Luận văn nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổdầm bê tông cốt thép nhà ởdân dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN  ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM NHIỆT KHỐI ĐỔ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP NHÀ Ở DÂN DỤNG Chủ nhiệm đề tài: TS Khương Văn Hn Khoa: Kỹ thuật cơng trình TP HỒ CHÍ MINH Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng 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 sửa chữa gia cố vết nứt kết cấu bê tông (BT) Viện Bê tơng Nhật Bản [1] có đưa khoảng 40 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 [2] 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 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 Nhiệt khơng khí, cát, đá dăm, xi măng ảnh hưởng tới nhiệt độ hỗn hợp bê tông đổ Khi đổ bê tông, xi măng gia đoạn hydrat hóa mạnh mẽ nhất, với tác động nhiệt độ mơi trường khơng khí nhiệt độ ban đầu xi măng, nên nhiệt độ khối đổ bê tông tăng nhanh chóng Vì chênh lệch nhiệt độ bê tơng khơng khí vào ban đêm có tới 30oc Chúng ta xem xét điều kiện gây nứt cho bê tông ứng suất nhiệt: Theo TCVN 9341:2012- [3] có đề cập đến ứng suất nhiệt bê tơng khối lớn (Khối đổ có kích thước > 2m) Điều kiện kỹ thuật quan trọng tiêu chuẩn quy định độ chênh Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng lệch nhiệt độ T điểm vùng khối bê tông 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 dân dụng khu vực T.p HCM vùng lân cận sau: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam khảo sát cơng trình Plaza Hồng Qn [4], với tiết diện dầm 300x500 mm; điểm đặt ống đo nhiệt độ vị trí dầm độ sâu 0,30m Sau thời gian đổ 24h, nhiệt độ dầm 53oc Qua hồ sơ 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 khơng sai sót Mác bê tơng thiết kế M400 28 ngày Để tăng tiến độ thi cơng, cơng trình có sử dụng bê tơng 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 q 2/3 chiều cao dầm) Với cơng trình nhà cao tầng Trường Cao Đẳng Sư phạm Kỹ thuật LV, 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 công, công trình sử dụng cốt pha ván gỗ; gỡ cốt pha khơng nhìn thấy vết nứt Vết nứt thường phát tình cờ sau gỡ cốt pha thời gian Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng khơng xác định Hình Sơ họa vết nứt dầm Trong Giáo trình bê tơng cốt thép [5] có đề cập đến tính chất dãn nở nhiệt bê tông: Khi nhiệt độ thay đổi phạm vi thơng thường từ 26-100oC hệ số dãn nở 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 [6], 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 Trong q trình thi cơng, bê tơng giai đoạn hình thành cường độ, khả chịu kéo, nén bê tông 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 tông cốt thép có chênh lệch Theo kết thống kê Cơng ty Kiểm định Sài Gịn [7], [8], 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 tông 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 ngun 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 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng