Nguyên nhân gây nứt nẻ bê tông và các phương pháp sửa chửa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ , SỰ CỐ NỨT NẺ BÊ TÔNG TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG, THI CÔNG VÀ NHỮNG NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU GÂY NÊN Trong các công trình bê tông và bê tông cốt thép, nhiều c

Lời cảm ơn

Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: “ Nguyên nhân gây nứt nẻ bê tông và các phương pháp sửa chữa” đã hoàn thành đúng thời hạn và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra trong bản đề cương đã được phê duyệt

Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Thuỷ lợi đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Tác giả xin trân trọng cám ơn nhà giáo nhân dân GS.TS.Lê Kim Truyền đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt nhiệm vụ của luận văn đặt ra

Tác giả cũng xin trân trọng cám ơn các Thầy, cô giáo phòng đào tạo

đại học và sau đại học, Khoa Công trình, Khoa Kinh tế, Bộ môn Thi công

và Cục Quản lý Xây dựng Công trình, Công ty Tư vấn xây dung thuỷ lơI

1, Ban quản lý dự án 3, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã tạo

điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình làm luận văn

Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định, Tác giả rất mong muốn được sự góp

ý, chỉ bảo chân tình của các Thầy, cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn Để tác giả có thêm kinh nghiệm và trưởng thành hơn để có điều kiện cống hiến được nhiều cho ngành và đất nước Xin trân trọng cảm ơn!

Hà N ội, thỏng 12 năm 2010

Học viờn cao học

Phan Đỡnh Hảnh

TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ , SỰ CỐ NỨT NẺ BÊ TÔNG TRONG QUÁ

TRÌNH SỬ DỤNG, THI CÔNG VÀ NHỮNG NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU

NGUYÊN NHÂN VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỨT NẺ BÊ TÔNG BẢN

4.6 Những bài học kinh nghiệm rút ra từ thực tiễn thiết kế, thi công đá đổ

và bê tông bản mặt công trình Cửa Đạt :3T 116

MỞ ĐẦU

Trong xây dựng nói chung và trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện

nói riêng thì công tác bê tông đóng một vai trò quan trọng Quy mô công trình ngày

càng lớn khối lượng bê tông ngày càng tăng, việc đầu tư cho các công trình ngày

càng nhiều Trong thời gian qua ngành xây dựng cơ bản đã đạt được nhiều thành

tựu đáng khích lệ góp phần quan trọng và hiệu quả tăng trưởng nền kinh tế quốc dân

và thiết thực nâng cao đời sống của người dân Tuy nhiên trong quá trình xây dựng

hoặc quản lý khai thác khó tránh khỏi xuất hiện các vấn đề trong đó sự cố công

trình là vấn đề nghiêm trọng nhất và thường gặp Kinh nghiệm xây dựng và sử dụng

công trình nhiều năm qua ở Việt Nam cho thấy chúng ta chưa tính hết các yếu tố

ảnh hưởng của môi trường, khí hậu, vật liệu đầu vào, năng lực thi công, khả năng

đảm bảo làm việc bình thường cho các kết cấu xây dựng

Hiện nay chưa có một chương trình khảo sát nào để đánh giá chung hiện

trạng các công trình này Qua khảo sát sơ bộ một số công trình cho thấy rất nhiều

công trình bê tông đã xuống cấp (bê tông bị nứt nẻ, bị hỏng lộ trơ thép, một số vùng

cốt thép bị hỏng hoàn toàn) Mặc dù đã sửa chữa nhưng vẫn không đạt được kết quả

như mong muốn

Để có những giải pháp chủ động phòng ngừa giảm thiểu các sự cố, chúng ta

cần phải nghiên cứu nguyên nhân gây nứt nẻ bê tông và những giải pháp khắc phục

sửa chữa là rất cần thiết đáp ứng nhu cầu thực tế đang xảy ra hiện nay Đề tài này

nhằm tổng kết một số kinh nghiệm và phân tích một số sự cố khi thi công đập đá đổ

nghiệm cho bản thân và những kỹ sư khi tham gia tư vấn thiết kế hay giám sát thi

công các công trình thủy lợi Để không ngừng nâng cao nghiệp vụ góp phần đưa

những tiến bộ KHKT vào thực tiễn sản xuất đẩy mạnh phát triển kinh tế xã hội ở

nước ta

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu các nguyên nhân gây nứt nẻ các công trình bê tông đang quản

lý khai thác và các hiện tượng nứt nẻ khi đang thi công

- Nghiên cứu các biện pháp xử lý, sửa chữa khi bê tông bị nứt

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Các hiện tượng nứt nẻ xảy ra ở các công

trình bê tông và bê tông cốt thép và các giải pháp xử lý

Phạm vi nghiên cứu là các công trình bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam

nói chung và ở công trình Cửa Đạt - Thanh Hóa nói riêng

sự cố nứt nẻ bê tông ở Việt Nam

- Phương pháp điều tra khảo sát

- Lý thuyết, đánh giá nguyên nhân và tìm giải pháp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC SỰ CỐ , SỰ CỐ NỨT NẺ BÊ TÔNG TRONG QUÁ

TRÌNH SỬ DỤNG, THI CÔNG VÀ NHỮNG NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU

GÂY NÊN

Trong các công trình bê tông và bê tông cốt thép, nhiều công trình đã xây

dựng từ lâu (có công trình từ thời Pháp và đã hơn 70 năm), nhiều công trình chịu

bom đạn chiến tranh và được xây dựng trong các điều kiện khó khăn nhiều mặt

hoặc do thi công kém… nên số lượng các công trình đã bị thoái hóa xuống cấp, hư

hỏng cần phải sửa chữa không ít

Để đóng góp vào sự nghiệp xây dựng đất nước tiến lên công nghiệp hóa,

hiện đại hóa, nhiệm vụ ngành xây dựng nói chung và ngành thủy lợi nói riêng còn

rất to lớn và nặng nề, phải tiếp tục xây dựng nhiều công trình mới, đồng thời khai

thác các công trình đã có, trong đó có các công trình bê tông và bê tông cốt thép Từ

đó có thể thấy công tác theo dõi, vận hành, sửa chữa kịp thời các công trình bê tông

và bê tông cốt thép để có thể kéo dài tuổi làm việc của chúng, có ý nghĩa kinh tế -

kỹ thuật rất quan trọng

Trong toàn bộ công tác sửa chữa, bước khó khăn và quan trọng nhất là đánh

giá cho đúng nguyên nhân của hư hỏng hay suy thoái Công việc này thường khó

xác định chính xác, hoặc do không thể thu thập đầy đủ số liệu mong muốn, hoặc do

có đồng thời nhiều yếu tố tác động vào Bởi vậy phải kiểm tra kỹ lưỡng và tìm dần

Từ các kết quả thu thập được, phân tích đánh giá nguyên nhân và mức độ hư hỏng

và lựa chọn giải pháp công nghệ hợp lý để sửa chữa

1.1 Khái niệm và định nghĩa sự cố công trình

Sự cố công trình là những hư hỏng vượt quá giới hạn an toàn cho phép làm

cho công trình có nguy cơ sập đổ, đã sập đổ một phần, toàn bộ công trình hoặc công

trình không sử dụng được theo thiết kế

Số lượng các công trình bê tông và bê tông cốt thép ở nước ta là rất nhiều,

hiện nay chưa có một chương trình khảo sát nào để đánh giá chung hiện trạng các

công trình này Xin đưa ra một số liệu thu thập để có một phác họa cụ thể về hiện

trạng này

Theo con số kiểm tra được tính đến năm 1995 qua hình ảnh và nhận xét tại

chỗ kết hợp súng bật nẩy, súng siêu âm, thống kê được:

