Luận văn báo cáo nghiên cứu xác định ảnh hưởngcủa đá dăm có nguồn gốc khác nhautới độco khi nhiệt độbê tông giảm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HOC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN -o0o ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NĂM 2018-2019 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÁ DĂM CÓ NGUỒN GỐC KHÁC NHAU TỚI ĐỘ CO KHI NHIỆT ĐỘ BÊ TÔNG GIẢM Chủ nhiệm đề tài: TS Khương Văn Huân Đơn vị chủ trì: Khoa Kỹ thuật Cơng trình Cơ quan chủ quản: Trường Đại học Cơng nghệ Sài Gịn T.p HCM tháng 10 năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HOC CƠNG NGHỆ SÀI GỊN -o0o ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NĂM 2018 -2019 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÁ DĂM CÓ NGUỒN GỐC KHÁC NHAU TỚI ĐỘ CO KHI NHIỆT ĐỘ BÊ TÔNG GIẢM T.p HCM, ngày 26 tháng 10 năm 2019 Chủ nhiệm đề tài: TS Khương Văn Huân MỤC LỤC Phần I Tổng quan Phần II Phương pháp nội dung nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu Phần III Kết qủa nghiên cứu bình luận 3.1 Thành phần nguyên vật liệu sử dụng thí nghiệm 3.2 Kết thí nghiệm 3.3 Phân tích kết 3.4 Đề xuất hướng nghiên cứu Phần IV Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Một số hình ảnh qúa trình thực đề tài Bài báo khoa học Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Phần I TỔNG QUAN Hiện tượng gây nứt kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng trình xây dựng xảy phổ biến Nhiều hội nghị khoa học nước Bộ Xây Dựng chủ trì tổ chức Đã có nhiều tài liệu nước đề cập đến nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) Theo tài liệu hướng dẫn nghiên cứu, sửa chữa gia cố vết nứt kết cấu bê tông Viện Bê tông Nhật Bản [3] có đưa khoảng 40 chục nguyên nhân, có nguyên nhân chịu tác động nhiệt thủy hóa xi măng; chất lượng cốt liệu; tính co bê tơng; thay đổi nhiệt độ môi trường; mức chênh lệch nhiệt độ độ ẩm cấu kiện,… Trong q trình thi cơng nhà cao tầng nước ta nay, yếu tố đề cập, thường quan tâm đến độ kháng nén bê tơng Trong báo “Chống nứt co ngót nhiệt cho kết cấu bê tông” từ nguồn thông tin điện tử Bộ Xây dựng [1] cho biết vấn đề nứt bê tông kết tác động học xuất phát từ hai nguyên nhân chênh lệch gradient ẩm ln ln xảy mặt bê tông chênh lệch nhiệt độ cấu nội bê tông Kết nghiên cứu nhận định q trình thi cơng, nhiệt độ lịng bề mặt ngồi kết cấu chênh lệch tới 30oC với mô đun bê tông chừng 30 GPa, với hệ số dãn nở nhiệt 10.10-6/oC mặt ngồi kết cấu phải chịu tới ứng suất khoảng Mpa Bê tơng có cường độ chịu kéo mức Mpa cường độ nén cần gấp khoảng 10 lần, tức khoảng 90Mpa (!), thực tế nhà dân dụng không sử dụng bê tơng có cường độ tới 90Mpa, mặt ngồi bê tơng bị rạn nứt (!) Ở khu vực phía nam nước ta, mùa khơ, nhiệt độ khơng khí lên tới 38oc, khí hậu ảnh hưởng lớn tới chất lượng BTCT Khi thi công, cấu kiện không che phủ che phủ không đủ Mặt khác nhà máy sản xuất xi măng thường cung cấp xi măng cho trạm trộn sau nghiền clanhke, nên nhiệt độ xi măng xilo trạm trộn có nhiệt độ cao lên tới 5060oc Khi thi cơng BTCT, xi măng thời kỳ hydrat hóa mạnh mẽ nhất, Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông với tác động nhiệt độ cao mơi trường khơng khí nhiệt độ ban đầu xi măng, nên nhiệt độ khối đổ bê tơng tăng nhanh chóng Vì chênh lệch nhiệt độ bê tơng khơng khí vào ban đêm có tới 30oc Xem xét điều kiện gây nứt cho bê tông ứng suất nhiệt: Theo TCVN 9341:2012- Quy phạm thi công nghiệm thu bê tơng khối lớn [6] ứng suất nhiệt đề cập bê tơng khối lớn (Khối đổ có kích thước > 2m) Điều kiện kỹ thuật quan trọng tiêu chuẩn quy định độ chênh lệch nhiệt độ T điểm vùng khối bê tơng khơng vượt q 200C; tiêu chuẩn cịn quy định độ chênh lệch nhiệt độ điểm khối bê tông đơn vị chiều dài đảm bảo thấp 500C/m (Mức chênh lệch nhiệt độ điểm khối bê tông cách 1m) Theo số liệu đo đạc số cơng trình xây dựng nhà dân dụng khu vực T.p HCM vùng lân cận sau: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam