Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông cốt thép trong quá trình khai thác biện pháp khắc phục

Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tơng cốt thép q trình khai thác biện pháp khắc phục / Chu Quang Trung Chương mở đầu: Giới thiệu tổng quan Do phát triển kinh tế đất nước, đa phần cầu phải gánh lượng vận tải lớn, nhiều vượt tải trọng cho phép Mặt khác, công trình cầu cũ nước ta cịn chịu ảnh hưởng môi trường, chiến tranh công tác tu bảo dưỡng khơng thường xun Chính nên có nhiều cầu cũ tình trạng hư hỏng xuống cấp nghiêm trọng Để tiếp tục tận dụng, khai thác phát huy khả làm việc cơng trình cần phải đánh giá, phân loại trạng nguyên nhân gây hư hỏng, từ nghiên cứu giải pháp xử lý Với mục đích nâng cao hiệu trình khai thác, phát huy khả làm việc nâng cao độ tin cậy cơng trình cầu BTCT điều kiện Việt nam Trong luận án tác giả giải việc tìm hiểu nguyên nhân gây nên hư hỏng kết cấu nhịp cầu BTCT; Xác định phương pháp thu thập thơng tin từ chọn phương pháp tính tốn đánh giá suy giảm chất lượng để đề xuất biện pháp khắc phục có hiệu hư hỏng Qua cơng trình tham gia sửa chữa tham khảo số công trình cầu sửa chữa khác, mục tiêu mà đề tài muốn đạt nghiên cứu đề xuất biện pháp sửa chữa cầu BTCT cách có hiệu xuất phát từ việc xác định rõ nguyên nhân gây hư hỏng chữa bệnh Ngoài việc giới thiệu vài biện pháp sửa chữa dầm cầu BTCT cũ mà giới Việt nam áp dụng luận văn sâu nghiên cứu giới thiệu số phương pháp sửa chữa có hiệu mà Viện KHCN GTVT áp dụng thành công sử dụng vật liệu bê tông polyme PEX Viện KHCN GTVT chế tạo để sửa chữa cầu; sửa chữa tăng cường cầu DUL-N; sửa chữa khôi phục cầu phương pháp dán thép tăng cường cho dầm BTCT Chương 1: Một số nguyên nhân gây hư hỏng phương pháp thu thập thông tin dầm cầu BTCT khai thác 1.1 Một số nguyên nhân gây hư hỏng dầm cầu BTCT khai thác: Sự hư hỏng cầu BTCT nguyên nhân sau: - Q trình phá hủy vật liệu tác động môi trường, bão, lũ… - Khảo sát thiết kế có sai sót - Sai sót q trình thi cơng - Trong q trình sử dụng, thiếu tu sửa chữa, khai thác tải 1.1.1 Các hư hỏng trình phá hủy vật liệu tác động môi trường a) Sự phá hủy lý hóa bê tơng Dạng hư hỏng xảy tác động bên ngồi thành phần thân bê tông Phản ứng hóa học phổ biến xảy tác dụng ngậm nước thẩm thấu nước Hiện tượng kéo theo xuất sùi mặt thành mụn vỡ mủn Các phá hủy thường số tác động sau: - Sự hư hỏng tác dụng cacbonat hóa bê tơng - Sự hư hỏng nguyên nhân kiềm hóa - Sự hư hỏng nguyên nhân tác dụng clorua sunfat - Sự xuống cấp bê tơng có nguồn gốc sinh học b) Sự hư hỏng tượng ăn mịn cốt thép bê tơng: Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy chủ yếu ăn mòn cốt thép Việc ăn mòn cốt thép dẫn đến nứt vỡ lớp bê tông bảo vệ phá hủy kết cấu Điều kiện cần để cốt thép bắt đầu gỉ độ pH < 11 hàm lượng ion Cl- tự vượt ngưỡng 0,2- 0,4% xi măng Các ngun nhân gây ăn mịn thép bê tơng sau: - Ăn mịn điện hóa : Q trình gồm hai phần: Hịa tan anốt kim loại phản ứng catôt - Gỉ cốt thép bê tơng vùng bị nứt: Khi mà bê tơng có độ rỗng, không đủ chặt, bề dày lớp bảo vệ không đủ ngăn cản thấm nhập ôxy lên bề mặt cốt thép vùng khơng có vết nứt Lúc đó, anốt bề mặt thép có lớp thụ động bị gỉ vết nứt catốt bề mặt thép nằm bê tông - Gỉ cốt thép bê tông có mặt ion Cl-: Sự có mặt Cl– làm cho bê tông dẫn điện tốt hơn, tăng tốc độ gỉ cốt thép nằm vùng bê tơng bị cacbonat hóa c) Sự hư hỏng nứt co ngót bê tơng: Co ngót tượng thể tích thay đổi độ ẩm, tỷ lệ N/X cao, chênh