Khảo sát biến dạng nhiệt của cấu kiện bê tông khối lớn trong thời kỳ xây dựng

KHẢO SÁT BIẾN DẠNG NHIỆT CỦA CẤU KIỆN BÊTÔNG KHỐI LỚN TRONG THỜI KỲ XÂY DỰNG TS Trịnh Văn Quang ĐHGT I Đặt vấn đề : Các cấu kiện bêtông dạng khối kích thước lớn đổ chỗ làm bệ móng trụ cầu, mố cầu thường có tượng rạn nứt làm chất lượng công trình bị giảm sút , phải dùng nhiều biện pháp kỹ thuật phức tạp tốn để khắc phục Có nhiều nguyên nhân gây nên rạn nứt, riêng phương diện nhiệt bêtông đông cứng có co ngót thể tích chênh lệch nhiệt độ khu vực bêtông bêtông với không khí bên gây biến dạng nhiệt Để đánh giá trạng thái biến dạng nhiệt khối bêtông cần phải xác định phân bố nhiệt độ cấu kiện Việc xác định nhiệt độ điểm khối bêtông chất giải toán dẫn nhiệt không ổn định có nguồn nhiệt bên Cho đến có nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu số công trình điển hình [1],[2],[3] Các công trình khảo sát khối bêtông lớn có kích thước chiều từ hàng chục đến hàng trăm mét công trình thuỷ điện Kết toán đưa đến việc xác định độ chênh nhiệt độ cho phép khối bêtông với bên ngoài, chiều cao cho phép lần đổ khối bêtông để tránh rạn nứt Các khối bêtông lớn có kích thước từ vài mét đến hàng chục mét mố cầu, bệ móng trụ cầu quan tâm , nhiệt độ điểm bên khối bêtông chưa xác định Bài viết trình bày phương pháp xác định nhiệt độ điểm theo thời gian khối bêtông có kích thước lớn, từ cho phép đưa nhận định tình trạng biến dạng gây rạn nứt khối bêtông có kích thước lớn biến dạng nhiệt gây II Phương pháp khảo sát Giới hạn toán , liệu ban đầu : Khảo sát khối bêtông đổ chỗ đất nén Khối móng bêtông có dạng hình hộp với kích thước ngang 4,5m , cao 2,5m dài 14 m Trong trình đúc khối bêtông, nhiệt độ khối thay đổi : Nhiệt sinh phản ứng hydrat hoá xi măng kết hợp nước , trao đổi nhiệt với không khí nhận xạ mặt trời , bay nước bề mặt truyền nhiệt cho đất Các trình thay đổi liên tục theo thời gian phức tạp Do phạm vi hạn hẹp viết, giả thiết độ ẩm khối bêtông được giữ không đổi trạng thái bão hoà, đất có nhiệt độ không đổi 28,80C, không khí tK xạ mặt trời E ngày tháng thay đổi số liệu ngành khí tượng ( bảng 1) Bảng Giờ tK (0C) E (w/m2) Giờ tKK(0C) E (w/m2) 26.5 34.89 18 30.2 58.15 27 209.3 19 29.6 27.7 407.0 20 28.8 28.5 610.5 21 28.4 10 29.4 779.2 22 28.2 11 30.1 895.5 23 27.6 12 30.7 930.4 24 27.2 13 31.3 872.2 27.0 14 31.8 744.3 26.8 15 32.0 593.1 26.5 16 31.7 401.2 26.4 17 31.3 203.5 26.3 Năng suất sinh nhiệt  (kcal/ kg ngày ) loại xi măng thể hình 1, [1] Chọn bêtông dùng xi măng mác PC 400, với lượng xi măng 400kg/m3 bêtông để tính suất sinh nhiệt thể tích qV (W/m3) , thể hình Các thông số nhiệt bêtông: nhiệt dung riêng c= 1208J/kgđộ ; hệ số dẫn nhiệt  = 1,83W/mđộ ; khối lượng riêng =2200kg/m3 Nền đất có c= 1840J/kgđộ ;  = 0,52W/mđộ ; =2050kg/m3 [4], [5] 2.Phương pháp sai phân hữu hạn : Đặt khối bêtông vào hệ toạ độ x,y,z , với z chiều cao, y chiều dài, x bề rộng Có thể giả thiết chiều dài khối bêtông lớn nhiều bề rộng cao nên bỏ qua truyền nhiệt theo hướng y, nhiệt độ điểm khối bêtông thay đổi theo hai chiều x z mặt cắt ngang thời gian , nên t = f(x,z,) Khối bêtông đối xứng nên cần khảo sát nửa mặt cắt ngang Chọn bước mạng x=z= 0,5m, y=1m, nút mặt cắt ngang gồm 30 điểm cần xác định nhiệt độ hình Các điểm1,2,3,4,5, thuộc mặt chịu tác động nhiệt độ không khí xạ mặt trời; điểm 6,11,16,21,26 mặt bên chịu ảnh hưởng nhiệt độ không khí, điểm 32, 33, 34, 35 thuộc đất có nhiệt độ đất Hình Năng suất sinh nhiệt thể tích bêtông thay đổi theo thời gian (lượng