khảo sát cơng trình Plazas Hoàng Quân [10], với tiết diện dầm 300x500 mm; điểm đặt ống đo nhiệt độ vị trí dầm với độ sâu 0,30m Sau thời gian đổ 24h, nhiệt độ dầm 53oc Nhiệt độ thành biên cốt pha dầm thời điểm kiểm tra 34oc Mức chênh nhiệt độ lòng khối đổ thành biên dầm T = 53-34=19oc; Với khoảng cách từ tâm khối đổ tới mép dầm L = b/2= 0,3/2=0,15m, modun độ chênh lệch nhiệt độ MT = 19/0,15= 1260c/m > [MT =500c/m] (!) Như Modun độ chênh lệch nhiệt độ lớn mức giới hạn kỹ thuật nhiều Điều khả gây nứt cho bê tông cao Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam khảo sát tượng nứt dầm công trình nhà cao tầng thuộc Trường Cao Đẳng Sư phạm Kỹ thuật LV Ở số dầm có kích thước 0,4x0,8m, dầm phụ kích thước 0,3x0,7m, chiều dày sàn 15cm vết nứt xuất mặt bên bụng dầm, tập trung chủ yếu vùng nhịp, chiều cao đường nứt phát triển gần sát đến đáy sàn Bề rộng vết nứt khoảng 0,1-0,15 mm, chủ yếu 0,1 mm, chiều sâu vết nứt khoảng 7-8 cm Bê tơng có mác thiết kế M300 Theo nhật ký thi cơng, cơng trình sử dụng cốt pha ván gỗ; gỡ cốt pha khơng nhìn Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông thấy vết nứt Vết nứt thường phát tình cờ sau gỡ cốt pha thời gian khơng xác định Hình 1.1 Sơ họa vết nứt dầm Đối với cơng trình Plaza HQ T.p HCM, kết khảo sát cho thấy: Chất lượng vật liệu sử dụng chế tạo bê tông cát, đá đăm, xi măng, nước, phụ gia đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Cường độ bê tông, cốt thép đảm bảo thiết kế Thiết kế kết cấu không sai sót Mác bê tơng thiết kế M400 28 ngày Để tăng tiến độ thi cơng, cơng trình có sử dụng bê tông M400 tuổi ngày Lượng dùng xi măng PCB40 từ 420 đến 450kg cho m3 bê tông Thời gian gỡ cốt pha sau đổ bê tông từ 15 đến 30 ngày Sau gỡ cốt pha sàn, giữ lại 50% cốt chống đứng Bảo dưỡng bê tông phủ bao tải tưới ẩm liên tục Nhưng bê tông xuất vết nứt sau gỡ cốt pha vết nứt tập trung chủ yếu vùng dầm Khối lượng cấu kiện xuất nứt khoảng 50% số cấu kiện khảo sát Kết khảo sát vết nứt số dầm với chiều dài nhịp - 6,4 m, dầm có tiết diện 0,3x0,5m, dầm xuất khoảng 3-5 vết nứt, bề rộng vết nứt khoảng 0,08 đến 0,14mm Bề rộng vết nứt nhỏ mức quy định theo TCVN 5574-2012 - Tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu bê tông & Bê tông cốt thép quy định giới hạn bề rộng khe nứt áp dụng với dầm nơi che phủ sử dụng thép tương ứng CII, CIII, bề rộng vết nứt lâu dài cho phép acrc2 = 0,3 mm, với đến vết nứt tổng độ mở khoảng 0,24 đến 0,6mm Đặc biệt, chiều cao vết nứt lớn mức quy định (không vược 2/3 chiều cao dầm) Trong Giáo trình bê tơng cốt thép [11] có đề cập đến tính chất dãn nở nhiệt bê tơng: Khi nhiệt độ thay đổi phạm vi thông thường từ 26-100oC hệ số dãn nở Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông nhiệt bê tông vào khoảng từ 10x10-6 đến 15x10-6/oc, hệ số dãn nở nhiệt thép vào khoảng 12x10-6 đến 13x10-6/oc Theo TCVN 5574-2012 [8], thiết kế, hệ số dãn nở nhiệt bê tông lấy giá trị 10x10-6/oc Khi hệ số dãn nở nhiệt bê tông cốt thép gần như bê tơng cốt thép có tương tác tốt không gây ứng suất cục Giả thiết cốt thép bê tông làm việc đồng sử dụng tính tốn cho kết cấu BTCT trình thiết kế khai thác, tức bê tơng đóng rắn trạng thái làm việc bình thường Tuy nhiên, trình khai thác q trình thi cơng, tương tác kết cấu hoàn toàn khác Trong q trình thi cơng, bê tơng giai đoạn hình thành cường độ, khả chịu kéo bê tông thấp tăng dần từ giá trị không đến giá trị thiết kế Ở giai đoạn giai đoạn nhạy cảm dễ hình thành nứt bê tông độ dãn nỡ nhiệt bê tơng cốt thép có chênh lệch dù nhỏ Theo kết thống kê Công ty Kiểm định Sài Gịn [2], [9], q trình khảo sát cơng trình nhà cao tầng chủ yếu khu vực T.p HCM số tỉnh lân cận, tượng nứt dầm sàn xuất 15/40 cơng trình Hiện tượng nứt thường xuất sau tháo cốt pha thời gian Tác giả có khuyến cáo để hạn chế nứt cho kết cấu bê tông cốt thép, sử dụng bê tơng mác cao kích thước cấu kiện lớn, đơn vị thiết kế phải có dẫn kỹ thuật quy định điều kiện