Nghiên cứu phân bố vùng bề mặt có nguy cơ nứt do nhiệt trong bê tông khối lớn bằng mô phỏng số

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu phân bố vùng bề mặt có nguy cơ nứt do nhiệt trong bê tông khối lớn bằng công cụ phân tích nhiệt dạng dòng của chương trình Midas Civil. Sáu mô hình với hàm lượng bột khác nhau, ba mô hình với ba loại ván khuôn: tấm xốp polystyren, ván khuôn gỗ và ván khuôn thép, và bốn mô hình với kích thước thay đổi: 3×3×3 m, 4×4×4 m, 5×5×5 m và 6×6×6 m đã được nghiên cứu. Kết quả phân tích cho thấy khu vực góc của khối bê tông là nơi có nguy cơ xuất hiện các vết nứt do nhiệt đầu tiên. Mời các bạn tham khảo!

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (5V): 11–26 NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ VÙNG BỀ MẶT CĨ NGUY CƠ NỨT DO NHIỆT TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN BẰNG MÔ PHỎNG SỐ Trần Hồng Hảia , Lưu Văn Thựca,∗, Phạm Nguyễn Vân Phươnga , Nguyễn Ngọc Thoana , Lê Thị Phương Loana a Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 30/09/2020, Sửa xong 29/10/2020, Chấp nhận đăng 29/10/2020 Tóm tắt Bài báo trình bày kết nghiên cứu phân bố vùng bề mặt có nguy nứt nhiệt bê tông khối lớn công cụ phân tích nhiệt dạng dịng chương trình Midas Civil Sáu mơ hình với hàm lượng bột khác nhau, ba mơ hình với ba loại ván khn: xốp polystyren, ván khuôn gỗ ván khuôn thép, bốn mơ hình với kích thước thay đổi: 3×3×3 m, 4×4×4 m, 5×5×5 m 6×6×6 m nghiên cứu Kết phân tích cho thấy khu vực góc khối bê tơng nơi có nguy xuất vết nứt nhiệt Giá trị vùng nứt bề mặt cố định mà thay đổi phụ thuộc vào yếu tố bất lợi tác động lên khối bê tông giai đoạn thi cơng Quy định phải có đầu đo điểm cách mặt ngồi bê tơng khoảng 0,4 ÷ 0,5 m theo Điều 6.6.1 tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 khơng cịn phù hợp cho khối có kích thước lớn m Thêm nữa, vật liệu ván khn có hệ số đối lưu nhiệt hc thấp có lợi cho kế hoạch tổng thể kiểm soát nứt nhiệt Yếu tố sắc xuất nứt đưa vào phân tích cho phù hợp với xu hướng lập kế hoạch kiểm soát nứt nhiệt số nước Từ khoá: bê tông khối lớn; số nứt nhiệt; xác suất nứt nhiệt; mô số; ứng suất nhiệt DISTRIBUTION OF THERMAL CRACKING RISK SURFACE ZONES IN MASS CONCRETE USING NUMERICAL SIMULATION Abstract This paper presents research results of distribution of thermal cracking risk surface zones in mass concrete using flow analysis of Midas Civil finite elements software Six of models with various contents of binder, three models using three types of formwork, including polystyrene foam sheets, wood formwork and steel formwork, and four models with different dimensions of 3×3×3 m, 4×4×4 m, 5×5×5 m and 6×6×6 m were studied The analytical results demonstrate that corner zones of mass have the highest risk of occurrence of thermal cracking Dimensions of thermal cracking risk surface zones is not fixed, it changes depending on the effect of disadvantage factors in construction phases The regulation in Section 6.6.1 of current Vietnamese standard TCVN 305:2004 for positions of temperature sensors which is 0.4 ÷ 0.5 m far from surface of mass is able to not suitable for masses with dimensions of larger than m In addition, formwork materials having lower coefficient of thermal convection is benefical for a plan for thermal cracking control Thermal cracking probability which is currently used for controlling thermal cracking in mass concrete in some nations is also applied for analysis in the paper Keywords: mass concrete; thermal cracking index; thermal cracking probability; numerical simulation; thermal stress https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(5V)-02 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: thuclv@nuce.edu.vn (Thực, L V.) 11 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Nứt nhiệt bê tông khối lớn trở thành thách thức giai đoạn thiết kế giai đoạn thi cơng cơng trình xây dựng Các vết nứt nhiệt xuất phá vỡ tính tồn khối, ổn định dẫn tới ảnh hưởng nguy hại cho kết cấu [1] Do đó, nay, nhiều quốc gia khu vực giới phát triển tiêu chuẩn hướng dẫn kỹ thuật cho việc thiết kế thi công bê tông khối lớn để kiểm soát vết nứt nhiệt Ở Mỹ, ủy ban ACI 207 ban hành tiêu chuẩn cho bê tông khối lớn, gồm tiêu chuẩn thành phần [2–6] Năm 2008, hiệp hội bê tông Nhật Bản JCI chỉnh sửa ban hành hướng dẫn kỹ thuật kiểm soát nứt nhiệt bê tông khối lớn [7] Ở Anh, quy định cho thi cơng bê tơng khối lớn tìm thấy phần tiêu chuẩn BS 8110 [8] Ở Nga, số quy định bê tông khối lớn tìm thấy tiêu chuẩn ĐÏ 63.13330.2012 [9] Ở Trung Quốc, điều khoản cho thi công bê tông khối lớn quy định tiêu chuẩn quốc gia GB 50496-2018 [10] Ở Việt Nam, yêu cầu cho công tác thi công bê tông khối lớn quy định tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11] Hầu hết tiêu chuẩn hướng dẫn kỹ thuật giới cho cơng tác kiểm sốt nứt nhiệt bê tông khối lớn hướng tới mục tiêu: i) khống chế nhiệt độ tâm khối bê tông T max không vượt 70 °C giai đoạn sớm xi măng thủy hóa nhằm tránh hình thành entringite muộn (DEF) [12], theo tránh xuất vết nứt khối giai đoạn muộn giãn nở entringite; ii) khống chế chênh lệch nhiệt độ ∆T bề mặt lịng khối khơng vượt q 20 °C ÷ 25 °C Về chế nứt, nhiệt tạo từ q trình thủy hóa xi măng với tốc độ nhiệt chậm hỗn hợp bê tơng nguyên nhân dẫn tới tăng nhiệt độ tồn khối Bê tơng lịng khối với nhiệt lượng lớn có xu nở bề mặt bên ngồi, nơi tiếp xúc với mơi trường, nhiệt độ lại thấp nên bê tơng có xu co lại cản trở nở bê tơng phía Điều gây ứng suất kéo cho bê tơng vùng bề mặt, theo gây nứt nhiệt ứng suất kéo nhiệt vượt ứng suất kéo cho phép [12, 13] Theo tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 [11], để khối bê tơng khơng bị nứt nhiệt bên cạnh việc khống chế chênh lệch nhiệt độ ∆T ≤ 20 °C tiêu chuẩn giới tiêu chuẩn Việt Nam cịn quy định mơ đun chênh lệch nhiệt độ MT điểm khối bê tông phải khống chế nhỏ 50 °C/m Khái niệm mô đun nhiệt MT hiểu chênh lệch nhiệt độ hai điểm khối bê tông cách m, giá trị MT tiêu chuẩn biên soạn dựa kết nghiên cứu Đích cs năm 1999 [14, 15] Giá trị giới hạn MT = 50 °C/m Đích cs [14, 15] suy cách đơn giản từ kết thí nghiệm khối 3×3×3 m điều kiện mùa