xi măng 400kg PC400/1m3 bêtông) Hình Năng suất sinh nhiệt d/dt(kcal/kg.ngày) loại xi măng Hình Chia mạng điểm nút mặt cắt ngang khối bêtông Hình Kiểm tra xác hệ phương trình (2) Phương trình lượng phân tố viết sở : Tổng lượng phân tố nút thứ i nhận từ xung quanh nguồn độ tăng nội phân tố đơn vị thời gian : t jp 1  t ip 1 t p 1  t ip (1) q ip 1    Ci i R iJ  j đó: t jp 1  t ip 1 p 1 tổng dòng nhiệt tới phân tố ; qi suất j R iJ sinh nhiệt thể tích nguồn bên phân tố (W/m3) ; Ci nhiệt dung Hình Các nhiệt trở thành phần phân tố : Cn =c..dV(J/độ); RiJ nhiệt trở thành phần phân tố p nút i thứ tự bước thời gian ; J số thứ tự nút kề bên Hình Thiết lập hệ phương trình lượng nút Các vị trí nửa mặt cắt bao gồm nút i đánh số từ dến 30 hình Theo (1) có Hệ (1) Nút 1: p 1 p 1 z  p 1 p 1 z p1 p 1 x  p 1 p 1 x x z x z t1p1  t1p   tk  t1   t2  t1   t  t1   t2  t1   qVp1  c R x R z 2 2  Nút 2: (nút 3, tương tự) p 1 p  p1 p1 z  p 1 p 1 z p1 p1  p1 p1 z z t  t t1  t  t3  t  t   t x  t  t x  qVp 1 x  c.x x x R z 2  Nút 5:            t x p 1  t 5p 1  2z  R1 t p 1    t 5p 1 x    t z p 1 10   t 5p 1 x  q Vp 1 x  p 1 p z z t  t  c x 2   Nút 6: ( nút 11, 16, 21, 26 tương tự ) p 1 p 1  p 1 p 1  p 1 p 1 x  p 1 p 1 x p 1 x x t p 1  t6p tk  t6 z  t7  t6 z  t1  t6  t11  t6  qV z  c z R x z z 2  Nút 7: ( nút 8,9,12,13,14,17,18,19,22,23,24 tương tự)  (t p+1-t p+1)z+  (t p+1-t p+1)z+  (t p+1-t p+1)x+  (t p+1-t p+1)x+q xz = cxz (t7p 1  t7p ) 7 12 V z z x x  Nút 10: ( nút 15,20,25 tương tự)  p 1 p 1  p 1 p 1  p 1 p 1 t p 1  t10p t9  t10 z  t5  t10 x  t15  t10 x  qVp 1xz  c.xz 10 x z z  Nút 26: (tKp+1-t26p+1) z + (t27p+1 -t26p+1) + (t21p+1-t26p+1) + (t30'-t26p+1) + (t31-t26p+1) ++ R          This image cannot current ly be display ed +qVp+1  This image cannot currently be displayed      This image canno t curre ntly be displa y ed This image cannot current ly be display ed This image canno t curre ntly be disp (t27p+1 -t26p+1)  This image cannot currentl y be display ed This image cannot currently be displayed This image cannot currentl y be display ed   This image cannot current ly be display ed This image cannot currentl y be display ed This image canno t curre ntly be disp This image cannot currentl y be display ed This image cannot currently be displayed = (c+ cNN) Nút 27: (các nút 28,29 tương tự) This image canno t curren tly be displa y ed This image cannot currentl y be display ed (t26p+1-t27p+1) This image canno t curre ntly be disp… + This image canno t curren tly be displa y ed (t28p+1-t27p+1) (t32-t27p+1)x+ qVp+1x This image canno t curre ntly be disp … This image canno t curre ntly be disp… This image cannot currentl y be display ed + = (c+ cNN)x (t26p+1-t27p+1) This image canno t curre ntly be disp … This image canno t curre ntly be disp … This image cannot currentl y be display ed + (t28p+1-t27p+1) This image canno t curre ntly be disp … + This imag e cann ot curr ently be (t22p+1-t27p+1)x + + This image cannot currently be displayed Nút 30: This image canno t curren tly be displa y ed (t29p+1-t30p+1) This image canno t curre ntly be disp… + This imag e cann ot curr ently be (t25p+1-t30p+1)x+ This image cannot currentl y be display ed (t29p+1-t30p+1) This image canno t curre ntly be disp… + This image cannot currentl y be display ed (t35-t30p+1)x+ qVp+1x This image canno t curre ntly be disp… = p 1 p (c + cNN)x z (t27  t27 )  Chọn =3600s , thay giá trị đại lượng vào phương trình phương trình số sau : Hệ (2) 