chống co ngót cho bê tơng 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 tơng 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 chất đá khác 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 [9] cho thấy hệ số dãn nở nhiệt loại cốt liệu có nguồn gốc đá khác giao động từ 7.10-6 đến 13.10-6 (/oc) Hồ xi măng ảnh hưởng đến hệ số dãn nở nhiệt bê tông (CTE) giao động từ 18.10-6 đến 20.10-6(/oc) CTE bê tông không phụ thuộc vào tỷ lệ Nước xi măng Bảng Hệ số dãn nở nhiệt đá cốt liệu hồ xi măng CTE bê tông xi măng Portland (PCC) dao động từ khoảng (8-12)x10-6 (/°C) Phạm vi giá trị CTE cho bê tông khác phản ánh thay đổi CTE vật liệu thành phần bê tông Bê tơng 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 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng tuổi, ảnh hưởng đến hệ số dãn nở nhiệt bê tơng Ở khu vực phía Nam nước ta sử dụng nguồn đá dăm chủ yếu mỏ đá Hóa An; Tân Bản; Tân Vạn; Thiện Tân; Tân Cang; Vĩnh Tân; Soklu (Đồng Nai) Theo kết nghiên cứu xác định ảnh hưởng nguồn cốt liệu khác tới hệ số co nhiệt BT [10] cho thấy hệ số co nhiệt BT sử dụng đá 1x2 mỏ Đá mỏ Tân Cang, Soklu với bê tông B30 cho hệ số co nhiệt  = (8,0-8,3).10-6 (/oc); với BT B40  = (6,8-7,3).10-6 (/oc) Nếu so sánh với hệ số dãn nở nhiệt thừa nhận phổ biến (1015)x10-6 (/oc) thấp khoảng (25-50)% Hệ số co nhiệt thép  = 12,8.10-6 (/oc) Do có chênh hệ số co dãn nhiệt BT cốt thép thực tế khác lớn, nên ảnh hưởng tới tượng kết cấu BTCT cần xem xét Giải pháp giảm nhiệt khối đổ:  Sử dụng thành phần bê tông hợp lý: - Hạn chế lượng dùng xi măng giải pháp sử dụng phụ gia giảm nước; thành phần cốt liệu hợp lý; 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 ngoài: - 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, 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 tông 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 Chia nhỏ khối đổ để thi công; Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng 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 liên quan đến tiến độ, kinh phí Theo chúng tơi 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 - 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 Trong nội dung đề tài đề xuất: Để giảm nhiệt khối đổ, đề tài sử dụng giải pháp tăng cường thoát nhiệt BT qua bề mặt cốt pha giảm nhiệt từ lòng khối đổ qua dẫn nhiệt Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Phần II PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CÚU 2.1 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để đánh giá hiệu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm BTCT nhà dân dụng, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm phương pháp so sánh đối chứng kết qủa nghiên cứu Khi gia công kết cấu BTCT cần có hệ thống cốt pha Để định hình kích thước dầm thường sử dụng ván khn gỗ ép Gỗ ván ép sử dụng phổ biến loại ván có phủ lớp keo, có tác dụng hạn chế hút nước, tạo bề mặt kết cấu bê tông láng mịn Dầm BTCT xuất nứt thường có tiết diện