Khảo sát độ vồng của dầm và các yếu tố ảnh hưởng

Khảo sát độ vồng của dầm và các yếu tố ảnh hưởng

Khảo sát sự phát triển độ vồng và các yếu tố

ảnh hởng của dầm BTCT DƯL

PGS TS Nguyễn Viết Trung

KS Bùi xuân Học

Tóm tắt

Vấn đề sự phát triển độ vồng của dầm BTCT DƯL cần phải đợc quan tâm thích đáng để đảm bảo chất lợng chế tạo dầm Tiếp theo bài báo trong tạp chí Cầu đờng số 9/2001 nói về việc xác lập phơng pháp tính, bài báo này đề cập đến các kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng của dầm.

1 Mở đầu

Từ trớc đến nay khi chế tạo dầm BTCT DƯL,

ngời ta thờng chỉ kiểm soát chất lợng chế tạo dầm

đến khi tạo xong DƯL Tuy nhiên, sự quan tâm này

là cha thoả đáng bởi nếu coi dầm là một sản phẩm

thực sự thì tính đến thời điểm căng kéo xong, nó

cha phải là một sản phẩm hoàn chỉnh bởi đến thời

điểm đó bê tông dầm vẫn đang tiếp tục phát triển

c-ờng độ và nhất là có sự phát triển biến dạng của

dầm do tính chất từ biến của vật liệu bê tông

Trong công tác kiểm định dầm BTCT DƯL giản

đơn, nhất là đối với dầm căng sau, hạng mục đo

đạc, kiểm tra độ vồng của dầm là một trong những

hạng mục chính Nhng trên thực tế, các số liệu đo

đạc độ vồng cha giúp các nhà chuyên môn đánh giá

chính xác hiện trạng của dầm bởi ở thời điểm kiểm

tra, độ vồng đã rất khác độ vồng khi kết thúc tạo

DƯL

Nh vậy, thực tế chế tạo dầm BTCT DƯL giản

đơn ở Việt nam cho thấy vẫn còn tồn tại một vấn đề

cha đợc giải quyết triệt để, đó là sự phát triển độ

vồng của dầm sau khi tạo dự ứng lực Đối với công

nghệ căng trớc, vấn đề chủ động kiểm soát sự phát

triển độ vồng nhìn chung đơn giản hơn, do việc chế

tạo dầm đợc thực hiện trong công xởng với mức độ

công nghiệp cao Trong khi đó, ở công nghệ căng

sau chất lợng chế tạo phụ thuộc nhiều vào điều kiện

công nghệ cụ thể, do đó việc kiểm soát sự phát triển

độ vồng cũng khó khăn hơn

Trớc vấn đề đã nêu, các câu hỏi đặt ra sẽ là : cơ

chế và quy luật của sự phát triển độ vồng của dầm

diễn r a nh thế nào ? những yếu tố công nghệ nào

ảnh hởng đến sự phát triển độ vồng của dầm ?

thông qua việc đo đạc độ vồng có thể đánh giá đợc

gì về công nghệ chế tạo không ? nếu độ vồng phát

triển không bình thờng thì có những mối nguy hại

gì cho dầm ?

Có một số yếu tố nh sau ảnh hởng đến sự phát

triển độ vồng : cờng độ thực tế của bê tông dầm, độ

đồng nhất, chế độ bảo dỡng, tuổi bê tông khi tạo

DƯL, lực căng thực tế trong các bó cáp, trình tự

căng kéo, điều kiện môi trờng, vật liệu chế tạo bê

tông Vậy việc đo đạc độ vồng ở thời điểm kiểm

tra sẽ phải kết luận gì về những yếu tố công nghệ đã

thực hiện từ trớc ? Hơn nữa số liệu đo đạc độ vồng

có cho phép dự đoán đợc những h hại sẽ ảnh hởng

đến chất lợng lâu dài của dầm hay không ? Hoặc có

cần kiến nghị gì để thay đổi một số tham số thiết kế

sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể hay không ?