hè Hà Nội Cũng từ giá trị giới hạn MT = 50 °C/m này, kết hợp với việc coi mốc chênh lệch nhiệt độ ∆T = 20 °C có nguy gây nứt, Đích cộng kết luận vùng bề mặt có nguy nứt tồn bê tơng từ bề mặt ăn sâu vào phía 0,4 m ÷ 0,5 m phần bê tơng phía cịn lại gọi lõi an tồn Đồng thời, Đích cộng kết luận, để kiểm soát diễn biến nhiệt độ bê tông khối lớn với mục tiêu đảm bảo an tồn nứt cần phải có đầu đo vị trí nằm sâu vào khối 0,4 m ÷ 0,5 m Tuy nhiên, trước thay đổi bối cảnh thi công bê tông khối lớn đại, giá trị phân bố vùng bề mặt có nguy nứt 0,4 m ÷ 0,5 m vị trí điểm đặt đầu đo quy định Mục 6.6.1-Yếu tố gây nứt bê tông khối lớn, tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 [11] khơng cịn hồn tồn phù hợp cần phải nghiên cứu thêm Thứ nhất, với phát triển cơng trình nhà siêu cao tầng Việt Nam, kết cấu bê tông cốt thép ngày có kích thước lớn chiều dày nhiều cấu kiện bê tông khối lớn lớn m (giá trị sử dụng cho nghiên cứu biên soạn TCVN 305:2004 [11]) Cụ thể, i) đài móng cơng trình Lotte center Hà Nội có khối tích lên tới 18600 m3, kích thước 44,1×92,7×5,7 m mẫu sử dụng cho thí nghiệm có kích 12 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thước 5,7×5,7×5,7 m [16]; ii) móng tịa nhà Bitexco Financial Tower Thành phố Hồ Chí Minh dày tới 4,0 m; iii) đài móng cơng trình Keangnam Hanoi Landmark Tower Hà Nội có khối tích lên tới gần 24870 m3 , có diện tích bề mặt 6217 m2 dày tới 4,0 m; gần Tháp Landmark 81 Thành phố Hồ Chí Minh có diện tích bề mặt đài móng 3000 m2 , độ dày 8,4 m, khối tích bê tơng gần 17000 m3 Mặc dù, nghiên cứu gần ảnh hưởng kích thước khối đến hình thành trường nhiệt độ vết nứt tuổi sớm ngày thực Dung cs [17] Tuy nhiên, giống nghiên cứu khác, Dung cộng nghiên cứu chênh lệch nhiệt độ điểm đặc trưng bao gồm tâm bề mặt khối kích thước lớn dừng lại m Thứ hai, giá trị chiều dày vùng bề mặt có nguy nứt vị trí đặt đầu đo nhiệt đề cập [14, 15] TCVN 305:2004 [11] rút từ thí nghiệm mà loại ván khuôn sử dụng không đề cập đến Trong đó, ván khn yếu tố quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến trình đối lưu nhiệt từ khối bê tơng mơi trường bên ngồi [18] Vì thế, cần phải có khảo sát phân bố vùng bề mặt có nguy nứt với ảnh hưởng loại ván khuôn khác để có kết luận xác Thêm nữa, q trình thi cơng, yếu tố ngẫu nhiên khơng kiểm soát giai đoạn thiết kế thời tiết, trình độ nhà thầu thi cơng, loại cốt liệu sử dụng dẫn đến nguy nứt cho khối bê tơng Do đó, cần thiết để đưa thêm yếu tố sắc xuất nứt vào phân tích vùng bề mặt có nguy nứt, tiêu chuẩn hướng dẫn số nước giới áp dụng gần [7, 19] Từ 1999 đến nay, sau báo cáo Đích cs [14, 15], từ ban hành với tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11] vào năm 2004 đến nay, chưa có nghiên cứu mơ số giải thích cho giá trị chiều dày vùng bề mặt có nguy nứt báo cáo [14, 15] vị trí đặt đầu đo gợi ý tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11] Trong hiểu biết nhóm tác giả, nghiên cứu gần bê tông khối lớn mà sử dụng công cụ mơ số việc kiểm sốt nứt chênh lệch nhiệt độ thực thông qua việc đánh giá số điểm đặc trưng khối bê tông, bao gồm: điểm tâm khối, điểm bề mặt, điểm góc [16, 20–26] mà chưa có nghiên cứu rõ phân bố vùng bề mặt có nguy nứt Việc đánh giá nứt vùng bề mặt khối cho phép việc quan sát trở nên trực quan xác hơn, đặc biệt khối có kích thước lớn việc quan sát điểm cục phản ánh chưa hồn tồn đầy đủ tình trạng nứt tồn bề mặt khối Trong đó, thấy, phân bố vùng bề mặt có nguy nứt nhiệt vị trí đặt đầu đo nhiệt phía gần mặt ngồi bê tơng thơng số quan trọng cho trình thiết kế lập biện pháp thi công bê tông khối lớn, để từ đưa biện pháp gia cường chống nứt nhiệt cần thiết giai đoạn thiết kế Do đó, việc thực nghiên cứu cần thiết có ý nghĩa khoa học Mục tiêu nghiên cứu làm rõ phân bố vùng bề mặt có nguy nứt bê tơng khối lớn dựa kết mô số, sử dụng cơng cụ phân tích nhiệt dạng dịng chương trình Midas Civil Yếu tố xác suất nứt đưa vào phân tích cho phù hợp với xu hướng lập kế hoạch kiểm soát nứt nhiệt số nước Lý thuyết trình truyền nhiệt trường nhiệt độ - ứng suất 2.1 Q trình dẫn nhiệt bê tơng Dẫn nhiệt dạng q trình truyền nhiệt ln kèm với trao đổi lượng Đối với chất lỏng, lượng trao đổi thông qua chuyển động va chạm phân tử chất lỏng Đối với chất rắn bê tông báo này, q trình dẫn nhiệt diễn thơng qua chuyển động electrons, từ vùng có nhiệt độ cao nơi có nhiệt độ thấp Theo [27, 28], q trình dẫn nhiệt 13 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng phần tử khối ba chiều bất đẳng hướng mô tả theo phương trình (1) đây: ρC ∂T ∂T ∂T ∂T ∂ ∂ ∂ = λx + λy + λz +q ∂t ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z ∂z (1) đó: T (x, y, z, t) nhiệt độ phần tử có tọa độ (x, y, z) thời điểm t (°C); λ x , λy , λz hệ số dẫn nhiệt vật liệu tương ứng theo phương x, y, z (W/m°C); q nhiệt sinh đơn vị thể tích (W/m3 ); C tỉ nhiệt bê tông (J/kg°C); ρ khối lượng riêng bê tông (kg/m3); t thời gian Phương trình (1) trình bày dạng ma trận phương trình (2) đây: [C] T˙ + K {T } = {Q} (2) đó: [C] ma trận nhiệt dung riêng; K ma trận dẫn nhiệt (truyền nhiệt đối lưu); {Q} véc tơ thơng lượng nhiệt tổng cho nội thủy hóa đối lưu nhiệt; {T } véc tơ nhiệt độ nút; T˙ đạo hàm theo thời gian véc tơ nhiệt độ nút Đối với bê tông, theo [1] hệ số dẫn nhiệt λ thường khoảng từ 1,21 đến 3,11 (kcal/h.m.°C), đó, theo tiêu chuẩn kỹ thuật Hàn Quốc λ khoảng 2,15 đến 2,51(kcal/h.m.°C) khoảng 1,7 đến 2,53 (kcal/h.m.°C) theo tiêu chuẩn ACI 207.2R-07 [29] Hệ số dẫn nhiệt λ bê tơng có xu hướng giảm nhiệt độ tăng, đặc biệt khu vực tiếp giáp nhiệt độ môi trường [1] Trong báo, hệ số dẫn nhiệt lấy khoảng trung bình giá trị trên, Bảng Các điều kiện biên cho phương trình (1) (2): Tại biên nhiệt độ không đổi (biên nhiệt độ khối đất nền): T = T T (x, y, z, t) = T với t > (3) Tại biên truyền nhiệt (ranh giới lớp đổ bê tông): λx ∂T ∂T ∂T n x + λy ny + λz nz + q(t) = với t > ∂x ∂y ∂z (4) Tại biên đối lưu (mặt tiếp xúc bê tông với ván khuôn môi trường): λx ∂T ∂T ∂T n x + λy ny + λz nz + hc (T − T ∞ ) = với t > ∂x ∂y ∂z (5) đó: n x ; ny ; nz cosin phương bề mặt truyền nhiệt xét, tương ứng theo phương x, y, z ; q (t) nhiệt sinh đơn vị thể tích thời điểm t, (kcal/m3 ); hc hệ số đối lưu, (kcal/m2 h.