Như vậy việc thi cụng bờ tụng và xõy dựng đập bờ tụng trọng lực đó cú bề
dày lịch sử phỏt triển lõu dài. Thiết kế và thi cụng ngày càng được hoàn thiện hơn, số lượng đập cao và quy mụ lớn ngày càng nhiều và chiếm ưu thế. Cựng với quỏ trỡnh phỏt triển này thỡ cỏc biện phỏp thi cụng tối ưu nhất cả về kinh tế và kỹ thuật ngày càng được chỳ ý và nghiờn cứu nhiều hơn.
Một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng cụng trỡnh đú là biện phỏp khống chế nhiệt cho cỏc cụng trỡnh thi cụng bờ tụng khối lớn. Nhiệt trong bờ tụng là nguyờn nhõn chủ yếu làm xuất hiện khe nứt ở đập bờ tụng khối lớn, những khe nứt này cú thể gõy mất tớnh tổng thể của toàn bộ cụng trỡnh ảnh hưởng lớn đến chất lượng cụng trỡnh làm cho cụng trỡnh khụng đảm bảo yờu cầu về mặt kỹ thuật.
Nghiờn cứu mối quan hệ giữa biện phỏp thi cụng và quỏ trỡnh biến đổi nhiệt trong bờ tụng khối lớn, từđú đề ra biện phỏp thi cụng hợp lý nhằm khống chế nhiệt trong bờ tụng là một phần quan trọng trong bất kỳ một cụng trỡnh nào trước khi
CHƯƠNG 2: NGHIấN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA BIỆN PHÁP THI CễNG VÀ QUÁ TRèNH BIẾN ĐỔI NHIỆT TRONG Bấ TễNG KHỐI LỚN. 2.1. Đặc điểm cỏc phương phỏp phõn chia khoảnh đổ và điều kiện thi cụng bờ tụng khối lớn.
2.1.1. Cơ sở phõn chia khoảnh đổ.
Cụng trỡnh đập bờ tụng trọng lực cú một sốđặc điểm nổi bật so với cỏc cụng trỡnh bờ tụng khối lớn khỏc. Đú là đập dài từ hàng trăm đến hàng nghỡn một, cao từ
hàng chục đến hàng trăm một; khối lượng bờ tụng sử dụng từ hàng trăm nghỡn đến hàng triệu một khối; thường sử dụng từ 2 đến 5 loại mỏc bờ tụng với Dmax của cốt liệu lớn khỏc nhau. Khi thiết kế và thi cụng đập bờ tụng thường được chia thành nhiều đoạn ngắn cú chiều dài từ 20ữ40m bởi cỏc khớp nối ngang. Mặc dự vậy kớch thước (dài, rộng, cao) và khối lượng bờ tụng của mỗi đoạn vẫn rất lớn, khụng thểđổ
bờ tụng liờn tục thành một khối chỉnh thể ngay được, mà cần dựng một số khe tạm thời (khe thi cụng) để chia chỳng thành cỏc khoảnh cú kớch thước nhỏ, phự hợp với
điều kiện, khả năng thi cụng thực tế.
Việc phõn chia khoảnh đổ và quyết định kớch thước khoảnh đổ là một vấn đề
hết sức quan trọng và phức tạp. Nú khụng những ảnh hưởng tới tiến độ thi cụng, giỏ thành cụng trỡnh, mà cũn trực tiếp ảnh hưởng tới chất lượng, tớnh toàn vẹn và tuổi thọ cụng trỡnh. Nếu kớch thước khoảnh đổ quỏ lớn, khụng phự hợp với cường độđổ
bờ tụng, sẽ sinh khe lạnh. Nếu khoảnh đổ quỏ cao thỡ việc dựng lắp và thỏo dỡ vỏn khuụn gặp khú khăn, quỏ trỡnh tỏa nhiệt trong bờ tụng sẽ khú khăn, nhiệt tớch lũy trong khoảnh sẽ lớn dẫn tới ứng suất nhiệt sinh ra lớn,... Nếu kớch thước khoảnh đổ
nhỏ quỏ thỡ khe thi cụng quỏ nhiều, tốn nhiều cụng, tốn thời gian dựng lắp vỏn khuụn và xử lý khe thi cụng, làm chậm tiến độ thi cụng. Cỏc kết quả nghiờn cứu đó cho thấy điều đú.
Khi quyết định kớch thước khoảnh đổ, nờn dựa trờn cỏc cơ sở sau: + Đặc điểm kết cấu cụng trỡnh.