lệch mức co ngót mặt ngồi bên tiết diện nhiều 1.1.2 Những hư hỏng trình khảo sát, thiết kế có sai sót Những sai lầm khảo sát, thiết kế kéo theo hư hỏng biểu theo dạng: - Tính tốn sai tính chưa đủ - Chọn giải pháp kết cấu không tốt, không tôn trọng nguyên tắc đảm bảo an tồn cơng trình a) Những hư hỏng tính tốn kết cấu Việc lựa chọn sơ đồ tính tốn kết cấu khơng khơng xác, chưa lường hết yếu tố tác động xảy q trình thi cơng q trình khai thác cơng trình Một vài sai sót thường gặp là: - Tính tốn mặt cầu khơng đạt - Tính tốn lực căng cáp dự ứng lực khơng xác - Tính tốn sai sót phân phối lại nội lực tác dụng biến dạng khác b) Những hư hỏng xảy lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt Khi thiết kế cơng trình, ngồi vấn đề phải tính tốn đủ khả chịu lực theo yêu cầu thiết kế, cần thiết phải có lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý, không dẫn đến hư hỏng mà ngun nhân hồn tồn vấn đề lựa chọn cấu tạo kết cấu không hợp lý 1.1.3 Những hư hỏng liên quan đến thi công a) Sản xuất bê tông: Khi sản xuất bê tông không tôn trọng công thức qui định, cho nước không đúng, sử dụng không chất phụ gia, pha trộn không nhiệt độ quy định Những sai sót làm ảnh hưởng tới cường độ chịu lực vật liệu, gây rỗ bề mặt tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ cacbơnat hóa bê tơng b) Cốt thép bê tông: Không tuân thủ chiều dày lớp bảo vệ, thép đặt không đảm bảo nên đổ bê tơng bị di chuyển Các sai sót ảnh hưởng tới khả chịu lực kết cấu nguyên nhân gây gỉ cốt thép c) Bố trí cốt thép ván khuôn thi công căng kéo: Trong q trình thi cơng có xảy sai lệch mặt hình học, kể đến lún cục ván khuôn, độ vồng ngược dầm khơng thích hợp, mối nối khơng đảm bảo, sai lệch có liên quan đến chất lượng khơng đồng bê tông, chất tải kéo căng cốt thép không đối xứng Các thiếu sót làm biến dạng thực tế kết cấu khác xa so với tính tốn d) Những sai sót q trình thi cơng: Đặt cốt thép khơng quy cách, sai số vị trí lớn, kê chèn không đủ cho chiều dày lớp bảo vệ theo dự định, không hàn mối nối cốt thép, thiếu cốt thép chờ mối nối bê tông Tháo ván khn sớm dẫn đến biến dạng q lớn, chí gây nứt Những sai sót ảnh hưởng lớn đến khả chịu lực kết cấu, gây nứt bê tông gỉ cốt thép 1.1.4 Những hư hỏng trình khai thác sử dụng Trong trình sử dụng, hư hỏng xảy thường thay đổi điều kiện sử dụng, điều kiện môi trường, thiếu tu bảo dưỡng thường xuyên Những hư hỏng trình sử dụng phổ biến hư hỏng nứt Các vết nứt cấu kiện chịu tải, lún không cơng trình, mỏi 1.2 Những phương pháp thu thập thông tin cầu BTCT khai thác 1.2.1 Mục tiêu thu thập thông tin: đánh giá chất lượng vật liệu đánh giá khả làm việc kết cấu Hai loại thông tin cần thu thập là: - Về vật liệu: Thu thập đặc trưng vật liệu; thu thập hư hỏng vật liệu; tác động môi trường đến vật liệu - Về kết cấu: Đo đạc trạng thái biến dạng kết cấu; thu thập hư hỏng kết cấu 1.2.2 Nguyên tắc thu thập thông tin: Thu thập nhiều thông tin liên quan đến cơng trình tốt Cố gắng tiếp cận cơng trình gần tốt Ghi chép, phác hoạ trạng cơng trình tỷ mỉ, kỹ lưỡng xác Thiết bị kiểm định phải có độ xác theo yêu cầu so chuẩn theo quy định 1.2.3 Các hình thức mức độ kiểm tra thu thập thông tin - Kiểm tra thường xuyên: Thường tiến hành hàng năm - Kiểm tra định kỳ: Thường tiến hành theo khoảng thời gian định - Kiểm tra đặc biệt: Thường tiến hành sau cố bất thường lũ bão, động đất, hỏa hoạn, va chạm lớn, sau sửa chữa nâng cấp cần khai thác với tải trọng lớn 1.2.4 Các phương