- Cống luồn Bát Căng, Thanh Hóa: Bê tông bị hỏng lộ trơ thép năm đoạn

cống ngầm, đã được sửa chữa bằng công nghệ thông thường nhưng phải bỏ dở phần

vòm cống

- Hệ thống Bái Thượng, Thanh Hóa: Các công trình bê tông đã bị thoái hóa

mạnh, hầu hết các vị trí cường độ bê tông không đạt cường độ thiết kế (có chỗ thấp

khoảng 50kg/cmP

2

P) Riêng đập Bái Thượng (năm 1926-do Công ty TV KSTK Thủy lợi 1 thiết kế) đã khảo sát và khoan phụt sửa chữa trên 10.500m (phương pháp xử

lý: Neo đạp với nền bằng khung dự ứng lực khoan phụt xi măng), đã kiểm tra 162

và 152m xong các hiện tượng hư hỏng vẫn tồn tại, đang nghiên cứu sửa chữa lớn

- Một số các hạng mục công trình bê tông của Công ty đạm và hóa chất Hà

Bắc bị ăn mòn đến cốt thép, đã dược xử lý bằng phun bê tông khô, hiện nay các kết

cấu sau khi sửa chữa vẫn được bảo vệ tốt

- Các cống, âu, cống điều tiết của hệ thống thủy nông sông Chu, bê tông bị

lão hóa, mục các đàu bản cừ gỗ (Phương pháp xử lý: Tạo áo sau đó khoan phụt vữa

xi măng, xử lý các đầu cọc cừ chống thấm)

- Tràn xả lũ Cấm Sơn,Bắc Giang (năm 1971): Có hiện tượng nứt, thấm tiết

vôi Đá dăm trong bê tông tại những vùng mực nước thay đổi bị phong hóa trên

diện rộng gây mục ruỗng bê tông (đặc biệt trụ cống xả cát)

Hình 1- 1:Bê tông mục ruỗng tường trụ cống xả cát Cấm Sơn

thép bị lão hóa nghiêm trọng, phải sửa chữa bằng cách tạo lớp áo vi măng lưới thép

bằng cách phun bắn xi măng sau đó khoan phụt xi măng

- Silô nhà máy xi măng Hoàng Thạch cao trên 46m, chu vi 50m, chứa gần

10.000 tấn xi măng, lớp bê tông bị nứt vỡ do rỉ cốt thép với diện tích hơn 2000mP

2

Psau gần 20 năm sử dụng

- Tràn xả lũ hồ Yên Lập,Quảng ninh: Bê tông bề mặt tràn bị mòn trơ cốt thép

mặt hạ lưu có rất nhiều kẽ nứt, thấm nước, tiết vôi Có 2 dải nứt xiên lớn, nước rò rỉ

tới 10l/phút Cường độ BT thiết kế là 200kg/cmP

2

P, nhiều vùng suy yếu chỉ còn 150kg/cmP

2

P

- Tường cánh trái thủy điện Thác Bà Yên Bái (1963-1971): Mặt bê tông bị

suy thoái nhiều Cường độ thiết kế là 200kg/cmP

2

P, nhiều vùng chỉ còn 150kg/cmP

2

P Nhiều nứt, thấm, tiết vôi Chiều sâu nứt có chỗ tới 947mm, có chỗ rộng tới 8mm

- Hầm cầu thang và nắp tuốc bin Thủy điện Thác Bà (1971): Cường độ bê

tông không suy giảm nhiều, nhưng nhiều chỗ nứt, thấm, tiết vôi Có chỗ nứt rộng

tới 10mm, có chỗ nước ra tới 50 lít/phút

* Ở Miền Trung:

- Tường hầm phao cửa xả cát Đô Lương, Nghệ An (1930): Đã hư hỏng và đã

sửa chữa một lần Hiện cường độ bê tông từ 180-220 kg/cmP

2

P

- Cống Rạch Lái, Yên Thành-Nghệ An (1932) Cường độ bê tông tại 26 vị trí kiểm tra

đều thấp Chỉ 6 vị trí còn khoảng 140 kg/cmP

2

P Các chỗ khác từ 106-130 kg/cmP

2

P

- Tuy nen Chí Thanh, Tuy An - Phú Yên (trước 1945): Tường và vòm bị nứt

nghiêm trọng Bê tông bị thoái hóa mạnh, nhiều chỗ thấp đến mức thiết bị không

phản ánh nổi Bê tông nhiều chỗ bị ruỗng vụn

- Công trình đầu mối Thạch Nham - Quảng Ngãi (1990): Có nhiều nứt ở các

khoảng 1,3,5,13,14 sau khi thi công

* Ở Miền Nam:

công trình tại bờ biển nên hầu hết bê tông thân cống đã hỏng và ăn mòn đến cốt

thép, cường độ bê tông chỉ đạt khoảng 100 kg/cmP

2

P

- Kè bảo vệ bờ Thị xã Vĩnh Long: Đã xây dựng trên 40 năm bê tông bị ăn

mòn trơ cốt thép, một số vùng cốt thép bị hỏng hoàn toàn

- Đập tràn và cống lấy nước Trà tân, Bình Thuận: Xây dựng năm 1978 bị

hỏng nặng, cường độ bê tông suy giảm nhiều, dùng búa đập nhẹ bị vỡ vụn

- Tuy nen Chí Thạnh, Phú Yên: Tường và vòm bị nứt nghiêm trọng, bê tông

thoái hóa mạnh, nhiều chỗ mục ruỗng

- Công trình đầu mối Thạch Nham, Quãng Ngãi: Có nhiều vết nứt sau khi thi

công một vài năm (đã sửa chữa)

- Cống Hương Lộ, Gò Công Đông,Tiền Giang (1993): Có nứt trên bề mặt bê tông

1.2 Phân loại sự cố

Có nhiều phương pháp nhân loại sự cố chất lượng công trình, nhưng có thể

phân loại theo nguyên nhân, thời điểm xẩy ra, sự nguy hiểm xẩy ra cùng với phương

pháp xử lí sự cố Trong các tài liệu có liên quan của Bộ Xây dựng, chia sự cố công

trình làm hai loại bình thường và lớn dựa theo thương vong của con người và tổn thất

kinh tế trực tiếp Dựa theo tính chất của sự cố, chủ yếu có mấy loại dưới đây:

1 Sự cố sập đổ: Chỉ toàn bộ công trình hoặc bộ phận công trình bị sập đổ, chủ

yếu trình bày về xử lý sự cố sập đổ cục bộ ( Ví dụ nhà làm việc bệnh viện Bạch Mai)

2 Sự cố nứt: Bao gồm nứt kết cấu khối xây và kết cấu bê tông , cùng với các

vết rạn vật liệu xây dựng như thép Chủ yếu trình bày về kiểm định và xử lý tính

chất nứt của kết cấu bê tông và kết cấu khối xây

3 Sự cố sai lệch vị trí: Bao gồm các sự cố như sai lệch về phương hướng ,

vị trí công trình; kích thước của cấu kiện kết cấu, vị trí sai số quá lớn, cùng với sai

lệch vị trí của cấu kiện chôn sẵn hoặc có lỗ (rãnh) để sẵn

4 Sự cố công trình nền: Bao gồm các sự cố như nền mất ổn định hoặc biến

dạng, mất ổn định mái dốc và nền nhân tạo

5 Sự cố công trình móng: Bao gồm móng sai lệch vị trí và biến dạng quá

lớn, bê tông móng có lỗ rỗng (rỗ), sự cố móng cọc, móng thiết bị trong sử dụng bị

rung quá lớn, sai lệch của vị trí bu lông móng, cùng những sự cố của móng hộp

6 Sự cố biến dạng: Bao gồm những sự cố của kết cấu công trình như

nghiêng, vặn, biến dạng quá lớn do sức chịu tải của kết cấu hoặc do công nghệ thi

công không thỏa đáng gây lên

7 Sự cố do khả năng chịu tải của kết cấu hoặc cấu kiện không đủ: Chủ

yếu chỉ các sự cố bên trong do sức chịu tải không đủ gây ra Như đặt thiếu hoặc đặt

không đủ cốt thép trong kết cấu bê tông, nối tiếp các thanh trong kết cấu thép không

đạt yêu cầu thiết kế, tuy chưa gây ra nứt nghiêm trọng hoặc đổ, nhưng để lại khuyết

tật bên trong

8 Sự cố công năng kiến trúc: Như các mái thấm, dột, cách nhiệt hoặc cách

âm không đạt yêu cầu thiết kế, chất lượng công trình trang trí không đạt tiêu chuẩn

thiết kế

9 Những sự cố khác: Sập đổ, trượt mái dốc, các loại sự cố hạ giếng chìm

như lún chìm đột ngột, ngừng lún chìm, nghiêng lệch, vặn, lún chìm quá quy định (

Ví dụ như sự cố sập cầu cần thơ )

Có nhiều phương pháp phân loại theo nguyên nhân, thời điểm xảy ra, sự

nguy hiểm xảy ra cùng với phương pháp xử lý sự cố Người ta chia sự cố công trình

làm 2 loại: bình thường và lớn dựa theo thương vong con người và tổn thất kinh tế

trực tiếp Bây giờ ta phân loại sự cố chất lượng công trình bê tông theo tính chất của

sự cố, chủ yếu có mấy loại dưới đây:

- Sự cố nứt bê tông

- Sự cố sai lệch vị trí, biến dạng kết cấu hoặc cấu kiện: Bao gồm sự cố như

sai sót về phương hướng, vị trí công trình, kích thước của cấu kiện Sự cố kết cấu

công trình như nghiêng, vặn, biến dạng quá lớn do sức chịu tải của kết cấu hoặc do

công nghệ thi công không thỏa đáng gây nên

do những nguyên nhân do chất lượng vật liệu kém, cấu tạo thiết kế không hợp lí,

công nghệ thi công không thoả đáng gây nên tương đối dễ nhân biết, còn có mức độ

nguy hại và phương pháp sử lý vết nứt kết cấu chịu lực, co ngót nhiệt độ và biến

dạng của nền gây nên khác rất xa nhau Dưới đây chủ yếu trinh bầy điểm chính

nhận biết một số loại vết nứt Do vết nứt của bê tông khối lớn khác tương đối nhiều

so với công trình nhà cửa nói chung, do đó trình bày riêng thành một mục

1.3.1 Vị trí và đặc trưng phân bố của vết nứt

- Vết nứt nhiệt đô: Vết nứt tường bê tông của nhà mái bằng do sự chênh lệch

nhiệt độ của thời tiết gây nên thường xảy ra ở vị trí dưới mái hoặc gần đó Hai đầu

của công trinh dài tương đối nghiêm trọng; các vết nứt của dầm, sàn do chênh lệch

nhiệt độ của thời tiết chủ yếu xẩy ra ở kết cấu mái; các vết nứt do ảnh hưởng của

nhiệt độ cao trong sử dụng sinh ra, thường tương đối trên bề mặt gần nguồn nhiệt

- Vết nứt co ngót: Vết nứt co ngót thời kì đầu của bê tông chủ yếu xảy ra ở

bề mặt ngoài Sau khi bê tông đã đông cứng, vết nứt co ngót tương đối nhiều ở gần

phần giữa của kết cấu, ở hai đầu tương đối ít

- Vết nứt tải trọng: Đều xuất hiện hiện ở vị trí nơi ứng suất lớn nhất, nhưng

các vết nứt đứng ở phần dưới giữ nhịp dầm, hoặc phần trên gần gối dầm, rất có thể

là do mặt cắt và do mô men cung uốn tác dụng gây nên Vết nứt xiên ở gần gối đỡ

hoặc ở gần điểm tải trong tập trung tác động, rất có thể do lực cắt và mô men uốn

cũng gây nên Vết nứt xuất hiện gần ở vùng chịu nén gần nơi có mô men lớn nhất

của dầm, rất có thể là do mặt cắt của bê tông quá nhỏ, tỉ lệ bố trí cốt thép quá cao

gây nên

- Vết nứt biến dạng nền: thông thường xuất hiện tương đối nhiều ở phần dưới

công trình, vị trí vết nứt đều ở chỗ độ cong tương đối lớn của đường cong lún Do

tải trọng nền của các nhà xưởng một tầng quá lớn, nền lún không đều, làm nứt dời

phần dưới cột và gần phần chân cột trên; nếu cột bên cạnh lún tương đối lớn cũng

có thể kéo nứt cấu kiện mái

Nhận biết vị trí vết nứt và đặc trưng phân bố vết nứt có thể xem bẳng bảng 1-1

Bảng 1-1: Nhân biết vị trí và đặc trưng phân bố vết nứt

Phần trên

Phần

Hai đầu

Phía trên Ở giữa dưới Phía

Nguồn nhiệt cao

Dầm đơn Dầm liên tục Cột

Qua bảng 1-1 ta thấy phần dưới của nhà như móng, tầng hầm thường nứt

nhiều hơn, điều đó gợi cho chúng ta khi thi công các bộ phận trên phải chú ý các

giải pháp để phòng ngừa vết nứt, như việc đặt thép phải đúng chủng loại, số lượng

và bố trí kết cấu thép hợp lý

1.3.2 Phương hướng và hình dạng vết nứt

- Vết nứt nhiệt độ: dầm sàn hoặc kết cấu của chiều dài tương đối lớn, chiều

của vết nứt nhiệt độ thông thường song song với cạnh ngắn, hình dạng vết nứt thông

thường một đầu rộng một đầu hẹp, có khi độ rộng vết nứt thay đổi không lớn Nứt khối

tường do biến dạng nhiệt của mái bằng gây nên, phần lớn là vết nứt xiên, nói chung

phía trên rộng phía dưới hẹp, hoăc tương đối ở gần lỗ cửa sổ, dần dần thu hẹp lại

- Vết nứt co ngót: Vết nứt co ngót thời kì đầu hình dạng không có quy luật,

chiều của vết nứt sau khi bê tông đông cứng thông thường thẳng góc với trục của

cấu kiện hoặc kết cấu, phần lớn hình dạng của nó là hai đầu nhỏ ở giữa rỗng, chiều

rộng của vết nứt trong cấu kiện dạng tấm không lớn

- Vết nứt tải trọng: Vết nứt chịu kéo thẳng góc với ứng xuất pháp, nhưng chiều

vết nứt tự kéo của dầm chịu kéo thẳng vuông góc với tuyến trước của dầm, một đầu

rộng, đầu kia nhỏ, những vết nứt trong thanh tự kéo thẳng góc với tuyến trục của dầm,

một đầu rộng, đầu kia nhỏ, nhưng vết nứt trong thanh chịu kéo thẳng góc với tuyến trục

của cấu kiện, độ rộng vết nứt thay đổi không nhiều Vết nứt cắt ở gần gối, thường dọc

theo 45P

o

Pphát triển lên phía trên vào giữa nhịp Chiều vết nứt do chịu nén sinh ra thường

song song với chiều của lực nén, phần lớn hình dạng vết nứt là hai đầu nhỏ ở giữa rộng

Vết nứt vặn có hình xoắn óc xiên, độ rộng vết nứt thông thường thay đổi không lớn

Vết nứt xung lực thường phát triển xiên 45P

o

Pvới chiều xung lực

- Vết nứt biến dạng nền: Chiều của nó thẳng chiều của ứng suất pháp mà

biến dạng sinh ra, ở trên tường phần lớn là vết nứt xiên, rất ít các vết nứt đứng và

vết nứt ngang, ở dầm sàn phần lớn là vết nứt xiên, rất ít các vết nứt đứng và vết nứt

ngang, ở dầm hoặc sàn phần lớn là các vết nứt thẳng góc, cũng có một ít vết nứt

xiên, với cột thường gặp là vết nứt ngang, hình dạng của những vết nứt nay phần

lớn này là một đầu rộng một đầu hẹp

Nhận biết phương hướng và hình dạng vết nứt có thể tham khảo bảng 1-2

Bảng 1-2: Nhân biết phương hướng và hình dạng vết nứt

Nguyên nhân vết vế

nứt

Phương hướng và hình dạng vết nứt

Không có quy luật

Thẳng góc với trục cấu kiện

Song song với trục cấu kiện

nghiêng Một đầu nhỏ và

một đầu to

Hai đầu nhỏ,

ở giữa to

Độ rộng thay đổi không lớn

Nhiệt độ Dầm, sàn

Tường











Co ngót Thời kì đầu Sau khi đông cứng 





 

