Nghiên cứu, đánh giá sự hình thành các vết nứt nhiệt cục bộ trong kết cấu bê tông khối lớn ở tuổi sớm ngày

Nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp số để xác định sự phân bố nhiệt độ bên trong kết cấu bê tông khối lớn. Đồng thời, đánh giá sự hình thành vết nứt nhiệt cục bộ trong kết cấu ở tuổi sớm ngày. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo trong quá trình thiết kế, thi công các cấu kiện bê tông khối lớn trong điều kiện Việt Nam.

PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Nghiên cứu, đánh giá hình thành vết nứt nhiệt cục kết cấu bê tông khối lớn tuổi sớm ngày Research and evaluate the formation of local thermal cracks in mass concrete structures at an early age > TS NGUYỄN TRỌNG CHỨC1; PGS.TS MARIUSZ ZYCH2; TS ĐỖ THỊ MỸ DUNG3; TH.S NGUYỄN THỊ MINH HẰNG4 Viện Kỹ thuật Cơng trình đặc biệt, Học viện Kỹ thuật Quân Email: ntchuc.mta198@mail.com Viện Vật liệu kết cấu xây dựng, Đại học Cracow, Ba Lan Email: mzych@pk.edu.pl Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Tây Email: dothimydung1983@gmail.com Viện Kỹ thuật Cơng trình đặc biệt, Học viện Kỹ thuật Quân Email: minhhangnd80@gmail.com 72 TĨM TẮT: Trong q trình xây dựng kết cấu khối lớn đập, bệ móng mố, trụ cầu, móng điện gió, móng nhà…thường xảy tượng rạn nứt tuổi sớm ngày Một nguyên nhân ảnh hưởng đến vấn đề lượng nhiệt tỏa q trình thủy hóa xi măng Để đánh giá ứng suất, biến dạng nhiệt hình thành kết cấu bê tơng khối lớn cần thiết phải xác định phân bố nhiệt độ kết cấu Vì vậy, nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp số để xác định phân bố nhiệt độ bên kết cấu bê tông khối lớn Đồng thời, đánh giá hình thành vết nứt nhiệt cục kết cấu tuổi sớm ngày Kết nghiên cứu tài liệu tham khảo trình thiết kế, thi cơng cấu kiện bê tơng khối lớn điều kiện Việt Nam Từ khóa: vết nứt nhiệt; nhiệt độ; chênh lệch nhiệt độ; bê tông khối lớn ABSTRACT: During the construction of mass concrete such as dams, bridge abutments, and piers, wind power foundations, house foundations, etc., cracks often occur at an early age One of the main causes affecting the above problem is the amount of heat released during the cement hydration process In order to evaluate the stress, thermal deformation formed in the mass concrete structure, it is necessary to determine the temperature distribution in mass concrete structure Therefore, in this study, the author uses a numerical method in order to determine the temperature distribution inside the massive concrete structure At the same time, evaluate local thermal crack formation in the structure at early age The research results are references to the design and construction process of mass concrete blocks in Vietnamese conditions Keywords: thermal cracks; temperature; temperature difference; mass concrete ĐẶT VẤN ĐỀ Trong xây dựng cơng trình đập thủy điện, móng cột điện gió, mố cầu, trụ cầu thường có kích thước lớn chúng gọi chung cấu kiện bê tông khối lớn (BTKL) [1-3] Một tác động đáng kể ảnh hưởng đến thay đổi thể tích kết cấu hiệu ứng nhiệt độ, hậu chúng gây thay đổi trạng thái ứng suất-biến dạng kết cấu thời gian xây dựng vận hành [4, 5] Sự phát triển trường nhiệt độ, ứng suất cấu kiện BTKL tác động nhiều yếu tố Các yếu tố bên ngồi kể đến như: nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ nền, ván khn, diện gió hướng gió Yếu tố bên tác động thời gian thi công tỏa nhiệt xi măng Lượng nhiệt tỏa nhiệt phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp bê tông như: hàm lượng xi măng loại xi măng sử dụng [6] 10.2021 ISSN 2734-9888 Ngoài