CHƯƠNG II CÁC LOẠI VẾT NỨT VÀ NGUYÊN NHÂN HÌNH THÀNH VẾT NỨT TRONG KEÁT CAÁU NHÒP CAÀU BEÂ TOÂNG COÁT THEÙP
D. Phân loại vết nứt theo các tác nhân khác gây ra
1. Vết nứt do sự co rút dẻo của bê tông ở kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 11;
Hình 2.2):
Chiều rộng của các vết nứt loại này thường không lớn, thậm chí rất nhỏ không nhìn thấy được bằng mằt thường.Vết nứt loại này thường có số lượng lớn, chúng phân bố một cách ngẫu nhiên, không theo qui luật nhất định. Hình thành các vết nứt loại này có thể do các nguyên nhân sau: thứ nhất, số các phân tử sau khi phản ứng hoá hợp xảy ra trong bê tông bị giảm đi, do đó thể tích bê tông bị nhỏ lại; thứ hai, phản ứng trung hòa có sinh ra nước, nước sẽ bị các hạt cốt liệu chèn đẩy lên phía trên và thể tích bê tông cũng bị nhỏ lại; thứ ba, phản ứng toả nhiệt gây bốc hơi nước; thứ tư, nhiệt độ môi trường và gió làm nước của bê tông bay đi.
2. Vết nứt do sự lún dẻo, chảy dẻo của bê tông mới thi công ở kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 12; Hình 2.7):
Nguyễn Minh Khánh Trang 16 Do có sự co rút dẻo của bê tông như đã vừa nêu ở trên, nên dưới tác dụng của trọng lực, nước bị ép đẩy lên phía trên, đồng thời bê tông bị dịch chuyển xuống phía dưới cho đến khi ổn định, các khe hở bị thu nhỏ tới mức tối đa. Trong khi đó, cốt thép trong bê tông mới này đã được cố định vị trí, không dịch chuyển. Như vậy, sẽ hình thành vết nứt dọc theo phía mặt trên của cốt thép (Hình 2.7). Thậm chí phía dưới của cốt thép có khoảng hở làm giảm sự dính bám giữa bê tông và cốt thép.
Do sự dính bám giảm, bê tông có thể dễ dàng co rút tự do hơn, vết nứt có thể rộng hơn và số lượng vết nứt sẽ tăng.
3. Vết nứt do sự lún không đều của hệ đỡ (ván khuôn, dàn dáo, …) kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 15, 16; Hình 2.4):
Khi dàn dáo, ván khuôn, cây chống được đặt trên nền không đảm bảo ổn định, có thể sẽ gây ra hiện tượng lún không đều. Điều này làm cho các vùng bê tông vừa mới thi công xong dịch chuyển tương đối với nhau và vết nứt xuất hiện. Vết nứt còn có thể xuất hiện trong loại nguyên nhân này đối với các dàn dáo có độ mảnh khá lớn bởi độ võng, độ biến dạng của dàn dáo sẽ bị thay đổi đáng kể khi máy móc thiết bị và con người di rời khỏi dàn dáo (tức là dỡ một phần tải).
4. Vết nứt do sự dịch chuyển bê tông bởi sự chênh lệch nhiệt độ phản ứng hoá học của bê tông ở kết cấu nhịp cầu (vết nứt số 10; Hình 2.2):
Trong một số trường hợp, lượng phụ gia đông cứng nhanh và tăng tốc độ phản ứng được đưa vào hỗn hợp bê tông mà lượng phụ gia đó khác nhau nhiều trong mỗi mẻ trộn sẽ tạo ra các vùng nhiệt độ khác nhau tướng ứng với mỗi mẻ trộn. Ngoài ra, tại một số vùng có khối lượng bê tông tập trung quá lớn (chẳng hạn, tại vùng ngàm cánh dầm với trụ cầu của cầu khung T ) có thể sẽ phát sinh nhiệt độ khá cao;
vết nứt dễ dàng xuất hiện khi không có cấu tạo hợp lý tại vùng này.
5. Vết nứt do sự quá tải ở kết cấu nhịp cầu:
Sự quá tải ở đây có thể được hiểu theo hai loại sau:
Thứ nhất, kết cấu nhịp bị xuống cấp tới mức không thể đáp ứng tải trọng thiết kế ban đầu. Do đó, vết nứt xuất hiện tại các vị trí có ứng suất vựơt quá ứng suất theo thiết kế tính toán hoặc thiết kế cấu tạo của kết cấu.
Thứ hai, tải trọng và lưu lượng của các phương tiện giao thông vượt xa so với thiết kế ban đầu, mặc dù kết cấu nhịp chưa bị xuống cấp.
Hiện nay đa số công trình cầu BTCT ở nước ta đều thuộc hai loại trên. Nếu có trường hợp kết cấu nhịp bị xuống cấp tới mức không thể đáp ứng tải trọng thiết kế ban đầu, đồng thời tải trọng và lưu lượng của các phương tiện giao thông vượt xa so với thiết kế ban đầu, thì sẽ rất nguy hiểm. Do đó, cần phải kịp thời đánh giá và có biện pháp khắc phục.
