ ưu tiên lựa chọn trùng với các vị trí thiết bị đođượclắpđặtnhư cácđiểmnêuởHình3-4ởphầntrên. Đợt

03ngàysau khithi công,tức ngày04/07/2013

Thờigian Ngày,tháng Giátrịmax( 0 C) Vịtrí

Với kết quả phân tích nhiệt tính toán cho Đợt 1 thi công nâng cao mặt đập, taso sánh với các kết quả thực tế từ thiết bị đo được lắp đặt trong quá trình thi công.Thiết bị đo được lắp đặt có ký hiệu từ AKB 84- AKB 91 Số liệu các giá trị đo đạcđượcthuthậpnhư sau:

Từ kết quả tính toán của Đợt 1, ta có đường tăng nhiệt độ của nhiệt thủy hóatại một số nút đi từ mặt thượng lưu về đến tâm khối và nằm trùng với cao trình đặtthiếtbịđo.Đườngbiểuthịhàmtăngnhiệttheothờigianởcácnútnhư sau:

Bảng3.11:Sosánhkết quảnhiệtđộtính toánvàthựcđo- Đợt1

( 0 C) Đầu đo và thời điểmđo

-) Nhiệt độ lớn nhất trong khối đổ xuất hiện vào khoảng ngày thứ 5 đến ngàythứ7saukhiđổbêtông.Sauđónhiệthạthấpdầnvàđidầnổnđịnh;

-) So sánh với kết quả tính toán lý thuyết theo các thời gian trùng với các giátrị được đo ngoài thực tế thi công, cho thấy kết quả giá trị nhiệt là gần như nhau.Vìvậy,việcphântíchnhiệtchokếtcấuhoàntoànphùhợpvớikếtquảđokhithicông. Đợt

1) Kết quả tính toán nhiệt ở T 3620h01ngàysaukhi đổ,tứcngày01/01/2014

Sosánhkếtquảtínhtoánvớisốliệuquantrắc

Để đo ứng suất nhiệt thực tế của bê tông khi công trình đang thi công là sửdụngcácthiếtbịquantrắc.

Thiết bị quan trắc nhiệt độ trong khối bê tông ở đập được lắpđặtđ ể t h e o dõinhiệtđộtrong khốibêtôngđậpngaysaukhikếtthúckhốiđổvàkéodà isaumộtsốnămvậnhành.

Thiết bị quan trắc nhiệt độ trong khối bê tông ởđược đặt vào trong lòngkhối bê tông đập trong quá trình đổ bê tông Việc ghi chép nhiệt độ trong khối bêtôngđậpphảiđồngthờivớiviệcđovàghinhiệtđộkhôngkhítạicùngthờiđiểm.

Thiết bị đo ứng suất trong bê tông là loại đo ứng suất thẳng đứng làm việcđượclắpđặtđểđoứngsuấttrongbêtôngtạimặtcắtđáyđậptừkhikếtthúckhốiđ ổ,trongsuốtthờigianthicôngvàtrongthờigianvậnhànhcôngtrình.

ThiếtbịđolàloạithiếtbịđầuđọccầmtayModelGK-403vwreadoutbox. Tìnhtrạngthiếtbịhoạtđộngtốt,nhạy,khôngcólỗi,độsaisốchophép.

Thờigianđolàtừngày1/7/2013khibắtđầulắpđặtcácđầuđo:AKB84,AKB85, AKB86,AKB87,AKB88.

Tạihiệntrườngthicôngxâydựngnhàthầuthicôngđangtiếnhànhthicôngđ ổ bê tông các khối đổ tại mặt cắt 14, ngay trên các đầu đo AKB84, AKB85,AKB86,AKB87,AKB88.,

Saukhih oà n thànhcôngtác đ ổ b ê tôngcóthểthấy khốiđ ổ b ê t ô n g hoànc h ỉ n h ,khôngcóbiểuhiệnbấtthườngnàokhác.

Vị trí khoảnh đổ bê tông tại đầu đo AKB84, AKB85 và AKB86 được theodõitrong6ngày, bắtđầu từtrước khiđổbêtôngđếnkhinhiệt độtrongkhối đổổnđịnh.

VịtríkhoảnhđổbêtôngtạiđầuđoAKB84,AKB85vàAKB86đượctheodõit rong6ngày,bắtđầutừtrướckhiđổbêtôngđếnkhinhiệtđộtrongkhốiđổổnđịnh.