Tải trọng Dầm, sàn Cột 



∆

∆







∆

∆

Biến dạng nền Dầm, sàn Cột Tường 



∆









o

Pphát triển lên phía trên vào giữa nhịp

Qua bảng 1-2 ta rút ra nhận xét sau: Các vết nứt thường thẳng góc với trục

cấu kiện và có hình dạng một đầu nhỏ một đầu to chiếm đa số

1.3.3 Kích thước (chiều rộng, chiều sâu chiều dài) và số lượng vết nứt

- Vết nứt nhiệt độ: chiều rộng của nó không có chỉ số xác định, từ vết nứt vài

µm đến vài mm đều có, nhưng phần lớn chiều rộng không lớn, số lượng tương đối

nhiều, có loại bề mặt, có loại ở lớp sâu, có loại xuyên qua Nhân tố quyết định chiều

sâu là tính chất và độ lớn của chênh lệch nhiệt độ, nhưng trong cấu kiện dạng tấm

thường gặp những vết nứt co ngót xiên qua chiều dầy tấm, độ lớn của chiều vết nứt

không bằng nhau, phần lớn là chiều dài không lớn

- Vết nứt co ngót : Kích thước vết nứt co ngót thời kì đầu đều không lớn,

thông thường số lượng vết nứt co ngót sau khi đông cứng nhiều, chiều rộng không

lớn, chiều sâu không sâu, nhưng trong cấu kiện dạng tấm thường gặp những vết nứt

co ngót xuyên qua chiều dày tấm, độ lớn của chiều dài vết nứt không bằng nhau,

phần lớn chiều dài không lớn

- Vết nứt tải trọng: Kích thước vết nứt xuất hiện trong giai đoạn sử dụng bình

thường của bê tông thông thường nói chung đều không lớn, chiều rộng giảm từ bề

mặt vào bên trong Nếu kết cấu vượt tải nghiêm trọng hoặc đạt tới trạng thái giới

hạn, chiều rộng vết nứt tương đối lớn Nhưng vết nứt mà cấu kiện chịu nén dọc trục

sinh ra mặc dù không nhưng có thể là dấu hiệu tới gần trạng thái giới hạn, cần được

hết sức chú ý

Nhận biết độ lớn và số lượng bằng bảng 1-3

Bảng 1-3: Nhận biết độ lớn và số lượng vết nứt

Nguyên nhân vết nứt ▬ Độ lớn và số lượng

Tương đối rộng

Tương đối nhỏ

Tương đối sâu



 ∆

 

1.3.4 Thời gian xuất hiện vết nứt

- Vết nứt nhiệt độ: Vết nứt do thời tiết thay đổi gây nên, thường xuất hiện hoặc mở rộng qua mùa hè hoặc qua mùa đông Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong môi trường sử dụng, nhiệt độ cao của nguồn nhiệt tùy thời gian tác động không dài cũng có thể làm nứt, nhiệt độ nguồn nhiệt không cao lắm, đốt nóng trong

thời gian dài cũng có thể làm nứt

-Vết nứt co ngót: Thời kì đầu đều xuất hiện trước khi bê tông đông cứng Thời gian sinh ra vết nứt co ngót của bê tông sau khi đông cứng có liên quan đến các nhân tố nhưng kích thước cấu kiện, cấu tạo, sự ràng buộc, môi trường, có khi sinh ra chỉ sau vài ngày, nhưng có khi mấy tháng sau mới xuất hiện

- Vết nứt tải trọng: Thông thường xuất hiện khi tải trọng đột ngột tăng lên, như tháo dỡ ván khuôn kết cấu, lắp dáp thiết bị, kết cấu vượt tải

- Vết nứt nền biến dạng: Phần lớn xuất hiện không lâu sau khi xây nhà xong,

có một ít công trình đã nứt rõ rệt trong khi thi công, nghiêm trọng thậm chí không thể tiếp tục thi công

Nhận biết thời gian xuất hiên như bảng 1-4

Bảng 1-4: Nhận biết thời gian xuất hiện vết nứt

Nguyên nhân vết nứt

Thời gian xuất hiện thời

kì thi công

Sau khi hoàn công không lâu

Tải trong tăng lên đột ngột

Qua mùa

hè hoặc sau mùa đông

Thời gian ngắn

Thời gian dài Nhiệt

độ

Nhiệt độ thời tiết

Nung nhiệt độ cao

Tải trọng

Biến dạng nền ∆ 



Ghi chú:  là thường gặp; ∆ là ít gặp

1.3.5 Sự thay đổi và phát triển của vết nứt

- Vết nứt nhiệt độ do nhiệt độ không khí thay đổi gây sinh ra, thông thường không thay đổi theo sự tăng lên hoặc giảm đi của nhiệt độ không khí Khi nhiệt độ cao nhất (hoặc thấp nhất), chiều rộng và chiều dài vết nứt lớn nhất, nhưng loại vết nứt này không phát triển xấu đi

- Vết nứt co ngót: Vì bê tông co ngót hoặc khô đi là dần từng bước, do đó vết nứt co ngót phát triển theo thời gian Nhưng sau khi bê tông ngập nước ẩm, thể tích

nở ra, do đó vết nứt co ngót theo độ ẩm của môi trường

- Vết nứt trọng tải: Phát triển theo sự gia tăng và thời gian tác động kéo dài của tải trọng

- Vết nứt biến dạng nền: Thay đổi theo thời gian và sự phát triển của biến dạng nền, kích thước vết nứt tăng lên, số lượng nhiều lên, sau khi lền ổn định, vết nứt không phát triển nữa

Bảng 1-5: Nhận biết sự thay đổi của vết nứt

Nguyên nhân vết

nứt

Thay đổi phát triển

Nhiệt độ không khí hoặc môi trường

Thời gian

Độ

ẩm

Độ lớn tải trọng

biến dạng nền Nhiệt độ







1.4 Khảo sát đánh giá sự cố, hư hỏng bê tông

Khi đã xảy ra hiện tượng lún nứt, cần có một đơn vị chuyên môn kiểm tra, giám định Những đơn vị này phải có đủ năng lực và thiết bị chuyên dụng để biết

chính xác "bệnh" của công trình, đưa ra giải pháp thích hợp Không nên cứ thấy nứt

là trát bừa hoặc sửa theo các cách thông thường khi chưa biết nguyên nhân Làm vậy, việc nứt vẫn tái diễn do chưa trị được tận gốc Có những sự cố cần để một thời gian sau mới chữa được Chẳng hạn, với vết nứt do lún, phải chờ cho nhà hết lún mới thi công sửa chữa Vết nứt của cấu kiện bê tông rất nghiêm trọng, cần kiểm tra thường xuyên và có đơn vị chức năng giám định vì có thể gây nguy hiểm Tình huống này có thể do mác bê tông sai, thiết kế không đúng, vật tư không phù hợp với chủng loại trong thiết kế hoặc sử dụng không đúng chức năng

Sơ đồ trình tự và nội dung chủ yếu của công tác khảo sát

Tính toán kiểm tra

Lấy mẫu thí nghiệm(Bê tông, ghạch, thép,vữa….)

Kiểm tra đánh giá sự biến dạng, nứt (võng, chênh cao, nghiêng, vết )

Xác định các chỉ tiêu cơ lý của kết cấu, vật liệu, đất nền…

Phân tích nguyên nhân

Quan sát, ghi nhận hư hỏng đặc trưng

Kiểm tra cấu kiện,kết cấu Xác định sơ đồ kết cấu

Khảo sát sơ

bộ

Thu thập hồ sơ tài liệu liên quan đến các công trình

Khảo sát chi tiết

Tổng hợp các tài liệu, số liệu liên quan

*Kết luận chương 1

- Có rất nhiều dạng sự cố công trình, mỗi sự cố sẽ có những phương án xử lý thích hợp tùy theo nguyên nhân gây ra sự cố Vì vậy khi công trình có sự cố hoặc suy giảm cần phải tiến hành điều tra, khảo sát xác định đúng nguyên nhân và mức

độ hư hỏng, từ đó mới có biện pháp khắc phục hữu hiệu

Thông qua thống kê về loại, vị trí, thời gian…xuất hiện vết nứt giúp chúng ta khi thiết kế, thi công cần phải chú ý những bộ phận nào, thời gian nào có khả năng phát sinh vết nứt để có giải pháp phòng ngừa sự cố

Khi gặp sự cố chúng ta phải có trình tự và khảo sát đánh giá thì việc xử lý mới mang lại hiệu quả cho công trình

CHƯƠNG 2 NHỮNG NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU GÂY NÊN SỰ CỐ CÔNG TRÌNH

Phân tích nguyên nhân sự cố phải thực hiện trên cơ sở điều tra sự cố, mục đích chủ yếu là phân tích rõ tính chất, chủng loại và mức độ nguy hiểm, đồng thời đưa ra những cơ sở cần thiết cho sử lý sự cố Vì vậy phân tích nguyên nhân là một công tác quan trọng trong trình tự thi công xử lý sự cố