ra, hình thành trường nhiệt độ cịn chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố công nghệ thi công như: sơ đồ đổ bê tông, nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tông, chiều dày lớp đổ, tốc độ thi cơng, sử dụng hệ thống ống làm lạnh, thể tích khoảnh đổ Trong q trình thi cơng BTKL, tăng nhiệt đáng kể bên khối bê tông q trình thủy hóa xi măng Kết là, xuất chênh lệch nhiệt độ đáng kể xảy tâm bề mặt khối bê tơng Hệ hình thành ứng suất kéo đáng kể hình thành vết nứt nhiệt [7, 8] Vấn đề nứt nhiệt kết cấu BTKL đông đảo nhà khoa học quan tâm nghiên cứu không yếu tố vật liệu mà cịn yếu tố cơng nghệ xây dựng Từ đó, cần đưa biện pháp để ngăn ngừa hình thành vết nứt nhiệt hai phương diện vật liệu sử dụng biện pháp thi cơng Hiện nay, tiêu chí đánh giá hình thành vết nứt nhiệt ln Quốc gia, hiệp hội đưa có khác để phù hợp với đặc điểm thi cơng khí hậu vùng, miền Ở Việt Nam, theo tiêu chuẩn TCXD Việt Nam 305.2004 "Bê tông khối lớn – quy phạm thi công nghiệm thu", hai yếu tố kiểm soát để ngăn ngừa xuất vết nứt cấu kiện BTKL Yếu tố chênh lệch nhiệt độ tâm bề mặt ΔT Để tránh xuất vết nứt, điều kiện cần: ΔT 0 vùng kéo xuất hiện; thay đổi liên tục khó xác định Vì vậy, để đơn giản, người ta T2 0), nút có nhiệt độ chênh lệch lớn 7,8oC Hình (a) - Phát triển nhiệt độ nút hàng 2; (b) - chênh lệch nhiệt độ cục xung quanh chúng Hình 5b cho thấy chênh lệch nhiệt độ cục xung quanh nút hàng Phần lớn chênh lệch nhiệt độ dương (T2> 0) – phần tử bê tơng có xu hướng chịu kéo Tuy nhiên, với nút 12, sau 72 đổ bê tơng chênh lệch nhiệt độ T2 10°C nên xuất vết nứt nhiệt sau 36 đổ bê tông Xem xét phát triển nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ cục xung quanh nút hàng (các nút 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) Sự phát triển nhiệt độ hình thành chênh lệch nhiệt độ cục nút hàng tương tự nút hàng Nhiệt độ bề mặt (nút - 19) khối bê tông thấp nhiệt độ nút bên (Hình 6a) b) a) Hình (a) - Phát triển nhiệt độ nút hàng 3; (b) - chênh lệch nhiệt độ cục xung quanh chúng ISSN 2734-9888 10.2021 75 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Nhiệt độ nút tăng dần vào phía khối bê tơng Nút 27 có nhiệt độ lớn đạt giá trị khoảng 64oC sau 96 đổ bê tơng Nhìn vào phát triển chênh lệch cục xung quanh nút hàng (Hình 6b) cho thấy, nút 19, 26 27 hình thành vết nứt nhiệt chênh lệch nhiệt độ xung quanh chúng vượt 10°C Xem xét phát triển nhiệt độ chênh lệch nhiệt độ cục xung quanh nút hàng (các nút 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) Diễn biến nhiệt độ nút hàng thể hình Từ hình ta thấy nút 28 hình thành vết nứt (nút tiếp xúc với khơng khí) chênh lệch nhiệt độ cục vượt giá trị cho phép b) a) Hình (a) - Phát triển nhiệt độ nút hàng 3; (b) - chênh lệch nhiệt độ cục xung quanh chúng KẾT LUẬN Dựa kết thu được, rút kết luận sau: Các vết nứt nhiệt kiểm sốt cách xem xét tất yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ, trường ứng suất trình xây dựng khai thác Đánh giá vết nứt cục khối bê tơng có ý nghĩa quan trọng để dự đốn xác hình thành vết nứt nhiệt để từ đưa biện pháp phù hợp Trong nghiên cứu này, hầu hết nút gần bề mặt khối bê tơng thường bị nứt Vì vậy, cần tiếp tục nghiên cứu biện pháp ngăn ngừa hình thành vết nứt nhiệt giảm hàm lượng xi măng, sử dụng hệ thống ống làm lạnh sử dụng ván khuôn cách nhiệt Hướng nghiên cứu tương lại: tiếp tục nghiên cứu, xác định chiều rộng vết nứt mật độ vết nứt xuất cấu kiện BTKL Lời cảm ơn Nghiên cứu thực hỗ trợ từ nguồn kinh phí NCKH cho đề tài (Mã số: 21.1.64) Học viện Kỹ thuật quân TÀI LIỆU THAM KHẢO ACI 207 1R-05 