°C); T ∞ nhiệt độ mặt đối lưu, (°C) 2.2 Nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng bê tơng thơng số ảnh hưởng đến phát triển nhiệt độ khối bê tơng Nó định nghĩa nhiệt lượng cần phải cung cấp cho kg bê tông để nhiệt độ kg bê tơng tăng lên °C Giá trị phụ thuộc vào nhiệt dung riêng thành phần cốt liệu, chủ yếu bị ảnh hưởng độ rỗng hồ xi măng, hàm lượng nước đặc tính nhiệt độ mẫu Theo Hiệp hội bê tông Nhật Bản [7], giá trị nhiệt dung riêng bê tông nằm khoảng 0,27 đến 0,31 kcal/kg°C, theo tiêu chuẩn ACI 207.2R-07 [29], giá trị dao động từ 0,22 đến 0,24 kcal/kg°C Trong báo, giá trị nhiệt dung riêng bê tông sử dụng 0,25 kcal/kg°C trình bày Bảng 14 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.3 Đối lưu nhiệt Đối lưu nhiệt dạng khác trình truyền nhiệt mà nhờ nhiệt truyền dòng chảy bề mặt khối cứng thông qua chuyển động tương đối phân tử dòng chảy Đối lưu nhiệt phụ thuộc vào loại thời gian giữ ván khuôn, phương pháp bảo dưỡng tốc độ gió Ảnh hưởng tổng thể đối lưu nhiệt mô tả theo định luật làm mát Newton, công thức (6): (6) Q = hc A (T S − T a ) đó: Q dòng nhiệt (kcal/h); hc hệ số đối lưu, (kcal/m2 h.°C); A diện tích (m2 ); T s nhiệt độ bề mặt khối (°C); T a nhiệt độ môi trường (°C) Hệ số đối lưu hc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại dòng chảy, thuộc tính vật lý dịng chảy, nhiệt độ trung bình bề mặt tiếp xúc với đối lưu, vị trí, cấu trúc hình học diện tích tiếp xúc với dòng chảy, yếu tố khác [1] Đối với bê tông khối lớn, vấn đề đối lưu với phân tích nhiệt độ liên quan tới dạng truyền nhiệt bề mặt bê tơng khơng khí Giá trị đối lưu hc ván khuôn bề mặt bê tông báo chọn Bảng 2.4 Nguồn nhiệt Nguồn nhiệt lượng nhiệt tạo q trình thủy hóa xi măng khối bê tông Theo [1, 7], lượng nhiệt sinh q trình thủy hóa đơn vị thể tích bê tơng nhiệt độ bê tơng thời điểm trình đoạn nhiệt xác định theo công thức (7) (8) tương ứng: −αt q = ρCKe 24 (7) 24 T ad = K(1 − e−αt ) (8) đó: q nhiệt sinh đơn vị thể tích, (kcal/m3 ); ρ khối lượng thể tích bê tơng, (kg/m3 ); C tỷ nhiệt bê tông, (kcal/kg.°C); t thời gian, (ngày); α hệ số thể mức độ thủy hóa; K nhiệt độ tối đa bê tông điều kiện đoạn nhiệt, (°C); T ad nhiệt độ bê tông điều kiện đoạn nhiệt tuổi t (ngày), (°C) 2.5 Nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tông Nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tơng xác định thơng qua nhiệt độ trung bình thành phần vật liệu thời điểm trộn, bao gồm: nước, xi măng cốt liệu (thô, mịn) Đây điều kiện nhiệt ban đầu áp dụng cho trình phân tích [1, 7] Tuy nhiên, nhiệt độ thực tế hỗn hợp bê tơng cao giá trị trung bình cách tính 1–2 °C ảnh hưởng nhiệt thủy hóa xi măng trình trộn vận chuyển, nhiệt độ ma sát trộn nhiệt độ ma sát hỗn hợp bê tông với thùng xe bồn vận chuyển Giá trị nhiệt độ ban đầu đo xác nhiệt kế đầu đo nhiệt độ thời điểm bắt đầu đổ bê tông Ở giai đoạn thiết kế biện pháp, giá trị nhiệt độ ban đầu hỗn hợp xác định sơ theo công thức (9) đây, phụ thuộc vào nhiệt độ hàm lượng thành phần vật liệu [7]: Tb = Cb (T c × Wc + T x × W x ) + T n × Wn Cb (Wc + W x ) + Wn (9) đó: T b nhiệt độ trung bình sau trộn (°C); Cb nhiệt dung riêng xi măng cốt liệu có tính đến nước, giá trị chấp nhận Cb = 0,2; Wc , T c khối lượng riêng (kg/m3 ) nhiệt độ 15 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng trung bình cốt liệu (thơ, mịn) (°C); W x , T x khối lượng riêng (kg/m3 ) nhiệt độ trung bình xi măng (°C); Wn , T n khối lượng riêng (kg/m3 ) nhiệt độ trung bình nước (°C) Theo Thực cs [18], hỗn hợp bê tơng có nhiệt độ ban đầu thấp nguy nứt giảm Với điều kiện nghiên cứu, Thực cộng kết luận rằng, giảm 10 °C nhiệt độ ban đầu hỗn hợp số nứt Icr tăng khoảng 20% Trong báo này, nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tông lấy theo giá trị trung bình đo nghiên cứu thực nghiệm năm 2019 nhóm tác giả [22], Bảng 2.6 Nhiệt độ môi trường Nhiệt độ môi trường nhiệt độ ngày vị trí thi cơng khối bê tơng sử dụng phân tích Giá trị nhiệt độ mơi trường đưa vào phân tích dạng giá trị trung bình, dạng hàm Sine dạng biến động theo giá trị thực tế theo thời gian Ở giai đoạn thiết kế, giá trị lấy theo nhiệt độ trung bình năm theo lịch sử khu vực dựa vào kết trạm quan trắc khí tượng thủy văn khu vực Theo [7, 18], nhiệt độ môi trường nhân tố ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ lớn tâm T max lượng giảm nhiệt độ khối bê tông đổ Chế tạo đổ bê tông vào sáng sớm vào ban đêm giải pháp giúp giảm nhiệt độ T max lượng giảm nhiệt độ bê tơng đổ Ở khía cạnh mùa thi cơng (hè, đơng), cơng trình thi cơng vào mùa hè, nhiệt độ bê tông đổ lớn nhiều so với nhiệt độ bê tông thi công vào mùa đông Điều làm cho nhiệt độ T max lượng tăng nhiệt độ khối bê tông lớn hơn, dẫn đến số nứt nhiệt Icr có xu hướng nhỏ hơn, tức khối bê tơng có nguy nứt nhiều Trong nghiên cứu này, nhiệt độ mơi trường lấy theo giá trị trung bình thực tế nghiên cứu thực nghiệm nhóm tác giả [22], Bảng 2.7 Nhiệt độ đất Nhiệt độ đất đại diện cho điều kiện biên phân tích truyền nhiệt giá trị đưa vào phân tích dạng số Khi nút không gán điều kiện đối lưu số nhiệt độ, tự động phân tích với điều kiện đoạn nhiệt mà khơng có truyền nhiệt [1] Trong báo này, giá trị nhiệt độ đất đưa vào phân tích lấy từ thực nghiệm nghiên cứu [22] Bảng 2.8 Chỉ số nứt nhiệt bê tông khối lớn Theo [1, 7, 13, 30], chênh lệch nhiệt độ ∆T lớn ứng suất nhiệt khối bê tông lớn, mối quan hệ ứng suất nhiệt nhiệt độ khối bê tông thể cơng thức (10): (10) {σ} = [R] × E × β × {∆T } đó: {σ} véctơ ứng suất điểm khảo sát, (Kgf/m2 ); [R] ma trận cản biến dạng bê tông; E môđun đàn hồi bê tông, (Kgf/m2 ); {∆T } véc tơ gradient nhiệt độ; β hệ số giãn nở nhiệt bê tông Theo [7], số nứt Icr kết cấu bê tông định nghĩa tỉ số cường độ kéo tách chia cho ứng suất kéo nhiệt tính tồn q trình diễn biến nhiệt độ, xác định theo công thức (11) Khái niệm số nứt nhiệt Icr đề cập hướng dẫn hiệp hội bê tông Nhận Bản JCI [7] Viện bê tông Hàn quốc [19] Icr = ft (te ) σt (te ) 16 (11) Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng ft (te ) = C1 x fc (te )C2 (12) đó: ft (te ) giá trị thiết kế cường độ kéo tách bê tông thời điểm te (Kgf/m2 ), xác