pháp kiểm tra vật liệu a) Phương pháp phá hoại mẫu: Vật liệu cần nghiên cứu lấy từ cơng trình chế tạo thành mẫu thử Các mẫu vật liệu được đưa vào máy thí nghiệm tương ứng với trạng thái làm việc vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn ) cho chịu tác dụng lực có giá trị tăng dần theo cấp lúc mẫu bị phá hoại hoàn toàn Dưới tác dụng lực vật liệu bị biến dạng Đo giá trị biến dạng tương ứng với cấp ứng suất Giá trị cặp ứng suất biến dạng nhận cho phép dựng đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng; gọi biểu đồ đặc trưng vật liệu qua đồ thị xác định đặc trưng lý vật liệu b) Phương pháp NDT: Phương pháp NDT hệ phương pháp đo trực tiếp cơng trình kết cấu thực để xác định đặc trưng vật liệu phát khuyết tật tồn bên môi trường vật liệu trình chế tạo, trạng thái bệnh lý vật liệu gây Phương pháp phương pháp NDT hệ gồm nhiều phương pháp kiểm tra không phá hủy khác như: Đo cường độ bê tông phương pháp đo độ cứng bề mặt Đo chiều dày lớp bê tông bảo vệ, vị trí cốt thép, đường kính cốt thép Phương pháp siêu âm đo vận tốc xung siêu âm truyền qua bê tông Phương pháp chụp ảnh nội soi để kiểm tra, xem xét chụp ảnh trạng bên bê tơng Đo độ xâm nhập khí cácbon bê tông đánh giá suy giảm cường độ bê tông mức độ gỉ cốt thép Xác định độ thấm nhập clo theo thời gian, xác định hàm lượng sulphate, xác định hàm lượng xi măng bê tông Dựa luật thấm nhập clo, xây dựng quan hệ độ thấm nhập clo suy giảm cường độ bê tơng, ngưỡng gây gỉ, dự báo thời gian cốt thép bị gỉ Đo điện cốt thép, điện trở bê tông để dự báo khả bị gỉ cốt thép bê tông Đo đạc, chụp ảnh tia phóng xạ (tia X, gamma ) để xác định mật độ bê tông, phát khuyết tật bên bê tông, lỗ rỗng, vết nứt vị trí, đường kính tình trạng cốt thép c) Sử dụng kết hợp phương pháp: Mỗi phương pháp phương pháp NDT có ưu nhược điểm riêng bê tông cốt thép vật liệu phức hợp nên để sử dụng có hiệu phương pháp NDT cần sử dụng cặp phương pháp NDT hỗn hợp 1.2.5 Các phương pháp đo đạc hiệu ứng kết cấu Các hiệu ứng kết cấu cho số liệu cần thiết để chẩn đốn xác định mơ hình thực trạng cơng trình a) Thử tải tĩnh: Đối với chất tải tĩnh xác định hiệu ứng kết cấu sau: độ võng tĩnh hoạt tải; biến dạng bê tông; biến dạng cốt thép; độ mở rộng vết nứt có tải thiết bị đo biến dạng học thiết bị theo dõi vết nứt b) Thử tải động: Bố trí đầu đo dao động ví trí cần đo đạc cho xe thử tải chất tải theo tính tốn chạy qua cầu với tốc độ ghi lại phổ dao động Dựa vào chương trình phân tích chun dụng tìm phổ gia tốc, vận tốc chuyển vị động Từ tìm đặc trưng động học cơng trình, tìm chuyển vị động theo phương thẳng đứng qua đánh giá hệ số xung kích cầu, tìm trị riêng, tần số dao động riêng chu kỳ dao động riêng c) Đo đạc thời gian dài: Các trang thiết bị đo đạc lắp đặt bảo quản cơng trình, số liệu ghi vào thiết bị lưu trữ Thiết bị sử dụng thường gồm thiết bị đo đếm hoạt tải xe qua cầu thiết bị đo hiệu ứng kết cấu biến dạng, chuyển vị đặc trưng dao động Xử lý số liệu có phổ tải trọng, phổ hiệu ứng tải Đây phương pháp cho tranh đầy đủ tác động hiệu ứng kết cấu Chương 2: Phương pháp xác định suy giảm chất lượng dầm cầu BTCT khai thác Để đánh giá tình trạng kỹ thuật dầm cầu BTCT khai thác, ta phải xây dựng toán chẩn đoán kỹ thuật dầm cầu dựa sở số liệu thông tin thu Mục tiêu chẩn đoán kỹ thuật nghiên cứu phương pháp nhận đánh giá thơng tin chẩn đốn, mơ hình chẩn đoán thuật toán giải Nâng cao độ tin cậy độ dự trữ hệ kỹ thuật mục tiêu chẩn đoán kỹ thuật 