phương pháp đổ bê tông, thời gian vận chuyển, điều kiện cốt liệu, hệ thống ván khuôn, thời điểm đổ bê tông, phương pháp bảo dưỡng… nghĩa phải dự tính đến nhân tố ảnh hưởng đến nguyên nhân nứt bê tơng để phịng ngừa… đơn vị thiết kế, thi công cần cập nhật công nghệ thiết kế thi công kết cấu BTCT sử dụng xi măng giãn nở, sản phẩm phụ gồm canxi sulfate (CaSO4); sử dụng vật liệu sợi giải pháp để chống co ngót cho bê tông Các tác giả đề xuất cần nghiên cứu việc sử dụng phụ gia giảm co ngót sử dụng tro bay sợi polypropylene hỗn hợp bê tông Nhìn chung cần quan tâm tổng hợp nhiều vấn đề giải pháp liên quan đến nứt kết cấu BTCT Đối với bê tông, hệ số dãn nở nhiệt bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố khối lượng chất lượng đá xi măng, chất lượng hàm lượng cốt liệu Thực chất biến động phụ thuộc vào thành phần cấp phối bê tơng tính chất cốt liệu sử dụng Trên thị trường khu vực phía nam có nhiều mỏ đá khác nhau, tính Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông chất đá khác Theo số liệu thu thập, cường độ nén, nguồn gốc đá số mỏ khai thác khu vực phía Nam thể bảng sau: Bảng 1.1 Một số tính chất lý đá mỏ TT Cụm mỏ đá Khối lượng thể tích khơ (g/cm3) Cường độ nén (Mpa) Loại đá R.Khơ R bão hịa Cụm Mỏ Bình Hóa-Tân Hạnh 2,75 137 130 Cát sạn kết Hóa An 2,71 184 144 Mác ma Cụm Tân BảnTân Vạn 2,66 95 85 Trầm tích (Cát kết) Cụm Thiện Tân 2,65 60 50 Trầm tích (Cát kết ngấm vôi ) Mỏ Tân Cang 2,74 135 123 Mác ma Mỏ Vĩnh Tân 2,66 113 92 Trầm tích Cụm Sơng Trầu 2,66 113 92 Trầm tích Cụm Soklu 2,66 113 92 Bazan (Macma) Căn vào khả chịu nén đá mỏ trên, xếp theo chất lượng đá giảm dần sau: Tốt đá Hóa An; sau đến đá Tân Cang, Bình Hóa, Tân Hạnh; nhóm Vĩnh Tân, Sông Trầu, Soklu, cuối đá Thiện Tân Về lý thuyết, thành phần khống hóa đá khác độ dãn nở nhiệt chúng khác tất nhiên độ dãn nở nhiệt bê tơng khác Hình 1.2 Đá dăm có nguồn gốc mỏ Tân Cang mỏ Thiện Tân Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Hình 1.3 Hỗn hợp đá dăm bị lẫn nhiều loại đá mỏ khác Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Trong ấn phẩm DEStech Khoa học Kỹ thuật Vật liệu (ISSN: 2572-889X) [12] có trình bày kết nghiên cứu Yong Guang Zhang Lingling Gao (Trung Quốc) kết thí nghiệm hệ số dãn nở nhiệt bê tơng sử dụng loại đá granit, trầm tích, đá bazan, đá vôi, đá thạch anh, đá dolomit Kết cho thấy hệ số dãn nở nhiệt (coefficient of thermal expansion - CTE) loại đá khác có khoảng biến thiên rộng, ví dụ đá granit biến đổi từ (5-11,9) x10-6/oc; đá bazan (4-12,5)x10-6/oc độ dãn nở nhiệt CTE số loại đá tỷ lệ thuận với nhiệt độ Vì để xác định ảnh hưởng loại đá có nguồn gốc khác bê tơng cần qua thí nghiệm thực tế Bảng 1.2 Đặc tính dẫn nhiệt cốt liệu thơ [12] Tạp chí Vật liệu Xây dựng Tập 23 Số - Tháng năm 2011 thuộc hiệp hội Kỹ sư xây dựng Hoa Kỳ ASCE có trình bày “Ảnh hưởng loại cốt liệu thô đến hệ số giãn nở nhiệt bê tông” [13]: Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) xác định cho hỗn hợp bê tơng điển hình làm sáu loại cốt liệu thô khác thuộc lớp sỏi, thạch anh, đá granit, diabase, đá bazan đá dolomit CTE xác định tuổi 28 ngày Nghiên cứu cho thấy thay đổi đáng ý giá trị CTE bê tông với loại cốt liệu khác Bê tơng với cốt liệu thạch anh có giá trị cao CTE, dolomit, sỏi băng, đá granit diabase bazan Theo tài liệu “Hệ số nhiệt bê tông xi măng Portland” Văn Phịng Nghiên cứu Cơng nghệ quản lý đường cao tốc liên bang Sở Giao Thông Mỹ [14] cho thấy hệ số dãn nở nhiệt loại cốt liệu có nguồn gốc đá khác giao động từ 7.10 o / c đến 13.10-6/oc Hồ xi măng ảnh hưởng đến hệ số dãn nở nhiệt bê tông CTE Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông giao động từ 18.10-6/oc đến 20.10-6/oc CTE không phụ thuộc vào tỷ lệ Nước xi măng Bảng 1.3 Hệ số dãn nở nhiệt đá cốt liệu hồ xi măng CTE bê tông xi măng Portland (PCC) dao động từ khoảng đến 12 microstrains / ° C Phạm vi giá trị CTE cho bê tông khác phản ánh thay đổi CTE vật liệu thành phần bê tông