lớn, nhịp dài sử dụng bê tông mác cao Qua số kết khảo sát cho thấy dầm dễ bị nứt có kích thước tiết diện 60x80cm; 50x50; 30x60 … Nhiệt lượng khối đổ dầm phân tán vào khơng khí qua diện tích bề mặt sàn mặt dầm lại qua lớp cốt pha gỗ Để giảm nhiệt khối đổ dầm BTCT, giải pháp kỹ thuật sau:  Giải pháp - giải nhiệt từ bề mặt hông khối đổ: Do cốt pha gỗ có hệ số truyền nhiệt [0,13-0,18 W/(m-K)] thấp bê tông [2,1 W/(m-k)] khoảng 10 lần, nên tiết diện dầm lớn, mác bê tơng cao, nhiệt độ tích tụ dầm cao Để giảm nhiệt khối đổ nhanh sử dụng cốt pha gỗ thơng thường, cần có loại cốt pha có hệ số dẫn nhiệt cao gỗ Trong nghiên cứu Tác giả sử giải pháp đơn giản sử dụng ván gỗ ép thông thường đục lỗ mức định Các lỗ bịt lớp tôn tráng kẽm mỏng (0,2mm) Nhiệm vụ tơn ngăn hỗn hợp bê tơng chui ngồi tạo điều kiện giải tỏa nhiệt khối đổ mơi trường khơng khí nhanh Hình Hình dạng ván gỗ ép có đục lỗ Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng  Giải pháp hai - Giải nhiệt từ lòng khối đổ Sử dụng vật liệu dẫn nhiệt tốt (kim loại), đặt lòng khối đổ giải nhiệt bên ngồi khơng khí 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:  Chọn mẫu khảo sát Mẫu khảo sát chia làm nhóm Nhóm 1: có mẫu: mẫu sử dụng cốt pha bình thường (giữ vai trò đối chứng); mẫu khảo sát sử dụng cốt pha biên có cấu tạo khác nhau; mẫu sử dụng lõi thép thoát nhiệt; mẫu sử dụng CP bình thường tháo cốt pha biên sau ngày Nhóm 2: có mẫu: mẫu sử dụng cốt pha bình thường; mẫu khảo sát sử dụng cốt pha biên có cấu tạo khác nhau; mẫu sử dụng cốt pha đáy có cấu tạo khác nhau; 01 mẫu sử dụng cốt pha đáy thép 100% Nội dung cụ thể sau NHÓM MẪU Giải pháp 1: Giải nhiệt từ bề mặt cấu kiện: o Mẫu đo thử nghiệm đoạn mẫu dầm dài 0,3 m tổng chiều dài khoảng 2,1 m Để hạn chế tác động lẫn đoạn mẫu dầm, chúng phân tách lớp xốp cách nhiệt (Xem mơ tả hình 3) o Chọn loại mẫu thử nghiệm: - Mẫu 01: Mẫu sử dụng ván khuôn gỗ ép 100% - không gỡ cốt pha (Đối chứng) - Mẫu 02: Mẫu sử dụng ván khuôn biên gỗ ép đục15 lỗ, đường kính lỗ 45 mm, diện tích đục lỗ chiếm 16,6% diện tích; bên có lớp tơn trắng tráng kẽm dày 0,2 mm - Không gỡ cốt pha - Mẫu 03: Mẫu sử dụng ván khuôn gỗ ép đục 15 lỗ, đường kính 65mm, diện tích bị đục lỗ chiếm 34,5% diện tích; bên có lớp tơn trắng tráng kẽm dày 0,2 mm - Không gỡ cốt pha - Mẫu 04: Mẫu sử dụng ván khuôn gỗ ép 100%, gỡ cốt pha hông sau 24 tiếng o Điểm đặt lỗ đo nhiệt Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng - Sử dụng lỗ thăm nhiệt độ: lỗ (1) đặt tâm khối đổ, lỗ (2) đặt giáp mép ván khn hơng dầm; lỗ (3) vị trí trung gian lỗ (1) (2) Độ sâu lỗ mức 0,5h (h Chiều cao dầm) o Quy trình đo nhiệt độ - Trên cấu kiện đo nhiệt độ mẫu đo nhiệt độ môi trường không khí thời điểm - Thời gian đo: 30 phút đo lần Giải pháp thứ hai: Giải nhiệt từ vùng tâm khối đổ Sử dụng vật liệu thép (là vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao gỗ) để dẫn nhiệt lòng khối đổ ngồi khơng khí Giải nhiệt từ tâm khối đổ thực theo phương án Giải pháp cụ thể đề nghị