Nghiên cứu cường độ còn lại của bê tông vỏ hầm hải vân 2 sau khi chịu tác dụng ở nhiệt độ cao

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGUYỄN HOÀNG THANH Q NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CỊN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGUYỄN HỒNG THANH Q NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CỊN LẠI CỦA BÊ TƠNG VỎ HẦM HẢI VÂN SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thông Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN THÁI Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN HỒNG THANH Q LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến tất Quý Thầy Cô Khoa Xây dựng Cầu Đường – Đại học Bách khoa Đà Nẵng truyền đạt cho tơi kiến thức bổ ích suốt hai năm học vừa qua Tơi xin tỏ lịng biết ơn gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Văn Thái, người trực tiếp hướng dẫn luận văn, tận tình bảo hướng dẫn tơi kiến thức phương pháp nghiên cứu, chỉnh sửa trình thực luận văn Sau xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp ln tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn Mặc dù thân cố gắng luận văn không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận dẫn, góp ý Quý Thầy Cô tất bạn bè./ TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN HỒNG THANH Q THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CƯỜNG ĐỘ CÒN LẠI CỦA BÊ TÔNG VỎ HẦM HẢI VÂN SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO Học viên: Nguyễn Hoàng Thanh Q Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thông Mã số: 85.80.205 Khóa: 36 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Luận văn trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến cường độ chịu nén bê tông vỏ hầm Hải Vân Tìm hiểu chế độ mốc nhiệt độ làm thay đổi tính chất hóa lý thành phần bê tơng Ngồi ra, luận văn cịn mở rộng mác bê tông C25 C50 để nghiên cứu ảnh hưởng mác bê tông đến cường độ chịu nén Kết đạt giúp cho nhà quản lý, khai thác hầm Hải Vân nói riêng cơng trình hầm nói chung xây dựng kịch phòng ngừa hay đưa cảnh báo sử dụng cơng trình sau xảy hỏa hoạn Từ khóa: Cường độ chịu nén, bê tông, vỏ hầm, nhiệt độ RESEARCH STRENGTH OF CONCRETE CONCRETE MARINE SHELLS AFTER USING THE HIGH TEMPERATURE The thesis presents the research results of the influence of temperature on compressive strength of Hai Van tunnel concrete shell Understanding the regime and temperature landmark that change the physical and chemical properties of concrete components In addition, the thesis also extends to the concrete grades C25 and C50 to study the impact of concrete marks on compressive strength The achieved results can help managers and operators of Hai Van Tunnel in particular and tunnel constructions in general to develop preventive scenarios or issue warnings about using the works after a fire occurs Keys: Compressive strength, concrete, tunnel shells, temperature MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu đề tài: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Cấu trúc luận văn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Q trình thủy hóa hồ xi măng 1.1.1 Q trình thủy hóa C3S 1.1.2 Q trình thủy hóa C2S 1.1.3 Quá trình thủy hóa C3A 1.1.4 Q trình thủy hóa C4AF 1.2 Những ứng xử xẩy bên bê tông chịu tác dụng nhiệt độ 1.2.1 Vữa xi măng 1.2.2 Cốt liệu 1.3 Những thiệt hại cơng trình xây dựng hỏa hoạn gây giới Việt Nam 11 1.4 Tổng quan cơng trình hầm Hải Vân 15 1.5 Kết luận 17 CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 18 2.1 Mục tiêu 18 2.2 Vật liệu 18 2.2.1 Xi măng 18 2.2.2 Cát 18 2.2.3 Đá 20 2.2.4 Nước 21 2.2.5 Phụ gia 21 2.