Mục tiếu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ứng xử của bê tông khối lớn khi áp dụng hệ thống làm lạnh. Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị của bê tông khối lớn khi có hệ thống làm lạnh. Các ứng xử kết cấu khi có hệ thống làm lạnh.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN VIỆT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT ỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - năm 2019 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ DUY HÙNG Phản biện 1: TS HỒNG TRỌNG LÂM Phản biện 2: TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG Luận văn vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng, họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2019 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa -Thư viện Khoa kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trong trình đổ bê tông khối lớn, thường xảy tượng nhiệt thủy hóa bê tơng, nghĩa bê tơng 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 Do đó, việc nghiên cứu ứng xử biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa thi công bê tông khối lớn cấp thiết 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 tông 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 - Hệ thống làm lạnh - Bê tông khối lớn - Ứng suất, chuyển vị nhiệt thủy hóa gây lúc có khơng có hệ thống làm lạnh Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài: - Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn - Sớm đưa cảnh báo để phòng ngừa rủi ro ý muốn - Đề xuất áp dụng hệ thống làm lạnh cho q trình thi cơng trình có cấu tạo bê tông khối lớn Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan nhiệt thủy hóa bê tơng Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn nhiệt thủy hóa Chương 3: Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tôngkhối lớn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT THỦY HÓA BÊTƠNG Nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn: Trong 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 Do đó, việc nghiên cứu ứng xử biện pháp hạn chế ảnh hưởng 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, nhiệt thủy hóa thi cơng bê tơng khối lớn cấp thiết Các yếu tố gây nứt bê tông khối lớn: Các giai đoạn nứt bê tơng khối lớn: Biện pháp phịng chống nứt bê tông: Các lưu ý hạn chế nứt thi công bê tông khối lớn: Đặt vấn đề nghiên cứu: Kết cấu bê tơng khối lớn tích tụ nhiệt thủy hóa xi măng đủ lớn để gây nên thay đổi đáng kể thể tích bê tơng q trình đóng rắn Sự thay đổi thể tích khơng tạo ứng suất kéo khối bê tông ứng suất vượt giới hạn kéo bê tơng bị nứt Sự thay đổi thể tích phát sinh từ yếu tố như: q trình co khơ nước, co nở nhiệt bê tông không chênh lệch nhiệt độ ΔT phần khối bê tơng Vì vậy, việc chống nứt nhiệt cho bê tơng khối lớn việc kiểm sốt phân bố nhiệt độ ứng suất khối bê tông Những vấn đề cần giải quyết: - Đề tài tập trung giải tốn nhiệt thủy hóa bê tông khối lớn Cụ thể đề tài xây dựng mơ hình bệ trụ cầu phần mềm Midas sử dụng Midas Civil để phân tích thủy nhiệt Tập trung phân tích đặc điểm ứng suất, chuyển vị nhiệt thủy hóa gây lúc có khơng có hệ thống làm lạnh - Đưa cảnh báo để phịng ngừa rủi ro ngồi ý muốn - Đề xuất áp dụng hệ thống làm lạnh cho trình thi cơng trình có cấu tạo bê tơng khối lớn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TỐN