VẬT LÝ KIẾN TRÚC CHƯƠNG 6: TRẠNG THÁI ẨM ƯỚT VÀ ĐỘ BỀN LÂU CỦA KẾT CẤU BAO CHE

5.1. Kh¸i niÖm t, , v cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn c¶m gi¸c nãng l¹nh cña con ng­êi, ®Õn b¶o qu¶n hµng ho¸, thiÕt bÞ vµ chÕ ®é bÒn l©u cña kÕt cÊu c«ng trình. t,  trong m«i tr­êng cµng cao tèc ®é « xy ho¸ cña vËt liÖu cµng nhanhNÕu bÒ mÆt c¸c kÕt cÊu cña c¸c nhµ m¸y ho¸ chÊt bÞ Èm ­ít sÏ dÉn ®Õn sù ăn mßn kim lo¹i (vì trªn bÒ mÆt kÕt cÊu th­êng cã bôi ho¸ chÊt b¸m vµo, c¸c chÊt nµy cã tÝnh kiÒm hoÆc axit).  ≤ 65% t¸c dông ăn mßn ho¸ häc rÊt yÕu = 70 90% t¸c dông ăn mßn ho¸ häc m¹nh h¬n ≥ 95% t¸c dông ăn mßn ho¸ häc rÊt m¹nh

Ch ươ ng 5 Trạng thái ẩm ướt và độ bền lâu của kết cấu bao che và tính

toán truyền ẩm qua kết cấu

bao che

5.1 Khái niệm

- t, ϕ, v có ảnh hưởng rất lớn đến cảm giác nóng lạnh của con người, đến bảo quản hàng hoá, thiết bị và chế độ bền lâu của kết cấu công trỡnh

- t, ϕ trong môi trường càng cao tốc độ ô xy hoá của vật liệu càng nhanh

Nếu bề mặt các kết cấu của các nhà máy hoá chất bị ẩm ướt sẽ dẫn đến sự ăn mòn kim loại (vỡ trên bề mặt kết cấu thường có bụi hoá chất bám vào, các chất này có tính kiềm hoặc axit)

ϕ ≤ 65% tác dụng n mòn hoá học rất yếuă

ϕ = 70 - 90% tác dụng n mòn hoá học mạnh hơnă

ϕ ≥ 95% tác dụng n mòn hoá học rất mạnhă

5.1 Khái niệm

ộ ẩm lớn làm cho môi trường có tính dẫn điện, nhất là khi trong không khí có Đ

chứa nhiều CO2, clorua hay muối sunphát…

- Không khí ẩm  bề mặt kết cấu sinh ra nấm mốc, rêu, vi sinh vật, vật liệu kết cấu sẽ bị phá huỷ

- Các vật liệu gỗ, giấy khi bị ẩm ướt sẽ biến dạng không đều …  nứt nẻ và bị phá huỷ

Đặc biệt xứ lạnh, khi đóng băng nước sẽ có thể tích  kết cấu bị phá huỷ rất nguy hiểm

Tóm lại : độ bền lâu của các kết cấu bao che công trỡnh phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ và trạng thái ẩm ướt của nó.

5.2 Trạng thái ẩm ướt của kết cấu bao che.

5.2.1 Nguyên nhân gây ẩm :

Xét về mặt thấm nước, có thể phân kết cấu thành 2 loại:

- Vật liệu thấm nước (thấm ẩm): gỗ, gạch, ngói, bê tông…

- Vật liệu không thấm nước: đá, kim loại, chất dẻo…

Kết cấu bao che thường được làm từ cả hai loại này, nên thường trong kết cấu bao che bao giờ cũng chứa một lượng nước hoặc hơi nước nhất định

Những nguyên nhân gây ra trạng thái ẩm ướt của kết cấu:

- Lượng nước có sẵn trong vật liệu

- Lượng nước giữ lại trong quá trỡnh thi công

- Lượng nước được hút từ nền đất lên do hiện tượng mao dẫn

- ẩm thời thiết

- Nước mưa thấm vào kết cấu, mưa hắt

5.2.2 Sự liên kết giữa ẩm và vật liệu xây dựng

Dựa vào liên kết giữa nước và vật liệu, viện sĩ R.A Robinder đã chia thành ba

dạng ẩm sau đây:

- ẩm liên kết là dạng hoá hợp: là lượng nước cần thiết cho các phản ứng hoá học

để tạo thành vật liệu mới

+ Ví dụ: xi măng ninh kết+ đá vôi tôi thành vôi nước

- ẩm liên kết theo dạng hoá lý: là các màng hấp phụ trên bề mặt các lỗ và trong

các ống nhỏ ly ty trong vật liệu, chứa không khí ẩm

Tác dụng: Nâng cao tính vững chắc của vật liệu (ví dụ đối với vật liệu bê tông

trong giai đoạn đầu sử dụng)