TT Kýhiệu đầuđo Đầu đo

Ngày 3/7/2013 Ngày 4/7/2013 Ngày 5/7/2013 Ngày 6/7/2013 Ngày 7/7/2013 Ngày 8/7/2013

Quá trình phát triển này có thể so sánh với quá trình phát triển nhiệt được nêu ởkết quả trường ứng suất Đợt 1 (Bảng 3.8 và Bảng 3.11) Cho thấy, đường quá trìnhphát triển nhiệt độ ở 06 ngày đầu (Từ ngày 02/07/2013 đến ngày 07/07/2013) phùhợp với kết quả tính toán đã được so sánh ởBảng 3.11ở phần trên, tương ứng vớicácvịtríđặtthiếtbịKBS84,KBS85vàKBS86.

Phântíchcáckếtquảtínhtoánvàđềxuấtbiệnphápcầnthiết

Kếtquảquantrắcđượcthuthậpđúngtheoquytrình,quyphạmvàđềcươngphê duyệt.quakếtquảtínhtoán,phântíchcóthểnhậnthấy:

-)Giátrịứngsuấtnénnhiệtluônnhỏhơnứngsuấtnénchophépcủabêtông được phát triển theo thời gian, gần với kết quả đo thực tế Đới với Đợt 1, đổ một lầntrên toàn mặt cắt, ứng suất kéo trên bề mặt thượng hạ lưu và mặt trên khối đổ khánhỏ, và nhỏ hơn giá trí ứng suất phát triển của bê tông Tuy nhiênv ớ i c á c đ ợ t đ ổ tiếp theo như Đợt 2, Đợt 3, Đợt 4, Đợt 5, Đợt 6, tại các mặt ngoài trên cùng của cáckhối đổ, ứng suất kéo do nhiệt tăng cao hơn ứng suất cho phép, vì vậy rất để phátsinh khe nứt tại các vị trí này Đối với Đợt 7, Đợt 8, Đợt 9 giá trị ứng suất ở các bềmặt ngoài cùng nhỏ hơn ứng suất cho phép.Lưu ý: Các đợt đổ Đợt 2 đến Đợt 9 làcácđợtđổcótínhgiảđịnhdotácgiảđưarađểphântíchlýthuyết.

Với lượng tài thu thập được về nhiệt độ và ứng suất đo thực tế ngoài hiệntrường là khá ít, chủ yếu tập trung vào Đợt 1_Khối đổ giáp nền đập Qua so sánhchothấykếtquảtínhtoánvàthựcđokhágầnnhau.

Trong trường hợp, khi tiến hành các khối đổi tiếp theo trong quá trình hoànthiện mặt cắt đập, các giá trị ứng suất, nhiệt độ vượt quá nhiều so với kết quả tínhtoán khuyến cáo trong hồ sơ Thiết kế bản vẽ thi công thì cần thiết phải kéo dài tiếnđộ thi công, tăng khoảng thời gian nghĩ giữa các đợt đổ, chia nhỏ khối đổi trongtừngđợt(dạngrănglược),hoặcsử dụngcácbiệnphápgiảmnhiệtđộcốtliệu,

Bài toán phân tích ứng suất nhiệt trong bê tông là bài toán khá phức tạp, phụthuộc vào nhiều yếu tố như: Điều kiện thi công, tiến độ thi công, nhiệt độ ban đầucủa bê tông ướt, cấp phối bê tông, sự phát triển cường độ bê tông, đặc tính mô duynđàn hồi của bê tông theo thời gian, nhiệt độ môi trường thay đổi theo ngày đêm, hệsốđốilưu,tỉnhiệt,hệsốgiảnnởnhiệtcủavậtliệu,

Với nhiều điều kiện ban đầu như vậy, khi phân tích theo phương pháp lý thuyếtbằngphầnmềmMidasCivilcũngđãđềcậpđầyđủcác yếutốảnhhưởngtrên.

Tuynhiên,mộtsốtàiliệuvềcấpphốibêtông,nhiệtđộbanđầucủabêtôngướt,sự phát triển cường độ bê tông được tham khảo tài liệu thu thập từ công trình thủyđiện Huội Quảng – Với mác BT tương tự công trình Bản Mòng tỉnh Sơn La Vì vậy,trong phântích lý thuyếtsẽ không hoàn toàn giống với điều kiệnv ậ t l i ệ u b ê t ô n g đầuvàovớithựctếthicôngtạicôngtrìnhBảnMòngtỉnhSơnLa.