sau: o Phương án 1- Mẫu 5: Trên đoạn dầm 30 cm, chia làm khoảng, khoảng dài 10 cm (phù hợp với điều kiện thực tế trường hợp khoảng cách cốt đai 10 cm - trường hợp cốt đai dày) Mỗi khoảng đặt thép dẹt có kích thước 80x1000x1mm theo phương dọc trục dầm o Phương án 2- Mẫu 6: Chia khoảng đặt tương tự phương án 1; tản nhiệt thép xây dựng đường kính d= 25mm, dài 1m (Chu vi tương đương với thép rộng 80mm) Sơ đồ phương án đo thực dầm giả định phân tách lớp xốp cách nhiệt Xem hình Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tơng cốt thép nhà dân dụng Hình Kiểu bố trí mẫu nhóm  Chọn mác bê tông Hiện mác bê tông sử dụng xây dựng nhà dân dụng cao tầng phổ biến có mác M350 (B25); M400 (B30) tuổi 28 ngày Tuy nhiên để rút ngắn thời gian thi công, nhà thầu thường sử dụng bê tơng tuổi ngày Vì Tác giả chọn bê tơng có mác M400R7 để thử nghiệm  Bảo dƣỡng điều kiện tự nhiên;  Phƣơng pháp gia công mẫu: Trộn máy trộn thủ công, đầm tay  Thiết bi đo nhiệt độ: Sử dụng thiết bị đo tự động 12 kênh, đầu dò senso nhiệt Độ phân giải 0,1oc Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 11 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Phần III KẾT QU NGHIÊN CỨU VÀ BÌNH LUẬN 3.1 THÀNH PHẦN CẤP PHỐI BÊ TÔNG Vật liệu sử dụng: - Xi măng Thăng Long PCB40 (cấp phối A) Hà Tiên PCB 40 (CPB) - Cát mịn có modun độ lớn M=1,35 - Đá mi có M=3,26 - Đá dăm 1-2 cm - Phụ gia hóa dẻo Vinkem poly 139N - Nước trộn: Nước sinh hoạt - Môi trường bảo dưỡng: khô tự nhiên Cƣờng độ nén mẫu: tuổi 1, 3, ngày Số liệu biểu thị bảng Bảng Thành phần cấp phối cƣờng độ nén bê tông Ký hiệu Mác bê tông Thành phần vật liệu cho m3 bê tông (kg) Xi măng Cát mịn Đá mi Đá dăm Phụ gia Nước Độ sụt Cường độ nén (MPa) ngày ng (cm) ng A M300R7 425 687 1076 5.1 205 10 7.82 19.07 27.07 B M400R7 505 450 440 975 5,4 166 12 20.81 27.58 38.30 3.2 KẾT QU THỬ NGHIỆM VÀ BÌNH LUẬN 3.2.1 Kết thí nghiệm Dựa vào số liệu thí nghiệm, diễn biến nhiệt độ theo thời gian điểm đo trường hợp thí nghiệm biểu diễn sau: Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 12 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Kết nhóm Hình Kết thí nghiệm nhóm Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 13 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Kết nhóm Hình Kết thí nghiệm nhóm 3.2.2 Bình luận Căn đường biểu diễn nhiệt độ số vị trí khảo sát khối đổ theo thời gian, tác giả thấy số điểm sau: - Đường biểu diễn có dạng parabon, thời điểm xuất đỉnh nhiệt khoảng 10-12 tiếng sau trộn - Nhiệt độ môi trường khơng khí thay đổi ngày có ảnh hưởng tới thoát nhiệt khối đổ Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 14 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng - Giữa phương án cốt pha khác có ảnh hưởng tới thoát nhiệt khối đổ Nhiệt độ khối đổ ban đầu tăng lên chủ yếu khoáng C3A (Aluminat tricalcite) thủy hóa mạnh sinh nhiệt nhiều từ gặp nước Khi nhiệt độ khối đổ cao nhiệt độ mơi trường khơng khí nhiệt độ khối đổ khuyếch tán khơng khí thơng qua bề mặt thống