Bê tông chứa cốt liệu đá vơi có CTE thấp bê tơng chứa cốt liệu silic Vì cốt liệu chiếm khoảng 70% bê tơng, loại cốt liệu có ảnh hưởng lớn đến CTE bê tông Độ mịn xi măng, thành phần xi măng tuổi, ảnh hưởng đến hệ số dãn nở nhiệt bê tông Trong Bài báo: Phân tích nhiệt đa cực hệ số giãn nở nhiệt ứng suất nhiệt vi mô bê tông tác giả Hui Wang từ Đại học Xây dựng, Đại học Tongji, Thượng Hải 200092, Trung Quốc Herbert Mang từ Viện Cơ học Vật liệu Kết cấu, Đại học Công nghệ TU Vienna Vienna Vienna, Karlsplatz 13/202, 1040 Vienna, Áo [15] cho biết hệ số giãn nở nhiệt bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu, phân số thể tích thành phần, tuổi độ ẩm tương đối bên [16] Loại phần thể tích cốt liệu thơ cho đặc biệt quan trọng giá trị hệ số giãn nở nhiệt bê tông [16,17,18] Các cốt liệu có hàm lượng thạch anh phong phú có hệ số giãn nở nhiệt lớn so với loại có hàm lượng canxit phong phú Do đó, bê tơng chứa cốt liệu silic thể hệ số giãn nở nhiệt lớn so với cốt liệu đá cẩm thạch [19,20] Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông o Quy trình thí nghiệm: Sử dụng máy khoan, khoan lấy mẫu Cắt mẫu có đường kính khỏang 100 mm Sử dụng thước đo độ dài, xác định chiều dài mẫu Lo tới mm Đưa mẫu vào tủ sấy, nâng nhiệt độ tủ lên khoảng 100-1050c Ổn định nhiệt độ tủ khoảng Ghi nhận nhiệt độ ổn định tủ sấy t1 Lấy lắp mẫu vào giá đo biến dạng; đọc số liệu ban đầu đồng hồ biến dạng b Theo dõi trình co mẫu nhiệt độ môi trường đến số đồng hồ biến dạng không thay đổi thời gian tiếng đồng hồ ghi nhận số đồng hồ biến dạng b2 nhiệt độ môi trường tương ứng t2 o Tính tốn kết quả: Xác định độ biến dạng co mẫu nhiệt độ giảm theo cơng thức sau: Kết thí nghiệm: Bảng 3.11 Bảng 3.11 Kết thí nghiệm xác định độ co nhiệt đá gốc TT Chiều Nhiệt độ mẫu (oc) dài lo Ban đầu Cuối (mm) Đá mỏ: Thiện Tân Mẫu Chỉ số biến dạng (mm) Ban đầu Cuối Độ co (mm) ( /0c) M1 101 102 33 0,662 0,565 0,097 13,92E-6 M2 101 102 33 0,915 0,822 0,093 13,34E-6 M3 100 102 33 0,712 0,625 0,087 12,61E-6 Tr.bình 13,29E-6 Đá mỏ: Soklu M1 101 102 33 0,409 0,345 0,064 9,18E-6 M2 100 102 33 0,391 0,331 0,06 8,70E-6 M3 100 102 33 0,697 0,636 0,061 8,84E-6 8,91E-6 Đá mỏ: Tân Cang M1 100 102 33 0,741 0,669 0,072 10,43E-6 M2 100 102 33 0,632 0,558 0,074 10,72E-6 M3 101 102 33 0,697 0,628 0,069 9,90E-6 10,35E-6 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 20 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tơng Nhận xét: Các mẫu đá có nguồn gốc khác nhau, có độ co nhiệt khác Độ co nhiệt đá mỏ Thiện tân lớn đá mỏ Soklu mỏ Tân Cang khoảng 30-50% 3.3.2 Độ co nhiệt bê tơng Kết thí nghiệm: Bảng 3.12 Bảng 3.12 Kết thí nghiệm xác định độ co nhiệt bê tông Chiều dài lo (mm) Ký hiệu mẫu : B30-TT Nhiệt độ mẫu (oc) Chỉ số biến dạng (mm) Ban Cuối Ban đầu Cuối đầu Đá mỏ Thiện Tân, bê tông B30 Độ co (mm) ( /0c) TT Mẫu M1 201 103 34 0,944 0,800 0,144 10,38E-6 M2 202 103 34 0,442 0,294 0,148 10,62E-6 M3 201 103 35 0,239 0,101 0,138 10,10E-6 10,37E-6 Ký hiệu mẫu : B30-SL Đá mỏ Soklu, bê tông B30 M1 202 103 34 0,353 0,242 0,111 7,96E-6 M2 201 103 34 0,681 0,571 0,110 7,93E-6 M3 202 103 34 0,783 0,669 0,114 8,18E-6 8,02E-6 Ký hiệu mẫu : B30-TC Đá mỏ Tân Cang, bê tông B30 M1 201 103 34 0,352 0,239 0,113 8,15E-6 M2 200 103 35 0,569 0,455 0,114 8,38E-6 M3 201 103 35 0,668 0,552 0,116 8,49E-6 8,34E-6 Ký hiệu mẫu : B40-TT Đá mỏ Thiện Tân, bê tông B40 M1 201 103 34 0,555 0,409 0,146 10,53E-6 M2 202 103 35 0,54 0,404 0,136 9,90E-6 M3 201 103 35 0,438 0,303 0,135 9,88E-6 10,10E-6 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 21 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Tiếp bảng 3.12 Chiều dài lo (mm) Ký hiệu mẫu : B40-SL Nhiệt độ mẫu (oc) Chỉ số biến dạng (mm) Ban Cuối Ban đầu Cuối đầu Đá mỏ Soklu, bê tông B40 Độ co (mm) ( /0c) TT Mẫu M1 201 103 35 0,951 0,851 0,100 7,32E-6 M2 200 103 35 0,503 0,421 0,082 6,03E-6 M3 201 103 35 0,738 0,643 0,095 6,95E-6 6,77E-6 Ký hiệu mẫu : B40-TC