Khi phân tích nguyên nhân phải

- Xác định điểm xuất phát của sự cố

- Phân biệt một cách chính xác các nguyên nhân khác nhau của từng loại sự cố

- Chú ý tính tổng hợp của nguyên nhân sự cố

Tình trạng lún nứt còn có thể do khâu thiết kế, khảo sát địa chất không cẩn thận, xác định tùy tiện sức chịu tải của nền, khoảng cách các hố khoan khảo sát quá lớn, không thể phản ánh toàn diện một cách chính xác tình hình thực tế của nền, chiều sâu khảo sát không đủ, chưa làm rõ lớp sâu có hay không lớp đất yếu, lỗ rỗng, hang hốc, báo cáo khảo sát địa chất không tỉ mỉ, không chính xác, dẫn đến những sai sót trong thiết kế móng khi đó sẽ sinh ra hiện tượng lún không đều và gây nứt công trình Ví dụ như sự cố sụt lún cầu Văn Thánh 2 ở Thành phố Hồ Chí Minh

Ba nguyên nhân chính dẫn đến việc nứt công trinh bê tông cốt thép do lún:

- Không khảo sát địa chất nền đất xây dựng công trình hoặc báo cáo khảo sát địa chất sai Do đó không có căn cứ tính toán khả năng chịu lực của nền đất hoặc số liệu khảo sát sai dẫn đến thiết kế sai so với thực tế

- Có khảo sát địa chất, tính toán thiết kế kết cấu sai như không tính đủ tải trọng của công trình (tải trọng tĩnh và tải trọng động), tính sai kết cấu móng…

- Có khảo sát địa chất đúng, thiết kế kết cấu đúng theo tiêu chuẩn, nhưng thi công không đúng so với thiết kế, dẫn đến hiện tượng lún, nứt

Do đó việc xác định nguyên nhân nứt cần người có chuyên môn đến khảo sát hiện trạng và hồ sơ thiết kế Khi xác định được nguyên nhân nứt thì cũng sẽ có

nhiều phương án khắc phục, phụ thuộc vào cách giải quyết của người thiết kế cải tạo hoặc hoàn cảnh hiện trạng cũng như điều kiện thi công và điều kiện kinh tế

2.2 Nguyên nhân do thi công

Thi công tùy tiện, bản vẽ chưa được thẩm định đã đem ra thi công, tùy tiện thay đổi thiết kế, không thao tác theo quy trình quy phạm thi công, không tiến hành kiểm tra và ngiệm thu theo quy định đối với vật liệu và sản phẩm đưa vào hiện trường, xem xét phương án thi công chưa đầy đủ, biện pháp tổ chức thi công chưa thỏa đáng, bàn giao kỹ thuật không rõ ràng, không nghiệm thu các công trình khuất

và nghiệm thu trung gian khác, phối hợp thi công giữa các đơn vị thi công kém, xảy

ra sự cố, xem nhẹ xử lý, thậm chí còn che dấu Ví dụ như sự cố nứt bề mặt cầu Thăng Long trên đường cao tốc Thăng Long -Nội Bài

Một số nguyên nhân do thi công dẫn đến hiện tượng nứt bê tông:

- Điều kiện vẩn chuyển kém

Trong quá trinh vận chuyển, trọng lượng của cốt liệu nặng sẽ lắng xuống dưới làm cho bê tông bị phân tầng và nếu như trước khi đổ mà không trộn lại thì sẽ làm cho bê tông chỗ thì cốt liệu quá tốt chỗ thì cốt liệu quá dỡ

- Phương pháp đổ bê tông không tốt

Phương pháp đổ bê tông không theo tiêu chuẩn, không phân đoạn khoảnh đổ hoặc phân khối đổ chưa hợp lý, không đầm chặt trong thi công phân đoạn cốt thép không đúng vị trí

- Ván khuôn bị rò rỉ

Ván khuôn không kín thi sẽ làm xi măng và nước trong cốt liệu bị chảy ra làm cho bê tông thiếu hụt về nước lẫn xi măng không đủ

- Đầm bê tông không đặc chắc

- Bảo dưỡng bêtông không tốt

- Không tưới nước thường xuyên

Chúng ta tưới nước lên bề mặt bê tông sau khi thi công và tưới nhiều lần và

có thể dùng bao bố để giữ ẩm cho bê tông

- Không giảm bớt các sư cố từ bên ngoài

- Không chăm sóc điều độ công trình về chất lượng

Ảnh hưởng của nhiệt độ và sự thay đổi nhiệt độ tới công trình thủy lợi Công

trình thủy lợi làm việc trong điều kiện nhiệt độ trường xuyên thay đổi Dòng nhiệt trong công trình phụ thuộc vào sự dao động nhiệt độ của môi trường như: nước, không khí hay công trình được làm lạnh hoặc đốt nóng một cách nhân tạo Dòng nhiệt cũng có thể xuất phát từ bên trong hoặc một yếu tố khác từ bên ngoài Sự thay đổi nhiệt độ là nguyên nhân gây ra các hiện tượng bất lợi, làm phức tạp quá trình

làm việc và giảm tuổi thọ công trình

Dòng nhiệt trong công trình bê tông xuất hiện ngay từ khi bắt đầu xây dựng (khi bắt đầu đổ bê tông tạo thành mặt cắt đập) Nhiệt độ của vữa bê tông khác với nhiệt độ của môi trường Sự chênh lệch nhiệt độ là do có sự tăng nhiệt bên trong và

hạ nhiệt ở bên ngoài Sự thoát nhiệt của bê tông sẽ ngưng hoặc bắt đầu phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ của môi trường, sự thay đổi nhiệt độ của khối bê tông ở bên cạnh hoặc do khe nhiệt tạo ra

Khi công trình được đổ lên cao, bê tông được làm mát, dòng nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Sự thay đổi của dòng nhiệt trong công trình gây

ra trạng thái ứng suất nhiệt và biến dạng kết cấu Từ đó rất dễ làm cho kết cấu bị nứt

do ứng suất nhiệt

Những bộ phận của công trình dâng nước có những nơi hư hỏng sẽ tạo ra dòng thấm của nước qua công trình, làm tăng áp lực thấm Sự hư hỏng do dòng nhiệt của khớp nối có thể do lạnh quá mức, làm cho dòng thấm xuất hiện Tất cả đều dẫn đến làm giảm tuổi thọ công trình

Ở những công trình lớn, biến dạng không thể tự do phát triển Sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến phát sinh ứng suất nhiệt, điều đó rất dễ hình thành các vết nứt Sự nứt trong bê tông là hiện tượng phổ biến nhất do thay đổi nhiệt độ Vết nứt ở bề mặt công trình dẫn tới hiện tượng thấm tăng lên, vật liệu rất dễ bị phá hoại do xói mòn,

ăn mòn, xâm thực hoặc không đủ cường độ Các vết nứt dọc phát triển dọc theo dòng chảy kéo theo thay đổi trạng thái tĩnh định của kết cấu Có một vài trường hợp gây ra tải trọng phụ tác dụng bất lợi lện công trình

Dòng nhiệt ở công trình bê tông trong quá trình xây dựng được quyết định bởi các nhân tố sau: Nhiệt độ của vữa bê tông khi đổ vào công trình, sự tỏa nhiệt

của bê tông, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ của nền công trình; kích thước, quy cách khối đổ v v …

Để ngăn ngừa và hạn chế đến mức it nhất ảnh hưởng của các hiện tượng bất thường nhiệt ở công trình thủy lợi và có thể tính toán kiểm soát được nó, điều cần thiết nhất khi thiết kế công trình là tìm hiểu được nguyên nhân phát sinh dòng nhiệt, quá trình hình thành và các diễn biến của dòng nhiệt theo thời gian, không gian Tiếp đó là xác định được trường ứng suất nhiệt trong kết cấu, nhằm đánh giá ảnh hưởng về vật lý và cơ học đối với công trình do nhiệt

Việc nghịên cứu phát triển nhiệt, trường nhiệt độ, trường ứng suất và ứng dụng

để lập quy trình công nghệ thi công trong các công trình bê tông khối lớn nói chung, trong công trình thủy lợi nói riêng thực sự trở thành vấn đề cấp thiêt hiện nay

Các công trình thủy điện đã xây dựng ở nước ta trong mấy chục năm qua như: Thác Bà, Hòa Bình, Yaly, Vĩnh Sơn, Thác Mơ, Thạch Nham, Trị An … Các công trình này khi xây dựng đã sử dụng một khối lượng khá lớn bê tông và bê tông

cốt thép Trong đó có những hạng mục hoăc công trình đã sử dụng từ hàng trăm ngàn đến hàng ngàn mP