NHIỆT THỦY HĨA Thủy hóa xi măng: Trong q trình thủy hóa (phản ứng với nước) xi măng poóc lăng trộn với cát, sỏi nước tạo khối đá mà chúng ta gọi bê tông Trong luận văn bàn luận xảy xi măng trộn với nước Cơ sở lý thuyết tính tốn nhiệt thủy hóa: Phân tích truyền nhiệt gồm hai phần phân tích dẫn nhiệt phân tích đối lưu nhiệt 2.1 Phân tích truyền nhiệt: 2.2 Phân tích ứng suất nhiệt: Ứng suất bê tông khối lớn giai đoạn thi cơng tính tốn với việc sử dụng kết phân tích truyền nhiệt, phân bố nhiệt độ nút, xét đến thay đổi thuộc tính vật liệu theo thời gian nhiệt độ, co ngót theo thời gian, từ biến phụ thuộc thời gian ứng suất Tính tốn nhiệt thủy hóa xi măng: Nhiệt lượng nhả q trình thủy hóa xi măng Qx nguyên nhân làm tăng nhiệt độ khối bê tông khoảng thời gian 72 đầu Cơ sở phân tích nhiệt thủy hóa Midas civil: Trình tự việc mơ hình hóa phân tích thủy nhiệt cho kết cấu bê tông khối lớn thực sau: - Xây dựng mơ hình kết cấu - Xác định biến thiên đặc trưng học vật liệu - Xác định đặc trưng nhiệt vật liệu kết cấu, như: - Xây dựng hàm hệ số đối lưu., mô tả hệ thống làm lạnh - Phân tích xử lý kết Giới thiệu phần mềm Midas: MiDAS/Civil sản phẩm tiếng xây dựng vào năm 1989 phục vụ mục đích tính tốn kết cấu cầu với nhiều tính chuyên nghiệp hãng MiDAS It Co.,Ltđ hàn Quốc Cơ sở phân tích phần tử hữu hạn: Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tổng quát để xây dựng mơ hình số mơ hình tốn học Được lập trình máy tính nên cho kết có tính xác cao CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HÓA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN Mơ hình phân tích: Chọn bệ trụ cầu Rồng (Đà Nẵng) làm mơ hình tính tốn với kích thước 44mx34mx5m, bệ trụ đặt hệ cọc khoan nhồi gồm 30 cọc, có đường kính cọc D=2,0m, tổng khối lượng bê tông bệ 7.480m3,, Phân tích ứng xử bê tơng khối lớn nhiệt thủy hóa gây ra: 2.1 Mơ hình hóa Midas Civil: Hình 3.1 Khai báo đơn vị Hình 3.2 Khai báo vật liệu Hình 3.3 Điều kiện biên - Định nghĩa hàm nhiệt độ môi trường: Hình 3.4 Hàm nhiệt độ mơi trường - Định nghĩa hàm hệ số đối lưu: Hình 3.5 Hệ số đối lưu ván khn thép Hình 3.6 Hệ số đối lưu khơng khí - Xác định hàm nguồn nhiệt: Hình 3.7 Nguồn nhiệt - Gán hàm nguồn nhiệt cho phần tử: Hình 3.8 Giai đoạn thi cơng - Bệ trụ Hình 3.9 Quy trình phân tích trường nhiệt độ, ứng suất bê tông khối lớn phương pháp PTHH Mơ hình khối bê tơng dùng phân tích có hình dáng kích thước sau: 2.2 Phân tích kết quả: - Nhiệt độ (Temperature): Ở nhiệt độ cao xuất vào thời điểm 80 sau đổ bắt đầu đổ bê tông với nhiệt độ 71,14oC (nhiệt độ nút N1265, N1394-nút tâm bệ) Vùng nhiệt độ cao tập trung bệ giảm dần xung quanh bệ Từ kết phân tích biểu đồ nhiệt độ 10 nút hình 3.15, ta nhận thấy nhiệt độ cao tập trung tâm khối bê tông (Nút N1261, N1394 nút N1265), ba vị trí diễn biến nhiệt độ giảm dần Hình 3.10 Biểu đồ nhiệt độ 10 nút Hình 3.11 Biểu đồ nhiệt độ nút N1394 (tại tâm bệ) Hình 3.12 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 10 Hình 3.13 Trường nhiệt độ lúc 30 Hình 3.14 Trường nhiệt độ lúc 50 10 Hình 3.18 Biểu đồ ứng suất nút N71 (nút bề mặt) Hình 3.19 Trường ứng suất lúc 80 - Chuyển vị (Displacement): Thông qua biểu đồ trường chuyển vị, chuyển vị lớn khối xảy lúc nhiệt độ khối bê tông giai đoạn phát triển nhiệt mạnh với giá trị 9,3mm