1,12209t1p+1-0,01983t2p+1-0,01983t6p+1 = t1p+0,00135qVp+1+0,04064tKp+1+tp+1 (i=1) -0,00992ti-1p+1 +1,0803tip+1-0,00992ti+1p+1 -0,01983ti+5p+1 = tip+0,00135qVp+1+0,04064tKp+1 (i=2,3,4) -0,00992t4p+1 +1,0703t5p+1-0,0198t10p+1= t5p+0,00135qVp+1+0,04064tKp+1 (i=5) -0,00992ti-5p+1 +1,0803tip+1-0,01983ti+1p+1-0,0099ti+5p+1 = tip+0,00135qVp+1+0,04064tKp+1 (i=6,11,16,21) -0,00992ti-5p+1-0,00992ti-1p+1 +1,0397tip+1-0,00992ti+1p+1-0,00992ti+5p+1 = tip+0,00135qVp+1+ 0,04064tKp+1 (i=7,8,9,12,13,14,17,18,19,22,23,24) -0,00992ti-5p+1-0,00992ti-1p+1 +1,0297tip+1-0,00992ti+5p+1 = tip+0,00135qVp+1 (i=10,15,20,25) -0,001983t21p+1+1,1001t26p+1-0,001983t27p+1 = t25p+0,00035qVp+1+ 0,02117tKp+1+0,1268 (i=26) -0,00819ti-5p+1-0,005263ti-1p+1+1,021tip+1-0,005263ti+1p+1 = t26p+0,00056qVp+1+ 0,067 (i=27,28,29) -0,00891t25p+1-0,00526t29p+1+1,0157830p+1 = t30p+0,00056qVp+1+ 0,067 (i=30) Phương pháp giải : Hệ (2) gồm 30 phương trình viết dạng ma trận giải phương pháp ma trận nghịch đảo : [aiJ]*[ti] = [Ci]  [ti] = I*[Ci] (3) Trong : [aiJ] ma trận vuông gồm hệ số nhiệt độ phải tìm , I ma trận nghịch đảo [aiJ] [ti] ma trận cột gồm nhiệt độ phải tìm thời điểm sau : tip+1 [Ci] ma trận cột gồm hệ số coi biết gồm : - Nhiệt độ thời điểm trước tip - Năng suất sinh nhiệt thể tích bêtông qVp+1 (W/m3), tính theo số liệu hình - Nhiệt độ không khí ngày tKp+1 - Nhiệt độ tương đương không khí có kể xạ tp+1 tp+1 = tKp+1+ (Ep+1.)R :  hệ số hấp thụ tia mặt trời bê tông , =0,65 ; tKp+1; Ep+1 bảng ; R nhiệt trở truyền nhiệt bề mặt , R = 1/ =0,1333 m2 độ /W độ ;  hệ số toả nhiệt ,  tính theo phương trình tiêu chuẩn : Nu= 0,032.Re0,8 Hệ kiểm tra cách cho nhiệt độ ban đầu bê tông tip=0 = tp+1= tKp+1 = 28,80C qVp+1= với p, nhiệt độ sau 120 điểm khối bêtông không đổi 28,80C (hình 5) III Kết tính toán nhận xét Kết tính toán nhiệt độ vị trí qua 120 (5 ngày) kể từ bắt đầu nhào trộn nước vào bêtông, lập bảng để biểu diễn đồ thị Đặc điểm thay đổi nhiệt độ vị trí khối bê tông a Nhiệt độ vị trớ thời điểm : Nhiệt độ cỏc điểm nút có toạ độ xz biểu thị độ cao nút so với mặt phẳng toạ độ xoz Khi để thể thay đổi nhiệt độ theo thời điểm khác , cần đặt đồ thị txz thời điểm liên tiếp cạnh Hình biểu thị thay đổi nhiệt độ thời điểm liên tiếp :  =1h ,  =2h , = 3h b Thay đổi nhiệt độ 30 vị trí mặt cắt ngang khối bêtông qua 120 thời điểm : Nhiệt độ vị trí mặt cắt ngang khối bêtông qua 120 thời điểm (5 ngày) gồm 120 đồ thị đặt liên tiếp thể hình Từ đồ thị thấy khái quát toàn cảnh diễn biến nhiệt độ vị trí khác rút nhận xét sau : - Ngay từ sau nhào trộn nước phản ứng thuỷ phân sinh nhiệt xi măng, nhiệt độ tất điểm mặt cắt (cũng toàn khối bê tông) tăng dần Hình Biểu thị thay đổi nhiệt độ 30 vị trí ba thời điểm :  =1h , = 2h ,= 3h Hình Thay dổi nhiệt độ vị trí mặt cắt ngang khối bê tông qua 120 thời điểm - Tại thời điểm =11h , NSSN bêtông đạt giá trị cực đại qVmax = 675,154 W/m3, nhiệt độ bê tông thấp tăng dần Tại = 48h , qV = 25,71 % qVmax , nhiệt độ chưa đạt cực đại tiếp tục tăng Tại  = 96h , qV = 7,14 % qVmax , nhiệt độ bê tông đạt trị số cao Tại  =102h , qV  , nhiệt độ bêtông cao Như thấy rõ gia tăng nhiệt độ khối bê tông xảy không đồng thời với tốc độ sinh nhiệt bêtông Do khả dẫn nhiệt nên nhiệt truyền bê tông chậm lưu lại bêtông lâu Sự tăng cao nhiệt độ phản ánh mức độ giãn nở bêtông không phản ánh rạn nứt khôí bêtông Để đánh giá trạng thái biến dạng nhiệt gây nên rạn nứt cần khảo sát phân bố nhiệt độ lớp khối bêtông c Thay đổi nhiệt độ lớp khối bêtông Các lớp khối bêtông chọn theo hai chiều để