- ẩm liên kết theo dạng cơ lý: ẩm ngưng tụ - ẩm này được giữ trong các lỗ rỗng và

các mao quản trong vật liệu thấm nước Đõy là dạng ẩm trong vật liệu xây dựng

mà chúng ta cần nghiên cứu và xử lý Lượng ẩm này có thể chuyển dịch trong

vật liệu do chênh lệch áp lực và bốc hơi từ bề mặt vật liệu trong quá trỡnh khô tự nhiên

5.2.2 Sự liên kết giữa ẩm và vật liệu xây dựng

- Năng lượng liên kết của loại nước này được xác định theo công thức:

A = - R x T x ln (E/e) = - R x T x ln (1/φ )

R- hằng số chất khí R = 0,06236 (mmHg.cm3.độ.gam phân tử)

E- áp suất hơi nước bão hoà của nước tự do trên bề mặt vật liệu (mmHg)

e - áp suất hơi nước thực tế trên bề mặt vật liệu (mmHg)

ϕ = e/ E: Độ ẩm tương đối của không khí (%)

T: nhiệt độ tuyệt đối của vật liệu (0K)

5.3 Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm

Vật liệu thấm nước (thấm ẩm) để trong môi trường tự nhiên bao giờ cũng chứa một lượng ẩm nhất định

Gọi W là dung ẩm của vật liệu, tính theo công thức:

W = (Ptn – Pk)/Pk ( g/kg)Hoặc bằng lượng tương đối

W = (Ptn – Pk)/Pk x 100%

+ Ptn- Trọng lượng của vật liệu để khô trong môi trường tự nhiên+ Pk - Trọng lượng của vật liệu khô tuyệt đối

Chúng ta chỉ xác định: Sự dịch chuyển ẩm trong VL phụ thuộc thế ẩm Khi ẩm

trong vật liệu ở trạng thái nước ngưng tụ trong các lỗ hổng và mao quản thỡ sự dịch chuyển ẩm chủ yếu là do lực mao dẫn và chênh lệch áp suất nước giữa các điểm, còn khi nhả ẩm thỡ do sự bốc hơi nước bề mặt quyết định Trong trường hợp này có

thể coi chênh lệch dung ẩm W (g/kg) là thế ẩm.

5.3 Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm

- Lượng ẩm chuyển dịch trong vật liệu được xác định theo định luật Furie (5.3)

- Quá trỡnh khuếch tán ẩm xuyên qua vật liệu chủ yếu do sự chênh lệch nhiệt độ (t)

và áp suất (e) ở 2 phía kết cấu gây ra

- Quá trỡnh khuếch tán ẩm trong kết cấu thường xảy ra rất chậm chạp và chỉ xảy ra khi gữa các điểm của vật liệu có sự chênh lệch áp suất hơi nước (e)

- Lượng ẩm G khuếch tán đi qua bề mặt trong kết cấu được xác định trong công thức sau:

G = β t (e t - e mt ) g/m 2 h

Trong đó:

et: áp suất hơi nước của không khí trong nhà

emt: áp suất hơi nước trên bề mặt kết cấu

βt: Hệ số trao đổi ẩm trên bề mặt trong kết cấu g/m2.h.mm.Hg

5.3 Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm

- ẩm trở trên mặt trong kết cấu, phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của khụng khớ gần bề mặt kết cấu mà cũn phụ thuộc vào trạng thỏi ẩm của VL, được định nghĩa

5.3 Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm

ẩm trở mặt trong kết cấu được xác định như sau:

ặc tính ẩm của phòng

gần kết cấu (%) Rat, (mmHg, m

2 h/g)

Tường phía hành lang trống, không

có nắng chiếu vào, không có mưa

5.3 Sự truyền ẩm trong vật liệu xây dựng theo thuyết khuếch tán ẩm

- ẩm trở mặt ngoài kết cấu được xác định như sau:

+ Khi tốc độ gió ngoài nhà nhỏ (vn 1 m/s):Ra ≤ n = 0,25

+ Khi tốc độ gió ngoài nhà trung bỡnh (vn = 2-3 m/s):Ran = 0,12

+ Khi tốc độ gió ngoài nhà lớn (vn = 4-5 m/s):Ran = 0,06

- Lượng ẩm khuếch tán đi qua toàn bộ KC

eo, en: áp suất hơi nước không khí trong và ngoài nhà

ei, ei-1: áp suất ỏ bề mặt trước và sau lớp vật liệu thứ i

5.4 Xác định vùng nước ngưng tụ (đọng nước) trong nội bộ kết cấu

- Khái niệm: Khi áp suất riêng của hơi nước trong kết cấu (ei) vượt quá áp suất

hơi nước bão hoà E tương ứng với nhiệt độ phân bố trong kết cấu thỡ hơi nước ngư

ng tụ thành nước nằm trong kết cấu Đây là một hiện tượng xấu, làm giảm độ bền vững và hạ thấp khả năng cách nhiệt của kết cấu