xuất vị trí biên khối bê tông từ thời điểm 5080 Sau đó, chuyển vị giảm dần theo nhiệt độ giảm dần khối bê tơng Hình 3.20 Trường chuyển vị lúc 80 11 - Quan hệ ứng suất kéo cho phép so với ứng suất gây nứt (Crack ratio) Hình 3.21 Biểu đồ hệ số gây nứt nút N71 Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa: 3.1 Mơ hình hóa hệ thống làm lạnh (Pipe Cooling System) Midas Civil: Hình 3.22 Nhập liệu cho hệ thống làm lạnh - Inlet Temp: nhiệt độ nước 150C - Diameter: Đường kính ống làm lạnh, lấy 0,036m 12 Mơ hình hóa 01 hệ thống làm lạnh, sau phân tích kết Tiếp tục với mơ hình có 02 hệ thống làm lạnh 04 hệ thống làm lạnh.Sau nhập liệu cho hệ thống làm lạnh, việc phân tích tiến hành với tốn khác Hình 3.23 Mơ hình có 01 hệ thống làm lạnh Hình 3.24 Mơ hình có 02 hệ thống làm lạnh Hình 3.25 Mơ hình có 04 hệ thống làm lạnh 3.2 Phân tích kết quả: 3.2.1 Phân tích nhiệt độ khối bê tơng: 13 Hình 3.26 Biểu đồ nhiệt độ chưa có hệ thống làm lạnh 10 nút Tại tuổi 80 giờ: nhiệt độ tâm 71,140C nhiệt độ mặt thoát nhiệt tự 33,00C, chênh lệch nhiệt độ ΔT = 38,140C Hình 3.27 Biểu đồ nhiệt độ có 01 hệ thống làm lạnh 10 nút Tại tuổi 80giờ: nhiệt độ tâm 68,270C nhiệt độ mặt thoát nhiệt tự 33,150C, chênh lệch nhiệt độ ΔT = 35,120C Hình 3.28 Biểu đồ nhiệt độ có 02 hệ thống làm lạnh 10 nút Tại tuổi 80giờ: nhiệt độ tâm 63,960C cịn nhiệt độ mặt nhiệt tự 32,50C, chênh lệch nhiệt độ ΔT = 31,460C 14 Hình 3.29 Biểu đồ nhiệt độ có 04 hệ thống làm lạnh 10 nút Tại tuổi 80 giờ: nhiệt độ tâm 54,210C cịn nhiệt độ mặt nhiệt tự 31,00C, chênh lệch nhiệt độ ΔT = 23,210C Hình 3.30 Biểu đồ nhiệt độ max cho trường hợp Hình 3.31 So sánh nhiệt độ max khối bê tơng 15 Hình 3.32 Trường nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh Hình 3.33 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh Hình 3.34 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh Hình 3.35 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 16 Hình 3.36 Biểu đồ nhiệt độ nút N1394 Hình 3.37 So sánh nhiệt độ max nút N1394 3.2.2 Phân tích ứng suất khối bê tơng: Hình 3.38 Biểu đồ ứng suất chưa có hệ thống làm lạnh Hình 3.39 Biểu đồ ứng suất có 01 hệ thống làm lạnh 17 Hình 3.40 Biểu đồ ứng suất có 02 hệ thống làm lạnh Hình 3.41 Biểu đồ ứng suất có 04 hệ thống làm lạnh Hình 3.42 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 18 Hình 3.43 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh Hình 3.44 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh Hình 3.45 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh Hình 3.46 Biểu đồ ứng suất max khối bê tơng cho trường hợp 19 Hình 3.47 So sánh ứng suất max khối bê tông Hình 3.48 Biểu đồ ứng suất nút N71 Hình 3.49 So sánh ứng suất max nút N71 3.2.3 Phân tích tỷ số nứt- Crack Ratio: 20 Hình 3.50 Biểu đồ hệ số US gây nứt khối bêtông cho trường hợp Hình 3.51 So sánh hệ số tỷ lệ gây nứt khối bê tông Biểu đồ hệ số ứng suất gây nứt nút N71 cho trường hợp Hình 3.52 So sánh hệ số tỷ lệ gây nứt nút N71 3.2.4 Phân tích chuyển vị: 21 Hình 3.53 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh Hình 3.54 Chuyển vị khối bê tông lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh Hình 3.55 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 22 Hình 3.56 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh Hình 3.57 Biểu