định theo công thức (10); σt (te ) ứng suất kéo kết cấu bê tông thời điểm te (Kgf/m2 ); C1 , C2 : số phụ thuộc vào loại bê tông; fc (te ) cường độ nén bê tông thời điểm te (Kgf/m2 ) Trong nghiên cứu này, phát triển cường độ nén bê tông theo thời gian xác định theo tiêu chuẩn ACI, công thức (13); te tuổi chỉnh nhiệt độ (ngày); fc (te ) = t × fc (28) a + bte (13) đó: Hệ số phát triển cường độ a, b phụ thuộc vào loại bê tông Trong nghiên cứu này, giá trị a, b lấy Bảng 1; fc (28) cường độ nén bê tông tuổi 28 ngày 2.9 Xác suất nứt nhiệt bê tông khối lớn Do chất lượng kết cấu bê tông phụ thuộc nhiều vào vết nứt nên việc ngăn ngừa vết nứt nhiệt kiểm soát chiều rộng vết nứt mức cho phép mục tiêu kế hoạch kiểm soát nứt nhiệt Khi phân tích khối bê tơng, kết luận kết cấu có nứt hay khơng phụ thuộc vào cường độ kéo tách bê tơng có lớn ứng suất kéo nhiệt xuất khối bê tông hay không Tuy nhiên, vấn đề đặt tính chất – nhiệt bê tơng sử dụng giai đoạn phân tích thử nghiệm (giai đoạn thiết kế) chắn có điểm khác so với giá trị thực tế (giai đoạn thi công) [7] Đồng thời, cường độ kéo tách bê tơng khơng đồng có nhiều phương án khác việc sử dụng nguyên liệu, phương pháp sản xuất, quy trình đổ, dưỡng hộ điều kiện mơi trường Do đó, chấp nhận nứt nhiệt xảy phụ thuộc vào xác suất [7] Hiệp hội bê tông Nhận Bản JCI thiết lập mối liên hệ số nứt Icr xác suất nứt nhiệt P (Icr ) thông qua việc so sánh số nứt nhiệt thu từ phân tích phần tử hữu hạn ba chiều kết cấu thực tế với số liệu quan sát dù có nứt nhiệt hay khơng [7] Xác suất nứt nhiệt kết cấu bê tông xác định theo công thức (14) đây:   −4,92   Icr   (14) P (Icr ) = − exp −  × 100 (%) 0,92 đó: P(Icr ) xác suất nứt nhiệt (%); Icr số nứt kết cấu bê tông Để có nhìn trực quan mối tương quan số nứt xác suất nứt Biểu diễn công thức (14) lên đồ thị với giá trị Icr khoảng [0-2] (Hình 1) Theo hiệp hội bê tơng Nhận Bản JCI, kết cấu bê tông, số nứt an toàn Icr ≥ 1,85, tương ứng với xác suất nứt nhiệt ≤ 5% Khi xác suất nứt > 5% cấu kiện có nguy nứt cao Theo tiêu chuẩn kỹ thuật Hàn quốc [19], i) để ngăn ngừa xuất nứt nhiệt, số nứt Icr ≥ 1,5, ii) để giới hạn vết nứt nhiệt 1,5 > Icr ≥ 1,2, iii) để giới hạn vết nứt nguy hại 1,2 > Icr ≥ 0,7 Trong báo này, giá trị Icr = 1,5 lựa chọn giá trị giới hạn định kết cấu bê tông có nứt hay khơng Khi phân tích, khối bê tơng có số nứt Icr ≥ 1,5 khối bê tơng kết luận khơng nứt ngược lại Tuy nhiên, mở rộng trường hợp thực tế, tùy vào tầm quan trọng kết cấu đặc thù dự án, giá trị xác suất nứt định, từ tra biểu đồ áp dụng công thức ta có giá trị số nứt tương ứng Các biện pháp kiểm soát nứt nhiệt đưa phải đảm bảo số nứt phải lớn giá trị 17 cr : xác suất nứt nhiệt (%); I cr : số nứt kết cấu bê tơng Để có nhìn trực quan mối tương quan số nứt xác suất nứt Biểu diễn công thức (14) lên đồ thị với giá trị I cr khoảng [0-2] (Hình 1) Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình1.1.Tương Tương quan quan nhiệt [7][7] Hình số sốnứt nứtvà vàsắc sắcxuất xuấtnứt nứtdodo nhiệt Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 13(5):1-16 Theo hiệp hộiKhoa bê tông Bản Xây JCI, dựng, 2020 kết cấu bê tông, số nứt an Tạp chí học Nhận Cơng nghệ NUCE 13(5):1-16 tồn I crphần ≥mô 1,85, tương ứng xácmô suất nứttác giả nhiệtmô ≤ 5phỏng % Khi xácrất suất nứt > % Kiểm chứng mềm cách thức kiểm chứng hình cáchvới thức nhóm quan trọng Thứ nhất, kiểm chứng mơ hình cách thức nhóm tác giả mơ quan trọng Thứ nhất, kiện nguy nứt cao Theo tiêu chuẩn kỹ thuật Hàncông quốccụ [19], i) để ngăn hiệncấu rấtcónhiều nghiên cứu giới sửcủa dụng phân tích nhiệt dạng Tính xác củacác mơnghiên hình vàcứu cáchtrên thứcthế nhóm tác giả mơ cócụ ảnh hưởng trực tiếpdạng đến kết nhiều giới sử dụng cơng phân tích nhiệt I ngừa xuất hiệntrình nứt nhiệt, chỉđểsốphân nứt tích ii) đểứng giới suất hạn vết nứt dođộ nhiệt dòng củasựvàchương Midas Civil trường – nhiệt khối cr ≥ 1,5, phân tích kết luận đưa báo Do đó, việc kiểm chứng mơ hình dịng chương trình Midas Civil để phân tích trường ứng suất – nhiệt độ khốicách bê tông Bên cạnh vừaTrong côngnghiên bốbáo [22], tác I crgiả≥ mô 1,5 tác > [13,17,31-40] 1,2,phỏng iii) để giới cácđó, vết nứt nguy hạinghiên 1,2 > ≥ 0,7 này,nhóm thức rấthạn quan nayI crcứu nhiều cứu bê nhóm tơng [13,17,31-40] Bên cạnh đó,trọng trongThứ mộtnhất, nghiên cứu vừa cơng bố [22], nhóm tác đãdụng tiếnI crcông hành đo nhiệt độtrịcủa khối bê tơng với kích thước 2,5 × 2,5 giới giả sử cụthực phânnghiệm tíchchọn nhiệt dạng trình Midas Civil đểtơng phân trường trị 1,5 lựa là dòng giớichương hạn định kết cấu có tích giả đãgiá tiến hành= thực nghiệm đo nhiệt độgiácủa khối bê tông với kíchbêthước 2,5nứt × 2,5 ứng × suất – nhiệt độ khối bê tông [13, 17, 31–40] Bên cạnh đó, nghiên cứu vừa cơng 2,5m (Hình 2, Hình 3) mơ lại khối bê tơng với điều kiện thực tế để Ivới hay không Khi phân tích, nếuphỏng khối bê tơng cóbê chỉtơng số nứt khối bê tơng cr ≥ 1,5 × 2,5m (Hình 2, Hình 3) mơ lại khối điều kiện thực tế để bố [22], nhóm tác giảkết tiến thực nghiệm đo nhiệt củavà khốitế.bêKết tơngquả với nghiên kích thước kiểm chứng luậnhành tínhvà xác mơ độ hình thực cứu2,5 cho kết làluận khơng nứt ngược lại vàluận kết2, tính xác mơ hình thực tế.các Kếtđiều quảkiện nghiên cứu cho × kiểm 2,5thấy, × chứng 2,5các m (Hình Hình 3) mơ lại khối bê tơng với thực tế để kiểm biểu đồ phát triển nhiệt độ đo từ khối bê tông thực nghiệm (nét liền) thấy,vàcác triển độcác đo từ khối bê tông thực nghiệm (nét trọng liền) đồvà Tuyđồ nhiên, mở rộng trongmô trường hợp thực tế,quả tùy vào tầm chứng kếtbiểu luận tínhphát xácnhiệt hình thực tế Kết nghiên cứu choquan thấy, biểu số (nét đứt) là tương đối gần (Hình 4).nứt Sự tương đồng luật quy luật phát mômô sốcấu (nét làtừtương 4) Sự tương đồng quy phát kết vàđứt) đặc thù dựgần án, giánghiệm trị(Hình xác suất từ đólà phát triển nhiệt độ đo khốitừng bêđối tông thực (nét liền) vàsẽ mô số định, (nét đứt) tương triển giá trị nhiệt độ lớn điểm sát cho thấy độlớn tinnhất cậy, tranhiệt biểu đồ áp nhiệt dụng cơng thức có giá trịkhảo khảo số nứt tương ứng Các triển nhiệt giátương trị độ điểm sát cho thấy độ độ tin cậy, đối gần (Hình 4).như Sự đồng lớn quy luậttanhất phát