- Phương pháp thuận tiện nhất để xét khi ẩm xuyên qua kết cấu có thể gây ra ngư

ng tụ nước hay không là Phương pháp biểu đồ của F.V.Uskov:

+ Vẽ đường phân bố áp suất hơi nước (e) và nhiệt độ (t) biến thiên trong nội bộ kết cấu

+ Dựa vào đường cong biến thiên t0  đường cong biến thiên E (áp suất hơi nước bão hoà) trong kết cấu (phụ lục 4) hoặc biểu đồ I-d

+ Nếu đườn cong e nằm phía trên hoặc có cắt nhau với đường E thỡ nội bộ kết cấu sẽ có hiện tượng ngưng tụ hơi nước

+ Nếu đường cong e nằm dưới đường cong E thỡ không có ngưng tụ nước

5.4 Xác định vùng nước ngưng tụ (đọng nước) trong nội bộ kết cấu

Kết cấu 1 lớp : ường phân bố "e" là một đường thẳng (từ tĐ n,tt -> đường E)

- Giao điểm của đường thẳng "e" với mặt ngoài và mặt trong kết cấu ta được tiêu

điểm trái (A) và tiêu điểm phải (B) của biểu đồ Vỡ độ ẩm biến thiên liên tục nên:

- Từ A và B vẽ 2 đường tiếp tuyến với đường cong E Giao điểm của 2 đường tiếp tuyến với E là A' và B' Từ đấy ta xác định được giới hạn phạm vi ngưng tụ nước

- oạn đường hợp bởi hai đoạn tiếp tuyến và đoạn đường cong Đ giữa A' và B' (do E tạo nên) chính là đường biểu diễn áp lực hơi nước thực tế trong nội bộ kết cấu

Trường hợp kết cấu nhiều lớp:

- ể tiêu điểm, phải làm đường e trở hành đường thẳng Chuyển mặt cắt từ tỷ lệ Đchiều dày các lớp sang tỷ lệ ẩm trở các lớp (d ->Rai)

- Nếu đường e thấp hơn đường E -> không có hiện tượng ngưng đọng nước

- Nếu đường e cắt hoặc cao hơn đường E -> có hiện tượng ngưng đọng nước

5.5 Tác động xâm thực của môi trường lên kết cấu bao che

Trong môi trường đặc biệt là trong nền công nghiệp phát triển , có nhiều hơi nước, kiềm và muối thường gây ra hiện tượng kết cấu bao che bị xâm thực

Trong bất kỳ một môi trường xâm thực nào sự phá hoại vật liệu xây dựng phụ

thuộc vào tốc độ của hai quá trỡnh sau:

1 Tốc độ xuyên thấu của các chất xâm thực vào bề mặt kết cấu

2 Tốc độ bị phá hoại của vật liệu khi bị chất xâm thực tác động

Hai quá trỡnh trên xảy ra dễ dàng ở độ ẩm cao và to cao ặc biệt hiện nay trong Đmôi trường có nhiều khí SO2, và NO2 dẫn đến mưa axit, vùng gần biển: trong …không khí gần biển có mang theo muối nên các chất xâm thực rất nguy hiểm

Tác động phá hoại của môi trường xâm lược rất mạnh và nhiều khi gây tác hại lớn, nghiêm trọng cho công trỡnh xây dựng Vỡ vậy khi thiết kế và xây dựng phải thấy

5.6 ộ bền lâu của kết cấu Đ ngăn che

1 ộ bên lâu của kết cấu Đ ngăn che

- ộ bền lâu của công Đ trỡnh là độ dài thời gian (tuổi thọ) của công trỡnh

- Nghĩa là theo độ dài thời gian, dưới tác dụng của môi trường xung quanh như dao

động nhiệt độ, độ ẩm, mưa nắng và môi trường xâm thực mà công … … trỡnh vẫn giữ được độ vững chắc về các đặc tính cơ lý của chúng, không phải sửa chữa hoặc thay thế bằng các cấu kiện mới

- Thông thường độ bền lâu của kết cấu bao che bị hư hại nhanh là vỡ các hệ vết rạn nứt do ứng suất vượt quá độ bền lâu của kết cấu Các ứng suất đó thường do trường nhiệt và trường ẩm phân bố không đều trong kết cấu gây ra, đặc điểm đối với các kết cấu có kích thước lớn, lại chịu mưa nắng thường xuyên

5.6 ộ bền lâu của kết cấu Đ ngăn che

1 ộ bên lâu của kết cấu Đ ngăn che

ại lượng dùng đánh giá mức độ hư hại của kết cấu:

Đ

H = (σ x Δ x α x L) / E x n

Trong đó:

σ: ứng suất của vật liệu ứng với gradient t hoặc ϕ

∆ - gradient t hoặc ϕ theo chiều dày của kết cấu

α - hệ số dãn nở nhiệt của kết cấu

L - Kích thước đặc trưng của kết cấu

E- Mô dun đàn hồi của kết cấu (kg/cm)

n - Số lần chu kỳ tác dụng/ n m (của t và ă ϕ)

H - Phụ thuộc vào tính chất vật liệu, được xác định bằng thực nghiệm

5.6 ộ bền lâu của kết cấu Đ ngăn che

2 Các biện pháp nâng cao độ bền của nhà

ộ bền của nhà phụ thuộc vào:

Đ

- Chất lượng vật liệu

- Giải pháp kết cấu

- Tính chất của các lớp bảo vệ mặt ngoài kết cấu

- Các biện pháp hạn chế tác động của các nhân tố khí hậu đến công trỡnh;

- Chất lượng và kỹ thuật thi cụng;

Giải phỏp thiết kế

-Đảm bảo trường nhiệt đồng đều;

- Kết cấu khụng bị quỏ ẩm;

- Dễ sửa chữa, thay thế;

- Trỏnh mưa hắt vào tường, dựng lớp phủ bề mặt tường để chống mưa thấm sõu vào tường: vữa tam hợp mỏc cao, ốp mặt tường bằng đỏ xẻ…;

- Kết cấu bằng gỗ, sắt nờn sơn bảo vệ;

- Thụng giú cho kết cấu nhanh khụ để chống ẩm;

Chương 8 Thiết kế nền nhà chống nồm

8.1 Khái niệm

1 Bản chất hiện tượng của nồm

Hiện tượng nồm thường xảy ra trong điều kiện đặc thù của khí hậu miền Bắc, thường vào cuối đông đầu xuân (từ tháng 2 đến tháng 4 hàng năm) Hiện tượng nồm xảy ra khi:

τbm t ≤ s

2 iều kiện Đ hỡnh thành nồm

Hiện tượng nồm chỉ xảy ra khi thoả mãn đồng thời 4 điều kiện sau:

1) Có thời gian lạnh đủ dài trước khi có hiện tượng "nồm" xảy ra Vỡ mọi vật đều

có tính ổn định nhiệt (sức ỳ về nhiệt được đặc trưng bằng đại lượng chỉ số quan tính nhiệt D hoặc độ ổn định nhiệt bề mặt Y) càng lớn, nhiệt độ của bề mặt VL sẽ biến đổi chậm hơn nhiệt độ kk xung quanh, thỡ sẽ có hiện tượng τ bm ts ≤

2) Có sự thay đổi đột ngọt từ lạnh chuyển sang nóng ẩm, và độ ẩm của môi trường không khí cao ( ϕ 85%) ≥

3) Có sự trao đổi không khí giữa trong và ngoài nhà (mở cửa) ây là nguồn cung Đ cấp hơi ẩm cho quá trỡnh ngưng tụ hơi nước trên bề mặt nền nhà.

4) Quá trỡnh ngưng tụ hơi nước từ không khí trên bề mặt kết cấu nhanh hơn quá trỡnh bốc hơi nước từ bề mặt kết cấu và thẩm thấu nước vào trong kết cấu.

Thực nghiệm cho thấy, nếu thoả mãn cả 4 điều kiện trên thỡ chỉ cần nhiệt độ không khí ngoài nhà lớn hơn nhiệt độ không khí trong nhà khoảng 0,7 - 1,50C là có thể xảy ra hiện tượng nồm rồi Nhưng nếu nhiệt độ không khí ngoài nhà chỉ tăng từ từ, mà không tăng

đột ngột, thỡ cho dù sự chênh lệch nhiệt độ giữa trong và ngoài có thẻ cao hơn vẫn không xảy ra hiện tượng nồm.

8.2 phương pháp tính toán khả năng chống nồm của nền nhà có nhiều lớp 8.2.1 Một số chỉ tiêu thiết kế sàn chống nồm

1 Chỉ tiêu hiệu quả chống nồm của sàn:

Khả năng chống nồm của sàn được xác định theo biểu thức thực nghiệm sau:

8.2 phương pháp tính toán khả năng chống nồm của nền nhà có nhiều lớp

8.2.2 Thiết kế sàn chống nồm

1- Nguyên tắc cơ bản chống nồm cho sàn:

- Hạ thấp nhiệt độ không khí (tương đương với việc hạ thấp nhiệt độ điểm sư

ơng xuống thấp hơn nhiệt độ bề mặt KC).

- Giảm độ ẩm trong không khí

- Nâng nhiệt độ bề mặt KC cao hơn nhiệt độ điểm sương

- Chọn Y, λ td = min