đồ chuyển vị max khối bê tơng cho trường hợp Hình 3.58 So sánh chuyển vị max khối bê tơng 23 Hình 3.59 Biểu đồ chuyển vị nút N2463 Hình 3.60 So sánh chuyển vị max nút N2463 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua phân tích thảo luận phần trên, luận văn đến số kết luận cụ thể sau: Tác động nhiệt thủy hóa đến bê tơng khối lớn đáng kể Rõ ràng nhiệt thủy hóa vấn đề nguy hiểm cần ý cao trình xây dựng, đặc biệt bê tông khối lớn Đối với bệ trụ với kích thước 44mx34mx5m (có kích thước tương đương bệ trụ cầu Rồng - Đà Nẵng), mác bê tông 30MPa, nhiệt độ môi trường 25oC, chưa có hệ thống làm lạnh nhiệt độ lớn nhiệt thủy hóa gây tâm bệ trụ thời điểm 80 sau đổ bê tông 71,14°C, chênh lệch nhiệt độ tâm bệ bề mặt bệ 38,14°C Ứng suất kéo lớn bề mặt bệ 7,45Mpa trùng với thời điểm nhiệt độ khối bê tông đạt nhiệt độ cao (80 giờ) Tỷ số nứt (Crack ratio) nguy hiểm giai đoạn từ 10h-820h, từ thời điểm kết thúc đổ bê tông đến thời điểm 10 sau đổ bê tông, hệ số gây nứt bắt đầu giảm từ 20 đến hệ số thấp 0,34 Thời điểm xuất ứng suất kéo lớn 10 820 tuổi (Crack ratio = 0,34-1), sau tăng dần Qua phân tích so sánh trên, hệ thống làm lạnh có hiệu việc giảm nhiệt q trình nhiệt thủy hóa Trường hợp hai bốn hệ thống cho thấy hiệu cao Kiến nghị: Và Qua việc phân tích làm rõ chương 3, luận văn đến số kiến nghị sau: 24 Nhiệt thủy hóa bệ trụ với kích thước 44mx34mx5m (có kích thước tương đương bệ trụ cầu Rồng - Đà Nẵng) cao (71,14°C) chênh lệch nhiệt độ chưa có hệ thống làm lạnh 38°C, sử dụng 04 hệ thống làm lạnh chênh lệch nhiệt độ 23°C Cần thực phân đoạn thi công (kết nghiên cứu phân đoạn thi công cho thấy, giảm chiều cao khối đổ 1,0m nhiệt độ cao tậm bệ giảm khoảng 2,5°C) kết hợp biện pháp làm mát làm mát cốt liệu kết hợp hệ thống ống làm lạnh hạn chế tác động nhiệt thủy hóa thi cơng bệ trụ cầu Đồng thời nên áp dụng đồng thời nhiều biện pháp hạn chế nhiệt thủy hóa Qua phân tích thấy rằng, chuyển vị nhiệt thủy hóa gây lớn gần 9,3mm, sử dụng 04 hệ thống làm lạnh, chuyển vị lớn giảm khoảng 3,46mm sau 80h, cần xem xét đến tác động Từ việc phân tích phương pháp PTHH, cần bổ sung đo đạc mơ hình kết cấu thực tế, từ đưa dự báo điều chỉnh kịp thời phương án thi công trước thi cơng thức Hướng phát triển đề tài - Nghiên cứu phân đoạn thi công kết hợp biện pháp làm mát làm mát cốt liệu kết hợp hệ thống ống làm lạnh để hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa cho bê tơng khối lớn xây dựng nói chung - Nghiên cứu ảnh hưởng loại xi măng hàm lượng đến nhiệt thủy hóa bê tơng - Dùng đo đạc thực nghiệm để nghiên cứu đối chứng với kết phân tích phương pháp PTHH để có kết luận cụ thể - Nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống làm mát cho bê tông khối lớn ... hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơngkhối lớn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT THỦY HÓA BÊTƠNG Nhiệt thủy hóa bê tông khối lớn: Trong lượng nhiệt lớn sinh làm cho nhiệt độ bê tông tăng... ống làm lạnh, lấy 0,036m 12 Mơ hình hóa 01 hệ thống làm lạnh, sau phân tích kết Tiếp tục với mơ hình có 02 hệ thống làm lạnh 04 hệ thống làm lạnh. Sau nhập liệu cho hệ thống làm lạnh, việc phân. .. xác cao 4 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN Mơ hình phân tích: Chọn bệ trụ cầu Rồng (Đà Nẵng) làm mơ hình tính tốn với kích thước