6. Vết nứt do thiết kế không đủ chịu lực ở kết cấu nhịp cầu:
Thực chất đây là sai sót của công tác thiết kế; bên cạnh đó nếu đồng thời xảy ra sự quá tải như đã nêu ở trên thì có thể dẫn đến công trình bị sụp đổ mà triệu chứng là vết nứt có thể phát triển rất nhanh về số lượng cũng như độ mở rộng.
Thiết kế không đủ chịu lực ở kết cấu nhịp cầu có thể do đồng thời hoặc do một trong những yếu tố sau: khả năng chịu uốn, khả năng chịu cắt.
7. Vết nứt do quá trình thi công có sai sót:
Nguyễn Minh Khánh Trang 17 Trong quá trình thi công thường có sai sót nhất định; song, nếu khống chế những sai sót đến mức thấp nhất và không ảnh hưởng đáng kể thì có thể ngăn ngừa được vết nứt trong trường hợp nguyên nhân này. Các vấn đề chủ yếu cần quan tâm để ngăn ngừa xuất hiện vết nứt là: những va đập hay chấn động mạnh phần bê tông mới thi công xong; mối nối thi công không đảm bảo chất lượng (không tạo ẩm giữa bê tông mới và cũ, không đục tạo nhám ở bê mặt bê tông cũ, …), cốt thép chủ cũng như cốt thép cấu tạo được đặt không đúng vị trí cần thiết của nó.
8. Vết nứt do sự phân bố cốt thép không hợp lý ở kết cấu nhịp cầu:
Trong kết cấu BTCT thường có vết nứt với các mức độ khác nhau, mà phổ biến là vết nứt do co ngót. Vết nứt ở mức độ nào, tùy thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có sự phân bố cốt thép có hợp lý hay không. Sự không hợp lý này có thể được thể hiện qua các vấn đề sau: không đủ hoặc thiếu các vị trí thép cấu tạo, hàm lượng thép nhỏ hơn hàm lượng thép tối thiểu, đặt không đúng vị trí, không bố trí hoặc bố trí không đúng khe co giãn, …
9. Vết nứt do nhóm Sunfat có tác động xấu trở lại đối với ximăng ở kết cấu nhịp cầu. Một số chất có sẵn trong ximăng phản ứng hóa học với nhau như nhóm muối sunfat tác dụng với carbonnat canxi, nhôm tạo ra chất trương nở bê tông, có thể dẫn đến nứt vỡ bê tông
10. Vết nứt do cốt thép bị gỉ:
Cốt thép bị gỉ, nghĩa là cốt thép bị các chất hóa học tác dụng. Các chất được tạo thành sau phản ứng thường có sự trương nở thể tích so với cốt thép ban đầu, đồng thời chúng có tính chất cơ học rất kém so với cốt thép. Do đó, chúng không những làm giảm tính liên kết dính bám giữa bê tông với cốt thép, mà còn có xu hướng đẩy bê tông ra khỏi cốt thép trong liên kết dính bám này. Chất hóa học nêu trên chủ yếu là các chất thuộc nhóm Clorua và nhóm Cacbonnat. Sự có mặt của các nhóm này một phần là do có sẵn trong xi măng, một phần là do tác động từ môi trường. Như đã đề cập ở phần trước, do đặc điểm địa hình Việt nam có bờ biển chạy dài suốt chiều dài đất nước, nên các công trình ngoài trời như công trình cầu dễ bị xâm thực bởi một số nhóm muối, đặc biệt là nhóm Clorua.
Khi vết nứt xuất hiện, oxi sẽ tiếp xúc trực tiếp với cốt thép và oxi hoá cốt thép;
do đó tốc độ phát triển vết nứt càng lớn.
11. Vết nứt do sử dụng vật liệu không đúng theo tiêu chuẩn thiết kế đề ra:
Vật liệu không đúng theo tiêu chuẩn thiết kế để có thể gây ra vết nứt sẽ được xem xét theo nhiều khía cạnh.
Thứ nhất, cường độ của cốt liệu, thành phần cấp phối và độ bẩn của chúng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực tổng thể của dầm kết cấu nhịp làm cho dầm không đáp ứng được tải trọng thiết kế và do đó vết nứt xuất hiện.
Thứ hai, vật liệu đưa vào sử dụng có chứa các chất hóa học gây gỉ cốt thép và sẽ xuất hiện vết nứt như đã nêu ở loại trên kế đây.
Có thể liệt kê sơ qua sự không tuân thủ thiết kế của vật liệu như sử dụng nước có nồng độ muối clorua không thích đáng; cốt thép không đúng kích thước, không đủ cường độ thiết kế, không bảo quản kỹ, bị rỉ sét nhiều; hàm lượng tạp bẩn trong cát
Nguyễn Minh Khánh Trang 18 và đá vượt mức cho phép; hàm lượng hạt dẹt của đá quá lớn và cường độ của đá quá nhỏ …
12. Vết nứt do thời tiết tác động lên kết cấu nhịp cầu:
Tác động của thời tiết chủ yếu là hiện tượng mưa nắng đột ngột dẫn đến sự co rút cục bộ của một vùng bê tông nào đó so với vùng lân cận. Do vậy, vết nứt xuất hiện ở biên ranh giới giữa các vùng đó với nhau. Mặc dù vậy, vết nứt trong trường hợp này thường được đánh giá là rất nhỏ và có số lượng ít trong thực tế. Hơn nữa, hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông là rất thấp ( 0,000010 0,000015).