Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là phân tích đặc điểm hình thành, phát triển vết nứt do các nguyên nhân vật liệu, thi công và nhiệt độ trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam. Đề xuất một số giải pháp hạn chế nứt và nguyên tắc xử lý vết nứt cho kết cấu dầm - sàn BTCT khi thiết kế và thi công.
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN THÁI DƯƠNG PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DO YẾU TỐ VẬT LIỆU, THI CÔNG VÀ NHIỆT ĐỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN THÁI DƯƠNG KHÓA: 2013 - 2015 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DO YẾU TỐ VẬT LIỆU, THI CÔNG VÀ NHIỆT ĐỘ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN DUY HIẾU TS VŨ HOÀNG HIỆP HÀ NỘI, NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Nguyễn Duy Hiếu TS Vũ Hoàng Hiệp, người thầy trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo bảo, dạy dỗ tác giả suốt trình học tập Tác giả xin trân trọng cảm, Bộ Giáo dục Đào tạo, Bộ Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa Sau Đại học tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình học tập hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thái Dương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập tơi Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thái Dương MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Lý nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Các nhiệm vụ cần giải NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU NỨT TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Sự làm việc kết cấu BTCT 1.1.1 Sự làm việc chung vật liệu kết cấu BTCT 1.1.2 Tính tốn kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn 1.1.3 Lý cần hạn chế mở rộng vết nứt 1.2 Các nghiên cứu nứt kết cấu BTCT 1.2.1 Các nguyên nhân gây nứt kết cấu BTCT 1.2.2 Nứt co ngót 1.2.3 Nứt nhiệt 1.2.4 Nứt ăn mòn cốt thép 1.2.5 Nứt tải trọng tác động 11 1.3 Một số cố nứt kết cấu BTCT 12 1.4 Những tồn vấn đề kiểm soát nứt kết cấu BTCT đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu 15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHÂN TÍCH VỀ HIỆN TƯỢNG NỨT KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 16 2.1 Những đặc trưng vật liệu tính chất lý bê tơng BTCT 16 2.1.1 Vật liệu chế tạo bê tông ảnh hưởng chúng đến nứt 16 bê tông 2.1.2 Tính chất lý bê tơng cốt thép 24 2.2 Nứt kết cấu bê tông cốt thép yếu tố co ngót 28 2.2.1 Co hóa học 29 2.2.2 Co nội sinh 31 2.2.3 Co mềm 36 2.2.4 Co cứng 40 2.3 Nứt kết cấu bê tông cốt thép yếu tố thi cơng 45 2.3.1 Quy trình thi công 45 2.3.2 Tải trọng thi công 47 2.4 48 Nứt kết cấu bê tông cốt thép yếu tố nhiệt độ 2.4.1 Ứng suất nhiệt kết cấu bê tông cốt thép giai đoạn chế tạo, thi công 49 2.4.2 Ứng suất nhiệt kết cấu bê tông cốt thép giai đoạn khai thác, sử dụng 2.4.3 Chỉ số nứt nhiệt CHƯƠNG 3: MỘT SỐ VÍ DỤ TÍNH TỐN PHÂN TÍCH NỨT KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP - CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ 53 54 63 3.1 Đặt vấn đề 63 3.2 Các ví dụ tính tốn 63 3.2.1 Ví dụ – Tính tốn đánh giá khản nứt bê tông tuổi sớm co ngót nước bề mặt 63 3.2.2 Ví dụ – Tính tốn đánh giá khả nứt kết cấu tải trọng thi công 66 3.2.3 Khảo sát dầm sàn bê tông cốt thép chịu tác động nhiệt 67 3.3 Các giải pháp hạn chế 71 3.3.1 Giải pháp vật liệu thành phần bê tông 71 3.3.2 Giải pháp thi công 75 3.3.3 Giải pháp tính tốn kết cấu 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng 2.1 Nhiệt thủy hóa xi măng theo ASTM C150-99a 2.2 Hàm lượng bùn, bụi, sét