Đá mỏ Tân Cang, bê tông B40 M1 201 103 35 0,597 0,495 0,102 7,46E-6 M2 200 103 35 0,385 0,290 0,095 6,99E-6 M3 201 103 35 0,273 0,173 0,100 7,32E-6 7,25E-6 Nhận xét: Các mẫu đá có nguồn gốc khác nhau, đồ bền nén bê tơng khác có ảnh hưởng tới độ co nhiệt bê tông 3.3.3 Độ co nhiệt th p Phƣơng pháp thử o Sử dụng mẫu thép gân Việt Nhật 20 mm; độ dài mẫu ban đầu Lo khoảng 250mm o Thiết bị thí nghiệm: Tủ sấy; nhiệt kế thủy ngân, độ chia 10c; đồng hồ biến dạng độ chia 1/1000 mm; thước đo độ dài, độ chia 1mm o Quy trình thí nghiệm: Sử dụng thước đo độ dài, xác định chiều dài mẫu Lo tới mm Đưa mẫu vào tủ sấy, nâng nhiệt độ tủ lên khoảng 100-1050c Ổn định nhiệt độ khoảng Ghi nhận nhiệt độ ổn định tủ sấy t1 Lấy lắp mẫu vào giá đo biến dạng; đọc số liệu ban đầu đồng hồ biến dạng b1 Theo dõi trình co mẫu nhiệt độ môi trường đến số đồng hồ biến dạng không tahy đổi thời gian tiếng đồng hồ ghi nhận số đồng hồ biến dạng b2 nhiệt độ môi trường tương ứng t2 o Tính tốn kết quả: Xác định độ biến dạng co mẫu nhiệt độ giảm theo công thức sau: Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 22 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Kết thí nghiệm: Bảng 3.13 Bảng 3.13 Kết thí nghiệm xác định độ co nhiệt th p TT Mẫu Chiều dài lo (mm) Nhiệt độ mẫu (oc) Ban Cuối đầu Chỉ số biến dạng (mm) Ban đầu Cuối Độ co (mm) ( /0c) M1 246 102 33 0,408 0,192 0,216 12,73E-6 M2 251 102 33 0,672 0,454 0,218 12,59E-6 M3 242 102 33 0,597 0,381 0,216 12,94E-6 Tr.bình 12,75E-6 3.3 PHÂN TÍCH KẾT QU 3.3.1 So sánh độ co nhiệt bê tông mác bê tơng khác Sử dụng kết thí nghiệm, xác định ảnh hưởng cấp độ bền bê tông tới co nhiệt Kết qủa thể trọng hình 3.3 Hình 3.3 Ảnh hưởng cấp độ bền tới độ co nhiệt bê tông Nhận xét: Cấp độ bền bê tơng có ảnh hưởng tới độ co nhiệt Mác bê tơng tăng lên độ co nhiệt giảm Có thể lý giải hồ xi măng có cường độ lớn cản trở co nhiệt đá nhiều 3.3.2 So sánh độ co nhiệt bê tông sử dụng đá dăm có nguồn gốc mỏ khác Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 23 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tơng Hình 3.4 Ảnh hưởng nguồn gốc đá dăm tới độ co nhiệt bê tơng Hình 3.5 Độ co nhiệt đá có nguồn gốc khác Nhận xét: - Bê tông s dụng đá dăm có nguồn gốc từ mỏ Thiện Tân có độ co nhiệt lớn bê tông s dụng đá dăm có nguồn từ mỏ đá Soklu mỏ Tân Cang từ 25-44% - Đá có nguồn gốc từ mỏ Thiện Tân có độ co nhiệt lớn đá có nguồn gốc từ mỏ Soklu mỏ Tân Cang từ 28-49% - Như đá dăm có nguồn gốc khác có ảnh hưởng tới độ co nhiệt bê tông 3.3.3 So sánh độ co nhiệt bê tông độ co nhiệt th p - Theo số liệu từ Giáo trình bê tơng cốt thép [14] hệ số dãn nở nhiệt bê tơng vào khoảng 10x10-6 đến 15x10-6/độ, cốt thép vào khoảng 12x10-6 đến 13x10Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 24 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông 6/ độ Tức để đảm bảo liên kết tốt bê tông cốt thép độ dãn nở bê tơng chênh lệch với với độ dãn nở cốt thép vào khoảng 20% - Theo số liệu tác giả thí nghiệm, với thép Việt Nhật độ co nhiệt cốt thép 12,75 106 /độ C Giá trị nằm khoảng giới hạn 12x10-6 đến 13x10-6/độ - Đối với bê tơng thử nghiệm độ co nhiệt bê tơng có chênh lệch lớn so với độ co nhiệt cốt thép Cụ thể sau: Độ co nhiệt bê tông s dụng nguồn đá dăm có xuất xứ khác bê tơng s dụng đá dăm mỏ Tân Cang có độ co nhiệt thấp cốt thép tới 53-75% thay giới hạn 20% theo [14] Bê tơng s dụng đá dăm nguồn Thiện Tân có độ co nhiệt thấp cốt thép khoảng 23-26% Bàn luận làm việc bê tông cốt th p có chênh lệch hệ số co nhiệt : a/ Trƣ ng hợp độ dãn nở nhiệt bê tông cốt th p - Khi đổ bê tông, nhiệt độ môi trường ban đầu t o, chiều dài cấu kiện bê tông chiều dài cốt thép lo - Ngay sau thi công, xi măng bắt đầu hydrat hóa kèm q trình tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ toàn cấu kiện tăng dần lên đến t1 Cốt thép bê tông đồng thời giãn dài lượng Lo Khi nhiệt độ cao bê tơng cốt thép dãn dài Sau nhiệt khối đổ giảm dần (giả sử quay nhiệt