Guide to Mass concrete ACI 207.1R-96 Mass concrete ACI Committee 207–Mass and thermally controlled concrete Guadalupe Leon, Hung-Liang (Roger) Chen Thermal analysis of mass concrete containing ground granulated blast furnace slag CivilEng 2021 Vol 2(1) Pp 254-270 Hoon Moon, Sivakumar Ramanathan, Prannoy Suraneni, Chang-Seon Shon, ChangJoon Lee, Chul-Woo Chung Revisiting the effect of slag in reducing heat of hydration in concrete in comparison to other supplementary cementitious materials Materials 2018 Vol.11 17p Japan Concrete Institute Guidelines for Control of Cracking of Mass Concrete 2016 302p 76 10.2021 ISSN 2734-9888 Kim J.K., Kim K.H., Yang J.K Thermal analysis of hydration heat in concrete structures with pipe-cooling system Computers & Structures, 2011 Vol 79(2) Pp 163–171 Lee M.H., Chae Y.S., Khil B.S., Yun H.D Influence of casting temperature on the heat of hydration in mass concrete foundation with ternary cements Applied Mechanics and Materials 2014 Vol.525: 478–481 MIDAS Information Technology, Heat of Hydration - Analysis Analysis Manual, Version – 2011, 48p Nguyen Trong Chuc, Ho Ngoc Khoa, Tran Hong Hai The mathematical prediction model for temperature regime in the mass concrete block using the cooling pipe system Journal of Science and Technology in Civil Engineering, NUCE 2020 Vol 14 (5V) Pp 27-38 Nikolay Aniskin, Trong Chuc Nguyen Evaluation of thermal cracks in mass concrete structures during construction IOP Conf Series: Materials Science and Engineering 2020 Vol 869 (072028) Nikolay Aniskin, Chuc Nguyen Trong, Long Hoang Quoc Influence of size and construction schedule of massive concrete structures on its temperature regime MATEC Web of Conferences 2018 Vol 251(02014) Nikolay Aniskin, Trong Chuc Nguyen Prediction of thermal stress in a concrete gravity dam IOP Conf Ser.: Mater Sci Eng 2021 Vol 1030 (012144) P.B Bamforth Early-age thermal crack control in concrete CIRIA C660, London 2007, 268p Tiêu chuẩn XDVN TCXDVN305:2004: bê tông khối lớn - quy phạm thi công nghiệm Bộ Xây dựng ban hành 2004 Trịnh Văn Quang Phương pháp phần tử hữu hạn khảo sát trạng thái nhiệt bê tông khối lớn thời kỳ xây dựng, Hà Nội, 2010, 29tr Yuqin Zhao, Gaosheng Li, Caixia Fan, Wentai Pang, and Yongtao Wang Effect of thermal parameters on hydration heat temperature and thermal stress of mass concrete Advances in Materials Science and Engineering 2021 16p Yuxiang Zhang, Jianwen Pan, Xinjian Sun, Jijun Feng, Dengqiang Sheng, Haiyun Wang, Xinjie Zhou, Yinpeng He, Mushuang Diao, Qibing Zhan Simulation of thermal stress and control measures for rock-filled concrete dam in high-altitude and cold regions Engineering Structures 2021 Vol.230 Zhu Bofang, Wang Tongshen, Ding Baoying, Guo Zhizhang Thermal Stresses and Temperature Control of Hydraulic Concrete Structures (in Chinese) Beijing, China Water Power Press (1976) Zhu Bofang Thermal stresses and temperature control of mass concrete Published by Elsevier Inc All rights reserved 2014 487p  ... định nhiệt độ cấu kiện BTKL [9, 10, 19, 20] Từ đó, đánh giá hình thành vết nứt nhiệt chúng tuổi sớm ngày 2.3 Đánh giá biến dạng nhiệt khối bê tơng Tiêu chuẩn đánh giá hình thành vết nứt chung cấu. .. nhiệt độ kết cấu BTKL Đồng thời, sử dụng lý thuyết biến dạng nhiệt để xác định chênh lệch nhiệt độ cục bên kết cấu Từ đó, đưa đánh giá hình thành vết nứt chung vết nứt cục kết cấu BTKL tuổi sớm. .. trí khối bê tơng có T2 10oC vết nứt nhiệt cục hình thành khối bê tông KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá khả nứt chung khối bê tông