triểncác nhiệt giá trị nhiệt tính tương thích cách thức mơ thực nghiệm Kết quả định biện pháp kiểm soát nứt nhiệt đưa đảm bảo chỉKết số nứt phải lớn giá trịnghiệm tạitính điểm khảo sátgiữa cho thấy độ tin cậy, tính tương thích cách thức mơ vàkhẳng thực tương thích cách thức mơ vàphải thực nghiệm quả khẳng định quá trình mơ sốbằng sử mơ dụng cơng cụ Midas Civil nhóm tácnhóm Kết nàyphân khẳng định q phânsốtích sử dụng cơng cụ Midas Civil trình phân tíchtích mơtrình sử dụng cơng cụsốMidas Civil nhóm tác giả làgiả tácđáng giả đáng tin cậy Do đó, kết thu từ q trình mơ báo có đáng tin cậy Do đó, kết quả thu từ q trình mơ báo có Kiểm chứng mềm cách thứctừmơ tin cậy Do đó, phần kết quảvàthu q trình mơ báo có giá trị,giá phản ánh ứng xử ứng thực xử tế trường ứng suất –ứng nhiệt độsuất khối bê tông giá phản xử thực trường ứng –mô nhiệt độ khối bê tông trị,trị, phản ánhánh thực tế trường suất nhiệt độ khối bê tơng Tính xác ứng mơ hình vàtếcách thức nhóm tác–giả cótrong ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích kết luận đưa báo Do đó, việc 10 Hình Khối bê bê tơng thực Hình bê Khối tơng thực Hình 2 Khối tơng thực nghiệm nghiệm nghiệm HìnhHình Vị đặt độ độ 3.trí Vịtrí tríđặtđầu đặt đầu đo nhiệt Hình Vị đầuđo đonhiệt nhiệt độ a) Mặt bằng; Mặtcắt cắtđứng đứng a) Mặt bằng; b) b) Mặt a) Mặt bằng; b) Mặt cắt đứng 18 Hình Khối bê tơng thực nghiệm Hình Vị trí đặt đầu đo nhiệt độ a) Mặt bằng; b) Mặt cắt đứng Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 13(5):1-16 Hình So sánh phát triển nhiệt độ mô thực nghiệm vị trí tâm [22] Mơ hình phân tích báo Đối tượng khảo sát kết cấu đài móng phổ biến, bao gờm khối đất khối bê tơng đài móng với kích thước 5,0 × 5,0 × 5,0 m (Hình 5) Vật liệu bê t điều kiện biên phân tích sử dụng Bảng Bảng Mơ hình khối b gờm 1000 phần tử 1320 nút Mơ hình khối đất gờm 9000 phần tử 109 Tại nút phần tử bê tông, giá trị số nứt nhiệt I cr rút từ vi ứng suất kéo cho phép bê tông ứng suất kéo nhiệt theo thời gian Tr mặt cắt bê tông, tiến hành nối điểm có số nứt thu đườn mức có số nứt Theo [7], việc mơ hình hóa cốt thép bê tông khối không cần thiết cảnvàtrở bởinghiệm cốt thép là khơng Hình So sánh phát triển nhiệt độ mơ thực vịnói tríchung tâm khối [22] đáng kể, ảnh 11 đến ứng suất nhiệt nhỏ Thực tế, nhiều nghiên cứu tốn nhiệt tr tơng khối lớn khơng xem xét mô cốt thép Trong nghiên cứu này, c Mơ hình phân tích báo bỏ qua mơ hình Đối tượng khảo sát kết cấu đài móng phổ biến, bao gồm khối đất khối bê tơng đài móng với kích thước 5,0 × 5,0 × 5,0 m (Hình 5) Vật liệu bê tơng điều kiện biên phân tích sử dụng Bảng Bảng Mô hình khối bê tơng gồm 1000 phần tử 1320 nút Mơ hình khối đất gồm 9000 phần tử 10912 nút Tại nút phần tử bê tông, giá trị số nứt nhiệt Icr rút từ việc chia ứng suất kéo cho phép bê tông ứng suất kéo nhiệt theo thời Hình Mơ hình tổng thể khối móng gian Trên mặt cắt bê tông, tiến hành nối Hình Mơ hình tổng thể khối móng điểm có số nứt thu đường Bảng Thơng số vật liệu sử dụng phân tích đồng mức có số nứt Theo [7], việc mơ hình hóa cốt thép bê tơng khối lớn không cần thiết cản trở cốt thép khơng Đặc điểm Đơnnói vị chung làBê tơng đáng kể, ảnh hưởng đến ứng suất nhiệt làNhiệt nhỏ.dung Thựcriêng tế, nhiều kcal/kg nghiênoCcứu bài0,25 toán nhiệt bê tông khối lớn không xem xét mô cốt thép Trong nghiên cứu này, cốt thép Khối lượng riêng kgf/m3 2400 bỏ qua mô hình Kết phân tích thảo luận Lớp đấ 18 Hệ số dẫn nhiệt kcal/m.h.oC 2,3 Hệ số trao đổi nhiệt tiếp xúc môi trường kcal/m2.h.oC 12 5.1 Phân bố vùng bề mặt có nguy nứt khối bê tông Hệ số trao đổi nhiệt tiếp xúc ván o kcal/m h Ccứu tiến hành Để xem xét phân bố vùng bề mặt có nguy nứt củagỗ khối bê tơng, nhóm nghiên khn quan sát mặt cắt qua tâm khối, nơi có phân bố số nứt Icr rõ ràng Khối bê tông điều chỉnh hàm lượng tro bay xi măng, dựa cấp phối gốc Bảng 2, để12sau phân tích khối bê tông xuất trạng thái: từ không nứt (i) – khối bê tơng có Icr ≥ 1,5 đến bắt đầu nứt (ii) – khối bê tơng có 1,5 ≥ Icr ≥ 1,2 nứt nguy hại (iii) – khối bê tơng có Icr ≤ 1,2 Việc điều chỉnh giúp trình quan sát phân bố vùng bê tơng bề mặt khối có nguy nứt dễ dàng 19 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Thơng số vật liệu sử dụng phân tích Đặc điểm Đơn vị Bê tông Lớp đất Nhiệt dung riêng Khối lượng riêng Hệ số dẫn nhiệt Hệ số trao đổi nhiệt tiếp xúc môi trường Hệ số trao đổi nhiệt tiếp xúc ván khuôn gỗ Nhiệt độ môi trường Nhiệt độ bê tông đổ Nhiệt độ đất Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi Hệ số hàm phát triển cường độ nén Hệ số giãn nở nhiệt Hệ số poisson’s kcal/kg°C kgf/m3 kcal/m.h.°C kcal/m2 h.°C kcal/m2 h.°C °C °C °C kG/m2 ACI 0,25 2400 2,3 12 35 36 400 a = 4,0; b = 0,85 1,0 × 10−5 0,18 0,2 1800 1,7 12 27,5 1,0 × 10−5 0,2 Bảng Thành phần cấp phối lớp đài móng tịa nhà Lotte Center Cát (kg) Đá (kg) Nước (l) Bột (kg/m3 ) Xi măng (%) Tro bay (%) Phụ gia siêu dẻo 880 951 160 385 75 25 1,35% Hình thể phân bố vùng bề mặt có nguy nứt số nứt Icr cho mặt cắt dọc khối bê tông thời điểm nhiệt độ tâm khối đạt cực đại (100 sau đổ bê tông), thời điểm, tức nguy nứt cho lớp bê tông bề mặt lớn Các phần tử bê tông nằm đường đồng mức có Icr Đường đồng mức Icr = 1,5 (màu đỏ) ranh giới phân chia vùng bê tơng có nứt không nứt Vùng bê tông nằm hai đường đồng mức có 1,5 ≥ Icr ≥ 1,2 vùng bê tông bắt đầu nứt vùng bê tông nằm đường đồng mức Icr = 1,2 vùng bê tông nứt nguy hại (màu xám, gạch zigzag) Từ đây, nhận thấy, khu vực góc khối bê tơng nơi có nguy xuất vết nứt nhiệt (Hình 6(b)) Sự xuất giải thích khu vực góc vùng có diện tích mặt thống lớn, chịu đối lưu nhiệt theo phương (theo mặt cắt) nên q trình nhiệt diễn nhanh Bên cạnh đó, thấy góc tiếp xúc với đất, vùng nứt phát triển nhanh (Hình 6(b, c, d, e, f)) so với góc tiếp xúc với mơi trường phía Điều phân tích này, nhiệt độ đất áp dụng thấp nhiệt độ mơi trường (Bảng 1) nên góc tiếp xúc với đất bị thoát nhiệt nhanh Do đó, thi cơng, cần phải có biện pháp tránh làm nhiệt nhanh khu vực góc, nơi có nhiều mặt tiếp xúc với mơi trường Nếu khối bê tông tiếp tục chịu yếu tố bất lợi, dẫn đến nguy nứt, vùng nứt tiếp tục phát triển tồn bê tơng bề mặt (Hình 6(c, d, e, f)) tạo thành lõi an