Phân tích ảnh hưởng của hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa trong bê tông khối lớn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN VIỆT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN VIỆT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN 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 VÕ DUY HÙNG Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi thực Các đoạn trích dẫn số liệu sử dụng luận văn dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2019 Tác giả luận văn Võ Văn Việt LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước hết xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý Thầy Cơ khoa xây dựng cầu đường, Phịng Đào tạo Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, người truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập trường Bằng tất lịng, tơi xin gửi đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lời cảm ơn tình cảm chân thành nhất, người khuyến khích, hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện cho tơi theo hết khóa học đào tạo cao học hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Võ Duy Hùng tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Xin chân thành cám ơn! TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI: “PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN” Học viên: Võ Văn Việt Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa: K36 (2018-2019) Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Thế giới nghiên cứu tác động nhiệt thủy hóa gây bê tơng khối lớn, cơng trình giao thơng, thủy lợi Ở Việt Nam nay, ngày nhiều cơng trình lớn xây dựng, có cầu bắc qua sông lớn với bước nhịp lớn, kéo theo phải thi công trụ tháp cao với bệ móng trụ lớn Trong trình đổ bê tơng khối lớn, thường xảy tượng nhiệt thủy hóa làm nứt nẻ bê tơng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình Do đó, việc nghiên cứu ứng xử biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa thi công bê tông khối lớn cấp thiết Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ bê tơng khối lớn có sở thiết thực Đồng thời phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn việc quan trọng Từ khóa: nhiệt thủy hóa, bê tông khối lớn, hệ thống làm lạnh TOPIC: “ANALYZE THE EFFECTS OF THE COOLING SYSTEM ON HYDROTHERMAL HEAT IN MASS CONCRETE” Abstract: The world has studied the impact of hydrothermal heat in mass concrete, traffic, and irrigation works etc Today, a number of high-rise construction projects have been built in Viet Nam, including bridges with big steps crossing large rivers, which has brought about the construction of high pylons with massive foundations In the process of making a large concrete structure, it is common for hydration heat to cause cracks in concrete, seriously affecting the quality of the construction Therefore, the research on behavior and control measures of the effects of hydrothermal heat on mass concrete construction is very necessary Analyzing stress characteristics, temperature cracks of mass concrete is practical At the same time, it is very important to analyze the effect of the cooling system on hydrothermal heat in mass concrete Key words: Hydration heat, mass concrete, cooling system MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục tiêu nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài: Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT THỦY HÓA BÊTÔNG Nhiệt thủy hóa bê tông khối lớn: Các yếu tố gây nứt bê tông khối lớn: 2.1 2.2 2.3 2.4 Nứt chênh lệch nhiệt độ: Nứt co khô: Nứt thay đổi nhiệt độ môi trường: Nứt mỏi: Các giai đoạn nứt bê tông khối lớn: Biện pháp phòng chống nứt bê tông: 4.1 Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hố xi măng bê tơng: 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Biện pháp hạn chế độ chênh nhiệt độ khối bê tông T: Biện pháp hạn chế co khô bê tông: 10 Biện pháp hạn chế bề mặt bê tông bị sốc nhiệt: 10 Kiểm sốt nhiệt độ bê tơng thi cơng: 11 Giải pháp cấu kiện bê tông khối lớn: 11 Các lưu ý hạn chế nứt thi công bê tông khối lớn: 13 5.1 5.2 5.3 5.4 Trong thiết kế: 13 Trong thi công: 13 Các lưu ý công tác bảo dưỡng: 16 Các lưu ý công tác kiểm tra: 17 Đặt vấn đề nghiên cứu: 18 Những vấn đề cần giải quyết: 19 CHƯƠNG 2: 20 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TỐN NHIỆT THỦY HÓA 20 Thủy hóa xi măng: .20 Cơ sở lý thuyết tính tốn nhiệt thủy hóa: 23 2.1 2.2 Phân tích truyền nhiệt: 24 Phân tích ứng suất nhiệt: 25 Tính tốn nhiệt thủy hóa xi măng: 27 Cơ sở phân tích nhiệt thủy hóa Midas civil: .28 Giới thiệu phần mềm Midas: 28 Cơ sở phân tích phần tử hữu hạn: 29 CHƯƠNG 3: 36 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HÓA TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 36 Mô hình phân tích: 36 Phân tích ứng xử bê tông khối lớn nhiệt thủy hóa gây ra: 38 2.1 2.2 Mơ hình hóa Midas Civil: 38 Phân tích kết quả: 45 Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa: 53 3.1 Mơ hình hóa hệ thống làm lạnh (Pipe Cooling System) Midas Civil: 53 3.2 Phân tích kết quả: 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 Kết luận: .74 Kiến nghị: 75 Hướng phát triển đề tài 76 Bài báo khoa học TISDIC 2019 84 Bài báo khoa học Tạp chí GTVT số tháng 11/2019 95 Bài báo khoa học Tạp chí GTVT số tháng 12/2019 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 Quyết định giao đề tài 110 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ vết nứt đập bê tông Hình 1.2 Sự phát triển nhiệt thuỷ hố lịng bê tơng khối lớn dẫn đến nứt nhiệt 12 Hình 3.1 Mặt trụ cầu 36 Hình 3.2 Mặt bên trụ cầu 37 Hình 3.3 Mặt bệ móng trụ cầu 37 Hình 3.4 Khai báo đơn vị 38 Hình 3.5 Khai báo vật liệu 39 Hình 3.6 Điều kiện biên 40 Hình 3.7 Hàm nhiệt độ môi trường 41 Hình 3.8 Hệ số đối lưu ván khuôn thép 42 Hình 3.9 Hệ số đối lưu khơng khí 42 Hình 3.10 Nguồn nhiệt 43 Hình 3.11 Giai đoạn thi công - Bệ trụ 43 Hình 3.12 Quy trình phân tích trường nhiệt độ, ứng suất bê tông khối lớn phương pháp PTHH 44 Hình 3.13 Mơ hình khối móng dùng để phân tích 45 Hình 3.14 Vị trí nút mơ hình dùng phân tích 45 Hình 3.15 Biểu đồ nhiệt độ 10 nút 46 Hình 3.16 Biểu đồ nhiệt độ nút N1394 (tại tâm bệ) 46 Hình 3.17 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tông lúc 10 47 Hình 3.18 Trường nhiệt độ lúc 30 47 Hình 3.19 Trường nhiệt độ lúc 50 48 Hình 3.20 Trường nhiệt độ lúc 80 48 Hình 3.21 Trường nhiệt độ Lúc 120 49 Hình 3.22 Biểu đồ ứng suất 10 nút 50 Hình 3.23 Biểu đồ ứng suất nút N71 (nút bề mặt) 51 Hình 3.24 Trường ứng suất lúc 80 51 Hình 3.25 Trường chuyển vị lúc 80 52 Hình 3.26 Biểu đồ ứng suất gây nứt nút N71 52 Hình 3.27 Nhập liệu cho hệ thống làm lạnh 53 Hình 3.28 Mơ hình có 01 hệ thống làm lạnh 54 Hình 3.29 Mơ hình có 02 hệ thống làm lạnh 55 Hình 3.30 Mơ hình có 04 hệ thống làm lạnh 55 Hình 3.31 Biểu đồ nhiệt độ chưa có hệ thống làm lạnh 10 nút 56 Hình 3.32 Biểu đồ nhiệt độ có 01 hệ thống làm lạnh 10 nút 56 Hình 3.33 Biểu đồ nhiệt độ có 02 hệ thống làm lạnh 10 nút 57 Hình 3.34 Biểu đồ nhiệt độ có 04 hệ thống làm lạnh 10 nút 57 Hình 3.35 Biểu đồ nhiệt độ max cho trường hợp 58 Hình 3.36 So sánh nhiệt độ max khối bê tơng 58 Hình 3.37 Trường nhiệt độ khối bê tông lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 59 Hình 3.38 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh 59 Hình 3.39 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tông lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 60 Hình 3.40 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 60 Hình 3.41 Biểu đồ nhiệt độ nút N1394 61 Hình 3.42 So sánh nhiệt độ max nút N1394 61 Hình 3.43 Biểu đồ ứng suất chưa có hệ thống làm lạnh 62 Hình 3.44 Biểu đồ ứng suất có 01 hệ thống làm lạnh 62 Hình 3.45 Biểu đồ ứng suất có 02 hệ thống làm lạnh 63 Hình 3.46 Biểu đồ ứng suất có 04 hệ thống làm lạnh 63 Hình 3.47 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 64 Hình 3.48 Trường phân bố ứng suất khối bê tông lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh 64 Hình 3.49 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 65 Hình 3.50 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 65 Hình 3.51 Biểu đồ ứng suất max khối bê tông cho trường hợp 66 Hình 3.52 So sánh ứng suất max khối bê tông 66 Hình 3.53 Biểu đồ ứng suất nút N71 67 Hình 3.54 So sánh ứng suất max nút N71 67 Hình 3.55 Biểu đồ hệ số ứng suất gây nứt khối bêtông cho trường hợp 68 Hình 3.56 So sánh hệ số tỷ lệ gây nứt khối bê tông 68 Hình 3.57 Biểu đồ hệ số ứng suất gây nứt nút N71 cho trường hợp 69 Hình 3.58 So sánh hệ số tỷ lệ gây nứt nút N71 69 Hình 3.59 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 70 Hình 3.60 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh 70 Hình 3.61 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 71 Hình 3.62 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 71 Hình 3.63 Biểu đồ chuyển vị max khối bê tông cho trường hợp 72 Hình 3.64 So sánh chuyển vị max khối bê tơng 72 Hình 3.65 Biểu đồ chuyển vị nút N2463 73 Hình 3.66 So sánh chuyển vị nút N2463 73 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện nay, với phát triển công nghệ đại thi cơng cầu giới nói chung, Việt Nam có cơng trình cầu đại, với quy mơ lớn, khả vượt nhịp lớn Ví dụ cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, cầu Thị Nại, cầu Thuận Phước, cầu Bãi Cháy… cầu treo dây văng, dây võng, nước ta xây dựng cầu với công nghệ Extradose… Để xây dựng