phía mặt cốt pha lại chênh lệch nhiệt độ cân Lượng nhiệt phụ thuộc vào hàm lượng khoáng C3A loại xi măng lượng dùng xi măng cấp phối bê tông Để đánh giá hiệu tác dụng giảm nhiệt khối đổ phương án khảo sát so với phương án cốt pha truyền thống (đối chứng), tiến hành so sánh phương án: giá trị đỉnh nhiệt phương án nghiên cứu so với phương án đổi chứng; hai diện tích biểu đồ nhiệt giới hạn đường biểu diện nhiệt trục hoành khoảng thời gian định Thời gian lấy từ thời gian 10 tiếng đến 40 tiếng sau trộn BT Lý khoảng thời gian này, đường tương quan phương án có khác biệt rõ Nhóm thứ nhất: Kết nhóm mẫu thứ thể Bảng bảng Bảng Bảng thống kê đỉnh nhiệt phƣơng án TT Phương án Nhiệt độ (oc) vùng Biên 12,5 cm Tâm Độ lệch so với ĐC (%) Biên 12,5 cm Tâm Cốt pha gỗ 100% 48,4 51,4 51,4 0,00 0,00 0,00 Cốt pha biên có lỗ 16% 45,9 48,9 50,2 5,17 4,86 2,33 Cốt pha biên có lỗ 35% 45,2 48,5 49,5 6,61 5,64 3,70 Cốt pha gỗ + Lõi sắt tròn 46,6 49,2 50,2 3,72 4,28 2,33 Cốt pha gỗ + Lõi sắt dẹt 46,2 49,0 49,4 4,55 4,67 3,89 Gỡ CP sau ngày 48,1 50,5 51,0 0,62 1,75 0,78 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 15 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Bảng Bảng thống kê diện tích biểu đồ nhiệt phƣơng án TT Diện tích (oc.h) vùng Phương án Biên Độ lệch so với ĐC (%) Tâm 12,5 cm Biên 12,5 cm Tâm Cốt pha gỗ 100% 1800 1878 1899 0,00 0,00 0,00 Cốt pha biên có lỗ 16% 1729 1808 1843 3,96 3,73 2,94 Cốt pha biên có lỗ 35% 1714 1793 1821 4,78 4,50 4,07 Cốt pha gỗ + Lõi sắt tròn 1740 1805 1840 3,36 3,87 3,10 Cốt pha gỗ + Lõi sắt dẹt 1715 1790 1808 4,74 4,66 4,76 Gỡ CP sau ngày 1629 1764 1785 9,51 6,06 5,96 o Khi CP biên đục lỗ đặt cốt thép trục dầm tháo cốt pha sớm có tác dụng giảm nhiệt khối đổ o Trường hợp CP biên có lỗ 35%, nhiệt độ khối đổ giảm ĐC khoảng 4-6% o Đặt lõi thép tròn thép dẹt với mật độ nhiệt độ gỉảm khoảng 3-4% so với đối chứng o Gỡ cốt pha biên sau ngày giảm 6-9% so với ĐC Tuy nhiên đỉnh nhiệt khối đổ rơi vào thời điểm trước 24 h Nhóm mẫu thứ hai Kết nhóm mẫu thứ hai thể Bảng bảng Bảng Bảng thống kê đỉnh nhiệt phƣơng án TT Phương án Nhiệt độ (oc) vùng Đáy Cách đáy 4cm Độ lệch so với ĐC (%) Tâm Đáy Cách đáy 4cm Tâm Cốt pha gỗ 100% 50,0 51,8 53,3 0,0 0,0 0,0 CP đáy có lỗ 16 % 49,9 51,0 52,4 0,2 1,5 1,7 CP đáy có lỗ 35 % 49,1 50,5 52,0 1,8 2,5 2,4 CP biên có lỗ 16 % 47,0 48,3 50,9 6,0 6,8 4,5 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 16 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng CP biêncó lỗ 35 % 46,7 48,2 50,8 6,6 6,9 4,7 CP đáy tôn 100% 43,9 46,3 50,8 12,2 10,6 4,7 Bảng Bảng thống kê diện tích biểu đồ nhiệt phƣơng án TT Phương án Diện tích (oc.h) vùng Đáy Cách đáy 4cm Tâm Độ lệch so với ĐC (%) Đáy Cách đáy 4cm Tâm Cốt pha gỗ 100% 1767,3 1808,3 1856,7 0,0 0,0 0,0 CP đáy có lỗ 16 % 1734,8 1766,7 1815,1 1,8 2,3 2,2 CP đáy có lỗ 35 % 1722,9 1750,0 1810,3 2,5 3,2 2,5 CP biên có lỗ 16 % 1685,0 1729,0 1803,0 4,7 4,4 2,9 CP biêncó lỗ 35 % 1665,6 1711,5 1780,8 5,8 5,4 4,1 CP đáy tôn 100% 