khảo sát có điểm đặc trưng sau : - Theo chiều ngang (trục x) : Lớp : điểm 1,2,3,4,5 ; Lớp 3: 11,12,13,14,15 , Lớp 5: 21,22,23,24,25 ; Theo chiều thẳng đứng (trục z) : Lớp ; điểm 1,6,11,16,21,26 ; Lớp : điểm 3,8,13,18,23,28; Lớp : điểm 5,10,15,20,25,30 ++ Đặc điểm thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều ngang : + Tại lớp : điểm 1,2,3,4,5 Các điểm nằm mặt khối bêtông Từ hình ,9 thấy : - Nhiệt độ điểm lớp dao động mạnh theo chu kỳ thay đổi nhiệt độ không khí xạ mặt trời - Nhiệt độ điểm thấp điểm bên trong, nhiệt độ lớn 49,480C (tại  =39 h), nhỏ 35,24 C (tại  =102 h) Nhiệt độ điểm 4, cao điểm phía bên , lớn 58,700C ( =103 h) ,nhỏ 46,55 0C ( = 40 h) Hình Toàn cảnh thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều ngang : điểm 1,2, 3,4,5 Hình Thay đổi nhiệt độ theo thời gian lớp theo chiều ngang : điểm 1,2, 3,4,5 theo thời gian + Tại lớp 3, điểm 11,12,13,14,15 Từ hình 10,11 số liệu tính toán thấy : - Nhiệt độ điểm lớp tương đối ổn định bị ảnh hưởng trực tiếp tác động bên - Điểm 11 nằm mặt , có nhiệt độ thấp điểm bên trong, nhiệt độ tăng dần đạt cực đại t =42,36 0C ( =42h), sau giảm dần - Nhiệt độ điểm 13,14, 15 tăng gần Nhiệt độ điểm 15 cao điểm bên ngoài, đạt cực đại tMAX = 59,09 0C ( =86 h) , sau giảm chậm t =58,390C ( = 120 h) Hình 10 Toàn cảnh thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều ngang : điểm 11,12, 13,14,15 Hình11 Thay đổi nhiệt độ theo thời gian lớp theo chiều ngang : điểm 11,12, 13,14,15 + Tại lớp 5: điểm 21,22,23,24,25 Từ hình 12, 13 số liệu tính toán thấy: - Nhiệt độ điểm lớp tương đối ổn định, bị ảnh hưởng tác động bên - Nhiệt độ điểm 21 (ở mặt ngoài) thấp nhiều so với điểm bên Hình 12 Toàn cảnh thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều ngang : điểm 21,22, 23,24,25 Hình 13 Thay đổi nhiệt độ theo thời gian lớp theo chiều ngang : điểm 21,22, 23,24,25 - Nhiệt độ điểm 25 cao điểm bên ngoài, lớn t = 54,160C ( =74 h), sau giảm chậm tới t =52,960C ( = 120 h) ++ Đặc điểm thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều thẳng đứng : + Tại lớp , điểm 1,6,11,16,21,26 Đây điểm nằm mặt bên Từ số liệu hình 14,15 thấy : Các điểm 1,11, 21 xét , dao động tác động môi trường Điểm 26 có nhiệt độ thấp điểm phía dẫn nhiệt xuống đất, đạt cao t =38,050C ( =25h) thấp t= 32,85 (= 105 h) Hình 15 Thay đổi nhiệt độ theo thời gian lớp theo chiều thẳng đứng : điểm 1, 6,11,16,21,26 Hình 14 Toàn cảnh thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều thẳng đứng : điểm 1, 6,11,16,21,26 + Tại lớp , điểm 3,8,13,18,23,28 Từ hình 16, 17 số liệu tính toán thấy : Hình 16 Toàn cảnh thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều thẳng đứng : điểm 3,8,13,18,23,28 Hình 17 Thay đổi nhiệt độ theo thời gian lớp theo chiều thẳng đứng : điểm 3,8,13,18,23,28 - Nhiệt độ điểm ( mặt trên) dao động mạnh , lớn t = 58,530C (tại  = 40h) , nhỏ t = 45,860C (= 103h) - Nhiệt độ điểm lúc đầu tăng tới lớn t = 57,870C ( = 69h) sau giảm chậm - Nhiệt độ điểm 13 , 18 , 23 lúc đầu tăng sau giảm chậm + Tại lớp 5: điểm 5,10,15,20,25,30 Từ hình 18, 19 số liệu tính toán thấy: - Điểm (ở mặt trên) có đặc điểm điểm - Nhiệt độ điểm 10, 15 , 20 , 25 , 30 lúc đầu tăng sau giảm chậm Điểm 30 thấp điểm khác Nhận định chung: Mặt chịu ảnh hưởng xạ, nhiệt độ dao động mạnh Mặt bên toả nhiệt với không khí, nhiệt độ dao động với biên độ nhỏ hơn, nhiệt độ thấp bên Bên ảnh hưởng môi trường, nhiệt độ phụ thuộc chủ yếu vào lượng nhiệt sinh phản ứng hydrat, nên tăng dần Nhiệt độ lớp phía chịu ảnh