cốt liệu lớn 2.3 Thành phần hạt cát Hàm lượng tối đa cho phép muối hòa tan, ion 2.4 sunphat, ion clorua cặn không tan nước trộn bê tông vữa 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 Hệ số tin cậy số loại bê tông Các cường độ tiêu chuẩn bê tông nặng cường độ tính tốn tính theo trạng thái giới hạn thứ hai Các cường độ tiêu chuẩn bê tơng nặng tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ Mô đun đàn hồi bê tông nặng điều kiện đông cứng tự nhiên Cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng ứng với cấp độ bền chịu kéo bê tông 2.10 Co hóa học khống xi măng 2.11 Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian 2.12 Các hàm cho thông số công thức 2.20 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình 1.1 Vết nứt trụ cầu Vĩnh Tuy 1.2 Một số vết nứt thành đài móng cơng trình 2.1 Sự phát triển cường độ bê tơng theo thời gian 2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng bê tơng 2.3 Co hóa học đá xi măng 2.4 Độ co khoáng xi măng pooc lăng 2.5 Mối quan hệ co hóa học co nội sinh 2.6 Quá trình hình thành co nội sinh 2.7 Mô tả trạng thái nước lỗ rỗng cấu trúc đá xi măng 2.8 Hiện tượng tự làm khô đá xi măng 2.9 Hiện tượng nứt bê tông co mềm 2.10 Một số ví dụ tốc độ nước trồi lên bề mặt 2.11 Bê tông bị nứt co khô 2.12 Sự phân bố áp lực tách liên kết 2.13 Ảnh hưởng điều kiện dưỡng hộ đến co ngót bê tông 2.14 Tương quan số nứt nhiệt xác suất nứt nhiệt 2.15 So sánh kết đo diễn biến nhiệt độ với giá trị phân tích – Dãy 2.16 So sánh kết đo diễn biến nhiệt độ với giá trị phân tích – Dãy 2.17 Mối quan hệ số nứt nhiệt chiều rộng vết nứt tối đa 2.18 Mối quan hệ đường tang hồi qui tỉ lệ cốt thép 3.1 Mặt kết cầu sàn (42x9.6)m 3.2 Biểu đồ Mx nhiệt độ giảm 20oC kết cầu sàn (42x9.6)m 3.3 3.4 3.5 3.6 Biểu đồ Mx nhiệt độ chênh mặt sàn 10oC kết cầu sàn (42x9.6)m Mặt kết cầu sàn (54x9.6)m Biểu đồ Mx nhiệt độ chênh mặt sàn 10oC kết cầu sàn (54x9.6)m Sơ đồ khe giãn (a), khe co (b) MỞ ĐẦU * Lý nghiên cứu đề tài Xây dựng Việt Nam đầu tư lớn lâu dài cịn phát triển mạnh khơng số lượng chủng loại cơng trình (cầu, cảng, đường, nhà, cơng trình thuỷ…) mà cịn có quy mơ ngày lớn, khai thác điều kiện môi trường ngày phức tạp Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lâu, khả sử dụng kết cấu cơng trình, cơng trình bêtơng bê tông cốt thép (BTCT) sử dụng phổ biến Hiện tượng nứt kết cấu bêtông BTCT vốn nhiều nguyên nhân phức tạp gây nên, cần quan tâm nghiên cứu Nứt bêtông tượng thường gặp cơng trình xây dựng Các vết nứt bêtơng phát triển từ nhiều ngun nhân, mà chất đặc tính vật liệu khâu sản xuất, thi công khả chịu kéo bêtông kết cấu làm việc Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả vết nứt tạo điều kiện dễ dàng cho xâm nhập tác nhân xâm thực vào bêtông tiếp cận cốt thép, dẫn đến huỷ hoại cấu trúc chịu lực vật liệu Trong q trình thi cơng sử dụng, tượng nứt BTCT làm ảnh hưởng bất lợi đến tính bền vững cơng trình, gây thấm, hỏng kết cấu liền kề, đặc biệt nước ta nằm khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm Nhiều cơng trình xây dựng sử dụng kết cấu BTCT quy mô lớn cầu, nhà cao tầng, cơng trình lớn, cơng trình cơng nghiệp, đập thuỷ điện, móng silo … địi hỏi tính bền vững ổn định cơng trình cao, việc xuất vết nứt kết cấu BTCT gây nhiều bất lợi khơng mặt kỹ thuật mà cịn ảnh hưởng đến kinh tế, gây nên tâm lý không tốt cho người sử dụng xã hội Việ giải khắc phục triệt để cố nứt thường tốn khó thực 2 Những lý nêu cho thấy cần thiết công tác tập hợp, phân tích nguyên nhân gây nứt kết cấu BTCT, từ đưa giải