1555,9 1616,1 1745,0 12,0 10,6 6,0 o Khi có diện tích lỗ PA cốt pha biên có tác dụng giảm nhiệt nhanh CP đáy khoảng lần Có thể giải thích nhiệt nóng có xu hướng di chuyển lên phía từ cốt pha biên thuận lợi vùng CP đáy o Phương án CP đáy tôn, nhiệt độ khối đổ giảm khoảng 10% so với PA gỗ ván ép (đối chứng) o Phương án CP biên có lỗ 35% giảm nhiệt khoảng 6% so với đối chứng 3.3.2 Xác định ảnh hƣởng nhiệt độ khối đổ ảnh hƣởng tới nứt dầm bê tông a Xét ảnh hƣởng chênh lệch nhiệt độ vị trí khối đổ Theo TCVN 9341:2012- Quy phạm thi công nghiệm thu bê tơng khối lớn [3] ứng suất nhiệt đề cập bê tông 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 tông không vượt 200C; tiêu chuẩn quy định độ chênh lệch nhiệt độ điểm khối bê tông đơn Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 17 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng vị chiều dài đảm bảo thấp 500C/m (Mức chênh lệch nhiệt độ điểm khối bê tông cách 1m) Với dầm BTCT nhà dân dụng có kích thước khối đổ nhỏ m Tuy nhiên nội dung đề tài xem xét yếu tố Kết tính gadient nhiệt điểm đo thể bảng Bảng Xác định gadient nhiệt khối đổ TT Phương án Diện tích (oc.h) vùng Tâm Cách đáy 4cm Đáy Gadient nhiệt J (oc/m) Tâm- 4cm Tâm-Đáy CP Giới hạn Cốt pha gỗ 100% 53,3 51,8 50,0 7,1 13,2 < [50] CP đáy có lỗ 16 % 50,9 48,3 47,0 12,4 15,6 < [50] CP đáy có lỗ 35 % 50,8 48,2 46,7 12,4 16,4 < [50] CP biên có lỗ 16 % 52,4 51,0 49,9 6,7 10 < [50] CP biêncó lỗ 35 % 52,0 50,5 49,1 7,1 11,6 < [50] CP đáy tôn 100% 50,8 46,3 43,9 21,4 27,6 < [50] Nhận xét: o Mức chênh lệch nhiệt độ vùng nhỏ khoảng 4oc giá trị gadient nhiệt không vượt giới hạn [50] (oc/m) b Xét ảnh hƣởng chênh lệch nhiệt độ vùng đặt cốt thép với môi trƣờng Như biết, kết cấu BTCT làm việc đồng hệ số dãn nở nhiệt BT cốt thép gần Trong Giáo trình bê tơng cốt thép [5] có đề cập đến tính chất dãn nở nhiệt bê tông: Khi nhiệt độ thay đổi phạm vi thơng thường từ 26-100oC hệ số dãn nở 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], hệ số dãn nở nhiệt bê tông lấy giá trị 10x10-6/oc Tuy nhiên, theo kết khảo sát [10], hệ số co dãn nhiệt thép 12,75x10-6 (/oc); bê tông vào khoảng (6,77 - 7,25)x10-6 (/oc) Để đánh giá ảnh hưởng chênh lệch nhiệt độ tới làm việc kết cấu BTCT Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 18 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng trường hợp độ dãn nở nhiệt cốt thép lớn bê tông sau: - Khi đổ bê tông, nhiệt độ môi trường ban đầu to, 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 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 Hình Tương tác bê tông cốt thép độ dãn dài nhiệt cốt thép lớn bê tông 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 Qúa trình minh họa hình Dựa vào hệ số dãn nở nhiệt BT CT, modun đàn hồi kéo BT, phát triển cường độ BT theo thời gian, tiến hành tính tốn mức chênh lệch nhiệt độ vùng đặt cốt thép mơi trường gây ứng suất kéo gây nứt cho bê tơng sau: Trình tự tính tốn: - Xác định độ chênh lệch nhiệt độ vùng cách cốt pha đáy cm (Vùng đặt cốt thép) so với nhiệt độ hỗn hợp BT bắt đầu đổ t - Xác định độ dãn dài tương đối bê tông b nhiệt độ tăng t: b = t.