+ Thành phần cấp phối bờ tụng. + Tớnh chất của xi măng.
+ Năng suất của trạm trộn và cụng cụ vận chuyển bờ tụng. + Phương phỏp đổ bờ tụng.
+ Đặc điểm khớ hậu vựng xõy dựng cụng trỡnh. + Phương phỏp khống chế nhiệt độ.
Khi quyết định diện tớch khoảnh đổ phải đảm bảo nguyờn tắc cơ bản là khụng sinh khe lạnh. Muốn vậy, trong mỗi khoảnh đổ phải đổ bờ tụng một cỏch khẩn trương, liờn tục đảm bảo lớp thứ nhất chưa đụng ban đầu đó phải đổ, đầm xong lớp thứ 2.
2.1.2. Phương phỏp phõn chia khoảnh đổ.
Phương phỏp phõn chia khoảnh đổ cú thể ỏp dụng một trong cỏc hỡnh thức sau:
2.1.2.1. Phương phỏp kiểu xõy gạch.
Cỏc khoảnh xen kẽ nhau giống xõy gạch: cỏc khe thẳng đứng so le nhau, cỏc khe nằm ngang chạy suốt từ thượng lưu về hạ lưu. Phương phỏp này cú ưu điểm là tớnh hoàn chỉnh cụng trỡnh tương đối tốt. Nhưng cú nhược điểm là thi cụng chậm và nếu phải bố trớ hệ thống làm mỏt sau và phụt vữa xi măng xử lý khe thi cụng thỡ khỏ phức tạp. Đặc biệt khi giải bài toỏn nhiệt cho toàn bộ quỏ trỡnh xõy dựng hoàn chỉnh mặt cắt đập sẽ phức tạp hơn nhiều so với cỏc phương phỏp phõn khoảnh khỏc.
2.1.2.2. Phương phỏp hỡnh trụ.
Khe đứng chạy suốt từ trờn xuống dưới, chia cụng trỡnh thành những hỡnh trụ, khe nằm ngang thỡ so le nhau. Phương phỏp này cú ưu điểm là thi cụng nhanh, nếu phải bố trớ hệ thống làm mỏt sau và phụt vữa xi măng xử lý khe thi cụng thỡ khỏ thuận tiện. Việc giải bài toỏn nhiệt sẽđơn giản hơn phương phỏp kiểu xõy gạch, và cú thể ỏp dụng phương phỏp ghộp khoảnh để tớnh toỏn thỡ rất đơn giản. Nhỡn chung phương phỏp này đều phải phụt vữa xử lý khe thi cụng nờn cũng tốn kộm.
2.1.2.3. Phương phỏp lờn đều.
Chỉ cú khe ngang, khụng cú khe đứng, nờn giảm được khối lượng cụng tỏc vỏn khuụn và xử lý cỏc khe thi cụng. Phương phỏp này thường ỏp dụng cho đập cú chiều rộng khụng lớn lắm hoặc đập bờ tụng đầm lăn thỡ rất phự hợp.
a) b) c)
Hỡnh 2.1: Phương phỏp phõn khoảnh đổ
a - Kiểu xõy gạch; b – Kiểu hỡnh trụ; c – Kiểu lờn đều
Xu thế phõn khoảnh trong thi cụng hiện nay là ỏp dụng phương phỏp trụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hoặc lờn đều.
Sơđồ phõn khoảnh đổ bờ tụng của một số cụng trỡnh như sau: Cụng trỡnh Tõn Giang, Lũng Sụng theo kiểu xõy gạch
Cụng trỡnh Tuyờn Quang theo kiểu hỡnh trụ
Cụng trỡnh Triệu Lai Hà (Trung Quốc) theo kiểu lờn đều Cụng trỡnh Tam Hiệp (Trung Quốc) theo kiểu hỡnh trụ.
2.2. Nghiờn cứu diễn biến nhiệt trong bờ tụng.
2.2.1. Diễn biến nhiệt của bờ tụng khối lớn trong quỏ trỡnh thi cụng.
2.2.1.1. Cỏc yếu tốảnh hưởng đến diễn biến nhiệt của bờ tụng khối lớn.
Nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu lý thuyết kết hợp với cỏc tài liệu quan trắc đo
đạc trờn cỏc cụng trỡnh bờ tụng trọng lực thực tếở trong nước và trờn thế giới, cho thấy diễn biến nhiệt độ trong bờ tụng phụ thuộc vào cỏc yếu tố cơ bản sau:
- Hàm lượng xi măng trong một m3 bờ tụng; - Tớnh chất thủy húa của xi măng sử dụng; - Kớch thước khoảnh đổ; - Tớnh chất cốt liệu; - Thành phần cấp phối bờ tụng; - Điều kiện mụi trường. 2.2.1.2. Nhiệt thủy húa của xi măng.