2.1 Bài toán chẩn đốn kỹ thuật cơng trình xây dựng Bài tốn chẩn đốn cơng trình nhận biết trạng thái kỹ thuật hệ điều kiện thông tin hạn chế Nội dung toán chẩn đoán kỹ thuật gồm bước sau: * Xây dựng không gian trạng thái đối tượng kỹ thuật {D} * Xác định dấu hiệu chẩn đốn * Tiêu chuẩn nhận dạng Quy trình chẩn đốn kỹ thuật: Thu thập thơng tin Chẩn đốn kỹ thuật Xây dựng mơ hình học hệ thống Mơ hình tĩnh Mơ hình động Nhận thức trạng thái hệ sở thống kê Nhận biết trạng thái kỹ thuật Mơ hình tĩnh: thu thập số liệu thể phản ứng kết cấu trước tác động tải trọng cố định không thay đổi theo thời gian Mơ hình động: thu thập số liệu thể phản ứng cơng trình trước tác động tải trọng biến đổi theo thời gian Phương pháp đánh giá suy giảm chất lượng cầu BTCT a) Phương pháp thống kê: xử lý dấu hiệu chẩn đoán sở thống kê liệu hư hỏng khuyết tật, từ xác định trạng thái khuyết tật cầu b) Phương pháp học: xác định mơ hình học sở xây dựng không gian trạng thái đối tượng, xác định dấu hiệu chẩn đoán 2.2 Xây dựng toán chẩn đoán kỹ thuật cầu BTCT a) Sơ đồ giải toán chẩn đoán kỹ thuật cầu BTCT theo quan điểm nhận dạng học hệ thống Xây dựng mơ hình lý thuyết kết cấu Khảo sát đo đạc số liệu cầu thực địa Các đặc trưng lý thuyết tính tốn mơ hình Các đặc trưng kết cấu thực So sánh số liệu đo tính toán lý thuyết để chẩn đoán hư hỏng, mức độ, vị trí hư hỏng Xây dựng mơ hình trạng cơng trình Đánh giá chất lượng cơng trình Cơ sở chẩn đoán kỹ thuật kết cấu cầu dựa số liệu sau: - Hồ sơ thiết kế, hồ sơ hồn cơng cầu - Q trình khai thác sử dụng, lần kiểm tra, sửa chữa - Số liệu khảo sát đo đạc trường b) Sơ đồ giải toán chẩn đoán kỹ thuật cầu BTCT theo quan điểm thống kê Thu thập số liệu cầu thực địa Xây dựng tập hợp dấu hiệu nhận biết trạng thái kết cấu Các đặc trưng dấu hiệu kết cấu thực Thống kê liệu hư hỏng khuyết tật loạt cầu Nhận biết trạng thái cầu theo quan điểm thống kê Đánh giá chất lượng cơng trình Để giải tốn chẩn đốn kỹ thuật cơng trình cầu theo quan điểm thống kê, cần có yếu tố sau: - Số liệu khảo sát, đo đạc đặc trưng hình học, đặc trưng vật liệu kết cấu tác động mơi trường bên ngồi - Tập hợp dấu hiệu nhận biết trạng thái kết cấu - Số liệu thống kê liệu hư hỏng khuyết tật nhiều kết cấu thực tế 2.3 Giải toán chẩn đoán, đánh giá cầu BTCT theo quan điểm nhận dạng học hệ thống - Tiến hành lựa chọn, xây dựng tập mơ hình dự trữ (cơ sở liệu) dựa vào kiến thức biết mơ hình hố - Lựa chọn đặc trưng tiến hành tính tốn, đo đạc ứng xử (phản ứng) kết cấu thực - Trên sở số liệu thu thập, đo đạc tiến hành so sánh lựa chọn tập mô hình dự trữ mơ hình phù hợp theo tiêu chuẩn đánh giá phù hợp 10 Để chẩn đoán dấu hiệu độc lập P(K*/Di) = P(k1*/Di) P(k2*/Di) P(kv*/Di) (27) * Xác suất xuất tổ hợp dấu hiệu K là: n P(K*) = å P(D )P(K /D ) * s (28) s S=1 Vậy cơng thức tổng qt Baies có dạng: P(Di/K*) = P(Di).P(K * /Di) n å (29) P(K * /Ds) s =1 n Có thể suy ra: å P(D /K ) * i =1 (30) S=1 Mẫu số tất công thức Baies tất chẩn đoán Điều cho phép trước hết xác định xác suất đồng thời xuất chẩn đoán thứ i tổ hợp dấu hiệu thực biết P(Di/K*) = P(Di).P(K*/Di) (31) Nếu tổ hợp dấu hiệu K xác định chẩn đốn Ds * tổ hợp khơng gặp chn oỏn khỏc ỡ voi s r ợ ¹ voi s = r P(K*/Ds) = í (32) Khi nhờ đẳng thức (29) voi s ¹ r ỵ ¹ voi s = r ì0 P(Ds/K*) = í (33) Vậy logic xác định thiết lập chẩn đoán trường hợp riêng logic xác suất Công thức Baies sử dụng trường hợp phần dấu hiệu có phân phối rời rạc phần khác có phân phối liên