độ ban đầu to); Bê tông cốt thép co đoạn Lo không gây ứng suất cục loại vật liệu Qúa trình mơ tả hình 3.6 Hình 3.6 Tương tác bê tông cốt thép độ dãn dài nhiệt Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 25 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông b/ Trƣ ng hợp độ dãn nở nhiệt bê tông lớn cốt th p - Khi đổ bê tông, nhiệt độ môi trường ban đầu t o, chiều dài cấu kiện bê tông chiều dài cốt thép lo - Ngay sau thi cơng, xi măng bắt đầu hydrat hóa kèm q trình tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ tồn cấu kiện tăng dần lên đến t1 Nếu chế độ tự cốt thép giãn dài đoạn To; bê tông giãn dài đoạn Bo Do hệ số dãn nở nhiệt bê tông lớn thép nên Bo > To Ban đầu cường độ bê tơng cịn thấp, bê tơng cốt thép tự dịch chuyển tương mà không bị cản trở Đến lúc cường độ bê tơng đủ lớn, lực kiên kết bê tông cốt thép với tăng lên cản trở khơng cho bê tơng giản nở hết mức Bo, hay nói cách khác, bê tông bị nén lại phần cốt thép bị bê tông kéo dài so với To Độ dãn dài vật liệu có sữ điều chỉnh có trị số - Khi nhiệt khối đổ giảm dần; bê tơng Hình 3.7 Tương tác bê tông cốt thép độ dãn dài nhiệt bê tông lớn cốt th p cốt thép đồng thời co lại trở nhiệt độ ban đầu to bê tơng cốt thép khơng xuất ứng suất cục Qúa trình mơ tả hình 3.7 c/Trƣ ng hợp độ dãn nở nhiệt cốt th p lớn bê tông - Khi đổ bê tông, nhiệt độ môi trường ban đầu t o, chiều dài cấu kiện bê tông chiều dài cốt thép lo - Ngay sau đổ bê tông, xi măng bắt đầu hydrat hóa kèm q trình tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ cấu kiện tăng dần lên đến t1 Nếu chế độ tự cốt thép giãn dài đoạn To; bê tông giãn dài đoạn Bo Hệ số dãn nở nhiệt thép lớn Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 26 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông bê tông nên To > Bo Ban đầu cường độ bê tơng cịn thấp, bê tơng cốt thép tự dịch chuyển tương mà không bị cản trở Đến lúc cường độ bê tơng đủ lớn, lực kiên kết bê tông cốt thép với tăng lên, cốt thép kéo bê tông dài thêm đoạn làm cho biến dạng bê tông B1 lớn giá trị Bo ban đầu Do cường độ chịu kéo bê tông thấp nên buộc bê tông xuất khe nứt nhỏ - Khi nhiệt khối đổ giảm dần; bê tông cốt thép đồng thời co lại, vết nứt khép lại Điều giải thích tượng thực tế thường sau gỡ cốt pha thấy nứt Qúa trình minh họa hình 3.8 Hình 3.8 Tương tác bê tông cốt thép độ dãn dài nhiệt cốt th p lớn bê tông Nhận x t: - Giữa bê tơng cốt thép có tương tác hệ số dãn nở nhiệt chúng khác Trường hợp hệ số dãn nở nhiệt bê tơng nhỏ cốt thép bê tơng dễ sinh nứt trường hợp ngược lại - Với bê tơng s dụng cốt liệu đá dăm có xuất xứ mỏ Tân Cang, Soklu t nh Đồng Nai dễ sinh nứt nẻ trình thi cơng có chênh lệch nhiệt cao môi trường khối đổ 3.4 ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Dựa vào quy định TCVN 9341:2012- Quy phạm thi công nghiệm thu bê tông khối lớn kết nghiên cứu tác giả trước đây, xác định cách tiếp cận để giải vấn đề nứt kết cấu dầm nhà cao tầng là: a Làm cách khống chế mức chênh lệch nhiệt độ vùng bê tông thỏa mãn điều kiện quy định TCVN 9341:2012 độ chênh lệch nhiệt độ T điểm vùng khối bê tông không vượt 200C chênh lệch Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 27 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông nhiệt độ điểm khối bê tông đơn vị chiều dài đảm bảo thấp 500C/m b Giảm mức chênh lệch độ co dãn nhiệt bê tông cốt thép kết cấu BTCT nhiệt độ kết câu BTCT thay đổi so với nhiệt độ môi trường Theo số liệu đo đạc cơng trình thực tế trình bày phần tổng quan cho thấy kết cấu dầm nhà cao tầng bê tông khối lớn phạm điều kiện gây nứt bê tông theo Quy định thi công nghiệm thu bê tông khối lớn quy định chênh lệch nhiệt độ lịng khối đổ dầm mơi trường tới 230C (53-30), lớn giới hạn 200C; hai modun độ chênh lệch nhiệt độ MT = 1260C/m lớn mức quy định 500C/m Một nguyên nhân gây nứt kết cấu BTCT khác hệ số co nhiệt bê tông thấp nhiều so với hệ số co nhiệt cốt thép, cụ thể 53-75% thay 