Để đa ra những kết luận, phải có cơ sở khoa học,

nghĩa là phải biết đợc quy luật thực tế của sự phát

triển độ vồng của dầm chế tạo theo công nghệ cụ

thể đó nh thế nào

2 Phơng pháp tính

Cơ sở lý thuyết và phơng pháp tính đã trình bày

trong [2] , bạn đọc có thể tham khảo bài báo đó trên

tạp chí Cầu đờng số 9/2001

3 Kết quả khảo sát

Để hiểu rõ quy luật phát triển độ vồng và các yếu tố

ảnh hởng đến quy luật đó nh thế nào, đã tiến hành khảo sát trên dầm cầu vợt Vạn Điểm trên quốc lộ 1A đoạn Pháp Vân – Cầu Ghẽ Khi khảo sát cho các tham số lần lợt thay đổi và giữ nguyên các tham số khác ở giá trị chuẩn

ảnh hởng của nhiệt độ

nhiệt độ trung bình trong thời kỳ chế tạo dầm thay đổi làm cho độ trởng thành của bê tông thay đổi, làm thay

đổi cả giá trị độ vồng tức thời và độ vồng lâu dài Tác

động này đã đợc xét đến bằng cách thay tuổi thực tế của

bê tông bằng tuổi đã đợc điều chỉnh theo nhiệt độ, ứng với mức độ trởng thành của bê tông

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 1a Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với nhiệt độ

khác nhau

Khảo sát ảnh hởng của thay đổi nhiệt độ đến sự phát triển độ vồng khi cho nhiệt độ trung bình của môi trờng

hình 1a

giảm 2.9% và 4% ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

với độ vồng ở nhiệt độ chuẩn 200C

ảnh hởng của độ ẩm

Cả hai yếu tố từ biến và co ngót của bê tông đều chịu

ảnh hởng của độ ẩm môi trờng, sự thay đổi độ ẩm ảnh hởng đến các đặc trng từ biến, co ngót và các mất mát

1

20 o C

25 o C

30 o C

25 o C

30 o C

DƯL do từ biến, co ngót; kết quả là sự phát triển độ

vồng cũng bị thay đổi

Khảo sát ảnh hởng của độ ẩm môi trờng với các

giá trị độ ẩm RH tơng ứng là 70%, 80% và 90%,

thu đợc kết quả nh hình 2a Kết quả khảo sát chỉ ra

độ ẩm môi trờng tăng có tác dụng hạn chế sự phát

triển của độ vồng

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.11

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 2a Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các

độ ẩm RH khác nhau

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 2b Chênh lệch độ vồng khi độ ẩm RH=80% và

RH=90% so với độ vồng ở độ ẩm chuẩn RH=70%

Tại thời điểm tạo DƯL, độ vồng tức thời không

phụ thuộc vào độ ẩm ; còn ở thời điểm sau khi tạo

DƯL 100 ngày, so với độ ẩm trung bình RH=70%,

độ vồng ứng với độ ẩm RH=80% và RH=90% giảm

4.3% và 11.3% (hình 2b) Nh vậy, việc duy trì chế

độ bảo dỡng bê tông dầm thích hợp cũng là cách cải

thiện độ ẩm của môi trờng xung quanh sao cho có

lợi nhất cho sự phát triển cờng độ, giảm biến dạng

co ngót gây nứt dầm, và cải thiện các đặc trng từ

biến

ảnh hởng của tuổi chịu tải

Việc thay đổi thời điểm tạo DƯL, tức là bắt bê

tông lúc chịu tải ở các tuổi khác nhau, làm cho các

đặc trng từ biến của bê tông thay đổi và độ trởng

thành của bê tông khi chịu tải thay đổi, dẫn đến quy

luật phát triển độ vồng cũng thay đổi theo Kết quả

khảo sát khi thay đổi tuổi chịu tải của bê tông là 3

ngày, 7 ngày và 14 ngày đợc chỉ ra trên hình 3a

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.11

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 3a Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các tuổi

chất tải khác nhau

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 3b Chênh lệch độ vồng khi tạo DƯL lúc 3 ngày và

14 ngày so với độ vồng đợc tạo DƯL lúc 7 ngày

Trong quy trình công nghệ chế tạo dầm BTCT DƯL giản đơn, công đoạn căng kéo DƯL thờng đợc thực hiện khi cờng độ nén mẫu bê tông lớn hơn 90% cờng độ thiết kế, nghĩa là ứng với tuổi nhất định của bê tông (th-ờng là từ 5 đến 7 ngày) Nếu căng kéo dầm khi bê tông còn non sẽ làm cho độ vồng tức thời lớn và độ vồng lâu dài phát triển mạnh, điều đó có thể gây ra những ảnh h-ởng bất lợi đến dầm chẳng hạn nh nứt dầm hay ứng suất trong dầm vợt quá trị số cho phép khi tạo DƯL Ngợc lại, sự chậm trễ trong việc căng kéo cáp DƯL có thể dẫn đến không đạt đợc độ vồng theo thiết kế Trong tr-ờng hợp đó, khi căng kéo, một số đơn vị thi công thtr-ờng tăng quá lực căng trong các bó cáp để đạt độ vồng thiết

kế, gây ra sự giảm độ dự trữ lực DƯL, tăng mất mát DƯL theo thời gian do chùng dão cốt thép, và có thể xuất hiện ứng suất kéo trong bê tông ở thớ trên mặt cắt giữa nhịp

