Nghiên cứu sự phát triển của ứng suất nhiệt trong bê tông áp dụng tính toán cho công trình bản mòng tỉnh sơn la

Ph ng pháp toán t.. Kh ng ch ph thêm... Do đó trong quá trình thi công... Ph ng pháp toán t.

Lu n v n “Nghiên c u s phát tri n c a ng su t nhi t trong bê tông áp

d ng tính toán cho công trình B n Mòng t nh S n La” đ c hoàn thành v i s

giúp đ nhi t tình c a Phòng đào t o đ i h c và sau đ i h c, Khoa công trình cùng các th y cô giáo c a Tr ng i h c Thu L i

Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n PGS.TS.Nguy n C nh Thái đã

t n tình h ng d n, dìu d t tác gi hoàn thành lu n v n này, xin chân thành c m n các th y cô giáo trong Khoa Công trình, Phòng ào t o đ i h c và Sau đ i h c -

Tr ng đ i h c Thu L i, các đ ng nghi p đã cung c p các tài li u và s li u cho

lu n v n này

Tác gi có đ c k t qu hôm nay chính là nh s ch b o ân c n c a các th y

cô giáo, cùng s giúp đ , đ ng viên c a c quan, gia đình và b n bè đ ng nghi p trong nh ng n m qua M t l n n a tác gi xin ghi nh t t c các đóng góp to l n đó

Do trình đ có h n và th i gian nghiên c u ng n, nên lu n v n không th tránh nh ng t n t i, h n ch , tác gi r t mong nh n đ c s ch b o và đóng góp

c a Quý th y cô giáo và các b n đ ng nghi p Tác gi mong mu n nh ng v n đ còn t n t i s đ c tác gi nghiên c u sâu h n đ góp ph n đ a nh ng ki n th c khoa h c vào ph c v s n xu t

Hà N i, ngày tháng 8 n m 2015

Tác gi

Phùng Th Thu Quyên

Kính g i: Ban Giám hi u tr ng i h c Th y L i

Khoa Công Trình

Phòng ào t o H&S H

Tên tôi là: Phùng Th Thu Quyên

H c viên cao h c l p: 20C11, chuyên ngành: Xây d ng công trình th y,

Tr ng i h c Th y L i

Tôi xin cam đoan lu n v n th c s “Nghiên c u s phát tri n c a ng su t nhi t trong bê tông áp d ng tính toán cho công trình B n Mòng t nh S n La” là

công trình nghiên c u c a riêng tôi Các s li u trích d n là trung th c Các k t

qu nghiên c u trong lu n v n ch a t ng đ c ng i nào công b trong b t k công trình nào khác N u nh ng đi u cam k t c a tôi có b t k đi m nào không đúng, tôi xin ch u hoàn toàn trách nhi m và cam k t ch u nh ng hình th c k lu t

L I M U

L I CAM OAN

M C L C

DANH M C HÌNH V

DANH M C B NG BI U

M U 1

CH NG 1: T NG QUAN V BÊ TÔNG VÀ NG SU T NHI T TRONG BÊ TÔNG 4

1.1 T ng quan v bê tông 4

1.1.1 Bê tông kh i l n .4

1.1.2 Nhi t đ c c đ i trong bê tông và đ chênh l ch nhi t đ 4

1.1.3 V t li u dùng đ ch t o bê tông kh i l n 5

1.2 Các tính ch t c a bê tông, s phát tri n nhi t trong kh i đ bê tông 6

1.2.1 d n nhi t c a bê tông 6

1.2.2 Nhi t dung c a bê tông 6

1.2.3 Bi n d ng nhi t 6

1.2.4 S phát tri n nhi t trong kh i đ .7

1.2.5 Nguyên nhân và h u qu c a quá trình thay đ i nhi t .9

1.3 Tình hình xây d ng đ p và nghiên c u ng su t nhi t trong bê tông Vi t Nam và trên th gi i 10

1.3.1 Tình hình xây d ng đ p và nghiên c u ng su t nhi t trong bê tông Vi t Nam 10

1.3.2 Tình hình xây d ng đ p và nghiên c u ng su t nhi t trong bê tông n c ngoài .14

1.4 M t s đ c đi m chung c a đ p bê tông và đi u ki n c b n đ xây d ng đ p bê tông 16

1.4.1 c đi m chung c a đ p bê tông: 16

1.4.2 M t s đi u ki n c b n đ xây d ng đ p bê tông 17

2.1.1 Các y u t nh h ng đ n di n bi n nhi t c a bê tông kh i l n .19

2.1.2 Nhi t th y hóa c a xi m ng 19

2.1.3 ng su t nhi t và n t do nhi t trong bê tông 21

2.2 Các ph ng pháp gi i bài toán nhi t và l a ch n ph ng pháp tính toán 27

2.2.1 Ph ng pháp gi i tích (ph ng pháp phân ly bi n s ) .28

2.2.2 Ph ng pháp toán t 28

2.2.3 Ph ng pháp g n đúng .28

2.2.4 L a ch n ph ng pháp gi i bài toán nhi t .31

2.3 Nguyên lý kh ng ch nhi t đ đ p bê tông 32

2.4 Các bi n pháp c b n v kh ng ch ng su t nhi t trong bê tông 33

2.4.1 Gi m l ng t a nhi t (phát nhi t) c a bê tông .33

2.4.2 H th p nhi t đ c a kh i đ (làm mát tr c) .36

2.4.3 T ng nhanh t c đ t a nhi t c a bê tông sau khi đ (làm mát sau) 38

2.5 nh h ng c a phân khe, phân kh i đ i v i ng su t nhi t đ 39

2.6 ng d ng t h p bi n pháp kh ng ch nhi t 43

2.6.1 Bi n pháp c b n .43

2.6.2 Kh ng ch ph thêm .43

2.6.3 Qu n lý quy trình thi công (L i d ng lúc nhi t đ khí tr i th p đ đ bê tông) .44

CH NG 3 ÁP D NG TÍNH TOÁN S PHÁT TRI N C A NG SU T NHI T TRONG P BÊ TÔNG C A CÔNG TRÌNH H CH A N C B N MÒNG-T NH S N LA 45

3.1 Gi i thi u t ng quan công trình 45

3.2 Tính toán, ki m tra ng su t nhi t theo đi u ki n thi t k 47

3.2.1.Tính nhi t đ gi i h n l n nh t cho phép theo lý thuy t và so sánh k t qu v m t nhi t đ .47

3 2.3 c tính v t li u thân và n n đ p: 52

3.2.4 Ti n đ thi công: 55

3.2.5 S li u khác phân tích nhi t: 56

3.2.6 Mô hình hóa bài toán: 61

3.2.7 K t qu tính toán tr ng nhi t đ : 64

3.2.8 K t qu tính toán tr ng ng su t: 79

3.3 So sánh k t qu tính toán v i s li u quan tr c 89

3.3.1 B trí thi t b quan tr c trong kh i bê tông đ p .89

3.3.2 Quá trình quan tr c và s li u đo 90

3.4 Phân tích các k t qu tính toán và đ xu t bi n pháp c n thi t 94

K T LU N 96

KI N NGH .99

TÀI LI U THAM KH O 100

Hình 1.1: Quá trình thay đ i nhi t đ trong bê tông kh i l n 8

Hình 1.2: p nh Bình t nh Bình nh (đ p bê tông đ m l n) 13

Hình 1.3: p Tân Giang t nh Ninh Thu n (đ p bê tông tr ng l c) 14

Hình 1.4 : p Miyagase cao 156m – Nh t B n .16

Hình 2.1: T a nhi t c a xi m ng theo th i gian 20

Hình 2.2: ng su t nhi t phát sinh trong kh i bê tông 22

Hình 2.3: N t n b m t và n t xuyên đ p bê tông 23

Hình 2.4: Bi n d ng do nhi t và ng su t do n n ki m ch c a kh i BT 24

Hình 2.5: Phân b ng xu t đáy kh i bê tông 25

Hình 2.6: H s nh h ng ki m ch c a n n R 25

Hình 2.7: á d m đ c che mát, t i m đ h nhi t 37

Hình 2.8: S đ b trí đ ng ng làm l nh trong kh i đ .39

Hình 2.9: Tác d ng c a khe nhi t 41

Hình 2.10: Quan h gi a chi u dài kh i đ đ i v i ng su t nhi t .42

Hình 3.1: Quá trình thay đ i nhi t trong bê tông kh i l n 47

Hình 3.2: Bi u đ tra s chênh l ch nhi t đ trong kh i đ .48

Hình 3.3: Bi u đ tra s t ng nhi t tr l i 49

Hình 3.4: Các đ t thi công nâng cao m t c t đ p 56

Hình 3.5: ng cong biên nhi t đ môi tr ng, 0 C 57

Hình 3.6: ng cong phát tri n c ng đ c a bê tông 57

Hình 3.7: ng bi u th tính co ngót và t bi n c a bê tông (m/m) 60

Hình 3.8: ng đ c tr ng t ng nhi t c a bê tông, 0 C 61

Hình 3.9: Mô hình các đ t thi công nâng cao m t c t đ p 63

Hình 3.10: Mô hình hóa m t c t đ p hoàn thi n 64

Hình 3.13: Hi n tr ng kh i đ bê tông 91 Hình 3.14: Bi u đ phát tri n nhi t đ trong 16 ngày đ u – Th c đo 94