hưởng đáng kể truyền nhiệt cho đất, nhiệt độ thấp lớp bên Hình 18 Toàn cảnh thay đổi nhiệt độ lớp theo chiều thẳng đứng : điểm 5,10,15,20,25,30 Hình19 Thay đổi nhiệt độ theo thời gian lớp theo chiều thẳng đứng : điểm 5,10,15,20,25,30 Đánh giá tình trạng biến dạng nhiệt khối bêtông a Các sở đánh giá biến dạng nhiệt khối bêtông : Sự rạn nứt bêtông biến dạng thể tích không đồng khu vực khối bêtông đông cứng Theo lý thuyết, hệ số biến dạng bêtông non gồm hai thành phần: biến dạng co ngót biểu thị qua hệ số trương nở (co ngót) hệ số dãn nở nhiệt nhiệt độ thay đổi [6] Thành phần thứ gây nên nước tinh thể hình thành chiếm giữ nước nước trở nên thành phần cấu trúc bêtông Khi bắt đầu đông đặc, bêtông vật liệu có đặc tính keo chuyển dần sang dạng xốp hình thành mao mạch Do nước, áp suất mao dẫn lỗ rỗ mao mạch bêtông non suy giảm mạnh làm thể tích chúng giảm gây nên co ngót Hệ số trương nở (co ngót) thay đổi liên tục theo trạng thái vật liệu khó xác định Bởi mức độ co ngót thường quy đổi độ chênh nhiệt độ tương đương gây co ngót tC Thông thường lấy tC =  0C [1] Thành phần thứ hai hệ số dãn nở nhiệt phụ thuộc vào trạng thái bêtông nên thay đổi Như biến dạng chung bêtông quy biến dạng nhiệt độ thay đổi, xác định bới công thức [1] :  = K.T.t (4) :  biến dạng nhiệt , K hệ số hình dạng , T hệ số giãn nở nhiệt , t độ chênh nhiệt độ gây biến dạng : t = t + tC (5) t độ chênh nhiệt độ khu vực , tC độ chênh nhiệt độ tương đương gây co ngót nước Vậy để đánh giá biến dạng nhiệt bêtông cần khảo sát t b Xác định vị trí , bề rộng , chiều sâu thời điểm xuất miền bị kéo khối bêtông : Theo lý thuyết biến dạng nhiệt vật thể tự do, phân bố nhiệt độ vật đường cong, có liên kết phần tử cạnh nên phần tử bên vật thể giãn nở theo đường nhiệt độ trung bình tuyến tính tTB đường phân bố nhiệt độ đó, hình 20 Đường nhiệt độ trung bình tuyến tính xác định theo [1]: This image cannot currently be displayed tTB = t1 + : t1 , t2 trị số nhiệt độ nhiệt độ trung bình tuyến tính bề mặt vật : T h i s t1 = ( 2- i m T h is i m a g e T h i s ) ; t2 = ( i m T h is i m a g e -1) ; S diện tích đường cong nhiệt độ thực b e trọng tâm diện tích S : e=  t i xi dx a b Hình.20  t dx i a Do vị trí có nhiệt độ thực thấp nhiệt độ trung bình tuyến tính , phần tử vật liệu phải giãn nở theo nhiệt độ trung bình tuyến tính nên bị kéo : t = (tTB -t) > Ngược lại vị trí có nhiệt độ thực lớn nhiệt độ trung bình tuyến tính , phân tử giãn nở theo nhiệt độ trung bình tuyến tính nên bị nén : t = (tTB -t) < Theo (4) mức độ biến dạng kéo tỷ lệ với độ lớn t (+) , chiều sâu miền bị kéo xác định giao điểm đường t với trục hoành , có t =0 Kết tính toán lập bảng biểu diễn đồ thị sau : Các lớp theo chiều ngang: Lớp : điểm 1,2,3,4,5 , hình 21, 22: Hình 21 Độ chênh nhiệt độ t theo toạ độ diểm 1,2,3,4,5 lớp theo chiều ngang qua 120 Hình 22 Thay đổi độ chênh nhiệt độ t theo thời gian điểm 1,2,3,4,5 lớp qua 120 Nhận xét : Từ hình 21 thấy , điểm có t > miền bị kéo rộng 0,5m Từ hình 22 thấy điểm , t tăng tới giá trị lớn vào thời điểm 48 đạt 7,80C , sau dao động nhẹ , điểm bị kéo Các điểm , , 4, có t < nên bị nén Lớp 3: điểm 11, 12 13,14 15 , hình 23, 24: Hình 23 Độ chênh nhiệt độ theo toạ độ điểm 11,12,13,14,15 lớp theo chiều ngang qua 120 Hình 24 Độ chênh nhiệt độ theo thời gian điểm 11,12,13,14,15 lớp qua 120 Nhận xét : Điểm 11 có t > bề rộng miền bị kéo lớn điểm , miền bị kéo nối liền sang điểm 12 tới 0,75m Điểm 12 lúc đầu bị nén , qua thời điểm 80 có t > nên bị kéo Các điểm 13 , 14 , 15 có t < nên bị nén Lớp điểm 21,22,23,24,25 : Hình 25 , 26 Hình 25 Độ chênh nhiệt độ theo toạ độ điểm 21, 22, 23,24,25 lớp theo chiều ngang qua 120 Hình 26 Độ chênh nhiệt độ theo thời gian điểm 21,22,23,24,25 lớp qua 120 Nhận xét : Điểm 21 có t > nên bề rộng chiều sâu miền bị kéo tương tự điểm 11 Điểm 22 tương tự điểm 12 Các điểm 23,24,25 có đậc điểm 13 , 14 , 15 bị nén Các lớp theo chiều dọc : Lớp : điểm 1,6,11,16,21,26 , hình 27, 28: Hình 27 Độ chênh nhiệt độ theo toạ độ điểm 1,6,11,16,21,26 lớp chiều thẳng đứng qua 120 Hình 28 Độ chênh nhiệt độ theo thời gian điểm 1,6,11,16,21,26 lớp chiều thẳng đứng qua 120 Nhận xét : Điểm có t dao động phía đường trung tính với biên độ nhỏ , điểm bị kéo Điểm có t lớn đạt 4,50C vào thời điểm 16 h sau giảm tới vào thời điểm 34 , sau dao động theo ngày đêm Điểm 11 có t dao động gần quanh điểm trung tính , pha với điểm biên độ nhỏ , thời gian bị kéo nén xen kẽ Điểm 26 , 21 dao động có thời điểm đạt cực đại trùng với điểm Trong ngày đêm điểm 26 bị kéo 10 h , bị nén 14 h Điểm 16 21 có t dao động biên độ nhỏ , bị nén Lớp : điểm 3,8,13,18,23,28 , hình 29, 30 : Hình 29 Độ chênh nhiệt độ theo toạ độ điểm 3,8,13,18,23,28 lớp chiều thẳng đứng qua 120 Hình 30 Độ chênh nhiệt độ theo thời gian điểm 3,8,13,18,23,28 lớp chiều thẳng đứng qua 120 Điểm có t lớn đạt 8,50C vào thời điểm 58 h , t dao động theo ngày đêm dương nên bị kéo Miền bị kéo có bề rộng lớn không sâu Điểm có t lớn đạt 6,2 0C 12 h dao động theo xu hướng xuống, từ ngày thứ hai cắt đường trung tính làm xuất thời gian bị nén Miền bị kéo có bề rộng nhỏ điểm chiều sâu lớn, thông từ bề mặt vào sâu 1,2m qua điểm 13 tới gần điểm 18 Điểm 13 lúc đầu bị kéo, sau thời điểm 40 bị nén Điểm 28 có t đạt lớn 4,7 0C vào thời điểm 78 từ sau thời điểm 42 bị kéo Miền bị kéo rộng (nhỏ điểm 3) nông Điểm 18 23 bị nén Lớp : điểm 5,10,15,20,25 , hình 31, 32 Điểm có đặc điểm điểm 3, miền bị kéo rộng nông Điểm 10 có đặc điểm giống điểm miền bị kéo sâu thông qua điểm 15 tới sát điểm 20 Điểm 30 có đặc điểm giống điểm 28 có miền bị kéo rộng nông Xác định độ chênh nhiệt độ tới hạn nhận định đặc tính vết rạn nứt : Biến dạng kéo  gây nên rạn nứt lớn biến dạng kéo tới hạn th bêtông :  < th Hình 31 Độ chênh nhiệt độ theo toạ độ điểm 5,10,15,20,25,30 lớp chiều thẳng đứng qua 120 Hình 32 Độ chênh nhiệt độ theo thời gian điểm 5,10,15,20,25,30 lớp chiều thẳng đứng qua 120 Theo [1] , bêtông 28 ngày tuổi có biến dạng kéo tới hạn th = (1,5 2)  10-4, hệ số giãn nở tuyến tính theo nhiệt độ T = 1 10-5(1/ 0C) Theo giáo sư Xikeli [3], biến dạng kéo tới hạn th thay đổi theo thời gian với cường độ chịu kéo tới hạn Rth bêtông : th = 0,6 Rth.10-5 10 Cường độ bêtông thay đổi theo thời gian, tăng nhanh ngày đầu phụ thuộc vào nhiệt độ, hình 33 [1] Từ xác định biến dạng tới hạn bêtông ngày đầu 0,70,8 ngày thứ 28, tức th = (1,01,6)10-4 Biến dạng kéo tới hạn th phụ thuộc vào mác bêtông : mác 100-B2 có th = (0,75  1,2 )10-4 , mác 150-B4 có th = (1,051,8 )10-4, mác 200-B , th = (1,5 2,4 )10-4 [3] Căn vào số liệu trên, với bêtông tuổi non trường hợp khảo sát lấy th = 1,3 10-4 , hệ số giãn nở tuyến tính T = 110-5 (1/0C) , hệ số hình dạng với bêtông khối khối K =1, độ chênh nhiệt độ gây co Hình 33 Cường độ bêtông tăng theo thời gian , so với cường độ tuổi 28 ngày , nhiệt độ khác ngót tương đương tC = 50C [1] Từ (4) (5) xác định độ chênh nhiệt độ trung bình tới hạn : tth = 4  th  t C = 1,3  105  = 80C K  T 1 10 Như vị trí khối bêtông có t < tth = 80C không bị rạn nứt, ngược lại vị trí có