cầu có quy mơ lớn bên cạnh phải có hệ thống móng, trụ tháp với kích thước lớn Trong q trình đổ bê tơng khối lớn, thường xảy tượng nhiệt thủy hóa bê tơng, nghĩa bê tông ninh kết chuyển từ thể lỏng sang thể rắn, thủy hóa xi măng, lượng nhiệt lớn sinh làm cho nhiệt độ bê tông tăng lên, chênh lệch nhiệt độ lớn so với bên ngoài, gây nên ứng suất nhiệt làm nứt nẻ bê tông, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình Qua đó, câu hỏi đặt cho làm để tránh xảy tượng nứt nẻ bê tông đổ bê tông khối lớn? Nếu xảy tượng nứt nẻ biện pháp xử lý nào? Do đó, việc nghiên cứu ứng xử biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa thi công bê tông khối lớn cấp thiết Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ bê tơng khối lớn có sở thiết thực Đồng thời phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn việc quan trọng Mục tiêu nghiên cứu: a Mục tiêu tổng quát: - Nghiên cứu ứng xử bê tông khối lớn áp dụng hệ thống làm lạnh - Đưa kết luận hướng phát triển đề tài b Mục tiêu cụ thể: - Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị bê tơng khối lớn có hệ thống làm lạnh - Các ứng xử kết cấu có hệ thống làm lạnh Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Nhiệt thủy hóa 95 96 BÀI BÁO TRÊN TẠP CHÍ GIAO THƠNG VẬN TẢI 12/2019 97 98 99 100 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mơ hình hóa phân tích kết cấu cầu với MIDAS/Civil Tập Ngô Đăng Quang, chủ biên; Trần Ngọc Linh, Bùi Công Độ, Nguyễn Trọng Nghĩa [2] ACI (2005) Building Code Requirements for Structural (ACI 318-05) Concrete and Commentary (ACI 318R-05) ACI Committee 318 [3] ASTM C 150 (2002) Standard specification for Portland cement Annual Book of ASTM Standards, 1, 4.02 [4] ASTM C 305 (2002) Standard practice for Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency Annual Book of ASTM, l, 4.02 [5] ASTM C 204 (2002) Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by Air-Permeability Apparatus Annual Book of ASTM Standards, l, 4.02 [6] Abdllah I Husein Malkawi, et at (2003) Thermal-Structural Modeling and Temperature Control of Roller Compacted Concrete Gravity Dam Journal of Performance of Consturcted Facilities, 17(4), 177-187 [7] Ahmaruzzaman.M (2010) Progre A review on the utilization of fly ash Progress in Energy and Combustion Science, 36, 327-363 [8] Broda M., Wirquin E., and Duthoit B (2002) Conception of an isothermal calorimeter for concrete-Determination of the apparent activation energy Materials and Structures/Matdriaux et Constructions, 35, 389-394 [9] Baert G., Hoste S., et al (2008) REACTIVITY OF FLY ASH IN CEMENT PASTE STUDIED BY MEANS OF THERMOGRAVIMETRY AND ISOTHERMAL CALORIMETRY Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 94(2), 485–492 [10] Ballim Y and P.C Graham (2004) Early-age heat evolution of clinker cements in relation to microstructure and composition: implications for temperature development in large concrete elements Cement and Concrete Composition, 26, 417-426 [11] PHÂN TÍCH TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN Nguyễn Tiến Đích (2010), Cơng tác bê tơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội [12] Hồ Ngọc Khoa (2011), Nghiên cứu biến dạng lớp kết cấu bê tông, thi cơng theo phương pháp tồn khối, thời gian đầu đóng rắn, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường, Trường Đại học Xây dựng,Hà Nội [13] Bazenov IU.M., Bạch Đình Thiên, Trần Ngọc Tính (2004), Cơng nghệ bê tông, NXB Xây dựng, Hà Nội 102 [14] J.E Akin (1994), Finite Element for Analysis and Design, Academic Press B Gebhart (1993), Heat Condtion and Mass Diffusion, McGraw-Hill [15] JCI, VCA (2011), Hướng dẫn kiểm soát nứt bê tông khối lớn – phiên 2008, VCA, Hà Nội [16] JSCE (2007), Standard specifications for concrete structures – 2007 “Materials and Construction” [17] P P Bamforth, D.Chisholm, J.Gibbs, T.Harrison, Bamforth, D.Chisholm, J.Gibbs, Properties of Concrete for use in Eurocode 2, The Concrete centre [18] MIDAS Information Technology (2004), Heat of Hydration- Analysis Analysis Manual Version 7.0.1 ... Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơngkhối lớn 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT THỦY HÓA BÊTƠNG Nhiệt thủy hóa bê tông khối lớn: Kết cấu bê tông bê tơng cốt thép coi khối. .. nhiệt thủy hóa thi cơng bê tơng khối lớn cấp thiết Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ bê tông khối lớn có sở thiết thực Đồng thời phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng... cơng bê tơng khối lớn cấp thiết Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ bê tông khối lớn có sở thiết thực Đồng thời phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn việc quan