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông 22 2.3.1 Đúc mẫu 23 2.3.2 Bảo dưỡng 24 2.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ nén 25 2.3.4 Kết luận 26 CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ NÉN CỊN LẠI CỦA BÊ TÔNG SAU KHI CHỊU TÁC DỤNG CỦA NHIỆT ĐỘ CAO 27 3.1 Mục tiêu 27 3.2 Chương trình thí nghiệm 27 3.2.1 Mẫu thí nghiệm chế độ tác dụng nhiệt 27 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm 29 3.2.2.1 Lò sấy 29 3.2.2.2 Lò nung 30 3.2.2.3 Kiểm tra tốc độ gia nhiệt lò sấy lò nung 30 a) Tốc độ gia nhiệt lò sấy 30 b) Tốc độ gia nhiệt lò nung 31 3.3 Kết thí nghiệm 34 3.3.1 Sự ảnh hưởng tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ đến cường độ nén lại loại bê tông 38 3.3.2 Sự ảnh hưởng tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ đến cường độ nén cịn lại loại bê tơng 40 3.3.3 Sự ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt đến cường độ nén cịn lại loại bê tơng 41 3.3.4 Sự hủy hoại bê tông tác dụng cưỡng nhiệt độ 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổng hợp số vụ hỏa hoạn xảy hầm đường 11 Bảng 2.1 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm xi măng Nghi Sơn PC40 18 Bảng 2.2 Bảng kết thí nghiệm tính chất lý cát mỏ cát Vân Ly 19 Bảng 2.3 Bảng kết thí nghiệm thành phần hạt cát mỏ cát Vân Ly 19 Bảng 2.4 Bảng kết thí nghiệm tính chất lý đá mỏ đá Hố Chuồn 20 Bảng 2.5 Bảng kết thí nghiệm thành phần hạt đá mỏ đá Hố Chuồn 21 Bảng 2.6 Bảng thông số kỹ thuật phụ gia KKS Polymad 738 22 Bảng 2.7 Bảng thành phần cấp phối chuẩn cho 1m3 bê tông 22 Bảng 2.8 Kết kiểm tra cường độ nén mẫu bê tông 25 Bảng 3.1 Số lượng mẫu thí nghiệm 29 Bảng 3.2 Thời gian gia nhiệt lò sấy 31 Bảng 3.3 Thời gian gia nhiệt lò nung 32 Bảng 3.4 Bảng tính cường độ chịu nén bê tơng mác 250 34 Bảng 3.5 Bảng tính cường độ chịu nén bê tông mác 350 34 Bảng 3.6 Bảng tính cường độ chịu nén bê tông mác 500 35 Bảng 3.7 Bảng tính cường độ chịu nén bê tông mác 250 36 Bảng 3.8 Bảng tính cường độ chịu nén bê tông mác 350 36 Bảng 3.9 Bảng tính cường độ chịu nén bê tơng mác 500 37 Bảng 3.10 Cường độ cịn lại RT°C /R30°C loại bê tơng sau chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ 38 Bảng 3.12 Bảng tổng hợp hình ảnh mẫu bê tông cấp nhiệt độ 43 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tiến trình thủy hóa C3S [1] Hình 1.2 Hình thành dạng gel bề mặt C3A giai đoạn bắt đầu trình thủy hóa (a) ; C3A sau phút thủy hố Hình 1.3 Bê tông chất lượng cao sử dụng cho công trình nhà cao tầng, cầu, hầm Hình 1.4 Sự hủy hoại đường hầm Mont-Blanc hỏa hoạn năm 1999 Hình 1.5 Tiến trình thủy phân hồ xi măng nhiệt độ cao (a) tiến trình tái thủy hóa hồ xi măng làm nguội (b) [2] Hình 1.6 Phân tích nhiệt lượng cốt liệu đá vôi (a), đá silic (b) đá lửa (c) [10] 10 Hình 1.7 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Tauern năm 1999 11 Hình 1.8 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Mont Blanc năm 1999 12 Hình 1.9 Hình ảnh sau vụ cháy đường hầm Frejus năm 2005 12 Hình 1.10 Hình ảnh vụ cháy đường hầm cao tốc California năm 2007 13 Hình 1.11 Sơ đồ miêu tả vụ cháy đường hầm Manche năm 2008 13 Hình 1.12 Hình ảnh xe tải bị cháy Hầm Hải Vân đêm 16/9/2015 14 Hình 1.13 Hầm đường Đèo Cả thông xe năm 2017 14 Hình 1.14 Hầm đường Hải Vân 15 Hình 1.15 Lễ khởi cơng Dự án hầm đường