3

Pbê tông các loại Qua các công trình bê tông khối lớn này chúng ta đã đúc rút được một số kinh nghiệm quý báu từ khâu khảo sát thiết kế đến công nghệ thi công và quản lý khai thác Tuy vậy tất cả các công trình này đều có kết cấu đập đất đá, chỉ có đập tràn là bê tông nên trong quá trình thiết kế và thi công việc nghiên cứu quá trình tỏa nhiệt và sử lý chỉ mang tính cục bộ tại một số khối đổ

ở đập tràn và chưa có những báo cáo tổng kết hoặc đánh giá nào mang tính hệ thống đầy đủ về quá trình nghiên cứu sự phát triển nhiệt, trường nhiệt độ và trường ứng suất nhiệt trong kết cấu bê tông khối lớn của các công trình này Trong lĩnh vực quy trình công nghệ thi công bê tông khối lớn cũng có nhiều khía cạnh phải tiếp tục đầu tư nghiên cứu

Hiện nay, chúng ta đang thiết kế và chuẩn bị xây dựng các công trình thủy điện loại vừa và lớn như : Sơn La, Bản Lả, NaLe…có kết cấu đập bê tông thì nghiên cứu quá trình nhiệt thủy hóa và ứng suất nhiệt trong đập bê tông là một nhiệm vụ trọng tâm

Việc ngiên cứu sự phát triển nhiệt, trường nhiệt độ, trường ưng suất và ứng dụng trong việc lập quy trình công nghệ thi công bê tông khối lớn ở nước ta chư có nhiều kinh nghiệm cả lý thuyết tính toán lẫn thực hành

Với mức độ quan trọng của công trình thủy điện trong nền kinh tế quốc dân, việc nghiên cứu nguyên nhân vá quá trình hình thành vết nứt do nhiệt trong các công trình bê tông khối lớn nhằm đề ra các biện pháp phòng ngừa hữu hiệu đưa đến kéo dài tuổi thọ công trình đang trở thành vấn đề cấp thiết và mang ý nghĩa kinh tế

kỹ thuật, khoa học rất lớn

Sự chênh lệch nhiệt độ giữa khối bê tông và không khí dẫn dến biến đổi hình dạng và sinh ra ứng suất do nhiệt độ thay đổi (ứng suất nhiệt) Cường độ chịu nén của bê tông lớn nên ứng suất nhiệt sinh nén thì không ảnh hưởng gì, còn nếu sinh lực kéo thì thường gây nứt bê tông, vì bê tông chịu kéo rất kém Tuỳ theo điều kiện của khối bê tông tự do hay không, thường có hai loại nứt:

1 Nứt bề mặt

Quá trình đổ bê tông, mặt ngoài của khối bê tông toả nhiệt nhanh, bên trong toả

nhiệt chậm, sinh chênh lệch nhiệt độ và thể tích biến đổi khác nhau làm hạn chế nhau Nhất là khi mới đổ bê tông xong, nhiệt độ bên ngoài hạ thấp làm cho trong lòng khối

bê tông thì nở ra, bên ngoài thì co lại, làm cho sự biến hình trong ngoài càng lớn, sự

cản trở nhau càng mạnh Khi này trong lòng khối bê tông sinh ra ứng suất nén, bề mặt sinh ứng suất kéo Ứng suất nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ

Khi ứng suất kéo xuất hiện ở mặt ngoài vượt quá ứng suất kéo cho phép, sẽ xảy ra nứt Đó là nứt bề mặt Loại nứt này thường phát sinh ở mặt đứng của khối bê tông, phương hướng không cố định, vết nứt tương đối nhiều Bởi vì bê tông mới đổ thường có tính dẻo, ứng suất kéo còn nhỏ Loại nứt này thường ngắn, nông và có khả năng khép lại do nhiệt độ trong khối bê tông hạ dần Nhưng nếu sau khi đổ bê tông từ 3 đến 7 ngày, đột ngột có rét, nhiệt độ mặt bê tông hạ thấp, sự chênh lệch nhiệt độ trong ngoài vẫn lớn, thì khi đó vêt nứt có cơ phát triển

Sự kiềm chế do nền móng (như nền đá hoặc bê tông cũ) đối với bê tông mới

đổ Lực kiềm chế này đối với giai đoạn bê tông phát nhiệt, nở ra sinh ứng suất nén, giai đoạn hạ nhiệt, co lại sinh ra ứng kéo Khi ứng suất kéo vượt quá khả năng chịu kéo cho phép của bê tông thì sinh ra nứt, ta gọi là nứt do sự kìm chế của nền

Loại vết nứt này bắt đầu từ mặt tiếp xúc nền phát triển lên, ở trường hợp nghiêm trọng có thể nứt suốt khối bê tông, phá vỡ sự chỉnh thể, ta thường gọi là nứt xuyên Vì vết nứt có thể tới 1 đến 3 m nên còn gọi là nứt sâu Vết nứt thường trực giao với mặt nền, có thể xuyên suốt đập, làm hại đến sự chống thấm của đập

các vết nứt vì nhiệt

Trong phần trên chúng ta đã phân tích nguyên nhân và sự hình thành các vết nứt vì nhiệt, trong đó nứt xuyên ở đáy khối đổ tiếp giáp với nền là nguy hiểm nhất Loại nứt này rất khó phát hiện và xử lý Ứng xuất nhiệt do nền kìm chế được xác định theo công thức cơ bản:

ασ

−

∆Ε

=1

R kp T

Hay

µ

ασ

−

−+

=

1

)321( R kp T T T E

Trong đó:

T1 - Nhiệt độ ban đầu của vữa bê tông,

T2 - Nhiệt độ của bê tông do xi măng thuỷ hoá,

T3 - Nhiệt ổn định của khoảnh

Từ công thức trên và kết quả nghiên cứu trường nhiệt độ, trường ứng xuất trong các bài toán nhiệt cho thấy: Muốn bê tông khối lớn không bị nứt nẻ vì nhiệt thì cần phải chú ý giải quyết các vấn đề cơ bản sau:

1 Làm giảm lượng toả nhiệt (phát hiện) của bê tông

2 Hạ thấp nhiệt độ vữa bê tông khi đổ

3 Tăng nhanh tốc độ tản nhiệt của khối bê tông

Những giải pháp cụ thể để phòng ngừa sự nứt nẻ vì nhiệt trong bê tông khối lớn là:

1 Dùng xi măng ít toả nhiệt

Khả năng toả nhiệt của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng vật Klinke Các khoáng vật toả nhiệt cac là C3A, C3S, tiếp đến là C4AF, C2S Trong thực tế người ta đã sản xuất được loại xi măng có thành phần C2S chiếm trên 46%, loại xi măng này nhiệt toả ra trong gia đoạn đầu rất thấp ( ở tuổi 28 ngày là 40 Kcal/kg)

Giải pháp dùng loại xi măng ít toả nhiệt đang có xu thế phát triển mạnh Hiệu quả mạnh Hiệu quả của giải pháp này là khá cao và đã có nhiều kinh nghiệm thực

tế Tuy nhiên giá thành của giải pháp này thường cao do vấn đề xây dựng xi măng đặc chủng, đặc biệt ở nước ta thì đây là vấn đề nên cân nhắc

Công trình đập Sơn La nên giảm hàm lượng xi măng trong 1m3 bê tông Các biện pháp để giảm hàm lượng xi măng:

+ Dùng phụ gia hoá dẻo

+ Dùng bê tông khô

+ Dùng nhiều cốt liệu thô, tăng đường kính cốt kiệu cải thiện cấp phối của bê tông một cách hợp lý, làm cho độ rỗng của cốt liệu giảm nhỏ

+ Độn đá hộc trong bê tông

Độn đá hộc trông bê tông có nhiều ưu điểm như: Tiết kiệm được xi măng, nâng cao cường độ nén của bê tông, giảm phát nhiệt trong khối bê tông Mặt khác nó cũng có nhược điểm là: Làm giảm cường độ chụi kéo của bê tông, thi công thêm khó khăn phức tạp,nếu điều kiện thi công không tốt dễ sinh các lỗ hổng trong công trình

+ Phân biệt đặc điểm, tính chất chụi lực và tầm quan trọng của các bộ phận công trình mà sử dụng số hiệu bê tông thích hợp như: nơi chụi lực, ứng lực nhỏ, không quan trọng thì dùng bê tông số hiệu thấp Ngoài ra có thể xét tới cường độ bê tông thời kỳ sau (Cường độ bê tông 90 ngày tuổi chẳng hạn) mà hạ thấp số hiệu bê tông Cụ thể là ở trong thân đập nên sử dụng bê tông M150, ở ngoài tiếp xúc với nước dùng bê tông M200