tục Đối với phân phối liên tục sử dụng hàm mật độ phân phối Tuy nhiên sơ đồ tính tốn khơng tồn phân biệt 15 dấu hiệu, đường cong nên tục xây dựng nhờ tập hợp giá trị rời rạc 16 Chương 3: Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng dầm cầu BTCT khai thác Việc sửa chữa cơng trình cầu BTCT phải xuất phát từ nguồn gốc, nguyên hư hỏng cơng trình cầu BTCT dựa kết việc thu thập thơng tin chẩn đốn đánh giá cầu BTCT Thường bệnh cơng trình cầu BTCT thuộc hai lĩnh vực là: Vật liệu kết cấu Trên sở việc sửa chữa cầu BTCT nhằm khắc phục bệnh vật liệu kết cấu 3.1 Nguyên tắc xử lý hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép 3.1.1 Đối với vết nứt bê tông: Chỉ xử lý vết nứt coi nguy hiểm ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ khả chịu lực kết cấu Trước tiến hành sửa chữa cần phải xem xét đặc trưng sau: Độ mở rộng vết nứt; Độ sâu vết nứt; Tình trạng vết nứt; Tuổi vết nứt; Trạng thái học vùng gần vết nứt; Hiện tượng nứt có tính chất hệ thống hay đơn lẻ; Các khả để tiếp cận vết nứt phục vụ cho công việc xử lý, sửa chữa 3.1.2 Xử lý vết nứt: Nếu vết nứt lớn, tẩy rửa làm sạch, làm khơ tạo lớp tăng dính kết với bê tơng cũ Sau dùng vữa bê tơng polymer PEX nhồi, lèn chặt để hàn gắn Nếu vết nứt nhỏ nằm ngang nhét kín chất liên kết PEX cách quét lỏng Trước hết đục mở rộng miệng vết nứt, tạo nên rãnh nhỏ PEX tự ngấm sâu vào vết nứt Sau làm bụi bẩn, dầu mỡ hay mảnh vụn chất bẩn dòng PEX chảy tự Trường hợp vết nứt nhỏ nằm sâu khối bê tơng bơm keo êpơxy 3.1.3 Đối với hư hỏng bong vỡ bê tông: Đục bỏ hết phần bê tông bị hư hại lớp bê tơng có cường độ cao Làm vệ 17 sinh bề mặt, tạo nhám cạo gỉ cốt thép máy cốt thép bị gỉ nhẹ Khi cốt thép bị gỉ nặng, tiết diện giảm yếu 20% cần phải hàn bù cốt thép bổ xung tiết diện 3.1.4 Đối với cốt thép khu vực quanh cốt thép: Ở khu vực lớp bê tông bảo vệ cốt thép bị phá hỏng liên kết bám dính cốt thép với bê tơng bị hồn tồn cốt thép bị gỉ cần phải loại bỏ hết bê tông hư hỏng Cốt thép phải tẩy hết gỉ làm bề mặt 3.3 Một số biện pháp sửa chữa điển hình áp dụng Việt nam 3.3.1 Biện pháp sửa chữa vật liệu truyền thống: Dùng vữa xi măng poóclăng thường dùng bê tông thường cốt liệu nhỏ để lấp vá vết nứt, vết vỡ bê tông 3.3.2 Biện pháp phun bê tơng: Có hai phương pháp phun bê tông phương pháp phun bê tông khô phun bê tông ướt 3.3.3 Phun keo êpôxy: Keo êpơxy loại keo hố cứng, thành phần gồm hai chất chủ yếu nhựa êpơxy chất hố rắn Sau trộn chúng với xảy phản ứng pơlyme hóa tạo loại vật liệu cứng có đặc trưng học cao đồng thời dính bám tốt với bề mặt xung quanh 3.3.4 Thêm cốt thép: Nếu cần tăng khả chịu lực không nhiều, chừng 10-15%, nên đặt thêm cốt thép chủ chịu kéo đáy dầm 3.3.5 Sử dụng vật liệu bê tông polyme cốt sợi: Việc đưa sợi vào hỗn hợp BTCT tạo nên vật liệu có độ bền cường độ cao BTCT thường Việc thêm sợi ngắn vào hỗn hợp xi măng-nước-cốt liệu (bê tơng) có tác dụng khống chế vết nứt làm tăng độ dai vật liệu 3.4 Một vài biện pháp sửa chữa Viện KHCN GTVT nghiên cứu áp dụng thành công 18 Sửa chữa tăng cường cầu bị suy giảm khả chịu lực cần thiết để đảm bảo khai thác cầu an toàn Với loại hình kết cấu dầm cầu BTCT nhịp giản đơn có biện pháp tăng cường cầu thường hay áp dụng là: - Sửa chữa tăng cường cầu dán thép - Sửa chữa tăng cường cầu dự ứng lực ngồi Trong biện pháp sửa chữa tăng cường cầu dán thép áp dụng phổ biến kĩ thuật đơn giản, chi phí thấp Biện pháp tăng cường cầu tự ứng lực thường áp dụng với yêu cầu tăng