B ng 1.1 M t s công trình xây d ng trong giai đo n tr c n m 1945 11

B ng 1.2 M t s công trình xây d ng trong giai đo n t n m 1975 đ n nay 13

B ng 2.1 : Nhi t th y hóa c a các đ n khoáng trong xi m ng: 19

B ng 2.2 : Nhi t th y hóa c a các đ n khoáng trong xi m ng: 20

B ng 2.3 : H s kinh nghi m đ c tr ng cho s t a nhi t c a các khoáng 21

B ng 2.4 : H s nh h ng ki m ch c a n n R 21

B ng 2.5: Th ng kê hàm l ng xi m ng trong m t s đ p 35

B ng 3.1: C p ph i bê tông chính thân đ p 53

B ng 3.2: K t qu thí nghi m c ng đ kháng nén bê tông 53

B ng 3.3: K t qu thí nghi m c ng đ kháng kéo bê tông 53

B ng 3.4: K t qu thí nghi m mô đun đàn h i bê tông 54

B ng 3.5: Thông s tính toán v t li u phân tích tr ng nhi t 54

B ng 3.6: Ti n đ thi công các đ t nâng cao đ p t i m t c t MC14 55

B ng 3.7: D li u mô đun đàn h i c a bê tông (GPa) 59

B ng 3.8: K t qu nhi t đ tính toán - t 1 68

B ng 3.9: Nhi t đ đo c a 1 tu n đ u - t 1 69

B ng 3.10: Nhi t đ đo tháng 11 và 12/2013 - t 1 69

B ng 3.11: So sánh k t qu nhi t đ tính toán và th c đo - t 1 71

B ng 3.12: Nhi t đ đo các thi t b đo - t 2 74

B ng 3.13: Giá tr đo ng su t theo th c t - t 1_kN/m2 .82

B ng 3.14: Giá tr ng su t đ c thu th p - t 2 85

B ng 3.15: S li u quan tr c hi n tr ng – 06 ngày đ u 93

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài

Ngành xây d ng Vi t Nam ngày nay đang t ng b c t o nên m t hình nh

m t đ t n c Vi t Nam hi n đ i v i nh ng công trình mang t m c và ngày càng

đ c c i thi n t t h n Riêng đ i v i công trình th y l i, th y đi n n c ta trong

nh ng n m qua đã xây d ng đ c hàng tr m công trình Th y l i, th y đi n l n v i quy mô l n- nh nh : đ p bê tông tr ng l c Tân Giang, Bái Th ng, Sông à, C a t Tuy nhiên ng su t nhi t trong bê tông là m t trong nh ng v n đ đ c đ

c p và nghiên c u nhi u b i khi xây d ng các công trình này đã s d ng m t l ng

l n bê tông, bê tông c t thép Qua quá trình thi công, chúng ta đã đúc k t đ c không ít nh ng kinh nghi m quý báu t khâu kh o sát thi t k đ n khâu thi công các công trình bê tông kh i l n

M t khác, n c Vi t Nam ta có khí h u nhi t đ i gió mùa, l i đ c phân chia thành nh ng vùng mi n có khí h u bi n đ i khác nhau Ví d nh Mi n B c: có

b n mùa rõ r t, mùa đông nhi t đ th p, mùa hè l i r t cao Nhi t đ chênh l ch có

th lên t i 300C Mi n Trung th i ti t l i khác h n, s chênh l ch gi a các th i

đi m là không quá l n, nh ng mùa hè thì nhi t đ l i r t cao, trên 350C Tây Nguyên, nhi t đ ngày và đêm chênh l ch nhau trên 100C S thay đ i nhi t đ nh

v y nh h ng r t nhi u đ n bi n đ i v nhi t c a công trình Tuy nhiên s bi n đ i

c a nó và h u qu gây nh h ng cho công trình thì ng i ta ch a bi t nhi u Vì th trong thi t k và thi công thi u s chú ý c n thi t ó là m t trong nh ng nguyên nhân ch y u làm xu t hi n khe n t đ p bê tông Các khe n t xu t hi n dù l n hay

nh đ u s làm nh h ng đ n tu i th và kh n ng làm vi c c a công trình nh t là

v i công trình th y l i S bi n đ i khí h u các vùng mi n bi n đ i khác nhau

ph c t p nh v y nên ngoài yêu c u n đ nh l t còn ph i đáp ng kh n ng ch ng

th m cao V y nên khe n t xu t hi n s làm gi m kh n ng ch ng th m và ti m n

s m t an toàn c a công trình khi đ a vào s d ng

Tuy nhiên quá trình phát sinh ng su t nhi t ph thu c nhi u vào giá tr nhi t ban đ u c a v t li u c ng nh đi u ki n môi tr ng Do đó trong quá trình thi công

c n ph i xác đ nh đ c quá trình phát tri n ng v i đi u ki n hi n tr ng nh m đánh giá, so sánh v i k t qu c a thi t k đ t đó có đ c ph ng pháp x lý thích

h p và k p th i

tài: “Nghiên c u s phát tri n c a ng su t nhi t trong bê tông áp

d ng tính toán cho công trình B n Mòng, t nh S n La” đ c th c hi n nh m

đóng vai trò thi t th c vào xu h ng phát tri n khoa h c k thu t và công ngh m i

Vi c tính toán trên m t công trình c th đang thi công s tìm ra nh ng bi n đ i ng

su t v nhi t cho công trình đó, k p th i có nh ng bi n pháp ng n ch n ho c gi m thi u n u x y ra s c M t khác, vi c l a ch n tính toán trên m t công trình thu c

mi n B c có tính ch t ph c t p v th i ti t, đi u ki n thi công s giúp cho vi c th c

hi n và gi i quy t nh ng công trình có tính ch t t ng t

2 M c đích c a đ tài

tài nghiên c u nh m 2 m c đích sau:

- Tính toán ng su t nhi t trong bê tông theo đi u ki n lý thuy t và đi u ki n thi công

- So sánh các k t qu tính toán v i tr s đo th c t và ng su t cho phép t đó phân tích k t qu và đ xu t các bi n pháp x lý (n u có)

Lu n v n t p trung nghiên c u n i dung c b n sau:

- C s lý thuy t v ng su t nhi t trong bê tông, phân tích l a ch n ph ng án

gi i bài toán nhi t

- Áp d ng tính toán trên công trình c th b ng vi c th c hi n tính toán và đo

đ c tr s ng su t nhi t c a công trình B n Mòng, t nh S n La

- Phân tích k t qu tính toán, tr s đo th c t đ t đó đ a ra nh ng nh n đ nh v

ng su t nhi t trong bê tông và đ xu t các bi n pháp x lý (n u có)

4 Ph ng pháp nghiên c u

Ti p c n tr c ti p b ng vi c đo giá tr c a ng su t nhi t th c t trong quá trình thi công công trình B n Mòng- t nh S n La theo th i gian thi công ng th i s

d ng ph n m m tính toán và đ a ra k t qu ng su t nhi t đo đ c theo lý thuy t

Ti p c n gián ti p thông qua các tài li u tham kh o, các quy chu n quy ph m, các k t qu nghiên c u công trình đã có, t đó có s phân tích và đánh giá