pháp, phương án hạn chế nguyên tắc xử lý cho kết cấu BTCT bị nứt Điều khơng có ý nghĩa nghiên cứu mà cịn có ứng dụng thực tiễn công tác thiết kế, thi công khai thác cơng trình xây dựng * Mục đích nghiên cứu Phân tích đặc điểm hình thành, phát triển vết nứt nguyên nhân vật liệu, thi công nhiệt độ điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam Đề xuất số giải pháp hạn chế nứt nguyên tắc xử lý vết nứt cho kết cấu dầm - sàn BTCT thiết kế thi công * Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Đối tượng: Nghiên cứu tượng xuất vết nứt kết cấu bê tông cốt thép nguyên nhân : vật liệu, thi công nhiệt độ Phạm vi nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết tượng nứt kết cấu bê tông cốt thép sử dụng xây dựng dân dụng cơng nghiệp Tính tốn số tượng cụ thể nứt kết cấu dầm sàn BTCT (trong điều kiện khí hậu nóng ẩm thành phố Hà Nội, Việt Nam) Phương pháp nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp đánh giá sở nghiên cứu số liệu thống kê có; kết hợp thực hành tính tốn số ví dụ nứt kết cấu BTCT điều kiện cụ thể vật liệu, kết cấu môi trường * Các nhiệm vụ cần giải - Tìm hiểu chế nứt kết cấu BTCT, từ phân loại, lập sở để tính tốn, có giải pháp xử lý bề rộng vết nứt : đưa điều kiện biên, giả thiết - Tính tốn đánh giá khả nứt kết cấu BTCT số ví dụ (nứt dầm sàn BTCT cơng trình địa phương) - Đề xuất số giải pháp hạn chế hình thành phát triển vết nứt, nguyên tắc xử lý vết nứt THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lịng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn tập hợp nghiên cứu nứt kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép nói chung Luận văn phân tích sở khoa học liên quan đến nứt kết cấu bê tông cốt thép, đánh giá nguyên nhân gây nứt, tập trung chủ yếu vào yếu tố vật liệu, thi công nhiệt độ có xét đến điều kiện khí hậu Trên sở phân tích khoa học nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông cốt thép, luận văn tiến hành tính tốn, phân tích đánh giá khả nứt qua số ví dụ cụ thể, qua minh chứng sử dụng lý thuyết cơng thức thực nghiệm để kiểm tra, kiểm sốt khả nứt kết cấu bê tông cốt thép Từ kết phân tích sở khoa học phương pháp tính tốn qua ví dụ cụ thể, luận văn đề xuất giải pháp hạn chế vết nứt cho kết cấu bê tông cốt thép Kiến nghị Phân tích đánh giá nguyên nhân gây nứt kết cấu bê tông cốt thép sở có kiểm chứng thực nghiệm mơi trường khí hậu Việt Nam Khảo sát, phân tích đánh giá tượng nứt kết cấu bê tông bê tơng cốt thép cơng trình xây dựng thực tế nước ta TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Công (2013), Luận văn thạc sỹ : Vấn đề bề rộng khe nứt khớp dẻo dầm bê tông cốt thép, Trường ĐH Đà Nẵng Nguyễn Tiến Đích (2006), Cơng tác bê tơng điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam, Nhà xuất Xây dựng Phạm Toàn Đức (2009), “ Vấn đề nứt bê tơng trạng thái dẻo”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải (Số 19), trang 88-91 Vũ Hoàng Hiệp, Vũ Ngọc Anh (2010), “Nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tơng cốt thép bị ăn mịn”, Tạp chí Kiến trúc xây dựng (Số 2) Nguyễn Duy Hiếu (2008), “Hiệu nội bảo dưỡng đến hạn chế phân tầng giảm co ngót cho bê tơng nhẹ chịu lực”, Chuyên đề Tiến sỹ, Đai học Xây dựng Hà Nội Hồ Ngọc Khoa, Vũ Chí Cơng (2012), “Phân tích trường nhiệt độ ứng suất nhiệt bê tông khối lớn phương pháp phần tử hữu hạn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (Số 14), trang 17-27 Nguyễn Đại Minh, Nguyễn Hoàng Dương (2006), “Vấn đề nứt kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng”, Tạp chí Sài Gịn đầu