ảnh hởng của cốt liệu

Cùng một cờng độ thiết kế nh nhau nhng modul đàn hồi của bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu sử dụng, đặc biệt là cốt liệu thô Khảo sát với các loại cốt liệu khác

nhau ta có quan hệ biểu diễn ở hình 4a, trên hình vẽ các

đờng biểu diễn ứng với các loại đá : đá sa thạch, đá vôi,

đá thạch anh, đá bazan

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 4a Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các

loại đá

2

RH = 70%

RH=80%

RH = 90%

RH = 90%

RH = 80%

3 ngày

7 ngày

14 ngày

14 ngày

Đá sa thạch

Đá vôi

Đá thạch anh

Đá bazan

Đá sa thạch

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 4b Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng các

loại đá khác nhau so với độ vồng của dầm dùng đá thạch

anh

Nếu so với dầm sử dụng đá thông thờng là thạch

anh thì : ở thời điểm tạo DƯL độ vồng tức thời của

dầm sử dụng đá sa thạch và đá vôi tăng 42.8% và

11.1%, còn của dầm sử dụng đá bazan giảm

16.7% ; đến thời điểm 100 ngày, độ vồng của dầm

sử dụng đá sa thạch và đá vôi tăng 32.1% và 8.8%,

còn của dầm sử dụng đá bazan giảm 13.8% (hình

4b)

ảnh hởng của loại xi măng

Loại xi măng sử dụng chế tạo bê tông khác nhau

vừa ảnh hởng đến độ trởng thành của bê tông, vừa

ảnh hởng đến sự phát triển cờng độ và modul biến

dạng, đồng thời nó còn ảnh hởng đến đặc trng từ

biến của bê tông Kết quả là sự phát triển độ vồng

bị ảnh hởng bởi loại xi măng và đợc biểu diễn bằng

quan hệ nh hình 5a

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 5a Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các

loại xi măng

Nếu so sánh với dầm sử dụng xi măng thông

th-ờng là N và R thì : ở thời điểm tạo DƯL độ vồng

tức thời của dầm sử dụng xi măng đông cứng chậm

SL tăng 4.1% và của dầm sử dụng xi măng cờng độ

cao đông cứng nhanh RS giảm 2.5% ; ở thời điểm

100 ngày, độ vồng của dầm sử dụng xi măng đông

cứng chậm SL tăng 1.3% và của dầm sử dụng xi

măng cờng độ cao đông cứng nhanh RS giảm 1.6%

(hình 5b)

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 5b Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng các loại

xi măng khác nhau so với độ vồng của dầm dùng xi măng thông thờng N và R

ảnh hởng của cáp DƯL

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 6a Sự phát triển độ vồng của dầm ứng với các loại

thép cờng độ cao

Các loại thép cờng độ cao khác nhau có độ tự chùng khác nhau, dẫn đến mất mát DƯL theo thời gian do tự chùng của thép cũng khác nhau và kết quả là sự phát triển độ vồng cũng thay đổi khi sử dụng các loại thép

khác nhau nh hình 6a Qua quan hệ nh trình bày ở trên,

tuy độ vồng của dầm sử dụng thép có độ tự chùng thấp lớn hơn so với loại thép khử ứng suất thông thờng, nhng

nó có độ dự trữ lực DƯL cao hơn và quá trình mất mát DƯL do tự chùng của thép cũng chậm hơn

Khi tạo DƯL, độ vồng tức thời không phụ thuộc vào loại thép sử dụng ; còn ở thời điểm sau khi tạo DƯL

100 ngày, so với loại thép khử ứng suất thông thờng độ

vồng ứng với thép có độ tự trùng thấp tăng 4.6% (hình

6b).