Cỏc khoỏng vật trong xi măng khi thủy húa với nước sẽ phỏt nhiệt. Kết quả
thực nghiệm về thủy húa của từng loại xi măng theo thời gian được tổng kết trong bảng dưới đõy:
Bảng 2.1: Nhiệt thủy húa của cỏc loại xi măng
Nhiệt thủy húa theo thời gian (Kcal/Kg) Cỏc khoỏng Loại
XM 3 ngày 7 ngày 28 ngày 3 thỏng 6 thỏng
3Cao.SiO2 C3S 97 110 116 124 135
2CaO.SiO2 C2S 13 25 40 47 55
3CaO.Al2O3 C3A 141 158 204 221 244
4Cao.Al2O3.Fe2O3 C4AF 42 60 90 99 -
Lượng nhiệt phỏt ra là cú lợi cho việc thi cụng vào mựa lạnh hoặc cú tỏc dụng làm cho bờ tụng đụng cứng nhanh. Mặt khỏc lại rất bất lợi khi thi cụng bờ tụng vào mựa núng; đặc biệt là đối với cụng trỡnh bờ tụng khối lớn, thỡ càng bất lợi.
2.2.1.3. Diễn biến nhiệt độ của bờ tụng.
Quỏ trỡnh thay đổi nhiệt độ của bờ tụng khối lớn cú thể chia làm 3 thời kỳ: Tăng nhiệt, giảm nhiệt, ổn định nhiệt độ như hỡnh 1.12. Từ hỡnh vẽ thấy rằng: Nhiệt
độ cao nhất của bờ tụng Tmax bằng nhiệt lớn nhất của xi măng Tr. Từ nhiệt độ Tpđến Tmax là thời kỳ tăng nhiệt. Sau khi đạt đến Tmax, nhiệt độ trong bờ tụng sẽ giảm dần tới Tf, giai đoạn này là thời kỳ giảm nhiệt. Cuối cựng nhiệt độ trong bờ tụng sẽ giảm dần tới Tf, giai đoạn này là thời kỳ giảm nhiệt. Cuối cựng nhiệt độ trong bờ tụng ổn
định, đú là thời kỳổn định. T( C)0 T(h) T p T r
Tăng nhiệt Giảm nhiệt
T f T ma x ổn định nhiệt
Cú thể thấy rất rừ Tr là do xi măng thủy húa sinh ra và chủ yếu trong một, hai tuần đầu. Trong thời gian này, cú thể coi khối bờ tụng như một vật thể cỏch nhiệt hoàn toàn (khụng cú sự trao đổi nhiệt). Vậy Tr cú thể tớnh theo cụng thức sau:
ρ . . C G Q T t n r = (1-1) Trong đú: Gn – lượng xi măng trong 1m3 bờ tụng (kg/m3); C - tỷ nhiệt (nhiệt rung riờng) của bờ tụng [J/(kg 0C]; ρ - dung trọng của bờ tụng (kg/m3); Qt – lượng nhiệt tỏa ra cảu mỗi một kg xi măng ở một tuổi t (h), nú sẽ tăng theo thời gian (J/kg). Q (J) t (h) 20 40 60 80 Q0
Hỡnh 2.3: Lượng nhiệt thủy húa tớch lũy của bờ tụng.
Qt=Q0.(1-e-m.t) (1-2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ởđõy: Q0 – tổng nhiệt lượng tỏa ra cuối cựng của mỗi kg xi măng (J/kg); e - số tự nhiờn; t – thời gian đụng kết (h);
m – hệ số phỏt nhiệt của xi măng (l/h), phụ thuộc vào loại xi măng và nhiệt độ lỳc đổ bờ tụng, m thường tỷ lệ thuận với nhiệt độ lỳc đổ bờ tụng (cú thể
tham khảo bảng 1.6). Đối với xi măng Pooc lăng, m=0.012ữ0.014.