CH NG 1: T NG QUAN V BÊ TÔNG VÀ NG SU T NHI T

TRONG BÊ TÔNG

1.1 T ng quan v bê tông

1.1.1 Bê tông kh i l n

Theo TCXDVN 305:2004, K t c u bê tông ho c bê tông c t thép đ c coi là

kh i l n khi có kích th c đ đ gây ra ng su t kéo, phát sinh do hi u ng nhi t

th y hóa c a xi m ng, v t quá gi i h n kéo c a bê tông, làm n t bê tông, và do đó

ph i có bi n pháp đ phòng ng a v t n t Trong đi u ki n nóng m Vi t Nam k t

c u có c nh nh nh t 1m và chi u cao l n h n 2m có th đ c xem là kh i l n [7] Theo tiêu chu n M (ACI 116R-90), bê tông kh i l n đ c đ nh ngh a là

m t th tích bê tông có kích th c đ l n, yêu c u ph i có bi n pháp đ đ i phó v i

s phát nhi t do xi m ng th y hóa và s bi n đ i th tích kèm theo đ gi m n t n

Có hai lo i bê tông th ng đ c dùng làm bê tông kh i l n:

- Bê tông truy n th ng (ký hi u CVC) là bê tông th ng đ c đ m ch t b ng

ph ng pháp ch n đ ng

- Bê tông đ m l n (ký hi u RCC) là bê tông s d ng các nguyên li u t ng t

bê tông truy n th ng nh ng r t khô và đ c đ m ch t b ng thi t b rung lèn t m t ngoài (lu rung) Vi c đ m b ng lu rung cho phép s d ng h n h p bê tông khô hàm

l ng k t dính nh h n bê tông th ng r t nhi u Trong ch t k t dính có m t ph n

là xi m ng, còn l i là ph gia khoáng ho t tính m m m n (tro bay, puz lan t nhiên )

Bê tông đ m l n đang đ c áp d ng nhi u trong xây d ng đ p Vi t Nam, tuy nhiên bê tông kh i l n thông th ng đã và s v n đ c áp d ng trong công trình

và k t c u công trình không thích h p cho bê tông đ m l n

Trong ph n này ch đ c p đ n bê tông kh i l n thông th ng (CVC)

1.1.2 Nhi t đ c c đ i trong bê tông và đ chênh l ch nhi t đ

- Nhi t đ c c đ i trong bê tông

Nh ng nghiên c u đã cho th y r ng đ b n v ng lâu dài c a bê tông có th b nh

h ng n u nhi t đ sau khi đ bê tông v t quá ph m vi c a 680C đ n 740C C

ch phá h y là do vi c trì hoãn s hình thành ettringite, s gây ra tr ng n trong

c u trúc bê tông mà k t qu là bê tông b n t i u này có th không x y ra t c thì

mà ph i sau nhi u n m

- chênh l ch nhi t đ : Trong khi thi công bê tông kh i l n, hai đ i l ng nhi t đ đ c quan tâm nh t là nhi t đ c c đ i và đ chênh l ch nhi t đ trong bê tông

chênh l ch nhi t đ là đ chênh l ch nhi t đ gi a ph n nóng nh t c a bê tông và b m t N t do nhi t s x y ra do l p trong gi đ c nhi t đ cao c n tr s

co l i c a nh ng l p bê tông bên ngoài đã ngu i đi, gây ng su t nén l p bên trong và ng suát kéo l p ngoài d n đ n bi n d ng và khi bi n d ng này v t quá

s c kéo c a bê tông s xu t hi n v t n t

chênh nhi t đ l n nh t ph thu c vào tính ch t c h c c a bê tông nh : h

s giãn n nhi t, c ng đ nén và modul đàn h i c ng nh kích th c và d ng k t

m ng th y hóa sau 3 ngày không l n h n 45-50 cal/g và sau 7 ngày không l n h n 50-60 cal/g

n c ta ban hành tiêu chu n xi m ng ít t a nhi t và quy đinh nhi t th y hóa sau 7 ngày là 60 cal/g nh ng th c t h u nh không s n xu t, nên th tr ng xi

m ng n c ta không có m t xi m ng ít t a nhi t và ch có xi m ng Poocl ng h n

h p pha kho ng 12-20% ph gia ho t tính và ph gia tr

1.1.3.2 C t li u:

C t li u nh và c t li u l n dùng cho bê tông kh i l n c ng gi ng nh c t

li u dùng cho bê tông thông th ng và đ c quy đ nh theo tiêu chu n c a nhà n c

Do kích th c k t c u l n nên có th dùng kích th c danh ngh a l n nh t c a c t

li u (Dmax) t i 150mm đ gi m hàm l ng ch t k t dính trong bê tông, t đó gi m

l ng phát nhi t

1.1.3.3 N c tr n c t li u:

N c tr n bê tông c ng gi ng nh n c tr n thông th ng v i các kích

th c khác nhau và đ c quy t đ nh theo tiêu chu n nhà n c TCXDVN 302:2004

1.2 Các tính ch t c a bê tông, s phát tri n nhi t trong kh i đ bê tông

1.2.1 d n nhi t c a bê tông

d n nhi t là tính ch t c a vât li u truy n nhi t t b m t này sang b

m t khác truy n nhi t c a v t li u đ c đ c tr ng b i l ng nhi t (tính b ng J),

mà v t li u có kh n ng truy n qua nó qua m t đ n v di n tích b m t v i chênh

l ch nhi t đ b ng 1 đ trong th i gian 1 giây

C u trúc bê tông g m pha r n và các h th ng b t khí ho c n c d n nhi t c a không khí = 0,023 W/1m0C, nh h n đ d n nhi t c a pha r n r t nhi u, cho nên đ r ng không khí c a bê tông càng nhi u hay đ đ c càng th p thì đ

d n nhi t c a nó càng nh Khi các l r ng ch a đ y m thì đ d n nhi t c a bê tông t ng, b i vì đ d n nhi t c a n c b ng 0,58 W/1m0C, l n h n 25 l n l n

h n đ truy n nhi t c a không khí Khi bê tông b b ng giá thì đ d n nhi t c a bê tông t ng lên m t chút Bê tông v i các l r ng r t nh có h s d n nhi t th p

h n do gi m l ng nhi t truy n theo b c x và truy n v t ch t trong b n thân bê tông M c đ thay đ i d d n nhi t c a bê tông m và b b ng giá ph thu c vào

đ đ c c a nó

1.2.2 Nhi t dung c a bê tông

Nhi t dung c a bê tông ph thu c vào c u trúc và đ đ c c a nó và có th

bi n đ i trong kho ng gi i h n 0,75- 1,1 KJ/(kg0C) cho nên n u t ng t l N/X trong h n h p bê tông hay t ng đ m c a bê tông thì nhi t dung c a bê tông s

t ng lên

1.2.3 Bi n d ng nhi t

Bê tông c ng nh các v t li u khác, dãn n khi b đ t nóng và co l i khi làm l nh Trung bình h s dãn dài c a bê tông là 10.10-6 Nh ng th c ch t nó bi n

đ ng trong s ph thu c vào c p ph i c a bê tông, vào tính ch t c a c t li u và ch t

k t dính

S thay đ i c a nhi t đ trong gi i h n t 0-500 ít nh h ng đ n h s dãn

n vì nhi t c a bê tông khô, n u nh trong khi đó bê tông không có các bi n đ i lý hóa x y ra Khi nhi t đ c a bê tông âm thay đ i thì bi n d ng nhi t c a bê tông

c ng thêm bi n d n co ngót hay dãn n Khi bê tông b b ng giá thì s t o thành đá trong các l r ng và các mao qu n c a v t li u có nh h ng đ n bi n d ng c a nó Trong nhi u tr ng h p cùng v i bi n d ng nén trong bê tông b l nh d i còn

th y bi n d ng dãn n do đá đ c t o thành trong nó gây lên

M t đi u đáng quan tâm là bi n d ng nhi t c a bê tông g n v i bi n d ng nhi t c a thép, đi u đó đ m b o s làm vi c đ ng đ u và v ng ch c c a các k t c u

bê tông c t thép các nhi t đ khác nhau trong môi tr ng

1.2.4 S phát tri n nhi t trong kh i đ

Dòng nhi t c a k t c u bê tông trong quá trình xây d ng ph thu c ch y u vào quá trình hòa tan và ng ng k t c a xi m ng T ng nhi t l ng ph thu c ch

y u vào quá trình th y hóa c a t ng lo i xi m ng, dao đ ng trong kho ng 130KJ/kg, đ c mô t trong hình:

120-H u h t nhi t t a ra trong 6-7 ngày đ u sau khi đ bê tông, trong đó s t ng nhi t đ ch y u x y ra trong hai ngày đ u, giá tr t ng đ t c c đ i sau kho ng 8-12h t khi tr n Quá trình nhi t phát tri n nhanh đi u ki n nhi t đ cao, nhi t đ môi tr ng th p thì quá trình nhi t phát tri n ch m