-5 -4 -3 -2 -1 0

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

Thời gian (ngày)

Hình 6b Chênh lệch độ vồng của dầm khi dùng thép khử

ứng suất thông thờng so với độ vồng của dầm dùng thép tự chùng thấp

quy luật của sự phát triển độ vồng

Khi khảo sát các yếu tố ảnh hởng tới quá trình phát triển độ vồng, đã tính độ vồng đến thời điểm 100 ngày (khoảng 3 tháng) Tiếp tục kéo dài thời điểm tính vồng

3

Loại SL

Đá vôi

Đá bazan

Loại N và R Loại RS

Loại SL

Loại RS

Thép tự chùng thấp

Thép khử ứng suất

và độ ẩm là 80%, thu đợc đồ thị về tỉ lệ phần trăm

giữa độ vồng lâu dài với độ vồng tức thời nh ở hình

7

Tỉ lệ giữa độ vồng lâu dài với độ vồng tức thời

100

135 143

147 149 150 150 150

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Thời gian (ngày)

Hình 7

Qua số liệu phân tích có thể rút ra nhận xét : độ

vồng của dầm tăng nhanh trong khoảng thời gian

đầu, nhất là tháng đầu tiên, sau đó có xu hớng

chậm lại dần Từ tháng thứ bảy trở đi sự phát triển

độ vồng giảm đi rõ rệt và sau khoảng 1 năm độ

vồng tăng không đáng kể

4 Kết luận

Qui luật chung của sự phát triển độ vồng của

dầm BTCT DƯL có thể đợc nêu ra nh sau : khi tạo

xong DƯL, dầm bị vồng lên Sau đó độ vồng của

dầm dần tăng lên do tính từ biến của vật liệu bê

tông Khoảng thời gian đầu nhất là tháng đầu tiên,

độ vồng của dầm tăng lên nhiều, sau đó chậm dần

Từ tháng thứ bảy trở đi sự phát triển độ vồng giảm

đi rõ rệt và sau khoảng một năm độ vồng tăng

không đáng kể Điều này có thể lý giải đợc là do

giai đoạn đầu tốc độ từ biến xảy ra nhanh chóng,

sau đó tốc độ từ biến bị chậm lại kèm theo các mất

mát DƯL và sự tăng modul biến dạng theo thời

gian, làm giảm dần sự phát triển độ vồng

Tác động của nhiệt độ trung bình của môi trờng

xung quanh đến sự phát triển của độ vồng của dầm

không nhiều (sai lệch thờng là nhỏ hơn 5%) Nhiệt

độ trung bình tăng làm hạn chế sự phát triển độ

vồng

Độ ẩm môi trờng tăng có tác dụng hạn chế sự

phát triển độ vồng Nếu so với nhiệt độ, ảnh hởng

của độ ẩm đến độ vồng đáng kể hơn nhiều Vì vậy

độ ẩm là yếu tố cần đợc quan tâm thích đáng để

đảm bảo chất lợng tốt cho dầm

Nếu căng kéo dầm khi bê tông quá non sẽ làm

cho độ vồng tức thời và lâu dài phát triển mạnh,

điều đó có thể gây ra những ảnh hởng rất bất lợi

cho dầm, thậm chí có thể gây nứt dầm

Cốt liệu thô dùng để chế tạo bê tông dầm có ảnh

hởng đáng kể đến độ vồng và sự phát triển của nó

Đá bazan có tác dụng hạn chế độ vồng, ngợc lại đá

sa phiến và đá vôi thì làm cho độ vồng tăng khá

nhiều Khi chế tạo dầm nên sử dụng loại đá thạch

anh, bởi độ vồng của dầm ở mức trung bình

ảnh hởng của việc sử dụng các loại xi măng

khác nhau đến độ vồng không nhiều và nó chỉ đáng

kể trong giai đoạn đầu mà thôi

Nên sử dụng loại thép cờng độ cao có độ tự

chùng thấp bởi nó có độ dự trữ lực DƯL cao và quá

trình mất mát DƯL do tự chùng của thép thấp hơn

loại thép khử ứng suất thông thờng

Tài liệu tham khảo

cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI Nhà xuất

bản Giao thông vận tải, Hà nội 2000

diễn biến độ vồng theo thời gian của dầm BTCT DƯL

giản đơn Tạp chí Cầu đờng số 9 / 2001

-FIP Model Code 1990 (Design Code) Thomas Telford

Concrete Structures (ACI 435R-95), 1999

- Design Handbook Ernst & Sohn , 1995.

Bridges Sixteeth Edition, 1996

-Building Concrete ACI Journal, March 1979

4