Hải Vân 2, năm 2016 16 Hình 1.16 Thi cơng hầm đường Hải Vân 16 Hình 2.1 Biểu đồ thành phần hạt cát 20 Hình 2.2 Biểu đồ thành phần hạt đá 21 Hình 2.3 Máy trộn bê tơng đúc mẫu thí nghiệm 24 Hình 2.4 Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm 24 Hình 2.5 Máy nén bê tông 25 Hình 3.1 Chế độ 1: Tốc độ gia nhiệt DT=3,5°C/phút thời gian lưu giữ nhiệt độ lớn 60 phút 28 Hình 3.2 Chế độ 2: Tổng thời gian tác dụng nhiệt 120 phút 28 Hình 3.3 Lò sấy 29 Hình 3.4 Lị nung 30 Hình 3.5 Kiểm sốt nhiệt độ lò sấy nhiệt kế TP101 30 Hình 3.6 Biểu đồ xác định tốc độ gia nhiệt lị sấy 31 Hình 3.7 Biểu đồ xác định tốc độ gia nhiệt lị nung 33 Hình 3.8 Biểu đồ kiểm sốt tốc độ gia nhiệt lị nung cho mẫu có cấp nhiệt từ 300oC 33 Hình 3.9 Đường cong biểu diễn cường độ lại RT°C /R30° theo chế độ 38 Hình 3.10 Cường độ nén cịn lại loại bê tông [9, 10, 16, 17] 39 Hình 3.11 Đường cong biểu diễn cường độ cịn lại RT°C /R30° theo chế độ 40 Hình 3.12 Đường cong biểu diễn cường độ cịn lại bình quân loại bê tông chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ 41 Hình 3.13 Đường cong biểu diễn cường độ cịn lại loại bê tơng chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ 42 42  Ở ngưỡng nhiệt độ 80 150°C, thời gian phơi nhiệt Tmax bình quân mẫu bê tơng lị sấy 96 phút cho chế độ 60 phút cho chế độ  Ở ngưỡng nhiệt độ 300, 450 600°C, tốc độ gia nhiệt lị nung lớn, thời gian phơi nhiệt Tmax bình quân mẫu bê tông 109 phút cho chế độ 60 phút cho chế độ Thời gian phơi nhiệt lâu, q trình chuyển hóa xẩy sâu, bê tơng bị hủy hoại nhiều Hình 3.13 Đường cong biểu diễn cường độ lại loại bê tông chịu tác dụng cưỡng nhiệt theo chế độ chế độ Sự ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt đến cường độ nén cịn lại loại bê tơng xem xét qua việc xây dựng đồ thị Hình 3.13 Kết cho thấy rằng, ảnh hưởng thời gian tác dụng nhiệt đến bê tông mác 250 350 mạnh so với bê tông mác 500 nhiệt độ nung đạt đến 150°C Cụ thể:  Khi nhiệt độ tăng đến 150°C, mẫu bê tông mác 250 350 bị suy giảm cường độ nén khoảng 6% chịu tác dụng nhiệt theo chế độ 1, 11% chịu tác dụng nhiệt theo chế độ Trong mẫu bê tông mác 500 bị suy giảm khoảng 13% cho chế độ tác dụng nhiệt  Khi nhiệt độ vượt ngưỡng này, suy giảm cường độ tăng thêm loại bê tơng thí nghiệm cho ngưỡng nhiệt độ Tmax bình quân 8% cho hai chế độ tác dụng nhiệt 3.3.4 Sự hủy hoại bê tông tác dụng cưỡng nhiệt độ Sự hủy hoại bê tông tác dụng nhiệt độ quan sát qua tình trạng nứt bề mặt mẫu bê tơng sau nung kính lúp thơng thường với độ phóng đại 10 lần Các hình ảnh chụp tình trạng bề mặt mẫu ngưỡng nhiệt độ nung khác tổng hợp Bảng 3.12 43 Bảng 3.12 Bảng tổng hợp hình ảnh mẫu bê tông sau nung ngưỡng nhiệt độ khác Mác BT Nhiệt độ (oC) 30 80 150 300 450 600 Xuất vết nứt có bề rộng 0,1mm Các vết nứt có bề rộng 0,5mm Các vết nứt có bề rộng 1mm; bị vỡ góc Xuất vết nứt có bề rộng 0,1mm Các vết nứt có bề rộng 0,5mm Các vết nứt có bề rộng 1mm Xuất vết nứt có bề rộng 0,1mm Các vết nứt có bề rộng 0,5mm Các vết nứt có bề rộng 1mm 250 350 500 44 Quan sát bề mặt mẫu bê tông sau nung cho thấy bề mặt bê tông xuất vết nứt nhiệt độ vượt ngưỡng 300°C Cụ thể sau:  Ở nhiệt độ 300°C, bề rộng vết nứt đo 0,1 mm  Bề rộng vết nứt mở rộng đến 0,5mm nhiệt độ nung 450°C  Khi nhiệt độ lên đến 600°C, bề rộng vết nứt quan sát 1mm vỡ góc xẩy mẫu bê tơng mác 250 Như mức độ hủy hoại cấu trúc bê tông nứt, vỡ gia tăng nhiệt độ nung lớn Chính hủy hoại làm suy giảm cường độ nén mẫu bê tông Việc không phát vết nứt