cường tải trọng khai thác cầu, biện pháp dán thép thường áp dụng với yêu cầu phục hồi khả làm việc cầu Cũng áp dụng đồng thời hai biện pháp sửa chữa tăng cường cầu BTCT 3.4.1 Sử dụng vật liệu bê tông polyme PEX Viện KHCN GTVT nghiên cứu chế tạo để trám vá chỗ bê tơng vỡ, tróc mảng… Các polymer, đặc biệt nhựa êpơxi có độ dính bám liên kết cao với bê tơng cũ, có cường độ kéo cao, uốn cao khơng co ngót đóng rắn Tuy nhiên có nhược điểm riêng, biết cách khắc phục bê tơng pơlymer loại khắc phục nhược điểm cố hữu thích hợp cho cơng tác sửa chữa Mặc dù có nhiều vật liệu khác dùng để chế tạo bê tông pôlymer, số có hệ sử dụng thành cơng nhựa êpơxy Nhựa êpơxy thường có hệ số nở nhiệt cao so với bê tông thường Điều gây ứng suất nội lớp bê tông ứng suất nhiệt chịu biến động nhiệt độ lớn Do cần phải kết hợp với tác nhân dẻo hóa làm giảm độ cứng kết hợp với giải pháp đưa hỗn hợp cốt liệu làm triệt tiêu bớt ứng suất biến đổi thể tích gây Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi vật liệu sửa chữa, nghiên cứu sử dụng bê tơng polymer PEX-Sản phẩm nghiên cứu 19 phịng KHCN Vật liệu-Viện Khoa học công nghệ Giao thông vận tải, sử dụng nhiều năm qua cho mục đích sửa chữa Các ưu điểm bê tơng polymer PEX: - Cường độ bê tông polymer PEX: cường độ nhanh đạt đến mác thiết kế cường độ tuổi ngày đạt cao Cường độ bê tông (Rnén/Ruốn) - MPa Loại bê tông ngày 28 ngày Pôlyme PEX 210/90 340/100 410/130 420/150 450/160 BT xi măng 0/0 80/2 230/28 370/45 450/54 - C-ờng độ liên kết dính bám bê tông polymer PEX với bê tông cao liên kết bê tông cao hẳn c-ờng độ liên kết dính bám vữa xi măng bê tông xi măng với bê tông cũ cao so với tr-ờng hợp gắn kết bê tông keo êpôxy Cng liờn kt bám dính Loại vật liệu sửa chữa Diện tích liên kết BT Sau 3h Sau 24h Vữa polymer PEX 225 cm2 4,2 4,5 5,5 4,2 4,2 4,2 4,0 4,4 Bê tông (BTX) Keo êpôxy 225 cm 225 cm - Cường độ liên kết bám dính BT polymer PEX với thép cốt thép cao hẳn cường độ liên kết dính bám vữa xi măng bê tông xi măng - Khả chịu mỏi độ bền tác dụng tải trọng động: Sau hoàn thành triệu chu kỳ dao động toàn kết cấu mối liên kết bám dính ngun vẹn khơng có hư hỏng khiếm khuyết Loại vật liệu Diện tích liên Cường độ nén sửa chữa kết bám dính BT 20 Cường độ liên kết chịu cắt-trượt Sau Sau 24 vữa PEX 58 cm2 30 MPa 3,7 MPa 5,8 MPa vữa xi măng 58 cm2 30 MPa MPa MPa 3.4.2 Biện pháp tăng c-ờng thêm dự ứng lực ngoài: Nh-ợc điểm dầm bê tông cốt thép chịu tải trọng, ứng suất cốt thép đạt tới 500 kg/cm2 bê tông đà bị nứt độ dÃn bê tông chịu kéo v-ợt 0,150,20% Nếu tạo bê tông lực nén tr-ớc trì đ-ợc lực chịu lực, bê tông miền chịu kéo kết cấu chịu uốn làm việc kéo bị kéo bê tông không bị nứt Dự ứng lực coi nh- có lực tác động vào tiết diện bê tông điểm liên kết chặt chủ yếu điểm neo ®iĨm chun h-íng Cèt thÐp dù øng lùc ngoµi bỉ sung th-ờng đ-ợc đặt cho tạo dự ứng lực nén tâm dự ứng lực nén lệch tâm mặt cắt tùy theo ý đồ thiết kế Cốt thép bao gồm cáp thép xoắn sợi c-ờng độ cao ghép lại, đ-ợc đặt ống bảo vệ pôlyetylen mật độ cao Để liên kết cốt thép vào dầm cũ cần phải tạo ụ neo bổ sung thép BTCT An toàn làm ụ neo BTCT đúc bê tông chỗ dính vào bề mặt bê tông s-ờn dầm đáy dầm cũ Các ụ có cốt thép c-ờng độ cao lớn liên kết chặt với dầm cũ Các đặt nằm ngang cầu đ-ợc kéo căng loại kích đặc biệt nhng v trớ chuyn hng ca cáp dự ứng lực phải làm ụ chuyển hướng có cấu tạo tương tự ụ neo Cốt thép dự ứng lực ngồi thường căng loại kích đặc biệt sau neo lại bơm vữa lấp