tư & xây dựng (Số 11) Phan Quang Minh, Ngơ Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), “Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện bản” Đặng Văn Trung (2013), Luận văn thạc sỹ : Khống chế bề rộng vết nứt dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế, Trường ĐH Đà Nẵng 10.Nguyễn Viết Trung (2004) - Phụ gia hoá chất dùng cho bê tông NXB Xây Dựng 11.Nguyễn Tất Tùng & Lê Thọ Mẫn, Kiểm tra tính tốn biến dạng cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép, Khoa kỹ thuật cơng trình, Trường Đại học Lạc Hồng 12.Tạ Quang Vinh (2005), Luận văn thạc sỹ : Các biện pháp hạn chế vết nứt ứng suất nhiệt thi công bê tông khối lớn, Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội 13.Viện Khoa học công nghệ Xây dựng (2013), Báo cáo kiểm định chất lượng bê tông đài móng khu Hotel – Dự án Trụ sở ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam – Vietinbank Tower Lô TM01CIPUTRA, Tây Hồ, Hà Nội 14.QCXDVN 02:2008/BXD : Số liệu điều kiện tự nhiên dùng xây dựng 15.TCXDVN 305: 2004, Bê tông khối lớn, quy phạm nghiệm thu 16.TCXDVN 325: 2004 , Phụ gia hóa học cho bê tông 17.TCVN 4506 : 2012, Nước cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật 18.TCVN 5574-2012, Kết cấu bê tông BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế 19.TCVN 7570 : 2006, Cốt liệu cho bê tông vữa – Yêu cầu kỹ thuật 20.Hội bê tông Nhật Bản (2008), Hướng dẫn kiểm soát nứt bê tông khối lớn 21.ACI 318 : Building code Requirements for Structural concrete and Commentary 22 CCANZ New Zealand – Information bulletin : IB 73, Craking 23 Cole County Industries – USA, Plastic shrinkage cracking in concrete 24 David Beal, “Types and causes of cracks and cranking” 25 Eric Bescher, Ph.D(2009), “Addressing drying shrinkage in concrete” 26 Holcim (Australia) Pty Ltd(2013), Holcim Technical Manual : Cement and Concrete 27.Tazawa, E.i., (1999), Autogenous Shrinkage of Concrete, Technical Committee Report on Autogenous Shrinkage of Concrete, Japan Concrete Institute E & FN Spon, London 28.Jensen, O.M and P.F Hansen (2001), Autogenous deformation and RHchange in perspective, Cement and Concrete Reasearch, 31 29.Paulini, P., (1996), Outlines of Hydraulic Hardening – an Energetic Approach Workshop NTNU/SINTEF – Trondheim, Norway, November 30.Breugel.K, v., (1991), Simulation of hydration and formation of structure in hardening cement-based materials, in PhD thesis, Delft University of Technology, the Netherlands 31.Soroushian, P and S Ravanbakhsh, (1998), Control of plastic shrinkage cracking with specially cellulose fibres ACI Materials Journal, 95(4) 32 Graybeal, B.A., (2006), Material Property Characterization of Ultrahigh Performance Concrete, FHWA-HRT-06-103, Federal Highway Administration, U.S Department of Transportation 33.Mindess, S and J.F.Young, (1981) Concrete, Prentice-Hall, Inc., 1981 ... 2.3 Nứt kết cấu bê tông cốt thép yếu tố thi cơng 45 2.3.1 Quy trình thi công 45 2.3.2 Tải trọng thi công 47 2.4 48 Nứt kết cấu bê tông cốt thép yếu tố nhiệt độ 2.4.1 Ứng suất nhiệt kết cấu bê tông. .. tượng xuất vết nứt kết cấu bê tông cốt thép nguyên nhân : vật liệu, thi công nhiệt độ Phạm vi nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết tượng nứt kết cấu bê tông cốt thép sử dụng xây dựng dân dụng cơng nghiệp... KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn tập hợp nghiên cứu nứt kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép nói chung Luận văn phân tích sở khoa học liên quan đến nứt kết cấu bê tông cốt thép, đánh giá nguyên