Thực chất của giải này là tạo lên những vùng bê tông cục bộ "không toả nhiệt" thay thế cho một phần bê tông toả nhiệt

Ưu điểm của giải pháp này là:

- Giảm khả năng phát hiện cục bộ ở trong khoảnh đổ

- Các khối bê tông đúc sẵn trong khoảnh đổ mà phần khối lượng bê tông đổ mới sẽ giảm đáng kể lên nhiêt lượng toả ra sẽ giảm đáng kể

Nhược điểm : Cần phải có giải pháp xử lý thoả đáng bề mặt tiếp xúc của cục

bê tông cũ và phần bê tông mới đổ Tại bề mặt tiếp xúc này chế độ nhiệt và ứng suất nhiệt cũng diễn biến phức tạp , cần được xem xét

4 Hạ nhiệt độ ban đầu của bê tông của bê tông

Một trong giải pháp để hạ nhiệt độ ban đầu của vữa bê tông là hạ nhiệt độ của nước pha trộn Kết quả tính toán cũng cho thấy nếu nhiệt độ của nước nước giảm từ 25˚C xuống 10˚C thì nhiệt độ của vữa bê tông giảm xuống được khoảng 4˚C, nhiệt độ lớn nhất trong khối đổ giảm được 3.1˚C

Giải pháp này tuy giá thành cao, xong thực hiện dễ dàng và hiệu quả

Để hạ thấp nhiệt độ của nước ta có thể thực hiện một trong các khâu sau:

+ Bố trí để nước làm lạnh có đủ dung tích và được che nắng

+ Cho nước đá vào trong bể nước và tốt nhất là dùng nước đá đập vụn

+ Lợi dung thiết bị làm nước đá để chế tạo nước có nhiệt độ thấp

5 Đổ bê tông khi nhiệt độ khí trời thấp Về mùa hè cần làm mái che cốt liệu, tránh bị ánh nắng chiếu trực tiếp

+ Thời gian từ tháng 10 năm trước đến tháng 01 năm sau là thời kỳ nhiệt độ môi trường thấp nhất trong năm nên cần đẩy nhanh tốc độ thi công

+ Nên thi công bê tông vào ban đêm (thường từ 16h hôm trước đến 08h hôm sau ) Vì nhiệt độ ban đêm ở vùng này thường thấp hơn ban ngày từ 6 đến10˚C

+ Khi nhiệt độ không khí cao hơn 30˚C, ngưng đổ bê tông

tông trong và sau khi trộn

Nếu cùng nhiệt độ nước trộn, khi nhiệt độ của cát và đá giảm 5˚C thì nhiệt độ vữa bê tông giảm 3˚C, khi nhiệt độ cát và đá giảm 8˚C thì nhiệt độ vữa giảm 5˚C Muốn làm lạnh cốt liệu ta có thể thực hiện: vận chuyển cốt liệu qua phòng có nhiệt

độ hạ thấp, dùng không khí lạnh, nước lạnh phun lên cốt liệu, ngay trước khi đưa cốt liệu vào trạm trộn Giải pháp này cần chú ý những biện pháp để đảm bảo cốt liệu có lượng ngậm nước đều đặn trong quá trình thi công

7 Chọn kích thước khoảnh đổ và bố trí trình tự đổ các khoảnh nối tiếp nhau một cách hợp lý để có đủ thời gian và điều kiện tản nhiệt tốt

Với các giải pháp công nghệ thi công hiện nay thì thời gian giãn cách hai khoảnh đổ liền kề tối thiểu là 7 ngày (168h ) Thời gian giãn cách hai khoảnh đổ chồng lên nhau tối thiểu là 10 ngày (240h ) Với các thời gian giãn cách tối thiểu như trên thì nhiệt độ trong các khoảnh đổ sau tuy có ảnh hưởng

tới các khoảnh đổ trước đã bắt đầu hạ, nhiệt độ trong các khoảnh đổ sau tuy có ảnh hưởng tới các khoảnh đổ trước nhưng không làm tăng thêm trị số Tmax trong khối

đổ trước

8 Tăng tiết diện tản nhiệt

Tăng tiết diện tản nhiệt bằng cách để lại các giếng đứng, khe tản nhiệt Khi thi công xong, trước khi công trình vận hành phải lấp kín các giếng hay khe tản nhiệt này

9 Khống chế nhiệt độ ở mặt tản nhiệt: Biện pháp này gồm

+ Dùng bao tải phủ lên bề mặt khoảnh, phun nước lạnh , đặt nước đá lên mặt

bê tông để hạ thấp nhiệt dộ ở bề mặt khoảnh thi công mới đổ liên tục trong 10 ngày đầu, do đó có thể tăng nhanh tốc độ tản nhiệt Cần chú ý đảm bảo nhiệt độ tối thiểu

để không sinh ra độ chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài khối bê tông qua lớn, tức là hạn chế nứt nẻ bề mặt

Biện pháp này giữ được độ ẩm của bê tông và làm mát được môi trường xung quanh, làm giảm đáng kể ảnh hưởng bức xạ của ánh nắng mặt trời

Các ống này cách nhau từ 1.5÷ 3.0m làm thành một hệ thống tuần hoàn

Hệ thống làm lạnh gồm: nhà máy làm lạnh, trạm bơm, hệ thống ống

Sau khi đổ bê tông ta cho nước lạnh chạy qua hệ thông ống này để hạ thấp nhiệt độ trong khối bê tông Nhiệt độ nước lạnh và tốc độ dòng nước trong ống cần phải khống chế và phòng ngừa nứt nẻ bề mặt xung quanh ống Nhiệt độ nước trong giai đoạn đầu ( từ khi đổ bê tông 4÷6h đến 7 ngày ) nên bằng nhiệt độ ban đầu của vữa bê tông, sau đó nhiệt độ của nước thấp hơn khoảng 5 ÷6 độ

Giải pháp này có ưu điểm nổi bật là: điều hoà nhiệt một cách chủ động, linh hoạt, cho phép hạ nhiệt độ của khối bê tông tuỳ ý Nhiệt độ trong khối bê tông phân

bố đều, tránh được sự chênh lệch nhiệt độ giữa tấm khối với mặt ngoài

Phương pháp này cũng có nhược điểm lớn là chi phí cao, phức tạp trong quá trình thi công và khai thác, có thể gây ứng suất cục bộ

U

khối bê tông và phòng ngừa nứt nẻ Trong thực tế cần phải căn cứ vào tình hình, điều kiện cụ thể, khả năng thi công và thông qua phân tích so sánh cụ thể về các mặt kinh tế, kĩ thuật và khả năng mới xác định được biện pháp hợp lý Ngoài ra cần chú

ý rằng: có thể sử dụng tổng hợp nhiều biện pháp trong một số công trình, có thể mang lại hiệu quả tốt về kinh tế và kỹ thuật

Trong quá trình bảo trì và sử dụng công trình bê tông có thể bị sự cố nứt nẻ

do các nguyên nhân sau đây:

Thường do kết cấu làm việc vượt quá tải trong thiết kế hoặc do các tải trọng phụ tác gia tăng không lường trước, khi đó kết cấu bị nứt, hoặc vật liệu bị phá hủy Khi đó cần có các biện pháp chống đỡ kịp thời hoặc sơ tán kịp thời Sau đó mới thực hiện biện pháp giảm tải, gia cường hoặc phá bỏ tùy theo từng trường hợp cụ thể

Đối với các kết cấu đang thi công cần quan tâm đến biện pháp thi công, các tải trọng thi công, các tải trọng có thể phát sinh, trình tự thi công, tốc độ thi công bê tông, bảo dưỡng bê tông Quá trình này đều gây ra các ảnh hưởng, tới mức độ đồng nhất và đẳng hướng của vật liệu trong kết cấu, có thể là nghiêm trọng tới kêt cấu bê tông và vật liệu bê tông trong kết cấu

2.4.2 Do mài mòn cơ học

Khi có hoạt tải tác dộng lên bề mặt bê tông lâu dài, bê tông có thể bị mài mòn gây hư hỏng bề mặt của lớp vữa phủ và gây bong bật cố liệu lớn