tồn phía Khái niệm lõi an tồn đề cập tác giả Đích cộng báo cáo năm 1999 [14, 15] Theo tài liệu này, lõi an toàn toàn vùng bê tông cách bề mặt 0,4 m, suy cách đơn giản từ mô đun nhiệt MT = 50 °C/m coi mốc ∆T = 20 °C mốc nguy nứt Tuy nhiên, thân giá trị mô đun nhiệt MT = 50 °C/m tác giả rút từ việc thí nghiệm khối bê tơng có kích thước 3×3×3 m Kích thước khơng cịn phù hợp kết luận cho khối bê tơng có kích thước lớn nhiều kết cấu bê tông khối lớn Theo nghiên cứu tác giả với khối 5×5×5 m, tình bất lợi (Hình 6(d, e, f)), vùng nứt góc lớn 0,4 m lại nhỏ 20 vùng có nguy nứt bề mặt từ kết luận vị trí đặt đầu đo trước thi công Thực tế gần đây, dự án nhà siêu cao tầng Việt Nam, nhà thầu lớn thực thí nghiệm khối mẫu tiến hành mô số để đánh giá trước đưa biện pháp thi công cuối cho khối bê tông thực tế Cũng từ phân bố vùng bề mặt có nguy nứt này, thấy, thiết kế cho kết cấu bê tông khối lớn, cần phải ý việc ưu tiên đặt thép chống nứt nhiệt cho khu vực bề mặt, đặc biệt khu vực góc khối Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 13(5):1-16 14 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 13(5):1-16 15 Phân bố vùng bê tơng bề mặt có nguy nứt và trường nhiệt độ tương ứng Hình Phân bố vùng bêHình tơng bề mặt có nguy nứt trường nhiệt độ tương ứng: a) Hàm lượng: 231 (kg) xi a) Hàm lượng: 231 (kg) xi măng +154 (kg) tro bay; b) Hàm lượng: 308 (kg) xi măng măng +154 (kg) tro bay; b) Hàm lượng: 308 (kg) xi măng +77 (kg) tro bay; c) Hàm lượng: 385 (kg) xi măng; +77 (kg) tro bay; c) Hàm lượng: 385 (kg) xi măng; d) Hàm lượng: 481,3 (kg) xi măng; d) Hàm lượng: 481,3 (kg) xi măng; e) 577,5 Hàm(kg) lượng: 577,5 (kg) xi 770 măng; f)măng Hàm lượng: 770 (kg) xi măng e) Hàm lượng: xi măng; f) Hàm lượng: (kg) xi Tiếp theo, nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát cụ thể số yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố vùng bề mặt có nguy nứt nhiệt Hai yếu tố khảo sát 21Đây là hai yếu tố mà phân tích loại ván khn sử dụng và kích thước khối Đích và cộng (sử dụng để biên soạn TCVN 305:2004 [11]) chưa đề cập đến 5.2 Ảnh hưởng loại ván khuôn đến phân bố vùng nứt bề mặt Như đề cập trên, ván khuôn nhân tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ lớn tâm Tmax và lượng giảm nhiệt độ khối bê tông đổ, nên nhân Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng vùng bề mặt trung tâm Thêm nữa, giá trị vùng nứt bề mặt giá trị cố định gợi ý tác giả Đích cs [14, 15] mà thay đổi phụ thuộc vào yếu tố bất lợi tác động lên khối bê tông giai đoạn thi cơng Do đó, quy định phải có điểm đo điểm cách mặt ngồi bê tơng khoảng 0,4 ÷ 0,5 m báo cáo [14,15] theo Điều 6.6.1, tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 [11] khơng cịn hồn tồn phù hợp Thay vào đó, phải có phân tích mơ hình cho khối bê tông cụ thể để đánh giá phân bố vùng có nguy nứt bề mặt từ kết luận vị trí đặt đầu đo trước thi công Thực tế gần đây, dự án nhà siêu cao tầng Việt Nam, nhà thầu lớn thực thí nghiệm khối mẫu tiến hành mô số để đánh giá trước đưa biện pháp thi công cuối cho khối bê tông thực tế Cũng từ phân bố vùng bề mặt có nguy nứt này, thấy, thiết kế cho kết cấu bê tông khối lớn, cần phải ý việc ưu tiên đặt thép chống nứt nhiệt cho khu vực bề mặt, đặc biệt khu vực góc khối Tiếp theo, nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát cụ thể số yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố vùng bề mặt có nguy nứt nhiệt Hai yếu tố khảo sát loại ván khuôn sử dụng kích thước khối Đây hai yếu tố mà phân tích Đích cộng (sử dụng để biên soạn TCVN 305:2004 [11]) chưa đề cập đến 5.2 Ảnh hưởng loại ván khuôn đến phân bố vùng nứt bề mặt chí Khoalà họcmột Cơng nhân nghệ Xâytố dựng, NUCE 2020 13(5):1-16 Như đề cập trên, vánTạp khuôn quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ lớn tâm T max giảm độ khối nhiệt đổ, nên T giảm, hơnlượng nên chênh lệchnhiệt nhiệt độ làmbê chotông ứng suất giảm,nhân và theotốđónày giảmsẽ ảnh hưởng trực mặt Từ luận, loại khuôn hệ số đối lưunày nhiệtsẽthấp tiếp đến phân bố vùng vùngnứtbềbềmặt có đây, nguy kết nứt Xem xét ván có ảnh hưởng giúp người thiết kế có lợi cho kế hoạch tổng thể kiểm sốt nứt nhiệt Đờng thời, bên cạnh việc có sở để lựa chọn loại ván khn có lợi cho kế hoạch tổng thể kiểm soát nứt nhiệt, từ dùng ván khn, bổ sung thêm lớp vật liệu dưỡng hộ, với hệ số đối lưu giai đoạn thiết kếnhiệt đếnthấp, khibên hoàn khối.để Để ảnhtổng hưởng vánđược khuôn sử dụng đến ngoàithành ván khuôn giảmquan hệ số sát đối lưu thể vàcủa theo loại giảm vùng nứt bề mặt Phân bố vùng bê tông mặt có có nguy vớivới loạiloại ván khn khác Hình 7.Hình Phân bố vùng bê tơng bềbềmặt nguycơcơnứtnứt ván khn khác a) Tấm xốpxốp polystyren; khuôngỗ; gỗ; khuôn a) Tấm polystyren;b) b)Ván Ván khuôn c) c) VánVán khuôn thép thép 5.3 Ảnh hưởng kích thước khối đổ bê tông đến phân bố vùng nứt bề mặt 22 Trước thay đổi bối cảnh thi công bê tông khối lớn đại, kết cấu bê tông cốt thép ngày càng có kích thước lớn và chiều dày nhiều cấu kiện bê tông khối lớn lớn m (giá trị sử dụng cho nghiên cứu biên soạn TCVN 305:2004 [11]) Vì vậy, giá trị phân bố vùng bề mặt có nguy nứt 0,4 m ÷ 0,5 m Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng phân bố vùng bề mặt có nguy nứt, nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích với ba loại ván khuôn khác nhau, bao gồm: xốp polystyren, ván khuôn gỗ ván khn thép Về chất phân tích, thay đổi ván khuôn dẫn tới thay đổi hệ số đối lưu nhiệt hc bề mặt bê tơng mơi trường bên ngồi Theo [7], hệ số đối lưu nhiệt hc ba 2, 14 (kcal/m2 h.