t  tth = 80C bị rạn nứt Kết hợp lớp theo hai chiều đặc điểm vết nứt mặt cắt ngang khối bêtông bảng 2: Bảng - Nứt sâu 0.2m - 48 h /72 h 11 - Nứt sâu 0,25m- 40h/104h 16 21- Nứt sâu 0,25m - 44 h /104 h 26 12 17 22 27 - Nứt sâu 0,1m- 51 h /78 h 13 18 23 28 14 19 24 29 - Nứt sâu 0,1m - 51 h /78 h 10 15 20 25 30 (Hai số cuối thời điểm xuất vết nứt thời điểm vết nứt lớn ) Các điểm 2, 4, 6, 16, 26 không tính toán t, song nhiệt độ tính toán có giá trị trung bình hai điểm kề bên nên có đặc tính trung gian hai điểm kề bên nên bị nứt Như thấy vết nứt chạy dọc theo mặt mặt bên khối bêtông Vết nứt điểm hai mặt bên : 1, 6, 11, 16, 21, 26 xuất chậm vết nứt mặt Có thể mô vết nứt hình 34 IV Kết luận Việc khảo sát trình nhiệt kết cấu bêtông khối lớn thời kỳ đầu sau đông cứng cho phép rút kết luận phương diện nhiệt sau : Hình 34 Mô xuất vết nứt kết cấu bêtông khối lớn Khi đúc cấu kiện bêtông hình khối kích thước lớn (4,5 m2,5m  16m) có hàm lượng xi măng 400kg/ m3 loại xi măng PC400 , bêtông có tính chất nhiệt : c= 1208 J/kg0C, = 1,83W/m0C, = 2200 kg/m3, suất sinh nhiệt cực đại qV= 675,15 W/m3, điều kiện mùa hè có nắng, sau thời gian có tượng rạn nứt biến dạng nhiệt : - Các vết nứt tạo thành đường liền cắt ngang mặt hai mặt bên khối bêtông - Vết nứt mặt hẹp nông hai mặt bên - Vết nứt hai mặt bên xuất sớm nhất, mặt xuất muộn Xét riêng góc độ nhiệt, đặc tính vết nứt phụ thuộc lớn vào suất sinh nhiệt qV(W/m3), sau đến tính chất nhiệt bêtông Điều kiện môi trường bêtông đông cứng (nhiệt độ, độ ẩm không khí, tốc độ gió, xạ mặt trời ) có vai trò quan trọng truyền nhiệt với đất ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng nhiệt Bởi để giảm rạn nứt phương diện nhiệt cần tìm biện pháp khắc phục tác động bất lợi yếu tố 11 Quá trình rạn nứt khảo sát có tính đến co ngót nước, không kể đến ảnh hưởng thay đổi độ ẩm bêtông Trong thực tế đông cứng, bên khối bêtông có mặt trình biến đổi ẩm làm trình rạn nứt xảy phức tạp Bên cạnh nguyên nhân chế độ nhiệt nhiều nguyên nhân khác gây rạn nứt tỷ lệ nước/xi măng, tỷ lệ cấp phối vật liệu, quy trình nhào trộn, kỹ thuật đầm nén yếu tố nằm phạm vi chuyên môn kỹ thuật nhiệt, nên không đề cập đến lĩnh vực nhà khoa học xây dựng Bởi nhận định mang tính chất tuý mặt nhiệt học Tài liệu tham khảo : [1] С.A.Φрид температурные напрЯжениЯ в бетонных и железобетонных конструкциЯх гидротехнических сооружений государствнное Энергетическое издтелЬство Москва 1959 [2] Lê Văn Cung Khống chế nhiệt độ đập bêtông thác bà Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị KH xây dựng 1985 [3] Nguyễn Trọng Thao Nghiên cứu chế độ nhiệt việc đổ bêtông công trình thuỷ điện khối lớn Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị KH bêtông 1980 [4} Frank P Incropera Fundametals of Heat and Mass Transfer John Wiley & Sons New York 1996 [5] J.P Holman Heat Transfer Mc Graw.Hill Inc New York 1997 [6] Neville Concret propeties London 1973 12 [...]... 34 IV Kết luận Việc khảo sát quá trình nhiệt của kết cấu b tông khối lớn trong thời kỳ đầu sau đông cứng cho phép rút ra các kết luận về phương diện nhiệt như sau : Hình 34 Mô phỏng xuất hiện các vết nứt trên kết cấu b tông khối lớn 1 Khi đúc cấu kiện b tông hình khối kích thước lớn (4,5 m2,5m  16m) có hàm lượng xi măng 400kg/ m3 loại xi măng PC400 , b tông có các tính chất nhiệt : c= 1208 J/kg0C,... số liệu trên, với b tông tuổi còn non trong trường hợp khảo sát ở đây có thể lấy th = 1,3 10-4 , hệ số giãn nở tuyến tính T = 110-5 (1/0C) , hệ số hình dạng với b tông