αb Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 19 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng - Độ dãn dài tương đối cốt thép s nhiệt độ tăng t: s = t.αs - Độ dãn dài tương đối bê tông chịu kéo nhiệt độ giảm nhiệt độ ban đầu hiệu số độ dãn dài tương đối thép bê tông:  =s-b - Từ biến dạng kéo BT, tính cường độ chịu kéo Rbtn=.Ebtn Trong Ebtn modun đàn hồi kéo dọc trục BT - So sánh cường độ chịu kéo Rbtn bê tông với khả chịu kéo [Rbtn] BT thời điểm Khi Rbtn  [Rbtn] BT có khả bị nứt Các tham số tính tốn: - Theo kết nén mẫu thực tế tuổi ngày: R1ngày = 20,81 MPa Nếu coi tốc độ phát triển cường độ bê tông theo thời gian (giờ) tỷ lệ thuận với thời gian Rbn =0,867t (MPa); t tính theo (h) - Cường độ kéo BT Rbtn giả định 10% cường độ nén hay Rbtn =0,0867t (MPa) - Biến dạng thép αs = 12,8x10-6 (/oc); Biến dạng BT αb =7,00x10-6 (/oc) - Modun đàn hồi BT có cường độ Rbn =20 MPa (1 ngày): E=23x103 (MPa) [5] Nếu coi tốc độ phát triển cường độ bê tông theo thời gian (h) tỷ lệ thuận với thời gian modun đàn hồi tỷ lệ thuận với cường độ nén Ebtn = 958,3t (MPa); t tính theo (h) Kết tính toán: Sử dụng số liệu đo phương án cốt pha gỗ 100% để tính tốn, kết sau: Bảng Xác định khả gây nứt cấu kiện Tuổi (h) Nhiệt độ BT (oc) Độ dãn dài tương đối Vùng Ban BT CT đầu CT Chênh Khả chịu kéo BT (MPa) Cường độ BT chịu kéo (MPa) Khả gây nứt 33,3 34 -4,90E-06 -8,93E-06 -4,03E-06 0,000 0,000 Không gây nứt 34,5 34 3,50E-06 6,38E-06 2,88E-06 0,087 0,003 Không gây nứt 41,3 34 5,11E-05 9,31E-05 4,20E-05 0,173 0,080 Không gây nứt 46,4 34 8,68E-05 1,58E-04 7,13E-05 0,260 0,205 Không gây nứt Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 20 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng 49,9 34 1,11E-04 2,03E-04 9,14E-05 0,347 0,350 Gây nứt 51,1 34 1,20E-04 2,18E-04 9,83E-05 0,433 0,471 Gây nứt 51,4 34 1,22E-04 2,22E-04 1,00E-04 0,520 0,575 Gây nứt 51,8 34 1,25E-04 2,27E-04 1,02E-04 0,607 0,686 Gây nứt 51,6 34 1,23E-04 2,24E-04 1,01E-04 0,694 0,776 Gây nứt 51,7 34 1,24E-04 2,26E-04 1,02E-04 0,780 0,878 Gây nứt 10 51,7 34 1,24E-04 2,26E-04 1,02E-04 0,867 0,975 Gây nứt 11 51,6 34 1,23E-04 2,24E-04 1,01E-04 0,954 1,066 Gây nứt 12 51,5 34 1,23E-04 2,23E-04 1,01E-04 1,040 1,157 Gây nứt 13 51,1 34 1,20E-04 2,18E-04 9,83E-05 1,127 1,225 Gây nứt 14 50,6 34 1,16E-04 2,12E-04 9,55E-05 1,214 1,280 Gây nứt 15 49,9 34 1,11E-04 2,03E-04 9,14E-05 1,300 1,314 Gây nứt 16 49,2 34 1,06E-04 1,94E-04 8,74E-05 1,387 1,340 Không gây nứt 17 48,6 34 1,02E-04 1,86E-04 8,40E-05 1,474 1,367 Không gây nứt 18 48,1 34 9,87E-05 1,80E-04 8,11E-05 1,560 1,398 Không gây nứt 19 47,6 34 9,52E-05 1,73E-04 7,82E-05 1,647 1,423 Không gây nứt 20 47,2 34 9,24E-05 1,68E-04 7,59E-05 1,734 1,454 Không gây nứt 21 47,0 34 9,10E-05 1,66E-04 7,48E-05 1,820 1,504 Không gây nứt 22 46,9 34 9,03E-05 1,64E-04 7,42E-05 1,907 1,563 Không