Bảng 2.2: Hệ số phỏt nhiệt (m) của xi măng
Nhiệt độ khi đổ BT 5 10 15 20 25
Đối chiếu với kết quả thực đo ở một số cụng trỡnh ở Trung Quốc khi dung xi măng và tro bay thấy lượng tỏa nhiệt tỏa ra Qt tớnh theo cụng thức trờn cú sai số rất lớn nờn cỏc học giả Trung Quốc đó đề xuất cụng thức tớnh Qt như sau: ) 1 .( . 0 b t a t Q e Q = − − (1-3)
Trong đú a, b là cỏc hệ số xỏc định bằng thớ nghiệm, phụ thuộc vào loại xi măng.
Nhiệt đổ bờ tụng khi đổ Tp và nhiệt độ vật liệu khi đưa vào trộn bờ tụng Tb cú quan hệ như sau:
Tp = Tb + ΔT (1-4)
Trong đú:
ΔT – chờnh lệch nhiệt độ của bờ tụng từ lỳc ra khỏi mỏy trộn đến lỳc đổ vào khoảnh đổ (0C). Nếu nhiệt độ lỳc trộn gần như nhiệt độ khụng khớ, thỡ lấy ΔT=0. Khi nhiệt độ khụng khớ cao hơn nhiệt độ trộn, thỡ ΔT là dương; ngược lại, ΔT là õm. Trị số ΔT quyết định bởi trị số chờnh lệch nhiệt độ trong cối trộn bờ tụng với nhiệt
độ khụng khớ, thời gian vận chuyển và số lần trung chuyển hỗn hợp bờ tụng. ΔT lấy khoảng 15ữ40% trị số chờnh lệch giữa nhiệt độ trong cối trộn và nhiệt độ khụng khớ khi vận chuyển.
Tb – nhiệt độ trộn bờ tụng (0C). Nhiệt độ này là tổng hợp nhiệt độ của cỏc loại vật liệu, được xỏc định theo cụng thức sau:
i i i i i b G C T G C T . . . Σ Σ = (1-5) Ởđõy : i - biểu thị tờn cỏc loại vật liệu như: nước, xi măng, cỏt, xỏi, v.v… Ci - tỷ nhiệt của loại vật liệu i khi trộn bờ tụng [KJ/(kg.0C)]. Tỷ nhiệt của nước là 4,2 và xi măng là 0,8; cốt liệu là 0,8ữ0,96. Cũng cú thể
dựng thực nghiệm để xỏc định cỏc giỏ trị này;
Gi – lượng vật liệu i trong 1 m3 bờ tụng (kg/m3);
Ti – nhiệt độ của vật liệu i trong lỳc trộn (0C). Nhiệt độ của nước trộn lấy là nhiệt là nhiệt độ của nước bỡnh quõn trong thỏng ở khu vực cụng trỡnh. Nhiệt độ xi măng thỡ tựy thuộc vào kho bảo quản và cụng cụ vận chuyển vào trạm trộn, thường
lấy 30ữ600C. Nhiệt độ của cốt liệu thường lấy gần bằng nhiệt độ của khụng khớ. Khi dựng cốt liệu bị phơi nắng một số tuần trước khi đổ, thỡ nhiệt độ cốt liệu thường cao hơn nhiệt độ bỡnh quõn trong thỏng 3ữ50C.
2.2.2. Lựa chọn kớch thước khoảnh đổ.
Việc phõn chia khoảnh đổ, lựa chọn kớch thước khoảnh đổ hợp lý cho từng cụng trỡnh đập bờ tụng trọng lực là một nội dung khỏ phức tạp và cú ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật to lớn. Đõy là nội dung khụng thể thiếu được trong bước lập hồ sơ thiết kế
và cụng nghệ thi cụng đập bờ tụng trọng lực.
Theo quan điểm xõy dựng, chiểu cao của khoảnh càng lớn thỡ số khe nối thi cụng càng ớt dẫn đến chi phớ xử lý khe thi cụng càng ớt, tiến độ thi cụng sẽ nhanh. Chẳng hạn với cỏc khoảnh cao 2,0m, thỡ số khe nối chỉ bằng ắ số khe nối trong trường hợp cỏc khoảnh cao 1,5m.
Trong điều kiện thời tiết mỏt, khoảnh càng mỏng (H≤1,5m) thỡ nhiệt hyđrat húa thoỏt ra khỏi khoảng sẽ càng nhanh và thường thoỏt hết trước khi đổ khoảnh tiếp theo. Nhưng trong điều kiện thời tiết núng, hỗn hợp bờ tụng gày (ớt xi măng) và được làm mỏt trước, khoảnh càng mỏng thỡ nhiệt hyđrat húa thoỏt ra khỏi khoảnh sẽ chậm lại. Khi chiều cao của khoảnh tăng lờn ≥2m, nhiệt tỏa ra từ bề mặt của khoảnh rất chậm.