Trong quá trình bê tông đông c ng, do s th y hoá c a xi m ng đã sinh ra

l ng nhi t r t l n, làm cho nhi t đ trong kh i bê tông t ng cao, do tính ch t d n nhi t c a bê tông kém nên nhi t l ng sinh ra t p trung vào trong kh i bê tông làm

t ng nhi t đ trong bê tông gây ra chênh l ch nhi t đ trong và ngoài kh i bê tông Nhi t đ trong kh i bê tông cao h n nhi t đ môi tr ng bên ngoài kh i bê tông Theo th i gian, nhi t đ trong kh i bê tông s gi m d n, t i m c n đ nh Quan sát

th c t th y r ng: s gi m d n nhi t đ t nhiên c a bê tông kéo dài t i vài ch c

n m Sau khi nhi t đ đã gi m xu ng t i m c n đ nh thì ch có vài mét ngoài v

c a kh i bê tông nhi t đ lên xu ng, thay đ i theo nhi t đ môi tr ng bên ngoài Quá trình thay đ i nhi t đ c a bê tông kh i l n có th đ c chia làm 3 th i k :

t ng nhi t, gi m nhi t, n đ nh nhi t đ

T hình v ta th y r ng: Nhi t đ cao nh t c a bê tông T max b ng nhi t đ

trong bê tông lúc đ T p c ng v i nhi t đ phát nhi t l n nh t c a xi m ng T r T

nhi t đ T p đ n Tmax là th i k t ng nhi t Sau khi đ t đ n T max nhi t đ trong bê tông s gi m d n t i T r, giai đo n nay là th i k gi m nhi t Cu i cùng nhi t đ trong bê tông n đ nh, đó là th i k n đ nh [6], [18]

Hình 1.1: Quá trình thay đ i nhi t đ trong bê tông kh i l n

Th i gian đ nhi t đ trong kh i bê tông đ t đ n nhi t đ n đ nh ph thu c vào r t nhi u y u t Theo k t qu nghiên c u c a Vi n bê tông M thì tr ng h p

m t t ng bê tông dày 150mm có th n đ nh sau 1,5 gi , t ng dày 1,5m c n 1

tu n, n u dày 15m thì ph i c n 2 n m và kh o sát m t s đ p l n M nh đ p Hoover, Shasta, Grand Coulee có chi u dày kho ng trên 150m thì th i gian đ đ t

tr ng thái n đ nh v nhi t đ lên t i 200 n m

1.2.5 Nguyên nhân và h u qu c a quá trình thay đ i nhi t

1.2.5.1 Nguyên nhân

p bê tông sau khi đã đ , nhi t đ s có s thay đ i ph c t p làm cho nhi t

đ phát sinh thay đ i, nguyên nhân ch y u nh sau:

- Bê tông trong th i k xi m ng hóa c ng, th y hóa nhi t phát tán làm cho nhi t đô trong bê tông lên cao

- Nhi t đ khi bê tông đã đ vào kh i đ và nhi t đ môi gi i xung quanh (ch

y u là nhi t đ không khí) không gi ng nhau, t đó t n t i chênh l ch nhi t ban đ u làm cho nhi t đ thay đ i

- Nhi t đ v t môi gi i xung quanh phát sinh thay đ i ho c do nhi t đ không khí khi đ bê tông thay đ i đ n nhi t đ n đ nh, ho c thay đ i theo chu k

Do nh ng nguyên nhân trên, gi a các đi m trong n i b kh i bê tông và do tác d ng c a th y hóa nhi t, nhi t đ s lên cao Th i gian đo n nhi t đ t ng lên này không dài, vì th y hóa nhi t trong vòng 28 ngày s phát tán h t R i sau đó nhi t đ s x y ra xu th lên cao và h th p (trong quá trình h xu ng có dao đ ng

ph c t p) Th i k h xu ng này có th tr i qua h i dài

Cu i cùng khi các lo i nh h ng ban đ u (th y hóa nhi t chênh l ch nhi t đ ban đ u, chênh l ch gi a nhi t đ n đ nh và nhi t đ đ bê tông) d n d n m t đi, nhi t đ t i đi m này đ t đ n k n đ nh Lúc này nhi t đ s tùy theo s bi n đ ng

có tính quy lu t c a nhi t đ bên ngoài mà th hi n bi n đ ng r t nh ho c đ u đ u

1.2.5.2 H u qu

Nh ng thay đ i v nhi t đ này s s n sinh ra khe n t nhi t đ Sau khi nhi t

đ phát sinh thay đ i thì th tích c a bê tông theo đó mà co giãn Khi kh i bê tông không đ c t do, m t co giãn b h n ch ho c b h n ch thì s sinh ra n t

C th đ u tiên xét v m t ch nh th , sau khi đ a vào kh i đ nhi t đ bê tông t ng lên cao r t nhanh, sau đó l i xu ng th p, th tích giãn n và sau đó d n d n co l i Trong quá trình co l i c a kh i bê tông mà g p ph i m t lo i gò ép nào đó thì sinh

ra ng su t kéo ho c khe n t c đi m c a lo i khe n t là phát sinh nh ng n i

bi n d ng b ràng bu c và kh ng ch nghiêm tr ng nh t là n i g n n n đá ho c n i

bê tông c Ti p đ n là quá trình thay đ i nhi t đ trong kh i bê tông, nhi t đ phân

b không đ u, vùng biên gi i nhi t đ giáp ranh n i trung tâm có nhi t đ trung tâm, nh v y n i b kh i sinh ra nhi t đ b c thang t đó d n đ n ng su t nhi t

Lo i ng su t nhi t này và khe n t b t k lúc nào c ng có th phát sinh, nh t là sau khi đ bê tông không lâu thì phát sinh nhi u nh t vì lúc này n i b bê tông nhi t đ

t ng lên r t cao cùng v i nhi t đ th p bên ngoài d hình thành b c thang r t l n Khe n t nhi t h th p tính hoàn ch nh k t c u c a bê tông, nh h ng t i kh

n ng làm vi c và tu i th công trình, làm gi m kh n ng ch ng th m và tính v ng

b n, làm cho toàn b đ an toàn c a k t c u b h th p

1.3 Tình hình xây d ng đ p và nghiên c u ng su t nhi t trong bê tông

i v i m t s công trình đ p bê tông tr ng l c đã xây d ng n c ta tr c đây, khi thi t k đã đ ý đ n v n đ nhi t và ng su t nhi t trong bê tông nh ng

ch a có đi u ki n phân tích đ y đ quá trình di n bi n nhi t và ng su t nhi t trong toàn k t c u nh ng th i đi m mong mu n Khi gi i bài toán nhi t th ng dùng

ph ng pháp sai phân h u h n, nên khi g p nh ng tr ng h p m t c t đ p có hình

d ng ph c t p, phân kho nh theo ki u xây g ch thì vi c tính toán tr ng nhi t đ và

tr ng ng su t nhi t th ng g p khó kh n

1.3.1.1 Giai đo n tr c n m 1945

[14],[23] Vi c đ u t xây d ng các công trình đ p bê tông tr ng l c l n h u

nh không có mà ch y u ch là các đ p dâng có chi u cao th p t 5-10m, và s

d ng kh i bê tông nh kho ng 20.000m3 tr l i

Trong giai đo n này, các đ p dâng đ c xây d ng đ u có k t c u đ n gi n,

m t s đ p, bên trong th ng đ c xây d ng b ng các kh i đá h c ho c bê tông đá

h c M150, m t ngoài đ c xây b ng đá ho c đ bê tông M150 đ t o th m m và

t ng kh n ng ch ng th m cho công trình; c ng có đ p đ c đ hoàn toàn b ng bê tông và bê tông c t thép M200 Bê tông đã đ c tr n, đ , đ m b ng c gi i k t h p

v i th công Các yêu câu v c p ph i v t li u, c p ph i bê tông đã đ c nâng cao,

t l N/X đã đ c không ch Vi c đ u t xây d ng các công trình đ p bê tông

tr ng l c l n h u nh không có

Tuy nhiên các nghiên c u v bê tông kh i l n c ng ch a có gì đáng k , đ i

ng cán b k thu t và chuyên gia nghiên c u v bê tông la ng i Vi t Nam còn r t

ít i

B ng 1.1 M t s công trình xây d ng trong giai đo n tr c n m 1945

TT Tên công trình a đi m xây d ng Th i gian xây d ng

1.3.1.2 Giai đo n t n m 1945 đ n 1975

Th i gian này đ t n c có chi n tranh nên vi c đ u t xây d ng các công trình

th y l i l n b h n ch Trong th i k này ch a có đ p bê tông tr ng l c cao nh ng

m i ch y u là đ p v t li u đ a ph ng, ch có tràn n c m i là k t c u bê tông

ho c bê tông c t thép Tuy nhiên đ p tràn này có chi u cao và kh i l ng bê tông không l n l m