gây nứt Nhận xét: - Theo kết tính tốn cho thấy BT có khả bị nứt ngày q trình cứng hóa - Nhiệt vùng cốt thép sớm gây nứt kết cấu BTCT khoảng 49,9 oc Nhiệt độ HH BT ban đầu 34 oc Như mức nhiệt chênh lệch gây nứt cho BT khoảng 17oc - Nếu có giải pháp giảm nhiệt độ vùng đặt cốt thép xuống khoảng 2oc hạn chế kết cấu BTCT bị nứt Dựa vào kết khảo sát, dùng cốt pha gỗ Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn Trang 21 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng biên có lỗ khoảng 16% cốt pha đáy gỗ có lỗ khoảng 35% đáp ứng yêu cầu Nếu tính chuyển đổi sang loại vật liệu cốt pha đồng vật liệu cần có hệ số dẫn nhiệt  (w/m.oc) - gấp lần hệ số dẫn nhiệt BT Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 22 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Phần IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Cốt pha biên gỗ đục lỗ, sử dụng thép cắm tâm lõi cốt pha đáy tôn biện pháp gỡ cốt pha biên sớm sau ngày có tác dụng giảm nhiệt khối đổ - Phương án Cốt pha đáy tôn, nhiệt độ khối đổ giảm khoảng 6-10% so với PA gỗ ván ép (đối chứng) - Phương án CP biên có lỗ 35% giảm nhiệt khoảng 4-6% - Phương án đặt lõi thép tròn thép dẹt với mật độ nhiệt độ gỉảm khoảng 3-4% - Cốt pha hơng nhiệt lớn cốt pha đáy khoảng lần - Phương án gỡ cốt pha biên sau ngày có thể giảm 6-9% so với ĐC Tuy nhiên đỉnh nhiệt khối đổ rơi vào thời điểm trước 24 h Kiến nghị - Đề nghị dầm có tiết diện lớn sử dụng bê tông mác M400 ngắn ngày cần có giải pháp giảm nhiệt khối đổ - Các nhả sản xuất tìm loại vật liệu có hệ số dẫn nhiệt khoảng 4(W/oc.h) sử dụng chế tạo cốt pha Chủ nhiệm đề tài TS Khương Văn Huân Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 23 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tông cốt thép nhà dân dụng Tài liệu tham khảo [1]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 [2] 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> [3] TCVN 9341:2012- Quy phạm thi công nghiệm thu bê tông khối lớn [4] 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 –PLAZA huyện Bình Chánh T.p HCM (10/2014) [5] Võ Bá Tầm, 2016 Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép Nhà xuất Đại học Quốc gia T.p HCM 2017 [6] TCVN 5574:2012- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép [7] Giải pháp ngăn ngừa nứt kết cấu bê tông cốt thép Trung tâm Thông tin Chuyển giao công nghệ VLXD - Hội VLXD Việt Nam [8] Vấn đề nứt kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng [9] https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/pccp/thermal.cfm [10] Khương Văn Huân; Ảnh hưởng đá dăm có nguồn gốc khác tới độ co nhiệt bê tông Người Xây dựng Thán 9/10-2019 Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 24 Nghiên cứu giải pháp giảm nhiệt khối đổ dầm bê tơng cốt thép nhà dân dụng MỘT SỐ HÌNH NH TRONG Q TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Gia cơng mẫu bê tơng Mẫu nhóm Hình dạng khn đúc mẫu Mẫu nhóm Đơn vị thực hiện: Trường Đại học Cơng Nghệ Sài Gịn Trang 25