°C) Nhóm nghiên cứu tiến hành mơ khối bê tơng có kích thước Hình 5, cấp phối Bảng 2, thay đổi điều kiện hệ số đối lưu nhiệt hc Sự thay đổi phân bố vùng bề mặt có nguy nứt sử dụng loại ván khn khác thể Hình Có thể thấy, khối bê tông sử dụng khuôn xốp polystyren có phân bố vùng nứt bề mặt nhỏ nhất, với chiều dày nứt ởTạpgóc 0,35 m (Hình 7(a)), khối dùng ván gỗ ván thép, chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2020 13(5):1-16 phân bố vùng nứt bề mặt tăng lên đáng kể, với chiều dày nứt góc 0,54 m 0,59 m kết luận Đích và cộng [14,15] vị trí điểm đặt đầu đo quy định (Hình 7(b, c)) Vật liệu ván khn có hệ số đối lưu nhiệt hc thấp có xu hướng giữ lại nhiệt bê Mục 6.6.1 tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 [11] khơng cịn phù tơng vùng bề mặt nên chênh lệch độmặt ∆Tcógiảm, nhiệt giảm, theo hợp.tốt Dohơn đó, nghiên cứu phân bố nhiệt vùng bề nguy cơlàm nứt cho cácứng khốisuất có kích thước giảm vùng nứt bề Từ đây, thể kếtĐể luận, loại có hệcứu sốtiến đốihành lưuphân nhiệt thấp có lớn mặt 3×3×3 m làcó cần thiết làm điều ván này, khn nhóm nghiên tích cáctổng khối có thước lớn nứt hơn,do vớinhiệt trường hợp: 3×3×3 m, 4×4×4 5×5×5 m vàván khn, lợi cho kế hoạch thểkích kiểm sốt Đồng thời, bên cạnhm,việc dùng 6×6×6 m Các thông số đầu vào cố định Bảng Bảng bổ sung thêm lớp vật liệu dưỡng hộ, với hệ số đối lưu nhiệt thấp, bên ngồi ván khn để Kết quả cứu chogiảm thấy, giá trị chiều vùng mặt có nguy nứt không giảm hệ số đối lưu tổng thểnghiên theo vùngdàynứt bềbề mặt phải cố định mà tăng lên theo kích thước khối Kết luận Đích và cộng vùng bề mặt có đổ nguybê cơtơng nứt (tồn bê tơng bề mặt ăn bề sâumặt vào phía 5.3 Ảnh hưởng[14,15] kích thước khối đếnbộphân bốtừvùng nứt 0,4 m ÷ 0,5 m) giá trị điểm đặt đầu đo quy định tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11]trong không phù hợp với cácbê khối có kích thước m Cụ thể, chiều Trước thay đổi bốicịncảnh thi cơng tơng khối lớntrên đại, kết cấu bê tông cốt dày vùng nứt góc khối 3×3×3 m 0,31 m (Hình 8a), tăng lên 0,45 m với lớn khốiđã lớn m thép ngày có kích thước lớn chiều dày nhiều cấu kiện bê tông khối 4×4×4 m (Hình 8b), và vượt giá trị 0,5 m với khối 5×5×5 m 6×6×6 m, tương ứng (giá trị sử làdụng cứu biên soạn Vìhình vậy,chogiácáctrị phân bố vùng 0,54 cho m vànghiên 0,67 m (Hình 8c,d) Như vậy,TCVN cần phải305:2004 có phân[11]) tích mơ bề mặt có nguykhối nứt 0,4cụmthể ÷ với 0,5từng m kếtđánh luậngiábởi Đích cs [14,cơ15] bê tơng dự án để phân bố vùng có nguy nứtcũng bề mặtnhư vị trí điểm đặt từ kết luận vị trí đặt đầu đo trước thi cơng Hình Phân bố vùng bề mặt có nguy nứt với kích thước khối thay đổi a) Khối 3×3×3 m; b) Khối 4×4×4 m;18c) Khối 5×5×5 m; d) Khối 6×6×6 m 23 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng đầu đo quy định Mục 6.6.1 tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 [11] khơng cịn phù hợp Do đó, nghiên cứu phân bố vùng bề mặt có nguy nứt khối có kích thước lớn 3×3×3 m cần thiết Để làm điều này, nhóm nghiên cứu tiến hành phân tích khối có kích thước lớn hơn, với trường hợp: 3×3×3 m, 4×4×4 m, 5×5×5 m 6×6×6 m Các thơng số đầu vào cố định Bảng Bảng Kết nghiên cứu cho thấy, giá trị chiều dày vùng bề mặt có nguy nứt khơng phải cố định mà tăng lên theo kích thước khối Kết luận Đích cs [14, 15] vùng bề mặt có nguy nứt (tồn bê tơng từ bề mặt ăn sâu vào phía 0,4 m ÷ 0,5 m) giá trị điểm đặt đầu đo quy định tiêu chuẩn TCVN 305:2004 [11] khơng cịn phù hợp với khối có kích thước m Cụ thể, chiều dày vùng nứt góc khối 3×3×3 m 0,31 m (Hình 8(a)), tăng lên 0,45 m với khối 4×4×4 m (Hình 8(b)), vượt giá trị 0,5 m với khối 5×5×5 m 6×6×6 m, tương ứng 0,54 m 0,67 m (Hình 8(c, d)) Như vậy, cần phải có phân tích mơ hình cho khối bê tơng cụ thể với dự án để đánh giá phân bố vùng có nguy nứt bề mặt từ kết luận vị trí đặt đầu đo trước thi công Kết luận Từ kết nghiên cứu mơ phỏng, đưa kết luận phân bố vùng bề mặt có nguy nứt nhiệt bê tông khối lớn sau: - Khu vực góc khối bê tơng nơi có nguy xuất vết nứt nhiệt vùng góc có diện tích mặt thống lớn nên q trình nhiệt diễn nhanh Vì vậy, thi cơng, cần phải có biện pháp tránh làm nhiệt nhanh khối khu vực góc, nơi có nhiều mặt tiếp xúc với mơi trường - Giá trị vùng nứt bề mặt giá trị cố định mà thay đổi phụ thuộc vào yếu tố bất lợi tác động lên khối bê tông giai đoạn thi công Quy định phải có điểm đo điểm cách mặt ngồi bê tơng khoảng 0,4 ÷ 0,5 m theo Điều 6.6.1 tiêu chuẩn Việt Nam hành TCVN 305:2004 khơng cịn phù hợp Thay vào đó, phải có phân tích mơ hình cho khối bê tơng cụ thể để đánh giá phân bố vùng có nguy nứt bề mặt từ kết luận vị trí đặt đầu đo trước thi cơng - Vật liệu ván khn có hệ số đối lưu nhiệt hc thấp có xu hướng giữ lại nhiệt bê tông vùng bề mặt tốt hơn, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ giảm nên có lợi cho kế hoạch tổng thể kiểm soát nứt nhiệt - Với khối có kích thước lớn 5m phân tích báo, giá trị phân bố vùng bề mặt có nguy nứt (0,4 ÷ 0,5 m từ bề mặt vào) khơng cịn Nó cần thiết phải có thí nghiệm với khối thử tiến hành mô số để đánh giá trước đưa kế hoạch kiểm soát nứt cuối cho khối Tài liệu tham khảo [1] Midas Information Technology Heat of Hydration- Analysis Analysis Manual Version 7.0.1 [2] ACI Committee 207 (2005) Guide to Mass Concrete (ACI 207.1R-05) (Reapproved 2012) American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 30 [3] ACI Committee 207 (2007) Report on Thermal and Volume Change Effects on Cracking of Mass Concrete (ACI 207.2R-07) American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 28 [4] ACI Committee 207 (2018) Report on Practices for Evaluation of Concrete in Existing Massive Structures for Service Conditions (ACI 207.3R-18) American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 16 24 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [5] ACI Committee 207 (2005) Cooling and Insulating Systems for Mass Concrete (ACI 207.4R-05) (Reapproved 2012) American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 15 [6] ACI Committee 207 (2011) Report on Roller-Compacted Mass Concrete (ACI 207.5R-11) American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 71 [7] Japan Concrete Institude (2011) Guideline for control of cracking of mass concrete [8] British Standard Institution (1997) Structural use of concrete (BS 8110) Part 1: Code of practice for design and construction 389 Chiswick High Road, London, W4 4AL, UK [9] The USSR Ministry of Transport (1958) Execution Requirements for Concrete Work for Construction of Hydraulic Structures Technical guidelines for the protection of concrete bridge piers against thermal cracks [10] Ministry of Housing and Urban-Rural Development (2018) Code for construction of mass concrete - National Standard of the People’s Republic of China (GB 50496-2018) The Standardization Administration of the People’s Republic of China [11] TCXDVN 305:2004 Bê tông khối lớn - Quy phạm thi công nghiệm thu Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Bộ Xây Dựng, Hà Nội [12] Taylor, H F W., Famy, C., Scrivener, K L (2001) Delayed ettringite formation Cement and Concrete Research, 31(5):683–693 [13] Khalifah, H A., Rahman, M K., Zakariya, A.