[14], [23] Quá trình thi t k và thi công bê tông trong các đ p tràn đã có nhi u

ti n b , đã có các tiêu chu n v thi t k và thi công bê tông th y công, tiêu chu n v

v t li u và c p ph i bê tông do các vi n chuyên nghiên c u v v t li u xây d ng và

bê tông th y công cung c p

Công ngh thi công bê tông th y công đã có nhi u b c ti n m i, ph n l n

đ u c gi i hóa t khâu tr n, v n chuy n v a bê tông đ n đ , san đ m M t s công trình thi công nh ng n i có khí h u kh c nhi t c ng s d ng các ph gia Bi n pháp kh ng ch nhi t đ va ch ng n t n cho bê tông ch y u là dùng ph gia khoáng ho t tính đ gi m hàm l ng xi m ng, thi công vào ban đêm, lúc th i ti t mát, dùng các bi n pháp che ch n, ph bao t i

1.3.1.3 Giai đo n t n m 1975 đ n nay

Có th đ c tính t ngày đ t n c hoàn toàn th ng nh t Hòa nh p cùng c n c trong công cu c xây d ng và ch n h ng đ t n c, cùng nhu c u phát tri n kinh t

đã t o nh ng c h i l n cho phát tri n khoa h c công ngh ã có r t nhi u công trình th y l i, th y đi n đ c xây d ng

[14], [23] Nhìn chung các công trình này l n có kh i l ng bê tông t vài tr m nghìn đ n hàng tri u m3, chi u cao t 20-70m Khi thi t k các công trình này thì

v n đ nghiên c u nhi t và v t n t do nhi t đã đ c quan tâm u m i các công trình th y l i, th y đi n nh PleyKrông, SêSan 3 và SêSan 4, B n V , Th ch Nham, Tân Giang là nh ng đ p bê tông kh i l n v i hàng tri u m3, chi u cao t 70-138m Vi t Nam đã và đang s d ng thành công k thu t và công ngh hi n đ i

đ xây d ng các đ p bê tông tr ng l c có quy mô v c chi u cao và kh i đ bê tông ngày càng m t l n h n

V thi t k : đã phân chia đ p thành các khe co giãn, s d ng mác bê tông phù

h p M i công trình đ u có nh ng nghiên c u v v t li u, thành ph n, c p ph i bê tông, nghiên c u vi c s d ng ph gia khoáng ho t tính và ph gia hóa h c tr c khi đ a ra th tr ng

V thi công: Trên c s các nghiên c u v v t li u và c p ph i bê tông, đ c

đi m khí h u vùng xây d ng công trình, t i m i công trình đã có h ng d n quy trình thi công bê tông riêng Trong đó c ng có các h ng d n quy trình thi công bê tông riêng Trong đó c ng đã có các h ng d n và yêu c u khá chi ti t v các ch tiêu k thu t c a xi m ng, cát, đá, n c, ph gia khoáng ho t tính và ph gia hóa

h c, vi c phân chia và l a ch n kích th c kho nh đ , t c đ đ bê tông, th i gian

đ , th i gian giãn cách kho nh đ c nh nhau, th i gian đ các kho nh ch ng lên nhau, ch đ b o d ng

B ng 1.2 M t s công trình xây d ng trong giai đo n t n m 1975 đ n nay

TT Tên công trình a đi m xây d ng Lo i đ p Chi u cao

Hình 1.3 : p Tân Giang t nh Ninh Thu n (đ p bê tông tr ng l c)

1.3.2 Tình hình xây d ng và nghiên c u ng su t nhi t n c ngoài

các n c có n n kinh t và khoa h c công ngh phát tri n nh Nga, M ,

Nh t B n, Trung Qu c,… đã có các nghiên c u khá t m v di n bi n nhi t, ng

su t nhi t t i t ng công trình ngay t khi thi t k và trong quá trình thi công, thi t

l p công ngh thi công riêng cho m i công trình đ p bê tông, có các đo đ c, quan

tr c chi ti t v quá trình phát sinh nhi t trong quá trình thi công và th ng xuyên có

th ng m i ConTestPro c a nhà cung c p ph n m m JEJMS CONCERTE (Th y

i n), ph n m m ANSYS (M ), ph n m m ABAQUS, ph m m m MIDAS…

1.3.2.1 Giai đo n t n m 1930 đ n 1970

Quy mô công trình: nhi u công trình bê tông kh i l n và đ p bê tông có chi u cao

l n đ c xây d ng

Thành ph n v t li u đ xây d ng đã đ c xem xét khá t m và th n tr ng v

ch t l ng

Câp ph i bê tông đ c s d ng r ng rãi các ph gia

Th i gian này là m t k nguyên m i v s phát tri n nhanh v công ngh thi công

đ p bê tông tr ng l c b ng ph ng pháp đ bê tông truy n th ng

1.3.2.2 Giai đo n t n m 1970 đ n nay

[14], [27] Theo con s th ng kê c a h i đ p cao th gi i (ICOLD) tính đ n

n m 2000 trên th gi i có kho ng 45000 đ p l n N c có nhi u đ p nh t là Trung

Qu c v i kho ng 22.000 đ p chi m 48% s đ p trên th gi i ng th 2 là M có 6.575 đ p ng th ba là n v i 4.291 đ p, sau đó là Nh t B n v i 2.675

đ p Vi t Nam có g n 500 đ p đ ng kho ng th 16 trong s các n c có nhi u

đ p cao trên th gi i

Các th ng kê v th lo i đ p c a ICOLD – 1986 cho th y 78% là đ p đ t,

đ p đá đ 5%, đ p bê tông tr ng l c 12%, đ p vòm ch 4% Trong s các đ p có chi u cao l n h n 100m thì l i có 30% là đ p đ t, 38% là đ p bê tông, còn l i là đ p vòm Nh v y đ p càng cao thì t l đ p bê tông càng nhi u

Hi n nay Trung Qu c là n c có nhi u đ p bê tông tr ng l c đ c xây d ng nhi u nh t trên th gi i Tính đ n n m 2000 đã có 22 đ p cao trên 70m Ph i k đ n

nh ng đ p nh : Shuifeng cao 106m, đ p Sanmen-xian cao 106m, đ p Baozhusi và Manwan cao 132m, đ p Ankang cao 128m

Tính t th i đi m này, đây là th i k bê tông đ m l n RCC phát tri n và ng

d ng r ng rãi Và cho đ n hi n nay thì m t s l ng l n đ p bê tông tr ng l c đang

đ c xây d ng b ng bê tông đ m l n

Hình 1.4 : p Miyagase cao 156m – Nh t B n

1.4 M t s đ c đi m chung c a đ p bê tông và đi u ki n c b n đ xây d ng

đ p bê tông

1.4.1 c đi m chung c a đ p bê tông:

[10], [14], [18] p bê tông có m t s đ c đi m chung sau:

- Thi công nhanh: Do kh n ng c gi i hóa cao, quy trình thi công g n nh liên t c nên rút ng n đáng k th i gian thi công xây d ng công trình Vi c đ y nhanh ti n đ thi công đem l i hi u qu kinh t cao do s m đ a công trình vào v n hành khai thác, nh t là v i các công trình th y đi n

- p tràn và k t c u ph tr : Trong s đ b trí v i đ p bê tông thì công trình tháo th ng đ c b trí ngay t i đ p chính, cho phép x l t đ nh đ p xu ng h

l u N u so sánh v i ph ng án b trí công trình tháo cho đ p v t đ a ph ng, đ p tràn th ng đ c b trí vai đ p ho c yên ng a và tách kh i đ p chính, do đó s gây t n kém h n nhi u so v i ph ng án b trí trong đ p bê tông i v i các công trình l y n c, v i đ p bê tông c a l y n c th ng đ c b trí neo m t th ng

l u, v i đ p v t li u đ a ph ng thì c a l y n c ki u tháp và đ c b trí đ c l p, tách ra xa chân đ p Chi u dài b n đáy đ p c ng là m t l i th c a vi c l a ch n