Sự tác động lặp lại của tải trọng gây ra các hư hỏng do mỏi trong kết cấu Hư hỏng do mỏi của bê tông cốt thép phụ thuộc vào mỏi của cốt thép và bê tông Số chu trình của ứng suất và biên độ thay đổi ứng suất là các thông số quan trọng để đánh giá mỏi Mỏi của bê tông do tác dụng của tải trọng lặp gây nên các vết nứt siêu nhỏ trong bê tông

Bê tông là vật liệu dòn và có thể bị phá hoại dòn do va đập mạnh khi bị tàu thuyền, xe cộ và các phương tiện giao thông vạn tải khác xô vào Đã có nhiều hư hỏng nghiêm trọng do các tai nạn bất thường gây ra

2.5 Nguyên nhân do các công trình xây dựng lân cận gây nên

Khi công trình bê tông cốt thép đang trong quá trình khai thác và quản lý bên cạnh đó có các công trình lân cận đang thi công các công tác như ( đóng cọc, nổ mìn ) sẽ gây ra những chấn động tác động lên công trình dưới tác dụng của sóng xung kích Là sóng được tạo thành từ việc tăng lên về áp suất của vụ nổ đối với môi trường xung quanh Sóng xung kích tác động lên các vật thể trong không khí, hoặc dưới mặt đất

Như chúng ta biết bê tông là vật liệu giòn, chịu nén rất tốt, chịu kéo thì kém, cho nên khi bị tác dụng của sóng xung kích, sóng này gây ra những ứng suất kéo rất lớn, phá hoại bê tông, nhất là khi sóng này tác dụng thường xuyên, tạo ra hiện tượng mỏi trong vât liệu

Các kết cấu bê tông truyền chấn động rất tốt mà hình dạng, mặt, cạnh của chúng lại khó tiêu hao sóng xung kích Lúc này trong kết cấu bê tông hình thành loại sóng đứng khá nguy hiểm, vì chúng gây ra những ứng suất kéo lớn, phá hoại kết cấu

dưới cùng bị phá hoại do lực kéo Trường hợp lực xung kích tác động lên một mặt của công trình và gây ra sóng đứng, những sóng này phản hồi lại và tác dụng lên mặt kia của công trình, hậu quả là gây hư hỏng công trình bê tông

Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép luôn làm việc trong một điều kiện khí hậu cụ thể

Khí hậu Việt Nam thuộc loại hình nhiệt đới gió mùa, với những thuộc tính cơ bản là nóng ẩm và phân theo mùa Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép do đó luôn chịu tác động bởi các điều kiện khí hậu nóng ẩm như: năng lượng bức xạ mặt trời cao, lượng mưa khá lớn, nhiệt độ và độ ẩm cao và có biên độ thay đổi khá lớn, thường xuyên có gió bão v.v…Trong những điều kiện đó kết cấu bê tông dễ bị nứt, ảnh hưởng đến tiện nghi sử dụng và độ bền lâu của công trình Do đó công trình bê tông ở Việt Nam cần được thiết kế và thi công sao cho thích hợp với những điều

kiện của khí hậu nóng ẩm Tuy nhiên, do những sai sót trong thiết kế và thi công không tương thích với điều kiện khí hậu, rất nhiều kết cấu bê tông và bê tông cốt thép đã bị nứt cả trong quá trình thi công và trong sử dụng công trình Chúng ta sẽ

đề cập đến một số dạng nứt kết cấu dưới tác động của các yếu tố khí hậu và biện pháp khắc phục

- Nứt kết cấu bê tông cốt thép: Chính cốt thép đã cản quá trình biến dạng co mềm làm nứt bê tông Đây là dạng vết nứt mặt, sâu khoảng 1 - 2cm, rộng 0,1 - 3mm, tùy theo tình hình thời tiết và loại bê tông

- Nứt kết cấu bê tông không cốt thép: Đây cũng là dạng nứt mặt nhưng không theo quy luật nào Bê tông sẽ nứt ở những vị trí nào xung yếu, nhất là ở những chỗ có viên đá to trên lớp mặt làm cản biến dạng của bê tông

Các vết nứt này xuất hiện là do bê tông bị biến dạng co nở khi còn chưa có

cường độ, ta gọi là Biến dạng mềm Kinh nghiệm thực tế ở vùng khí hậu nước ta

cho thấy, biến dạng co mềm có thể đạt đến 3-4mm/m trong điều kiện nắng hè ở

miền Bắc, hoặc trong điều kiện thời tiết nóng khô ở miền Nam

Biến dạng mềm sinh ra do bê tông bị mất nước quá nhanh dưới tác động của các yếu tố khí hậu nóng ẩm Lượng nước mất phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu và

mô đun hở của bê tông Mô đun hở được tính bằng công thức sau:

MR h R=

V F

Trong đó: F là diện tích bề mặt hở của kết cấu bê tông mà nước có thể bốc hơi , tính bằng mP

2

P

V là thể tích khối bê tông, tính bằng mP

3

P Quá trình mất nước dẫn đến bê tông bị co theo mọi phía Khi biến dạng co không được thực hiện thì sẽ phát sinh ứng suất trong bê tông Khi ứng suất này vượt quá giới hạn kéo của bê tông tại thời điểm đó thì bê tông sẽ bị nứt Như vậy bản

chất gốc rễ gây ra nứt mặt bê tông là do bê tông bị mất nước nhanh Khi bị mất nước chậm thì ứng suất phát sinh do co mềm không đủ để gây nứt bê tông

3 Biện pháp ngăn ngừa và sửa chữa

Vì nguyên nhân gây ra nứt mặt bê tông là do mất nước, nên biện pháp phòng

tránh nứt mặt là giữ cho bê tông ít bị mất nước Nói cách khác, làm sao cho lượng

nước mất không đủ để gây nứt mặt bê tông Muốn vậy ta cần có biện pháp che phủ

bề mặt bê tông và tưới nước giữ ẩm khi thi công vào lúc nắng hè, hoặc thời gian khí hậu nóng khô Ở khu vực miền Trung cần đặc biệt giữ ẩm bề mặt bê tông khi thi

công vào thời điểm có gió Lào Biện pháp phủ ẩm tưới nước được gọi là biện pháp

Bảo dưỡng ban đầu của bê tông Khi sự cố đã rồi, tức là bê tông bị nứt mặt, thì biện pháp khắc phục là lấp đầy các vết nứt bằng hồ xi măng Tùy độ mở vết nứt mà ta

pha hồ xi măng loãng hay đặc Vết nứt nhỏ thì dùng hồ xi măng loãng, vết nứt lớn thì dùng hồ đặc hơn Biện pháp thi công lấp đầy vết nứt dưới đây được thực hiện sau khi bê tông đã có cường độ:

- Thổi sạch bụi trên mặt bê tông và dưới khe nứt (Không dùng chổi quét sẽ làm bụi rơi xuống khe nứt)

- Tưới nước lên vết nứt cho hút no nước

- Tưới hồ xi măng đã pha sẵn lên mặt vết nứt, rồi tạo chấn rung để cho hồ xi măng xuống đầy vết nứt ( Có thể dùng búa gỗ gõ hai bên vết nứt, hoặc dùng đầm

bê tông chấn rung bề mặt bê tông)

- Dùng bay miết phẳng bề mặt bê tông tại vết nứt

- Bảo dưỡng ẩm vết nứt trong 2-3 ngày đêm

Khi bị co khô, nó sẽ bị đứt ngang, khi bị nở, nó sẽ biến dạng và phát sinh nhiều vết nứt ở mặt trên và dưới kết cấu Từ đây ta thấy, khi thiết kế kết cấu bê tông thì cần phải đảm bảo cho kết cấu bê tông có độ co nở

2 Các dạng nứt điển hình

Qua khảo sát tình trạng nứt, nhiều kết cấu bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của khí hậu nóng ẩm, chúng ta nhận thấy rằng các vết nứt rất đa dạng, nhưng chung quy lại thì nguyên nhân đều là do đã thiết kế kết cấu bê tông không cho nó thở Dưới đây là một số thí dụ điển hình:

Sê nô bê tông cốt thép ở quá dài mà không có khe co dãn nhiệt ẩm, thiên nhiên đã tự cắt kết cấu thành các khe nứt để thở

Một ô văng quá dài đã bị nứt ngang dưới tác động khí hậu nóng ẩm Độ an toàn của kết cấu nứt này vẫn đảm bảo, những thẩm mỹ và tiện nghi sử dụng của nó thì đã bị ảnh hưởng xấu Nguyên nhân cũng là do kết cấu quá dài mà không có khe

co giãn nhiệt ẩm