20% [14] quy định làm cho bê tông chịu kéo có chênh lệch nhiệt độ đủ lớn Vì việc kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng bị nứt nguyên nhân Một giải pháp chung tìm cách giảm chênh lệch nhiệt độ khối đổ môi trường Theo TCVN 9341:2012- Quy phạm thi công nghiệm thu bê tông khối lớn để đảm bảo cho khối bê tơng khơng bị nứt cần có giải pháp kỹ thuật loại trừ hai điều kiện gây nứt bê tông cách hạn chế chênh lệch nhiệt độ t thỏa mãn đồng thời điều kiện Chúng ta áp dụng giải pháp sau:  Sử dụng thành phần bê tông hợp lý: - Hạn chế lượng dùng xi măng giải pháp sử dụng phụ gia giảm nước; độ lưu động nhỏ - Sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp - Hạn chế việc sử dụng bê tông đạt mác thiết kế ngày tuổi để tăng tiến độ thi cơng  Giải pháp bên ngồi: - Hạ nhiệt hỗn hợp bê tông trước đổ, không cao 250C, tốt nên mức không 200: Để đạt đựợc nhiệt độ này, vào mùa hè nắng nóng, Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 28 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông cần phải có biện pháp hạ thấp nhiệt độ vật liệu thành phần bê tông nước, che đậy bảo vệ hỗn hợp bê tông trước đổ sau: a/ Che chắn nắng kho chứa cốt liệu khỏi tác động trực tiếp xạ mặt trời làm nóng vật liệu chứa kho b/ Phun nước có nhiệt độ thấp lên đá dăm c/ Làm lạnh cát hệ thống ống nước lạnh d/ Hạ thấp nhiệt nước trộn bê tông nước đá dạng cục đập nhỏ làm lạnh nước nitrogen lỏng - Đưa nhiệt khối bê tơng ngồi nhanh, nhiều hơn: Có thể thực việc cách đặt dàn ống thoát nhiệt kim loại lịng khối đổ Sau bơm nước lạnh chạy qua dàn ống để đưa nhiệt vùng tâm khối đổ ngồi Chia nhỏ khối đổ để thi cơng; - Giữ cho nhiệt độ khối đổ bê tông đồng hơn: Biện pháp bọc vật liệu cách nhiệt cho phép giữ cho nhiệt thủy hóa xi măng khơng ngồi, mà tích tụ khối bê tơng cân nhiệt vùng tâm với vùng xung quanh khối đổ - Chống xung nhiệt tháo dỡ cốp pha; Chống nhiệt nhanh gờ cạnh góc kết cấu - Để tránh tác động xung nhiệt cho lớp bê tơng xung quanh phía ngồi khối đổ, việc tháo dỡ cốp pha cần đảm bảo yêu cầu sau đây: Chỉ tháo cốp pha thành bê tơng có tuổi khơng ngày đêm Tháo cốp pha làm bước: Đầu tiên tháo bung thành cốp pha để cốp pha chỗ Sau ngày đêm chuyển cốp pha Tuy có nhiều giải pháp kỹ thuật để ngăn chặn tình trạng nứt nẻ kết cấu BTCT trên, vào thực tế cho thấy, nhà quản lý thường coi nhẹ tượng nứt vấn đề cịn liên quan đến tiến độ, kinh phí Theo Chúng đề nghị nghiên cứu lựa chọn giải pháp tốn phù hợp với tình hình thực tế như: - Đề nghị Cơ sở cấp bê tơng phải có bồn chứa xi măng chờ để xi măng giảm nhiệt trước sử dụng sản xuất bê tông Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 29 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông - Nghiên cứu đánh giá tác dụng cốt pha kim loại việc giải nhiệt cho khối đổ - Nghiên cứu sử dụng phụ gia nở cho bê tông hạn chế gây nứt kết cấu BTCT q trình thi cơng Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 30 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Phần IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Đá dăm có nguồn gốc khác có ảnh hưởng tới độ co nhiệt bê tông Bê tơng sử dụng đá dăm có nguồn gốc từ mỏ Thiện Tân có độ co nhiệt lớn bê tơng sử dụng đá dăm có nguồn từ mỏ đá Soklu mỏ Tân Cang từ 25-44% - Độ co nhiệt bê tông sử dụng nguồn đá Soklu, Tân Cang, Thiện Tân nhỏ cốt thép Trong nguồn đá dăm có xuất xứ khác bê tơng sử dụng đá dăm mỏ Tân Cang có độ co nhiệt thấp cốt thép tới 53-75% thay độ lệch thông thường 20% Bê tông sử dụng đá dăm nguồn Thiện Tân có độ co nhiệt thấp cốt thép khoảng 23-26% Trường hợp hệ số dãn nở nhiệt bê tông lệch nhiều so với cốt thép dễ sinh nứt nẻ kết cấu bê tơng cốt thép có chênh lệch nhiệt độ khối bê tông môi trường Kiến nghị - Đề nghị trước mắt nhà Thầu cần có giải pháp giảm chênh lệch nhiệt độ khối đổ môi trường như: Đổ bê tông vào ban đầm; Cơ sở cấp bê tơng phải có bồn chứa xi măng chờ để xi măng giảm nhiệt trước sử dụng sản xuất bê tông; biện pháp