đ p bê tông vì rút ng n đ c chi u dài đ ng d n n c, chi u dài đ ng ng áp l c

so v i khi b trí các h ng m c công trình này trong đ p v t li u đ a ph ng

- Công trình d n dòng và đê quai: i v i công trình bê tông, có th tháo l thi công qua công trình đang dang d , đây là m t trong nh ng u vi t c a đ p bê tông

so v i đ p v t li u đ a ph ng N u ch n s đ d n dòng qua lòng sông c , v i l i

th chi u dài b n đáy ng n nên rút đ c kh i l ng đê quây H n n a do rút ng n

th i gian thi công nên kh n ng g p l thi công l n ít h n, làm gi m b t kích th c công trình tháo, chi u cao đê quai và t ng n đ nh công trình

- Giá thành xây d ng: Khác v i đ p v t li u đ a ph ng có th s d ng ngu n

v t li u t i ch , còn công tác thi công đ p bê tông thì ph i có hai ngu n v t li u chính là đá và xi m ng Do đó chi phí xây đ p bê tông có th cao h n Nh ng đánh giá trên toàn b công trình, do rút ng n th i gian thi công s m đ a công trình vào khai thác, gi m chi phí cho các công trình d n dòng, l y n c và các k t c u ph tr nên có khi chi phí công trình xây d ng l i nh h n so v i ph ng án s d ng đ p

- p bê tông có u đi m v t tr i so v i đ p v t li u đ a ph ng tuy nhiên

nó c ng có nh c đi m là yêu c u thi công n n móng công trình c ng ph c t p

h n, k thu t thi công c ng ph c t p h n M t trong nh ng v n đ ph c t p trong thi công là kh ng ch đ c nhi t th y hóa xi m ng đ không x y ra ng su t nhi t gây nguy hi m cho công trình ây c ng chính là m t v n đ mà lu n v n mu n

đ c p đ n

1.4.2 M t s đi u ki n c b n đ xây d ng đ p bê tông

p bê tông là lo i đ p có th s d ng tràn n c (đ p tràn) và không tràn

n c ( p dâng) So v i đ p v t li u đ a ph ng thì đ p bê tông có th đ c xây

d ng trên n n đá ho c n n không ph i là đá, nh ng ph i đ m b o s liên k t gi a

đ p và n n Do đó c n ph i đ m b o đi u ki n đ p và n n n đ nh trong m i đi u

ki n làm vi c, trong th i gian thi công c ng nh v n hành khai thác; đ p và n n

ph i an toàn v th m, v lún không đ u, nh h ng c a nhi t đ

[10] Khi xây d ng đ p bê tông trên n n đá thì c n đ m b o m t s đi u ki n

v đ a ch t n n nh sau:

- Nham th ch n n đ c ng đ ;

- Không có khe n t l n, không có v t n t phân l p, không có vùng b phân hóa sâu, b phá ho i ho c m m y u;

- Khi n n có nhi u l p, không đ c có l p nham th ch y u;

- Nham th ch không có tính hòa tan khi g p n c

L a ch n hàng đ u khi xây d ng đ p bê tông là đi u ki n đ a ch t n n đá; tuy nhiên đ p bê tông v n có th xây d ng Khi đó yêu c u v n n ph i th a mãn

CH NG 2 PHÂN TÍCH NG SU T NHI T TRONG BÊ TÔNG 2.1 Di n bi n v nhi t và ng su t nhi t trong bê tông

2.1.1 Các y u t nh h ng đ n di n bi n nhi t c a bê tông kh i l n

Nhi u công trình nghiên c u lý thuy t k t h p v i các tài li u quan tr c đo đ c trên các công trình bê tông th c t n c ta và trên th gi i [8], [16], [18] cho th y

di n bi n nhi t đ trong bê tông ph thu c vào các y u t c b n sau:

Quá trình th y hóa c a xi m ng di n ra khi pha tr n xi m ng v i n c,

l ng nhi t sinh ra do ph n ng th y hóa xi m ng ph thu c vào lo i xi m ng, hàm

l ng xi m ng và ch t k t dính, hình d ng k t c u, th i gian k t dính V y quá trình hydrat hóa trong bê tông th c ch t là ph n ng hydrat hóa c a xi m ng trong quá trình đóng r n

[7] Theo Solacolu và Taylor, nhi t th y hóa c a các đ n khoáng trong xi

m ng nh trong b n sau:

B ng 2.1 : Nhi t th y hóa c a các đ n khoáng trong xi m ng:

Ghi chú: 1cal= 4,1868J

Xi m ng mác càng cao thì t a nhi t càng nhi u Khi nhi t đ t a ra càng l n thì s gây ra ng su t nhi t làm bi n d ng k t c u, n t n trong bê tông t đó nh

h ng đ n tu i th c a công trình

Hình 2.1: T a nhi t c a xi m ng theo th i gian

Các lo i xi m ng khác nhau cho nhi t th y hóa khác nhau nh trong b ng:

B ng 2.2 : L ng phát nhiêt c a các lo i xi m ng

Nhi t th y hóa c a xi m ng đ c xác đ nh b ng ph ng pháp termot ho c đ i

v i xi m ng poocl ng có th tính theo công th c:

Qt= at C3S+ bt C2S + ct C3A+ dt C4AF

Trong đó: at ; bt ; ct ; dt l n l t là h s kinh nghi m đ c tr ng cho s t a nhi t

c a 1% các khoáng C3S , C2S , C3A , C4AF và đ c tính trong b ng sau:

B ng 2.3 : H s kinh nghi m đ c tr ng cho s t a nhi t c a các khoáng

Có th gi m t c đ phát tri n nhi t b ng cách gi m thành ph n C3S, C3A là các thành ph n phát nhi t nhanh nh t và nhi u nh t Tuy nhiên vi c này có nh h ng

đ n c ng đ và t c đ c ng hóa ban đ u c a xi m ng, vì thành ph n C3S có tác

d ng ch y u đ i v i c ng đ 28 ngày c a xi m ng và C3A có nh h ng nhi u

đ n ninh k t và c ng đ ban đ u (t 1 đ n 3 ngày) c a xi m ng

2.1.3 ng su t nhi t và n t do nhi t trong bê tông

Tr ng thái ng su t nhi t trong bê tông đ c hình thành trong quá trình thi công và do nhi u nguyên nhân nh : s thay đ i nhi t đ , co ngót, lún không đ u, tính ki m trong c t li u đá, s i và s bi n d ng c a ván khuôn c bi t ch u nh

h ng c a tr ng nhi t đ thay đ i theo th i gian

R t nguy hi m cho tính nguyên kh i c a bê tông là ng su t kéo do nhi t

xu t hi n do nh h ng c a tr ng nhi t đ ng su t kéo có th d n đ n t o thành các v t n t, đ c bi t đ i v i bêtông kh i l n nghiêm tr ng nh t là n t n vì nhi t Vì v y vi c phòng ng a n t n vì nhi t trong bêtông kh i l n là nhi m v hàng đ u trong quá trình thi công

Tóm l i s thay đ i nhi t đ s làm bi n đ i hình d ng (co, giãn n ) c a kh i,

n u s bi n đ i này b ki m ch s phát sinh ra ng su t, ng su t này đ c g i là

tính ch ng th m và tính v ng b n, làm cho toàn b đ an toàn c a k t c u b h

th p Trong thi công bê tông th tích l n, m c đích kh ng ch nhi t m t cách nghiêm ng t chính là đ phòng ho c gi m thi u xu t hi n khe n t nhi t đ

Tùy theo đi u ki n c a kh i bêtông t do hay không mà có các hi n t ng n t

n sau: [8], [16], [18]