Từ hỡnh dạng chung của cỏc dạng mặt cắt đập bờ tụng trọng lực thường được
ứng dụng ở Việt Nam, kết hợp với kết quả nghiờn cứu ảnh hưởng của kớch thước khoảnh đổ đến trường nhiệt độ, trường ứng suất nhiệt và khả năng thi cụng, ... , đó cú ta cú những nhận xột sau:
- Nờn chọn hỡnh thức phõn khoảnh theo kiểu hỡnh trụ hoặc lờn đều tủy theo quy mụ mặt cắt ngang đập và cụng nghệ thi cụng bờ tụng. Hai hỡnh thức phõn khoảnh trờn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc tớnh toỏn trường nhiệt độ và trường
ứng suất nhiệt theo quỏ trỡnh thi cụng hoàn chỉnh mặt cắt đập. Đồng thời cũng tạo
điều kiện thuận lợi cho cụng tỏc bố trớ hệ thống ống nước làm mỏt sau và phụt vữa xử lý khe thi cụng.
- Khi thi cụng cỏc cụng trỡnh đập bờ tụng trọng lực ở Miền Trung và Tõy Nguyờn mà khụng cú biện phỏp hạ thấp nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bờ tụng và
khụng sử dụng hệ thống đường ống nước làm mỏt sau thi kớch thước khoảnh nờn chọn như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Diện tớch mỗi khoảnh đổ nờn từ 150ữ200m2. + Chiều cao mỗi khoảnh đổ nờn ≤ 1,5m.
+ Khối lượng bờ tụng mỗi khoảnh đổ nờn nhỏ hơn từ 250ữ300m3.
+ Chiều dài, chiều rộng khoảnh (L,B) nờn ≤ 14m. Nếu xột riờng theo trường nhiệt độ và trường ứng suất, thỡ nờn chọn (L,B)=10ữ12m là hợp lý.
Khống chế sự tăng nhiệt độ là một nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế và thi cụng. Vỡ vậy, chiều cao khoảnh đổ và tiến độđổ bờ tụng nờn được chỉ ra trờn bản vẽ
thiết kế và bản thuyết minh hướng dẫn kỹ thuật. Chiều cao của khoảnh đổ nờn thay
đổi từ 0,75m đến 1,5m đối với cỏc lớp phức tạp ở ngay sỏt nền múng; cỏc khoảnh
đổở trờn thõn đập nờn chọn cao là 2,0m; ởđỉnh đập cú thể chọn H=3ữ4m, vỡ khi đú chiều rộng của khoảnh thường nhỏ và ở trờn cao nờn khả năng tỏa nhiệt tốt. Kớch thước khoảnh đổ trung bỡnh ở một số cụng trỡnh đó thi cụng tại Việt Nam
Bảng 2.3: Kớch thước khoảnh đổ trung bỡnh ở một số cụng trỡnh đó thi cụng
TT Tờn cụng trỡnh L (m) B (m) H (m) V (m3) Ghi chỳ 1 Thạch Nham 9ữ15 7 ữ10 1,6ữ2 100ữ200 Kh.cú ống làm mỏt 2 Tõn Giang 10ữ16 10ữ14 2 240ữ350 Kh.cú ống làm mỏt 3 Lũng Sụng 10ữ14 10ữ12 2 220ữ300 Kh.cú ống làm mỏt 4 Tuyờn Quang 21 20 1 ≤420 Cú ống làm mỏt
2.3. Mối quan hệ giữa biện phỏp thi cụng và quỏ trỡnh biến đổi nhiệt trong bờ tụng khối lớn. tụng khối lớn.
Hỡnh thức phỏn chia khoảnh đổ là cơ sở chớnh cho việc tổ chức thi cụng, mà
ở đõy ta quan tõm chủ yếu việc tổ chức đổ bờ tụng. Mức độ thi cụng cụng trỡnh liờn quan chặt chẽ đến việc hỡnh thành và phỏt triển trường nhệt trong cụng trỡnh. Mức
độ thi cụng cụng trỡnh được đặc trưng bởi cường độ đổ bờ tụng và tốc độ phỏt triển theo chiều cao, tức là phụ thuộc vào quy trỡnh đổ bờ tụng, loại cụng trỡnh và hệ