làm mát vật liệu trước trộn - Nghiên cứu đánh giá tác dụng cốt pha kim loại việc giải nhiệt cho khối đổ - Nghiên cứu sử dụng phụ gia nở cho bê tông hạn chế gây nứt kết cấu BTCT trình thi cơng Chủ nhiệm đề tài Th.s Khương Văn Huân Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 31 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Tài liệu tham khảo [1] Chống nứt co ngót nhiệt cho kết cấu bê tông Cổng thông tin Bộ Xây dựng < http://www.xaydung.gov.vn/en/web/guest/thong-tin-tu-lieu/-/tin-chi-tiet/ek4I/86/15684/chongnut-do-co-ngot-nhiet-cho-ket-cau-betong.html> [2] Giải pháp ngăn ngừa nứt kết cấu bê tông cốt thép Trung tâm Thông tin Chuyển giao công nghệ VLXD - Hội VLXD Việt Nam [3] Japan Concrete Institute Practical guideline for investigation, repair and strengthening of cracked concrete structure– Hội Thảo Khoa học ngày 22/8/2017 Trường Đại học Kiến Trúc T.p HCM [4] Một số nguyên nhân hình thành khuyết tật bê tơng phân loại [5] Nứt nẻ bê tông, nguyên nhân cách phòng tránh [6] TCVN 9341:2012- Quy phạm thi công nghiệm thu bê tông khối lớn [7] TCVN 7570:2006.-Tiêu chuẩn k thuật cốt liệu cho bê tông vữa [8] TCVN 5574:2012- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép [9] Vấn đề nứt kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng - [10] Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, 2014 Báo cáo xác định nguyên nhân gây nứt dầm bê tơng cốt thép cơng trình Nhà xã hội HQC – LAZA huyện Bình Chánh T.p HCM (10/2014) [11] Võ Bá Tầm, 2016 Giáo trình Kết cấu bê tơng cốt thép Nhà xuất Đại học Quốc gia T.p HCM 2017 [12] https://www.semanticscholar.org/paper/Thermal-Expansion-Coefficient-Testing-ofRoad-Using-Zhang-Gao/9f25493d72062205de362a2dd66e1e51cd9ac5db/figure/0 [13]https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29MT.1943-5533.0000198 [14] https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/pccp/thermal.cfm [15] https://www.mdpi.com/1996-1944/12/17/2689/htm [16] Emanuel, J.H.; Hulsey, J Prediction of the thermal coefficient of expansion of concrete J Am Concr Inst 1977, 74, 149–155 [17] Sakyi-Bekoe, K Assessment of the Coefficient of Thermal Expansion of Alabama Concrete Master’s Thesis, Auburn University, Auburn, AL, USA, 2008 [18] Tasneem, K.; Kim, S.H.; Kim, J.; Nam, B.; Park, Y Effects of aggregate mineralogy on the thermal expansion behavior of concrete In Proceedings of the 2nd Transportation and Development Institute Congress, Orlando, FL, USA, 8–11 June 2014; pp 163–172 [19] Bonnell, D.G.R.; Harper, F.C The thermal expansion of concrete J Inst Civ Eng 1950, 33, 320–330 [20] Mukhopadhyay, A.K.; Neekhra, S.; Zollinger, D.G Preliminary Characterization of Aggregate Coefficient of Thermal Expansion and Gradation for Paving Concrete; Technical Report 0-1700-5; Texas Transportation Institute: College Station, TX, USA, 2007 [21] Zhou, C.; Huang, B.; Shu, X Micromechanical model for predicting coefficient of thermal expansion of concrete J Mater Civ Eng 2013, 25, 1171–1180 [22] Zhou, C.; Shu, X.; Huang, B Predicting concrete coefficient of thermal expansion with an improved micromechanical model Constr Build Mater 2014, 68, 10–16 [23] https://www.fhwa.dot.gov/pavement/concrete/coefficient.cfm Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 32 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tơng MỘT SỐ HÌNH NH TRONG Q TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Hình PL1 Mỏ đá Soklu Nơi lấy mẫu thí nghiệm Hình PL2 Mỏ đá Thiện Tân Nơi lấy mẫu thí nghiệm Hình PL3 Mỏ đá Tân Cang Nơi lấy mẫu thí nghiệm Hình PL4 Gia cơng mẫu thử nghiệm Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 33 Nghiên cứu xác định ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tơng Hình PL5 Mẫu bê tơng thử nghiệm Hình PL6 Tủ sấy mẫu Hình PL7 Đo co nhiệt mẫu bê tơng Hình PL8 Đo co nhiệt Mẫu đá gốc Hình PL9 Đo co nhiệt mẫu thép gân Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 34