khối khối K =1, độ chênh nhiệt độ gây co Hình 33 Cường độ b tông tăng theo thời gian , so với cường độ ở tuổi 28 ngày , ở các nhiệt độ khác ngót tương đương tC = 50C [1] nhau Từ (4) và (5) xác định được độ chênh nhiệt độ trung bình...Cường độ của b tông thay đổi theo thời gian, tăng nhanh trong những ngày đầu và phụ thuộc vào nhiệt độ, hình 33 [1] Từ đó có thể xác định biến dạng tới hạn của b tông trong những ngày đầu chỉ bằng 0,70,8 ngày thứ 28, tức là th = (1,01,6)10-4 Biến dạng kéo tới hạn th cũng phụ thuộc vào mác b tông như : mác 100-B2 có th = (0,75  1,2 )10-4 , mác 150-B4... nứt phụ thuộc rất lớn vào năng suất sinh nhiệt qV(W/m3), sau đó đến các tính chất nhiệt của b tông Điều kiện môi trường b tông đông cứng (nhiệt độ, độ ẩm không khí, tốc độ gió, bức xạ mặt trời ) có vai trò rất quan trọng và sự truyền nhiệt với nền đất cũng ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng nhiệt Bởi vậy để giảm rạn nứt về phương diện nhiệt cần tìm biện pháp khắc phục tác động bất lợi của các yếu tố trên... suất sinh nhiệt cực đại qV= 675,15 W/m3, trong điều kiện mùa hè có nắng, sau một thời gian sẽ có hiện tượng rạn nứt do biến dạng nhiệt : - Các vết nứt tạo thành đường liền cắt ngang mặt trên và hai mặt bên khối b tông - Vết nứt tại mặt trên hẹp và nông hơn hai mặt bên - Vết nứt tại giữa hai mặt bên xuất hiện sớm nhất, tại giữa mặt trên xuất hiện muộn hơn 2 Xét riêng về góc độ nhiệt, đặc tính của vết... tác động bất lợi của các yếu tố trên 11 3 Quá trình rạn nứt trên được khảo sát có tính đến co ngót do mất nước, nhưng không kể đến ảnh hưởng của thay đổi độ ẩm trong b tông Trong thực tế khi đông cứng, bên trong khối b tông luôn có mặt các quá trình biến đổi ẩm làm quá trình rạn nứt xảy ra phức tạp hơn 4 Bên cạnh nguyên nhân về chế độ nhiệt còn rất nhiều nguyên nhân khác gây rạn nứt như tỷ lệ nước/xi... 20 25 30 (Hai số cuối chỉ thời điểm xuất hiện vết nứt và thời điểm vết nứt lớn nhất ) Các điểm 2, 4, 6, 16, 26 tuy không tính toán t, song nhiệt độ tính toán có giá trị trung bình giữa hai điểm kề bên nên có đặc tính trung gian giữa hai điểm kề bên nên cũng bị nứt Như vậy có thể thấy vết nứt chạy dọc theo mặt trên và mặt bên của khối b tông Vết nứt tại các điểm tại hai mặt bên : 1, 6, 11, 16, 21, 26... Энергетическое издтелЬство Москва 1959 [2] Lê Văn Cung Khống chế nhiệt độ đập b tông thác bà Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị KH xây dựng 1985 [3] Nguyễn Trọng Thao Nghiên cứu chế độ nhiệt của việc đổ b tông các công trình thuỷ điện khối lớn Tuyển tập Công trình khoa học Hội nghị KH b tông 1980 [4} Frank P Incropera Fundametals of Heat and Mass Transfer John Wiley & Sons New York 1996 [5] J.P Holman Heat... môn kỹ thuật nhiệt, nên chúng tôi không đề cập đến vì đó là lĩnh vực của các nhà khoa học xây dựng Bởi vậy các nhận định trên mang tính chất thuần tuý về mặt nhiệt học Tài liệu tham khảo : [1] С.A.Φрид температурные напрЯжениЯ в бетонных и железобетонных конструкциЯх гидротехнических сооружений государствнное Энергетическое издтелЬство Москва 1959 [2] Lê Văn Cung Khống chế nhiệt độ đập b tông thác bà... độ trung bình tới hạn : tth = 4  th  t C = 1,3  105  5 = 80C K  T 1 10 Như vậy tại các vị trí trong khối b tông có t < tth = 80C sẽ không bị rạn nứt, ngược lại các vị trí có t  tth = 80C sẽ bị rạn nứt Kết hợp các lớp theo cả hai chiều đặc điểm các vết nứt trên mặt cắt ngang khối b tông như bảng 2: Bảng 2 1 - Nứt sâu 0.2m - 48 h /72 h 6 11 - Nứt sâu 0,25m- 40h/104h 16 21- Nứt sâu 0,25m