lòng ống chứa cáp để bảo cáp chống rỉ Mức độ dự ứng lực tạo phụ thuộc kết tính tốn chịu lực chung kết cấu cũ cốt thép Đây phương pháp tăng cường cầu BTCT cách hiệu nhất, địi hỏi trình độ cơng nghệ cao, áp 21 dụng rộng rãi giới Kết cấu BTCT DUL ngồi kết cấu BTCT DUL có cốt thép DUL đặt ngồi tiết diện bê tơng DUL tác động vào tiết diện bê tơng từ bên ngồi qua số điểm liên kết chặt, cốt thép DUL bê tông biến dạng 3.4.3 Biện pháp sửa chữa dán thép tăng cường cho dầm BTCT: Nguyên tắc phương pháp dán thép bổ sung lên bề mặt bê tông kết cấu cũ để sửa chữa tăng cường kết cấu cũ Thông thường thép dán thêm vào vùng chịu kéo mặt cắt (phía đáy dầm dầm giản đơn), có trường hợp dán phần chịu nén mặt cắt dán theo chiều xiên để chịu lực cắt Công nghệ sửa chữa tiến hành sửa chữa chỗ, sửa chữa nhanh sửa chữa điều kiện đảm bảo giao thơng bình thường Mục đích cơng nghệ khơi phục lại tăng cường khả chịu lực kết cấu Chất lượng biện pháp phụ thuộc vào chất lượng vật liệu keo công nghệ dán ép Công nghệ triển khai qua bước đây: - Xác định phần bê tông bị hư hỏng để tiến hành đục bỏ, xác định trạng gỉ cốt thép tiến hành tẩy gỉ Trên sở khảo sát, tính tốn để phục hồi khả làm việc thiết kế cũ hay gia cường để nâng cao khả chịu lực dầm để xác định loại kích thước thép liên kết dán bụng dầm - Dọc theo chiều dài bụng dầm, cần xác định vị trí chơn cấy bulông tiến hành khoan lỗ vào bê tông Sau làm bề mặt lỗ khoan, quét lớp tăng cường bám dính PEX lên lỗ khoan phần bulông chôn bê tông Bulông định vị vào lỗ nhồi vữa polymer PEX để chôn bulông Song song với công tác chuẩn bị trên, tiến hành chuẩn bị thép dán có kích thước theo thiết kế Xác định vị trí tương ứng 22 bulông chôn chờ để khoan lỗ thép dùng cho việc lắp bu lông chờ sau Bề mặt thép, phía áp vào bụng dầm, cần phải tẩy hết dầu mỡ, tiến hành mài nhám làm bề mặt Dùng chất tăng bám dính PEX quét lên bề mặt chuẩn bị bê tông cốt thép chổi quét sơn Bản thép dán lắp vào bụng dầm qua bulông chôn sẵn Bản thép dán định vị khoảng cách chiều dày lớp bê tơng sửa chữa dùng thép làm đáy ván khn đổ bê tơng sửa chữa Lắp thành ván khn vào phía sườn dầm, phía cịn lại để hở để đổ bê tơng polymer PEX sửa chữa Tiến hành quét phủ chất tăng cường bám dính PEX lên bề mặt thép phía tiếp xúc với bụng dầm sau Khi cơng tác chuẩn bị dầm xong bắt đầu trộn bê tông đổ bê tông vào bụng dầm, ý nhồi lèn chặt Vì thời gian trì độ dẻo bê tông polymer PEX không dài, thời gian thi công mẻ trộn kéo dài 30-45 phút Mặt khác thi công phải chuẩn bị đà giáo vững phía bụng dầm chuẩn bị kích thủy lực đẩy, đặt thẳng đứng đà giáo phía bụng dầm Đầu pittơng kích tỳ vào mặt thép dán Tiến hành bơm kích để đẩy ép thép dán vào bụng dầm đến độ chối Sau dùng êcu để xiết vào bu lơng chôn sẵn Cuối cắt bỏ phần bê tông polymer PEX thừa, hồn thiện bề mặt tháo hạ kích thủy lực Tháo cốp pha phía sườn dầm bên hoàn thiện bề mặt Thời gian chờ đợi cần giờ, sau cho xe cộ qua lại bình thường Cịn người qua lại phương tiện giao thơng nhẹ lại không hạn chế Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Muối (km 17+140 - ql1A) Qua kiểm tra đánh giá lại tình trạng làm việc thấy cầu bị suy giảm chất lượng nghiêm trọng, không đảm bảo an toàn khai thác Căn vào phương án sửa chữa khả thi phù hợp với điều 23 kiện thực tế lựa chọn biện pháp dán thép để sửa chữa phục hồi, sau sửa chữa chất lượng cơng trình cải thiện rõ rệt, đến năm thử thách mà cơng trình hoạt động tốt Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Đa