Theok ế t q u ả t í n h t o á n ch o Đ ợ t 1 , tạ iv ị t r í t i ế p g i á p g i a o th oa g i ữ a 0 2 m i ề n nhiệt độ, vị trí có khả năng xuất hiện ứng suất kéo lớn nhất Thì giá trí ứng suất kéocủa bê tông được phát triển cao hơn ứng suất kéo do trường nhiệt gây ra Thể hiện ởbiểuđồnhư sau(Điểmsátbiênnền): Đối với các đợt thi công giả định: Đợt 2 đến Đợt 9 thì giá trị ứng suất nén làđảm bảo theo điều kiện phát triển cường độ Tuy nhiên ứng suất kéo do nhiệt sinh ratại các vị trí bề mặt tiếp giáp môi trường không khí là khá cao so với ứng suất kéochophépcủabêtông.

Kết quả phân tích ứng suất kéo bề mặt các đợt đổgiả định: Đợt 2 đến Đợt 9,tạicácvịtríbềmặtkhốiđổnhư sau: Đợt thicô ng

Hìnhthức thicông khốiđổ Ứngsuất kéo maxbề mặt (kN/m 2 )

Vịtrívànhậnxét Đợt2 Mộtlần,tăngcao5m,từ

- Ứngsuấtkéovượtchophép Đợt3 Mộtlần,tăngcao5m,từ

- Ứngsuấtnhỏhơngiớihạn Đợt8 Mộtlần,tăngcao5m,từ

- Ứngsuấtnhỏhơngiớihạn Đợt9 Mộtlần,tăngcao5,5m, từ+664,5m-:-+670m 506 - Bềmặttrêncùngcủakhốiđổi

Từ kết quả ứng suất nhiệt trong ứng với các đợt thi công giả định thiên lớn màtácgiảtựđưarađểphântíchnhưtrênchothấy:Cácđợtđổ:Đợt2đếnĐợt6nếuthi công một lần trên giới hạn cao trình của mặt cắt đã phân thì bề mặt trên cùng củakhối đổ sẽ xuất hiện vết nứt do ứng suất kéo bề mặt vượt mức cho phép Tuy rằng,các đợt thi công và hình thức thi công đổ một lần cho các Đợt 2 đến Đợt 9 chỉ cótínhchấtgiảđịnh,nhưngcũngđãnêulênsự nguyhiểmchohìnhthứcthicôngnày.

Từ kết quả phân tích ứng suất nhiệt sinh ra trong bê tông, với các trường hợpkhácnhauđốivớiđậpBảnMòngtỉnhSơnLanhư sau:

- Đợt 2 đến Đợt 9: Là các đợt giả định, xét trước hợp thi công một lần tronggiớihạncaotrìnhcủađợtthicông.Chokếtquảphântíchứngsuấtkéovượt quágiới hạn cho phép củabê tông Phát sinh vếtn ứ t ở b ề m ặ t t r ê n c ù n g c ủ a k h ố i đ ổ Mặtcắtđậpcóxuhướngbịkéoởphầntrên.

Với điều kiện phân tích theo thực tế và theo giả định đặt ra Tác giả kiến nghịcụthểchocôngtrìnhđậpBảnMòngtỉnhSơnLanhư sau:

- Phân nhỏ các đợt đổ thi công, các khối đổ nằm trong giới hạn kích thước lớnnhật của một khối đổ không vượt quá 1,5m -:- 2m; Các khối đổ được bố trí so lenhautrongcùngmộtđợtđổtheohìnhthứcrănglượt;

- Chiều cao mỗi đợt đổ liên tục có chiều cao không vượt quá 1,5m Thời gianđểtiếptụcđổđợtpháitrênkhôngíthơn4ngàytínhtừlúcđổxongđợtđổdưới;

- Chiều cao mỗi lớp đổ tùy thuộc vào vị trí đặc điểm kết cấu, nhưng khôngvượtquá50cm,đổvàdầmliêntụcchođếnkhikếtthúcchiềucaocủađợtđổ;

- Để hạn chế chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và nhiệt trong khối đổ cầnápdụngcácbiệnphápnhưdùngbaotảidứatấplênbềmặtkhốiđổitrongítnhất2-

:- 5 ngày đầu sau khi đổ Sử dụng nước tưới bảo dưởng bê tông có nhiệt độ chênhlệchkhôngquá15 0 Csovớinhiệtđộbềmặtbêtông;

[1].Đào Tuấn Anh, (2013)“Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc bố trí khe nhiệt ởđập bê tông trọng lực trong điều kiện Việt Nam”Tuyển tập hội nghị khoa họcthườngniên,ISBN978-604-82-0066-4.