-H., Al-Ghamdi, S (2016) Stress generation in mass concrete blocks with fly ash and silica fume-an experimental and numerical study Proceeding 4th International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, 7–11 [14] Đích, N T., cs (1999) Báo cáo tổng kết đề tài khoa học mã số R20 9720: Đặc điểm công nghệ bê tơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam 111 [15] Đích, N T (2011) Cơng tác bê tơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [16] Park, S J., Kim, K K., Lee, S H (2018) Application example of hydration heat management of mega foundation and pumpability for high performance concrete used in super high rise building Hội nghị khoa học quốc tế Kỷ niệm 55 năm ngày thành lập Viện KHCN Xây dựng, Viện khoa học công nghệ xây dựng IBST [17] Dung, Đ T M., Chức, N T., Khải, L T Q (2020) Ảnh hưởng kích thước kết cấu bê tơng khối lớn đến hình thành trường nhiệt độ vết nứt tuổi sớm ngày Tạp chí Xây Dựng Việt Nam, 2020(1):11–14 [18] Thực, L V., Quang, V M., Khoa, H N (2019) Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ thi công đến số nứt nhiệt bê tông khối lớn Hội nghị Khoa học trẻ Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội [19] Korea Concrete Institute (2010) Korean Concrete Standard Specification: Thermal Crack Control in Mass Concrete Kimoondang Publishing Company, Seoul, 166 [20] Hai, T H., Thuc, L V (2017) The effect of splitting concrete placement on controlling thermal cracking in mass concrete Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 11(6):22–28 [21] Nguyen, T.-C., Huynh, T.-P., Tang, V.-L (2019) Prevention of crack formation in massive concrete at an early age by cooling pipe system Asian Journal of Civil Engineering, 20(8):1101–1107 [22] Le, H.-H., Vu, C.-C., Ho, N.-K., Luu, V.-T (2020) A method of controlling thermal crack for mass concrete structures: modelling and experimental study IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing, 869(7):072054 [23] Yang, B.-G., He, P., Peng, G.-Y., Lu, T (2019) Temperature-stress coupling mechanism analysis of onetime pouring mass concrete Thermal Science, 23(3 Part A):1615–1621 [24] Ho, N.-T., Nguyen, T.-C., Bui, A.-K., Huynh, T.-P (2020) Temperature Field in Mass Concrete at EarlyAge: Experimental Research and Numerical Simulation International Journal on Emerging Technologies, 11(3):936–941 [25] Xiao, X., Peng, Y., Luo, G (2020) Study on hydration heat of concrete channel-box girder Thermal Science, 257–257 [26] Lee, M H., Chae, Y S., Khil, B S., Yun, H D (2014) Influence of casting temperature on the heat of hydration in mass concrete foundation with ternary cements Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, 525:478–481 25 Hải, T H., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [27] Akin, J E (2014) Finite Elements for Analysis and Design: Computational Mathematics and Applications Series Elsevier [28] Baehr, H D., Stephan, K (2011) Heat conduction and mass diffusion Heat and Mass Transfer, 107–273 [29] American Concrete Institute Committee 207 (2007) Report on Thermal and Volume Change Effects on Cracking of Mass Concrete (ACI 207.2 R-07) American Concrete Institute [30] ACI Committee 207.R1-96 (2005) Mass Concrete American Concrete Institute [31] Tang, L V., Nguyen, C T., Bulgakov, B., Pham, A N (2018) Composition and early-age temperature regime in massive concrete foundation MATEC Web of Conferences, EDP Sciences, 196:04017 [32] Wang, F., Chen, C (2012) Temperature Sensitivity Analysis of Massive Concrete Mixing with Slag Powder and Fly ash Advanced Materials Research, Trans Tech Publ, 594:804–807 [33] Zhou, M R., Shen, Q F., Zhang, Z N., Li, H S., Guo, Z Y., Li, Z B (2013) Based on MIDAS/CIVIL the anchorage of mass concrete temperature field and stress field simulation analysis Advanced Materials Research, Trans Tech Publ, 724:1482–1488 [34] Yunchuan, Z., Liang, B., Shengyuan, Y., Guting, C (2012) Simulation analysis of mass concrete temperature field Procedia Earth and Planetary Science, 5:5–12 [35] Liu, W., Cao, W., Yan, H., Ye, T., Jia, W (2016) Experimental and numerical studies of controlling thermal cracks in mass concrete foundation by circulating water Applied Sciences, 6(4):110 [36] Li, C.-R., Du, J.-L (2011) The application of Midas/Civil software in mass concrete pile cap hydration heat control Shandong Transportation Science and Technology, [37] Wang, J., Li, F., Wang, S.-X (2007) A Study on 3-dimensional FEM Analysis of Massive Concrete Hydration Heat of Cable-stayed Bridge Platform [J] Highway, 11:173–176 [38] Xingang, W., Wei, Z., Shiguang, F., Huaishang, Q (2010) Study of Layout for Water-cooling Pipes in Mass Concrete Based on MIDAS [J] Port Engineering Technology, [39] Yu, R., Wang, X., Liu, T (2010) Admixtures on Mass Concrete Temperature Crack Control Study and Numerical Simulation 2010 International Conference on E-Product E-Service and E-Entertainment, IEEE, 1–8 [40] Thực, L V., Trung, L Q., Hùng, N M (2019) Nghiên cứu kiểm sốt nứt nhiệt bê tơng khối lớn chế sử dụng ống làm lạnh Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 13(3V): 99–107 26 ... giảmquan hệ số sát đối lưu thể vàcủa theo loại giảm vùng nứt bề mặt Phân bố vùng bê tông mặt có có nguy vớivới loạiloại ván khn khác Hình 7.Hình Phân bố vùng bê tơng bềb? ?mặt nguycơcơnứtnứt ván... Hình thể phân bố vùng bề mặt có nguy nứt số nứt Icr cho mặt cắt dọc khối bê tông thời điểm nhiệt độ tâm khối đạt cực đại (100 sau đổ bê tông) , thời điểm, tức nguy nứt cho lớp bê tông bề mặt lớn Các... hợp.tốt Dohơn đó, nghiên cứu phân bố nhiệt vùng bề nguy cơlàm nứt cho cácứng khốisuất có kích thước giảm vùng nứt bề Từ đây, thể kếtĐể luận, loại có h? ?cứu sốtiến đốihành lưuphân nhiệt thấp có lớn mặt