Phúc (km 33+500 - ql3) Qua kiểm tra đánh giá lại tình trạng làm việc thấy cầu bị suy giảm chất lượng nghiêm trọng, khơng đảm bảo an tồn khai thác Chúng lựa chọn biện pháp tăng cường DUL-N để sửa chữa phục hồi, sau sửa chữa chất lượng cơng trình cải thiện rõ rệt, cơng trình sửa chữa vào đầu năm 1999 đến năm thử thách mà cơng trình hoạt động tốt KẾT LUẬN Vấn đề sửa chữa tăng cường cơng trình cầu BTCT bị hư hại xuống cấp sau thời gian sử dụng nhiệm vụ quan trọng ngành GTVT Tùy theo mục đích việc sửa chữa để kéo dài tuổi thọ kết cấu hay để khôi phục lại khả chịu lực ban đầu kết cấu mà lựa chọn loại vật liệu, thiết bị phương pháp để sửa chữa Việc nghiên cứu nguyên nhân gây hư hỏng áp dụng có hiệu kết nghiên cứu sửa chữa cầu BTCT cũ khai thác mạng lại lợi ích lớn Trên sở áp dụng kết nghiên cứu sửa chữa cầu BTCT khai thác hệ thống mạng giao thông đường nước ta kết nghiên cứu công trình sửa chữa thực tế Viện KHCN GTVT triển khai có hiệu Luận án sâu nghiên cứu nội dung sau: - Xác định số nguyên nhân hư hỏng phương pháp thu thập thông tin cầu BTCT khai thác - Phương pháp xác định suy giảm đánh giá chất lượng cầu BTCT khai thác 24 - Các biện pháp sửa chữa hư hỏng cầu BTCT có hiệu Những đóng góp luận văn: - Thống kê nguyên nhân gây hư hỏng trình bày phương pháp thu thập thông tin cầu BTCT khai thác - Nêu phương pháp đánh giá cầu BTCT ví dụ thực tế - Giới thiệu số biện pháp sửa chữa cầu BTCT ví dụ thực tế Kiến nghị: Việc sửa chữa kết cấu BTCT muốn có hiệu phải theo trình tự thực bước trình bày trước tiên phải xác định bệnh, từ đề biện pháp sửa chữa cần thiết 25 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRUNG TÂM HỢP TÁC ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA VÀ BỒI DƯỠNG CƠ HỌC VIỆN CƠ HỌC Chu Quang Tr ung MỘT VÀI NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KẾT CẤU DẦM CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành : CƠ HỌC ỨNG DỤNG Mã số : 2.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠ HỌC HÀ NỘI 2003 26 Cơng trình hồn thành tại: Trung tâm Hợp tác Đào tạo Bồi dưỡng Cơ học Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Vũ Mạnh Lãng TS Đặng Duy Thùy Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sỹ, thành lập theo Quyết định Giám đốc Đại học Quốc gia Hà nội, họp 264 Đội cấn, Ba đình, Hà nội Vào hồi ngày tháng năm 2003 Có thể tìm hiểu luận văn Trung tâm Thông tin Tư liệu ĐHQGHN Thư viện – Viện Cơ học 27 28 Tên luận án là: Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông cốt thép khai thác, biện pháp khắc phục Nội dung luận án: Chương mở đầu: Giới thiệu tổng quan Chương 1: Tìm hiểu số nguyên nhân gây hư hỏng phương pháp thu thập thông tin dầm cầu BTCT khai thác 1.1 Một số nguyên nhân gây hư hỏng cầu BTCT khai thác 1.2 Phương pháp thu thập thông tin cầu BTCT khai thác Chương 2: Phương pháp xác định suy giảm chất lượng cầu 2.1 Bài tốn chẩn đốn kỹ thuật cơng trình xây dựng 2.2 Xây dựng toán chẩn đoán kỹ thuật cầu BTCT 2.3 Giải toán chẩn đoán cầu theo quan điểm học hệ thống 2.4 Giải toán chẩn đoán cầu theo quan điểm thống kê Chương 3: Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng cầu 3.1 Nguyên tắc xử lý hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép 3.2 Các loại vật liệu chuyên dùng cho công tác sửa chữa cầu 3.3 Một số biện pháp sửa chữa điển hình áp dụng Việt nam 3.4 Các biện pháp sửa chữa dầm cầu Viện KHCN GTVT nghiên cứu áp dụng Kết luận Tài liệu tham khảo 29