[2].N g u y ễ n X u â n B ả o , 1 9 9 7 , B à i g i ả n g d ù n g c h o c á c l ớ p c a o h ọ c n g à n h C ô n g trình,“Tính toán kết cấu công trình bằng phương pháp sai phân hữu hạn”,NXBnôngnghiệp,HàNội.

[3].Bộ NN&PTVT, 2012,QCVN 04-05“Các quy định chủ yếu về thiết kế côngtrìnhThủylợi”.

[4].Bộ NN&PTNT, 2002, 14TCN 59-2002,“Công trình thủy lợi, Kết cấu bê tôngvàbêtôngcốtthép-Yêucầukỹthuật”.

[5].Bộ NN&PTNT, 1993, 14TCN 48- 86, “Quy phạm thi công bê tông trong mùanóng-khô”.

[6].B ộ N N & P T V T , 2 0 0 3 , 1 4 T C N 5 6 - 8 8 , “ Thiết kế đập bê tông và bê tông cốtthép-Tiêuchuẩnthiếtkế”.

[8].Bộ môn thi công ,Trường Đại học Thủy Lợi, 2004, Giáo trình “Thi công cáccôngtrìnhThủylợi-tậpI,II”,NXBNôngnghiệp.

[9].Bộ môn vật liệu xây dựng, Trường Đại học Thủy Lợi, 2008,G i á o t r ì n h“Vậtliệuxâydựng”

[10] Bộ Xây dựng, TCXDVN 305: 2004, “Bê tông khối lớn- Quy phạm thi công vànghiệmthu”

[11] Bộ Xây dựng, TCVN 8215-2009, “Các quy định chủ yếu về thiết kế bố trí thiếtbịquantrắccụmcôngtrìnhđầumốicôngtrìnhThủylợi”.

[12] Nguyễn Tiến Đích (2010),Công tác bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩmViệtNam,NXBXâydựng,HàNội.

[13] Hồ Ngọc Khoa, Vũ Chí Công (12-2012)“ Phân tích trường nhiệt độ và ứngsuất nhiệt trong bê tông khối lớn bằng phương pháp phần tử hữu hạn”Tạp chíkhoahọccôngnghệxâydựngsố14.

[14] Đỗ Văn Lượng, 2005, “Nghiên cứu sự phát triển nhiệt ứng suất nhiệt để ứngdụngvàocôngnghệthiđậpbêtôngtrọnglựcở ViệtNam”.

[15] Trần Văn Miên, Nguyễn Lê Thi (2013)“ Nghiên cứu đặc trưng nhiệt của bêtông sử dụng hàm lượng tro bay lớn”Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số3+4.

[17] Phạm Mão, 1985, Đề tài khoa học 1981-1985 “Nghiên cứu các phương phápphòngchốngsự xuấthiệnkhenứthiệnđại”,HàNội.

[19] Vũ Thanh Te, Đỗ Văn Lượng (2001),“Một số kết quả nghiên cứu về diễn biếnnhiệtđộvàứngsuấtnhiệttrongquátrìnhthicôngđậptrọnglực-TânGiang”. [20].NguyễnCôngThắng,2000,“Tínhtoánứngsuấtnhiệttrongkếtcấubêntôngkhốilớ nbằngphươngphápphầntửhữuhạn”Tạpchíthủylợi,(số333-3÷4),

[21] Nguyễn Thống (2010) “Tính toán khuếch tán nhiệt trong khối đổ bê tông ĐậpTân Giang- Ninh Thuận”,Tạp chí khoa học công nghệ, đại học Đà Nẵng số3(38).

[22] Nguyễn Đức Thắng, , 1997, “Nghiên cứu ứng suất nhiệt, nguyên nhân và cácbiện pháp phòng ngừa sự phá hoại vì nhiệt trong các công trìnhb ê t ô n g ” LuậnvănthạcsỹkỹthuậtTrườngĐạihọcThủylợi.

[23] Nguyễn Cảnh Tĩnh (2008), “Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến trạngthái ứng suất nhiệt trong đập bê tông, ứng dụng cho đập Sê San 3”, luận vănThạc sỹ kỹ thuật, chuyên ngành xây dựng công trình thủy, trường Đại họcThủyLợi,HàNội.

[25] Trung tâm khoa học và triển khai kỹ thuật Thủy lợi,“Báo cáo quan trắc

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	2,75 MB