2.1.3.1 N t n b m t

M i v t r n đ u có tính dãn n vì nhi t, trong quá trình dãn n , n u v t th b ràng bu c b i các liên k t thì s làm phát sinh ng su t D a vào lý lu n này có th

lý gi i hi n t ng n t b m t bê tông nh sau: do s chênh l ch nhi t đ bên trong

và bên ngoài kh i bêtông khi nhi t đ bên trong bêtông ch a to h t mà m t bên ngoài c a kh i bêtông đã ngu i l nh ho c do nhi t đ c a môi tr ng bên ngoài thay đ i Nh t là tr ng h p bêtông m i đ xong nhi t đ bên ngoài đ t

ng t h th p làm cho b m t ngoài c a kh i bê tông co l i, trong lòng kh i bêtông n ra, d n đ n chênh l ch bi n d ng trong và ngoài kh i bêtông K t

qu là trong lòng kh i bêtông sinh ng su t nén, b ngoài sinh ng su t kéo.Khi

ng su t kéo xu t hi n m t ngoài v t quá tr s cho phép s x y ra n t ó

là n t b m t

N t n b m t th ng xu t hi n sau khi đ bê tông 1÷2 tu n

a) Phân b nhi t đ (b) Phân b ng su t

1- ng su t kéo, 2- ng su t nén

Hình 2.2: ng su t nhi t phát sinh trong kh i bê tông

Hình 2.3: N t n b m t và n t xuyên đ p bê tông

1 N t b m t 2 N t xuyên

ng su t nhi t đ b m t c a kh i bêtông có th xác đ nh theo công

th c sau:

.1

E T

ασ

2.1.3.2 N t xuyên kh i bê tông

N t xuyên x y ra t i b m t ti p xúc gi a kh i bê tông m i đ v i n n đá ho c

v i kh i bê tông c do ng su t ki m ch c a n n đá ho c kh i bê tông đã đ c v i

kh i bê tông m i đ ng su t ki m ch sinh ra do kh i bê tông m i đ và n n đá

ho c kh i bê tông đã đ c có s chênh l ch v nhi t đ ho c chênh l ch v bi n

d ng do s thay đ i nhi t đ

giai đo n bê tông phát nhi t, th tích bê tông n ra, ng su t ki m ch là

ng su t nén; giai đo n h nhi t, th tích bê tông co l i, ng su t ki m ch là ng

su t kéo Khi ng su t kéo v t quá ng su t kéo cho phép, bê tông s n t n N t

n trong tr ng h p này g i là n t xuyên

N t xuyên r t nguy hi m, làm m t tính ch nh c a công trình, n u không k p

th i phát hi n và x lý công trình s b phá ho i V t n t b t đ u t m t ti p xúc v i

n n phát tri n lên, tr ng h p nghiêm tr ng có th n t su t kh i bê tông, do v y

đ c g i là n t xuyên V t n t có th t i 1- 3m, nên còn đ c g i là n t sâu V t

n t th ng vuông góc v i m t n n, gây nguy h i cho đ p Lo i n t xuyên này

th ng khó phát hi n th ng sinh ra trong th i k công trình v n hành, n u không phát hi n và x lý k p th i thì công trình có th b phá ho i

Hình 2.4: Bi n d ng do nhi t và ng su t do n n ki m ch c a kh i BT

(a) Bi n d ng do n n ki m ch (b) Phân b ng su t nhi t khi b n n ki m ch

(c) V t n t do n n ki m ch (n t t i vùng ti p xúc)

Hình 2.5: Phân b ng xu t đáy kh i bê tông

1 Khu ng su t nén; 2 Khu ng xu t kéo; 3 Khu ng su t c t

ng su t nhi t gây n t xuyên có th xác đ nh b ng công th c sau:

µ

ασ

−

∆

=1

- ∆T = T1 + T2 - T3

V i: T1: nhi t đ c a bêtông khi đ

T2: nhi t đ c a bêtông do xim ng thu hoá

T3: nhi t đ n đ nh c a kho nh bê tông

Ràng bu c bên ngoài ph n nhi u là do n n móng ho c bê tông c có s ràng

bu c, ki m ch đ i v i bê tông m i Do s ràng bu c bên ngoài sinh ra khe n t, nói chung có kh n ng phát tri n thành khe n t xuyên su t c k t c u bê tông đ i v i s

n đ nh c a v t ki n trúc và tính ch ng th m có s phá ho i r t l n, vì th c n tìm cách tránh hoàn toàn, ng su t ràng bu c bên ngoài là do bê tông m i đ và n n đá

ho c bê tông đã đ do có s chênh l ch v nhi t đ ho c đ c tính bi n d ng t ng

ng v i s thay đ i nhi t d n đ n ng su t Bê tông đ xong, v a sinh ra th y hoá nhi t v a đông k t, n u không ti n hành kh ng ch nhi t thì quá trình thay đ i nhi t

đ s di n ra

Ràng bu c bên trong là ràng bu c n i b do nhi t đ b n thân kh i bê tông phân b và thay đ i không đ u d n đ n Nguyên nhân ràng bu c bên trong r t nhi u, nh ng do ràng bu c trong n i b d n đ n khe n t ph n nhi u là khe n t b

m t, tính nguy h i t ng đ i ít Tuy v y, đ i v i m t l p ngh ng t quãng n m ngang trong th i gian ngh n u nhi t đ kh ng ch th p s t o thành chênh l ch nhi t đ trong và ngoài r t l n, s xu t hi n khe n t b m t trên di n tích r ng, nh t

là sau khi che l p bê tông t ng trên s thành khe n t n i b , t o thành khu v c y u trong n i b bê tông

Qua kh o s t hai hình thái phát tri n v t n t k trên, v n đ đ t ra là ph i

kh ng ch đ c ng su t kéo trong bê tông không v t quá ng su t kéo cho phép,

khi đó m i lo i tr đ c hi n t ng n t bê tông Th c ra trong quá trình thay đ i nhi t đ trong thân đ p bê tông và h u qu c a nó ch m i đ c các nhà t v n thi t

k , nhà th u thi công xem xét nghiên c u vào kho ng n a sau c a th k 20, khi

ng i ta th c s quan ng i do phát hi n có nhi u v t n t có tính ch t không gi ng nhau mà nguyên nhân ch y u là do ng su t nhi t

Theo k t qu nghiên c u, nh h ng c a nhi t đ đ i v i tr ng thái ng su t thân đ p di n ra theo hai th i k :

- Th i k xây d ng: Do quá trình th y hóa c a xi m ng, nhi t đ c a bê tông

t ng Sau đó bê tông t a nhi t và ngu i d n, vì quá trình ngu i d n không đ ng đ u làm trong bê tông phát sinh ng su t kéo và nén

- Th i k khai thác: Do s thay đ i nhi t đ môi tr n nên ph n v ti p xúc

v i n c và không khí luôn có s bi n thiên nhi t đ trong khi ph n trong đã đ t

m c nhi t đ n đ nh trung bình n m ng su t nhi t c a đ p phát sinh trong th i

k khai thác là do đ chênh nhi t đ c a mép ngoài và phía trong đ p, ng su t kéo

s xu t hi n trong thân đ p, nh t là b m t ti p xúc v i n n, kh i đ c và m i Nghiên c u tr ng thái nhi t là nghiên c u nh ng quy lu t trao đ i nhi t gi a các v t th , gi a v t th v i môi tr ng đ t đó xây d ng và xác đ nh đ c s phân b nhi t trong v t th v i môi tr ng

S thay đ i nhi t đ trong kh i đ có th quy v các nguyên nhân ch y u sau:

- Bê tông trong th i gian phát tri n c ng đ , ph n ng th y hóa c a xi m ng

s phát sinh nhi t làm cho nhi t đ c a kh i đ t ng lên

- Do s chênh l ch nhi t đ ban đ u gi a môi tr ng xng quanh và c a v a bê tông khi nh p kh i đ

- Nhi t đ môi ch t xung quanh phát sinh thay đ i ho c do nhi t đ không khí

khi đ bê tông thay đ i

Nh v y vi c kh ng ch nhi t trong bê tông ch có th th c hi n đ c khi chúng ta h n ch đ c s chênh l ch gi a nhi t đ cao nh t so v i nhi t đ n đ nh

2.2 Các ph ng pháp gi i bài toán nhi t và l a ch n ph ng pháp tính toán

Lý thuy t v truy n nhi t đã đ c phát tri n t r t s m và đã đ c ng d ng

r ng rãi vào tính toán trong nhi u l nh v c khác nhau

[20] gi i bài toán nhi t có 3 ph ng pháp chính sau đây:

[14], [23] N i dung c a ph ng pháp này là gi i ph ng trình truy n nhi t

nh m tìm m t t h p các nghi m riêng Ti, th a mãn ph ng trình vi phân và các

đi u ki n biên Sau đó l p thành m t chu i các nghi m theo nguyên t c c ng:

i n

i i n

C T

C T C

1 2

2 1

=

= +

+ +

=

Nh c đi m c a ph ng pháp:

+ L i gi i t n nhi u công s c, không thu n ti n s d ng trong th c ti n

2.2.2 Ph ng pháp toán t

[14], [23] Các bài toán truy n nhi t có ngu n nhi t bên trong đ c gi i b ng

ph ng pháp gi i tích c đi n nhi u khi không đ t k t qu n, l i gi i nh n đ c t n nhi u công s c, không thu n ti n s d ng trong th c ti n Ph ng pháp toán t

đ c s d ng trong vài ch c n m g n đây t ra khá hi u nghi m

B n ch t c a ph ng pháp này là ch dùng phép bi n đ i tích phân chuy n các hàm s g c thành các hàm s nh Sau đó th c hi n phép tính trên các hàm s

C s c a ph ng pháp này là thay đ o hàm b ng t s các s gia hàm s và

s gia bi n s Khi tính toán theo ph ng pháp sau phân, c n chú ý ch n các đi u

ki n ban đ u và đi u ki n biên nh sau:

+ Nhi t đ ban đ u: t i các đi m nút trên n n đá có th l y b ng nhi t đ trung bình không khí c a tháng đ bê tông; trong kh i đ l y b ng nhi t đ bê tông lúc

đ (Tp)

+ Nhi t đ t i các đi m nút trên b m t kh i đ trong th i k đ u (Tw) th ng cao

h n nhi t đ không khí Tf m t tr s là T= 3-50C, khi b m t ph bao t i, T= 100C, b m t cho tràn n c b o d ng Tw = 0,5(Tf+ Tn); v i Tf, Tn là nhi t đ không khí và nhi t đ n c

+ Nhi t đ do xi m ng th y hóa: t i các đi m ti p xúc gi a bê tông và n n đá l y

b ng 0,5∆T r, t i các đi m ti p xúc gi a bê tông m i và bê tông c l y b ng 0,5.( Tr,m i + Tr,c )

Nh c đi m c a Ph ng pháp sai phân h u h n là: ch gi i đ c nh ng bài

toán nhi t c a các v t có hình d ng hình h c và đi u ki n biên đ n gi n

N i dung c b n c a ph ng pháp này là chia mi n xác đ nh c a hàm thành các mi n con g i là ph n t Các ph n t th ng đ c ch n có d ng hình h c đ n

gi n, ví d v i mi n ph ng th ng ch n các ph n t có d ng tam giác ho c t giác Các ph n t đ c xem là ch n i v i nhau m t s đi m đ c tr ng, ví d đ nh c a tam giác ho c t giác Các đi m này đ c g i là đi m nút c a ph n t Trong ph m

vi ph n t gi thi t d ng c a hàm x p x v i hàm ph i tìm và th ng ch n hàm x p

x khác là không đi xác đ nh h s c a đa th c x p x mà bi u di n các h s đó qua

giá tr c a hàm ph i tìm ho c có th có đ o hàm c a nó các đi m nút c a ph n t

và thi t l p ph ng trình đ xác đ nh các giá tr đó V m t toán h c ng i ta đã

ch ng minh đ c r ng tr c a hàm x p x là tr c a hàm ph i tìm n u ng v i nó phi m hàm ng v i hàm ph i tìm đ t giá tr c c ti u

Các b c th c hi n nh sau:

 Chia mi n tính toán thành nhi u mi n nh g i là các ph n t

Các ph n t này đ c n i v i nhau b i m t s h u h n các đi m nút Các nút này có th là đ nh c a các ph n t , c ng có th là m t s đi m quy c trên m t c a

ph n t b c này ta ch n các d ng ph n t , chia mi n tính toán thành các ph n

t , đánh s mã ph n t và s mã nút

 Ch n d ng hàm x p x

Trong ph m vi c a m i ph n t , ta gi thi t m t d ng phân b xác đ nh nào đó

c a hàm c n tìm, có th là: hàm chuy n v , hàm ng su t, hàm chuy n v và ng

su t Thông th ng gi thi t các hàm này là các đa th c nguyên mà các h s c a đa

th c đ c g i là các thông s Trong ph ng pháp PTHH các thông s này đ c

t ng thích đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Lagrange

+ Mô hình cân b ng: Mô hình cân b ng mô t g n đúng d ng phân b ng su t

ho c n i l c trong ph n t H ph ng trình c b n c a mô hình đ c thi t l p trên

c s nguyên lý bi n phân Castigliano

+ Mô hình h n h p: Mô hình h n h p mô t g n đúng c a chuy n v l n d ng phân b ng su t ho c n i l c trong ph n t H ph ng trình c b n c a mô hình

đ c thi t l p trên c s nguyên lý bi n phân Reissner-Hellinger Trong 3 mô hình trên thì mô hình t ng thích đ c s d ng ph bi n h n đ c bi t v i bài toán phân tích ng su t và bi n d ng trong đ p bê tông

 Thi t l p ph ng trình c b n c a bài toán

H ph ng trình c b n c a bài toán gi i b ng ph ng pháp PTHH đ c thi t

l p d a vào nguyên lý bi n phân T các nguyên lý bi n phân ta rút ra đ c h

+ ây là ph ng pháp hi n đ i đang đ c ng d ng r ng rãi và hi u qu trong vi c

gi i quy t các bài toán c h c môi tr ng liên t c v i nh ng v t th có hình d ng hình h c b t k , đi u ki n biên và ch u t i ph c t p

+ Liên h ch t ch v i s phát tri n c a máy tính

Ph ng pháp t ng t đi n trong tr ng h p nay là nhi t kháng và nhi t dung

c a các l p bê tông đ c thay b ng đi n tr và đi n dung t o thanh m ng đi n, có

th thi t l p đ c mô hình cho bài toán m t chi u, hai chi u, ba chi u

2.2.4 L a ch n ph ng pháp gi i bài toán nhi t

Ngày nay các nghiên c u v nhi t trong bê tông kh i l n và nh ng c s lý thuy t c a bài toán nhi t đã t ng đ i hoàn ch nh Các ph ng trình c b n đ tính

tr ng nhi t đ và tr ng ng su t trong bê tông kh i l n h u h t xu t phát nh

nhau Nh ng vi c gi i bài toán nhi t trong bê tông kh i l n khá ph c t p, kh i

l ng tính toán l n, k t qu bài toán ph thu c vào nhi u y u t V i đ c đi m c a

bài toán nh v y thì vi c l a ch n ph ng pháp ph n t h u h n đ gi i bài toán

nhi t s đáp ng đ c yêu c u đ ra

Trong lu n v n, khi nghiên c u v tr ng nhi t đ và tr ng ng su t nhi t trong đ p bê tông tr ng l c, tác gi s d ng ph ng pháp này

Vi c trình bày ph ng h ng và phân tích bài toán nhi t s d ng ph ng pháp ph n t h u h n đòi h i kh i l ng l n, nên n i dung và k t qu bài toán s

đ c trình bày ph n sau

2.3 Nguyên lý kh ng ch nhi t đ đ p bê tông

p bê tông sau khi đã đ , nhi t đ có s thay đ i ph c t p làm cho nhi t đ phát sinh thay đ i, t đó mà sinh ra ng su t nhi t và làm phát sinh các lo i v t n t trong đ p bê tông nh đã trình bày ph n trên

Tu theo t ng lo i v t n t mà có nguyên t c kh ng ch nhi t phù h p Mu n

đ phòng lo i v t n t do b ràng bu c n i g n n n đá ho c n i bê tông c thì nguyên

t c chính là ph i gi m th p nhi t đ cao nh t c a bê tông làm cho nhi t đ chênh

l ch gi a nhi t đ n đ nh và nhi t đ cao nh t đ c thu nh l i Mu n đ phòng

lo i khe n t b m t do các ràng bu c bên trong, v n đ ch y u là ph i lo i b tri t

đ nhi t đ b c thang, gi m b t chênh l ch nhi t đ bên trong và bên ngoài ch không ph i h th p nhi t đ tuy t đ i c a bê tông

Chính vì th kh ng ch nhi t bê tông có các n i dung sau đây: [14]

- M t là gi m thi u chênh l ch nhi t đ gi a nhi t đ cao nh t c a bê tông v i nhi t đ n đ nh

- Th hai: ph i làm cho nhi t đ các đi m đ u đ n không hình thành d c đ ng

- Th ba: làm cho thân đ p nhanh chóng đ t đ n nhi t đ n đ nh cu i cùng

đ ti n hành x lý b t khe, làm m t s đe do ng su t nhi t t ng đ i l n phát sinh tr l i

V đi m này đ i v i đ p vòm, đ p tr ng l c ch nh th và đ p tr ng l c có khe

d c th ng đ ng là r t quan tr ng